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Die
Erfindung betrifft eine Zusatzeinrichtung für eine Richtfunkantenne,
die sich hinter einer Antennenverkleidung befindet. Die Zusatzeinrichtung
verringert die Auswirkungen von Reflexionen an der Antennenverkleidung
auf die Richtcharakteristik der verkleideten Antenne, sodass, besonders
im kritischen rückwärtigen Bereich, die Richtcharakteristik
der Antenne durch die Antennenverkleidung praktisch nicht mehr nachteilig
beeinflusst wird. Durch diese Zusatzeinrichtung können
die Forderungen der Bundesnetzagentur (BNetzA) an die Richtcharakteristik
von Richtfunkantennen im Festnetz des Mobilfunks auch beim Einsatz
von Verkleidungen mit geringem Kostenaufwand erfüllt werden.
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Mit
der Entwicklung der Mobilfunktechnik wächst der Bedarf
an Übertragungskapazität, wodurch immer engmaschigere
Netze erforderlich werden. Insbesondere bei Richtfunknetzen steigt
damit die Gefahr, dass sich benachbarte Richtfunkverbindungen stören.
Deshalb müssen beim Aufbau neuer digitaler Richtfunkverbindungen
die Vorschriften der BNetzA, die dazu dienen, Störungen
zwischen geographisch eng benachbarten Richtfunkverbindungen zu
vermeiden, unbedingt beachtet werden. Mit der Frequenzzuteilung
werden die Hüllkurven der horizontalen Richtdiagramme verbindlich
festgelegt, was z. B. bedeutet, dass Richtfunkantennen in Funknetzen
mittlerer Senderdichte und hoher Übertragungskapazität
oder hoher Senderdichte und niedriger Übertragungskapazität
im Winkelbereich von –90° bis +90° zur
Hauptstrahlrichtung eine Richtdämpfung von mindestens 50
dB haben müssen.
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Um
den Vorschriften gerecht zu werden, werden üblicherweise
Richtfunkantennen mit möglichst geringer Nebenstrahlung,
wie z. B. High Performance (HP)- und Ultra High Performance(UHP)-Richtfunkantennen
eingesetzt.
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Aufgrund
der zunehmenden Dichte der Mobilfunknetze müssen jedoch
auch immer mehr Antennen an Standorten aufgestellt werden, an denen
die Antennen aufgrund von Anforderungen des Denkmalschutzes oder
Forderungen von Bauaufsichtsbehörden oder Eigentümern
nicht sichtbar sein dürfen.
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Werden
jedoch Richtfunkantennen mit Antennenverkleidungen versehen, so
verändern Reflexionen an den Antennenverkleidungen die
Richtcharakteristik der Antennen. Für die Antennenverkleidungen
werden zwar üblicherweise verlustarme Materialien verwendet,
trotzdem beträgt die stark frequenzabhängige Reflexionsdämpfung
selbst bei der günstigsten Frequenz nur ca. 30 dB, im Richtfunkfrequenzband
bei elektrischer Optimierung ca. 20 dB und bei ungünstigsten
Frequenzen sogar nur 6 dB. Beim Einsatz von Richtfunkantennen mit
Antennenverkleidungen sind demnach zusätzliche Maßnahmen
erforderlich, um die Forderungen der BNetzA an das resultierende
horizontale Richtdiagramm zu erfüllen.
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In
DE 24 41 540 A1 wird,
um den störenden Einfluss der reflektierten Wellen zu verringern,
vorgeschlagen, die Antennen in genau vorbestimmten Winkeln relativ
zur Abdeckung zu montieren, sodass die reflektierten Wellen in Richtungen
gelenkt werden, wo entweder keine hohen Anforderungen an die Winkeldämpfung gestellt
werden oder tiefe Minima des Antennendiagramms aufgefüllt
werden können. Auf diese Weise können die Forderungen
der BNetzA an das horizontale Richtdiagramm jedoch höchstens
in sehr günstigen Fällen erreicht werden.
