(57)【要約】  それぞれの受信周波数範囲に適合する電気的アクティブアンテナ高を有するいくつかのアクティブで垂直な個々のアンテナ（２１，２２，．．．，２Ｎ）からなる広帯域幅の受信アンテナシステム（１）は、小さい間隔距離で配置された個々のアンテナ（２１，２２，．．．，２Ｎ）間の相互の電磁結合に関連して最小化される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの受信周波数範囲に適応する電気的アクティブアンテナ高さを有するいくつかのアクティブで垂直な個々のアンテナ（２１，２２，．．．，２Ｎ）からなる広帯域幅の受信アンテナシステム（１）であって、
小さい間隔距離で配置された個々のアンテナ（２１，２２，．．．，２Ｎ）間の相互の電磁結合が最小化されることを特徴とする受信アンテナシステム。
【請求項２】
個々のアンテナ（２１，２２，．．．，２Ｎ）間の相互の結合が、個々の機械的かつ電気的アクティブアンテナの高さ、個々のアンテナの直径、個々のアンテナ間の間隔距離及び個々のアクティブアンテナ（２１，２２，．．．，２Ｎ）に関連して、アクティブ基準点電子回路（７１，７２，．．．，７N）の入力インピーダンスの最適化により最小化されることを特徴とする請求項１に記載の受信アンテナシステム。
【請求項３】
それぞれの電気的アクティブアンテナの高さが、個々のアンテナ（２１，２２，．．．，２Ｎ）内のいくつかのインピーダンス素子（Ｚμ，υ）の配列の最適化、及び相互接続の最適化により最適化されることを特徴とする請求項２に記載の受信アンテナシステム。
【請求項４】
互いに対するインピーダンス素子（Ｚμ，υ）の配列の最適化が、１つの個々のアンテナ（２１，２２，．．．，２Ｎ）内、及び個々のアンテナ（２１，２２，．．．，２Ｎ）間の両方で生じることを特徴とする請求項３に記載の受信アンテナシステム。
【請求項５】
各々の個々のアンテナ（２１，２２，．．．，２Ｎ）の断続的なインピーダンス素子（Ｚμ，υ）間の印刷導体部分（１μ，υ）が比較的短い長さで、基点（５１，５２，．．．，５Ｎ）からの距離が次第に増加することを特徴とする請求項４に記載の受信アンテナシステム。
【請求項６】
インピーダンス素子（Ｚμ，υ）の相互接続が、低い受信周波数の場合は低インピーダンスを提供し、高い受信周波数の場合は高インピーダンスを提供することを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の受信アンテナシステム。
【請求項７】
インピーダンス素子（Ｚμ，υ）の相互接続が、インダクタンス（１μ，υ）及びオーム抵抗器（Ｒμ，υ）、又は印刷導体部分上に適合する環状もしくは管状フェライトコアを含む並列回路からなることを特徴とする請求項６に記載の受信アンテナシステム。
【請求項８】
アクティブ基準点電子回路（７１，７２，．．．，７N）の入力インピーダンス（１０１，１０２，．．．，１０Ｎ）が、個々のアンテナ（２１，２２，．．．，２Ｎ）の入力インピーダンスにおいて、高抵抗の入力インピーダンスを提供し、低周波数の伝送信号を受信するために決定されることを特徴とする請求項２乃至７の何れかに記載の受信アンテナシステム。
【請求項９】
アクティブ基準点電子回路（７１，７２，．．．，７N）の入力インピーダンス（１０１，１０２，．．．，１０Ｎ）が、低周波数の伝送信号を受信するために決定される個々のアンテナ（２１，２２，．．．，２Ｎ）の入力インピーダンスにおいて、高抵抗の抵抗器（ＲＥ１，ＲＥ２，．．）及び低容量のキャパシタ（ＣＥ１，ＣＥ２，．．）を含む並列回路からなることを特徴とする請求項８に記載の受信アンテナシステム。
