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Die Erfindung betrifft eine dualpolarisierte Gruppenantenne, insbesondere Mobilfunkantenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Für Mobilfunkantennen kommen in der Regel ein- oder mehrspaltige Antennenarrays in Betracht, die üblicherweise in jeder Spalte mehrere in Vertikalrichtung übereinander angeordnete Strahler oder Strahlereinrichtungen umfassen. Häufig können hier Dipolstrahler beispielsweise in Form von Dipolkreuzen, Dipolquadraten oder sogenannten Vektordipolen verwendet werden, wie sie beispielsweise aus der
WO 00/39894 A1 oder der
WO 2004/100315 A1 bekannt sind. Möglich sind aber auch andere Strahler und Strahlerformen, beispielsweise Patchstrahler.
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Es kann sich dabei um eine Single-Band-, Dual-Band- oder vorzugsweise um eine Multi-Band-Antennenanordnung handeln, die vorzugsweise nicht nur in einer Polarisationsebene, sondern in zwei senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen sendet und empfängt. Diese Polarisationsebenen sind bevorzugt nach Art einer so genannten X-Polarisation ausgerichtet, d. h. dass die beiden senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen in einem +45° Winkel bzw. –45° Winkel gegenüber der Horizontalen (bzw. Vertikalen) ausgerichtet sind.
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Eine derartige nach dem Stand der Technik bekannte dualpolarisierte Gruppenantenne soll üblicherweise zwei übereinstimmende bzw. übereinstimmend steuerbare Strahlungsdiagramme erzeugen können, nämlich für jede der beiden linearen Polarisationen, d. h. für beide Polarisationsebenen, die senkrecht zueinander stehen. Diese sollen elektrisch unabhängig voneinander sein. Einerseits muss also der Kreuzpolarisationsabstand der Abstrahlung sehr groß sein. Weiterhin soll die Verkopplung zwischen den Antennen-Anschlüssen sehr niedrig sein, d. h. die Entkopplung (Isolation) soll sehr hoch sein.
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Dies gilt grundsätzlich für jedes Frequenzband. Dabei sollen alle Spezifikationen für den gesamten Frequenzbereich (Frequenzband) eingehalten werden. Dies gilt gleichermaßen auch im Falle einer Dual-Band- oder sogar Multi-Band-Gruppenantenne. Denn zur Zeit werden immer mehr Frequenz-Bereiche dem Mobilfunk zugeteilt. Inzwischen soll eine Mobilfunkantenne einen Frequenzbereich von beispielsweise 1710 MHz bis 2690 MHz abdecken. Dies entspricht einer Bandbreite von 980 MHz bzw. einer relativen Bandbreite von 45% bezogen auf Mittenfrequenz. Von daher wird es immer schwieriger und anspruchsvoller, sämtliche Anforderungen über einen derartig großen Frequenzbereich einzuhalten. Zusätzlich kommt erschwerend hinzu, dass gegebenenfalls auch noch ein zweites beabstandetes Frequenzband von beispielsweise 806 MHz bis 960 MHz vorgegeben ist, und dass die Strahler und Strahlereinrichtungen dann teilweise wie bereits erwähnt als Dualband-Strahler ausgeführt sind oder sein müssen. Somit steigt die Gesamtanzahl der Strahler und Strahlerelemente, zwischen denen es zu Wechselwirkungen kommen kann.
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Schließlich kann eine Gruppenantenne auch noch mehrere Spalten nebeneinander umfassen, so dass nicht nur die Entkopplung zwischen zwei senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen bezüglich der Strahler oder Strahlereinrichtungen einer Antennenspalte, sondern auch noch die Entkopplung zwischen gleichen Polarisationen bei Strahlern zu beachten sind, die in zwei verschiedenen Antennenspalten angeordnet sind.
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Vor diesem Hintergrund gibt es einen Bedarf für eine Gruppenantenne insbesondere mit einer verbesserten Entkopplung zwischen beiden Polarisationen. Dies gilt beispielsweise sowohl für eine einspaltige dualpolarisierte Antenne als auch für eine mehrspaltige Antenne.
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So ist bereits gemäß der
WO 00/31824 A1 eine Gruppenantenne vorgeschlagen worden, die örtlich getrennte Gruppen von einfach polarisierten Strahlern für jede Polarisation umfasst. Dies führt aber zu einem extrem großen Platzbedarf, so dass sich derartige Systeme in der Praxis nicht umsetzen lassen.
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Gemäß der
WO 2004/051796 A1 ist ein zweidimensionales Gruppen-Antennenarray vorgeschlagen worden, wobei in jeder der zumindest beiden vertikal verlaufenden Spalten jeweils eine Strahleranordnung vorgesehen ist, die getrennt voneinander gespeist werden. Dabei ist beispielsweise in der zweiten Spalte zumindest ein Strahler oder eine Strahleranordnung vorgesehen, die zusammen mit den Strahlern oder Strahleranordnungen in der ersten Antennenspalte gespeist wird. Umgekehrt ist in der ersten Antennenspalte zumindest ein Strahler oder eine Strahleranordnung vorgesehen, die mit den Strahlern in der zweiten Antennespalte gemeinsam gespeist wird. Dies dient letztlich der Strahlformung, ohne dass dadurch aber eine Verbesserung bezüglich der Entkopplung realisiert werden kann.