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Um
den Forderungen der BNetzA nachzukommen, werden üblicherweise
in der Nähe von mit Verkleidungen versehenen Richtfunkantennen
Dämpfungswände aufgestellt, die die reflektierten
Strahlenbündel weitgehend absorbieren. Da die Dämpfungswände
jedoch vergleichsweise weit von der Richtfunkantenne entfernt sind,
müssen sie wesentlich größer als die
Richtfunkantenne selbst ausgeführt sein. Außerdem
erfordern sie eine zusätzliche Standfläche und
eine zusätzliche Halterung. Oft ist auch aus Platzgründen
eine optimale Ausrichtung der Dämpfungswände überhaupt
nicht möglich. Der Einsatz von Dämpfungswänden
ist also mit vergleichsweise hohen Kosten verbunden und führt
auch nicht in jedem Fall zum Erfolg.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zusatzeinrichtung zu
finden, die bei Richtfunkantennen, die hinter Antennenverkleidungen
angeordnet sind, die durch die Antennenverkleidung verursachten
Reflexionen weitgehend absorbiert oder diffus streut oder in Richtungen
lenkt, in denen sie keine Störungen verursachen. Die Zusatzeinrichtung
soll es bei geringem Kostenaufwand ermöglichen, die Forderungen
der BNetzA bezüglich des resultierenden horizontalen Richtdiagramms
der verkleideten Richtfunkantennen zu erfüllen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen
ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 11.
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Nach
Maßgabe der Erfindung besteht die Zusatzeinrichtung für
eine an einem Antennenträger montierte Richtfunkantenne,
die sich hinter einer Antennenverkleidung befindet, aus einem Schirm
aus Metall oder Kunststoff und einer Schirmhalterung, mit der der
Schirm an dem Antennenträger der Richtfunkantenne befestigt
ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schirm ein von
zwei Ebenen begrenzter Körper in Form einer Trägerplatte,
die so angeordnet ist, dass das bei sendender Richtfunkantenne von
der Antennenverkleidung reflektierte Strahlenbündel nahezu
senkrecht auf die Schirmebene trifft. Dabei ist die Fläche
des Schirms so groß gewählt, dass sie das reflektierte
Strahlenbündel nahezu vollständig auffängt.
Auf der der Antennenverkleidung zugewandten Seite kann der Schirm
mit einem absorbierenden oder einem diffus streuenden Material beschichtet
sein.
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In
einer anderen Ausführungsform ist der Schirm als ein Ausschnitt
aus einem Paraboloid, in dessen Brennpunkt sich ein Absorber befindet,
ausgeformt und so angeordnet, dass die Achse des Paraboloids parallel
zu dem von der Antennenverkleidung reflektierten Strahlenbündel
liegt und die Paraboloidfläche so groß ist, dass
das reflektierte Strahlenbündel nahezu vollständig
aufgefangen wird. Bei dieser Ausführungsform wirkt die
auf eine Ebene senkrecht zum einfallenden Strahlenbündel
projizierte Schirmfläche wie eine Absorberfläche.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist der Schirm eine metallische
Ebene, die zu dem von der Antennenverkleidung reflektierten Strahlenbündel
so geneigt ist, dass dieses in eine Richtung umgelenkt wird, in
der es keine Störungen verursacht. Da in der Regel andere
Richtfunkstandorte etwa in der horizontalen Ebene liegen, bedeutet
dieses eine Umlenkung in Richtungen außerhalb der horizontalen
Ebene (Himmel oder Boden). Be sonders vorteilhaft ist es, den Schirm
so auszurichten, dass in horizontaler Richtung ein Minimum seiner Richtcharakteristik
liegt.
