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WO2002007254A1 - Antenne für mehrfrequenzbetrieb - Google Patents

Antenne für mehrfrequenzbetrieb Download PDF

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Publication number
WO2002007254A1
WO2002007254A1 PCT/EP2001/008078 EP0108078W WO0207254A1 WO 2002007254 A1 WO2002007254 A1 WO 2002007254A1 EP 0108078 W EP0108078 W EP 0108078W WO 0207254 A1 WO0207254 A1 WO 0207254A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
antenna according
frequency band
frequency bands
frequency
antenna
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2001/008078
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Gabriel
Maximilian GÖTTL
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.)
Kathrein SE
Original Assignee
Kathrein Werke KG
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 Kathrein Werke KG filed Critical Kathrein Werke KG
Priority to AU87608/01A priority Critical patent/AU8760801A/en
Publication of WO2002007254A1 publication Critical patent/WO2002007254A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/30—Combinations of separate antenna units operating in different wavebands and connected to a common feeder system
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/35—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using two or more simultaneously fed points
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/50—Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation

Definitions

  • the invention relates to an antenna for multi-frequency operation according to the preamble of claim 1.
  • radiators for the different frequency ranges.
  • These can consist, for example, of nested dipoles, as is described, for example, in DE-Al 198 23 749 for dual-polarized multi-polarization. antenna can be seen.
  • the disadvantage here is that, due to the geometry of the arrangement, the frequency bands cannot be directly adjacent, but rather must have a ratio of 1: 2.
  • broadband antennas can also be operated in neighboring frequency ranges or over a very broad frequency band.
  • no different, in particular variably adjustable, radiation characteristics can be achieved for the different frequency ranges.
  • Electrical Letters March 2000, Vol. 36, No. 6, pp. 487-488 are from the publication of D.H. Werner and D. Lee known "Design of dual-polarized multiband frequency selective surfaces using fractal elements" dual-polarized fractal antenna structures that can be operated in a large frequency band.
  • these antenna structures do not include separately adjustable radiation patterns.
  • a transmitting / receiving antenna is known from WO 98/43315. knows, which provides for a first polarization on the individual radiators of the antenna array duplex filter to thereby divide the antenna array for the receive frequency range (Rx) and for the transmit frequency range (Tx) into different inputs and outputs. If the different frequencies (Rx - Tx) are not decoupled via the orthogonal polarization, then at least one isolating amplifier in one of the two frequency bands at the duplex filter inputs and outputs is disadvantageously necessary. Isolation amplifiers are also required since adequate decoupling between the frequency bands (Rx and Tx) cannot be achieved. Furthermore, there is no suggestion for generating different lowering angles for different frequency ranges.
  • a two-band antenna array with broadband single radiators is known from WO 84/04855 AI. It comprises several single radiators that can be operated in two frequency bands. Each output of the individual radiators which can be operated in two frequency bands is assigned to a crossover network, the frequency band present at the radiator-side connection being present separately in at least two sub-frequency bands at the supply network-side connections.
  • the feed network is constructed in such a way that the connections on the feeder network side on the crossover for the respective sub-frequency band for beam shaping and in particular for different setting of the lowering angle of the main lobe can be interconnected with a predefinable and changeable adjustable phase and / or amplitude.
  • the antenna device according to the invention can be independently set with a very low filter effort
  • Beam pattern enables. Almost independent radiation characteristics can be achieved with a blocking attenuation of the crossovers of even less than approx. 15 dB, e.g. B. from 8 to 12 dB can be realized. It is now provided in accordance with the invention that the overall required blocking damping is multi-stage, i.e. to build up at least in two stages, the cheapest way is to carry out an additional filter arrangement in the feeder network connection itself, upstream or downstream, i.e. at least in the feed line section in front of a branch point and / or provided phase shifters.
  • filter structures can be used, which allow the interconnection by means of a passive feed network and at the same time have a sufficiently high decoupling between the different frequency bands for each polarization.
  • this can be achieved by means of crossovers in the form of a frequency-selective filter structure, which preferably allows a frequency band to be divided into two sub-frequency bands with sufficient blocking attenuation.
  • a fixed feed network or preferably a variably designed feed network using phase shifters now allows the individual emitters to be interconnected in such a way that the desired radiation diagram setting can be made for the respective frequency range, i.e. that in particular the vertical lowering angle can preferably be set separately according to the wishes and necessities.
  • Figure 1 a first embodiment of an antenna array with four dipoles, which are interconnected with a fixed feed network;
  • FIG. 2 an exemplary embodiment modified from FIG. 1, in which the interconnection for a frequency range is carried out variably by means of a fixed interconnection and the interconnection for a second frequency range is carried out variably by means of phase shifters;
  • FIG. 2a an enlarged section from FIG. 2 to illustrate a phase shifter
  • FIG. 3 a further exemplary embodiment in which the interconnection is carried out variably via phase shifters for both frequency ranges;
  • Figure 4 an antenna array with dual polarized
  • FIG. 5 an exemplary embodiment for a dual-band antenna, in which the second band is frequency-selectively divided into a frequency band f2 and f3 and thus a three-range antenna results; and
  • FIG. 6 an exemplary embodiment modified from FIG. 2 to clarify that a crossover can also be assigned to a group of at least two individual radiators.
  • the antenna array shown schematically therein comprises four individual radiators 1, in the exemplary embodiment shown in the manner of dipoles 1 ', which are usually arranged in front of a reflector which is arranged vertically, for example in the vertical direction.
