EP1776735A1 - Empfangsantennensystem mit mehreren aktiven antennen - Google Patents

Empfangsantennensystem mit mehreren aktiven antennen

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EP1776735A1
EP1776735A1 EP05772844A EP05772844A EP1776735A1 EP 1776735 A1 EP1776735 A1 EP 1776735A1 EP 05772844 A EP05772844 A EP 05772844A EP 05772844 A EP05772844 A EP 05772844A EP 1776735 A1 EP1776735 A1 EP 1776735A1
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EP
European Patent Office
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individual
antenna
impedance
antennas
antenna system
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EP05772844A
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Herbert Steghafner
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/30—Combinations of separate antenna units operating in different wavebands and connected to a common feeder system
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole

Definitions

  • the invention relates to a Erapfangsantemensystem with several active antennas.
  • Active receiver antennas have no interfaces with a constant characteristic impedance between passive antenna structure and active electronic elements, for example impedance converters and amplifier elements. With passive antennas, these interfaces must be adapted to the characteristic impedance of a common line with regard to their characteristic impedance in the useful frequency range. The bandwidth of the entire Empfangsantenn ⁇ n- system is thus undesirably reduced.
  • the respective electrical antenna height to avoid deformed Antennen ⁇ diagrams - "aufzipfelte antenna diagrams" - adapted to the respective receiving frequency range of the individual antenna, so can from a plurality Operaempfangsfre ⁇ frequency ranges of the individual antennas composite broadband total receiving frequency range of the receiving antenna system.
  • the shortening of the electrical antenna height of the individual antenna can be done electrically by impedance elements, for example, a parallel circuit of inductance and ohmic resistance, are arranged at certain heights of the individual antenna.
  • the inductor bypasses the resistor at low receive frequencies, while at high receive frequencies the resistor is effective.
  • a receiving antenna system consisting of several active individual antennas is disclosed in DE 34 37 727 Al. at The disclosed receiving antenna means that the individual antennas are positioned at greater distances - up to a few 100 meters from each other.
  • the mutual elektro ⁇ magnetic couplings of the individual antennas which worsen the directivity, the efficiency and the antenna gain of the receiving antenna system, are negligible in such an arrangement. If, on the other hand, a much more compact implementation of a receiving antenna system with spatial distances of the individual antennas in the order of magnitude of a few centimeters is desired, then these mutual electromagnetic couplings of the individual antennas can no longer be neglected.
  • the invention is therefore based on the object of providing a receiving antenna system with a plurality of active, slightly spaced individual antennas having a high bandwidth.
  • the currents in the individual antennas are decoupled from the electromagnetic couplings as a function of the frequency of the reception by the individual current-influencing parameters of the receiving antenna system.
  • the individual antennas of the receiving antenna system according to the invention are therefore by optimizing the current-influencing parameters of the receiving antenna system - frequency-dependent electrical antenna height (impedance elements on the radiators), antenna diameter, antenna spacings and input impedance of the active devisitherlektroniken - in view of minimized elelicromcgnetii ⁇ cli * - anions of the eimels ante out.
  • a suitable influencing of the electromagnetic couplings between the individual antennas and an optimization of the efficiency of the overall arrangement is effected by suitably dimensioning the input impedances of the individual base-point electronics outside the useful frequency range of the respective individual antenna.
  • Fig. 1 a three-dimensional representation of the receiving antenna system according to the invention
  • Fig. 2 shows a basic arrangement of the receiving antenna system according to the invention
  • FIG 3 shows a top view of the geometry of the passive antenna region of the receiving antenna system according to the invention and FIG FiO. J sin electrical- Elocj: ⁇ ciialt, bilö the inventive receiving antenna system.
  • the receiving antenna system according to the invention in FIG. 1 and in Fig. 2 consists of several individual antennas 2 X , 2 2 , ..., 2 N in the minimum configuration of two individual antennas 2 X and 2 second These individual antennas 2 1? 2 2 ,..., 2 H are applied as conductor strips on a printed circuit board 3.
  • the ⁇ nntennenempfangsystem 1 has for the single antenna with the largest mechanical antenna height, which receives the long-wave transmission signal, an extension 4.
  • the circuit board 3 with the individual antennas 2 lf 2 2 , ..., 2 H is of a plastic, not shown in Fig. 1 surrounded for protection.
  • Each individual antenna 2 1 , 2 2 ,... / 2 H has in each case a mechanical antenna height L 1 , L 2 ,..., L N and in each case an antenna diameter d ⁇ l d 2 ,.