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Erfindungsgemäß befindet
sich der Schirm in der Nähe der Antenne. Folglich ist es,
um das reflektierte Strahlenbündel nahezu vollständig
aufzufangen, ausreichend, wenn die in eine Ebene senkrecht zum einfallenden
Strahlenbündel projizierte Schirmfläche etwa gleichgroß wie
die Öffnungsfläche der Richtfunkantenne ist.
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Folglich
kann bei einer Richtfunkantenne mit kreisförmiger Öffnungsfläche,
wie sie üblicherweise im Mobilfunkbereich eingesetzt wird,
der Schirm quadratisch oder trapezförmig ausgeführt
sein, wobei die Kantenlänge des Schirms etwa gleich groß ist
wie der Durchmesser der Richtfunkantenne und die Flächendiagonale
vorzugsweise in der horizontalen Ebene liegt.
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Der
Schirm wird an dem Antennenträger der Richtfunkantenne
befestigt. Der hierfür verwendete horizontale Halterungsarm
wird mittels einer Schelle am Antennenträger justiert.
Der Arm trägt eine verschiebbare Kreuzkupplung, in der
sich ein vertikaler Halterungsarm befindet, mit dem der Schirm so
verbunden ist, dass er in der horizontalen Ebene dreh- und verschiebbar
und in der vertikalen Ebene neigbar ist. Diese Ausführung der
Schirmhalterung ermöglicht es, die Lage des Schirms an
die standortspezifischen Gegebenheiten optimal anzupassen.
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Diese
nachrüstbare antennennahe Zusatzeinrichtung, bestehend
aus einem Schirm und entsprechender Halterung, stellt eine kostengünstige
Alternative zum Stand der Technik dar.
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Um
die Ausrichtung bei der Installation des antennennahen Schirms zu
vereinfachen, kann mit dem Schirm eine Halterung verbunden sein,
in die während der Installation ein Laserpointer eingesetzt
wird.
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Im
Vergleich zu antennenfernen Dämpfungswänden kann
mit der wesentlich kleineren erfindungsgemäßen
Zusatzeinrichtung durch den antennennahen Schirm eine mindestens
gleichwertige Dämpfung erreicht werden, und zwar mit dem
Vorteil, dass weder ein zusätzlicher Standplatz noch eine
aufwendige Trägerkonstruktion erforderlich sind. Die Forderungen
der BNetzA können also auch beim Einsatz von Antennenverkleidungen vergleichsweise
kostengünstig erfüllt werden. Des Weiteren ermöglicht
der Schirm die Entkopplung benachbarter Richtfunkantennen an einem
Standort (Richtfunksammler).
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert;
hierzu zeigen:
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1:
eine Richtfunkantenne, die hinter einer Antennenverkleidung angeordnet
ist, mit einer Zusatzeinrichtung, bestehend aus einem Schirm und
einer Halterung, mit der der Schirm am Antennenträger der Richtfunkantenne
befestigt ist, in Draufsicht;
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2:
die Darstellung der Reflexionen an einer ebenen, senkrechten Antennenverkleidung
in Draufsicht.
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Wie
aus 1 ersichtlich, ist der Schirm (4) mittels
einer Halterung (5), bestehend aus der Schelle (6), die
am Antennenträger (2) dreh- und verschiebbar ist,
dem horizontalen Halterungsarm (7) und der auf dem Halterungsarm
(7) dreh- und verschiebbaren Kreuzkupplung (8)
und dem vertikalen Halterungsarm (9), an dem der Schirm
drehbar, verschiebbar und neigbar ist, gemeinsam mit der Richtfunkantenne
(1) an dem Antennenträger (2) befestigt.
Die gesamte Antennenanordnung befindet sich hinter einer (nur teilweise
dargestellten) Antennenverkleidung (3).