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Auch gemäß der
WO 2008/060206 A1 wird ein Antennenarray mit dualpolarisierten Strahlern vorgeschlagen, die an den Rändern je einen Bereich mit einfach-polarisierten Strahlern mit gleicher Polarisation aufweisen. Dabei ist die Anzahl der Strahler, die in einer Gruppe zusammengeschaltet sind, unterschiedlich. Auch hierdurch soll ein unterschiedliches Strahlungsdiagramm erzeugt werden. In anderen Ausführungsbeispielen wird eine zweispaltige Antenne vorgeschlagen, in der beispielsweise in der ersten Spalte nur Strahler in der einen Polarisationsrichtung ausgerichtet sind und in der zweiten Spalte die Strahler nur in einer dazu senkrechten Polarisationsebene, wobei der Abstand der mit gleicher Polarisationsebene ausgerichteten Strahler in den beiden Antennenspalten zueinander unterschiedlich ist. All diese Maßnahmen dienen, wie erwähnt, zur Erzeugung unterschiedlicher Strahlungsdiagramme.
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Vor diesem Hintergrund geht die vorliegende Erfindung von einem Stand der Technik aus, wie er grundsätzlich anhand von 10 gezeigt ist.
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Ein gattungsbildendes Antennenarray gemäß 10 weist dazu beispielsweise mehrere Strahlereinrichtungen 3 auf, die als dualpolarisierte Strahlereinrichtungen ausgebildet sind und dazu Strahler oder Strahlerelemente 3a umfassen, die in einer ersten Polarisationsebene P1 gespeist werden, also senden und/oder empfangen und zweite Strahler oder Strahlerelemente 3b, die in einer zur ersten Polarisationsebene P1 senkrecht stehenden zweiten Polarisationsebene P2 empfangen und/oder strahlen. Bevorzugt sind beide Polarisationsebenen in einem ebenen Winkel von +–45° in der Vertikalen oder Horizontalen ausgerichtet.
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Die erwähnten und in 10 gezeigten Strahlereinrichtungen sind dabei in einer Anbaurichtung 5 (lineare Anordnung) nebeneinander, im gezeigten Ausführungsbeispiel übereinander angeordnet. Soweit wird auch von einer einspaltigen Gruppenantenne gesprochen, also einer Gruppenantenne mit einer Antennenspalte 7, die üblicherweise in Vertikalrichtung oder überwiegend in Vertikalrichtung ausgerichtet ist, grundsätzlich aber auch in Horizontalrichtung und in beliebiger anderer Richtung mit einer Vertikal- und Horizontalkomponente ausgerichtet sein kann. Der Einfachheit halber wird insoweit nachfolgend stets von einer Antennenspalte unabhängig von der Ausrichtung gesprochen.
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Die erwähnten Strahlereinrichtungen
3 sind dabei üblicherweise vor einem Reflektor
1 angeordnet. Bei den dual-polarisierten Strahlern kann es sich beispielsweise um dipolförmige Strahleinrichtungen handeln, beispielsweise Dipolkreuze, Dipolquadrate, Vektordipole etc., wie sie beispielsweise aus der erwähnten
WO 00/39894 A1 bekannt sind. Auch Patchstrahler und andere Strahlereinrichtungen kommen in Betracht. Einschränkungen bestehen insoweit nicht.
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Die Strahler 3a bezüglich der einen Polarisationsebene P1 werden über ein Netzwerk N1 gespeist, wohingegen die Strahler 3b, die in der zweiten Polarisationsebene P2 strahlen, über das Netzwerk N2 gespeist werden.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Antennenarray zu schaffen, welches grundsätzlich einspaltig oder auch mehrspaltig ausgebildet sein kann, und welches in einem Band oder bevorzugt auch in mehreren Bändern betrieben werden kann, wobei mit einfachen Mitteln eine verbesserte Entkopplung zwischen den Polarisationen dualpolarisierter Strahler in einer Spalte und/oder eine verbesserte Entkopplung bezüglich Strahlereinrichtung der gleichen Polarisationsebene in benachbarten Antennenspalten erzielbar sein soll.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich nunmehr dadurch aus, dass eine dualpolarisierte Gruppenantenne drei verschiedenartige Bereiche bzw. drei verschiedenartige Strahleranordnungen oder Arten der Speisung der Strahlanordnungen umfasst, wobei vorgesehen ist, dass zumindest eine und vorzugsweise mehrere Strahlereinrichtungen bezüglich beider senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen gespeist werden, und dass jeder Antennenspalte zumindest jeweils eine weitere zusätzliche Strahlereinrichtung zugeordnet ist, die zum einen nur in der ersten Polarisationsebene und zum anderen nur in der zweiten Polarisationsebene gespeist wird. Bei den zusätzlichen Strahleranordnungen kann es sich um einfach-polarisierte Strahler oder ebenfalls um dualpolarisierte Strahler handeln, die in Abweichung zu den anderen Strahlern nur in eine Polarisationsebene gespeist werden.
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Dabei ist die Gesamtanzahl der von der Gruppenantenne mit der ersten und der zweiten Polarisation gespeisten Strahlern gleich.