  • the individual antennas 2 i; 2 2 ,..., 2 M each have a plurality of interconnect sections 1 .mu.v , which are interconnected via impedance elements Z .mu.v .
  • the individual impedance elements Z ⁇ > v consist of a circuit which has a very low impedance value at low reception frequencies and ideally closes the two adjoining track sections l ⁇ v and l ⁇ , v + 1 in the event of a convergence to zero reception frequency.
  • the circuit has a high real part of the impedance, which in the ideal case of an infinitely high reception frequency as a pure resistance, the current flow between the adjacent conductor sections l ⁇ ; and l ⁇ / V + 1 suppresses and thus the electrically effective antenna height of the single antenna 2 ⁇ reduced.
  • Au r this example is e r possible durcJ ⁇ appropriate Parametrie ⁇ mg eilIe " respective individual antenna 2 ⁇ associated impedance elements 2, ,, v and their. Posi ⁇ tioning on the individual antenna 2 ⁇ the electrically effective antenna height of the respective individual antenna 2 ⁇ to adjust 2 ⁇ optimal antenna height for the respective receive frequency range of the single antenna. Characteristic for the realization of such a frequency-dependent Impedanz ⁇ the individual impedance elements Z ⁇ v, for example, in a known manner by a connection of an inductance L Parallel ⁇ ⁇ v and an ohmic Wider ⁇ prior ⁇ v R realized. This impedance elements Z ⁇ v may be either discrete or continuous as correspondingly formed circuit traces on the individual antennas 2 l7 2 2, ..., 2 H be distributed.
  • the respective individual antennas 2 ⁇ and 2 V are arranged on the circuit board 3 at a distance of D ⁇ v , which is typically a few centimeters.
  • the respective base points X 5, 5 2, ..., 5 N of the respective passive Antennen ⁇ areas S 1, 6 2, ..., 6 N of the individual antennas 2 X 2 2, ..., 2M are connected to the active devisitherlektroniken V 1 , 7 2 , ..., 7 N , spielnem amplifier elements and / or impedance converter, electrically coupled.
  • the passive antenna regions O 1 , 6 2 ,..., 6 W can be embodied in all radiator structures, such as monopolies, dipoles, etc.
  • I x , I 2 , ..., I n is an impedance conversion, gain and coarse filtering - by the frequency response of each individual antenna - in the passive antenna areas 6 ⁇ 1 S 2 , ..., 6 ⁇ of the individual antennas 2 1 , 2 2 , ..., 2 N each carried received transmission signals effet ⁇ .
  • phase equalization in the individual phase matching networks S 1 , 8 2 ,..., 8 becomes equal to the frequency deviation of the one- ⁇ -interlaced b ⁇ Vc Optimized so far that a maximum Phasenabweicliung two received Ubertra.gungssigna.le of 90 ° may occur.
  • phase matching networks S 1 , 8 2 ,..., 8 N After the phase equalization in the phase matching networks S 1 , 8 2 ,..., 8 N , a band limitation and a summary of the individual transmission signals received in the individual antennas 2 1 , 2 2 ,..., 2 N takes place in the subsequent crossover 9 a single total receive signal having a total receive bandwidth corresponding to the sum of all individual receive subfrequency ranges of the individual antennas 2 1 , 2 2 , ..., 2 N.
  • a portion of the two printed on a printed circuit board 3 passive antenna areas O 1 and 6 2 of the individual antennas 2 1 and 2 2 of the minimum configuration of an antenna receiving system 1 for each of a lower and upper part receiving frequency range is shown to illustrate the geometric antenna optimization.
  • They each consist of the conductor track sections 1 1 (1 , 1 1
  • the Single antenna 2 1 designed to receive higher-frequency transmission signals shorter than the length L, the individual antenna 2 2 for the reception of low-frequency transmission signals
  • the antenna diameter d 1 of the single antenna 2 1 for the reception of higher-frequency transmission signals according to the invention designed significantly larger than the antenna diameter d 2 of the individual antenna 2 2 for the reception of relatively low-frequency transmission signals.
  • Fig. 4 the minimal configuration of the individual antennas of Fig. 3 with the single antenna 2 1 for receiving high-frequency transmission signals and the individual antenna 2 2 for receiving relatively low-frequency transmission signals is shown to illustrate the electrical optimization.
  • the input impedance ofticiantician ⁇ electronics I 1 of the single antenna 2 ⁇ which has a lower antenna height for reception in the upper frequency range, according to the invention has a lower value at low reception frequencies.
  • Fig. 4 also shows that the inductors L, v in the individual impedance elements Z 2 v in receiving higher-frequency transmission signals are high impedance and in combination with the resistors on the individual conductor sections l, _ v of the single antenna 2 2 similar to a ferritized Act ladder. High-frequency currents are consequently suppressed on the individual antenna 2, thus: no coupling takes place with the adjacent individual antenna 2 X.
