本發(fā)明涉及為接收器或連接至其的光譜分析器提供寬帶信號的定向天線模塊。

背景技術：

定向天線作為接收天線，其是一種在特定方向上具有最大靈敏度的天線。作為接收天線，定向天線具有非各向同性或各向異性的方向特性，換句話說它們具有方向效應。該方向效應數量上可通過方向因子來描述。天線的方向特性可在天線圖或方向圖中更加精確地說明。類似于傳聲器，天線具有不同的天線特性，例如，全向、心形方向或雙向特性，以及波瓣特性或類心形方向特性。在方向圖或天線圖中，天線的方向特性優(yōu)選地水平地和垂直地示出在極坐標中，并且相對于最大信號增益指示出取決角度的天線增益。定向天線具有高度各向異性的方向特性，其具有高方向因子，并且在最大光束角的一半處具有窄的全寬以及高的前后比FBR。

定向天線可用于各種頻帶。定向天線的結構和耐久性取決于所使用的波長范圍，因為定向天線的方向特性依賴于定向天線與所接收信號的波長相關的幾何形狀。

特別地定向天線形成為便攜式設備，優(yōu)選為便攜式定線天線模塊，其可接合至接收器。定向天線由用戶人工引導以便對準或定位信號源，尤其是相關頻率范圍內的干涉信號源。在常規(guī)設備中，覆蓋不同頻率范圍的各種定向天線模塊被安裝在例如堅固的手柄上。通過更換各種定向天線模塊，可以實現(xiàn)定位不同頻率范圍內的信號源。例如，在常規(guī)的Rohde&Schwarz HE300定向天線接收器中，總共具有四個可更換的定向天線模塊，每一個模塊具有一個定向天線，其共同覆蓋9kHz至7.5GHz的頻率范圍。然而，在頻率20MHz、200MHz和500MHz需要更換定向天線模塊的模塊。因為更換定向天線模塊來覆蓋寬的頻率范圍對于用戶來說相對費力，因此建議將兩個定向天線一起容納在殼體內并在這些定向天線之間切換。圖1是定向天線模塊RA-MOD的簡化方塊圖，其中兩個定向天線RA設置在殼體內。在常規(guī)的定向天線模塊RA-MOD中，圖1中所示的兩個定向天線RA1、RA2連接至能夠由用戶致動的開關S。在常規(guī)的定向天線模塊RA-MOD中，用戶可通過致動開關S在兩個定向天線RA1、RA2之間切換以便改變接收的頻率范圍。例如，在從Alaris天線Antennas獲得的便攜式定向天線模塊DF-A0047中，用戶必須在500MHz的頻率處人工切換至另一個定向天線，以便獲得足夠的信號增益用于接收信號的天線。

在上述的定向天線模塊中會發(fā)生操作錯誤。在可更換的定向天線模塊中，可能會連接至用于頻率范圍的錯誤定向天線。

圖1所示的常規(guī)定向天線模塊RA-MOD對于用戶來說，特別是在弱接收信號的情況下，必須從兩個鄰近頻率范圍之間最新的特定臨界頻率開始人工切換至其它定向天線，例如在大約500MHz處的窄的重疊范圍內。包括。因此，測量期間一種可能的錯誤是用戶沒有在測量過程期間訪問該信息，或者甚至沒有意識到必須在特定的臨界頻率在不同的定向天線之間進行切換。如果用戶忽視了切換至其它定向天線，則因此會發(fā)生，特別是對于相對弱的接收信號，使用定向天線模塊的測量導致極度弱的接收信號并且測量或定位因此失敗。

技術實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種定向天線模塊，其克服上述缺點并且可以在跨越多個頻率范圍的總體頻率范圍上進行可靠地測量。

該目的根據本發(fā)明通過具有權利要求1列出的特征的定向天線模塊得以實現(xiàn)。

因此，本發(fā)明提供一種定向天線模塊，包括至少兩個定向天線，該定向天線容納在定向天線模塊的殼體中，用于相鄰的頻率范圍，定向天線模塊連接至無源頻率復用單元，無源頻率復用單元將從不同頻率范圍的定向天線接收到的天線信號復用至寬帶信號。

因此，在根據本發(fā)明的定向天線模塊中，用戶不再需要特意在不同的定向天線之間人工切換或重連。例如，這具有優(yōu)點，即用戶不再必須從數據表中獲得不同頻率范圍之間的臨界頻率。使用根據本發(fā)明的定向天線模塊，因此可以實現(xiàn)連續(xù)地接收不同的頻帶，而無需任何人工切換。

