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EP4449147A1 - Antennenmodul für einen empfänger zum mobilen empfang von ortungssatellitensignalen - Google Patents

Antennenmodul für einen empfänger zum mobilen empfang von ortungssatellitensignalen

Info

Publication number
EP4449147A1
EP4449147A1 EP23701102.8A EP23701102A EP4449147A1 EP 4449147 A1 EP4449147 A1 EP 4449147A1 EP 23701102 A EP23701102 A EP 23701102A EP 4449147 A1 EP4449147 A1 EP 4449147A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
received signal
phase
radiation
order
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23701102.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Lindenmeier
Heinz Lindenmeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuba Automotive Electronics GmbH
Original Assignee
Fuba Automotive Electronics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuba Automotive Electronics GmbH filed Critical Fuba Automotive Electronics GmbH
Publication of EP4449147A1 publication Critical patent/EP4449147A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/16—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived sequentially from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics or from an antenna system having periodically-varied orientation of directivity characteristic
    • G01S3/20—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived sequentially from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics or from an antenna system having periodically-varied orientation of directivity characteristic derived by sampling signal received by an antenna system having periodically-varied orientation of directivity characteristic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/325—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle
    • H01Q1/3275—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle mounted on a horizontal surface of the vehicle, e.g. on roof, hood, trunk
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • 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
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • 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 an antenna module 1 for a receiver 2 for the mobile reception of positioning satellite signals with a high-frequency input 41 and an optional DCout connection 12 for the power supply for peripheral devices, and comprising an in particular essentially horizontally oriented electrically conductive base surface 6 and an optional antenna module connection 4 for connecting the receiver 2.
  • Satellite radio signals are usually transmitted with circularly polarized electromagnetic waves due to polarization rotations on the transmission path and are used for all known satellite navigation systems.
  • Modern navigation systems provide, in particular for global accessibility in connection with a high level of navigation accuracy in mobile navigation, to evaluate the simultaneously received radio signals from a number of satellite navigation systems.
  • Such systems receiving in the group are summarized under the term GNSS Global Navigation Satellite System and include well-known systems such as GPS, GLONASS, Galileo and Beidou etc.
  • Satellite antennas for vehicle navigation are usually installed on the electrically conductive outer skin of the vehicle body.
  • Circularly polarized satellite receiving antennas are used, as are known, for example, from the publications DE102009040910.6, DE-A-4008505 and DE-A-10163793.
  • Those antennas which are characterized by a low overall height in conjunction with cost-effective manufacturability are particularly suitable for mounting on vehicles.
  • the antenna has a necessary conductive base area 6 that is relatively small Size and is very low with a height of less than a tenth of the free space wavelength.
  • Patch antennas 24 are known from the prior art as further antennas for satellite navigation on vehicles, but they are less efficient with regard to reception at a low elevation angle.
  • Antennas for receiving signals from navigation satellites are right-hand circularly polarized, RHCP, in coordination with the signals radiated from the satellites.
  • the antenna is connected via a high-frequency line to the high-frequency input 41 of a receiver 2 for the mobile reception of locating satellite signals.
  • the levels of the received signals from individual satellites are well below the level of the stochastic noise, which is why the received signals can only be evaluated using correlation technologies.
  • a large number of coordinators are present in the receiver 2, with each correlator being assigned to a locating satellite. If the signal from a satellite is detected by a correlator in the noisy signal, this signal can be tracked very reliably while the vehicle is moving, i. H. that it takes significant disturbance of the radiation path for the signal to be lost.
  • the fourth signal is necessary to define a common time base, since the time at which the signals were sent to the satellite is otherwise not known to the receiver and is therefore not known from the arrival times corresponding time delays tlopt, t2opt, t3opt could not be closed on the three coordinates x, y, z of the receiver.
  • At least four signals must therefore be receivable in such a way that they can be synchronized by correlation in order to enable location determination.
  • Finding the satellite signals requires an antenna signal that is as strong as possible so that the satellites can be found quickly.
  • a major problem with the satellite radio link is when the system is started or after a signal has been lost over a long period of time.
  • the satellite signals can be tracked by adjusting the time delays described above from the found optimal values. A longer integration time per time delay can be chosen for this, since not all possible time delays have to be run through. Therefore, a significantly lower received signal is now sufficient for locating.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an antenna module for a receiver for mobile reception of locating satellite signals, which enables the start-up of the locating system or shortens it in the event of a partially interrupted line of sight between the vehicle and several satellites, i.e. in particular in urban or wooded and mountainous areas.
  • an antenna module 1 for a receiver 2 for the mobile reception of positioning satellite signals with a high-frequency input comprising an electrically conductive base 6, which is oriented essentially horizontally, and an antenna module connection 4 for connecting a high-frequency line 40 as a connection to the high-frequency connection 41 of a receiver 2, characterized by one or more of the following features, through which the antenna module 1 contains an antenna diversity function:
  • the antenna module 1 there is a receive signal combiner 7 controlled according to a permanently installed sequence program with an output connection to the antenna module connection 4, to which the separate receive signals 5a, 5b, 5c of the individual antennas 3a, 3b, 3c ..
  • the received signal combiner 7 can comprise a controllably switched combination circuit 8, to which the separate received signals 5a, 5b, 5c of the individual antennas 3a, 3b, 3c... are supplied, for the controlled selection of the received signal 5a during the receiving interval tl as the received signal 9 and/or its additive superimposition, formed during the search interval t2, with the received signal 5b, 5 c one of the other individual antennas 3b, 3c can be formed as a linearly combined receiver signal 9 on the antenna module connection 4 in each case.
  • the received signal combiner 7 can also include a sequence-programmed control logic circuit 10 for setting different switching states of the switchable combination circuit 8 and an independently operating clock generator 11 for generating a cyclically repeating clock sequence with a period t0, each successively subdivided into clocks with a time interval tl and clocks with a time interval t2 for clocked activation of the programmed control logic circuit 10.
  • a sequence-programmed control logic circuit 10 for setting different switching states of the switchable combination circuit 8 and an independently operating clock generator 11 for generating a cyclically repeating clock sequence with a period t0, each successively subdivided into clocks with a time interval tl and clocks with a time interval t2 for clocked activation of the programmed control logic circuit 10.
  • the controlled switched combination circuit 8 can also contain control lines between the programmed control logic circuit 10 and the controlled phase shifter 23 for clocked adjustment of the phase shifter 23 during the search interval t2 and the switch 14 for controlling its opening during the receiving interval tl and its closing during the search interval t2.
  • a summing element 16 may be present, in which the received signals 5a, 5b occurring after the switch can be superimposed during the search interval t2 by the switch 14 controlled by the control logic circuit 10.
  • a phase shifter 23 controlled in phase steps by the control logic circuit 10 and a switch 14 controlled by the control logic circuit 10 can be inserted in series with this for controlled switching through of the received signal 5b to the summation element 16.
  • the control logic circuit 10 can be programmed in such a way that the switch 14 is open during the reception interval tl and closed during the search interval t2, so that the antenna module connection 4 is alternately during the reception interval tl the effect of a right-hand circularly polarized RHCP with the main radiation direction pointing to the zenith antenna and it can be changed during the search interval t2 by superimposing the phase shifter 23 in the adjustable phase shifter 23 in steps en second received signal 5b after the superimposition in the summation element 16 on Antenna module connection 4 be given an antenna with azimuthally bundled radiation with azimuthal pivoted main radiation direction in steps.
  • RVCP right-hand circular polarization
  • RHCP right-hand circular polarization
  • the adjustable phase shifter 23 can be preceded by a changeover switch 39 controlled by the control logic circuit 10, to which the second received signal 5b and the third received signal 5c are fed for alternatively switched forwarding to the adjustable phase shifter 23.
  • a high-frequency filter 38 set by the control logic circuit 10 in the signal transmission VI, V2 can be used, in which the first received signal 5a with the factor VI and the second received signal 5b' occurring after the adjustable phase shifting element 23 during the search interval t2a can with the factor V2a and the third received signal 5c' occurring during the search interval t2b with the factor V 2b to be evaluated and both received signals 5a, 5b', respectively. 5a, 5c' can be superimposed on the combined receiver signal 9.
  • the antenna module 1 with a self-controlled antenna diversity function for a mass-produced receiver 2 for mobile reception of locating satellite signals with a high-frequency input 41 can be connected to the receiver exclusively via this. An additional connection to receiver 2 is not necessary.
  • the antenna module 1 can be supplied with DC power without any effort via the vehicle electrical system or, if there is a DCout connection 12 on the receiver 2, through this.
  • the design of the antenna module 1 from different nested antenna structures that can be combined in a small space such as a circularly polarized ring line antenna of the first order combined with a linear antenna Oth order and a ring line antenna of the 1st order combined with a ring line antenna of the 2nd order and a combination of a ring antenna with a rod monopole for a ring monopole antenna, etc. enable the desired antenna diversity function with a particularly small space requirement on the vehicle surface.
  • a multi-antenna system 3 for an antenna module 1 according to the invention can advantageously be formed from several individual antennas 3a, 3b, 3c, .
  • individual antennas 3a, 3b, 3c .. are often based on circularly polarized satellite receiving antennas, as are known, for example, from the publications DE102009040910.6, DE-A-4008505 and A-10163793.
  • These antennas are particularly suitable for mounting on vehicles because they are characterized by a low overall height and small footprint combined with cost-effective manufacturability.
  • These include, for example, the circular, polygonal or resonant structures known from publication DE102009040910.6 square loop antennas with small construction volume or patch antennas etc.
  • a diversity reception system for a satellite reception system for satellite radio reception is known from DE 10206385.
  • the antenna arrangement for producing the diversity function forms a separate unit from the receiver.
  • the reception level is checked and the antennas are switched over, synchronized with the symbol clock of the data signals.
  • both the symbol clock signals and the reception level signals from the receiver are fed to the antenna arrangement in order to produce the diversity function.
  • the self-controlled diversity receiving system according to the present invention operates autonomously from the receiver in an economically advantageous manner.
  • the supply of the clock signals and reception level signals generated in the receiver does not have to be provided.
  • Fig. 1 Shows the basic structure of an antenna module 1 according to the invention with the individual antennas 3a, 3b as a multi-antenna system 3 and a self-controlled signal combiner 7 connected to it with the controllable and switchable combination circuit 8 for the controlled selection and controlled formation of linear combinations from the selected received signals 5a, 5b to the combined receiver signal 9 and its forwarding via the antenna module connection 4 and the high-frequency line 40 to the HF Input terminal 41 of the receiver 2.
  • the combination circuit 8 is controlled by the programmable control logic circuit 10, whose control signals are formed in time with the clock generator 11 and to which
  • Combination circuit 8 are given to the setting.
  • a permanently installed sequence program is stored in the programmable control logic circuit 10, through which a predetermined linear combination of the received signals 5a, 5b initiated by the period clock is present at the output of the controllable and switchable combination circuit 8.
  • the period t0 generated in the clock generator 11 and its subdivision into the reception interval t1 and the search interval t2, as well as the number of revolutions in the main direction, are matched to one another and fixed in this way adjusted so that the synchronization time for as many received satellite signals as possible is statistically as small as possible.
  • the settings of the cyclically after a period tO of the time duration tO of the repeating sequence of clocks for the subdivision into a reception interval tl of the time duration tl, in a search interval t2 of the time duration t2 as well as in the phase of the received signal 5b that is repeatedly clocked during the search interval t2 in steps after a step clock interval ts can be set according to empirically found values and can vary within wide limits.
  • Fig. 2 Shows an antenna module according to the invention with a positioning satellite receiver 2, as in Figure 1, for the basic explanation of the mode of operation of the invention using a multiple antenna system 3.
  • the first individual antenna 3a is considered to be a standard antenna and its received signal 5a is permanently passed through to the antenna module connection 4 via the summing element 16 and is present there during the receiving interval t1.
  • the difference in the ordinal number N of the two antennas and the superimposition of their received signals 5a and 5b in the summation element 16 at a specific phase angle causes an azimuthal directional diagram at the antenna module connection 4 with a maximum of the azimuthal radiation in a specific azimuthal main direction.
  • the basic form of the azimuthal directional diagram describes a more or less pronounced cardioid with a significant increase in radiation in the radiation maximum. Due to the increase in radiation in the main direction, there is a significant increase in the probability of finding satellites with weak incoming satellite signals.
  • the satellite signals arriving from the azimuthal surroundings of the rotating main direction are increased in reception strength by the repeated rotation of the azimuthal directional diagram, which means that these signals can be recognized and recorded in the receiver.
  • both the synchronization and the evaluation of the signals with regard to the location data can take place using the lower signal strength during the reception intervals t1.
  • a larger number of satellites are thus detected and evaluated using the present invention, so that a greater positioning accuracy is achieved as a result.
  • the satellite signals can be evaluated during the reception interval t1, which is set to last longer.
  • the evaluation of stronger incident satellite signals is practically unaffected by the rotating radiation pattern during the search interval t2 if a cardioid shape with a pronounced zero point in the directional pattern is avoided.
  • Even a slight concession to the maximum antenna gain in the main azimuthal direction resulting from superimposition of the two received signals 5a, 5b causes a significantly smaller drop in the antenna gain in the opposite azimuthal direction.