【請求項１０】
比較的高周波数の伝送信号を受信するために決定される個々のアンテナの入力インピーダンスにおいて、アクティブ基準点電子回路（７１，７２，．．．，７N）の入力インピーダンス（１０１，１０２，．．．，１０Ｎ）が、低周波数の伝送信号の場合は低抵抗、比較的高周波数の伝送信号の場合は、個々のアンテナ（２１，２２，．．．，２Ｎ）それぞれのパッシブアンテナ領域（６１，６２，．．．６Ｎ）の基準点インピーダンスであるように設計されることを特徴とする請求項２乃至９の何れかに記載の受信アンテナシステム。
【請求項１１】
比較的高周波数の伝送信号を受信するように決定される個々のアンテナ（２１，２２，．．．，２Ｎ）の入力インピーダンスにおいて、アクティブ基準点電子回路（７１、７２、．．．７Ｎ）の入力インピーダンス（１０１，１０２，．．．，１０Ｎ）が、抵抗器（．．．，ＲＥ１−１，ＲＥｎ）及びインダクタンス（．．．，ＬＥｎ−１，ＬＥｎ）を含む並列回路から構成されることを特徴とする請求項１０に記載の受信アンテナシステム。
【請求項１２】
アクティブ基準点電子回路（７１，７２，．．．，７N）の入力インピーダンス（１０１，１０２，．．．，１０Ｎ）が、好ましくは有効周波数範囲外で、個々のアンテナ（２１，２２，．．．，，２Ｎ）それぞれのパッシブアンテナ領域（６１，６２，．．．，６Ｎ）の基準点インピーダンスに対して、目標とされる方法で更に不適合であることを特徴とする請求項８乃至１２の何れかに記載の受信アンテナシステム。
【請求項１３】
個々のアンテナ（２１，２２，．．．，２Ｎ）の受信周波数範囲が互いに隣接し、全受信周波数範囲を形成することを特徴とする請求項２乃至１２の何れかに記載の受信アンテナシステム。
【請求項１４】
受信伝送信号を位相整合するための位相整合ネットワーク（８１，８２，．．．，８Ｎ）、及び個々の受信伝送信号を結合するためのクロスオーバネットワーク（９）が、伝送信号を受信するためのパッシブアンテナ領域（６１，６２，．．．，６Ｎ）、及び受信伝送信号を増幅及びフィルタリングするための基準点電子回路（７１，７２，．．．，７Ｎ）に接続されることを特徴とする請求項１３に記載の受信アンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いくつかのアクティブアンテナを有する受信アンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブ受信アンテナは、パッシブアンテナ構造と、例えば、インピーダンス変換器と増幅器素子等のアクティブ電子素子との間には、一定のサージインピーダンスとのインターフェースを持たない。パッシブアンテナの場合、これらのインターフェースのサージインピーダンスは、有効周波数範囲で標準ラインのサージインピーダンスに適応しなければならない。その結果、受信アンテナシステムの帯域幅が、望ましくない状態で全体として減少する。
【０００３】
変形したアンテナパターン、つまり「尖頂のあるアンテナパターン」を防止するために、個々の電気アンテナの高さが個々のアンテナの個々の受信周波数範囲に適応する数個のアクティブな個々のアンテナからアンテナシステムを形成する場合、個々のアンテナのいくつかの個々の受信周波数範囲から構成された受信アンテナシステムの広帯域で、全体的な受信周波数範囲を達成することができる。個々のアンテナの電気アンテナの高さを短縮することは、インピーダンス素子、例えば、インダクタンス及びオーム抵抗器からなる並列回路を個々のアンテナの一定の高さに配列することにより、電気的に実施することができる。低い受信周波数では、インダクタンスが抵抗器を橋絡するが、抵抗器は高い受信周波数で動作する。したがって、電気アンテナの高さは、インピーダンス素子の正確な配置、及びインピーダンス素子の受信周波数依存パラメーター化によって、個々のアンテナのそれぞれの受信周波数に応じて調節することができる。
