CN1933358B

CN1933358B - 车辆的无线电接收的天线分集装置

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Publication number: CN1933358B
Application number: CN2006101539382A
Authority: CN
Inventors: 海因茨·林登梅尔
Original assignee: Delphi Delco Electronics Europe GmbH
Current assignee: Fuba Automotive Antenna Suzhou Co ltd
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2026-09-12
Also published as: KR100785996B1; DE102006039357B4; CN1933358A; EP1763151A2; EP1763151B1; DE102006039357A1; US7936852B2; US20070058761A1; KR20070030150A; EP1763151A3

Abstract

一种用于车辆无线电接收的天线分集装置，包括接收机、具有多个带天线馈入线(2a)的天线(A1，A2，...AN)的多天线装置(2)、用于选择根据分集另外的接收信号的换接设备以及分析电路(19)，其中分析电路对正好到达接收机(1)的接收信号(8)的接收质量进行分析，以便在出现干扰时通过换接将根据分集另外的接收信号引至接收机(1)。

Description

车辆的无线电接收的天线分集装置

技术领域

本发明涉及车辆的无线电接收的天线分集装置，该装置包括接收机、具有多个带天线馈入线2a的天线(A1，A2，...AN)的多天线装置(2)、用于选择根据分集(diversitaetsmaessig)另外的接收信号的换接设备以及分析电路19，其中分析电路对正好到达接收机1的接收信号8的接收质量进行分析，以便在出现干扰时通过换接将根据分集另外的接收信号引至接收机1。

背景技术

这种类型的具有开关分集(Schaltdiversity)的天线分集装置优选地被应用于超短波(UKW)无线电接收，并且例如已由DE 19607045公开。此外，由EP 1126631公开了一种分集系统，该系统目的在于，通过两个或多个天线信号的同相叠加获得比以一个单独天线所获得的更大的有效信号，以便因此在具有多径传播的领域中降低电平扰动(Pegeleinbruechen)的可能性。由此，在和信号中得到关于接收噪声的平均更有利的信噪比。然而，天线信号的同相求和的无问题的工作方式受限于，在接收位置叠加的部分波(瑞利接收场)在其瞬时频率中仅仅细微地不同，使得因此不产生可听到的接收干扰。在如例如在EP 1126631的图1中所示的接收情形-其中具有不同传播时间τ₀至τ₃的波束在接收位置叠加-中，所接收的部分波不再是频率相同的，并且通过叠加导致频率干扰增加(Frequenzstoerhueben)，其中频率干扰增加在频率解调之后在行驶期间经常导致自发出现的干扰。在接收位置，具有不同传播时间的波束分别按照瑞利分布的标准叠加，其中瑞利分布在车辆的不同天线情形中不同地起作用，使得车辆上两个分集天线的天线信号特别是在电平衰减的区域中也可具有不同的瞬时频率。这些频率的区别取决于高频载波的频率调制，并且通常非常大，并且如果信号在其它信号路径中没有频率干扰增加，则由此得出的相差必须通过信号路径中的移相部件来调整。另一方面，在快速相位调整中，在第一信号路径中被干扰的信号通过调节过程而将其干扰反映到第二信号路径上，并且因此在和信号中强制干扰。纯粹的相位调节系统的另一缺点是限制在两个天线信号上，使得以该系统不能获得足够的根据分集的效果。相邻信道干扰由于中频平面中受限的选择而以类似方式起作用。通过其它UKW发射机的互调制而出现在接收信道中的信号与电平扰动一起导致有效信号上的频移干扰(Frequenzhubstoerung)，这些频移干扰不能借助具有相同相位的相位调节系统来消除。因此，为了改善这种状况，在EP 1 126 631中，其中多天线装置包含可控的逻辑开关设备，在该开关设备中，以不同开关位置分别将根据分集不同接收信号馈送到接收设备的两个输入端的至少一个，并且求和后的信号被馈送到干扰检测器，用于极快速地识别通过频率干扰增大干扰的和信号，其干扰识别信号在存在接收干扰时将逻辑开关设备转接到另一开关位置中。

但是，EP1 126 631中所提供的装置还具有以下缺点，即在通过不期望的无线电发射机-这些无线电发射机由于发射机的密集频率占用而形成经常的干扰原因-而出现同信道干扰或相邻信道干扰的情况下，通过期望信号的同相的电平最大化通常并未消除干扰现象。而在这些情形中重要的是，改进有效信号与干扰信号的比例。若根据分集的不同接收信号的选择未导致无干扰的接收，则期望信号的同相不能达到目的，因为干扰的同信道信号或相邻信道信号因此在各种情况下都未被抑制。同样也适用于接收情形，其中具有更大的不同传播时间的波束在接收位置互相叠加。EP 1 126 631中所提供的装置的另一特别的缺点在于实际的转换，该转换在经济的实现中强制相位调节设备被安置在接收机中，并且因此至少两个分开的天线线路(Antennenleitung)必须被引到接收机。这意味着，在汽车制造中成本和空间开销的提高，并且在那里对于车辆操作也被归为不利。相位调节设备的另一缺点在具有深的信号扰动的瑞利场中产生，其中调节尤其在快速行驶时不能跟上这些信号扰动，并且这必须重新起振，由此发生具有干扰频率增大的不受控的相位控制。这又可由于频率解调而导致接收中的干扰。但是，对于EP 1 126 631中说明的解决方案的经济性特别严重的是高的材料开销，这是由于到接收机的第二高频线路结合为了分集功能而在接收机中需要第二调谐电路(Tunerschaltung)的必要性。

发明内容

因此，本发明的任务在于，在一种用于车辆中无线电接收的天线分集装置(所述装置包括接收机、具有天线馈入线(2a)的多个天线(A₁，A₂，...，A_N)、用于选择根据分集而言另外的接收信号的换接设备以及分析电路(19)，所述分析电路对正好到达所述接收机(1)的接收信号(8)的质量进行分析，以便在出现干扰时，通过换接将根据分集而言另外的接收信号引至所述接收机(1))中，避免这些缺点，并且构建不但经济而且高效的天线分集装置，该装置在多个天线的情形中仅需要一个至接收机的高频线路，并且因此在接收机中为了该目的不强制另外的调谐电路。