根據本發(fā)明的定向天線模塊優(yōu)選地構造為完全無源，并且特別是不具有電子切換邏輯電路等。因此，根據本發(fā)明的定向天線模塊具有優(yōu)點，即它特別地抗環(huán)境的影響。根據本發(fā)明的定向天線模塊相比于常規(guī)定向模塊的進一步優(yōu)點是，不必使用不同的定向天線模塊來替代定向天線模塊以便覆蓋例如10MHz至10GHz非常寬的頻率范圍。

在根據本發(fā)明的定向天線模塊的可能實施例中，定向天線模塊具有持續(xù)在不同(various)頻率范圍上的大致心形方向特性。

在根據本發(fā)明的定向天線模塊的可能實施例中，無源頻率復用單元具有用于由定向天線接收的天線信號的輸入門以及用于發(fā)射寬帶信號的輸出門。

在根據本發(fā)明的定向天線模塊的可能實施例中，用于評估寬帶信號的信號接收器或光譜分析器直接可連接至無源頻率復用單元的輸出門。在可能實施例中，定向天線模塊可被附接至手柄并與接收器互連。

在根據本發(fā)明的定向天線模塊的進一步可能實施例中，用于接收VHF信號的第一定向天線和用于接收UHF信號的第二定向天線包括在定向天線模塊中，位于定向天線模塊的殼體中。