  • the probability of losing satellite signals arriving in the opposite direction and already detected by the receiver during the very short time it takes to pass through the opposite direction is correspondingly small due to the significantly lower drop in antenna gain.
  • the weighting of the two received signals before they are superimposed in the summation element 16 or during the superimposition in the adjustable high-frequency filter 38 is advantageous.
  • This precise setting can be effected particularly effectively in that the size of the received signals 5a, 5b is increased with low-noise amplifiers before the formation of their linear combination, so that they are subsequently adjusted in size to one another with the aid of passive attenuators.
  • individual antennas 3a, 3b, 3c with amplifier circuits connected thereto, ie active antennas can advantageously be used.
  • the signal disturbances that may be associated with the individual phase steps as a result of hard switching can be largely avoided if the switching is designed as a "soft" process.
  • phase shifting elements 23 the phase of which is set with varactor diodes, this can be implemented without any problems by suitably driving the diodes during switching.
  • the clock signals for the period t0, the reception interval tl, the search interval t2 and for the steps for setting the phase shifter 23 are sent from the clock generator 11 to the programmable control logic circuit 10 via control lines 29, by means of which the switch 14 and the phase shifter 23 are set in a coordinated manner via further control lines 29 in accordance with the sequence program.
  • the components mentioned are supplied with direct current from the DCin connection 13 via DC lines 30.
  • Fig. 3 The multiple antenna system 3 according to the invention comprises, as in Figure 2, first
  • RHCP clockwise circular polarization
  • This consists of two located on a vertically above the conductive base 6 mast located at 90 degrees crossed, essentially horizontally oriented dipoles 16a, 16b. Both dipole halves are open in a V-shape downwards.
  • Their dipole reception signals are combined via a 90 degree phase shifter 25 to form the first separate reception signal 5a - for forwarding to the reception signal combiner 7.
  • This is formed from a conductor loop 31 which is arranged essentially in a horizontal plane in parallel above the conductive base surface 6 and has a current distribution which is azimuthally uniform in phase and amplitude.
  • the main radiation direction results in the central area of the elevation for forwarding the received signals 5b to the received signal combiner 7.
  • N 1st order a crossed dipole antenna 26 with clockwise circular polarization RHCP and the main radiation direction to the zenith.
  • This consists - like in Fig. 5 - of two 90 degree crossed, essentially horizontally oriented dipoles located on a mast 28 arranged vertically above the conductive base surface 6, the dipole halves of which open downwards in a V-shape and the received signals of which are combined via a 90 degree phase shifter 25 to form the first separate received signal 5a for forwarding to the received signal combiner 7.
  • Fig. 8 Shows an antenna module 1 according to the invention, each with a multi-antenna system 3, as shown in Figures 2 - 7 - but not detailed here - each with a received signal combiner 7.
  • a high-frequency filter 38 set by the control logic circuit 10 in the signal transmission VI, V2 is used, in which the first received signal 5a is weighted with the factor VI and the second received signal 5b' occurring after the adjustable phase shifting element 23 is weighted with the factor V2, and both received signals 5a, 5b' are superimposed to form the combined receiver signal 9.
  • the self-controlled signal combiner 7 in FIG. 1 is expanded as follows.
  • the adjustable phase shifter 23 is preceded by a changeover switch 39 controlled by the control logic circuit 10, to which the second received signal 5b and the third received signal 5c are fed for alternatively switched forwarding to the adjustable phase shifter 23.
  • the programming of the control logic circuit 10 is supplemented in such a way, and the changeover switch 39 is controlled accordingly by the clock generator 11 in conjunction with the control logic circuit 10, that the search interval t2 is divided into the search interval t2a and the search interval t2b, which occur within a period t0, but do not necessarily have to follow one another in terms of time.
  • the switch 14 is closed and the second received signal 5b and the third received signal 5c are forwarded alternately to the adjustable phase shifter 23 during the search interval t2a and during the search interval t2b.
  • the first received signal 5a is weighted with the factor VI and the second received signal 5b' occurring after the adjustable phase shifter 23 during the search interval t2b is weighted with the factor V2b and the third received signal 5c' occurring during the search interval t2c is weighted with the factor V2c and both received signals 5a, 5b' and 5a, 5c' alternately superimposed on the combined receiver signal 9.
  • FIG. 11 shows the spatial directional diagram of the received signal with the main direction at the antenna module connection 4 during a phase step with the combined individual antennas 3a and 3b shown in FIG.
  • a horizontal directional diagram is given with each phase step with a radiation maximum in a different main direction for the amplified reception of satellite signals at the antenna module connection 4.
  • the switch 14 is closed and the signal combined from the individual antennas 3a and 3b at the phase angle of the adjustable phase shifter 23 is present at the antenna module connection 4 .
  • the phase of the adjustable phase shifter 23 is changed in time steps ta in such a way that the main direction of the horizontal radiation pattern is further rotated in the azimuth by a corresponding angular step.
  • Fig. 13 The curves shown each describe an example of the antenna gain of the antenna module in dB over the entire azimuth with an elevation of the signal incidence below 45° with the combined ring antennas 17, 20 discussed in Figure 11 and shown in Figure 3.
  • Curves 2-5 each describe the antenna gain achieved during the search intervals t2 with different settings of the adjustable phase shifter 23 in 45° phase steps, shown for the phase steps 45° to 180° with the correspondingly shifting main direction in the azimuth.
  • the maxima in the main azimuthal direction of these curves provide an increased antenna gain of up to 4 db for each azimuth angle sector over the duration of a phase step ts compared to the standard antenna. This significantly increases the probability of finding weak satellite signals - otherwise possibly remaining undetected with the normal antenna.
  • an antenna module 1 of the invention consists, on the one hand, in the cost-effectiveness of the implementation using the example disclosed or similar multi-antenna systems 3, whose individual antennas 3a, ... 3c can partly exist as sheet metal antennas, rod antennas or patch antennas, which can be arranged concentrically to one another with little space requirement.
  • the self-controlled signal combiner 7 with its components consisting essentially of analog modules and its clock generator 11 consisting of electronic modules and its programmable control logic circuit 10 can be designed inexpensively for series production.
  • the components of the clock generator 11 and the programmable control logic circuit 10, which are shown separately here, are due to a clear illustration. Both components can advantageously be combined to form an integrated digital and programmable processor which controls the adjustable phase shifter 23, the switch 14 and the adjustable high-frequency filter 38.
  • Multiple antenna system 3 individual antennas 3a, 3b, 3c...
  • Loop 18 vertical radiators 19a, 19b, 19b, 19c
  • Phase angle 0 0 - 2n*N of antenna radiation vs. azimuth

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Abstract

Offenbart ist ein Antennenmodul (1) für einen Empfänger zum mobilen Empfang von Ortungssatellitensignalen mit einem Hochfrequenzeingang (41), umfassend eine elektrisch leitende Grundfläche (6) und einen Antennenmodul-Anschluss (4) zum Anschluss eines Empfängers (2), wobei das Antennenmodul eine Antennen-Diversityfunktion enthält.

Description

Antennenmodul für einen Empfänger zum mobilen Empfang von Ortungssatellitensignalen
Die Erfindung betrifft ein Antennenmodul 1 für einen Empfänger 2 zum mobilen Empfang von Ortungssatelliten- Signalen mit einem Hochfrequenzeingang 41 und einem optionalen DCout-Anschluss 12 zur Stromversorgung für periphere Geräte, und umfassend eine insbesondere im Wesentlichen horizontal orientierte elektrisch leitende Grundfläche 6 und einen optionalen Antennenmodul-Anschluss 4 zum Anschluss des Empfängers 2.
Insbesondere bei Satelliten-Navigationssystemen kommt es besonders auf die Wirtschaftlichkeit sowohl bezüglich der vom Satelliten abgestrahlten Sendeleistung als auch auf die Effizienz der Empfangsantenne an. Satellitenfunksignale werden aufgrund von Polarisationsdrehungen auf dem Übertragungsweg in der Regel mit zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen übertragen und werden für alle bekannten Satel liten- Navigationssysteme angewandt. Moderne Navigationssysteme sehen insbesondere für die globale Erreichbarkeit in Verbindung mit einer hohen Navigationsgenauigkeit bei der mobilen Navigation vor, die gleichzeitig empfangenen Funksignale mehrerer Satelliten- Navigationssysteme auszuwerten. Solche im Verbund empfangenden Systeme sind unter dem Begriff GNSS Global Navigation Satellite System zusammengefasst und beinhalten bekannte Systeme, wie zum Beispiel GPS, GLONASS, Galileo und Beidou etc.
Satellitenantennen für die Navigation auf Fahrzeugen werden in der Regel auf der elektrisch leitenden Außenhaut der Fahrzeugkarosserie aufgebaut. Es kommen zirkular polarisierte Satelliten-Empfangsantennen zur Anwendung, wie sie zum Beispiel aus den Druckschriften DE102009040910.6, DE-A-4008505 und DE-A-10163793 bekannt sind. Für den Aufbau auf Fahrzeugen eignen sich besonders solche Antennen, welche sich durch eine niedrige Bauhöhe in Verbindung mit kostengünstiger Herstellbarkeit auszeichnen. Hierzu zählt zum Beispiel die aus der Druckschrift DE102009040910.6 bekannte, als Resonanzstruktur gestaltete kreisförmige, polygonförmige oder quadratische Ringleitungsantenne 17, 20 mit kleinem Bauvolumen, welches insbesondere für mobile Anwendungen zwingend gefordert ist. Die Antenne weist eine notwendige leitende Grundfläche 6 von verhältnismäßig geringer Größe auf und ist mit einer Höhe von weniger als einem Zehntel der Freiraumwellenlänge sehr niedrig. Als weitere Antennen für die Satelliten-Navigation auf Fahrzeugen sind nach dem Stand der Technik Patch-Antennen 24 bekannt, welche jedoch bezüglich des Empfangs unter niedrigem Elevationswinkel weniger leistungsfähig sind.
Antennen für den Empfang von Navigationssatelliten-Signalen sind In Abstimmung auf die von den Satelliten abgestrahlten Signale rechtshändig zirkular polarisiert, RHCP. Im Normalfall wird die Antenne über eine Hochfrequenzleitung an den Hochfrequenzeingang 41 eines Empfängers 2 zum mobilen Empfang von Ortungssatelliten-Signalen angeschlossen. Beim mobilen Empfang befinden sich die Pegel der Empfangssignale einzelner Satelliten deutlich unter dem Pegel des stochastischen Rauschens, weshalb die Auswertung der Empfangssignale ausschließlich über Korrelationstechnologien erfolgen kann. Im Empfänger 2 ist demnach eine Vielzahl von Koordinatoren vorhanden, wobei jeder Korrelator einem Ortungssatelliten zugeordnet ist. Ist das Signal eines Satelliten über einen Korrelator im verrauschten Signal erkannt, so kann dieses Signal während der Bewegung des Fahrzeugs sehr sicher verfolgt (getrackt) werden, d. h. dass es einer beträchtlichen Störung des Strahlungsweges bedarf, um das Signal zu verlieren.
Das Erkennen der einzelnen digital modulierten Satellitensignale 1, 2, 3,.. im verrauschten Empfangssignal erfolgt dadurch, dass mit dem jeweils zugeordneten Korrelator durch Synchronisierung das Autokorrelationsmaximum gefunden werden muss. Das heißt, dass das jedem Satelliten zugeordnete Codesignal CI, C2, C3 mit dem Empfangssignal korreliert wird, indem zwischen den Codesignalen und dem Empfangssignal jeweils eine variable Zeitverzögerung tl, t2, t3,... in einem Durchlauf realisiert wird, bis jeweils eine Synchronität zwischen dem im Empfangssignal empfangenen Satellitencode und dem im Empfänger erzeugten Codesignal CI, C2, C3 besteht. Dabei entsteht in der jeweiligen Korrelationsfunktion ctl, ct2, ct3 ... ein Maximum und die dafür notwendigen idealen Zeitverzögerungen tl=tlopt, t2=t2opt, t3=t3opt,... sind ermittelt. Nach dem Finden der Signale kann auf dieser Basis eine Ortung per Triangulation durchgeführt werden, wenn mindestens vier Signale erfasst wurden. Das vierte Signal ist zur Definition einer gemeinsamen Zeitbasis nötig, da der Zeitpunkt des Absendens der Signale an den Satelliten dem Empfänger sonst nicht genau bekannt ist und somit aus den Ankunftszeiten entsprechenden Zeitverzögerungen tlopt, t2opt, t3opt nicht auf die drei Koordinaten x, y, z des Empfängers geschlossen werden könnte.
Aus der Vielzahl von Satellitensignalen müssen somit mindestens vier Signale in dieser Weise empfangbar sein, dass sie per Korrelation synchronisiert werden können, um eine Ortsbestimmung zu ermöglichen.
Für das Auffinden der Satellitensignale ist ein möglichst starkes Antennensignal notwendig, damit die Satelliten schnell gefunden werden können. Ein großes Problem der Satel liten- Funkverbindung besteht deshalb beim Systemstart oder nach einem über längere Zeit verlorengegangenem Signal, welches demnach über einen Aufstart neu gesucht und über die Korrelation identifiziert werden muss.