根据本发明，该任务通过根据本发明的特征部分解决。

借助本发明获得的优点主要在于实现了一种特别经济的天线分集装置2、3，其在良好的信扰比方面对于同信道干扰或相邻信道干扰具有天线信号的被相位调节的(gephasten)叠加的所有优点，并且具有在同时车辆中线缆开销最小时对于多个天线的可构建性的优点。若天线分集模块6例如在紧凑的多天线装置2附近，如例如在汽车后窗玻璃上，则在多个天线的情形中，仅需要一个至接收机的高频线路4。根据本发明，关于同信道干扰或相邻信道干扰的信扰比的改善仅以抛弃天线信号的同相求和来实现。特别有利地，该天线分集装置2、3可用于汽车中的无线电接收，并且尤其用于UKW接收。用天线分集模块6表示的与接收机分离的部件中的具有间距(Schritt)不同的相位或间距不同的电平传输值的信号的叠加和天线选择功能的总和能够实现对于汽车制造不但经济而且关于操纵特别有吸引力的设计，其中该部件有利地定位在多天线装置2附近，并且只具有一个连接线路到接收器。

附图说明

在以下附图中示出本发明的实施例。其中：

图1：

示出了根据本发明的具有多天线装置2的天线分集设备2、3的框图，其中输入侧信号路径14a分支为(Aufzweigung)具有接收信号7a的第一单独信号路径15和具有接收信号7b的、带有可调整移相设备10的第二单独信号路径16，并且具有求和部件9和可寻址的信号选择开关12，其中通过该信号选择开关12，通过位于接收机1中的分析电路19以及通过带存储器11的电子控制设备分别选择天线。固定地可调整的移相设备10可有利地被构建为可寻址的数字可调整的移相部件28，而相位调整信号14相应地被构建为逻辑地址信号。

图2：

示出了如在图1中的天线分集装置2、3，但是具有天线分集模块6中的分集处理器17，其中具有中频(ZF)信号20的求和后的输出信号8中的干扰经过高频线路4被馈送到分集处理器17。

图3：

示出了如图1中的天线分集装置2、3，但是在接收机1中具有分集处理器17，并且在分集处理器17中生成地址选择信号27，该地址选择信号经过高频线路4被馈送到天线分集模块6中具有存储器11的电子控制设备。

图4：

示出了如图2中的天线分集装置2、3和天线分集模块6，但是在多天线装置2中具有带有源放大器元件25的天线以及被构造为二极管的选择开关5a、5b，其中选择开关也能实现零开关位置24a、24b。

图5：

示出了如图2中的多天线装置2和天线分集模块6，但是具有无源天线，并且在分别具有高欧姆放大器前端22a、22b的第一信号路径15和第二信号路径16中具有天线放大器21a、21b。

图6：

示出了如图5中的天线放大器21a、21b，但是分别具有可调整的变换部件29a、29b，其通过地址控制信号23a、23b被调整用于补偿天线的频率特性。

图7：

示出了汽车的2个加热区天线(Heizfeldantennen)(见图8)的分集效率的例子，其中c作为角度范围2π的线性划分的数目。

c＝0：没有信号叠加的天线分离地可用。

c＝1：没有信号叠加的天线分离地可用(经过零开关位置24a或24b)+具有角度值2π/1(相应于角度值0)的信号的叠加。

c＝2：没有叠加的天线分离地可用+具有角度值差别2π/2的所有叠加。

c＝n：没有叠加的天线分离地可用+具有角度值差别2π/n的所有叠加。

图8：

示出了用于UKW接收的天线分集装置2、3的特别有利的高效经济的实施形式，其中天线分集模块6在汽车后窗玻璃上，具有至作为导体而印上的无源天线的短的连接。天线分集模块6仅与一个作为至接收机1的高频线路4的连接线缆连接，用于传输求和后的输出信号8以及例如传输ZF信号20。天线分集模块6的直流电源也可有利地通过高频线路4的内导体实现。

图9：示出了具有根据本发明的天线分集模块6的车辆后窗玻璃上的天线的典型有利的结构。

a)天线A1和A4以引线2a通过至加热区的母线(Sammelschienen)的连接而形成。另外两个天线A2和A4被构建为垂直于水平发热体的交叉导体(Kreuzleiter)。

b)A1和A4如在a)中，A3作为交叉导体，A2作为加热场和窗框之间的平面结构。

图10：示出了根据本发明的天线分集装置的基本构造的框图，用于阐述工作原理。

a)根据本发明的一种装置的简单实施形式，具有两个天线A1、A2；分支之前的共同信号路径14a以及两个开关5a、5b；单独信号路径(16)中的移相部件35和求和部件9。

b)如图a)中的装置，然而具有四个天线并且在共同信号路径14a中具有三个移相部件35a、35b、35c，用于通过选择合适的移相值来优化和信号8中的分集效率。

c)如图a)中的装置，然而具有四个天线以及可转换的0°或180°的移相值，并且具有基本移相部件(Grundphasendrehglied)37用于改善分集效率。

d)如图b)中的装置，然而具有带合适移相角的移相部件35a、35b，用于优化分集效率。

图11：示出了对应于图10d)的根据本发明的装置，然而具有组合的、多级移相部件32和多级相位选择开关33，以及具有带存储器11和分集处理器17的电子控制设备，用于控制可寻址的信号选择开关12和多级相位选择开关33。

图12：示出了依赖于移相部件的被调整的移相角的分集效率；例a)在UKW频带的下端，b)在UKW频带的上端。

曲线1)：具有两个天线的装置的、依赖于图10a中的移相部件35的移相角的、具有明确极大值(箭头)的分集效率。

曲线2)：如对于曲线1的装置的分集效率，然而是在如图10d中的另一移相部件附加可用时(但是仅具有两个天线)。总地得到通过箭头标识的极大值。

曲线3)：在将系统扩展到总共三个移相部件时、如对于曲线2的装置的分集效率，具有另一微小的、通过箭头标识的极大值升高。

曲线4)和曲线5)：另外的移相部件的可用性不导致技术上可利用的、最大可实现的分集效率的提高。

图13：示出了根据本发明的分别具有两个移相部件35a、35b的优选的特别经济的装置，具有移相部件35a、35b的被固定调整的相位角，用于多天线装置2的借助可寻址的信号选择开关12所选出的天线对的所有组合。移相部件的相位优选地与多天线装置2的频率响应(Frequenzabhaengigkeit)匹配地根据频率最佳构建，如图16b中所示。