在根據本發(fā)明的定向天線模塊的進一步可能實施例中，第一定向天線包括環(huán)形天線。

在根據本發(fā)明的定向天線模塊的進一步可能實施例中，第一定向天線包括偶極天線陣列。

在根據本發(fā)明的定向天線模塊的進一步可能實施例中，第二定向天線是對數周期(logarithmic-periodic)天線。

在根據本發(fā)明的定向天線模塊的進一步可能實施例中，第一定向天線連接至無源頻率復用單元的第一輸入門，并且第二定向天線連接至無源頻率復用單元的第二輸入門。

在根據本發(fā)明的定向天線模塊的進一步可能實施例中，無源頻率復用單元是同向雙工器，其傳輸頻率對應于相鄰頻率范圍的臨界頻率。

在根據本發(fā)明的定向天線模塊的進一步可能實施例中，無源頻率復用單元包括低通濾波器和高通濾波器。

在此情況中，低通濾波器被設置用于低通過濾經由第一輸入門從第一定向天線接收的天線信號，而高通濾波器被設置用于高通過濾經由第二輸入門從第二定向天線接收的天線信號。

在根據本發(fā)明的定向天線模塊的進一步可能實施例中，在無源頻率復用單元的第一輸入門與低通濾波器之間提供用于連接第一定向天線的變換器。

在根據本發(fā)明的定向天線模塊的進一步可能實施例中，無源頻率復用單元包括補償單元，其用于補償無源頻率復用單元輸入門的兩個定向天線的天線信號之間的渡越時間差。

在根據本發(fā)明的定向天線模塊的進一步可能實施例中，形成定向天線模塊的第一定向天線的環(huán)形天線與給予環(huán)形天線其方向特性的電阻器互連。

在根據本發(fā)明的定向天線模塊的進一步可能實施例中，第一定向天線和第二定向天線設置在共用的便攜式塑料材料殼體中。

附圖說明

在下文中，參照附圖更加詳細地描述定向天線模塊的可能實施例。

圖1示出了傳統(tǒng)的定向天線模塊，其包括可切換定向天線；

圖2是根據本發(fā)明的定向天線模塊的可能實施例的方塊圖；

圖3示出了根據本發(fā)明的定向天線模塊的可能實施例；

圖4是可用于根據本發(fā)明的定向天線模塊中的無源頻率復用單元的可能實施例的方塊圖；

圖5是表示根據本發(fā)明的定向天線模塊相比于常規(guī)定向天線模塊的信號增益的信號圖。

具體實施方式

如從圖2所看到的，在所示實施例中，根據本發(fā)明的定向天線模塊1包括兩個定向天線2-1、2-2，容納在定向天線模塊1的殼體中，用于相鄰的頻率范圍。兩個定向天線2-1、2-2通過天線信號線3-1、3-2連接至無源頻率復用單元5的輸入門4-1、4-2，無源頻率復用單元5將從兩個定向天線2-1、2-2接收的各種頻率范圍內的天線信號復用至寬帶信號中，并將它們通過輸出門6和定向天線模塊端子7發(fā)射至信號測定評估單元8。信號測定評估單元8可以是信號接收器或例如光譜分析器。信號測定評估單元8連接至定向天線模塊1。在可能實施例中，定向天線模塊1附接至連接到信號測定評估單元8的手柄(handle)。兩個定向天線2-1、2-2優(yōu)選地提供在或集成在共用的便攜式塑料材料殼體中。在所示示例中，提供兩個定向天線2-1、2-2用于相鄰的頻率范圍。在可能實施例中，第一定向天線2-1用于接收VHF信號并且第二定向天線2-2用于接收UHF信號。在可能實施例中，第一定向天線2-1為環(huán)狀環(huán)形天線?？商娲?，還可將偶極天線陣列提供為第一定向天線2-1。在可能實施例中，第二定向天線2-2為對數周期天線。

在可能實施例中，無源頻率復用單元5可由同向雙工器形成，其傳輸頻率對應于相鄰頻率范圍的邊界頻率。在可能實施例中，無源頻率復用單元5包括用于低通過濾經由第一輸入門4-1從第一定向天線2-1接收的天線信號的低通濾波器以及用于高通過濾經由第二輸入門4-2從第二定向天線2-2接收的天線信號的高通濾波器。

圖3示出了根據圖2所示的本發(fā)明的定向天線模塊1的實施例。在所示實施例中，第一定向天線2-1由環(huán)形天線形成。該環(huán)形天線2-1與給予環(huán)形天線方向特性的電阻器9互連。因為與電阻器9互連，環(huán)形天線成為具有方向特性的負載環(huán)形天線。在圖3所示的坐標系中，瞄準線方向在x-方向上延伸，環(huán)狀環(huán)形天線2-1優(yōu)選地在殼體內部橫向于瞄準線方向x盡可能長地延伸，換句話說在y-方向上。環(huán)狀環(huán)形天線2-1盡可能延長用于由環(huán)狀環(huán)形天線封閉的給定區(qū)域，以便實現(xiàn)定向天線模塊1的最大緊湊性。環(huán)狀環(huán)形天線2-1的厚度進一步優(yōu)選地根據阻抗優(yōu)化。在可能實施例中，負載環(huán)狀環(huán)形天線2-1以這樣的方式構造，即其適于接收VHF信號(非常高頻率的信號)，例如在20MHz至500MHz的范圍內。

在圖3所示的實施例中，定向天線模塊1的無源頻率復用單元5由同向雙工器形成。同向雙工器5為具有三個門的無源組件。同向雙工器5能夠組合高頻波并將它們通過其輸出門6發(fā)射。如圖3所示，用于相鄰頻率范圍的第二定向天線2-2通過內部線纜10連接至同向雙工器5的另一個輸入門4-2。在所示實施例中，第二定向天線2-2為對數周期天線，其用于接收UHF(超高頻率)信號，例如在500MHz至接近10GHz的頻率范圍內。

在圖3所示的實施例中，針對VHF頻率范圍所提供的環(huán)形天線2-1和針對UHF頻率范圍所提供的對數周期天線2-2連接至同向雙工器5，該同向雙工器5將從兩個定向天線2-1、2-2接收的信號復用至寬帶信號中，該寬帶信號通過內部電纜線，特別是同軸電纜11，經由同向雙工器5的輸出門6傳送至定向天線模塊1的輸出端子7。同向雙工5的傳輸頻率優(yōu)選地對應于相鄰頻率范圍的邊界頻率。例如，該邊界頻率介于由環(huán)形天線2-1覆蓋的VHF頻率范圍與由對數周期天線2-2覆蓋的UHF頻率范圍之間，位于500MHz。同向雙工器5的傳輸頻率，換句話說是低通信號路徑開始阻塞且高通信號路徑開始導通時的頻率，優(yōu)選地適于單個定向天線的窄重疊區(qū)域。單個濾波器的梯度或高通濾波器和深通濾波器的梯度在該頻率范圍內優(yōu)選為特別高。當使用同向雙工器5時，不同輸入信號路徑之間的阻塞作用特別強。因此，不同的單個定向天線大量地從頻帶解耦，這樣防止了由于周期性地循環(huán)效應導致的破壞性重疊，特別是在環(huán)形天線中。在根據本發(fā)明的定向天線模塊1中，兩個定向天線2-1、2-2同時在瞄準線方向上具有明顯模式的重疊頻率范圍是小的，以便防止在同向雙工器5累加期間發(fā)生破壞性重疊。此外，根據本發(fā)明的定向天線模塊1優(yōu)選地以這樣的方式構造，即同樣還防止了在瞄準線方向上具有間隙的小于零的重疊范圍。在可能實施例中，兩個定向天線2-1、2-2之間的距離以這樣的方式得以優(yōu)化，即主要避免了對數周期天線2-2對環(huán)形天線2-1的影響并且因此不會發(fā)生模式消除。同向雙工器5進一步以這樣的方式構造，即它連續(xù)地適用于其求和輸出或輸出門6。這優(yōu)選考慮了單個定向天線2-1、2-2的阻抗。如圖3所示，兩個定向天線2-1、2-2優(yōu)選地容納在共用的殼體12中，其優(yōu)選地由塑料材料構成。