Insbesondere in urbanen oder bewaldeten auch gebirgigen Gebieten ist die Sichtverbindung (line of sight) zwischen dem Fahrzeug und mehreren Satelliten oft nicht gegeben, womit für deren Signale aufgrund von Abschattungen eine drastische Reduktion der Empfangssignalstärke einhergeht und der Aufstart des Systems sich lange hinzieht oder im Extremfall an einem Ort nicht möglich ist. Nach dem Aufstarten können die Satellitensignale getrackt werden, indem die oben beschriebenen Zeitverzögerungen von den gefundenen optimalen Werten aus nachgeführt werden. Hierfür kann eine längere Integrationszeit pro Zeitverzögerung gewählt werden, da nicht alle möglichen Zeitverzögerungen durchlaufen werden müssen. Daher ist ein deutlich geringeres Empfangssignal nun für die Ortung ausreichend.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Antennenmodul für einen Empfänger zum mobilen Empfang von Ortungssatellitensignalen anzugeben, welches bei teilweise unterbrochener Sichtverbindung (line of sight) zwischen dem Fahrzeug und mehreren Satelliten, also insbesondere in urbanen oder bewaldeten auch gebirgigen Gebieten, den Aufstart des Ortungssystems ermöglicht bzw. zeitlich verkürzt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Offenbart ist ein Antennenmodul 1 für einen Empfänger 2 zum mobilen Empfang von Ortungssatelliten- Signalen mit einem Hochfrequenzeingang umfassend eine insbesondere im Wesentlichen horizontal orientierte elektrisch leitende Grundfläche 6 und einen Antennenmodul-Anschluss 4 zum Anschluss einer Hochfrequenzleitung 40 als Verbindung zum Hochfrequenz-Anschluss 41 eines Empfängers 2, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der folgenden Merkmale, durch welche das Antennenmodul 1 eine Antennen- Diversityfunktion enthält:
• Auf der elektrisch leitenden Grundfläche 6 ist ein Mehrantennensystem 3 aus mehreren zu einander konzentrisch angeordneten Einzelantennen 3a, 3b, 3c.. für den Empfang von jeweils gesonderten Ortungssatellitensignalen 5a, 5b, 5c mit jeweils azimutalem Runddiagramm der Strahlungsdichte und azimutal linearer Verteilung des Phasenwinkels 0 = 0 - 2n*N von ganzzahlig N-ter Ordnung der Strahlung über einen entsprechenden azimutalen Winkelbereich von a = 0 - 2n gebildet, umfassend eine zirkular polarisierte erste Empfangsantenne 3a N = 1-ter Ordnung für den Empfang von Ortungssatellitensignalen mit Strahlungshauptrichtung zum Zenit, und mindestens eine weitere Einzelantenne 3b, 3c.., deren Ordnung N jeweils um die ganze Zahl 1 von der Ordnung der ersten Einzelantenne 3a abweicht.
• Im Antennenmodul 1 ist ein nach einem fest installierten Ablaufprogramm gesteuerter Empfangssignal-Kombiner 7 mit ausgangsseitiger Verbindung zum Antennenmodul-Anschluss 4 vorhanden, welchem eingangsseitig die gesonderten Empfangssignale 5a, 5b, 5c der Einzelantennen 3a, 3b, 3c .. zugeführt sind, aus denen - in einer sich zyklisch nach einer Periode tO der Zeitdauer tO wiederholenden Folge über ein Empfangsintervall tl der Zeitdauer tl das Empfangssignal 5a der ersten Einzelantenne 3a und diesem über mindestens ein Suchintervall t2 der Zeitdauer t2 ein in seiner Phase in Schritten getaktetes und - mindestens einmal - zwischen dem Phasenwinkelbereich ß = 0 bis ß = 2n verschobenes Empfangssignal 5b, 5c einer der weiteren Einzelantennen 3b, 3c additiv überlagert und somit als linear kombiniertes Empfänger-Signal 9 am Antennenmodul- Anschluss 4 vorliegt, sodass während des Suchintervalls t2 ein Strahlungs- Richtdiagramm mit azimutal zwischen a = 0 bis a = 2n - also mindestens einmal - über eine volle Umdrehung in Schritten geschwenkter Hauptrichtung gegeben ist. • Die Periode tO und deren Unterteilung in das Empfangsintervall tl und das Suchintervall t2 sowie die Anzahl der Umdrehungen der Hauptrichtung sind in der Weise aufeinander abgestimmt und fest eingestellt, dass die Synchronisationszeit für möglichst viele empfangene Satellitensignale statistisch möglichst klein ist.
• Es ist im Antennenmodul 1 ein DCin-Anschluss 13 vorhanden, mit dessen Anschluss an eine äußere Gleichstromversorgung über einen DC-out-Anschluss 12 das Ablaufprogramm des Empfangssignal-Kombiners (7) gestartet ist.
Es kann der Empfangssignal-Kombiner 7 eine gesteuert geschaltete Kombinationsschaltung 8 umfassen, welcher die gesonderten Empfangssignale 5a, 5b, 5c der Einzelantennen 3a, 3b, 3c.. zugeführt sind, zur gesteuerten Auswahl des Empfangssignals 5a während des Empfangsintervallls tl als Empfänger-Signal 9 und/oder es kann dessen während des Suchintervalls t2 gebildete additive Überlagerung mit dem gesteuert schrittweise in der Phase gedrehtem Empfangssignal 5b, 5c einer der weiteren Einzelantennen 3b, 3c als linear kombiniertes Empfänger-Signal 9 jeweils am Antennenmodul-Anschluss 4 gebildet sein.
Der Empfangssignal-Kombiner 7 kann ferner eine mit dem Ablauf programmierte Steuerlogikschaltung 10 umfassen zur Einstellung verschiedener Schaltzustände der schaltbaren Kombinationsschaltung 8 sowie einen selbständig arbeitenden Taktgenerator 11 zur Erzeugung einer sich zyklisch wiederholenden Taktfolge mit Periode tO, jeweils aufeinanderfolgend unterteilt in Takte mit Zeitabstand tl und Takte mit Zeitabstand t2 zur getakteten Ansteuerung der programmierten Steuerlogikschaltung 10.
Die gesteuert geschaltete Kombinationsschaltung 8 kann den Signalpfad 15a des Empfangssignals 5a der ersten Einzelantenne 3a mit Summationsglied 16 umfassen zur Überlagerung dieses Empfangssignals mit den Empfangssignalen aus dem Signalpfad 15b der weiteren Empfangsantenne 3b zur Bildung des Empfänger-Signals 9 am Antennenmodul- Anschluss 4. Die gesteuert geschaltete Kombinationsschaltung 8 kann ferner den Signalpfad 15b des weiteren Empfangssignals 5b, 5c einer der weiteren Einzelantennen 3b, 3c umfassen mit einem während des Suchintervalls t2 durch die Steuerlogikschaltung 10 in Phasenschritten zwischen ß = 0 bis ß = 2n gesteuerten Phasendrehglied 23 und mit einem durch Steuerung während des Empfangsintervalls tl offenen und während des Suchintervalls t2 geschlossenen Schalter 14 zur gesteuerten Weiterleitung des in der Phase gedrehten weiteren Empfangssignals 5b, 5c zum Summationsglied 16 zur Bildung des Empfänger- Signals 9 durch Überlagerung mit dem Empfangssignal 5a.
Die gesteuert geschaltete Kombinationsschaltung 8 kann ferner Steuerleitungen zwischen der programmierten Steuerlogikschaltung 10 und dem gesteuerten Phasendrehglied 23 enthalten zur getakteten Einstellung des Phasendrehglieds 23 während des Suchintervalls t2 und dem Schalter 14 zur Steuerung von dessen Öffnung während des Empfangsintervalls tl und dessen Schließung während des Suchintervalls t2.
• In der Kombinationsschaltung 8 kann in dem Signalpfad 15a des zugeführten ersten Empfangssignals 5a ein Summationsglied 16 vorhanden sein, in welchem während des Suchintervalls t2 durch den von der Steuerlogikschaltung 10 gesteuerten Schalter 14 die nach dem Schalter auftretenden Empfangssignale 5a, 5b überlagert sein können.
• Im Signalpfad 15b des zweiten Empfangssignal 5b kann ein durch die Steuerlogikschaltung 10 in Phasenschritten gesteuertes Phasendrehglied 23 und es kann in Serie hierzu ein von der Steuerlogikschaltung 10 gesteuerter Schalter 14 zur gesteuerten Durchschaltung des Empfangssignals 5b an das Summationsglied 16 eingefügt sein.
• Die Steuerlogikschaltung 10 kann in der Weise programmiert sein, dass der Schalter 14 während des Empfangsintervalls tl geöffnet und während des Suchintervalls t2 geschlossen ist, sodass am Antennenmodul-Anschluss 4 wechselweise jeweils während des Empfangsintervalls tl die Wirkung einer rechtsdrehend zirkular polarisierten RHCP mit der Strahlungshauptrichtung zum Zenit weisenden Antenne und es kann während des Suchintervalls t2 durch die Überlagerung mit dem im einstellbaren Phasendrehglied 23 in Schritten in der Phase geänderten zweiten Empfangssignal 5b nach der Überlagerung im Summationsglied 16 am Antennenmodul-Anschluss 4 eine Antenne mit azimutal gebündelter Strahlung mit in Schritten azimutaler geschwenkter Hauptstrahlungsrichtung gegeben sein.
• Das Mehrantennensystem 3 kann als erste Einzelantenne 3a eine Ringleitungsantenne 17 mit N = 1-ter Ordnung mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation RHCP und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit umfassen und sie kann als eine über der elektrisch leitenden Grundfläche 6 angeordnete Ringleitung 18 mit der Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung, deren Phasenunterschied über einen Umlauf gerade 2n beträgt, gebildet sein, welche mit vier mit der Ringleitung 18 verbundenen und azimutal um 90 Grad gegeneinander versetzten vertikalen Strahlern 19a, 19b, 19c, 19d gestaltet sein kann, mit Abgriff des ersten Empfangssignals 5a an einem ersten der vertikalen Strahler 19a zur Weiterleitung an den Empfangssignal-Kombiner 7.
• Das Mehrantennensystems 3 kann als zweite Einzelantenne 3b eine zur Ringleitungsantenne 17 der N = 1-ten Ordnung konzentrisch angeordnete, vertikale Monopolantenne 34 mit N = O-ter Ordnung umfassen - zum Empfang des zweiten Empfangssignal 5b und zu dessen Weiterleitung an den Empfangssignal-Kombiner 7.
• Das Mehrantennensystems 3 kann jedoch anstelle der im Zentrum angeordneten Ringleitungsantenne 17 mit N = 1-ter Ordnung eine Patchantenne 24 mit N = 1-ter Ordnung mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation (RHCP) und einer Verteilung des Phasenwinkels der Strahlung von ß = 0 - 2n über dem azimutalen Raumwinkel a = 0 - 2n und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit als erstes Empfangssignal 5a enthalten und die konzentrisch angeordnete, vertikale Monopolantenne 34 mit N = O-ter Ordnung zum Empfang des zweiten Empfangssignal 5b kann zentral in geringer Höhe über der Patchantenne 24 angeordnet sein.
Das Mehrantennensystems 3 kann als erste Einzelantenne 3a eine Ringleitungsantenne 17 mit N = 1-ter Ordnung mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation RHCP und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit umfassen, welche als eine über der elektrisch leitenden Grundfläche 6 angeordnete Ringleitung 18 gestaltet sein kann, mit der Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung, deren Phasenunterschied über einen Umlauf gerade 2n beträgt. Es können vier mit der Ringleitung verbundene und azimutal um 90 Grad gegeneinander versetzte vertikale Strahler 19a, 19b, 19c, 19d vorhanden sein und der Abgriff des gesonderten ersten Empfangssignals 5a kann an einem ersten der vertikalen Strahler 19a zur Weiterleitung an den Empfangssignal-Kombiner 7 gestaltet sein.
• Das Mehrantennensystems 3 kann als zweite Einzelantenne 3b eine Ringleitungsantenne 2-ter Ordnung 20 mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation RHCP und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit umfassen, welche als eine über der elektrisch leitenden Grundfläche 6 angeordnete Ringleitung 18 mit N = 2-ter Ordnung mit der Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung, deren Phasenunterschied über einen Umlauf gerade 4n beträgt, gestaltet sein kann. Es können 8 mit der Ringleitung verbundene und azimutal um 45 Grad gegeneinander versetzte weitere vertikale Strahlern 22a, ...22h vorhanden sein, mit Abgriff des zweiten Empfangssignals 5b an einem ersten der vertikalen Strahler 22a zur Weiterleitung an den Empfangssignal-Kombiner 7.
Es kann anstelle der Ringleitungsantenne 17 der N = 1-ter Ordnung als erste Einzelantenne 3a im Zentrum der zweiten Einzelantenne 3b eine Patchantenne 24 mit N = 1-ter Ordnung vorhanden sein, mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation (RHCP) und einer Verteilung des Phasenwinkels der Strahlung von ß = 0 - 2n über dem azimutalen Raumwinkel a = 0 - 2n und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit, als erstes Empfangssignal 5a zur Weiterleitung an den Empfangssignal-Kombiner 7.