图14：示出了在FM无线电广播的频率范围中，在移相部件上具有不同技术开销的、如图8和9a中具有四个天线的多天线装置2的例子中的分集效率。

a)

曲线1)：根据本发明在只有四个天线可用而没有第二信号路径的情况下的比较曲线。(平均值2.3)

曲线2)：图13中的装置的移相部件35a或35b的被调整的相位角为0°或90°。(平均值3.1)

曲线3)：对于6种可能的、可借助可寻址的信号选择开关12调整的不同天线组合的每一种，分别有两个相应的、最佳的移相部件35a、35b的角度组合可供使用(例如如在图11中)。(平均值2.3)

b)

曲线1)和3)：如图a)的曲线1)和3)的分集效率；

曲线2)：对于移相部件35a或35b的被调整的相位角为0°或180°的分集效率。

图15：示出了

a)

曲线2)：如图14b)中的曲线2)，对于移相部件35a或35b的被调整的相位角为0°或180°的分集效率，具有根据图10c的带有如图15b中的优化频率特性的基本移相部件37。

曲线1)和3)：如图14a)中的分集效率用于比较；

b)图10c中的基本移相部件37的被优化的移相角的频率响应。

图16：示出了

a)

曲线2)：图13中的特别经济的装置的分集效率，分别具有带固定调整的、对于相应频率优化后的移相部件相位角的两个移相部件35a、35b。

曲线3)：为了比较，分别对于6种可能的、借助可寻址信号选择开关12可调整的天线组合的每一种，具有两种相应的、优化的移相部件的角度组合可供使用。

曲线1)：根据本发明的在仅有四个天线而没有第二单独信号路径可用的情形中的比较曲线。

图17：示出了

a)天线A1、A2的方向图(Richtdiagrammen)，以及

b)图9a中的多天线装置2的与此镜像的天线A3、A4。方向图的方位角平均值通过幅度校正部件36彼此均衡。

图18：示出了伴随根据图13的分集装置、来自图19中示出的可用的方向图的、在每个方位角情形中可供使用的极大值的方位角方向图。

图19：示出了图13中的装置的方位角方向图，分别具有两个移相部件35a、35b，带有固定调整的、对于相应频率优化的、根据图16b中的角度值的移相部件相位角，以及带有根据图16a中的曲线2)的分集效率。图a)、c)、e)、g)、i)、k)分别示出了由可寻址的信号选择开关12所选出的天线组合的两个单图；分别位于其旁边的6个图b)、d)、f)、h)、j)、l)示出了两个在与所说明的移相部件组合时得到的方向图。通过相位选择开关33的选择，总地得到四个单个天线的方向图以及附加地总共12个方向图。

图20：示出了根据本发明的分集装置的有利的实现形式，具有根据图6的高欧姆放大器前端22a、22b，具有被附加地构造为移相部件35a、35b的变换部件29a、29b，并且具有相位选择开关33。

图21：示出了根据本发明的分集装置的一种有利实现形式的分集效率，其中与不同的情形相比，如在图10b中所示，具有在共同信号路径14a中的移相部件35a、35b、35c。

曲线1)仅仅四个天线信号，没有形成和信号。

曲线2)四个天线信号以及由所有可能的、分别由两个天线在移相部件35a、35b、35c的有利移相值的前提下的组合形成和信号。

曲线3)如曲线2)中的装置，然而没有有效的移相部件35a、35b、35c，它们的移相值被调整为零。

具体实施方式

分集效率用作对于天线分集装置的能力的度量，其中分集效率对应于假定可用的去相关的(dekorrelierte)接收信号的数目。从干扰降低中得到在由多径传播通过信号扰动(衰落)干扰的瑞利接收场中的接收的改善，其中这些干扰在UKW范围内经常通过相邻信道和同信道、以及在弱信号区域内通过噪声而引起。若在一接收区域中仅以一个天线接收时出现干扰的概率为p_s，则在同一接收区域中在分集工作中出现干扰的概率降低为

p_d＝p_s ⁿ

其中n表示装置的分集效率的特征量。该参考值在以下用于描述分集天线装置的能力。因此，借助本发明要达到的目的是，以尽可能小的技术开销实现尽可能大的分集效率。

在瑞利接收场中接收时，在信扰比最大化方面，在两个不同天线信号叠加时省略连续相位调节的可能性基于意外的效果，即超出一定数目c之后，2π角度空间的离散划分对于可用的被不同相位调节的被叠加的信号不再产生改善。特别是在经常出现的同信道干扰或相邻信道干扰中，系统不寻找在和信号8中导致同相求和的相位调整，而是寻找提供最大信扰比的相位调整。

这由图7中印象深刻地得出，其中两个后窗天线的分集效率作为关于在线性角度步进(Winkelschritt)c中划分数目的决定性的量度(Mass)而被绘出，并且对于这种天线是典型的。在所有研究中都已表明，数目c＝5，以及在角度步进中线性划分为大约70度，实际上足够实现最大可实现的分集效率。

另一种有利的解决方案在于，与2π的角度空间的线性划分不同，检测车辆上的天线(A₁，A₂，...，A_N)的复数方向图，并且分别对于多天线装置2的2个天线，借助基于统计在瑞利接收情形中的分集效率的仿真计算，来求得考虑到分集效率的尽可能大的增长的、借助每个另外进行的角度划分的最佳离散角度值。这为了对于角度范围0...2π尽可能小数目的划分而发生。由此，可被寻址的信号选择开关12的每个确定的开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)分别被固定分配可调整的移相设备10的离散移相角Φi的一个相位向量(i＝1，2，...)。由此，可构建最大数目为I＜5的不同移相角Φi。本发明的一个重要优点在于这样的事实，即由于没有具有上述缺点的连续干预相位的调节过程，借助根据本发明的天线分集装置2、3，少的开关步长(Schaltschritt)就足够找到无干扰的信号作为求和后的输出信号8。附加的可能性，即通过可寻址的信号选择开关12从多天线装置2中成对地选出多个天线组合，在很大程度上进一步提高了分集效率。