  • the individual radiators 1 are fed via feed connections 5.1 and 5.2 via a fixed or hard-wired feed network 7.
  • feed connections 5.1 and 5.2 there is a multiple branching of the feed lines 9 starting from each feed connection 5.1 or 5.2, namely from the feed connection 5.1 via the feed line 9 and a branching point 11 into the feed branch lines 9.1 and via the respective subsequent branch point 13 to the subsequent feed branch line 9.2 .
  • the feed lines also contain impedance transformers, which are not shown for the sake of simplicity.
  • the individual radiators 1 are each connected via their respective output 17a via a line 17 to a radiator-side connection 19 of a crossover 21, which in turn is connected to two connections on the supply network side.
  • Conclusions 23.1 and 23.2 is connected, specifically frequency-selective for a first frequency band fl and a second frequency band f2.
  • the crossovers 21 can be constructed by a frequency-selective filter structure.
  • the respective feed branch lines 9.2 and 109.2 are connected to the connections 23.1 and 23.2 on the supply network side, so that all the individual radiators 1 are frequency-selectively connected to the supply connection 5.1 for the first frequency band fl and the supply connection 5.2 for the second frequency band f2.
  • the crossovers 21 are with sufficient blocking attenuation of z. B. 15 dB or even less than 10 dB in the at least two sub-frequency bands.
  • the interconnection can be carried out in such a way that the setting of the radiation diagram is preset differently for the respective frequency band.
  • the presetting can take place in such a way that, for example, the vertical drop angles are different for both frequency bands.
  • an additional filter 121 is connected to the two connections 5.1 and 5.2 on the supply network side in order to increase the total blocking attenuation.
  • the crossovers 21 can be designed such that they themselves have only a low blocking attenuation.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 2 largely corresponds to that according to FIG. 1, but with the lower decided that for the one frequency band f2 there is no fixed interconnection at the branching points 113, but that in each case variably adjustable phase shifters 27 are provided.
  • the phase shifters can be constructed in such a way as is basically known from WO 98/21779.
  • a one-piece member 31 which is adjustable about a pivot axis 29 is provided and is connected to the feed connection 5.2 via a line 109 and 109.1.
  • This one-piece member 31 is connected, for example, galvanically or capacitively to a part-circular contact or coupling element 33, which is electrically connected at its opposite end regions to phase shifter connections 35, from which the connection to the supply network-side connections 23.2 at the frequency ranges is established via subsequent feed branch lines 109.2 21 takes place.
  • the so-called partially circular contact or coupling element 33 in the exemplary embodiment shown is preferably constructed using stripline or micro-stripline technology, specifically on a base plate 28 (ground plate).
  • the radiation diagram for the first frequency band fl thus takes place via the fixed feed network part, as a result of which a specific radiation diagram is predefined.
  • the radiation diagram is set with respect to the second frequency band f2 via a variable feed network, so that the radiation shaping and thus in particular the radiation reduction, ie the angle of reduction for the main lobe, can be set differently within the frequency band f2.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 3 is modified compared to that according to FIG.
  • a feed network 7 is provided for both frequency bands fl and f2, which provides for a corresponding beam shaping in both frequency bands fl and f2 and thus in particular a vertically adjustable and / or changeable variable Allows lowering of the main legs.
  • an antenna array is now used which does not consist of single radiators 1, but of dual-polarized radiators 2.
  • These dual-polarized radiators 2 can be composed, for example, of a dipole square or a dipole cross, that is to say using single dipole radiators 1.
  • each dipole single radiator of a dual-polarized dipole cross 2 (or, for example in the case of a dipole square, two dipole radiators each arranged in parallel) is connected to a crossover 21 via a common line 17 or 17 '.
  • connection 5.1 at the top for the frequency fl is assigned to the polarization + 45 °
  • connection 5.1 ′ for the frequency fl at the bottom being assigned to the negative polarization -45 ° in FIG. 5
  • Figure 4 shown and assembled into a dipole cross dipole radiator are arranged in a + 45 ° / -45 ° orientation.
  • the dipoles la and lb of the dual-polarized dipole emitters 2, which are aligned in parallel to one another, are brought together frequency-selectively via two downstream feed networks, in the exemplary embodiment according to FIG set and / or change a first as for a second frequency fl and f2 separately for each polarization.
  • FIG. 5 shows an arrangement likewise for a dual-polarized antenna 2, each of the dual-polarized antennas 2 provided according to FIG. 5 comprising a cross dipole 2 ′ and a dipole square 2 ′′ surrounding the cross dipole 2 ′.
  • the individual radiators la or lb of the dipole square 2 ", which are respectively arranged parallel to one another, are connected via a variable feed network 7, the respective radiating individual radiators la of a radiator arrangement 2", which are arranged parallel to one another, being paired with the individual radiators arranged in the same parallel orientation la a second radiator arrangement 2 "are connected together via a phase shifter 27, and the feed connection-side connections of the phase shifters 27 then in turn lead via a branching point 211 to a common feed connection 5.3.
  • the connections 5.3 and 5.3 'thus serve to receive or transmit a third frequency band with a first and a second polarization.
  • the frequency band f3 can e.g. are at 824 to 960 MHz.
  • the outputs on the supply connection side then in turn for each of the two polarizations in accordance with the exemplary embodiment according to FIG. 4 via phase shifters 27 with the two supply connections for fl and f2 are interconnected.
  • the frequency band fl can e.g. 1920 to 2170 MHz and the second frequency band f2 cover a range from 1710 to 1880 MHz.