Es kann anstelle der Ringleitungsantenne 17 mit N = 1-ter Ordnung als erste Einzelantenne 3a mit dem ersten Empfangssignal 5a im Zentrum der zweiten Einzelantenne 3b eine gekreuzte Dipolantenne 26 mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation RHCP und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit vorhanden sein. Diese kann aus zwei auf einem senkrecht über der leitenden Grundfläche 6 angeordneten Mast befindlichen, um 90 Grad gekreuzten, im Wesentlichen horizontal orientierten Dipolen bestehen, deren Dipolhälften sich v-förmig nach unten öffnen und deren Empfangssignale über ein 90 Grad Phasendrehglied 25 zu dem ersten gesonderten Empfangssignal 5a zusammengefasst sind - zur Weiterleitung an den Empfangssignal-Kombiner 7. Das Mehrantennensystems 3 kann als erste Einzelantenne 3a eine Ringleitungsantenne 17 mit N = 1-ter Ordnung mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation RHCP und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit umfassen. Diese kann durch eine, über der elektrisch leitenden Grundfläche 6 angeordneten Ringleitung 18 mit der Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung gebildet sein, deren Phasenunterschied über einen Umlauf gerade 2n beträgt. Die Ringleitung 18 kann mit vier azimutal um 90 Grad gegeneinander versetzten vertikalen Strahlern 19a, ...19d verbunden sein, wobei der Abgriff des ersten Empfangssignals 5a an einem ersten der vertikalen Strahler 19a zur Weiterleitung des Empfangssignale 5a an den Empfangssignal-Kombiner 7 gegeben sein kann.
Die zweite Einzelantenne 3b des Mehrantennensystems 3 kann als kombinierte Schleifen- Monopolantenne 27 mit N = O-ter Ordnung mit zirkular polarisierter, azimutal gleichphasiger Strahlung in der Weise gebildet sein, dass eine Schleifenantenne 35 aus einer Leiterschleife 31 mit Kapazitäten 36 - konzentrisch zur Ringleitungsantenne 17 - gestaltet ist, welche aus einer im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene parallel über der leitenden Grundfläche 6 angeordneten Leiterschleife 31 mit in Phase- und Amplitude gleichförmiger Stromverteilung bestehen kann. Das an einer Unterbrechung als Leiterschleifen- Anschlussstelle 37 der Leiterschleife 31 vorhandene Empfangssignal kann über ein 90° Phasendrehglied 25 mit dem Empfangssignal einer im Zentrum der Leiterschleife 31 angeordneten vertikalen Antenne 34 mit N = O-ter Ordnung zum Empfangssignal 5b mit ebenfalls N = O-ter Ordnung für rechtsdrehend zirkularer Polarisation RHCP im Summationsglied 16 zur Bildung der Strahlungshauptrichtung im mittleren Bereich der Elevation zusammengefasst sein - zur Weiterleitung der Empfangssignale 5b an den Empfangssignal-Kombiner 7.
Das Mehrantennensystems 3 kann als erste Einzelantenne 3a mit N = 1-ter Ordnung eine gekreuzte Dipolantenne 26 mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation RHCP und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit, bestehend aus zwei auf einem senkrecht über der leitenden Grundfläche 6 angeordneten Mast 28 befindlichen, um 90 Grad gekreuzten, im Wesentlichen horizontal orientierten Dipolen umfassen, deren Dipolhälften sich v-förmig nach unten öffnen und deren Empfangssignale über ein 90 Grad Phasendrehglied 25 zu dem ersten gesonderten Empfangssignal 5a zusammengefasst sind zur Weiterleitung an den Empfangssignal-Kombiner 7.
Das Mehrantennensystem 3 kann als zweite Einzelantenne 3b mit N = 0 - ter Ordnung eine auf dem Mast 28 befindliche vertikale Monopolantenne 34 zur Weiterleitung von deren Empfangssignal 3b an den Empfangssignal-Kombiner 7 umfassen.
Anstelle des Summationsglieds 16 und des Schalters 14 kann eine in der Signalübertragung VI, V2 durch die Steuerlogikschaltung 10 eingestellte Hochfrequenzweiche 38 eingesetzt sein, in welcher das erste Empfangssignal 5a mit dem Faktor VI und das nach dem einstellbaren Phasendrehglied 23 auftretende zweite Empfangssignal 5b' mit dem Faktor V2 bewertet und beide Empfangssignale 5a, 5b' zum kombinierten Empfänger-Signal 9 überlagert sind.
Die Steuerlogikschaltung 10 kann in der Weise erweitert programmiert sein, dass VI = 1 eingestellt ist und auch die Einstellung der Signalübertragung V2 der Hochfrequenzweiche beginnend mit der Einstellung V2 = 1 mit in V2-Schritten abnehmenden Werten eingestellt ist. Für jeden V2-Schritt kann die Phase des einstellbaren Phasendrehglieds 23 in Phasenschritten über den Phasenumfang, beginnend von 0° bis 360°, durchlaufen, sodass jeweils eine volle azimutale Drehung der Hauptstrahlrichtung gegeben ist und das Strahlungsdiagramm mit azimutaler Hauptrichtung mit abnehmenden Signalübertragungswerten V2 in Schritten bis zu V2 = 0 in ein azimutales Runddiagramm mit Hauptrichtung zum Zenit übergeführt sein kann.
In einer Ausführungsform ist die Steuerlogikschaltung 10 in der Weise erweitert programmiert, dass VI = 1 und V2 = 0 eingestellt ist, sodass das für den normalen Empfang herrschende azimutale Runddiagramm eingestellt ist und, dass mit Beginn des Zyklus die Phase des einstellbaren Phasendrehglieds 23 nach Beginn des Zyklus in Phasenschritten den Phasenumfang beginnend von 0° bis 360° durchläuft, sodass jeweils eine volle azimutale Drehung der Hauptstrahlrichtung gegeben ist und während dieser Phasenumdrehung (oder weniger Phasenumdrehungen) das Richtdiagramm durch kontinuierlich in kleinen Schritten zunehmende Signalübertragungswerte V2 bis zu einem Maximalwert (z.B, V2=0,2) in das Strahlungsdiagramm mit azimutaler Hauptrichtung überführt ist, sodass jeweils eine volle azimutale Drehung der Hauptstrahlrichtung gegeben ist und dass die Einstellung des Maximalwertes von V2 (optional) für wenige Umdrehungen gehalten wird und, dass zur Beendigung des Zyklus die Einstellung der Signalübertragung V2 der Hochfrequenzweiche beginnend mit dessen Maximalwert in kontinuierlich abnehmenden Werten eingestellt ist und dass das Strahlungsdiagramm mit azimutaler Hauptrichtung in der Zeit, während die Phase des einstellbaren Phasendrehglieds 23 weiter in Phasenschritten den Phasenumfang beginnend von 0° bis 360° durchlaufen hat, vom Maximalwert von V2 bis zum Wert V2 = 0 in das Strahlungsdiagramm mit azimutalem Runddiagramm mit Hauptrichtung zum Zenit wieder übergeführt ist. Dabei kann die Hochfrequenzweiche alternativ auch durch ein variables Dämpfungsglied in Serie mit dem Phasendrehglied und einen Leistungskombinierer oder durch ähnliche Komponenten aufgebaut werden.
Das Mehrantennensystems 3 kann zusätzlich als dritte Einzelantenne 3c eine im Zentrum der Ringleitungsantenne 17 mit N = 1-ter Ordnung konzentrisch angeordnete, vertikale Monopolantenne 34 mit N = O-ter Ordnung zum Empfang des dritten Empfangssignal 5c aufweisen und der selbstgesteuerte Signal-Kombiner 7 kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen.
Dem einstellbaren Phasendrehglied 23 kann ein von der Steuerlogikschaltung 10 gesteuerter Umschalter 39 vorgeschaltet sein, welchem das zweite Empfangssignal 5b und das dritte Empfangssignal 5c zur alternativ geschalteten Weiterleitung an das einstellbare Phasendrehglied 23 zugeführt sind.
Die Programmierung der Steuerlogikschaltung 10 kann in der Weise ergänzt und der Umschalter 39 entsprechend von der Steuerlogikschaltung 10 gesteuert sein, dass das Suchintervall t2 unterteilt ist in das Suchintervall t2a, während dieser das zweite Empfangssignal 5b zum Phasendrehglied 23 durchgeschaltet ist und in das Suchintervall t2b, während dieser das dritte Empfangssignals 5c zum Phasendrehglied 23 durchgeschaltet ist und das Phasendrehglied 23 während des Suchintervalls t2a und des Suchintervalls t2b jeweils über den Bereich ß = 0 bis ß = 2n in Phasenschritten gesteuert und der Schalter 14 während der beiden Suchintervalle t2a und t2b geschlossen ist. Anstelle des Summationsglieds 16 und des Schalters 14 kann eine in der Signalübertragung VI, V2 durch die Steuerlogikschaltung 10 eingestellte Hochfrequenzweiche 38 eingesetzt sein, in welcher das erste Empfangssignal 5a mit dem Faktor VI und das nach dem einstellbaren Phasendrehglied 23 während des Suchintervalls t2a auftretende zweite Empfangssignal 5b' kann mit dem Faktor V2a und das während des Suchintervalls t2b auftretende dritte Empfangssignal 5c' mit dem Faktor V2b bewertet sein und jeweils beide Empfangssignale 5a, 5b'bzw. 5a, 5c' können zum kombinierten Empfänger-Signal 9 überlagert sein.
Die Steuerlogikschaltung 10 kann in der Weise erweitert programmiert sein, dass VI = 1 eingestellt ist und die Einstellung der Signalübertragung V2a bzw. V2b der Hochfrequenzweiche etwa beginnend mit der Einstellung V2a = V2b = 1 mit in Stufen abnehmenden Werten eingestellt ist - und für jede Stufe kann die Phase des einstellbaren Phasendrehglieds 23 in Phasenschritten den Phasenumfang, beginnend von 0° bis 360° mindestens einmal durchlaufen sein, sodass für beide Stellungen des Umschalters 39 jeweils mindestens eine volle azimutale Drehung der Hauptstrahlrichtung gegeben ist und das Strahlungsdiagramm mit azimutaler Hauptrichtung mit abnehmenden Signalübertragungswerten V2a bzw.V2b in Schritten bis zu V2a = 0 bzw. V2b = 0 jeweils in ein azimutales Runddiagramm mit Hauptrichtung zum Zenit übergeführt ist.
Im selbstgesteuerten Signal-Kombiner 7 kann ein in der Weise gestaltetes Ablaufprogramm abgelegt sein, dass mit dessen Start (t = 0) vor Einsetzen der zeitlichen Folgen der Periode tO ein Aufstartintervall tA der zeitlichen Länge tA abläuft, während dessen der Schalter 14 geschlossen ist. In aufeinanderfolgenden zeitlichen Schrittlängen ta kann das einstellbare Phasendrehglied 23 jeweils entsprechend geändert eingestellt sein, sodass das horizontale Strahlungsdiagramm mit seiner Hauptrichtung im Azimut um einen Winkelschritt weitergedreht ist, wodurch das Strahlungs-Richtdiagramm mit seiner Hauptrichtung während der Umdrehungszeit tu jeweils einmal und während des Aufstartintervalls tA mindestens z = lmal - über eine volle horizontale Umdrehung gedreht ist.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Empfangsanlage ergeben sich u. a. die folgenden besonderen Vorteile: Das Antennenmodul 1 mit selbst gesteuerter Antennen-Diversity-Funktion für einen serienmäßig hergestellten Empfänger 2 zum mobilen Empfang von Ortungssatelliten- Signalen mit einem Hochfrequenzeingang 41 kann ausschließlich über diesen mit dem Empfänger verbunden sein. Eine weitere Verbindung zum Empfänger 2 ist nicht notwendig.
Diese Antennen-Diversity-Anordnung zeichnet sich durch besondere Wirtschaftlichkeit aus.
Die DC-Stromversorgung des Antennenmoduls 1 kann aufwandslos über das Fahrzeug- Bordnetz oder bei Vorhandensein eines DCout-Anschlusses 12 am Empfänger 2 durch diesen erfolgen.
Die Gestaltung des Antennenmoduls 1 aus jeweils unterschiedlichen auf kleinem Raum kombinierbaren ineinander geschriebenen Antennenstrukturen, wie zum Beispiel aus einer zirkular polarisierten Ringleitungsantenne erster Ordnung kombiniert mit einer Linearantenne O-ter Ordnung sowie aus einer Ringleitungsantenne 1-ter Ordnung kombiniert mit einer Ringleitungsantenne 2-ter Ordnung sowie einer Kombination aus einer Ringantenne mit einem Stabmonopol zur Ring-Monopolantenne etc. ermöglichen die gewünschte Antennendiversity-Funktion bei besonders kleinem Flächenbedarf auf der Fahrzeugoberfläche.