在本发明的一种特别有利的扩展方案中，为了尽可能有效地从可寻址的信号选择开关12以及可调整的移相设备10的多种调整中构建对未被干扰的信号的寻找过程，在分集处理器17中设置具有记忆装置(Gedaechtnis)的逻辑处理器，在该逻辑处理器中，信号选择开关12的开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)和移相设备10的离散移相角Φ_a，b，i的可用组合的干扰的强度和频度被持续检测和更新(aktualisieren)。从中不断更新地(fortschreibend)形成优先次序(Rangfolge)的排名列表-以具有最小干扰的组合开始。为此，干扰显示信号18被作为逻辑地址选择信号27被储存，用于被储存在具有存储器11的电子控制设备中的开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)和移相角Φ_a，b，i的组合的有目的的可选性。在出现干扰时，借助于所形成的优先次序有目的地换接到能够以更高可能性实现少干扰接收的组合。

离散移相角Φ_a，b，i的选择可经济地借助于模拟可调整的移相部件26进行。为此，在具有存储器11的控制设备中不但生成作为相位调整信号14的电压，该电压被输送给模拟可调整的移相部件用于调整分别涉及的离散移相角Φ_a，b，i，而且还生成逻辑开关调整信号13，用于调整可寻址的信号选择开关12的被分配的开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)。合适的模拟可调整的移相部件26例如可以已已知方式由3dB 90度的混合部件制造，这些混合部件借助于两个变容二极管在-90度和400度的角度范围中无级地通过施加相应的变容二极管电压而被调整。所有其他的在天线分集模块6中对于控制天线分集装置2、3所必需的块都可以有利地经济和节省空间地作为集成电路被实现。

在将分集处理器17安装在天线分集模块6中时，有利的是，作为求和后的输出信号8中的干扰的载体，ZF信号20通过高频线路4以已知方式输送给分集处理器17。附加地，最短有利的可以是，为了显示换接活动，通过高频线路4将静噪脉冲(Mute-Pulse)引导至接收机1，并且借助位于其中的静噪电路而完全不可听见地构建换接。

在将分集处理器17安装在接收机1中时，对于结合以被分配的离散移相角Φ_a，b，i的开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)的调整的选择所必需的地址选择信号27被有利地通过高频线路4引导至天线分集模块6。

在具有大接收信号的区域中，具有变容二极管的移相部件通过非线性效应而受危害。在本发明的有利实施形式中，因此可有利地将固定调整的移相部件结合相位选择开关而使用，使得通过多个天线组合和相位组合构成多个关于求和部件9的输出的方向图。这些方向图在不同的接收状况中供通过分集处理器17的选择而使用。在图8中示出了用于UKW接收的天线分集装置2、3的一种特别有利的、有效的并且经济有利的实施形式，具有在汽车后窗玻璃上的天线分集模块6，该天线分集模块具有至作为导体被印的无源天线结构的短的连接。被印的天线结构例如在图9a和9b中分别借助四个天线信号而示出。天线分集模块6优选地仅与一个作为至接收机1的高频线路4的连接线缆连接，用于传输求和后的输出信号8以及例如ZF信号20。用于天线分集模块6的直流电源也可有利地通过高频线路4的内导体而进行。借助以下描述阐述，可以以何种方式以成本有利的方式实现天线分集模块6中两个信号路径15、16中信号的叠加，并且其中高的分集效率可以以最小开销在移相部件35和相位选择开关33上实现。

与开始时描述的、其中相位通过调节系统来调整的相位调节系统相反，在本发明的系统中，最大的分集效率可仅通过以下方式实现，即为了选择而存在的固定调整的移相部件具有与多天线装置2特定地匹配的、最优的值。为了进行该匹配，必要的是根据相互的模(Betrag)和相位，对于包括所有天线馈入线2a和其它改变相位的元件的一个共同点，优选地在测量技术上在天线测量领域中借助移相状态(Drehstand)或必要时通过模型计算来求得天线A₁，A₂，...，A_N的方向图。该行为借助图10a中的简单例子来阐述，其中移相部件35被安装在分离的信号路径15、16的第二信号路径15中。为了观察这两个分离信号路径15、16中信号叠加的工作方式，它们分别在求和部件9的输入端上的彼此相位(Phasenlage)是决定性的。由此，求和部件9的输入端是参考点，这里两个信号没有另外的相位改变地被求和。为了可以为图10a中的移相部件35求出相位值，则还必需的是，得知关于没有移相部件35的参考点的天线方向图。其中，在待叠加的信号情形中仅仅取决于它们的相位差。由此，在信号路径之一中，例如事后引入的、改变相位的元件可以通过另一信号路径中附加地引入相同相位改变而被补偿。

若在移相部件35中的输出相位消失的标准下参照求和部件9的信号输入端的两个天线的这些方向图是已知的，则可通过上面提及的计算方法通过移相部件35中的移相角的改变而为分集效率找到最大值。结果在图12a中在曲线1)中以通过箭头标识的极大值而示出。若天线A1、A2和天线馈入线2a中存在的、改变相位的元件恰好拥有对此必需的相位值，则用于分集效率极大值的移相部件35的角度值于是为零。相反，因此强制地得到，对于图10a中的天线装置，这些改变相位的元件可以这样引入，使得可省略通过图10a中的移相部件35的相位改变。