  • FIG. 5 thus shows a dual-polarized antenna with three band ranges, the radiation diagram and in particular the angle of attenuation for all three frequency bands and both orthogonal polarizations being adjustable differently.
  • a frequency-selective band division could of course also be provided for the third frequency band.
  • a fixed interconnection without an individually adjustable lowering angle could be implemented, as is shown schematically, for example, in FIG. 2.
  • the crossovers can preferably be implemented by filter structures, which can also be integrated in particular in the housing of the antenna.
  • the filter structures can also consist of shielded stripline structures or triplate structures.
  • the filter structures can also be formed from coaxial filters.
  • the corresponding antennas comprise at least two individual radiators.
  • the crossovers should have a minimum blocking attenuation of at least 6 dB, 8dB or 10 dB compared to the other frequency range. This value should preferably be at least 15 dB, in particular at least 20 dB.
  • additional filters can be provided in the output of the antenna after the interconnection by means of the feed network mentioned.
  • An improvement in heat dissipation can finally also be achieved in that the filters are attached to the reflector plate.
  • the filters on the refector plate can be mechanically stacked on top of each other be stacked.
  • FIG. 6 A modification is shown on the basis of FIG. 6, which can in principle be used for all the exemplary embodiments explained in accordance with FIGS. 1 to 5.
  • a group 100 with two individual radiators 1 is assigned to a crossover 21.
  • the group 100 of individual emitters 1 can not only have two individual emitters 1, 1 ', but also, for example, several individual emitters 1, 1', e.g. comprise three individual radiators, which can be assigned to an input of a crossover 21, for example via a common summing point and a downstream line.
  • additional filters 121 can be provided, which are preferably assigned in the output of an antenna after interconnection by means of the feed network 7, and are preferably attached to the reflector plate can.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

Eine verbesserte Antenne mit zumindest zwei Einzelstrahlern (1, 2) ist in zumindest zwei Frequenzbändern (f1, f2, ..., fn) betreibbar. Die Antenne wird durch folgende Massnahmen verbessert: jeder Ausgang der in zumindest zwei Frequenzbändern (f1, f2, ..., fn) betreibbaren Einzelstrahler (1) oder der Ausgang von einer Gruppe entsprechender Einzelstrahler (1) ist einer Frequenzweiche (21) zugeordnet, wobei das am strahlerseitigen Anschluss anstehende Frequenzband an speisenetzwerkseitigen Anschlüssen (23.1, 23.2) in zumindest zwei Teilfrequenzsbändern (f1, f2, ..., fn) getrennt ansteht, ein Speisenetzwerk (7) ist so aufgebaut, dass die speisese itigen Anschlüsse (32.1, 23.2) an der Frequenzweiche (21) für das jeweilige Teilfrequenzband zur Strahlenformung und insbesondere zur unterschiedlichen Einstellung des Absenkwinkels der Hauptkeule mit vorgebbarer oder veränderbar einstellbarer Phase und/oder Amplitude zusammengeschaltet sind.

Description

Antenne für Mehrfrequenzbetrieb
Die Erfindung betrifft eine Antenne für einen Mehrfrequenzbetrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Für einen Netzbetreiber im Mobilfunkbereich ist es wichtig, Antennen für die verschiedenen Frequenzen gleich- zeitig nutzen zu können. Da jedoch für die verschiedenen Dienste auch unterschiedliche Anforderungen an den Versorgungsbereich bzw. die Netzplanung gestellt werden, sind auch verschiedene Abstrahlcharakteristiken, insbesondere verschiedene vertikale Absenkwinkel für die Vertikalcha- rakteristik erforderlich. Ideal wären verschiedene vertikale Absenkwinkel für die Hauptkeule für die verschiedenen Frequenzen. Dies ist jedoch mit den bisher bekannten Lösungen für eng benachbarte Frequenzen nicht möglich.
Von daher sind lediglich Lösungen bekannt, welche für die verschiedenen Frequenzbereiche verschiedene Strahler verwenden. Diese können beispielsweise aus ineinander verschachtelten Dipolen bestehen, wie dies beispielsweise aus der DE-Al 198 23 749 für eine dualpolarisierte Mehrbe- reichsantenne zu entnehmen ist. Nachteilig ist hierbei allerdings, dass bedingt durch die Geometrie der Anordnung die Frequenzbänder nicht unmittelbar benachbart sein können, sondern etwa ein Verhältnis von 1:2 aufweisen müssen.
Darüber hinaus ist aus der Veröffentlichung "Electronic Letters", August 1999, Vol. 35, No . 17, S. 1399-1400, von Yeunjeong, Kim, Wansuk Yun und Youngjoong Yoon eine Dual- Band-Patch-Antenne bekannt, welche unterschiedliche An- Schlüsse für zwei unterschiedliche Frequenzen aufweist. Hierbei sind jedoch die Anschlüsse für die jeweils andere Frequenz orthogonal zueinander polarisiert . Eine Lösung für zwei Polarisationen und mehrere Frequenzen ist nicht entnehmbar. Ein weiterer Nachteil ist hierbei die aufwen- dige Schichtstruktur mit vier verschiedenen aufeinander liegenden dielektrischen Schichten.