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Üblicherweise werden dualpolarisierte Antennen möglichst gleichartig aufgebaut, um gleichartige Strahlungsdiagramme in beiden Polarisationsebenen zu erhalten. Dabei würde man bei einem symmetrischen Aufbau auch die beste Entkopplung erwarten. Von daher ist es umso überraschender, dass im Rahmen der Erfindung eine Verbesserung durch eine asymmetrische Gestaltung des Antennenarrays geschaffen wird. Denn im Rahmen der Erfindung ist die Anordnung der Strahler und/oder der Betrieb der Strahler nicht mehr unbedingt gleichartig oder symmetrisch. Denn die Belegungen und/oder Positionen der aktiven Strahler oder Strahlereinrichtungen der zu den beiden Polarisationen gehörenden Gruppen von Strahlereinrichtungen sind unterschiedlich. Teilweise werden beide Polarisationen eines dualpolarisierten Strahlers parallel verwendet (wie bisher auch), wobei nunmehr erfindungsgemäß zusätzlich auch noch andere örtlich voneinander getrennte einfach- oder dualpolarisierte Strahler vorgesehen sind, die im Falle der dualpolarisierten Strahler jedoch nur in einer Polarisationsebene betrieben werden. Dieser an sich geringfügig aufwendigere Aufbau führt letztlich jedoch zu einer teilweisen örtlichen Trennung der beiden Polarisationsebenen, was in überraschender Weise zu der verbesserten Entkopplung beiträgt. Die Verbesserung der Entkopplung kann dabei so groß sein, dass insgesamt auch alle weiteren Spezifikationen bzw. Strahlungsdiagramme, Anpassungen und die gewünschten Anforderungen bezüglich der Breitbandigkeit erfüllbar sind.
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Zwei dualpolarisierte Antennen mit ähnlichen oder gleichen Frequenzbereichen können auch hintereinander entlang einer einzigen Spalte angeordnet sein. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann ein dualpolarisierter Strahler in der Mitte z. B. von der +45°-Polarisation der ersten Antenne und gleichzeitig von der –45°-Polarisation der zweiten Antenne genutzt sein. Darüber und darunter können dann einfach polarisierte Strahlereinrichtungen angeordnet sein, die einmal in der einen Polarisationsebene bzw. in der anderen Polarisationsebene strahlen.
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Befinden sich zwei Antennenspalten nebeneinander, so kann es zusätzlich dualpolarisierte Strahler geben, deren eine Polarisationsebene der einen Spalte und deren andere Polarisationsebene der zweiten Antennenspalte zugeordnet ist, d. h. den jeweils in der einen bzw. der anderen Antennenspalte gespeisten Strahler oder Strahlereinrichtungen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen
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1: ein schematisches erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit vier dual-polarisierten Strahlern in einer Antennenspalte, die in beiden Polarisationen gespeist sind sowie einem oberen einfach-polarisierten Strahler und einem einfach-polarisierten unteren Strahler, die in zwei senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen strahlen;
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2: ein zur 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel in welchem jeweils zwei Paare von einfach-polarisierten Strahlern vorgesehen sind, die in entgegengesetzten Polarisationsebenen strahlen, und dazwischen zwei dualpolarisierte Strahlereinrichtungen vorgesehen sind;
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3: ein nochmals gegenüber 1 und 2 abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit mehreren jeweils einfach-polarisierten Strahlereinrichtungen;
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3a bis 3c: drei Darstellungen zur Verdeutlichung, wie eine erfindungsgemäße Antennenanordnung aufgebaut ist, die Strahlereinrichtungen umfasst, die in der einen und in einer dazu zweiten senkrechten Polarisationsebene strahlen;
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4: ein zur 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel, welches nur dualpolarisierte Strahlereinrichtung aufweist, wobei allerdings die oberste und die unterste dualpolarisierte Strahlereinrichtung jeweils nur in einer Polarisationsebene betrieben wird;
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5: ein weiteres schematisches erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Gruppenantenne, die in zwei Frequenzbändern betrieben wird;
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6: ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel in schematischer Ansicht mit zwei dualpolarisierten Gruppen von Strahlereinrichtungen, die längs einer Anbaurichtung (Linie) übereinander angeordnet sind, wobei die im Zentrum der Gruppenantenne sitzende Strahlereinrichtung bezüglich der einen Polarisation von der unteren Gruppe von Strahlereinrichtungen benutzt wird, wohingegen die dazu senkrecht stehende Polarisation der mittleren Strahlereinrichtung von der zweiten Gruppen von Strahlereinrichtungen benutzt wird;
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7: ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer zweispaltigen Gruppen-Antenne;
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8: ein Antennenarray mit zwei Antennenspalten mit Strahlereinrichtungen, die in einem niedrigeren und einem höheren Frequenzband betrieben werden;
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9: ein nochmal abgewandeltes Antennenarray mit zwei Antennenspalten mit Strahlereinrichtungen, wobei zumindest ein gemeinsames oberes und zumindest ein gemeinsames unteres dualpolarisiertes Strahlerelement vorgesehen ist, deren eine Polarisation mit entsprechenden Strahlereinrichtungen in der ersten Spalte gemeinsam und deren andere Polarisationsebene jeweils mit entsprechenden Strahlern in der zweiten Antennenspalte gemeinsam gespeist wird;
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10: ein Antennenarray, wie es nach dem Stand der Technik bekannt ist.
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Nachfolgend wird anhand von 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Dabei werden mit gleichen Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente bezeichnet, wie bei der Erläuterung der nach dem Stand der Technik bekannten Gruppenantenne gemäß 10.
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Mit anderen Worten ist bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß 1 ein Reflektor 1 vorgesehen, vor welchem in Anbaurichtung 5 – im gezeigten Ausführungsbeispiel in gleichen Abständen – in Vertikalrichtung übereinander im Abstand vor der Reflektorebene Strahlereinrichtungen 3 vorgesehen sind, deren Strahlelemente 3a in der Polarisationsebene P1 und deren Strahlerelemente 3b in der Polarisationsebene P2 strahlen, d. h. senden bzw. empfangen, wobei die beiden Polarisationsebenen senkrecht zueinander stehen und in einem +–45° Winkel gegenüber der Vertikalen oder Horizontalen ausgerichtet sind (zumindest näherungsweise ausgerichtet sind).