如上面已经阐述的，通过上面说明的等式，由对于在具有一个天线以及在分集模式中的工作中干扰概率的认识求得分集效率n。原则上，干扰概率可由行驶运行中的测量中求得。然而，如果要获得相关的、基于具有瑞利多径传播的极多统计上不同的接收条件的结果，则该方法极其昂贵。特别是为了求得对于分集效率的最大值所必需的移相部件的角度变化值(Winkeldrehwert)，在实际的观点中只有借助现代计算机的模型计算是可行的。其中，例如借助于在具有瑞利幅度分布的电磁波场中的计算机模拟的测试行驶，通过预给定干扰出现的空间分布的干扰场强度，在以参考天线运行中，干扰的时间部分与总观察时间相比作为干扰概率p_s而被确定，并且在分集模式运行中作为p_d而被确定，从中求得分集效率n作为n个去相关的天线信号的等价物。在此，使用为相应极化所测量或从中推导并且根据模和相位已知的方向图。为了模拟瑞利多径情形，例如通过多个虚构的行驶段分别将足够数目的、来自统计地选择的入射方向、具有统计地选择的幅度和相位的波分配给天线系统，从中可以求得对于分集效率的统计上可靠的值。不但关于在具有弱接收信号的接收区域中的噪声干扰，而且关于具有优选通过相邻信道和同信道而决定的干扰的接收区域，该方法可用于求得分集效率。该计算方法例如在H.Lindenmeier等的SAETechnical Paper Series 981147(ISSN0148-7191)Diversity-Effectiveness...中被描述。

若在本发明的一种有利的扩展方案中，图10a中的移相部件35不是被引入到分离的信号路径16中，而是引入到分集接收设备3的共同信号路径14a中-例如天线A1的引线中，则上面谈及的分集效率的极大值(图12a、b中的曲线1)在移相部件35的移相值的相应调整中由于作用相同(Wirkungsgleichheit)而同样可获得。借助求和部件9的输出端上的三个根据分集不同的信号8获得该极大值。如果选择开关5a交替地连通天线信号之一并且开关5b调整到零开关位置24a、24b并且不转发信号，则天线A1和A2的两个接收信号在求和部件9的输出端可选地可供使用。在开关5b的换接以及天线A2的信号借助开关5a连通之后，得到所期望的求和后的输出信号8。如由图12中所表明的，通过添加该优化后的求和后的输出信号8，分集效率从大约1.65上升到2.3。

如在图6中所示，在将多天线设备2扩展到例如四个天线以及在借助零开关位置24a、24b的可寻址信号选择开关12的相应扩展情况下，对于这些改变相位的元件，可关于分集效率确定有利的相位值。在图10b中，该作用原理根据本发明扩展到具有四个天线的多天线装置2上。为了该目的，在三个天线的信号线路中，移相部件35a、35b、35c被引入到共同的信号路径14a中。移相角为了尽可能大的分集效率而被合适地调整。借助可寻址的、根据目的以开关二极管实现的信号选择开关12，所有天线信号都可以分开地连通至求和部件9的输出端。此外，在该具有四个天线的例子中，可以分别由具有其彼此的相位状态的两个天线信号形成所有六种可能的和信号的组合，如其由于移相部件而在可寻址的信号选择开关12的输入端而存在的那样。移相部件35a、35b、35c中移相角的正确选择的有效性由图21中的图中印象深刻地表明。在那里，对于UKW频率范围中的例子，根据图10b的这种装置的分集效率在曲线1中以最佳(optiminimalen)的移相角示出，并且在曲线2中为这样的情况而示出，即移相部件未被包含在共同信号路径14a中或者它们具有等于零的移相角。为了获得尽可能大的分集效率，可以借助分集效率的统计评价求得移相角的有利值。

可以根据曲线2)，通过提供附加的、同样在相位中被优化并且以如图10d中的相位选择开关33可接通的移相部件获得相对于图10a中的装置的分集效率的进一步提高。该行为可通过引入另外的移相部件和通过相应的相位选择开关33的扩展而被进一步提升，然而其中分集效率的增长更小。涉及UKW频带的下端或上端的图12a和12b中的曲线图的比较示出了针对涉及极大值的角关于频率改变的相对小的变化。

图12中的曲线图示出了，分集效率的最大增长可以借助两个第一移相部件实现。因此，在本发明的另一种有利的实施形式中建议，对于由两个天线构成的每种组合，分别仅提供两个在移相角度中被最佳地调整的移相部件以供使用，使得这两个天线分别地、以及附加地在移相部件的输出端的两个信号可用于求和。若例如假定具有四个天线A1...A4的多天线装置2，则通过6种可能的成对组合得到对移相部件35a、35b的12种限定相位的需求。因此，根据本发明规定，根据图11在分离地实施的移相部件35a、35b的位置上设置具有12个输出端的多级移相部件32以及相应的多级相位选择开关33。借助具有为天线的所有成对组合这样优化的相位的系统，可以实现分集效率的显著提升。这由图14a和14b中的曲线3)分别与曲线1)的比较中得出，其中曲线1)描述了没有根据本发明的以被相位调整的天线信号的求和的分集效率。由于干扰概率随着分集效率增长而指数地降低，借助本发明实现了系统的一些显著的改进。4.8-2.5＝2.3的平均值的区别例如意味着，在具有单天线的行驶中，在10％的干扰概率的情况下，其相对于没有信号的被相位调整地求和的基本系统显得平均降低了0.1^2.5＝大约1/300的因子。

如果替代所描述的优化地设置的移相部件，对于所有天线组合仅仅提供图10d中移相部件35a和35b的0°和90°的固定调整的相位值以供使用，则系统效率较低。由此得到的在图14a中的曲线2)的平均值为3.1的分集效率虽然相对于基本系统获得改进，然而值得一提的是仍位于由曲线3)所代表的可实现极大值之下。当在系统中替代前述考虑而提供固定地调整的相位值0°和180°以供使用时，系统行为类似。然而，借助该系统可获得的、图14b中曲线2的3.9的分集效率平均值可在本发明的另一有利扩展方案中通过引入在移相角中被优化的基本移相部件37而进一步提升，如在图10c中所示。在此显示出惊人的效应，即通过在可寻址的信号选择开关12和相位选择开关33的所有位置上引入基本移相部件37，当对于每种频率情况下的相位选择最佳值时，可平均地实现分集效率的提高。为此所必需的相位变化在UKW频带的频率范围上为一个例子而在图15b中被示出。相位的该频率变化可以借助高频电抗电路或高频滤波器而近似地实现。其中，基本移相部件37以所说明的相位插入在第二信号路径16中还是以该相位的负值插入到第一信号路径15中当然是对等的。引入到信号路径15和16中的这种可交换性类似地也适合于移相部件35a、35b的相位的所有以下进行的考虑。0°和180°的移相部件作为有源或无源反相部件(Invertierglieder)38而公知，并且能够以成本有利的方式实现。借助于它们，在该例子中，本发明的该实施形式可以以4.2的高的平均分集效率值非常经济地实现。

