DE102021128221B4 - Antenna system for receiving signals from a transmitting antenna - Google Patents

Antenna system for receiving signals from a transmitting antenna Download PDF

Info

Publication number
DE102021128221B4
DE102021128221B4 DE102021128221.7A DE102021128221A DE102021128221B4 DE 102021128221 B4 DE102021128221 B4 DE 102021128221B4 DE 102021128221 A DE102021128221 A DE 102021128221A DE 102021128221 B4 DE102021128221 B4 DE 102021128221B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
antenna
antenna system
individual antennas
designed
arrangement
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.)
Active
Application number
DE102021128221.7A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102021128221A1 (en
Inventor
Stefano Caizzone
Wahid Elmarissi
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.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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 Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority to DE102021128221.7A priority Critical patent/DE102021128221B4/en
Priority to PCT/EP2022/078841 priority patent/WO2023072661A1/en
Publication of DE102021128221A1 publication Critical patent/DE102021128221A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102021128221B4 publication Critical patent/DE102021128221B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
    • H01Q3/2611—Means for null steering; Adaptive interference nulling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/20—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Antennensystem (10) für den Empfang von Signalen von einer Sendeantenne, insbesondere für den Einsatz in einem Globalen Navigationssatellitensystem, GNSS, wobei das Antennensystem (10) die folgenden Komponenten aufweist:- eine Antennenkuppel (12);- eine Referenzantenne (14) für den Empfang von Signalen, wobei die Referenzantenne (14) an der Antennenkuppel (12) im Wesentlichen in Zenit-Richtung angeordnet ist;- eine Antennenanordnung für die Detektion und Unterdrückung von Störsignalen, wobei die Antennenanordnung mehrere Einzelantennen (16) aufweist, die entlang einer nicht-planaren Oberfläche (12a) angeordnet sind; und- eine Choke-Ring-Struktur (18) umfassend gestapelte metallische Ringe (20) für die Unterdrückung von Multipfad-Reflexionen.Antenna system (10) for receiving signals from a transmitting antenna, in particular for use in a global navigation satellite system, GNSS, the antenna system (10) having the following components: - an antenna dome (12); - a reference antenna (14) for the Reception of signals, the reference antenna (14) being arranged on the antenna dome (12) essentially in the zenith direction;- an antenna arrangement for the detection and suppression of interference signals, the antenna arrangement having a plurality of individual antennas (16) which are arranged along a non - planar surface (12a) are arranged; and- a choke ring structure (18) comprising stacked metallic rings (20) for suppression of multipath reflections.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antennensystem für den Empfang von Signalen von einer Sendeantenne, wobei das erfindungsgemäße Antennensystem insbesondere für den Einsatz in einem globalen Navigationssatellitensystem (GNSS) vorgesehen sein kann.The present invention relates to an antenna system for receiving signals from a transmitting antenna, wherein the antenna system according to the invention can be provided in particular for use in a global navigation satellite system (GNSS).

Die Nutzung von GNSS als Instrument für die präzise Lokalisierung, Navigation und Zeitmessung nimmt in einer Vielzahl von Anwendungsfällen stetig zu. Parallel zu weit verbreiteten, kostengünstigen Anwendungen von GNSS steigt auch der Bedarf an präzisen Referenzstationen und präzisen Rovern zunehmend.The use of GNSS as a tool for precise localization, navigation and timing is steadily increasing in a variety of use cases. Along with widespread, low-cost applications of GNSS, the need for precise reference stations and precise rovers is increasing.

Bei präzisen Lokalisierungssystemen, wie sie in der Geodäsie, für IGS-Referenzstationen (International GNSS Service Referenzstationen), aber auch für Rover für RTK-Zwecke (real time kinematic) verwendet werden, gibt es zusätzliche strenge Anforderungen an die Leistung der Antennen, um jegliche Effekte durch Abweichungen vom Idealzustand zu minimieren. Diese Abweichungen vom Idealzustand sind bei kostengünstigen mobilen Anwendungen signifikant und schränken die erreichbare Positionierungsgenauigkeit stark ein.With precise localization systems, such as those used in geodesy, for IGS reference stations (International GNSS Service reference stations), but also for rovers for RTK purposes (real time kinematic) there are additional strict requirements on the performance of the antennas in order to minimize any effects caused by deviations from the ideal state. These deviations from the ideal state are significant in low-cost mobile applications and severely limit the positioning accuracy that can be achieved.