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Die in der einen Polarisationsebenen P1 strahlenden Elemente werden dabei über ein Netzwerk N1 gespeist, wohingegen die in der zweiten Polarisationsebene P2 betriebenen Strahlerelemente 3b über das Netzwerk N2 gespeist werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Monoband-Antenne.
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Im selben Ausführungsbeispiel ist nunmehr vorgesehen, dass neben den vier mittleren Strahlereinrichtungen 3 (die in beiden Polarisationsebenen betrieben und gespeist werden) eine oberste Strahlereinrichtung 103a vorgesehen ist, die ebenfalls über das erste Netzwerk N1 zusammen mit den anderen der gleichen Polarisationsebene P1 gespeisten Strahlern 3a gespeist wird und dass zu dem Antennenarray gehörig eine unterste Strahlereinrichung 103b vorgesehen ist, die mit den anderen in der zweiten Polarisationsebene P2 betriebenen Strahlern 3b über das zweite Netzwerk N2 gespeist wird.
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Durch diese Anordnung sind nunmehr für jede Polarisationsebene n-Strahler oder Strahlerelemente oder -einrichtungen 3 vorgesehen, im gezeigten Ausführungsbeispiel fünf Strahler bzw. Strahlerelemente, wobei die mittleren vier Strahler in beiden senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen betrieben werden und die oberste Strahlereinrichtung über das rechte Netzwerk N1 und die unterste Strahlereinrichtung 103b (die senkrecht zu der obersten Strahlereinrichtung 103a ausgerichtet ist) über das linke Netzwerk N2 gespeist wird. Mit anderen Worten ergeben sich somit insgesamt n + 1 übereinander angeordnete Strahlereinrichtungen 103a, 3, 103b, d. h. in diesem Beispiel sechs übereinander angeordnete Strahlereinrichtungen, nämlich jeweils fünf aktive Strahlereinrichtungen für jede Polarisation P1, P2. Mit anderen Worten sind bei diesem Ausführungsbeispiel n jeweils in einer Polarisationsrichtung P1 bzw. P2 Strahler, beispielsweise Dipolstrahler vorgesehen, wobei sich durch den Höhenversatz um die Differenz d zwischen den Strahlern, die in der einen linearen Polarisationsebene P1 strahlen, und den Strahlern, die in der anderen Polarisationsebene P2 strahlen, insgesamt n + 1 Strahlerpositionen ergeben, nämlich vier dualpolarisierte Strahler und ein oberer und ein unterer jeweils einfach-polarisierter Strahler.
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Somit ergeben sich also bei der erfindungsgemäßen Antenne zumindest drei unterschiedliche Antennenbereiche, nämlich einen mittleren Bereich X2 mit dualpolarisierten Strahlern 3 sowie einen oberen und einen unteren (jeweils an den Enden der Antennenanordung benachbart zu dem mittleren Strahlerbereich X2) weiteren Strahlerbereich X1 bzw. X3, in dem bezüglich der in Rede stehenden Antenne oder der Antennengruppe jeweils zumindest eine Strahleranordnung 103a bzw. 103b angeordnet ist, die entweder nur in der einen oder nur in der anderen Polarisationsebene strahlt.
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Insoweit wird nachfolgend zumindest auch teilweise von zumindest einer ersten Strahlereinrichtung 103a, zumindest einer zweiten Strahlereinrichtung 3 und zumindest einer dritten Strahlereinrichtung 103b gesprochen, wobei die zumindest eine erste Strahlereinrichtung 103a in dem vorstehend erwähnten einen oder ersten Strahlerbereich X1, die zumindest eine zweite Strahlereinrichtung 3 in dem vorstehend genannten zweiten Strahlerbereich X2 und die zumindest eine dritte Strahlereinrichtung 103b in dem vorstehend erwähnten dritten Strahlerbereich X3 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist zumindest eine zweite Strahlereinrichtung 3 in dem mittleren Bereich X2 zwischen dem beiden versetzt zueinander liegenden ersten und dritten Bereich X1, X3 angeordnet, wobei bei einer zumindest im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Mobilfunkantenne der eine Bereich X1 obenliegend und der dritte Bereich X3 untenliegend vorgesehen ist.
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Der jeweilige Versatz der in Anbaurichtung aufeinanderfolgend oder übereinander angeordneten Strahlereinrichtungen kann dabei über die ganze Gruppenantenne hinweg gleich sein, also auch dem Abstand d zwischen dem obersten Strahlerelement 103a und dem benachbarten dualpolarisierten Strahlerelement 3 sowie zwischen dem untersten Strahlerelement 103b (d. h. dem jeweiligen Zentrum dieser Strahlereinrichtung 103b) und der darüber befindlichen dualpolarisierten Strahlereinrichtung 3 entsprechen. Die Abstände können aber auch voneinander abweichend gestaltet sein, müssen also nicht immer zwingend gleich sein.
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Bereits an dieser Stelle soll angemerkt werden, dass nicht alle dual- oder einfach-polarisierten Strahler 3, 103a, 103b exakt auf einer Linie in Anbaurichtung 5 hintereinander angeordnet sein müssen. Möglich ist durchaus auch, dass der eine oder andere Strahler auch quer zur Anbaulinie versetzt liegt, oder beispielsweise auch in einer benachbarten Antennenspalte positioniert ist. Allerdings wird dadurch das Strahlungsdiagramm auch verändert, was nicht primär Ziel der vorliegenden Erfindung ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist nunmehr vorgesehen, dass lediglich die beiden mittleren dual-polarisierten Strahlereinrichtungen 3 in beiden Polarisationsebenen betrieben werden, wohingegen nunmehr zwei zu Oberst befindliche in der einen Polarisationsebene P1 strahlende einfach-polarisierte Strahlereinrichtung 103a und zwei zu unterst liegende einfach-polarisierte Strahlereinrichtung 103b vorgesehen sind, die jeweils beide in der zweiten Polarisationsebene B2 betrieben werden.