【０００４】
いくつかのアクティブな個々のアンテナからなる受信アンテナシステムは、特許文献１に開示されている。開示されている受信アンテナシステムの場合、個々のアンテナは、互いに数百メートル以下の比較的大きい間隔距離で配置される。受信アンテナシステムの指向性、効率及びアンテナの電力利得を損なう個々のアンテナの相互の電磁結合は、この種の構成では無視することができる。しかし、個々のアンテナ間の間隔距離を数センチメートル台にして、受信アンテナシステムを大幅に更に小型化することを実現する必要がある場合、個々のアンテナのこうした相互の電磁結合はもはや無視できるものではない。不利な方法の場合、このような電磁結合は、個々のアンテナのアンテナパターンの変形、基準点インピーダンスに対する相互の負の影響、受信アンテナシステムの受信品質を損なうという全体的な影響がある個々のアンテナに対する非対称の応力の原因になる。
【０００５】
【特許文献１】独国特許発明第３４３７７２７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明は、間隔距離が小さく、広帯域幅を提供するいくつかのアクティブな個々のアンテナを有する受信アンテナシステムを提供するという目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１に基づく受信アンテナシステムにより達成される。本発明の有利な実施態様は、従属請求項に明記されている。
【０００８】
上記の不利な影響を抑制するため、個々のアンテナの電流は、受信周波数に依存する方法で、受信アンテナシステムの電流に影響する個々のパラメーターごとに電磁結合から分離される。したがって、本発明による受信アンテナシステムの個々のアンテナは、受信アンテナシステムの電流に影響するパラメーター、つまり周波数に依存する電気アンテナの高さ（放射体上のインピーダンス素子）、アンテナの直径、アンテナの間隔距離、及び能動基準点電子回路の入力インピーダンスを最適化することにより、個々のアンテナの電磁結合を最小化するように設計される。
【０００９】
これに関連して、個々のアンテナ内のインピーダンス素子の配列、及び個々のアンテナ間のインピーダンス素子の配列にも特に注意が払われ、これらは、受信周波数に依存する方法で個々のアンテナのそれぞれの電気的アクティブアンテナの高さを決定する。
【００１０】
更に、個々の基準点電子回路の入力インピーダンスの寸法を適切に決めることにより、個々のアンテナそれぞれの有効周波数範囲外でも、個々のアンテナ間の電磁結合、及び全体的な配列の効率の最適化に関して目標とされた影響が達成される。
【００１１】
この方法で最適化されるアクティブな個々のアンテナは、個々のアンテナ内で受信される伝送信号の位相整合用の位相整合ネットワークを介して、個々の位相整合受信信号を結合するための周波数クロスオーバネットワークに接続される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
いくつかのアクティブな個々のアンテナを有する受信アンテナシステムの実施態様は、以下の図面に関連して以下で更に詳細に説明する。
【００１３】