Beispiele für High-End-Antennen, die in Referenzstationen verwendet werden, sind die Leica AR25 Antenne und die GAL-EXP-ANT Antenne von Airbus Italia S.p.A. (vormals: Space Engineering S.p.A.).Examples of high-end antennas used in reference stations are the Leica AR25 antenna and the GAL-EXP-ANT antenna from Airbus Italia S.p.A. (formerly: Space Engineering S.p.A.).

Solche Hochleistungsantennen sind so ausgelegt, dass sie antennenbedingte Fehlerbeiträge zu den GNSS-Messungen (in Form von Gruppenlaufzeitvariationen und Phasenzentrumsvariationen) sowie multipfadbedingte Fehler (aufgrund von Reflexionen der Satellitensignale an Objekten in der Nähe der Antenne) minimieren.Such high-performance antennas are designed to minimize antenna-related error contributions to the GNSS measurements (in the form of group delay variations and phase center variations) and multipath-related errors (due to reflections of the satellite signals from objects in the vicinity of the antenna).

Jedoch sind Referenzstationsantennen, wie die oben genannten, kaum gegen Interferenzereignisse wie Jamming oder Spoofing wirksam. Interferenzereignisse werden in diesem Fall höchstens auf der Empfängerseite behandelt, allerdings mit begrenzten Unterdrückungsmöglichkeiten und einem hohen Risiko von Serviceunterbrechungen im Falle starker Interferenzen und/oder der fehlenden Möglichkeit, die Herkunftsrichtung der Interferenz zu erkennen.However, reference station antennas such as those mentioned above are hardly effective against interference events such as jamming or spoofing. Interference events in this case are handled at most on the receiver side, albeit with limited suppression capabilities and a high risk of service disruptions in the event of strong interference and/or the lack of ability to detect the direction of origin of the interference.

Interferenzen werden jedoch immer mehr zu einem Problem, dem Beachtung geschenkt werden sollte, denn die Häufigkeit von Interferenzen auf Flughäfen und in der Nähe von Referenzstationen nimmt stetig zu und gefährdet die Integrität und Verfügbarkeit der Stationen. Nationale und internationale Behörden haben diese Notwendigkeit bereits erkannt und suchen nach geeigneten Technologien.However, interference is a growing concern that deserves attention as the frequency of interference at airports and near reference stations is increasing, threatening the integrity and availability of the stations. National and international authorities have already recognized this need and are looking for suitable technologies.

Eine bekannte und wirksame Gegenmaßnahme gegen Interferenzen ist in dem Einsatz von Mehrantennen-Arrays zu sehen. Durch den gleichzeitigen Einsatz und die richtige Phasenlage mehrerer Antennen können Mehrantennen-Arrays Strahlungsnullen (also Bereiche, in denen das Antennensystem einen sehr geringen oder überhaupt keinen Verstärkungsfaktor aufweist) in die Richtung der Störquelle(n) lenken und so die am Empfänger empfangene Störleistung stark verringern. Mehrere solcher Mehrantennen-Systeme wurden in den letzten Jahren weltweit untersucht und sind aus dem Stand der Technik bekannt.A well-known and effective countermeasure against interference can be seen in the use of multi-antenna arrays. By using multiple antennas at the same time and correctly phasing them, multiple antenna arrays can direct radiation nulls (i.e. areas where the antenna system has very little or no gain at all) in the direction of the interference source(s), thus greatly reducing the interference power received at the receiver. Several such multi-antenna systems have been investigated worldwide in recent years and are known from the prior art.