Ein Mehrantennensystem 3 für ein Antennenmodul 1 nach der Erfindung kann vorteilhaft aus mehreren Einzelantennen 3a, 3b, 3c, .. mit jeweils voneinander unterschiedlicher Polarisation und/oder Hauptrichtung zum Empfang von Ortungssatelliten-Signalen mit jeweils gesonderten Empfangssignalen 5a, 5b, 5c gebildet sein. Solche Einzelantennen 3a, 3b, 3c.. basieren nach dem Stand der Technik häufig auf zirkular polarisierten Satelliten- Empfangsantennen, wie sie zum Beispiel aus den Druckschriften DE102009040910.6, DE-A- 4008505 und A-10163793 bekannt sind. Für den Aufbau auf Fahrzeugen eignen sich diese Antennen besonders, weil sie sich durch eine niedrige Bauhöhe und kleinen Grundflächenbedarf in Verbindung mit kostengünstiger Herstellbarkeit auszeichnen. Hierzu zählen besonders - zum Beispiel - auch die aus der Druckschrift DE102009040910.6 bekannten, als Resonanzstrukturen gestalteten kreisförmigen, polygonförmigen oder quadratischen Ringleitungsantennen mit kleinem Bauvolumen oder Patchantennen etc.
Eine Diversity-Empfangsanlage für ein Satelliten-Empfangs-System für den Satellitenrundfunk-Empfang ist bekannt aus der DE 10206385. Dort bildet die Antennenanordnung zur Herstellung der Diversityfunktion eine vom Empfänger gesonderte Einheit. Dort erfolgen die Prüfung des Empfangspegels und die Umschaltung der Antennen synchronisiert mit dem Symboltakt der Datensignale. Hierfür werden sowohl Symboltaktsignale als auch die Empfangspegel-Signale aus dem Empfänger der Antennenanordnung zur Herstellung der Diversityfunktion zugeführt.
Die selbstgesteuerte Diversity-Empfangsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet vom Empfänger in wirtschaftlich vorteilhafter Weise autonom. Die Zuführung der im Empfänger erzeugten Taktsignale und Empfangspegel-Signale muss nicht vorgesehen sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher beschrieben:
Fig. 1: Zeigt den Grundaufbau eines Antennenmoduls 1 nach der Erfindung mit den Einzelantennen 3a, 3b als Mehrantennensystem 3 und einen daran angeschlossenen selbstgesteuerten Signal-Kombiner 7 mit der steuerbaren und schaltbaren Kombinationsschaltung 8 zur gesteuerten Auswahl und gesteuerten Bildung von Linearkombinationen aus den ausgewählten Empfangssignalen 5a, 5b zum kombinierten Empfänger-Signal 9 und dessen Weiterleitung über den Antennenmodul-Anschluss 4 und die Hochfrequenzleitung 40 zum HF-Eingangsanschluss 41 des Empfängers 2. Die Steuerung der Kombinationsschaltung 8 erfolgt durch die programmierbare Steuerlogikschaltung 10, deren Steuersignale im Takte des Taktgenerators 11 gebildet sind und an die
Kombinationsschaltung 8 zu deren Einstellung abgegeben werden. In der programmierbaren Steuerlogikschaltung 10 ist ein fest installiertes Ablaufprogramm abgelegt, durch welches jeweils eine durch den Perioden-Takt initiierte vorbestimmte Linearkombination aus den Empfangssignalen 5a, 5b am Ausgang der steuerbaren und schaltbaren Kombinationsschaltung 8 vorliegt. Die im Taktgenerator 11 erzeugte Periode tO und deren Unterteilung in das Empfangsintervall tl und das Suchintervall t2 sowie die Anzahl der Umdrehungen der Hauptrichtung sind in der Weise aufeinander abgestimmt und fest eingestellt, dass die Synchronisationszeit für möglichst viele empfangene Satellitensignale statistisch möglichst klein ist.
Die Einstellungen der sich zyklisch nach einer Periode tO der Zeitdauer tO der wiederholenden Folge der Takte für die Unterteilung in ein Empfangsintervall tl der Zeitdauer tl, in ein Suchintervall t2 der Zeitdauer t2 sowie in die während des Suchintervalls t2 in Schritten jeweils nach einem Schritttaktabstand ts wiederholend getaktete Phase des Empfangssignals 5b können nach empirisch gefundenen Werten eingestellt werden und können in weiten Grenzen variieren.
Günstige Ergebnisse können mit tO im Bereich einer Updateperiode über die Satellitenpositionen im Bereich der Größenordnung von 10 Sekunden und mit einem Suchintervall im Bereich der Größenordnung von Sekunden und dem Schrittaktabstand ts im Bereich der Größenordnung von Zehntelsekunden oder Hundertstelsekunden zur Einstellung der aufeinanderfolgenden Phasenschritte innerhalb des Suchzyklus t2 erreicht werden.
Fig. 2: Zeigt ein Antennenmodul nach der Erfindung mit Ortungssatelliten-Empfänger 2, wie in Figur 1, zur grundsätzlichen Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung anhand eines Mehrantennensystems 3. Dieses besteht aus einer Ringleitungsantenne 17 mit N = 1-ter Ordnung als erste Einzelantenne 3a mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation RHCP und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit mit der Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung, deren Phasenunterschied über einen Umlauf gerade 2n mit dem ersten Empfangssignal 5a beträgt und als zweite Einzelantenne 3b, bestehend aus einer vertikalen Monopolantenne 34 mit N = O-ter Ordnung zum Empfang des zweiten Empfangssignal 5b.
Die erste Einzelantenne 3a gilt als Normalantenne und ihr Empfangssignal 5a ist über das Summationsglied 16 permanent zum Antennenmodul-Anschluss 4 durchgeleitet und liegt dort während des Empfangsintervalls tl vor.
Diesem Signal ist bei Schließung des Schalters 14 während des Suchintervalls t2 unter einem eingestellten Phasenwinkel des Phasendrehglieds 23 im Summationsglied 16 überlagert. Beide Antennen besitzen ein azimutales Runddiagramm der Strahlungsdichte und eine azimutal lineare Verteilung des Phasenwinkels 0 = 0 - 2n*N von ganzzahlig N-ter Ordnung der Strahlung über einen entsprechenden azimutalen Winkelbereich von a = 0 - 2n gebildet. Der Unterschied in der Ordnungszahl N der beiden Antennen und die Überlagerung von deren Empfangssignalen 5a und 5b im Summationsglied 16 unter einem bestimmten Phasenwinkel bewirkt am Antennenmodul-Anschluss 4 ein azimutales Richtdiagramm mit einem Maximum der azimutalen Strahlung unter einer bestimmten azimutalen Hauptrichtung. Bei schrittweise getakteter Veränderung der Phase im einstellbaren Phasendrehglied 23 zwischen dem Phasenwinkelbereich ß = 0 bis ß = 2n und Überlagerung des in der Phase verschobenen Empfangssignals 5b stellt sich während des Suchintervalls t2 ein Strahlungs-Richtdiagramm mit azimutal zwischen a = 0 bis a = 2n - also mindestens einmal - über eine volle Umdrehung in Schritten geschwenkter Hauptrichtung der Strahlung ein. Das azimutale Richtdiagramm beschreibt in der Grundform eine mehr oder weniger ausgeprägten Kardioide mit einer deutlichen Erhöhung der Strahlung im Strahlungsmaximum. Durch die Erhöhung der Strahlung in der Hauptrichtung ist eine deutliche Erhöhung der Auffindungswahrscheinlichkeit von Satelliten mit schwach einfallenden Satellitensignalen gegeben. Mit Ablauf jeder Periode tO werden durch die wiederholende Drehung des azimutalen Richtdiagramms die jeweils aus der azimutalen Umgebung der sich drehenden Hauptrichtung einfallenden Satellitensignale in der Empfangsstärke angehoben, wodurch diese Signale im Empfänger erkannt und erfasst werden können. Danach kann sowohl die Synchronisation als auch die Auswertung der Signale bezüglich der Ortungsdaten anhand der kleineren Signalstärke während der Empfangsintervalle tl erfolgen. Anhand der vorliegenden Erfindung werden somit eine größere Anzahl von Satelliten festgestellt und ausgewertet, sodass im Ergebnis eine größere Ortungsgenauigkeit erreicht wird.
Nach Synchronisation dieser Satellitensignale im Empfänger kann die Auswertung der Satellitensignale während des länger andauernd eingestellten Empfangsintervalls tl erfolgen. Die Auswertung stärker einfallender Satellitensignale wird bei Vermeidung einer Kardioidenform mit ausgeprägter Nullstelle im Richtdiagramm durch das rotierende Strahlungsdiagramm während des Suchintervalls t2 praktisch nicht beeinflusst. Bereits ein geringfügiges Zugeständnis an den durch Überlagerung der beiden Empfangssignale 5a, 5b maximal sich ergebenden Antennengewinn in der azimutalen Hauptrichtung bewirkt einen deutlich geringeren Einbruch des Antennengewinns in der dazu azimutalen Gegenrichtung. Dadurch ist die Wahrscheinlichkeit des Verlierens von in der Gegenrichtung einfallender und vom Empfänger bereits erfasster Satellitensignale während der sehr kurzen Zeit des Durchlaufens der Gegenrichtung durch den wesentlich geringeren Einbruch des Antennengewinns entsprechend klein. Für die Vermeidung einer vollkommenen Auslöschung der überlagerten Empfangssignale 5a, 5b ist die Gewichtung der beiden Empfangssignale vor ihrer Überlagerung im Summationsglied 16 bzw. bei der Überlagerung in der einstellbaren Hochfrequenzweiche 38 vorteilhaft. Diese genaue Einstellung kann besonders wirkungsvoll dadurch erfolgen, dass die Empfangssignale 5a, 5b vor der Bildung ihrer Linearkombination mit rauscharmen Verstärkern in ihrer Größe angehoben werden, sodass sie im Anschluss daran mithilfe passiver Dämpfungsglieder in ihrer Größe zueinander entsprechend eingestellt werden. Hierzu können Einzelantenne 3a, 3b, 3c mit daran angeschlossenen Verstärkerschaltungen, d. h. aktive Antennen, vorteilhaft eingesetzt werden. Die möglicherweise durch hartes Umschalten mit den einzelnen Phasenschritten verbundenen Signalstörungen können weitgehend vermieden werden, wenn die Umschaltung als ein „weicher" Vorgang gestaltet ist. Bei Phasendrehgliedern 23, deren Phase mit Kapazitätsdioden eingestellt ist, kann dies durch passende Ansteuerung der Dioden bei der Umschaltung problemlos realisiert werden.
Über Steuerleitungen 29 werden sowohl die Taktsignale für die Periode tO, das Empfangsintervall tl, das Suchintervall t2 sowie für die Schritte zur Einstellung des Phasendrehglieds 23 vom Taktgenerator 11 an die programmierbare Steuerlogikschaltung 10 geleitet, durch welche gemäß dem Ablaufprogramm der Schalter 14 und das Phasendrehglieds 23 über weitere Steuerleitungen 29 koordiniert eingestellt sind. Die Gleichstromversorgung der genannten Komponenten erfolgt vom DCin-Anschluss 13 über DC-Leitungen 30.
Fig. 3: Das Mehrantennensystems 3 nach der Erfindung umfasst, wie in Figur 2, als erste
Einzelantenne 3a die Ringleitungsantenne 17 mit N = 1-ter Ordnung mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation RHCP und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit, umfassend eine über der elektrisch leitenden Grundfläche 6 angeordnete Ringleitung 18 mit der Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung, deren Phasenunterschied über einen Umlauf gerade 2n beträgt, mit vier mit der Ringleitung 18 verbundenen und azimutal um 90 Grad gegeneinander versetzten vertikalen Strahlern 19a, 19b, 19c, 19d mit Abgriff des ersten Empfangssignals 5a an einem ersten der vertikalen Strahler 19a zur Weiterleitung an den Empfangssignal-Kombiner 7.
Das Mehrantennensystems 3 umfasst als zweite Einzelantenne 3b eine Ringleitungsantenne 2-ter Ordnung 20 mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation (RHCP) und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit umfassend eine über der elektrisch leitenden Grundfläche 6 angeordnete Ringleitung 18 mit N = 2-ter Ordnung mit der Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung, deren Phasenunterschied über einen Umlauf gerade 4n beträgt, mit 8 mit der Ringleitung 18 verbundenen und azimutal um 45 Grad gegeneinander versetzten weiteren vertikalen Strahlern 22a, ...22h mit Abgriff des zweiten Empfangssignals 5a an einem ersten der vertikalen Strahler 22a zur Weiterleitung an den Empfangssignal-Kombiner 7.
Fig. 4: Zeigt ein Antennenmodul 1 nach der Erfindung, in welchem anstelle der Ringleitungsantenne 17 der N = 1-ten Ordnung in Fig.3, als erste Einzelantenne 3a im Zentrum der zweiten Einzelantenne 3b eine Patchantenne 24 mit N = 1-ter Ordnung vorhanden ist, mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation RHCP und einer Verteilung des Phasenwinkels der Strahlung von ß = 0 - 2n über dem azimutalen Raumwinkel a = 0 - 2n und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit, als erstes Empfangssignal 5a zur Weiterleitung an den Empfangssignal-Kombiner 7.