  • the inductances L of the impedance elements are 2jV Z 2 ⁇ the individual antenna 2 2 low-resistance and do not result in suppression of the currents on the individual conductor track sections 1 2 _ V of the individual antenna 2 ,.
  • the input impedance 10 2 of the base-point electronics I 2 has a high-impedance capacitive input impedance over the entire operating frequency range.
  • the input impedance 1O 2 consists of a parallel connection of a high-resistance resistor R E2 and a capacitor C E2 with a very small capacitance.
  • all the impedance elements Z 1 V in the individual antenna 2 ⁇ and all impedance elements Z 2 V in the individual antenna 2 2 perform not only the function of frequenz ⁇ dependent electrical shortening of the respective Anten ⁇ nenage, but on changing their impedance Z ljV on the individual antenna 2 X the current I 1 in the individual antenna 2 1 and change in their Schein ⁇ resistance Z 2 _v affect the current I 2 on the individual antenna 2 2 specific frequency dependent on the individual antenna 2 2, and thus also the degree of coupling between the two Minimize individual antennas 2 ⁇ and 2 2 .
  • the input impedances 10 1 , 10 2 ,..., 10 N of the foot-dot electronics 7 1 , 7 2 ,..., 7 N are, in addition to the above-mentioned designs, also opposite to Foot pi ⁇ JiLiLinpedc. ⁇ i 1 ; the respective passive antenna range 6
  • the egg invention is not limited to the illustrated embodiment.
  • other antenna geometries and other sonicities of the impedance elements and other input circuits of the pedestals are covered by the invention.

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Abstract

Ein Empfangsantennensystem (1) mit hoher Bandbreite aus mehreren aktiven vertikalen Einzelantennen (2<SUB>1</SUB>, 2<SUB>2</SUB>, ..., 2<SUB>N</SUB>), die eine an den jeweiligen Empfangsfrequenzbereich angepasste elektrisch wirksame Antennenhöhe aufweisen, ist hinsichtlich der gegenseitigen elektromagnetischen Kopplung zwischen den in geringem Abstand positionierten Einzelantennen (2<SUB>1</SUB>, 2<SUB>2</SUB>, ..., 2<SUB>N) </SUB>minimiert.

Description

5sΩ,p≤£!.ϊicir£!£iϊ3,C'2aΩ,®Ωs;~£ϊ:©ϊrt xalr, iö,si7.:resrs "Ϊ sirti/reri /^-stΕnn-≥«
Die Erfindung betrifft ein Erapfangsantemensystem mit mehreren aktiven Antennen.
Aktive Empfangsantennen besitzen zwischen passiver Anten- nenstruktur und aktiven Elektronikelementen, beispiels¬ weise Impedanzwandler und Verstärkerelemente, keine Schnittstellen mit konstantem Wellenwiderstand. Diese Schnittstellen müssen bei passiven Antennen bezüglich ihres Wellenwiderstandes im Nutzfrequenzbereich an den Wellenwiderstand einer gewöhnlichen Leitung angepaßt werden. Die Bandbreite des gesamten Empfangsantennβn- systems wird somit unerwünscht vermindert.
Wird ein Empfangsantemensystem aus mehreren aktiven Einzelantennen gebildet, deren jeweilige elektrische Antennenhöhe zur Vermeidung von deformierten Antennen¬ diagrammen - "aufgezipfelte Antennendiagramme" - an den jeweiligen Empfangsfrequenzbereich der Einzelantenne angepaßt ist, so kann ein aus mehreren Teilempfangsfre¬ quenzbereichen der Einzelantennen zusammengesetzter breit- bandiger Gesamtempfangsfrequenzbereich des Empfangs¬ antennensystems konstruiert werden. Die Verkürzung der elektrischen Antennenhöhe der Einzelantenne kann elektrisch erfolgen, indem in bestimmten Höhen der Einzelantenne Impedanzelemente, beispielsweise eine Parallelschaltung aus Induktivität und ohmschem Widerstand, angeordnet sind. Die Induktivität überbrückt bei niedrigen Empfangsfrequenzen den Widerstand, während bei hohen Empfangsfrequenzen der Widerstand wirksam ist. Durch exakte Positionierung der Impedanzelemente und empfangsfrequenzabhängige Parametrierung der Impedanzele¬ mente kann somit die elektrische Antennenhöhe auf den jeweiligen Empfangsfrequenzbereich der Einzelantenne eingestellt werden.