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In diesem Falle sind für jede Polarisation n einfach-polarisierte Strahlereinrichtungen vorgesehen, d. h. im gezeigten Ausführungsbeispiel vier, so dass sich insgesamt n + 2, also sechs übereinander angeordnete Strahlereinrichtungen 103b, 3, 103a ergeben, wobei vier jeweils einfach-polarisiert sind und zwei dualpolarisiert betrieben werden, jeweils über die entsprechenden Netzwerke N1, N2.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind also zwei erste Strahlereinrichtungen 103a, zwei zweite Strahlereinrichtungen 3 und zwei dritte Strahlereinrichtungen 103b vorgesehen.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zudem erläutert, dass die Abstände d zwischen den Positionen (Zentren) der beiden mittleren dualpolarisierten Strahlereinrichtungen sowie zwischen den jeweils darüber befindlichen, einfachpolarisierten und benachbart zueinander angeordneten Strahlereinrichtungen 103b gleich sind und dabei kleiner sind als der Positionsabstand d zwischen der zu unterst liegenden dualpolarisierten Strahlereinrichtung 3 und dem jeweils nach unten in sich anschließend einfach-polarisierten Strahlerelement 103b bzw. zwischen den beiden Enden einfach-polarisierten Strahlerelementen 103b.
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Ganz allgemein ist die Anordnung also derart, dass bei n-Strahlerelementen für die jeweilige Polarisation 1, 2, ... bis maximal n – 1 als singular polarisierte Strahler ausgebildet sein können, so dass letztlich m = n – 1, m = n – 2, ... bis minimal m = 1 Strahleranordnungen als dualpolarisierte Strahleranordnungen ausgebildet sind bzw. ist, die in zwei senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen gleichzeitig betrieben wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist die vorstehend erläuterte Lösung noch weiter ausgebaut worden, wobei für jede Polarisation in diesem Beispiel fünf Strahlereinrichtungen vorgesehen sind. Die drei zu Oberst in dem oberen Bereich X1 liegenden ersten Strahlereinrichtungen 103a strahlen in der einen Polarisationsebene P1, wohingegen die drei zu unterst in dem Bereich X3 liegenden dritten Strahlereinrichtungen 103b in der senkrecht dazu ausgerichteten Polarisationsebene P2 strahlen. Lediglich die beiden in dem mittleren Bereich X2 liegenden zweiten Strahlereinrichtungen 3 sind als dualpolarisierte Strahleinrichtungen ausgebildet.
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Ob die zu Oberst liegenden einfach-polarisierten Strahler in der Polarisationsebene P1 und die zu unterst liegenden einfach-polarisierten Strahler in der Polarisationsebene P2 strahlen oder umgekehrt, ist für die erfindungsgemäßen Vorteile unerheblich.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind also für jede Polarisationsebene n Strahler vorgesehen, im gezeigten Ausführungsbeispiel also fünf, wobei m dieser Strahler als dualpolarisierte Strahler ausgebildet sind, nämlich die beiden mittleren, so dass in diesem Ausführungsbeispiel m der Zahl 2 entspricht. Von daher sind n – m einfach-polarisierte Strahler 103a bzw. 103b vorgesehen. Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann die Zahl m minimal 1 sein, so dass zumindest ein dualpolarisierter Strahler in der Mitte vorgesehen ist. Wenn abweichend von 3 beispielsweise m = 3 oder m = 4 wäre, wären also drei oder vier dualpolarisierte Strahler (in der Mitte des Antennenarrays) übereinander vorgesehen, so dass in diesem Fall bei n – m = 5 – 3 = 2 nur zwei obere und zwei untere linear-polarisierte Strahler bzw. im anderen Fall n – m = 5 – 4 = 1 nur ein oberer und ein unterer unterschiedlich polarisierter einfach-polarisierter Strahler 103a bzw. 103b vorgesehen sind, wobei in all diesen Ausführungsbeispielen n und m natürliche ganze Zahlen sind und n mindestens drei oder größer sein muss, um drei unterschiedliche Antennenbereiche X1, X2 und X3 zu bilden, nämlich einen Antennenbereich X2 mit zumindest einem dualpolarisierten Strahler und zumindest jeweils zwei Bereiche X1 und X3 mit zumindest einem einfach-polarisierten Strahler einmal in der einen Polarisationsausrichtung und einmal in der dazu senkrechten Polarisationsausrichtung. m kann dabei stets die Werte 1, 2, .. bis maximal n – 1 annehmen.
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Anhand von 3a bis 3c ist noch schematisch gezeigt, wie grundsätzlich die erfindungsgemäße Antenne aufgebaut ist. 3a gibt wieder, dass beispielsweise fünf Strahleranordnungen, die jeweils in der Polarisationsebene P2 strahlen, in einem Positionsabstand d übereinander angeordnet sind, so dass die fünf in der Polarisationsebene P2 strahlende Strahler an den Positionen 1P2, 2P2, 3P2, 4P2 und 5P2 positioniert sind.