Fig. 5: Zeigt ein Antennenmodul 1 nach der Erfindung, in welchem anstelle der Ringleitungsantenne 17 mit N = 1-ter Ordnung in Fig. 3 als erste Einzelantenne 3a mit dem ersten Empfangssignal 5a im Zentrum der zweiten Einzelantenne 3b eine gekreuzte Dipolantenne 26 mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation RHCP und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit vorhanden ist. Diese besteht aus zwei auf einem senkrecht über der leitenden Grundfläche 6 angeordneten Mast befindlichen, um 90 Grad gekreuzten, im Wesentlichen horizontal orientierten Dipolen 16a, 16b. Beide Dipolhälften sind jeweils v-förmig nach unten geöffnet. Deren Dipol-Empfangssignale sind über ein 90 Grad Phasendrehglied 25 zu dem ersten gesonderten Empfangssignal 5a zusammengefasst sind - zur Weiterleitung an den Empfangssignal-Kombiner 7.
Fig. 6: Das dargestellte Mehrantennensystem 3 nach der Erfindung umfasst als erste Einzelantenne 3a - wie in Figuren 1 und 2 eine Ringleitungsantenne 17 mit N = 1-ter Ordnung mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation RHCP und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit umfassend eine über der elektrisch leitenden Grundfläche 6 angeordnete Ringleitung 18 mit der Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung, deren Phasenunterschied über einen Umlauf gerade 2n beträgt, mit vier mit der Ringleitung verbundenen und azimutal um 90 Grad gegeneinander versetzten vertikalen Strahlern 22a, ...22c mit Abgriff des ersten Empfangssignals 5a an einem ersten der vertikalen Strahler 22a zur Weiterleitung des Empfangssignale 5a an den Empfangssignal-Kombiner 7.
Die zweite Einzelantenne 3b des Mehrantennensystems 3 ist als kombinierte Schleifen- Monopolantenne 27 mit N = O-ter Ordnung mit zirkular polarisierter, azimutal gleichphasiger Strahlung in der Weise gebildet, dass eine Schleifenantenne 35 aus einer Leiterschleife 31 mit Kapazitäten 36 - konzentrisch zur Ringleitungsantenne 17 - vorhanden ist. Diese ist aus einer im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene parallel über der leitenden Grundfläche 6 angeordneten Leiterschleife 31 mit in Phase- und Amplitude azimutal gleichförmiger Stromverteilung gebildet. Das an einer Unterbrechung der Leiterschleife vorhandene Empfangssignal ist über ein 90 Grad Phasendrehglied 25 mit dem Empfangssignal einer im Zentrum der Leiterschleife 31 angeordneten vertikalen Antenne 34 mit N = O-ter Ordnung zum Empfangssignal 5b im Summationsglied 16 zusammengefasst, sodass die Schleifen- Monopolantenne 27 gebildet ist. Die Phase der Strahlung dieser Antenne ist somit ebenfalls azimutal unabhängig, also von N = O-ter Ordnung, und ist für rechtsdrehend zirkulare Polarisation RHCP gestaltet. Die Strahlungshauptrichtung ergibt sich im mittleren Bereich der Elevation zur Weiterleitung der Empfangssignale 5b an den Empfangssignal-Kombiner 7. Fig. 7: Das dargestellte Mehrantennensystems 3 nach der Erfindung umfasst als erste Einzelantenne 3a mit N = 1-ter Ordnung eine gekreuzte Dipolantenne 26 mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation RHCP und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit. Diese besteht - wie in Fig. 5 - aus zwei auf einem senkrecht über der leitenden Grundfläche 6 angeordneten Mast 28 befindlichen, um 90 Grad gekreuzten, im Wesentlichen horizontal orientierten Dipolen, deren Dipolhälften sich v-förmig nach unten öffnen und deren Empfangssignale über ein 90 Grad Phasendrehglied 25 zu dem ersten gesonderten Empfangssignal 5a zusammengefasst sind zur Weiterleitung an den Empfangssignal-Kombiner 7.
Das Mehrantennensystems 3 umfasst als zweite Einzelantenne 3b mit N = 0 - ter Ordnung eine auf dem Mast 28 befindliche vertikale Monopolantenne 34 - zur Weiterleitung von deren Empfangssignal 3b an den Empfangssignal-Kombiner 7.
Fig. 8: Zeigt ein Antennenmodul 1 nach der Erfindung mit jeweils einem, wie in den Figuren 2 - 7 dargestellten - jedoch hier nicht näher ausgeführten - Mehrantennensystem 3 mit jeweils einem Empfangssignal-Kombiner 7.
Im Empfangssignal-Kombiner 7 ist anstelle des Summationsglieds 16 und des Schalters 14 jedoch eine in der Signalübertragung VI, V2 durch die Steuerlogikschaltung 10 eingestellte Hochfrequenzweiche 38 eingesetzt, in welcher das erste Empfangssignal 5a mit dem Faktor VI und das nach dem einstellbaren Phasendrehglied 23 auftretende zweite Empfangssignal 5b' mit dem Faktor V2 bewertet und beide Empfangssignale 5a, 5b' zum kombinierten Empfänger-Signal 9 überlagert sind.
Dabei ist die Steuerlogikschaltung 10 in der Weise erweitert programmiert, dass VI = 1 eingestellt ist und die Einstellung der Signalübertragung V2 der Hochfrequenzweiche beginnend mit der Einstellung V2 = 1 mit in V2-Schritten abnehmenden Werten eingestellt ist. Dabei ist für jeden V2-Schritt die Phase des einstellbaren Phasendrehglieds 23 in Phasenschritten über den Phasenumfang, beginnend von 0° bis 360°, durchlaufen, sodass jeweils eine volle azimutale Drehung der Hauptstrahlrichtung gegeben ist und das Strahlungsdiagramm mit azimutaler Hauptrichtung mit abnehmenden Signalübertragungswerten V2 in Schritten bis zu V2 = 0 in ein azimutales Runddiagramm mit Hauptrichtung zum Zenit übergeführt ist. Fig. 9: Zeigt ein Antennenmodul 1 nach der Erfindung wie in Figur 3, dessen Mehrantennensystems 3 jedoch zusätzlich als dritte Einzelantenne 3b eine im Zentrum der Ringleitungsantenne 17 mit N = 1-ter Ordnung konzentrisch angeordnete, vertikale Monopolantenne 34 mit N = O-ter Ordnung zum Empfang des dritten Empfangssignal 5c aufweist. Entsprechend ist der selbstgesteuerte Signal-Kombiner 7 in Figur wie folgt erweitert.
Dem einstellbaren Phasendrehglied 23 ist ein von der Steuerlogikschaltung 10 gesteuerter Umschalter 39 vorgeschaltet, welchem das zweite Empfangssignal 5b und das dritte Empfangssignal 5c zur alternativ geschalteten Weiterleitung an das einstellbare Phasendrehglied 23 zugeführt sind. Die Programmierung der Steuerlogikschaltung 10 ist in der Weise ergänzt und der Umschalter 39 ist entsprechend von dem Taktgenerator 11 in Verbindung mit der Steuerlogikschaltung 10 gesteuert, dass das Suchintervall t2 unterteilt ist in das Suchintervall t2a und in das Suchintervall t2b, welche innerhalb einer Periode tO auftreten, aber zeitlich nicht zwingend aufeinanderfolgen müssen. Während dieser beiden Suchintervalle ist der Schalter 14 geschlossen und das zweite Empfangssignal 5b und das dritte Empfangssignal 5c sind während des Suchintervalls t2a und während des Suchintervalls t2b alternierend an das einstellbare Phasendrehglied 23 weitergeleitet. Das Phasendrehglied 23 ist während des Suchintervalls t2a und des Suchintervalls t2b jeweils über den Bereich ß = 0 bis ß = 2n in Phasenschritten gesteuert und es sind alternierend jeweils ein unterschiedliches azimutal drehendes Richtdiagramm mit Hauptrichtung mit unterschiedlichem Vertikaldiagramm gegeben.
Fig. 10: Zeigt ein Antennenmodul 1 nach der Erfindung wie in Figur 9, jedoch ist anstelle des Summationsglieds 16 und des Schalters 14 eine in der Signalübertragung VI, V2 durch die Steuerlogikschaltung 10 eingestellte Hochfrequenzweiche 38 eingesetzt. In dieser ist das erste Empfangssignal 5a mit dem Faktor VI und das nach dem einstellbaren Phasendrehglied 23 während des Suchintervalls t2b auftretende zweite Empfangssignal 5b' mit dem Faktor V2b und das während des Suchintervalls t2c auftretende dritte Empfangssignal 5c' mit dem Faktor V2c bewertet und jeweils beide Empfangssignale 5a, 5b'bzw. 5a, 5c' alternierend zum kombinierten Empfänger-Signal 9 überlagert. Die Steuerlogikschaltung 10 ist in der Weise erweitert programmiert, dass VI = 1 eingestellt ist und die Einstellung der Signalübertragung V2a bzw. V2b der Hochfrequenzweiche etwa beginnend mit der Einstellung V2a = V2b = 1 mit in Stufen abnehmenden Werten eingestellt ist und für jede Stufe die Phase des einstellbaren Phasendrehglieds 23 in Phasenschritten des Phasenumfangs, beginnend von 0° bis 360° mindestens einmal durchlaufen ist, sodass für beide Stellungen des Umschalters 39 jeweils mindestens eine volle azimutale Drehung der Hauptstrahlrichtung gegeben ist und das Strahlungsdiagramm am Antennenmodul- Anschluss 4 mit azimutaler Hauptrichtung mit abnehmenden Signalübertragungswerten V2a bzw.V2b in Schritten bis zu V2a = 0 bzw. V2b = 0 jeweils auch während der Suchintervalle in ein azimutales Runddiagramm mit Hauptrichtung zum Zenit übergeführt ist.
Fig. 11: Zeigt das räumliche Richtdiagramm des Empfangssignals mit Hauptrichtung am Antennenmodul-Anschluss 4 während eines Phasenschritts mit den in Figur 3 dargestellten kombinierten Einzelantennen 3a und 3b.
Fig. 12: a) Zeigt ein Beispiel für die im Taktgenerator 11 erzeugte Taktfolge über der Zeit mit der Periode tO, mit der sich alle Vorgänge zyklisch wiederholen und welche in das zeitlich längere Empfangsintervall tl und das Suchintervall t2 unterteilt ist. Während des Empfangsintervalls tl ist die Normalantenne mit Hauptstrahlungsrichtung zum Zenit, hier mit erster Einzelantennen 3a bezeichnet, zum Antennenmodul-Anschluss 4 durchgeschaltet. Während dieser Zeit findet im Empfänger in der Hauptsache die Ortung über die vom Empfänger gefundenen Ortungssatelliten-Signale statt. Erfindungsgemäß findet während des Suchintervalls t2 das Auffinden mit schwach einfallenden Ortungssatelliten-Signalen dadurch statt, dass in zeitlichen Schritten mit dem Schritttaktabstand ts jeweils eine unterschiedliche Phase am einstellbaren Phasendrehglied 23 eingestellt ist. Aufgrund der kombinierten Signale von der ersten Einzelantenne 3a mit einer zweiten Einzelantenne 3b bzw. von der ersten Einzelantenne 3a mit einer dritten Einzelantenne 3c und aufgrund der unterschiedlichen Ordnung der jeweils kombinierten Einzelantennen ist mit jedem Phasenschritt ein horizontales Richtdiagramm gegeben mit jeweils einem Strahlungsmaximum in einer unterschiedlichen Hauptrichtung zum verstärkten Empfang von Satellitensignalen am Antennenmodul-Anschluss 4. Bei Einstellung des Phasendrehglieds 23 in Schritten zwischen 0 und 360° wird die Hauptrichtung um den gesamten Azimut gedreht und die Wahrscheinlichkeit zur Auffindung weiterer Satellitensignale gegeben. b) Zeigt ein Beispiel für die im Taktgenerator 11 erzeugte Taktfolge über der Zeit mit der Periode tO wie in a), jedoch mit der Besonderheit, dass beim Start (t = 0) vor Einsetzen der zeitlichen Folgen der Periode tO ein Aufstartintervall tA der zeitlichen Länge tA zur sicheren Erkennung möglichst vieler Satellitensignale eingeschoben ist. Während des Aufstartintervalls tA ist der Schalter 14 geschlossen und am Antennenmodul-Anschluss 4 liegt das aus den Einzelantennen 3a und 3b unter dem Phasenwinkel des einstellbaren Phasendrehglieds 23 kombinierte Signal vor. Die Phase des einstellbaren Phasendrehglieds 23 ist in Zeitschritten ta jeweils in der Weise geändert eingestellt, dass das horizontale Strahlungsdiagramm mit seiner Hauptrichtung im Azimut um einen entsprechenden Winkelschritt weitergedreht ist. Nach Ablauf der entsprechenden Anzahl von Zeitschritten ta ist zur Umdrehungszeit tu eine volle Umdrehung des Strahlungs-Richtdiagramms mit seiner Hauptrichtung erreicht. Dadurch Sind die Satellitensignale jeweils über die Zeit des Durchlaufs des Strahlungsdiagramms-Maximum zur leichteren Signalerkennung im Ortungssatelliten-Empfänger 2 erhöht.