Demgegenüber können Breitbandantennen zwar auch in benachbarten Frequenzbereichen oder über ein sehr breites Fre- quenzband betrieben werden. Hierbei sind jedoch keine unterschiedlichen, insbesondere variabel einstellbaren Abstrahlcharakteristiken für die verschiedenen Frequenzbereiche erzielbar. In der Vorveröffentlichung "Electronic Letters", März 2000, Vol. 36, No . 6, S. 487-488 sind aus der Veröffentlichung von D.H. Werner und D. Lee "Design of dual-polarised multiband frequency selective surfaces using fractal elements" dualpolarisierte fraktale Antennenstrukturen bekannt, die in einem großen Frequenzband betrieben werden können. Jedoch umfassen diese Antennen- Strukturen keine getrennt einstellbaren Strahlungsdiagramme .
Aus der WO 98/43315 ist eine Sende-/Empfangsantenne be- kannt, welche für eine erste Polarisation an den einzelnen Strahlern des Antennenarrays Duplexfilter vorsieht, um dadurch das Antennenarray für den Empfangsfrequenzbereich (Rx) und für den Sendefrequenzbereich (Tx) in verschiedene Ein- und Ausgänge aufzuteilen. Falls eine Entkopplung für die verschiedenen Frequenzen (Rx - Tx) nicht über die orthogonale Polarisation erfolgt, so ist in nachteilhafter Weise zumindest ein Trennverstärker in einem der beiden Frequenzbänder an den Duplexfilter-Ein- bzw. Ausgängen notwendig. Ferner sind Trennverstärker erforderlich, da keine ausreichende Entkopplung zwischen den Frequenzbändern (Rx und Tx) erzielt werden kann. Es ist weiterhin keine Anregung zum Erzeugen unterschiedlicher Absenkwinkel für verschiedene Frequenzbereiche entnehmbar.
Schließlich ist ein Zweiband-Antennenarray mit breitbandi- gen Einzelstrahlern aus der WO 84/04855 AI bekannt. Es umfasst mehrere Einzelstrahler, die in zwei Frequenzbändern betreibbar sind. Jeder Ausgang der in zwei Frequenz- bändern ' betreibbaren Einzelstrahler ist einer Frequenzweiche zugeordnet, wobei das am strahlerseitigen Anschluss anstehende Frequenzband an speisenetzwerkseitigen Anschlüssen in zumindest zwei Teilfrequenzbändern getrennt ansteht. Das Speisenetzwerk ist dabei so aufgebaut, dass die speisenetzwerkseitigen Anschlüsse an der Frequenzweiche für das jeweilige Teilfrequenzband zur Strahlenformung und inbesondere zur unterschiedlichen Einstellung des Absenkwinkels der Hauptkeule mit vorgebbarer und veränderbar einstellbarer Phase und/oder Amplitude zusammengeschaltet werden kann.
Bei derartigen Antennenarrays erweist es sich aber als schwierig und aufwendig, jeweils die notwendige Sperr- dämpfung zwischen den einzelnen Frequenzbändern zu realisieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, eine Antennenanordnung zu schaffen, welche beim Betrieb in unterschiedlichen Frequenzbändern eine unterschiedliche, insbesondere unabhängig voneinander einstellbare Abstrahl- charakteristik bevorzugt ohne zusätzliche aktive Komponenten bei insgesamt hoher Entkopplung zwischen den beiden Frequenzbändern zu realisieren, und dies mit vergleichbar geringem Aufwand.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausge- staltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Es muss als überraschend bezeichnet werden, dass die erfindungsgemäße Antennenvorrichtung bereits mit einem sehr geringen Filteraufwand eine unabhängige Einstellung der
Abstrahlcharakteristik ermöglicht. So können nahezu unabhängige Strahlungscharakteristiken bereits mit einer Sperrdämpfung der Frequenzweichen von sogar unter ca. 15 dB, z. B. von 8 bis 12 dB, realisiert werden. Dabei ist erfindungsgemäß nunmehr vorgesehen, die insgesamt notwendige Sperrdämpfung mehrstufig, d.h. zumindest zweistufig aufzubauen, wobei der günstigste Weg ist, eine zusätzliche Filteranordnung im speisenetzwerkseitigen Anschluss selbst, diesem vor- oder nachgeschaltet vorzunehmen, d.h. zumindest in dem Speiseleitungsabschnitt vor einem Verzweigungspunkt und/oder vorgesehenen Phasenschiebern.
Überraschend ist dabei vor allem, dass Filterstrukturen verwendet werden können, welche die Zusammenschaltung mittels eines passiven Speisenetzwerkes erlauben und dabei gleichzeitig eine ausreichend hohe Entkopplung zwischen den verschiedenen Frequenzbändern für jede Polarisation aufweisen.
Erfindungsgemäß kann dies mittels Frequenzweichen in Form einer frequenzselektiven Filterstruktur realisiert werden, die bevorzugt mit ausreichender Sperrdämpfung eine Aüf- teilung eines Frequenzbandes in zwei Teilfrequenzbänder erlaubt. Der Einsatz eines fixen Speisenetzwerkes oder bevorzugt eines variabel gestalteten Speisenetzwerkes unter Verwendung von Phasenschiebern erlaubt es nunmehr die Einzelstrahler so zusammenzuschalten, dass für den jeweiligen Frequenzbereich die gewünschte Einstellung des Strahlungsdiagrammes vorgenommen werden kann, d.h. dass insbesondere der vertikale Absenkwinkel entsprechend den Wünschen und Notwendigkeiten bevorzugt getrennt eingestellt werden kann.