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In 3b sind in dem gleichen Positionsabstand b übereinander fünf Strahlerelemente angeordnet, die in der dazu senkrechten Polarisationsebene P1 strahlen. Diese fünf Strahlerelemente sind dann an den Positionen 1P1, 2P1, 3P1, 4P1 und 5P1 angeordnet. Die in 3a gezeigten, in der Polarisationsebene P1 strahlenden Strahlerelemente sind dabei um einen dreifachen Versatz von 3 × d nach oben versetzt liegend zu den links in 3a gezeigten, in der zweiten Polarisationsebene P2 strahlenden Strahlerelementen angeordnet. Dies führt im Ergebnis gemäß 3c dazu (wenn die Strahlerelemente in der ersten Polarisationsebene P1 und in der zweiten Polarisationsebene P2 in vertikaler Anbaurichtung übereinander gemeinsam angeordnet werden), dass die in der Position 1P2 und 2P2 angeordneten, in der zweiten Polarisationsebene P2 strahlende Strahler mit den in der vierten und fünften Position 4P1 und 5P1 angeordneten, in der ersten Polarisationsebene P1 strahlenden Strahler zu dualpolarisierten Strahlern zusammengefasst werden, und gemäß dem Ergebnis nach 3c obenliegend die in der einen Polarisationsebene P1 strahlenden oder betriebenen ersten Strahlereinrichtungen 103a gebildet werden, darunterliegend die beiden zweiten Strahlereinrichtungen 3, die als dualpolarisierte Strahler ausgebildet sind, und darunter drei dritte Strahlereinrichtungen 103b gebildet sind, die in der zweiten Polarisationsebene P2 strahlen.
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Allgemein kann gesagt werden, dass die Strahler bezüglich der einen Polarisationsebene, die über das eine Netzwerk N1 gespeist wird, zu den Strahlern, die in der anderen Polarisationsebene strahlen und über das zweite Netzwerk N2 gespeist werden, um einen oder mehrere Abstände d versetzt zueinander angeordnet sind, also in Anbaurichtung 5 versetzt zueinander angeordnet sind, wobei der Abstand d dem Abstand zwischen zwei benachbarten Strahlereinrichtungen entspricht. Dadurch ergibt sich eine Gesamtlösung, bei der jeweils ein in der einen Polarisationsebene P1 strahlendes Strahlerelement, welches über das eine Netzwerk gespeist wird, mit einem in einer relativ höheren oder tieferen Position angeordneten Strahlerelement, das in der zweiten Polarisationsebene P2 strahlt und über das zweite Netzwerk gespeist wird, zu einem gemeinsamen dualpolarisierten Strahlerelement zusammengefasst ist. Durch den Versatz in Anbaurichtung der Strahlerelemente in der einen und der anderen Polarisationsebene werden dadurch oben- und untenliegend, also allgemein in Anbaurichtung versetzt liegend erste Strahlereinrichtungen 103a und dritte Strahlereinrichtungen 103b gebildet, von denen die ersten Strahlereinrichtungen 103a nur in einer Polarisationsebene P1 oder P2 und die dritten Strahlereinrichtungen 103b nur in der dazu jeweils senkrechten Polarisationsebene P2 oder P1 strahlen bzw. betrieben werden.
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Anhand von 4 wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel ähnlich zu jenem nach 1 erläutert. Unterschiedlich ist bei diesem Ausführungsbeispiel lediglich, dass im Gegensatz zu 1 an zu oberster wie zu unterster Stelle (Bereich X1 bzw. Bereich X3) ein dualpolarisierter erster bzw. dritter Strahler 3 angeordnet ist, wobei dieser dualpolarisierte erste bzw. dritte Strahler vom Aufbau und der Gestaltung her den anderen dualpolarisierten Strahlern 3 entsprechen kann, aber nicht entsprechen muss. Allerdings wird der zu Oberst angeordnete dualpolarisierte erste Strahler nur in der einen Polarisationsebene P1 gespeist, hat also die Wirkung wie ein einfach-polarisierter Strahler 103a in 1.
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Der zu unterst im Bereich X3 angeordnete dualpolarisierte dritte Strahler 3 wird nur in der dazu senkrechten zweiten Polarisationsebene P2 gespeist, hat also eine in elektrotechnischer Hinsicht Funktion lediglich wie der einfach-polarisierte Strahler 103b in 1.
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In diesem Ausführungsbeispiel weist also n den Wert 5 auf, da für jede Polarisationsebene fünf Strahlereinrichtungen vorgesehen sind, wobei der Wert für m 4 beträgt, da vier dualpolarisierte Strahler in der Mitte vorgesehen sind und nur einen oberen und einen unteren Strahler, der zwar als dualpolarisierter Strahler ausgebildet ist, aber nur in einer Polarisationsebene strahlt. Dabei kann wie erwähnt die Schaltung der dualpolarisierten Strahler unterschiedlich sein, d. h. sie können beispielsweise als Dipolkreuz, als Dipolquadrat, als Vektordipol oder als Patchstrahler etc. gebildet sein. Die Strahlertypen müssen von daher nicht zwangsläufig identisch sein.
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Wie in allen vorstehenden wie aber auch nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind zur Erzielung einer ausreichenden ähnlichen Gestaltung des Strahlungsdiagramms die Anzahl der lediglich in der einen Polarisationsebene P1 gespeisten Strahler 103a identisch zu der Anzahl der in der anderen Polarisationsebene P2 gespeisten Strahlern 103b. Dabei sind in den gezeigten Ausführungsbeispielen zwischen den als einfach-polarisierte Strahler ausgebildeten Strahlern 103a, 103b oder die nur in einer Polarisationsebene betriebenen dualpolarisierten Strahler 103a, 103b (also zwischen den obersten und untersten Positionen des Antennenarrays) die dualpolarisierten und in beiden Polarisationsebenen gespeisten Strahlereinrichtungen 3 in dem mittleren Bereich des Antennenarrays vorgesehen.