図１及び図２に示すように、本発明の受信アンテナシステムは、数個の個々のアンテナ２１，２２，．．．，２Ｎから成り、最小構成では２つの個々のアンテナ２１及び２２からなる。これらの個々のアンテナ２１，２２，．．．，２Ｎは、印刷導体としてプリント回路基板３に取り付けられる。アンテナ受信システム１は、最大機械的アンテナ高を有し、長波伝送信号を受信する個々のアンテナ用の延長部４を有する。保護のため、個々のアンテナ２１，２２，．．．，２Ｎを有するプリント回路基板３は、合成材料管内に封入されている。
【００１４】
個々のアンテナ２１，２２，．．．２Ｎの各々は、機械的なアンテナ高さＬ１，Ｌ２，．．．，ＬＮ、アンテナ直径ｄ１，ｄ２，．．．，ｄＮを有する。個々のアンテナ２１，２２，．．．２Ｎの各々は、インピーダンス素子Ｚμ，υを介して互いに接続されるいくつかの印刷導体部分１μ，υを提供する。例えば、図２の個々のアンテナ２１は、印刷導体部分１１，１、１１，２、．．．，１１，ｍ−１，１１，ｍ及び１１，ｍ＋１、及び断続的なインピーダンス素子Ｚ１，１，．．．，Ｚ１，ｍ−１及びＺ１，ｍを提供し、個々のアンテナ２Ｎは、印刷導体部分１Ｎ，１，．．．，１Ｎ，２，．．．，１Ｎ，ｎ−２，１Ｎ，ｎ−１，１Ｎ，ｎ、及び１Ｎ，ｎ＋１、並びに断続インピーダンス素子ＺＮ，１，．．．，ＺＮ，ｎ−２，ＺＮ，ｎ−１及びＺＮ，ｎからなる。
【００１５】
個々のインピーダンス素子Ｚμ，υは、低い受信周波数を有する非常に低いインピーダンス値を提供し、ゼロに収束する受信周波数の理想的な場合は、２つの隣接する印刷導体部分１μ，υ及び１μ，υ＋１を短絡させる回路からなる。比較上、高い受信周波数の場合、回路は、インピーダンスの高い実成分を提供し、隣接する印刷導体部分１μ，υと１μ，υ＋１との間の電流を抑止し、その結果、個々のアンテナ２μの電気的アクティブアンテナの高さを減少させる。この方法では、個々のアンテナ２μそれぞれに関連するすべてのインピーダンス素子Ｚμ，υ、及び個々のアンテナ２μ上の配置の対応するパラメーター化により、個々のアンテナ２μそれぞれの電気的アクティブアンテナの高さを、個々のアンテナ２μのそれぞれの周波数範囲に関する最適なアンテナ高に調節することができる。この種の周波数依存インピーダンス特性を実現するため、個々のインピーダンス素子Ｚμ，υは、例えば、インダクタンスＬμ，υ及びオーム抵抗器Ｒμ，υを有する並列回路により、公知の方法で実現される。これらのインピーダンス素子Ｚμ，υは、相応に形成された印刷導体として、分離した方法で、又は連続的に個々のアンテナ２１，２２，．．．２Ｎ上に分布させることができる。
【００１６】
個々のアンテナ２μ及び２υそれぞれは、一般に数センチメートルの間隔距離Ｄμ，υを有するプリント回路基板３上に配列される。個々のアンテナ２１，２２，．．．２Ｎのそれぞれのパッシブアンテナ領域６１，６２，．．．，６Ｎのそれぞれの基準点５１，５２，．．．，５Ｎは、アクティブ基準点電子回路７１，７２，７Ｎ、例えば、増幅器素子及び／又はインピーダンス変換器に電気的に結合される。パッシブアンテナ領域６１，６２，．．．６Ｎは、モノポール、ダイポールなどの放射体構造で設計することができる。
【００１７】
個々のアンテナ２１，２２，．．．２Ｎのパッシブアンテナ領域６１，６２，．．．６Ｎでそれぞれ受信した伝送信号の、個々のアンテナそれぞれの周波数応答によるインピーダンス変換、増幅、及び粗濾過は、基準点電子回路７１，７２，．．．７Ｎ内にインプリメントされる。
【００１８】
それぞれの基準点電子回路７１，７２，．．．７Ｎにおけるインピーダンス変換、増幅及び濾過後、受信伝送信号は、個々の隣接する受信周波数範囲又は重複する受信周波数範囲の周波数クロスオーバネットワークのフィルタの特に重複範囲において、後続の位相整合ネットワーク８１，８２，．．．８Ｎで位相整合され、個々の受信伝送信号の減算ではなく加算が保証される。個々の位相整合ネットワーク８１，８２，．．．８Ｎにおける位相整合は、２つの受信伝送信号の最大限可能な位相偏差が９０Oである範囲で最適化される。