在本发明的一种特别经济的实施形式中，图10d或图13中的移相部件35a、35b以这样的方式作为低损耗的高频电抗电路被实施，使得它们在预给定的频率时具有为此求得的最佳相位，从而对于可寻址的信号选择开关12和相位选择开关33的所有位置平均地得到分集效率的最大值。在此显示出惊人的效应，即在本发明的这个极其经济的实施形式中，在整个频率范围上平均地为分集效率设置实际上与借助上面描述的具有为带有根据图11的布置的天线的所有成对组合分开地优化的相位的系统(在例子4，8中)相同大小的数值(在例子4，7中)。在图16a中，对于特别成本有利的解决方案的分集效率的走向在曲线2中、并且对于具有分开地优化的相位的系统的分集效率的走向在曲线3中被相对地示出。为了实现曲线2所必需的两个移相部件的相位走向在图16中示出。这两个不同开销的系统的对等性可以通过方向图的多样性来解释，这些方向图在求和部件9的输出端的求和后的输出信号8中在可寻址的信号选择开关12和相位选择开关33的不同位置的情况下供选择。这些方向图可在天线测量场中借助求和部件9的输出端以及由此在接收机1上的移相状态(Drehstand)而证明。这些方向图的模如上面已经阐述的在图19中被示出。统计上由不同的方位角空间方向上入射的有效信号以及同样由统计上不同的方位角空间方向上入射的不期望的相邻信道的信号或不期望的同信道的信号通过与信号选择开关12和相位选择开关33的相应位置对应的方向图根据模和相位被分析，并且在求和部件9的输出端导致有效信号与干扰信号的比例(信噪比)。现在表明，统计地看，由于可用方向图的多样性，始终可以这样找到具有高信噪比的开关的有利位置，使得平均上设置与借助更昂贵的系统类似好的分集效率。图19中示出的方向图没有一个大致具有对于未被多径接收干扰的区域中的移动接收始终要求的无线电特性。从每个所示图的替代可用性中，系统在需要时可以为每个空间方向选出最有利的信号，使得在移相状态的测量中，图18中所示的方位角方向图可以被证明，其中方向图以一些值得一提的4dB的馈送(Einzug)实际上示出了一个圆图(Runddiagramm)。

在多天线装置2的构型中，当在求和部件9的输入端可测量的天线A1、A2、...AN的方向图在方位角平均值中彼此不非常偏离时，是有利的。为了使得该偏离不超过例如6dB，可以以有利的方式在天线A₁、A₂、...A_N中(参见图4)或在天线馈入线2a中引入幅度校正部件36。在图17a和b中示出了根据幅度在方位角上具有相同平均值的方向图。

在本发明的另一种特别有利的实施形式中，使用天线放大器21a、21b，如它们结合图6中的装置所描述的那样。该系统在图20中示出，并且根据结合图10d所描述的方法工作。在此特别的是，在两个信号路径15和16中的变换部件29以这种方式构建，使得在求和部件9的输入端设置必需的相位关系。

附图标记列表

天线A₁，A₂，...，A_N

接收机1

多天线装置2

天线馈入线2a

分集接收设备3

高频线路4

选择开关5a，5b

天线分集模块6

接收信号7a，b

求和后的输出信号8

求和部件9

可调整的移相设备10

带有存储器的电子控制设备11

可寻址的信号选择开关12

逻辑的开关调整信号13

相位调整信号14

输入侧的信号路径14a

第一分离信号路径15

第二分离信号路径16

分集处理器17

干扰显示信号18

分析电路19

ZF信号20

天线放大器21a，21b

高欧姆的放大器前端22a，22b

地址控制信号23a，23b

零开关位置24a，24b

有源放大器元件25

可模拟调整的移相部件26

地址选择信号27

可寻址的、可数字调整的移相部件28

变换部件29a，29b

多级移相部件32

相位选择开关33

移相部件35，35a，35b

幅度校正部件36

基本移相部件37

反相部件38

离散电平传输值的电平传输值矩阵(P_{a，b，i，j}，其中j＝1，2，...)

电平传输值P_{a，b，i，j}

离散移相角的相位值矩阵Φ_a，b，i

移相角向量(Φ_i，其中i＝1，2，...)

移相角Φ_a，b，i

移相角向量Φ_a，b，i

开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)

Claims

1.一种用于车辆中无线电接收的天线分集装置，其中所述装置包括接收机、具有天线馈入线(2a)的多个天线(A₁，A₂，...，A_N)、用于选择根据分集而言另外的接收信号的换接设备以及分析电路(19)，所述分析电路对正好到达所述接收机(1)的接收信号(8)的质量进行分析，以便在出现干扰时，通过换接将根据分集而言另外的接收信号引至所述接收机(1)，其特征在于：

-所述换接设备设置在与所述接收机(1)分离的、输入侧与所述天线(A₁，A₂，...，A_N)相连的天线分集模块(6)中，其中所述天线分集模块(6)在输出侧通过高频线路(4)与所述接收机(1)连接，

-在所述天线分集模块(6)中，通过输入侧信号路径(14a)的分支而存在至少一个第一和第二分离的信号路径(15，16)，所述至少一个第一和第二分离的信号路径(15，16)的输出信号被馈送到求和部件(9)的输入端并且在所述求和部件(9)中被求和，其中求和后的信号(8)通过所述高频线路(4)被馈送到所述接收机(1)，

-所述两个分离的信号路径(15，16)中每一个在输入侧都包括与所述天线(A₁，A₂，...，A_N)相连的可寻址的逻辑信号选择开关(12)，其中借助于所述可寻址的逻辑信号选择开关，不同开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)分别将根据分集而言不同的天线接收信号(7a，7b)馈送到所述信号路径(15，16)的两个输入端中至少之一，