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Ganz allgemein sind also die jeweils in einer Polarisationsrichtung P1 bzw. P2 ausgerichteten Strahler oder in dieser einen Polarisationsebene strahlenden dual-polarisierten Strahler im oberen und unteren zur Mitte des Antennenarrays versetzt liegenden Antennenpositionen angeordnet, so dass die in beiden Polarisationsebenen strahlenden Strahler oder Strahleranordnungen in den mittleren Positionen des Antennenarrays vorgesehen sind.
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Anhand von 5 ist eine Variante beschrieben, die eine Gruppenantenne mit einem Antennenaufbau entsprechend 1 umfasst. Allerdings ist die anhand von 5 erläuterte Gruppenantenne nunmehr als Dual-Band-Gruppenantenne ausgebildet, wobei das Antennensystem mit den Strahlereinrichtungen 55 für das niedrigere Frequenzband Fn in Quadratform dargestellt ist. Das Antennensystem für das höhere Frequenzband Fh ist somit innerhalb der dual-polarisierten und als Dualband ausgebildeten Gruppenantenne angeordnet, wobei die kreuzförmig dargestellten Strahlereinrichtungen beispielsweise in Form von Dipolkreuzen oder Dipolquadraten die entsprechenden dualpolarisierten Strahler des höheren Frequenzbandes Fh und die als Linien dargestellten Strahlereinrichtungen 103a, 103b die nur einfach-polarisierten Strahler dieses höhen Frequenzbandes Fh darstellen (entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 1). Die zugehörigen Netzwerke N zur Speisung der einfach- oder dualpolarisierten Strahlereinrichtungen 55 für das niedrigere Frequenzband Fn sind der Einfachheit halber und zur besseren Übersichtlichkeit in 5 nicht eingezeichnet, sondern weggelassen worden.
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Auch in diesem Ausführungsbeispiel können anstelle der einfach-polarisierten Strahler 103a, 103b dual-polarisierte Strahler verwendet werden, die nur in einer der jeweils beiden Polarisationsebenen betrieben werden, wie anhand von 4 erläutert wurde. Ebenso können mehrere obere und mehrere untere einfach-polarisierte Strahler oder dualpolarisierte Strahler, die nur in einer Polarisationsebene betrieben werden, vorgesehen sein, wie dies anhand von 2 und 3 erläutert wurde.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 sind nunmehr zwei dualpolarisierte Gruppen von Antennen in Anbaurichtung 5, also vertikal übereinander angeordnet, wobei eine erste Gruppe A mit den beiden Netzwerken N1 und N2 grundsätzlich aufgebaut ist, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1.
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Auch die zweite Gruppe B mit entsprechenden Strahlern und Strahlereinrichtungen ist gleichermaßen aufgebaut, wobei die in der Polarisationsebene P1 strahlenden Strahler oder Strahlerelemente 3a über das Netzwerk N11 gespeist werden und die in der zweiten Polarisationsebene P2 strahlenden Strahler oder Strahlerelemente 3b über das zweite Netzwerk N22.
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Dabei ist die Anordnung nunmehr derart, dass die Strahlereinrichtung 3 in der Mitte der gesamten Gruppenantenne bezüglich der einen Polarisationsebene P1 über die untere Antennengruppe A und die dazu senkrechte zweite Polarisationsebene P2 über das Netzwerk N22 der oberen Antennengruppe B gespeist wird. Mit anderen Worten wird hier quasi das in 1 oben im ersten Bereich X1 liegende einfach-polarisierte erste Antennenelement 103a mit dem in der oberen Gruppe unten im Bereich X3 liegenden senkrecht dazu polarisierten dritten Antennenelement 103b zu einem dualpolarisierten Antennenelement zusammengefasst, das in beiden Polarisationsebenen über die beiden Gruppen gespeist wird.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind also für jede der beiden Antennengruppen A oder B die drei Strahlerbereiche X1, X2 oder X3 vorgesehen, wobei der Antennenbereich X1 der unteren Antennengruppe A mit dem Antennenbereich X3 der oberen Antennengruppe B zusammenfällt, so dass hier ein dualpolarisierter Strahler 103' verwendet werden kann, der in der einen Polarisationsebene P1 über das Netzwerk N1 der unteren Antennengruppe A und in der anderen Polarisationsebene P2 über das Netzwerk N22 der oberen Antennengruppe B gespeist wird.
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Genauso könnte das Beispiel gemäß 6 insoweit abgewandelt werden, als die in der einen Polarisationsebene P1 und die in der anderen Polarisationsebene P2 strahlenden Strahler in beiden Gruppen nicht nur um einen Versatz d in Vertikalrichtung versetzt zusammengefasst werden, sondern beispielsweise in einem doppelten Schritt 2d oder 3d etc., so dass zu unterst und zu Oberst jeweils zwei oder drei etc. einfach-polarisierte Strahler vorgesehen sind (oder dualpolarisierte Strahler, die nur in einer Polarisationsebene strahlen), und dass in diesem Fall zwei oder drei etc. mittlere dualpolarisierte Strahler vorgesehen sind, von denen zwei, drei etc. von dem einen Netzwerk N1 der ersten Gruppe A Antennen gespeist werden und diese dualpolarisierten Strahler in der Mitte des Antennenarrays bezüglich der zweiten Polarisationsebene P2 über das Netzwerk N2 gespeist werden, da die in der Ebene strahlenden Strahlerkomponenten zur zweiten Antennengruppe B gehören. Mit anderen Worten kann auch hier der Versatz oder die Anzahl der einfach-polarisierten Strahler ähnlich unterschiedlich vorgenommen werden, wie dies an den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen 1 bis 5 grundsätzlich erläutert wurde.