Da schließlich eine geringe Sperrdämpfung für die Diagrammformung ausreicht, gleichwohl aber trotzdem hohe Entkopplungswerte von beispielsweise 30 dB und mehr gefordert werden, ergibt es sich gemäß einer besonders be- vorzugten Ausführungsform der Erfindung, einen zusätzlichen Filteraufwand an den Speiseeingang zu legen. Dies ermöglicht, das pro Polarisation zur Erhöhung der Entkopplung nur ein Zusatzfilter notwendig ist. Dadurch können hoch selektive, für jeden Dipol oder jede Dipolgruppe vorgesehene Zusatzfilter vermieden werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen: Figur 1 : ein erstes Ausführungsbeispiel eines An- tennenarrays mit vier Dipolen, welche mit einem festen Speisenetzwerk zusammengeschaltet sind;
Figur 2 : ein zu Figur 1 abgewandeltes Ausführungs- beispiel, bei welchem die Zusammenschaltung für einen Frequenzbereich mittels einer festen Zusammenschaltung und die Zusammenschaltung für einen zweiten Frequenzbereich mittels Phasenschiebern variabel vorgenommen ist;
Figur 2a : einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 2 zur Verdeutlichung eines Phasenschiebers;
Figur 3 : ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem für beide Frequenzbereiche die Zu- sammenschaltung über Phasenschieber variabel vorgenommen ist;
Figur 4 : ein Antennenarray mit dualpolarisierten
Strahlern und zwei Frequenzbereichen, bei welchem für jede Polarisation für jeden
Frequenzbereich die Zusammenschaltung mittels Phasenschiebern erfolgt;
Figur 5 : ein Ausführungsbeispiel für eine Dual- Band-Antenne, bei welcher das zweite Band frequenzselektiv in einem Frequenzband f2 und f3 aufgeteilt ist und sich somit eine Dreibereichs-Antenne ergibt; und Figur 6 : ein zu Figur 2 abgewandeltes Ausführungs- beispiel zur Verdeutlichung, dass eine Frequenzweiche auch einer Gruppe von zumindest zwei Einzelstrahlern zuordenbar ist .
Nachfolgend wird auf das erste Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 eingegangen. Das darin schematisch wiedergegebene Antennenarray umfasst vier Einzelstrahler 1, im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Art von Dipolen 1', die üblicherweise vor einem Reflektor, der vertikal angeordnet ist, beispielsweise in Vertikalausrichtung angeordnet sind.
Die Einzelstrahler 1 werden über Speiseanschlüsse 5.1 und 5.2 über ein fixes oder fest verdrahtetes Speisenetzwerk 7 gespeist. Entsprechend der Anzahl der Einzelstrahler 1 erfolgt dabei von jedem Speiseanschluss • 5.1 bzw. 5.2 ausgehend eine Mehrfachverzweigung der Speiseleitungen 9, nämlich vom Speiseanschluss 5.1 über die Speiseleitung 9 und einem Verzweigungspunkt 11 in die Speisezweigleitungen 9.1 und über den jeweiligen nachfolgenden Verzweigungspunkt 13 zur nachfolgenden Speisezweigleitung 9.2. Entsprechendes gilt für den weiteren' Speiseanschluss 5.2 mit der Speiseleitung 109, den Verzweigungspunkt 111, die Speisezweigleitungen 109.1, die Verzweigungspunkte 113 und die Speisezweigleitungen 109.2. Die Speiseleitungen beinhalten gleichzeitig Impedanz-Transformatoren, welche der Einfachheit halber nicht dargestellt sind.
Die Einzelstrahler 1 sind dabei jeweils über ihren jeweiligen Ausgang 17a über eine Leitung 17 mit einem strah- lerseitigen Anschluss 19 einer Frequenzweiche 21 verbunden, die wiederum mit zwei speisenetzwerkseitigen An- Schlüssen 23.1 und 23.2 verbunden ist, und zwar frequenzselektiv für ein erstes Frequenzband fl und ein zweites Frequenzband f2. Die Frequenzweichen 21 können dabei durch eine frequenzselektive Filterstruktur aufgebaut sein.
An den speisenetzwerkseitigen Anschlüssen 23.1 und 23.2 sind die jeweiligen Speisezweigleitungen 9.2 und 109.2 angeschlossen, so dass alle Einzelstrahler 1 frequenzselektiv mit dem Speiseanschluss 5.1 für das erste Frequenz- band fl bzw. dem Speiseanschluss 5.2 für das zweite Frequenzband f2 verbunden sind.
Die Frequenzweichen 21 sind mit ausreichender Sperrdämpfung von z. B. 15 dB oder sogar nur weniger als 10 dB in den zumindest beiden Teilfrequenzbändern aufgeteilt. Die Zusammenschaltung kann dabei derart vorgenommen werden, dass für das jeweilige Frequenzband die Einstellung des Strahlungsdiagrammes unterschiedlich fest voreingestellt ist. Die Voreinstellung kann dabei derart erfolgen, dass beispielsweise die vertikalen Absenkwinkel für beide Frequenzbänder unterschiedlich sind.