Ein Empfangsantennensystem bestehend aus mehreren aktiven Einzelantennen ist in der DE 34 37 727 Al offenbart. Bei dem offenbarten Empfangsanrermenrvsterπ sxnd die einzelnen Antennen in größeren Abständen - bis zu einigen 100 Metern zueinander positioniert. Die gegenseitigen elektro¬ magnetischen Verkoppelungen der Einzelantennen, die den Richtfaktor, den Wirkungsgrad und den Antennengewinn des Empfangsantennensystems verschlechtern, sind bei einer derartigen Anordnung zu vernachlässigen. Wird dagegen eine wesentlich kompaktere Realisierung eines Empfangsantennen¬ systems mit räumlichen Abständen der Einzelantennen in der Größenordnung von einigen Zentimetern angestrebt, so sind diese gegenseitigen elektromagnetischen Verkopplungen der Einzelantennen nicht mehr zu vernachlässigen. Diese führen nachteilig zu deformierten Antennendiagrammen der Einzel- antennen, zu gegenseitiger negativer Beeinflussung der Fußpunktimpedanzen und zu unsymmetrischen Belastungen der Einzelantennen, was sich insgesamt in verschlechterten Empfangsqualitäten des Empfangsantennensystems auswirkt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Empfangsantennensystem mit mehreren aktiven gering beab- standeten Einzelantennen zu schaffen, das eine hohe Bandbreite aufweist.
Die Aufgabe wird durch ein Empfangsantennensystem nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er¬ findung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Zur Unterdrückung der oben genannten nachteiligen Effekte sind die Ströme in den Einzelantennen durch die einzelnen strombeeinflußenden Parameter des Empfangsantennensystems von den elektromagnetischen Verkopplungen empfangsfre- quenzabhängig entkoppelt. Die Einzelantennen des erfindungsgemäßen Empfangsantennensystems werden deshalb durch Optimierung der strombeeinflussenden Parameter des Empfangsantennensystems - frequenzabhängige elektrische Antennenhöhe (Impedanzelemente auf den Strahlern) , Antennendurchmesser, Antennenabstände und Eingangsimpedanz der aktiven Fußpunktelektroniken - im Hinblick auf minimierte elelicromcgnetiiεcli*- VerJ'oppelυnσsr der Eimel- anteruiert ausge1egt.
Hierbei wird insbesondere auf die Anordnung von Impedanzelementen innerhalb einer Einπelantennβ wie auch die Anordnung der Impeäanselemente zwischen den Einzel¬ antennen, welche empfangsfrequenzahhängig die jeweilige elektrisch wirksame Antennenhöhe der Einzelantenne festlegen, ein besonderes Augenmerk gelegt.
Zusätzlich wird durch geeignete Dimensionierung der Eingangsimpedanzen der einzelnen Fußpunktelektroniken auch außerhalb des Nutzfrequenzbereiches der jeweiligen Einzel¬ antenne eine gezielte Beeinflussung der elektromag- netischen Verkopplungen zwischen den Einzelantennen und eine Optimierung des Wirkungsgrades der Gesamtanordnung bewirkt.
Die auf diese Weise optimierten aktiven Einzelantennen werden über Phasenanpaßnetzwerke zur Phasenangleichung der in den Einzelantennen empfangenen Übertragungssignale mit einer Frequenzweiche zur Zusammenführung der einzelnen phasenangepaßten Empfangssignale verbunden.
Die Ausführungsform des Empfangsantennensystems mit mehreren aktiven Einzelantennen wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig . 1 eine dreidimensionale Darstellung des erfin¬ dungsgemäßen Empfangsantennensystems,
Fig . 2 eine prinzipielle Anordnung des erfindungs¬ gemäßen Empfangsantennensystems;
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Geometrie des passiven Antennenbereichs des erfindungs¬ gemäßen Empfangsantennensystems und FiO . J sin elektrisches- Elocj:εciialt,bilö des erfin- dungsgemäßen Empfangsantennensystems .
Das erfindungsgemäße Empfangsantennensystem in Fig . 1 und in Fig. 2 besteht aus mehreren Einzelantennen 2X,22, ... , 2N in der Minimalkonfiguration aus zwei Einzelantennen 2X und 22. Diese Einzelantennen 21?22, ... ,2H sind als Leiter¬ streifen auf einer Leiterplatte 3 aufgebracht. Das Äntennenempfangsystem 1 besitzt für die Einzelantenne mit der größten mechanischen Antennenhöhe, die das langwellige Übertragungssignal empfängt, eine Verlängerung 4. Die Leiterplatte 3 mit den Einzelantennen 2lf22, ... ,2H ist von einem in Fig. 1 nicht dargestellten Kunststoffröhr zum Schutz umgeben.
