[发明专利]特别用于交通工程通信系统的天线系统

说明书

本发明涉及如权利要求1前序部分所述的天线系统。

天线的基本功能是实现四端网络的转换，使天线引线的波阻抗和大气空间中的波阻抗相匹配，以及将通过天线引线发射的电振荡信号转换成电磁波。在这种情况下，天线的作用如同谐振器。在谐振状态下运行的无损耗发射天线的等效电路图只包含本身的辐射电阻。根据C.Dorf在其1993年由CRC Press Inc.，Boca Raton，出版的“电工技术手册”第36.1章第864页的内容可知，一个偶极天线的辐射电阻可通过计算其电场E和磁场H得出，其近似值为73欧姆。此外在该书还提及偶极天线的有效长度可借助偶极天线的终端电容(末端负载)而增加。因此，一较短的偶极天线可经过调整适用于较长波长的信号。例如，如图1所示的天线A3，其有效长度通过连接一电容器Ca3得到增加。与电容器Ca3相连接的导线起一电感器的作用，在图1中标示为线圈La3。已知最大反相电压发生在偶极天线的终端(电容性区域)，而在感性区域或线圈La3中最大电流则发生在这些终端之间。为了在两个发射站之间发射数据，它们的天线是能相互耦合，例如，可通过磁场实现耦合。在图1中，天线A3经由此种方式与同型的天线A2耦合。所以，流经线圈La3的电流产生磁场，借此磁场而在天线A2的线圈La2中感应产生电流。天线La2和La3之间的距离的选择最好小于传输信号的波长。若电场必然通过强衰减层而产生损耗，则通过上述方式可避免损耗的产生。

发射器内的天线A2、A3、源阻抗Rq与接收器内的平衡电阻R1适当地匹配，以达到最大信号强度的信号发射，从而可能发射高电压电平的信号至天线A2。但在这种情况下，天线A2和A3起窄频带谐振电路作用，只允许窄频带范围内的信号通过。但通常数据通道需要较大的带宽，以传输较大的数据量。举例来说，借助于谐振电路的衰减，可加大带宽范围。然而，这种方法也会影响发射通道的衰减性能，使得此电路因为发射通道带宽增加，而必须容忍更大的信号衰减。如果频宽相对于发射频率或此谐振电路的中心频率fm较大，则此种衰减也相对较高，1MHz的带宽大致上可满足中心频率为30MHz的情形，但对于中心频率低于10MHz以下而言，传输损耗的增加是不能忽略不计的，所以为补偿发生的损耗，必须提供相对较高的发射功率。

但特别是对于具有受地域限制的移动通讯装置的交通工程通讯系统而言，可容许的发射输出功率是有限的。此外应考虑这些系统在将来会有增加带宽的需求。

本发明的目的是提供一种具有较大的带宽和较小的信号衰减的天线系统。

上述目的是借助于权利要求1特征部分公开的特征实现的。本发明的优选实施例详述于其他从属的权利要求中。

当应用于交通工程通讯系统时，本发明的天线系统能可靠地发射更大的数据量。借助本发明的天线系统，可以产生宽带的传输通道，而只有小量的衰减。此天线系统可以较低的成本制造，而且可以在较窄的空间实现，因此其安装是可行的，例如可毫无困难地装在车辆上。

此外，本发明的天线系统对于外部信号可取得令人满意的干扰抑制或是高信号杂音比。在其他的因素中，在交通工程通信系统的远程传送方面，本发明用以防止其间所产生的耦合损耗也是十分主要的。尤其是只为发射和接收信号而短暂处于运行状态的通信单元(例如当一辆车经过时)，此因素的影响是特别重要的。

此系统能更进一步地降低传输损耗，方法是将天线系统的天线安装在一种铁氧体材料上，其下置一金属板，涡流电流可借此而减小，并且达到稳定传输状态，而且基本上与天线系统的安置场所无关。

下面将参照附图详细说明本发明。

图1是本发明的天线系统，由第一和第二天线组成，并且与第三天线耦合，

图2是图1所示的天线系统的等效电路图；

图3是图1中的天线不相互耦合时的通带曲线，

图4是由耦合在一起的第一和第二天线所构成的天线系统的通带曲线，

图5是由耦合在一起的第一、第二和第三天线所构成的天线系统的通带曲线，

图6～8显示耦合到一个天线的各种可能性，

图9是第一和第二天线的一种有效的排列方式，

图10是将第三天线耦合到由第一和第二天线构成的天线系统的可能性，

图11是本发明的天线系统在交通工程中的应用，和

图12是将一天线以最佳的方式安装在底板上。