Schließlich ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 (wie dies ausführlicher in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 noch erläutert wird) an den beide speisenetzwerkseitigen Anschlüssen 5.1 und 5.2 jeweils ein Zusatzfilter 121 geschaltet, um die gesamte Sperrdämpfung zu erhöhen. Dadurch können die Frequenzweichen 21 so ausgelegt sein, dass sie selbst nur eine geringere Sperrdämpfung aufwei- sen.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 entspricht weitgehend demjenigen nach Figur 1, jedoch mit dem Unter- schied, dass für das eine Frequenzband f2 keine feste Zusammenschaltung an den Verzweigungspunkten 113 erfolgt, sondern dass hier jeweils variabel einstellbare Phasenschieber 27 vorgesehen sind. Die Phasenschieber können dabei so aufgebaut sein, wie dies grundsätzlich aus der WO 98/21779 bekannt ist. Mit anderen Worten ist ein um eine Verschwenkachse 29 verstellbares Einsteilglied 31 vorgesehen, welches über eine Leitung 109 und 109.1 mit dem Speiseanschluss 5.2 verbunden ist. Dieses Einsteilglied 31 ist beispielsweise mit einem teilkreisförmigen Kontaktoder Kuppelelement 33 galvanisch oder kapazitiv verbunden, welches an seinen gegenüberliegenden Endbereichen elektrisch mit Phasenschieber-Anschlüssen 35 verbunden ist, von denen ausgehend jeweils über nachfolgende Speisezweig- leitungen 109.2 die Verbindung zu den speisenetzwerkseitigen Anschlüssen 23.2 an den Frequenzbereichen 21 erfolgt. Das sogenannte im gezeigten Ausführungsbeispiel teilkreisförmige Kontakt- oder Kuppelelement 33 ist bevorzugt in Streifenleiter- bzw. In Mikro-Streifenleiter-Tech- nik aufgebaut, und zwar auf einer Bodenplatte 28 (ground plate) .
Das Strahlungsdiagramm für das erste Frequenzband fl erfolgt also über den fixen Speisenetzwerkteil, wodurch ein bestimmtes Strahlungsdiagramm fest vorgegeben ist. Über die variabel einstellbaren Phasenschieberelemente 27 erfolgt jedoch die Einstellung des Strahlungsdiagrammes bezüglich des zweiten Frequenzbandes f2 über ein variables Speisenetzwerk, so dass hierüber die Strahlungsformung und damit insbesondere die Strahlungsabsenkung, d.h. der Absenkwinkel für die Hauptkeule innerhalb des Frequenzbandes f2 unterschiedlich einstellbar ist. Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist gegenüber demjenigen nach Figur 2 insoweit abgewandelt, als hier für beide Frequenzbänder fl und f2 ein Speisenetzwerk 7 vorgesehen ist, dass in beiden Frequenzbändern fl und f2 eine entsprechende Strahlenformung vorsieht und damit insbesondere eine unterschiedlich einstellbare und/oder veränderbare vertikale Absenkung der Hauptkeulen ermöglicht.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 wird nun ein Antennenarray verwendet, welches nicht aus Einzelstrahlern 1, sondern aus dualpolarisierten Strahlern 2 besteht. Diese dualpolarisierten Strahler 2 können beispielsweise aus einem Dipolquadrat oder einem Dipolkreuz, also unterVerwendung von Dipol-EinzelStrahlern 1 zusammengesetzt sein. Entsprechend ist jeder Dipol-Einzelstrahler eines dualpolarisierten Dipolkreuzes 2 (oder beispielsweise bei einem Dipolquadrat jeweils zwei parallel angeordnete Dipolstrahler) über eine gemeinsame Leitung 17 bzw. 17' mit einer Frequenzweiche 21 verbunden. Wie aus Figur 4 also zu ersehen ist, gehen von jedem der vier Dipolstrahler somit zwei Leitungen 17, 17' aus, die jeweils zu dem strahler- seitigen Anschluss 19 der Frequenzweichen 21 führen. Bei vier dualpolarisierten Dipolstrahlern 2 sind somit acht Frequenzweichen vorgesehen. Allgemein werden also bei diesem Ausführungsbeispiel bei n dualpolarisierten Dipolstrahlern 2 n Frequenzweichen 21 benötigt. In Figur 5 ist dabei der oben liegende Anschluss 5.1 für die Frequenz fl der Polarisation +45° zugeordnet, wobei in Figur 4 unten liegend der Anschluss 5.1' für die Frequenz fl der negati- ven Polarisation -45° zugeordnet ist, wobei also die in
Figur 4 gezeigten und zu einem Dipolkreuz zusammengefügten Dipolstrahler in einer +45°/-45° Ausrichtung angeordnet sind. Die jeweils parallel zueinander ausgerichteten Dipole la bzw. lb der dualpolariserten Dipolstrahler 2 sind dabei frequenzselektiv über zwei nachgeordnete Speisenetzwerke zusammengeführt, und zwar in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 frequenzselektiv über jeweils zugeordnete Phasenschieber 27. Dadurch lässt sich also das Strahlungsdiagramm und insbesondere der Absenkwinkel sowohl für eine erste wie für eine zweite Frequenz fl und f2 für jede Polarisation separat einstellen und/oder verändern.
Schließlich wird noch auf das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 Bezug genommen. Figur 5 zeigt eine Anordnung ebenfalls für eine dualpolarisierte Antenne 2, wobei jede der gemäß Figur 5 vorgesehenen dualpolarisierten Antennen 2 einen Kreuzdipol 2 ' und ein den Kreuzdipol 2 ' umgebenendes Dipolquadrat 2" umfasst.