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In 7 ist nunmehr ein Ausführungsbeispiel bezüglich eines zweispaltigen Antennenarrays gezeigt, bei welchem entsprechende Strahler und Strahlereinrichtungen in der Spalte 7a und in einer daneben angeordneten ebenfalls vertikal und parallel zur ersten Antennenspalte verlaufenden Antennenspalte 7b positioniert sind. Die Strahlereinrichtung kann in jeder der beiden Spalten nach einem der vorausgegangenen Ausführungsbeispiele oder in ähnlicher Weise aufgebaut sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die Anordnung der Strahler in der Antennenspalte 7a jenem Ausführungsbeispiel gemäß 1. Auch in der zweiten Spalte 7b könnte die gleiche Anordnung vorgesehen sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung in der Spalte 7b lediglich spiegelbildlich zu der Ausrichtung und Anordnung der Strahler in der ersten Spalte 7a gezeigt. Oben im Bereich X1 liegend strahlt also in der ersten Antennenspalte 7a der einfach-polarisierte erste Strahler 103a in der ersten Polarisationsebene P1 und der im dritten Bereich X2 zu unterst angeordnete dritte Strahler 103b in der dazu senkrechten Polarisationsebene P2, wohingegen in der zweiten Spalte 7b der zu Oberst im Bereich X1 angeordnete einfach-polarisierte erste Strahler 103a in der zweiten Polarisationsebene P2 und der zu unterst im Bereich X3 liegende dritte Strahler 103b in der ersten Polarisationsebene P1 strahlt. Ebenso könnten beide Spalten im Ausführungsbeispiel gemäß 7 auch vertauscht werden. Natürlich können auch hier die einfach-polarisierten Strahler durch dualpolarisierte Strahler ersetzt werden, die aber nur wie anhand von 4 erläutert wurde in der jeweils ihm zugeordneten einen Polarisationsebene betrieben werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 ist ferner gezeigt, dass bei einer zweispaltigen Gruppenantenne die obersten und untersten Strahler 3 für das höhere Frequenzband Fh ebenfalls dualpolarisierte Strahler 3 verwendet werden können, die wie ausgeführt nur in einer Polarisationsebene P1 bzw. P2 strahlen. Zusätzlich ist anhand von 8 für das zweispaltige Antennenarray gezeigt, dass es sich hierbei ebenfalls wiederum um eine Dual-Band-Antenne handeln kann sowie dies für eine einspaltige Dual-Band-Antenne anhand von 5 erläutert wurde. Als Rechtecke sind dabei die in der Regel dualpolarisierten Strahler für das niedrigere Frequenzband Fn dargestellt, deren Abstand in Anbaurichtung etwa doppelt so groß sein kann, wie der Abstand d zwischen den Zentren der dualpolarisierten Strahler für das höhere Frequenzband Fh. Grundsätzlich können aber auch hier die Abstände d in gewissen Bereichen variieren und unterschiedlich sein.
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In den Ausführungsbeispielen ist erläutert worden, dass die Strahler in Anbaurichtung 5 versetzt zueinander liegen. Wie bereits erwähnt, können zumindest einzelne Strahler, also einfach-polarisierte Strahler oder dual-polarisierte Strahler zumindest nur mit einer Komponente in Anbaurichtung versetzt liegen, mit der Folge, dass die betreffenden Strahler oder Strahlereinrichtungen nicht auf einer exakten geraden Anbaulinie beabstandet zueinander angeordnet sind, sondern auch noch zusätzlich mit Seitenversatz dazu. Wie erwähnt, für dies aber zu einer Veränderung des Strahlungsdiagramms. Wenn dies auch gewünscht sein sollte, könnten derartige zusätzliche Maßnahmen sinnvoll sein.
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Nachfolgend wird noch auf 9 Bezug genommen, in der vom Prinzip her eine Variante entsprechend 7 gezeigt ist.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 9 unterscheidet sich von jenem nach 7 nur dadurch, dass nunmehr die beiden, in jeder Antennenspalte zu Oberst liegenden ersten Strahlereinrichtungen 103a, also die erste Strahlereinrichtung 103a in der linken Spalte 7a und das dazu in der senkrechten Polarisation P2 strahlende erste Strahlerelement 103a in der rechten Spalte 7b zu einer gemeinsamen dualpolarisierten Strahlereinrichtung 103'a zusammengefasst ist. Dabei wird das Strahlerelement 103a, wie es in der ersten Polarisationsebene P1 strahlt, über das betreffende Netzwerk N2 gespeist, über welches auch die in der gleichen Antennenspalte 7a in der gleichen Polarisationsebene P1 ausgerichteten Strahlereinrichtungen 3 gespeist werden, wohingegen die erste Strahlereinrichtung 103a in der zweiten Spalte 7b, die in der zweiten Polarisationsebene P2 strahlt, über das Netzwerk N11 gespeist wird, über welches auch die in dieser Polarisationsebene P2 strahlenden Strahlerelemente der zweiten Strahlereinrichtung 3 gemeinsam gespeist werden. Das Gleiche gilt für die jeweils untenliegenden dritten Strahlereinrichtungen 103b in der ersten und zweiten Spalte 7a, 7b, die bei der Variante gemäß 9 auch in einer dualpolarisierten Strahlereinrichtung 103'b zusammengefasst wurden und die entsprechenden Polarisationsebenen auch wieder über die zugeordneten Netzwerke N1 bzw. N22 gespeist werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 00/39894 A1 [0002, 0014]
- WO 2004/100315 A1 [0002]
- WO 00/31824 A1 [0008]
- WO 2004/051796 A1 [0009]
- WO 2008/060206 A1 [0010]