Jede Einzelantenne 21,22, .../2H besitzt jeweils eine mechanische Antennenhöhe L1,L2, ... ,LN und jeweils einen Antennendurchmesser dχld2, .. ,d^. Die Einzelantennen 2i;22, ... ,2M weisen jeweils mehrere Leiterbahnabschnitte lμv auf, die über Impedanzelemente Zμv miteinander verbunden sind. Die Einzelantenne 2X in Fig. 2 weist beispielsweise die Leiterbahnabschnitte I11, 112, ... , lXιm_x, l1#m und llιm+1 und die intermittierenden Impedanzelemente Z11, ..., Z1n-1 und Zlm auf, während die Einzelantenne 2N aus den Leiterbahn- abschnitten 1N1, 1N;2, ... , lHfBr2, IN^1, lNn und I11n+1 und den intermittierenden Impedanzelementen ZN1, ... , ZN n2, ZNnl und ZNn besteht.
Die einzelnen Impedanzelemente Zμ>v bestehen aus einer Schaltung, die bei niedrigen Empfangsfrequenzen einen sehr niedrigen Impedanzwert aufweist und im Idealfall einer gegen Null konvergierenden Empfangsfrequenz die beiden angrenzenden Leiterbahnabschnitte lμv und lμ,v+1 kurz¬ schließt. Bei hohen Empfangsfrequenzen weist die Schaltung dagegen einen hohen Realteil der Impedanz auf, der im Idealfall einer unendlich hohen Empfangsfrequenz als reiner Widerstand den Stromfluß zwischen den angrenzenden Leiterbahnabschnitten lμΛ; und lμ/V+1 unterdrückt und somit die elektrisch wirksame Antennenhöhe der Einzelantenne 2μ verkleinert. Aur diese weise ist er möglich, durcJπ entsprechende Parametrieπmg eilIe" jeweiligen Einzel- antenne 2μ gehörigen Impedanzelemente 2.,, v und deren. Posi¬ tionierung auf der Einzelantenne 2μ die elektrisch wirksame Antennenhöhe der jeweiligen Einzelantenne 2μ auf die für den jeweiligen Empfangsfrequenzbereich der Einzelantenne 2μ optimale Antennenhöhe einzustellen. Zur Realisierung einer derartigen frequenzabhängigen Impedanz¬ charakteristik werden die einzelnen Impedanzelemente Zμ v beispielsweise auf bekannte Art durch eine Parallel¬ schaltung einer Induktivität Lμ v und eines ohmschen Wider¬ standes Rμv verwirklicht. Diese Impedanzelemente Zμ v können entweder diskret oder kontinuierlich als ent¬ sprechend ausgebildete Leiterbahnen auf den Einzelantennen 2l722, ... ,2H verteilt sein.
Die jeweiligen Einzelantennen 2μ und 2V sind auf der Leiterplatte 3 in einem Abstand von Dμ v angeordnet, der typischerweise einige Zentimeter beträgt. Die jeweiligen Fußpunkte 5X, 52, ... , 5N der jeweiligen passiven Antennen¬ bereiche S1, 62, ... , 6N der Einzelantennen 2X,22, ... , 2M sind mit den aktiven Fußpunktelektroniken V1, 72, ... , 7N, bei¬ spielsweise Verstärkerelemente und/oder Impedanzwandler, elektrisch gekoppelt. Die passiven Antennenbereiche O1, 62, ... , 6W können in allen Strahlerstrukturen, wie beispielsweise Monopole, Dipole usw. , ausgeführt sein.
In den Fußpunktelektroniken Ix, I2, ...,In wird eine Impedanzwandlung, Verstärkung und grobe Filterung - durch den Frequenzgang der jeweiligen Einzelantenne - der in den passiven Antennenbereichen 6^1S2, ... ,6^ der Einzelantennen 21,22, ...,2N jeweils empfangenen Übertragungssignale durch¬ geführt.
Die empfangenen Übertragungssignale werden nach ihrer Impedanzwandlung, Verstärkung und Filterung in den jeweiligen Fußpunktelektroniken 7X,72, ... , 7N in den nachfolgenden Phasenanpaßnetzwerken S1, 82, ... , 8„ in ihrer Phase insbesondere im Überschneidungsbereich der Filter der Frequenzweichs der ein-εlnej" s.ngxenüenden bΞVc . überschneidenden Teilempfangsfrecjuenπbereicii« angeglichen, um eine Addition anstelle einer Subtraktion der einzelnen empfangenen Übertragungssignale zu garantieren. Die Phasenangleichung in den einzelnen Phasenanpaßnetzwerken S1, 82, ... , 8,, wird soweit optimiert, daß eine maximale Phasenabweicliung zweier empfangener Ubertra.gungssigna.le von 90° auftreten kann.