Die jeweils parallel zueinander angeordnekei Εinzelstrah- ler la bzw. lb des Dipolquadrates 2" sind über ein varia- bles Speisenetzwerk 7 verbunden, wobei jeweils die gleichstrahlenden und dabei parallel zueinander angeordneten Einzelstrahler la einer Strahleranordnung 2" gemeinsam paarweise mit den in gleicher Parallelausrichtung angeordneten Einzelstrahlern la einer zweiten Strahleranordnung 2" über einen Phasenschieber 27 zusammengeschaltet sind, und die speiseanschlussseitigen Anschlüsse der Phasenschieber 27 dann wiederum über einen Verzweigungspunkt 211 zu einem gemeinsamen Speiseanschluss 5.3 führen. Entsprechendes gilt für die zweite Polarisation dieser Dipolqua- dratanordnung, bei welcher über den Speiseanschluss 5.3' eine Verbindung über den nachgeordneten Verzweigungspunkt 211' zu den Phasenschiebern 27 und über die jeweils beiden Ausgänge zu den jeweils beiden parallelen Dipolstrahlern lb einer betreffenden Strahleranordnung 2" erfolgt.
Die Anschlüsse 5.3 und 5.3' dienen also zum Empfangen oder Senden eines dritten Frequenzbandes mit einer ersten und einer zweiten Polarisation. Das Frequenzband f3 kann z.B. bei 824 bis 960 MHz liegen.
Bezüglich der im Inneren der Dipolquadrate angeordneten Kreuzdipole 10' erfolgt demgegenüber eine frequenzselekti- ve Aufteilung in zwei Frequenzbänder fl und f2, wobei die speiseanschlussseitigen Ausgänge dann wiederum für jede der beiden Polarisationen entsprechend dem Ausführungsbei- spiel gemäß Figur 4 über Phasenschieber 27 mit den beiden Speiseanschlüssen für fl und f2 zusammengeschaltet sind. Das Frequenzband fl kann z.B. 1920 bis 2170 MHz und das zweite Frequenzband f2 einen Bereich von 1710 bis 1880 MHz abdecken .
Figur 5 zeigt also eine dualpolarisierte Antenne mit drei Bandbereichen, wobei das Strahlungsdiagramm und dabei insbesondere der Absenkwinkel für alle drei Frequenzbänder und beide orthogonale Polarisationen unterschiedlich einstellbar ist.
Abweichend zu dem zuletzt genannten Beispiel könnte natürlich auch eine frequenzselektive Bandaufteilung für das dritte Frequenzband vorgesehen sein. Genauso könnte bei Bedarf für ein einzelnes Frequenzband eine feste Verschal- tung ohne individuell einstellbaren Absenkwinkel reali- siert sein, wie dies beispielsweise anhand von Figur 2 schematisch gezeigt ist.
Bei allen Ausführungsbeispielen können die Frequenzweichen bevorzugt durch Filterstrukturen realisiert sein, die insbesondere auch im Gehäuse der Antenne integriert sein können. Dabei können die Filterstrukturen auch aus geschirmten Streifenleitungsstrukturen oder aus Triplate- Strukturen bestehen.
Alternativ oder teilweise alternativ und ergänzend können die Filterstrukturen auch aus Koaxialfiltern gebildet sein.'
Anhand der erläuterten Ausführungsbeispiele ist ersichtlich, dass die entsprechenden Antennen zumindest zwei Einzelstrahler umfassen. Es können aber auch mehr als zwei Einzelstrahler vorgesehen sein, die zu einer gemeinsamen Gruppe gehören. Dabei ist nur eine Gruppe von Einzelstrahlern möglich, aber auch mehrere Gruppen von Einzelstrahlern, wie dies beispielsweise bei dualpolarisierten Antennen beschrieben ist.
Um eine gute Entkopplung zu realisieren, sollten die Frequenzweichen eine minimale Sperrdämpfung gegenüber dem jeweils anderen Frequenzbereich von zumindest 6 dB, 8dB oder 10 dB aufweisen. Bevorzugt soll dieser Wert zumindest 15 dB, insbesondere zumindest 20 dB betragen.
Um die Sperrdämpfung in dem jeweils anderen Frequenzband gegebenenfalls noch zusätzlich zu erhöhen, können im Ausgang der Antenne zusätzliche Filter nach der Zusammenschaltung mittels des erwähnten Speisenetzwerkes vorgese- hen sein. Eine Verbesserung der Wärmeab ührung kann schließlich auch dadurch realisiert werden, dass die Filter an dem Reflektorblech befestigt werden. Dabei können die Filter an dem Refektorblech mechanisch aufeinander gestapelt sein.
Anhand von Figur 6 ist eine Abwandlung gezeigt, die grundsätzlich für alle erläuterten Ausführungsbeispiele gemäß der Figuren 1 bis 5 angewandt werden kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 ist verdeutlicht, dass beispielsweise Abweichungen zu Figur 2, z.B. jeweils eine Gruppe 100 mit zwei Einzelstrahlern 1 einer Frequenzweiche 21 zugeordnet ist. Dabei kann die Gruppe 100 von Einzelstrahlern 1 nicht nur zwei Einzelstrahler 1, 1', sondern beispielsweise auch mehrere Einzelstrahler 1, 1', also z.B. drei Einzelstrahler umfassen, die beispielsweise über einen gemeinsamen Summierpunkt und eine nach- geordnete Leitung einem Eingang einer Frequenzweiche 21 zugeordnet sein können.
Anhand von Figur 6 ist auch ergänzend gezeigt, was bei allen anderen Ausführungsbeispielen ebenso zum Tragen kommen kann, dass zusätzliche Filter 121 vorgesehen sein können, die bevorzugt im Ausgang einer Antenne nach der Zusammenschaltung mittels des Speisenetzwerkes 7 zugeordnet sind, und bevorzugt am Reflektorblech befestigt sein können. Durch Einrichtung dieser zusätzlichen Filter 121 kann auf kostengünstige und einfache Weise die Sperrwirkung der Filter 21 für die nachgeordneten Einzelstrahler nochmals verbessert werden.