Günstige Ergebnisse sind zum Beispiel mit einem Aufstartintervall tA im Bereich der Größenordnung weniger Sekunden mit Zeitschritten ta im Bereich von Hundertstelsekunden oder Zehntelsekunden und einer Umdrehungszeit tu im Bereich der Größenordnung einer Sekunde zur Einstellung der aufeinanderfolgenden Phasenschritte innerhalb der Zeitdauer tA erreicht.
Fig. 13: Die dargestellten Kurven beschreiben beispielhaft jeweils den Antennengewinn des Antennenmoduls in db über dem gesamten Azimut bei einer Elevation des Signaleinfalls unter 45° mit den in Figur 11 besprochenen und in Figur 3 dargestellten kombinierten Ringantennen 17, 20.
Kurve 1 beschreibt den über den Azimut konstanten Antennengewinn der inneren Ringantenne als erste Einzelantenne 3a mit der Ordnung N = 1 während des Empfangsintervalls tl. Die Verläufe 2-5 beschreiben jeweils den während der Suchintervalle t2 mit unterschiedlichen Einstellungen des einstellbares Phasendrehglied 23 in 45°-Phasenschritten erreichten Antennengewinn, dargestellt für die Phasenschritte 45° bis 180° mit der sich entsprechend verschiebenden Hauptrichtung im Azimut.
Die Maxima in der azimutalen Hauptrichtung dieser Verläufe liefern jeweils nach jeder Periode tO über die Zeitdauer eines Phasenschritts ts für jeden Azimutwinkel-Sektor gegenüber der Normalantenne einen vergrößerten Antennengewinn von bis zu 4 db. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit des Auffindens - andernfalls mit der Normalantenne ggfs. unerkannt bleibender - schwacher Satellitensignale wesentlich erhöht.
Der besondere Vorteil eines Antennenmoduls 1 der Erfindung besteht zum einen in der Wirtschaftlichkeit der Realisierung anhand der beispielhaft offenbarten oder ähnlichen Mehrantennensysteme 3, deren Einzelantennen 3a,... 3c zum Teil als Blechantennen, Stabantennen bzw. Patchantennen bestehen können, welche konzentrisch zueinander mit kleinem Platzbedarf angeordnet werden können. Zum anderen kann der selbstgesteuerte Signal-Kombiner 7 mit seinen im Wesentlichen aus analogen Bausteinen bestehenden Komponenten und seinem aus elektronischen Bausteinen bestehenden Taktgenerator 11 und seiner programmierbaren Steuerlogikschaltung 10 preisgünstig für Serienherstellung gestaltet sein. Die hier getrennt dargestellten Komponenten des Taktgenerators 11 und der programmierbaren Steuerlogikschaltung 10 sind einer klaren Darstellung geschuldet. Beide Komponenten können vorteilhaft zu einem integrierten digitalen und programmierbaren Prozessor zusammengefasst werden, welcher das einstellbares Phasendrehglied 23, den Schalter 14 sowie die einstellbare Hochfrequenzweiche 38 steuert.
In einer Ausführungsform wird das vorgesehene Ablaufprogramm im programmierbaren
Prozessor zur Einstellung des Antennenmoduls 1 für den Betrieb mit einem
Ortungssatelliten-Empfänger 2 zum Beispiel über den Antennenmodul-Anschluss 4 geladen. Liste der Bezeichnungen
Antennenmodul 1
Ortungssatelliten-Empfänger 2
Mehrantennensystem 3 Einzelantenne 3a, 3b, 3c...
Antennenmodul-Anschluss 4
Gesonderte Empfangssignale 5a, 5b, 5c leitende Grundfläche 6 selbstgesteuerter Empfangssignal-Kombiner 7 steuerbare, schaltbare Kombinationsschaltung 8 kombiniertes Empfänger-Signal 9 programmierbare Steuerlogikschaltung 10 Taktgenerator 11 DCout-Anschluss 12 DCin-Anschluss 13
Schalter 14
Signalpfad 15a, 15b
Summationsglied 16
Ringleitungsantenne 1. Ordnung 17
Ringleitung 18 vertikalen Strahlern 19a, 19b, 19b, 19c
Ringleitungsantenne 2. Ordnung 20
Monopol-Anschlussstelle 21 vertikale Strahlern 22a, ...22h einstellbares Phasendrehglied 23
Patchantenne 24
90 Grad Phasendrehglied 25 gekreuzte Dipolantenne 26
Schleifen-Monopolantenne O-ter Ordnung 27
Mast 28
Steuerleitung 29
DC-Leitungen 30 Leiterschleife 31
Zweidrahtleitung 32
Umsymmetrierglied 33
Vertikale Monopolantenne 34
Schleifenantenne 35
Kapazität 36
Leiterschleifen- Anschlussstelle 37
Einstellbare Hochfrequenzweiche 38
Umschalter 39
Hochfrequenzleitung 40
Hochfrequenz-Anschluss 41
Leistungsverteilungs-Einstellung VI = 0 - 1, V2 = 0 - 1
Phasenwinkel 0 = 0 - 2n*N der Antennenstrahlung vs. Azimut
Ganzzahlige Ordnung N azimutaler Winkel a = 0 - 2n,
Periode tO der Zeitdauer tO
Empfangsintervall tl der Zeitdauer tl
Suchintervall t2 der Zeitdauer t2
Phasenwinkelbereich d. Phasenstellglieds ß = 0 bis ß = 2n
Schrittaktabstand ts
Auftaktintervall tA der Zeitdauer tA
Schrittlängen ta
Umdrehungszeit tu
Phasenwinkel der Strahlung 0
Azimutaler Winkel a

Claims

Patentansprüche Antennenmodul (1) zum mobilen Empfang von Ortungssatellitensignalen, umfassend: eine elektrisch leitende Grundfläche (6), auf der ein Mehrantennensystem (3) aus mehreren zueinander konzentrisch angeordneten Empfangsantennen (3a, 3b, 3c..) für den Empfang von jeweils gesonderten Ortungssatellitensignalen (5a, 5b, 5c) mit jeweils azimutalem Runddiagramm der Strahlungsdichte und azimutal linearer Verteilung des Phasenwinkels 0 = 0 - 2n*N von ganzzahlig N-ter Ordnung der Strahlung über einen entsprechenden azimutalen Winkelbereich von a = 0 - 2n gebildet ist, wobei das Mehrantennensystem (3) umfasst: eine zirkular polarisierte erste Empfangsantenne (3a) N = 1-ter Ordnung für den Empfang von Ortungssatellitensignalen mit Strahlungshauptrichtung zum Zenit, und mindestens eine weitere Antenne (3b, 3c..), deren Ordnung N jeweils um die ganze Zahl 1 von der Ordnung der ersten Empfangsantenne (3a) abweicht, einen nach einem fest installierten Ablaufprogramm gesteuerten Empfangssignal- Kombiner (7), welchem eingangsseitig die Empfangssignale (5a, 5b, 5c) der Einzelantennen (3a, 3b, 3c..) zugeführt sind, aus denen - in einer sich zyklisch wiederholenden Folge über ein Empfangsintervall der Zeitdauer tl - das Empfangssignal (5a) der ersten Empfangsantenne (3a) und diesem über mindestens ein Suchintervall der Zeitdauer t2 ein in seiner Phase in Schritten getaktetes und - mindestens einmal - zwischen dem Phasenwinkelbereich ß = 0 bis ß = 2n verschobenes Empfangssignal (5b, 5c) einer der weiteren Antennen (3b, 3c) additiv überlagert wird, sodass während des Suchintervalls ein Strahlungs- Richtdiagramm mit azimutal zwischen a = 0 bis a = 2n - also mindestens einmal - über eine volle Umdrehung in Schritten geschwenkter Hauptrichtung gegeben ist. Antennenmodul (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
• der Empfangssignal-Kombiner (7) umfasst eine gesteuert geschaltete Kombinationsschaltung (8), der die Empfangssignale (5a, 5b, 5c) der Empfangsantennen (3a, 3b, 3c..) zugeführt sind, zur gesteuerten Auswahl des ersten Empfangssignals (5a) während des Empfangsintervalls als Empfänger-Signal (9) und dessen während des Suchintervalls gebildete additive Überlagerung mit dem gesteuert schrittweise in der Phase gedrehten Empfangssignal (5b, 5c) einer der weiteren Empfangsantennen (3b, 3c) als linear kombiniertes Empfänger-Signal (9) jeweils am Antennenmodul-Anschluss (4), und/oder
• der Empfangssignal-Kombiner (7) umfasst eine programmierte Steuerlogikschaltung (10) zur Einstellung verschiedener Schaltzustände einer schaltbaren Kombinationsschaltung (8) sowie einen selbständig arbeitenden Taktgenerator (11) zur Erzeugung einer sich zyklisch wiederholenden Taktfolge, jeweils aufeinanderfolgend unterteilt in Takte mit Zeitabstand tl und Takte mit Zeitabstand t2 zur getakteten Ansteuerung der programmierten Steuerlogikschaltung (10). Antennenmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: die gesteuert geschaltete Kombinationsschaltung (8) umfasst:
• einen Signalpfad (15a) des Empfangssignals (5a) der ersten Empfangsantenne (3a) mit einem Summationsglied (16) zur Überlagerung dieses Empfangssignals mit den Empfangssignalen aus dem Signalpfad (15b) der weiteren Empfangsantenne (3b) zur Bildung eines Empfänger-Signals (9) an einem Antennenmodul-Anschluss (4), und/oder
• einen Signalpfad (15b) des weiteren Empfangssignals (5b, 5c) einer der weiteren Empfangsantennen (3b, 3c) mit einem während des Suchintervalls t2 durch die Steuerlogikschaltung (10) in Phasenschritten zwischen ß = 0 bis ß = 2n gesteuerten Phasendrehglied (23) und einem durch Steuerung während des Empfangsintervalls tl offenen und während des Suchintervalls t2 geschlossenen Schalter (14) zur gesteuerten Weiterleitung des in der Phase gedrehten weiteren Empfangssignals (5b, 5c) zum Summationsglied (16) zur Bildung des Empfänger-Signals (9) durch Überlagerung mit dem ersten Empfangssignal (5a), und/oder
• Steuerleitungen zwischen der programmierten Steuerlogikschaltung (10) und einem gesteuerten Phasendrehglied (23) zur getakteten Einstellung des Phasendrehglieds (23) während des Suchintervalls t2 und dem Schalter (14) zur Steuerung von dessen Öffnung während des Empfangsintervalls tl und dessen Schließung während des
Suchintervalls t2. Antennenmodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
• in der Kombinationsschaltung (8) ist in dem Signalpfad (15a) des zugeführten ersten Empfangssignals (5a) ein Summationsglied (16) vorhanden, in welchem während des Suchintervalls t2 durch den von der Steuerlogikschaltung (10) gesteuerten Schalter (14) die nach den Schaltern auftretenden Empfangssignale (5a, 5b) überlagert sind, und/oder
• im Signalpfad (15b) des zweiten Empfangssignal (5b) ist ein durch die Steuerlogikschaltung (10) in Phasenschritten gesteuertes Phasendrehglied (23) und in Serie hierzu ein von der Steuerlogikschaltung (10) gesteuerter Schalter (14) zur gesteuerten Durchschaltung des Empfangssignals (5b) an das Summationsglied (16) eingefügt, und/oder
• die Steuerlogikschaltung (10) ist in der Weise programmiert, dass der Schalter (14) während des Empfangsintervalls tl geöffnet und während des Suchintervalls t2 geschlossen ist, sodass am Antennenmodul-Anschluss (4) wechselweise jeweils während des Empfangsintervalls tl die Wirkung einer rechtsdrehend zirkular polarisierten, RHCP, mit der Strahlungshauptrichtung zum Zenit weisenden Antenne und während des Suchintervalls t2 durch die Überlagerung mit dem im einstellbaren Phasendrehglied (23) in Schritten in der Phase geänderten zweiten Empfangssignal (5b) nach der Überlagerung im Summationsglied (16) am Antennenmodul-Anschluss (4) eine Antenne mit azimutal gebündelter Strahlung mit in Schritten azimutal geschwenkter Hauptstrahlungsrichtung gegeben ist. Antennenmodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
• das Mehrantennensystem (3) umfasst als erste Empfangsantenne (3a) eine Ringleitungsantenne (17) mit N = 1-ter Ordnung mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation, RHCP, und Strahlungshauptrichtung zum Zenit, umfassend eine über der elektrisch leitenden Grundfläche (6) angeordnete Ringleitung (18) mit der Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung, deren Phasenunterschied über einen Umlauf gerade 2n beträgt, mit vier mit der Ringleitung (18) verbundenen und azimutal um 90 Grad gegeneinander versetzten vertikalen Strahlern (19a, 19b, 19c, 19d) mit Abgriff des ersten Empfangssignals (5a) an einem ersten der vertikalen Strahler (19a), und/oder
• das Mehrantennensystems (3) umfasst als zweite Empfangsantenne (3b) eine zur Ringleitungsantenne (17) der N = 1-ten Ordnung konzentrisch angeordnete vertikale Monopolantenne (34) mit N = O-ter Ordnung zum Empfang des zweiten Empfangssignal (5b). (Fig. 2) Antennenmodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
• das Mehrantennensystems (3) umfasst als erste Empfangsantenne (3a) eine Ringleitungsantenne (17) der N = 1-ter Ordnung mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation, RHCP, und Strahlungshauptrichtung zum Zenit, umfassend eine über der elektrisch leitenden Grundfläche (6) angeordnete Ringleitung (18) mit der Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung, deren Phasenunterschied über einen Umlauf gerade 2n beträgt, mit vier mit der Ringleitung verbundenen und azimutal um 90 Grad gegeneinander versetzten vertikalen Strahlern (19a, 19b, 19c, 19d) mit Abgriff des gesonderten ersten Empfangssignals (5a) an einem ersten der vertikalen Strahler (19a), und/oder