-至少一个所述信号路径(14a，15，16)包括在相位角移动方面被固定调整的移相设备(10)，具有这样的效应，即当在所述可寻址的逻辑信号选择开关(12)的至少一个开关位置中，所述天线(A₁，A₂，...，A_N)之一的接收信号被直接接通至所述求和部件(9)的两个输入端之一时，所述天线(A₁，A₂，...，A_N)中另一个的接收信号才通过所述被固定调整的移相装置(10)之一，并且随后被接通至所述求和部件(9)的两个输入端中另一个，

-在求和后的信号(8)中出现干扰的情况下，选择所述可寻址的逻辑信号选择开关(12)的开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)的根据分集而言另外协调的调整。

2.根据权利要求1的天线分集装置，其特征在于：

-所述两个分离的信号路径(15，16)中至少一个包括固定调整的移相设备(10)，其固定调整的移相角分别通过根据分集的换接而被改变，

-所述天线分集模块(6)包括具有存储器的电子控制设备(11)，用于协调地调整所述移相设备(10)的离散移相角(Φ_i)，其中所述移相角分别被固定地分配给所述可寻址的逻辑信号选择开关(12)的特定开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)，并且作为相位向量(i＝1，2，...)被存储在所述电子控制设备(11)的存储器中，由此，在所述电子控制设备(11)中关于所述开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)存储有离散移相角(Φ_a，b，i)的相位值矩阵，

-在所述求和后的信号(8)中出现干扰-其中所述分析电路(19)的干扰显示信号(18)被引导至所述电子控制设备(11)-时，选择所述可寻址的逻辑信号选择开关(12)和所述被分配的离散移相角(Φ_a，b，i)的开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)的根据分集而言另外协调的调整。

3.根据权利要求1的天线分集装置，其特征在于，所述可调整的移相设备(10)的离散移相角(Φ_i)的分别被固定分配给所述可寻址的逻辑信号选择开关(12)的特定开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)的移相角向量(Φ_i，其中i＝1，2，...)由I＜5个不同的具有相同相位角差2π/I的移相角(Φ_i)形成。

4.根据权利要求1的天线分集装置，其特征在于，

-确定车辆上天线(A₁，A₂，...，A_N)的复辐射图，

-所述可调整的移相设备(10)的离散移相角(Φ_i)的分别被固定分配给所述可寻址的逻辑信号选择开关(12)的特定开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)的移相角向量(Φ_i，其中i＝1，2，...)由I＜5个不同的移相角(Φ_i)组成，并且

-借助于瑞利接收情形中分集效率的仿真计算，考虑到在尽可能小数量I的不同移相角(Φ_i)的情况下尽可能大的分集效率值，选择所述移相角。

5.根据权利要求2至4中任一项的天线分集装置，其特征在于，

-所述可固定调整的移相设备(10)被构造为电压控制的、可模拟调整的移相部件(26)，并且

-在所述具有存储器的电子控制设备(11)中，一方面生成作为相位调整信号(14)的电压，其中所述电压被馈送到可模拟调整的移相部件用于调整相应涉及的离散的、可固定调整的移相角(Φ_a，b，i)，并且另一方面生成相应的逻辑开关调整信号(13)，用于调整所述可寻址的逻辑信号选择开关(12)的相应开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)。

6.根据权利要求5的天线分集装置，其特征在于，所述可调整的移相设备(10)被构造为可寻址的、可数字调整的移相部件(28)，并且所述相位调整信号(14)相应地为逻辑地址信号。

7.根据权利要求2至4中任一项的天线分集装置，其特征在于，所述分析电路(19)通过如下方式被构造用于确定接收质量，即从所述接收机(1)中的和信号(8)所导出的中频信号(20)被馈送到具有分集处理器(17)的天线分集模块(6)，用于识别干扰，其干扰显示信号(18)在所述具有存储器的电子控制设备(11)中同时导致所述可寻址的逻辑信号选择开关(12)的根据分集而言另外的开关位置(a＝0，1，2，...N，b ＝0，1，2，...N)的调整以及所述移相设备(10)的被分配给该开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)的离散的移相角(Φ_a，b，i)的调整。

8.如权利要求7中的天线分集装置，其特征在于，所述分析电路(19)通过如下方式被构造用于确定所述接收质量，即所述分集处理器(17)被安置在所述接收机(1)中，并且所述干扰显示信号(18)以已知方式被导送至所述天线分集模块(6)和所述具有存储器的电子控制设备(11)。

9.如在权利要求7中的天线分集装置，其特征在于，

-在所述分集处理器(17)中存在具有记忆装置的逻辑处理器，其中在所述逻辑处理器中，在所述可寻址的逻辑信号选择开关(12)的开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)和所述移相设备(10)的离散移相角(Φ_a，b，i)的可用组合中出现的接收干扰的强度和频度被持续检测和更新，并且从中不断更新地形成关于优先次序的优先列表，其从最小干扰的组合开始，并且

-所述干扰显示信号(18)以这样的方式被构造为逻辑的地址选择信号(27)，用于有目的地选择被储存在所述具有存储器的电子控制设备(11)中的开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)和移相角(Φ_a，b，i)的组合，使得在出现干扰时，借助于所形成的优先次序有目的地换接到能够以更高概率实现少干扰的接收的另一组合。

10.根据权利要求9的天线分集装置，其特征在于，所述分集处理器(17)被设置在所述接收机(1)中，并且所述地址选择信号(27)通过所述高频线路(4)馈送到带所述具有存储器的电子控制设备(11)的天线分集模块(6)。

11.根据权利要求1至4中任一项的天线分集装置，其特征在于，在所述天线(A₁，A₂，...，A_N)中，为了信号放大以及为了所述天线彼此之间的去耦合，考虑到通过换接所引起的负载改变，包含有源放大器元件，并且位于所述可寻址的逻辑信号选择开关(12)中的选择开关由开关二极管形成。