Nach der Phasenangleichung in den Phasenanpaßnetzwerken S1, 82, ... , 8N erfolgt in der anschließenden Frequenzweiche 9 eine Bandbegrenzung und Zusammenfassung der einzelnen in den Einzelantennen 21,22, ... , 2N empfangenen Übertragungs¬ signale zu einem einzigen Gesamtempfangssignal, das eine Gesamtempfangsbandbreite aufweist, das der Summe aller einzelnen Teilempfangsfrequenzbereiche der Einzelantennen 21,22, ...,2N entspricht.
In Fig. 3 ist zur Veranschaulichung der geometrischen Antennen-Optimierung ein Abschnitt der beiden auf einer Leiterplatte 3 bedruckten passiven Antennenbereiche O1 und 62 der Einzelantennen 21 und 22 der Minimalkonfiguration eines Antennenempfangsystems 1 für jeweils einen unteren und oberen Teilempfangsfrequenzbereich dargestellt. Sie bestehen jeweils aus den Leiterbahnabschnitten 11(1,11|2 und llι3 sowie I21, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128 usw. und den intermittierenden Impedanzelementen Z11 und Z12 sowie Z21, Z22, Z23, Z24, Z25, Z26, Z2f7 usw., welche in Fig. 3 nicht in ihrer konkreten Beschaltung, sondern als Freiraum zu deren Plazierung dargestellt sind. Die Optimierung der passiven Antennenbereiche 6X und 62 der Einzelantennen 2X und 22 im Hinblick auf minimale elektromagnetische Kopplungen erfolgt durch optimale Gestaltung der Antennendurchmesser Ci1 und d2, des Abstands D12 der beiden Einzelantennen 21 und 22, der Positionen der einzelnen Impedanzelemente Zμ v zueinander innerhalb der jeweiligen Einzelantennen 2X und 22 und zwischen den beiden Einzelantennen 21 und 22. Aus Fic( ist zv srkennei", clai1 erfinduiigsgemdt cϊxe Leiterbehnabschnict'r 1}I v πii' größerem Abstand su. den Fußpunkten S1 und 5, eine zunehmend kleinei'e Länge aufweisen. Außerdem ist ersichtlich, daß die Länge L1 der Einzelantenne 21 für den Empfang höherfrequenter Übertragungssignale kürzer ausgelegt ist als die Länge L, der Einzelantenne 22 für den Empfang niederfrequenter Übertragungssignale. Schließlich ist der Antennendurchmesser d1 der Einzelantenne 21 für den Empfang von höherfrequenten Übertragungssignalen erfindungsgemäß deutlich größer ausgelegt als der Antennendurchmesser d2 der Einzelantenne 22 für den Empfang von relativ niederfrequenten Übertragungssignalen.
In Fig. 4 ist zur Veranschaulichung der elektrischen Optimierung die Minimalkonfiguration der Einzelantennen aus Fig. 3 mit der Einzelantenne 21 zum Empfang von hochfrequenten Übertragungssignalen und der Einzelantenne 22 zum Empfang von relativ niederfrequenten Übertragungs- Signalen dargestellt. Die Eingangsimpedanz der Fußpunkt¬ elektronik I1 der Einzelantenne 2±, welche eine geringere Antennenhöhe zum Empfang im oberen Frequenzbereich aufweist, besitzt erfindungsgemäß einen geringeren Wert bei niedrigen Empfangsfrequenzen. Auf diese Weise werden niederfrequente Ströme in der Einzelantenne 2X niederohmig am Eingang der Fußpunktelektronik I1 gegen Masse abgeführt, so daß die von der Einzelantenne 22 in die Einzelantenne 21 eingekoppelten niederfrequenten Ströme nicht unnötig in der Eingangsimpedanz 1O1 der Fußpunktelektronik I1 Verluste erzeugen und den Wirkungsgrad der Antenne 22 verschlechtern und führen somit zu keiner negativen Beeinflußung der Einzelantenne 22 durch elektromagnetische Strahlungskopplung mit der benachbarten Einzelantenne 21. Zur Realisierung einer kleinen Eingangsimpedanz der Fußpunktelektronik I1 bei niederfrequenten Empfangssignalen wird als Eingangs¬ impedanz 1O1 der Fußpunktelektronik I1 eine Parallel¬ schaltung aus Induktivität LE1 und ohmscher Widerstand R131 verwendet. Bei höherfrequenten Empfangssignalen weist die EingnncϊSϊϊTrpedarr, 10, der FuJspunkxeiel-.treni!" 7, eice der passiven Arjtermenstruktui angeρa.ßte Emgangsimpedan:: aul