Claims

Patentansprüche;
1. Antennenarray für zumindest zwei Frequenzbänder mit den folgenden Merkmalen
- mit zumindest zwei Einzelstrahlern (1, 2) , - die zumindest beiden Einzelstrahler (1, 2) sind in zwei Frequenzbändern (fl, f2) betreibbar,
- jedem Ausgang (17a) der in zwei Frequenzbändern betreibbaren Einzelstrahlern (1, 2) ist eine Frequenzweiche (22) zugeordnet, wobei das am strahlerseitigen Anschluss (17a) anstehende Frequenzband an speisenetzwerkseitigen Anschlüssen (5.1, 5.2) in zumindest zwei Teilfrequenzbändern getrennt ansteht,
- ein vorgesehenes Speisenetzwerk ist so aufgebaut, dass die speisenetzwerkseitigen Anschlüsse (23.1, 23.2) an der Frequenzweiche (21) für das jeweilige Teilfrequenzband (fl, f2) zur Strahlformung und insbesondere zur unterschiedlichen Einstellung des Absenkwinkels der Hauptkeule mit vorgebbarer und/oder veränderbar einstellbarer Phase und/oder Amplitude zusammenge- schaltet sind, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale
- zur Erzielung einer ausreichenden Sperrdämpfung bezüglich des oder der jeweils anderen Frequenzbandbereiche ist eine mehrstufige Filterstruktur vorgesehen, - neben den Frequenzweichen (21) , die eine erste Filterstruktur zur Erzielung der Sperrdämpfung bilden, sind zusätzliche Filter (121) vorgesehen, die am jeweiligen Speisenetzwerkanschluss (5.1, 5.2) oder diesem vorgeschaltet oder aber auch in einem dem Speisenetzwerkanschluss (5.1, 5.2) nachgeschalteten Speiseleitungsabschnitt (109) angeordnet sind, der zu einer speisen- etzwerkseitig betrachtet ersten Frequenzweiche (21, 27) führt.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenzweiche (21) jeweils einer Gruppe (100) von zumindest zwei Einzelstrahlern (1, 1') zugeordnet ist.
3. Antenne nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bezüglich eines Frequenzbandes (fl, f2, ..., fn) die Ausgänge (23.1, 23.2) der Frequenzweichen (21) über zugeordnete Phasenschieber (27) zumindest mittelbar mit dem jeweiligen Speisenetzwerk- anschluss (5.1, 5.2, ..., 5.n) zusammengeschaltet sind.
4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Einzelstrahler (1, 2) bzw. Gruppen
(2, 2', 2") von Einzelstrahlern (1, 2) über die zugeordne- ten Frequenzweichen (21) und zugeordneten Phasenschieber
(27) mit den zugeordneten Speisenetzwerkanschlüssen (5.1, 5.2, ..., 5.n) so zusammengeschaltet sind, dass bezüglich aller Frequenzbänder das Strahlungsdiagramm und damit insbesondere die Einstellung des Absenkwinkels der Haupt- keule unterschiedlich einstellbar ist.
5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei dualpolarisierte Strah- leranordnungen (1, 2) vorgesehen sind.
6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleranordnungen (1, 2) dual- polarisierte Einzelstrahler (1, 2) umfassen, die für jede der Polarisationen in zwei verschiedenen Frequenzbändern strahlen, wobei zumindest für eine Polarisation eine Frequenzbandaufspaltung über ein fixes oder ein variables Speisenetzwerk (7) unter Verwendung von Phasenschiebern (27) vorgesehen ist.
7. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzweichen (21) aus Filterstrukturen gebildet sind, die insbesondere geschirmte Streifenleitungs- oder Triplatestrukturen umfassen.
8. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzweichen (21) aus Filterstrukturen gebildet sind, die Koaxialfilter umfassen.
9. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzweichen (21) eine minimale Sperrdämpfung bezüglich des jeweils anderen Frequenzbandes von zumindest 6, 8 oder 10 dB, insbesondere zumindest 15 dB, vorzugsweise zumindest 20 dB aufweisen.
10. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Sperrdämpfung der Frequenzweiche unter ca. 15 dB, vorzugsweise unter 10 dB, beispielsweise um 8 bis 12 dB, beträgt, wobei die gesamte
Entkopplung vorzugsweise 30 dB und mehr aufweist.
11. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammenschaltung der Frequenz- weichen (21) in zwei Frequenzbändern (fl, f2) mittels unterschiedlich einstellbaren Phasenschiebern (27) erfolgt.
12. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammenschaltung der Frequenzweichen (27) für zumindest ein Frequenzband fest und für zumindest ein weiteres Frequenzband mittels Phasenschieber (27) variabel vorgesehen ist. '-
13. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest weitere unabhängige Einzel- strahier (2') für zumindest ein weiteres Frequenzband (f3) vorgesehen sind, so dass die Antenne zumindest in drei Frequenzbändern (fl, f2 , ..., fn) betreibbar ist.
14. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Speisenetzwerk (7) unter Verwendung von Filterweichen (21) so aufgebaut ist, dass eine Aufteilung in mehr als zwei Frequenzbbänder vorgesehen ist .
15. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter, d.h. die Filterweichen (21) und/oder die zusätzlich vorgesehenen Filter (121) am Reflektorblech befestigt sind.
16. Antenne nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Filter (121) auf dem Reflektorblech me- chanisch aufeinander gestapelt sind.
17. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstrukturen in das Gehäuse der Antenne integriert sind.
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