12.根据权利要求2至4中任一项的天线分集装置，其特征在于，所述天线(A₁，A₂，...，A_N)被构造为无源天线，并且在所述第一信号路径(15)和所述第二信号路径(16)的输入端分别设置具有输入侧高欧姆放大器前端(22a，22b)的天线放大器(21a，21b)。

13.根据权利要求12的天线分集装置，其特征在于，

-为了补偿作为无源天线实现的天线(A₁，A₂，...，A_N)的频率特性，在所述天线放大器(21a，21b)中设置变换部件(29a，29b)，其中所述变换部件被逻辑可寻址地调整，并且

-在所述具有存储器的电子控制设备(11)中形成地址控制信号(23a，23b)，通过所述信号，在所述天线(A₁，A₂，...，A_N)之一接通时，在相关天线放大器(21a，21b)中引起相应的调整以补偿所述变换部件(29a，29b)上的频率特性。

14.根据权利要求13的天线分集装置，其特征在于，作为无源天线实现的天线(A₁，A₂，...，A_N)被作为车辆的窗玻璃上的传导结构而被实施，其中所述结构的端子通过短的连接线路与位于所述窗玻璃上或位于所述窗玻璃附近的天线分集模块(6)连接，并且所述高频线路(4)形成至远处的接收机的单个信号连接。

15.根据权利要求2的天线分集装置，其特征在于，

-在所述两个信号路径(15，16)中至少之一中，为了改变接收信号电平，存在电平传输调整设备(30)，并且

-为了分别为所述可寻址的逻辑信号选择开关(12)的特定开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)和离散移相角(Φ_a，b，i)的组合协调地调整不同的离散的电平传输值，在所述具有存储器的电子控制设备(11)中存储用于不同的离散电平传输值(P_{a，b，i，j}，其中j＝1，2，...)的电平传输值矩阵，以及

-为此形成电平传输调整信号(31)，通过所述电平传输调整信号，在所述电平传输调整设备(30)中调整相应的电平传输值(P_{a，b，i，j})。

16.根据权利要求2的天线分集装置，其特征在于，

-所述可调整的移相设备(10)由至少两个具有固定调整的相位角的移相部件(35a，35b)以及后接的用于交替地选择所述移相部件(35a，35b)的输出信号中一个的可控的相位选择开关(33)组成，并且

-在所述具有存储器的电子控制设备(11)中，一方面生成作为相位调整信号(14)的信号，其中所述作为相位调整信号(14)的信号被馈送到可模拟调整的移相部件用于调整相应涉及的离散的移相角(Φ_a，b，i)；并且另一方面生成相应的逻辑开关调整信号(13)，用于调整所述可寻址的逻辑信号选择开关(12)的相应开关位置(a＝0，1，2，...N，b＝0，1，2，...N)。

17.根据权利要求16的天线分集装置，其特征在于，代替所述移相部件(35a，35b)，使用组合的多级移相部件(32)，所述多级移相部件(32)具有多个后接有相应多级相位选择开关(33)的输出端。

18.根据权利要求17的天线分集装置，其特征在于，与所述多级移相部件(32)的不同级相关的移相以这种方式被调整，使得两个关于分集效率优化的相位对于所述天线(A₁，A₂，...，A_N)的可能的成对组合可用。

19.根据权利要求16的天线分集装置，其特征在于，存在两个带有被构造为切换开关的相位选择开关(33)的具有固定调整的相位角的移相部件(35a、35b)，并且所述相位角以这种方式形成，使得对于所述可寻址的逻辑信号选择开关(12)和所述相位选择开关(33)的所有位置的平均值，在预给定的频率时得到尽可能大的分集效率值。

20.根据权利要求19的天线分集装置，其特征在于，所述两个移相部件(35a、35b)被实现为低损耗的高频电抗电路，并且它们的相位的频率响应被这样构建，使得所述分集效率在每个频率时都尽可能大。

21.根据权利要求20的天线分集装置，其特征在于，所述天线(A₁，A₂，...，A_N)被构造为无源天线，并且在所述第一信号路径(15)和所述第二信号路径(16)的输入端分别设置具有输入侧高欧姆放大器前端(22a，22b)的天线放大器(21a，21b)；作为无源天线实现的天线(A₁，A₂，...，A_N)被作为车辆的窗玻璃上的传导结构而被实施，其中所述结构的端子通过短的连接线路与位于所述窗玻璃上或位于所述窗玻璃附近的天线分集模块(6)连接，并且所述高频线路(4)形成至远处的接收机的单个信号连接；在所述两个信号路径(15，16)中，附加地以这种方式构造在具有输入侧高欧姆放大器前端(22a，22b)的天线放大器(21a，21b)中存在的变换部件(29a，29b)，使得在所述求和部件(9)的输入端设置必需的相位关系。

22.根据权利要求20的天线分集装置，其特征在于，

-所述两个移相部件(35a、35b)具有相位值0°和180°，

-使用有源的或无源的反相部件(38)，以及

-附加地存在基本移相部件(37)，其中根据频率、考虑到尽可能大的分集效率而构建其相位。

23.根据权利要求1的天线分集装置，其特征在于，为了避免所述天线(A₁，A₂，...，A_N)的辐射图的方位角平均值的太大偏差，在所述天线(A₁，A₂，...，A_N)中或在所述天线馈入线(2a)中，接入幅度校正部件(36)作为补偿。

24.根据权利要求1的天线分集装置，其特征在于，至少一个固定调整的移相设备(10)被接入到输入侧的信号路径(14a)中，用于移动至所述可寻址的逻辑信号选择开关(12)的引线中天线信号的相位角。

25.根据权利要求24的天线分集装置，其特征在于，在至可寻址的逻辑信号选择开关(12)的N-1个引线中存在N个天线的情况下，接入固定调整的移相设备(10)，其中所述移相设备作为移相部件(35a，35b，35c)以及作为低损耗的高频电抗电路被这样实施，使得它们的相位值的频率响应在每个频率时得到相应的最大可能的分集效率。

26.根据权利要求1至4中任一项的天线分集装置，其特征在于，通过选择所述天线(A₁，A₂，...，A_N)中以及所述天线馈入线(2a)中有利的、改变相位的元件，在所述天线分集模块(6)中得到简单实现的移相设备(10)。