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Das
von der Richtfunkantenne (1) abgestrahlte Strahlenbündel
verläuft parallel zur Hauptstrahlrichtung der Richtfunkantenne
(11) und trifft auf den dargestellten Abschnitt der Antennenverkleidung
(3). Das einfallende und das reflektierte Strahlenbündel
schließen mit der Flächennormalen (12)
der Antennenverkleidung (3) jeweils denselben Winkel ein
(Reflexionsgesetz). Dabei ist der ebene Schirm (4) entweder
so ausgerichtet, dass das reflektierte Strahlenbündel senkrecht
auf den Schirm (4) trifft; die Flächennormale
(13) des Schirms (4) und die Richtung des reflektierten
Strahlenbündels also zusammenfallen oder so ausgerichtet,
dass das von der Antennenverkleidung reflektierte Strahlenbündel
in eine Richtung umgelenkt wird, in der sich keine Funkstellen befinden,
die gestört werden könnten.
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Der
Schirm (4) ist auf der Seite, die dem reflektierten Strahlenbündel
zugewandt ist, mit einem Material beschichtet, das Funkwellen stark
absorbiert oder diffus streut.
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Die
Kantenlänge des Schirms (4) ist so gewählt,
dass das reflektierte Strahlenbündel von dem Schirm (4)
nahezu vollständig aufgefangen wird.
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In 2 ist
die Reflexion des von der Richtfunkantenne (1) in Richtung
der Hauptabstrahlrichtung, die als 0° definiert wird, abgestrahlten
Strahlenbündels, das auf eine senkrechte Antennenverkleidung
(3) trifft, dargestellt. Beim Einfallswinkel ϑ,
der definiert ist als der Winkel zwischen einfallendem Strahl und
der Flächennormalen (12) auf die Antennenverkleidung
(3), ist die Reflexionsrichtung φR = π – 2ϑ.
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Die
Reflexionen an der Antennenverkleidung vergrößern
die Nebenstrahlung der Antenne in Reflexionsrichtung φ
R. Die resultierende Winkeldämpfung
der Richtfunkantenne in dieser Richtung beträgt:
mit den
Bezeichnungen
- aR
- = Reflexionsdämpfung
der Antennenverkleidung beim Einfallswinkel ϑ einer ebenen
Welle,
- a(φ)
- = Winkeldämpfung
der unverkleideten Antenne in Richtung φ = φR.
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Ist
die Reflexionsdämpfung aR der Antennenverkleidung
kleiner als die Winkeldämpfung a(φ) der unverkleideten
Richtfunkantenne, dann wird die resultierende Winkeldämpfung
der verkleideten Richtfunkantenne in Reflexionsrichtung a(φR) im Wesentlichen durch die Reflexionsdämpfung
der Antennenverkleidung bestimmt.
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Im
Einfallswinkelbereich von ±45° auf die Antennenverkleidung
liegt die Reflexionsrichtung im rückwärtigen Winkelbereich
von –90° bis +90° des Richtdiagramms
der verkleideten Richtfunkantenne. In diesem Winkelbereich treten
daher selbst im günstigsten Falle im horizontalen Richtdiagramm
der verkleideten Richtfunkantenne Nebenzipfel in der Größenordnung
von 20–30 dB auf. Die Nebenstrahlungsdämpfung
im rückwärtigen Winkelbereich muss also gemäß der
Forderung der BNetzA in jedem Fall auf Werte größer
50 dB erhöht werden. Dieser Wert wird mit dem antennennahen
Schirm sicher erreicht.
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- 1
- Richtfunkantenne
- 2
- Antennenträger
- 3
- Antennenverkleidung
- 4
- Schirm
- 5
- Schirmhalterung
- 6
- Schelle
- 7
- horizontaler
Halterungsarm
- 8
- Kreuzkupplung
- 9
- vertikaler
Halterungsarm
- 10
- Schirmebene
bzw. Schirmapertur bei geneigtem Schirm
- 11
- Hauptstrahlrichtung
der Richtfunkantenne
- 12
- Flächennormale
der Antennenverkleidung
- 13
- Flächennormale
des Schirms
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004002374
A1 [0005]
- - DE 10215733 A1 [0005]
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