• das Mehrantennensystems (3) umfasst als zweite Empfangsantenne (3b) eine Ringleitungsantenne 2-ter Ordnung (20) mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation, RHCP, und Strahlungshauptrichtung zum Zenit, umfassend eine über der elektrisch leitenden Grundfläche (6) angeordnete Ringleitung (18) mit N = 2-ter Ordnung mit der Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung, deren Phasenunterschied über einen Umlauf gerade 4n beträgt, mit acht mit der Ringleitung (18) verbundenen und azimutal um 45 Grad gegeneinander versetzten weiteren vertikalen Strahlern (22a, ...22h) mit Abgriff des zweiten Empfangssignals (5b) an einem ersten der vertikalen Strahler (22a). (Fig. 3) Antennenmodul (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Ringleitungsantenne (17) der N = 1-ter Ordnung als erste Empfangsantenne (3a) im Zentrum der zweiten Empfangsantenne (3b) eine Patchantenne (24) mit N = 1-ter Ordnung vorhanden ist, mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation, RHCP, und einer Verteilung des Phasenwinkels der Strahlung von ß = 0 - 2n über dem azimutalen Raumwinkel a = 0 - 2n und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit, als erstes Empfangssignal (5a). (Fig.4) Antennenmodul (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Ringleitungsantenne (17) mit N = 1-ter Ordnung als erste Empfangsantenne (3a) mit dem ersten Empfangssignal (5a) im Zentrum der zweiten Empfangsantenne (3b) eine gekreuzte Dipolantenne (26) mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation, RHCP, und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit vorhanden ist, bestehend aus zwei auf einem senkrecht über der leitenden Grundfläche (6) angeordneten Mast befindlichen, um 90 Grad gekreuzten, im Wesentlichen horizontal orientierten Dipolen, deren Dipolhälften sich v-förmig nach unten öffnen und deren Empfangssignale über ein 90 Grad Phasendrehglied (25) zu einem ersten gesonderten Empfangssignal (5a) zusammengefasst sind. (Fig.5) Antennenmodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
• das Mehrantennensystems (3) umfasst als erste Empfangsantenne (3a) eine Ringleitungsantenne (17) mit N = 1-ter Ordnung mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation, RHCP, und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit, umfassend eine über der elektrisch leitenden Grundfläche (6) angeordnete Ringleitung (18) mit der Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung, deren Phasenunterschied über einen Umlauf gerade 2n beträgt, mit vier mit der Ringleitung verbundenen und azimutal um 90 Grad gegeneinander versetzten vertikalen Strahlern (19a, ...19d) mit Abgriff des ersten Empfangssignals (5a) an einem ersten der vertikalen Strahler (19a), und/oder • die zweite Empfangsantenne (3b) des Mehrantennensystems (3) ist als kombinierte Schleifen-Monopolantenne (27) mit N = O-ter Ordnung mit zirkular polarisierter, azimutal gleichphasiger Strahlung in der Weise gebildet, dass eine Schleifenantenne (35) aus einer Leiterschleife (31) mit Kapazitäten (36) - konzentrisch zur Ringleitungsantenne (17) - vorhanden ist, welche aus einer im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene parallel über der leitenden Grundfläche (6) angeordneten Leiterschleife (31) mit in Phase- und Amplitude azimutal gleichförmiger Stromverteilung besteht, deren an einer Unterbrechung der Leiterschleife vorhandenes Empfangssignal über ein 90 Grad Phasendrehglied (25) mit dem Empfangssignal einer im Zentrum der Leiterschleife (31) angeordneten vertikalen Antenne (34) mit N = O-ter Ordnung zum Empfangssignal (5b) mit ebenfalls N = O-ter Ordnung für rechtsdrehend zirkularer Polarisation, RHCP, und der Strahlungshauptrichtung im mittleren Bereich der Elevation in einem Summationsglied (16) zusammengefasst ist. (Fig.6)
10. Antennenmodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
• das Mehrantennensystems (3) umfasst als erste Empfangsantenne (3a) mit N = 1-ter Ordnung eine gekreuzte Dipolantenne (26) mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation, RHCP, und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit, bestehend aus zwei auf einem senkrecht über der leitenden Grundfläche (6) angeordneten Mast (28) befindlichen, um 90 Grad gekreuzten, im Wesentlichen horizontal orientierten Dipolen, deren Dipolhälften sich v-förmig nach unten öffnen und deren Empfangssignale über ein 90 Grad Phasendrehglied (25) zu dem ersten gesonderten Empfangssignal (5a) zusammengefasst sind, und/oder das Mehrantennensystems (3) umfasst als zweite Empfangsantenne (3b) mit N = 0 - ter Ordnung eine auf dem Mast (28) befindliche vertikale Monopolantenne (34). (Fig. 7)
11. Antennenmodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass • anstelle des Summationsglieds (16) und des Schalters (14) eine in der Signalübertragung VI, V2 durch die Steuerlogikschaltung (10) eingestellte Hochfrequenzweiche (38) eingesetzt ist, in welcher das erste Empfangssignal (5a) mit dem Faktor VI und das nach dem einstellbaren Phasendrehglied (23) auftretende zweite Empfangssignal (5b') mit dem Faktor V2 bewertet und beide Empfangssignale (5a, 5b') zum kombinierten Empfänger-Signal (9) überlagert sind, und die Steuerlogikschaltung (10) in der Weise erweitert programmiert ist, dass VI = 1 eingestellt ist und auch die Einstellung der Signalübertragung V2 der Hochfrequenzweiche beginnend mit der Einstellung V2 = 1 mit in V2-Schritten abnehmenden Werten eingestellt ist und für jeden V2-Schritt die Phase des einstellbaren Phasendrehglieds (23) in Phasenschritten über den Phasenumfang, beginnend von 0° bis 360°, durchlaufen ist, sodass jeweils eine volle azimutale Drehung der Hauptstrahlrichtung gegeben ist und das Strahlungsdiagramm mit azimutaler Hauptrichtung mit abnehmenden Signalübertragungswerten V2 in Schritten bis zu V2 = 0 in ein azimutales Runddiagramm mit Hauptrichtung zum Zenit übergeführt ist. (Fig. 8) Antennenmodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
• das Mehrantennensystems (3) zusätzlich als dritte Empfangsantenne (3c) eine im Zentrum der Ringleitungsantenne (17) mit N = 1-ter Ordnung konzentrisch angeordnete vertikale Monopolantenne (34) mit N = O-ter Ordnung zum Empfang eines dritten Empfangssignal (5c) aufweist, und/oder
• dass der selbstgesteuerte Signal-Kombiner (7) folgende Merkmale aufweist:
• dem einstellbaren Phasendrehglied (23) ist ein von der Steuerlogikschaltung (10) gesteuerter Umschalter (39) vorgeschaltet, welchem das zweite Empfangssignal (5b) und das dritte Empfangssignal (5c) zur alternativ geschalteten Weiterleitung an das einstellbare Phasendrehglied (23) zugeführt sind, und/oder
• die Programmierung der Steuerlogikschaltung (10) ist in der Weise ergänzt und der Umschalter (39) ist entsprechend von der Steuerlogikschaltung (10) gesteuert, dass das Suchintervall t2 unterteilt ist in das Suchintervall t2a, während dem das zweite Empfangssignal (5b) zum Phasendrehglied (23) durchgeschaltet ist und in das Suchintervall t2b, während dem das dritte Empfangssignal (5c) zum Phasendrehglied (23) durchgeschaltet ist und das Phasendrehglied (23) während des Suchintervalls t2a und des Suchintervalls t2b jeweils über den Bereich ß = 0 bis ß = 2n in Phasenschritten gesteuert und der Schalter (14) während der beiden Suchintervalle t2a und t2b geschlossen ist. (Fig. 9) Antennenmodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
• anstelle des Summationsglieds (16) und des Schalters (14) eine in der Signalübertragung VI, V2 durch die Steuerlogikschaltung (10) eingestellte Hochfrequenzweiche (38) eingesetzt ist, in welcher das erste Empfangssignal (5a) mit dem Faktor VI und das nach dem einstellbaren Phasendrehglied (23) während des Suchintervalls t2a auftretende zweite Empfangssignal (5b') mit dem Faktor V2a und das während des Suchintervalls t2b auftretende dritte Empfangssignal (5c') mit dem Faktor V2b bewertet ist und jeweils beide Empfangssignale (5a, 5b'bzw. 5a, 5c') zum kombinierten Empfänger-Signal (9) überlagert sind, und/oder
• die Steuerlogikschaltung (10) ist in der Weise erweitert programmiert, dass VI = 1 eingestellt ist und die Einstellung der Signalübertragung V2a bzw. V2b der Hochfrequenzweiche etwa beginnend mit der Einstellung V2a = V2b = 1 mit in Stufen abnehmenden Werten eingestellt ist und für jede Stufe die Phase des einstellbaren Phasendrehglieds (23) in Phasenschritten den Phasenumfang, beginnend von 0° bis 360° mindestens einmal durchlaufen ist, sodass für beide Stellungen des Umschalters (39) jeweils mindestens eine volle azimutale Drehung der Hauptstrahlrichtung gegeben ist und das Strahlungsdiagramm mit azimutaler Hauptrichtung mit abnehmenden Signalübertragungswerten V2a bzw.V2b in Schritten bis zu V2a = 0 bzw. V2b = 0 jeweils in ein azimutales Runddiagramm mit Hauptrichtung zum Zenit übergeführt ist. (Fig. 10) Antennenmodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im selbstgesteuerten Signal-Kombiner (7) ein in der Weise gestaltetes Ablaufprogramm abgelegt ist, dass mit dessen Start (t = 0) vor Einsetzen der zeitlichen Folgen der Periode tO ein Aufstartintervall tA der zeitlichen Länge tA abläuft, während dem der Schalter (14) geschlossen ist und in aufeinanderfolgenden zeitlichen Schrittlängen ta das einstellbare Phasendrehglied (23) jeweils entsprechend geändert eingestellt ist, sodass das horizontale Strahlungsdiagramm mit seiner Hauptrichtung im Azimut um einen Winkelschritt weiter gedreht ist, sodass das Strahlungs-Richtdiagramm mit seiner Hauptrichtung während der Umdrehungszeit tu jeweils einmal und während des Aufstartintervalls tA mindestens z = lmal - über eine volle horizontale Umdrehung gedreht ist. (Fig. 12)
15. Antennenmodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils anstelle einer im Zentrum angeordneten Ringleitungsantenne (17) mit N = 1- ter Ordnung eine Patchantenne (24) mit N = 1-ter Ordnung vorhanden ist, mit rechtsdrehend zirkularer Polarisation, RHCP, und einer Verteilung des Phasenwinkels der Strahlung von ß = 0 - 2n über dem azimutalen Raumwinkel a = 0 - 2n und der Strahlungshauptrichtung zum Zenit und eine konzentrisch angeordnete, vertikale Monopolantenne (34) mit N = O-ter Ordnung zentral über der Patchantenne (24) angeordnet ist.
16. Antennenmodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
• die Steuerlogikschaltung (10) in der Weise erweitert programmiert ist, dass VI = 1 und V2 = 0 eingestellt ist, sodass ein azimutales Runddiagramm eingestellt ist, und dass mit Beginn des Suchintervalls t2 die Phase des einstellbaren Phasendrehglieds (23) nach Beginn des Suchintervalls t2 in Phasenschritten den Phasenumfang beginnend von 0° bis 360° durchläuft, sodass jeweils eine volle azimutale Drehung der Hauptstrahlrichtung gegeben ist und während dieser Phasenumdrehung das Richtdiagramm durch kontinuierlich in kleinen Schritten zunehmende Signalübertragungswerte V2 bis zu einem Maximalwert in das Strahlungsdiagramm mit azimutaler Hauptrichtung übergeführt ist, sodass jeweils eine volle azimutale Drehung der Hauptstrahlrichtung gegeben ist, und/oder dass die Einstellung des Maximalwertes von V2 für wenige Umdrehungen gehalten wird, und/oder dass zur Beendigung des Zyklus die Einstellung der Signalübertragung V2 der Hochfrequenzweiche beginnend mit dessen Maximalwert in kontinuierlich abnehmenden Werten eingestellt ist, und/oder dass das Strahlungsdiagramm mit azimutaler Hauptrichtung in der Zeit, während die Phase des einstellbaren Phasendrehglieds (23) weiter in Phasenschritten den Phasenumfang beginnend von
0° bis 360° durchlaufen hat, vom Maximalwert von V2 bis zum Wert V2 = 0 in das Strahlungsdiagramm mit azimutalem Runddiagramm mit Hauptrichtung zum Zenit wieder übergeführt ist.
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