根據本發(fā)明的定向天線模塊1優(yōu)選地以這樣的方式構造為無源的，即它也對外部影響特別地不敏感。根據本發(fā)明的定向天線模塊1優(yōu)選地以這樣的方式構造，即其重量極小并且定向天線模塊1可以被用戶容易攜帶并轉動。

圖4是示出了可用于根據本發(fā)明的定向天線模塊1中的無源頻率復用單元5的實施例的方塊圖。無源頻率復用單元5具有用于連接負載環(huán)形天線2-1的第一輸入門4-1A、4-1B和用于連接例如對數周期天線的其它定向天線2-2的第二輸入門4-2。在所示示例中，無源頻率復用單元5包括用于連接第一定向天線或環(huán)形天線2-1的變換器13。在所示實施例中，無源頻率復用單元5進一步包括補償單元14，該補償單元14用于補償輸入門的兩個定向天線2-1、2-2的天線信號之間的渡越時間差。在圖4所示的實施例中，補償單元14提供在無源頻率復用單元5的變換器13與低通濾波器15之間。無源頻率復用單元5進一步包括高通濾波器16，其高通過濾經由第二輸入門4-2從第二定向天線2-2接收的天線信號。深通濾波器15對從第一定向天線或環(huán)形天線2-1通過第一輸入門4-1A、4-1B接收到的選擇性地時間延遲天線信號執(zhí)行深通過濾。兩個濾波器單元15、16在輸出側連接，例如通過微帶線形式的高頻線，至無源頻率復用單元5的輸出門6。由于輸出單元14，兩個定向天線2-1、2-2的兩個天線輸出之間的渡越時間差得以補償。這些渡越時間差表示頻率范圍內的相位移動。補償單元14由此確保了信號的破壞性重疊不會在頻率重疊范圍內發(fā)生。

圖5是表示根據本發(fā)明的定向天線模塊1相比于常規(guī)定向天線模塊的天線信號增益的信號圖。線I示出了根據本發(fā)明的定向天線模塊1在VHF和UHF頻率范圍上延伸的整個總體頻率范圍上的連續(xù)信號增益，而線IIa和IIb表示如圖1所示的可切換定向天線模塊中的信號增益。圖5進一步表示可更換的常規(guī)可切換的定向天線模塊，用于特定的頻率范圍，如線IIIa和IIIb。如從圖5所看到的，根據本發(fā)明的定向天線模塊1具有優(yōu)點，即它在非常寬的頻率范圍上傳遞連續(xù)的信號增益，而無需用戶必須在不同的頻率范圍之間切換。特別是在邊界頻率，例如500MHz，信號增益在不切換的情況下是連續(xù)的，并且等級上對應于用于不同特定頻率子范圍的常規(guī)可更換定向天線。如從線IIa、IIb所看到的，如圖1所示的常規(guī)可切換定向天線模塊中的信號增益是非連續(xù)的，并且在發(fā)生切換的邊界頻率處具有跳躍。如果例如在常規(guī)的定向天線模塊中頻率增加到例如500MHz的邊界頻率，則信號增益以這樣的方式強烈回落，即信號增益不再足以測量特別是弱的接收信號的情況。根據本發(fā)明的定向天線模塊1因此具有相當于或者甚至高于常規(guī)可更換定向天線的信號增益。根據本發(fā)明的定向天線模塊1的所測信號增益級數允許遠遠超過UHF頻率范圍的更高的邊界頻率，可以實現(xiàn)高達8GHz。此外，根據本發(fā)明的定向天線模塊1具有良好的方向特性，其大致為心形。心形特性可用于從最低到最高頻率的整個頻率范圍。