【００１９】
位相整合ネットワーク８１，８２，．．．８Ｎにおける位相整合後、単一の全受信信号を形成するための、個々のアンテナ２１，２２，．．．２Ｎで受信された個々の伝送信号の帯域制限及び結合は、全受信帯域幅を提供し、個々のアンテナ２１，２２，．．．２Ｎの個々の部分受信周波数範囲すべての合計に相当し、後続の周波数クロスオーバネットワーク９で生じる。
【００２０】
図３では、幾何学的なアンテナ最適化を視覚化するため、受信アンテナシステム１の最小構成の個々のアンテナ２１及び２２のプリント回路基板３上に印刷された２つのパッシブアンテナ領域６１及び６２の一部分は、それぞれ下部及び上部の部分受信周波数範囲に関して図示されている。これらの受信周波数範囲は、何れの場合も、印刷導体部分１１，１，１１，２，１１，３、及び１２，１，１２，２，１２，３，１２，４，１２，５，１２，６，１２，７，１２，８など、並びに断続的インピーダンス素子Ｚ１，１，Ｚ１，２，及びＺ２，１，Ｚ２，２，Ｚ２，３，Ｚ２，４，Ｚ２，５，Ｚ２，６，Ｚ２，７などから成り、図３に具体的な相互接続ではなく、それぞれの位置に対する自由空間として示されている。電磁結合を最小化するための、個々のアンテナ２１及び２２のパッシブアンテナ領域６１及び６２の最適化は、アンテナ直径ｄ１及びｄ２、２つの個々のアンテナ２１と２２との間の間隔距離Ｄ１，２、それぞれの個々のアンテナ２１及び２２内及び２つの個々のアンテナ２１と２２との間における互いに対する個々のインピーダンス素子Ｚμ，υの位置の最適な設計によって得られる。
【００２１】
図３から、本発明によると、基準点５１及び５２に対する間隔距離が比較的大きい場合、印刷導体部分１μ，υは、長さが次第に短くなることは明らかである。更に、比較的高周波数の伝送信号を受信する個々のアンテナ２１の長さＬ１は、低周波数の伝送信号を受信するための個々のアンテナ２２の長さＬ２より短くなるように設計される。最後に、比較的高周波数の伝送信号を受信するための個々のアンテナ２１のアンテナ直径ｄ１は、本発明によると、比較的低周波数の伝送信号を受信するための個々のアンテナ２２のアンテナ直径ｄ２より著しく大きくなるように設計される。
【００２２】
図４では、電気的最適化を視覚化するため、図３の個々のアンテナの最小構成は、高周波数の伝送信号を受信するための個々のアンテナ２１、及び比較的低周波数の伝送信号を受信するための個々のアンテナ２２で表される。本発明によると、個々のアンテナ２１の基準点電子回路７１の入力インピーダンスは、比較的高い周波数範囲で受信するための比較的短いアンテナ高を提供し、比較的低い受信周波数の場合、比較的低い値を有する。この方法では、個々のアンテナ２１の低周波数電流は、低い抵抗で、基準点電子回路７１の入力部においてアースに導かれ、その結果、個々のアンテナ２２から個々のアンテナ２１に結合する低周波数電流は、基準点電子回路７１の入力インピーダンス１０１に不要な損失を生じてアンテナ２２の効率を損なうことがなく、したがって、隣接する個々のアンテナ２１との電磁寄生結合により個々のアンテナ２２に対して負の影響を与えない。低周波数受信信号を使って基準点電子回路７１の小さい入力インピーダンスを実現するため、インダクタンスＬＥ１及びオーム抵抗器ＲＥ１からなる並列回路は、基準点電子回路の入力インピーダンス１０１として使用される。比較的高周波数の受信信号の場合、基準点電子回路７１の入力インピーダンス１０１は、パッシブアンテナ構造に適合する入力インピーダンスを提供する。