Aus Fig. 4 geht des weiteren hervor, daß die Induktivitäten L, v in den einzelnen Impedanzelementen Z2 v bei Empfang höherfrequenter Übertragungssignale hochohmig werden und in Kombination mit den Widerständen auf den einzelnen Leiterbahnabschnitten l,_v der Einzelantenne 22 ähnlich wie ein ferritisierter Leiter wirken. Höherfrequente Ströme werden folglich auf der Einzel¬ antenne 2, unterdrückt: Somit erfolgt keine Verkopplung mit der benachbarten Einzelantenne 2X. Bei nieder¬ frequenten Empfangssignalen sind die Induktivitäten L2jV der Impedanzelemente Z2^ der Einzelantenne 22 niederohmig und führen zu keiner Unterdrückung der Ströme auf den einzelnen Leiterbahnabschnitten 12_V der Einzelantenne 2,. Die EingangsImpedanz 1O2 der Fußpunktelektronik I2 weist im gesamten Betriebsfrequenzbereich eine hochohmige kapazitive Eingangsimpedanz auf. Die Eingangsimpedanz 1O2 besteht aus einer Parallelschaltung eines hochohmigen Widerstands RE2 und eines Kondensators CE2 mit sehr kleiner Kapazität.
Generell ist festzustellen, daß alle Impedanzelemente Z1 v in der Einzelantenne 2λ und alle Impedanzelemente Z2 v in der Einzelantenne 22 nicht nur die Funktion der frequenz¬ abhängigen elektrischen Verkürzung der jeweiligen Anten¬ nenhöhe ausführen, sondern über Veränderung ihres Scheinwiderstands ZljV auf der Einzelantenne 2X den Strom I1 in der Einzelantenne 21 und über Veränderung ihres Schein¬ widerstands Z2_v auf der Einzelantenne 22 den Strom I2 auf der Einzelantenne 22 gezielt frequenzabhängig beeinflußen und somit auch das Ausmaß der Verkopplung zwischen beiden Einzelantennen 2λ und 22 gezielt minimieren.
Auch die Eingangsimpedanzen 1O1, 1O2, ... , 10N der Fu߬ punktelektroniken 71,72, ... , 7N sind neben den oben genannten Auslegungen zusätzlich gegenüber der FußpuπJiLiLinpedc.ϊi1; der jeweiligen passiven Antenrvanbereicht 6|f6., .. f G11 de"- Einseianteiinerj 2if2., .., , 2fi vorzugsweise außerhalb des Nutsfrequen.zbereich.es der Einselantenne felαlangepaßt. Auf diese Weise kommt es nu gezielten Reflexionen an den Eingängen der Fußpunktelektroniken T1, 7,, ... , 7j,, welche sich insgesamt in minimierten elektromagnetischen Kopplungen zwischen den Einzelantennen 21,22, ...,2M auswirken.
Die Ei-findung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Insbesondere sind andere Antennen-Geometrien und andere Beschallungen der Impedanzelemente und andere Eingangsbeschaltungen der Fußpunktelektroniken von der Erfindung abgedeckt.

Claims

1. Empfangsantennensystem (1) mit hoher Bandbreite aus mehreren aktiven vertikalen Einzelantennen (2X, 2,, ... ,2H) mit einer an den jeweiligen Empfangsfrequenzbereich angepaßten elektrisch wirksamen Antennenhöhe, dsiöαrefe, gekennzeichnet, daß die gegenseitige elektromagnetische Kopplung zwischen den in geringem Abstand positionierten Einzelantennen (21,22, ... ,2H) minimiert ist.
2. Empfangsantennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitige Kopplung zwischen den Einzelantennen
(2lf 22, ... , 2N) durch Optimierung der einzelnen mechanischen und elektrisch wirksamen Antennenhöhen, der einzelnen
Antennendurchmesser, der einzelnen Antennen-Abstände und der Eingangsimpedanzen der zu den einzelnen aktiven Antennen (21, 22, ... , 2M) gehörigen aktiven Fußpunkt¬ elektroniken (I11I2, ... fls) minimiert ist.
3. Empfangsantennensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optimierung der jeweiligen elektrisch wirksamen Antennenhöhe durch optimierte Anordnung mehrerer Impedanzelemente (Zμv) in den jeweiligen Einzelantennen (21#22, ... ,2N) und deren optimierte Beschaltung erfolgt.
4. Empfangsantennensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optimierte Anordnung der Impedanzelemente (Zμv) zueinander sowohl innerhalb einer Einzelantenne (21,22, ... ,2M) als auch zwischen den Einzelantennen (2X,2-, ... ,2„) erfolgt.
5. Empfangsantennensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, ö.eΛ cb - Leiterbahnabscnmtte (][ ■) nwiseiiep deji inteπuit- tierenden Iτnpedanseleπientan (Sj...! jed.er Einzelsuiuenne (21,2„, ...,2„) mit zunehmendem Abstand vom Fußpunkt (5^5,, ... , 5M) eine kürzere Länge aufweisen.
6. Empfangsantennensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da.di.irch gekennzeichnet, daß die Beschaltung der Impedanzelemente (Zμv) bei niedrigen Empfangsfrequenzen eine niedrige Impedanz und bei hohen Empfangsfrequenzen eine hohe Impedanz aufweist.
7. Empfangsantennensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaltung der Impedanzelemente (Zμv) aus einer Parallelschaltung einer Induktivität (LμjV) und eines ohmschen Widerstands (Rμ#v) oder auf den Leiterbahnab¬ schnitten (lμv) aufgeschobene Ferritring- oder Rohrkerne besteht.
8. Empfangsantennensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsimpedanz (1O1, 1O2, ... , 10N) der aktiven Fußpunktelektronik [I11I2, ... ,7J in denjenigen der Einzel¬ antennen (2l722, ... ,2N) , die für den Empfang niederfre¬ quenter Übertragungssignale bestimmt sind, eine hochohmige Eingangsimpedanz aufweist.
9. Empfangsantennensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsimpedanz (1O1, 1O2, ... , 10N) der aktiven Fußpunktelektronik [I11I2, ... ,7N) in denjenigen der Einzel¬ antennen (21,22, ... ,2N) , die für den Empfang niederfre- quenter Übertragungssignale bestimmt sind, aus einer Parallelschaltung eines hochohmigen Widerstands [R211I^2, ..) und eines Kondensators (CE1,CE2, ..) mit kleiner Kapazität besteht. 10 . Empf angsaritemiensystem nach eineiα clei Ansprüche ? ', bi,?
9 , da/äurch, gelissrnsaicSanet., daß die Eingangsimpedans (1O1, 1O2, ... ,
10H) der aktiven Fußpunktelektronik [I11T2, ... ,7J in denjenigen der Einzel- antennen {21,22, ... ,2Ε) , die für den Empfang höherfre- quenter Übertragungssignale bestimmt sind, für nieder¬ frequente ÜbertragungsSignale niederohmig und für höherfrequente Übertragungssignale an die Fußpunktimpedanz des passiven Antennenbereichs (S1, S2, ... ,S^1) der jeweiligen Einzelantenne {2X,22, ... , 2H) ausgeführt ist.
11. Empfangsantennensystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsimpedanz (1O1, 1O2, ... , 1ON) der aktiven Fußpunktelektronik (V1,72, ... ,7N) in denjenigen der Einzel¬ antennen (2X,22, ... , 2H) , die für den Empfang höherfre- quenter Übertragungssignale bestimmt sind, aus einer Parallelschaltung eines Widerstands (... ,R78n-1,R18n) und einer Induktivität (...,L51n-1,LEn) besteht.
12. Empfangsantennensystem nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsimpedanz (1O1, 1O2, ... , 1ON) der aktiven Fußpunktelektronik (I1, I2, ... , 7N) zusätzlich zur Fußpunkt¬ impedanz des passiven Antennenbereichs (O1, S2, ... , 6„) der jeweiligen Einzelantenne (2l722, ... ,2N) vorzugsweise außerhalb des Nutzfrequenzbereiches gezielt fehlangepaßt ist.
13. Empfangsantennensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsfrequenzbereiche der einzelnen Antennen (2l722, ... , 2N) aneinander anschließen und einen Gesamtem¬ pfangsfrequenzbereich bilden.
14. Empfangsantennensystem nach Anspruch 13, daß sich an die passiven Antennenbersiche (S1, '5 . , S11) zum Empfang von Übercragungssignalen und den Fußpunktelektroniken [I1, I2, ... , 7N) zur Verstärkung und Filterung der empfangenen Übertragungssignale Phasenanpaß- netzwerke (S1, S2, ... , 8M) zur Phasenanpassung der em¬ pfangenen ÜbertragungsSignale und eine Frequenzweiche (9) zur Zusammenführung der einzelnen empfangenen Übertra¬ gungssignale anschließen.
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