【００２３】
また、図４から、個々のインピーダンス素子Ｚ２，υのインダクタンスＬ２，υは、比較的高周波数の伝送信号を受信する時に高抵抗になり、個々のアンテナ２２の個々の印刷導体部分１２，υの抵抗器と組んで、フェライト処理導体のように挙動することは明らかである。それに応じて、個々のアンテナ２２の比較的高周波数の電流は抑制される。結果として、隣接する個々のアンテナ２１との結合は存在しない。低周波数の受信信号の場合、個々のアンテナ２２のインピーダンス素子Ｚ２，υのインダクタンスＬ２，υは低抵抗であり、個々のアンテナ２２の個々の印刷導体部分Ｌ２，υ上の電流の抑制につながらない。全動作周波数範囲では、基準点電子回路７２の入力インピーダンス１０２は、高抵抗の容量性入力インピーダンスを提供する。入力インピーダンス１０２は、高抵抗の抵抗器ＲＥ２を有する並列回路、及び非常に小さい容量を有するキャパシタＣＥ２からなる。
【００２４】
一般に、個々のアンテナ２１のすべてのインピーダンス素子Ｚ１，υ、及び個々のアンテナ２２のすべてのインピーダンス素子Ｚ２，υは、それぞれのアンテナ高の周波数依存電気短絡の機能を果たすのみならず、個々のアンテナ２１上のそれぞれのインピーダンスＺ１，υの変動により、目標とされる周波数依存的な方法で個々のアンテナ２１内の電流Ｉ１に影響を与え、個々のアンテナ２２のそれぞれのインピーダンスＺ２，ｖの変更により、目標とされる方法で個々のアンテナ２２上の電流Ｉ２に影響を与え、それによって２つの個々のアンテナ２１と２２との間の結合程度を最小化すると言うことができる。
【００２５】
上記の設計に加えて、基準点電子回路７１，７２，．．．７Ｎの入力インピーダンス１０１，１０２，．．．，１０Ｎは、好ましくは個々のアンテナの有効範囲外で、個々のアンテナ２１，２２，．．．２Ｎのそれぞれのパッシブアンテナ領域６１，６２，．．．６Ｎの基準点インピーダンスに対して更に不適合である。この方法では、目標とされる反射は、基準点電子回路７１，７２，．．．７Ｎの入力部で発生し、個々のアンテナ２１、２２、．．．２Ｎ間の電磁結合を最小化するという全体的な影響を有する。
【００２６】
本発明は、提示した実施態様に限定されない。特に、本発明は、異なるアンテナの幾何学的形状、インピーダンス素子の異なる相互接続、及び基準点電子回路の異なる入力相互接続も含む。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による受信アンテナシステムの三次元図
【図２】本発明による受信アンテナシステムの配列の概略図
【図３】本発明による受信アンテナシステムのパッシブアンテナ領域の幾何学的配置の平面図
【図４】本発明による受信アンテナシステムの電気ブロック回路図
【符号の説明】
【００２８】
２１，２２，．．．２Ｎ  アンテナ
３  プリント回路基板
１  アンテナ受信システム
４  アンテナ用の延長部
Ｌ１，Ｌ２，．．．，ＬＮ  アンテナ高
Ｚμ，υ  インピーダンス素子
１１，１，１１，２，．．．，１１，ｍ−１，１１，ｍ及び１１，ｍ＋１  印刷導体部分
ＺＮ，１，．．．，ＺＮ，ｎ−２，ＺＮ，ｎ−１及びＺＮ，ｎ  断続インピーダンス素子
６１，６２，．．．，６Ｎ  パッシブアンテナ領域
７１，７２，７Ｎ  能動基準点電子回路
８１，８２，．．．８Ｎ  位相整合ネットワーク
１０１，１０２，．．．，１０Ｎ  入力インピーダンス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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