Bisher konzentrierten sich Mehrantennen-Systeme jedoch hauptsächlich auf den Aspekt der Robustheit, d.h. auf die Notwendigkeit, starke Störquellen zu unterdrücken. Der Schwerpunkt bisheriger Entwicklungen lag hingegen nicht auf der Genauigkeit in störungsfreien Fällen, sondern vielmehr darauf, eine Positionierung auch in stark gestörten Szenarien zu ermöglichen.So far, however, multi-antenna systems have mainly focused on the aspect of robustness, i.e. the need to suppress strong sources of interference. The focus of previous developments, on the other hand, was not on accuracy in fault-free cases, but rather on enabling positioning even in heavily disturbed scenarios.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen werden planare Designs vorgeschlagen, mit dem Ziel, Signale niedriger und negativer Elevation (störende und nicht störende) natürlich zu filtern. Dies ist jedoch in störungsfreien Fällen und bei Referenzstationen, bei denen Satellitensignale mit niedriger Elevation korrekt empfangen werden sollen, nicht optimal.In the solutions known from the prior art, planar designs are proposed with the aim of naturally filtering signals of low and negative elevation (interfering and non-interfering). However, this is not optimal in interference-free cases and with reference stations where satellite signals with low elevation should be received correctly.

Andererseits wurden in letzter Zeit einige Systeme zur Erkennung von Interferenzen vorgeschlagen, die konforme oder facettierte Arrays verwenden. Solche Systeme sind jedoch weniger vorteilhaft für die Unterdrückung von Interferenzen und Mehrwegeffekten, da die Anordnung der Elemente von Natur aus dazu neigt, mehr Leistung aus niedriger Höhe zu empfangen und daher Interferenzen aus niedriger Höhe am schlechtesten zu unterdrücken. Darüber hinaus führt die Neigung der Array-Elemente zu einer inhärenten Anfälligkeit für reflektierte Signale, sowohl im Hinblick auf Multipfadeffekte als auch auf reflektierte Interferenzen, was in Referenzstationen als nachteilig anzusehen ist.On the other hand, some interference detection systems using conformal or faceted arrays have recently been proposed. However, such systems are less favorable for suppressing interference and multipath, since the element arrangement inherently tends to receive more power from lower altitudes and is therefore the worst at suppressing low-level interference. In addition, the tilting of the array elements results in an inherent susceptibility to reflected signals, both in terms of multipath effects and reflected interference, which is considered a disadvantage in reference stations.

Antennen, die in beiden der genannten Fälle eine optimale Leistung erbringen können, sind hingegen aus dem Stand der Technik bisher nicht bekannt.On the other hand, antennas that can provide optimal performance in both of the cases mentioned are not known from the prior art.

In WO 2021 / 046 635 A1 ist eine Breitbandantenne offenbart. Die beschriebene Antenne weist ein Grundebenensubstrat mit einer definierten Mitte auf, die eine erste Metallisierungsschicht umfasst, welche eine Grundebene für die Antenne bildet. Zudem weist die Antenne ein gegenüberliegendes Paar metallisierter Antennenblätter auf, wobei jedes der genannten Blätter elektrisch isoliert ist. Darüber hinaus weist die Breitbandantenne ein Bipolsubstrat auf, welches zwischen der Grundebene und einem Blattsubstrat angeordnet ist.WO 2021/046 635 A1 discloses a broadband antenna. The antenna described has a ground plane substrate with a defined center that includes a first metallization layer that forms a ground plane for the antenna. In addition, the antenna has an opposite pair of metallized antenna sheets, each of said sheets being electrically insulated. In addition, the broadband antenna includes a bipolar substrate sandwiched between the ground plane and a sheet substrate.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Antenne bereitzustellen, die in der Lage ist, Multipfadeffekte in störungsfreien Szenarien zu unterdrücken und gleichzeitig Störungen in der Umgebung der Referenzstation (bis hin zu geringen Höhen) zu erkennen, zu lokalisieren und zu unterdrücken.The object of the present invention is therefore to provide an antenna that is able to suppress multipath effects in interference-free scenarios and at the same time detect, localize and suppress interference in the vicinity of the reference station (down to low altitudes).

Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe wird ein Antennensystem für den Empfang von Signalen von einer Sendeantenne, insbesondere für den Einsatz in einem Globalen Navigationssatellitensystem (GNSS) vorgeschlagen, wobei das Antennensystem die folgenden Komponenten aufweist:

  • - eine Antennenkuppel;
  • - eine Referenzantenne für den Empfang von Signalen, wobei die Referenzantenne an der Antennenkuppel im Wesentlichen in Zenit-Richtung angeordnet ist;
  • - eine Antennenanordnung für die Detektion und Unterdrückung von Störsignalen, wobei die Antennenanordnung mehrere Einzelantennen aufweist, die entlang einer nicht-planaren Oberfläche der Antennenkuppel angeordnet sind; und
  • - eine Choke-Ring-Struktur umfassend gestapelte metallische Ringe für die Unterdrückung von Multipfad-Reflexionen.
To solve the above task, an antenna system for receiving signals from a transmitting antenna, in particular for use in a global navigation satellite system (GNSS), is proposed, the antenna system having the following components:
  • - an antenna dome;
  • - a reference antenna for receiving signals, the reference antenna being arranged on the antenna dome essentially in the zenith direction;
  • - An antenna arrangement for the detection and suppression of interference signals, the antenna arrangement having a plurality of individual antennas which are arranged along a non-planar surface of the antenna dome; and
  • - a choke ring structure comprising stacked metallic rings for the suppression of multipath reflections.

Durch das erfindungsgemäße Antennensystem wird eine insbesondere für GNSS-Anwendungen geeignete Antenne mit hoher Leistungsfähigkeit bereitgestellt, die beispielsweise in GNSS-Referenzstationen verwendet werden kann. Das erfindungsgemäße Antennensystem ist in der Lage, Multipfadeffekte am Boden unter Verwendung der Choke-Ring-Struktur signifikant zu unterdrücken. Zudem wird durch den Einsatz der Einzelantennen, die entlang einer nicht-planaren Oberfläche (z. B. entlang einer Halbkugel) angeordnet sind, in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Einzelantennen seitlich an der Antennenkuppel ausgerichtet sein können und dadurch eine besonders effektive Detektion und Lokalisation von Störquellen erlauben. Dadurch wird die räumliche Abdeckung des Antennensystems verbessert. Durch adaptive Strahlsteuerung und adaptives Strahlnulling (im Englischen auch als adaptive beam steering und beam nulling bezeichnet) kann das erfindungsgemäße Antennensystem zur Erkennung, Ortung und Unterdrückung von Störsignalen, welche das Antennensystem erreichen, genutzt werden. Bei der adaptiven Strahlsteuerung und beim Strahlnulling kann auf die bereits aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zurückgegriffen werden. Durch die adaptive Strahlsteuerung und das Strahlnulling wird erreicht, dass das Antennensystem einen hohen Verstärkungsfaktor in Richtung der Sendeantenne bzw. mehrerer Sendeantennen aufweist und hingegen einen geringen Verstärkungsfaktur in Richtung des Störsignalsenders.The antenna system according to the invention provides an antenna with high performance that is particularly suitable for GNSS applications and can be used in GNSS reference stations, for example. The antenna system according to the invention is able to significantly suppress multipath effects on the ground using the choke ring structure. In addition, the use of the individual antennas, which are arranged along a non-planar surface (e.g. along a hemisphere), advantageously means that the individual antennas can be aligned laterally on the antenna dome and thus allow particularly effective detection and localization of sources of interference. This improves the spatial coverage of the antenna system. Through adaptive beam steering and adaptive beam nulling (also referred to as adaptive beam steering and beam nulling in English), the antenna system according to the invention can be used to detect, locate and suppress interference signals which reach the antenna system. The methods already known from the prior art can be used for adaptive beam control and beam nulling. The adaptive beam control and the beam nulling ensure that the antenna system has a high amplification factor in the direction of the transmitting antenna or multiple transmitting antennas and, on the other hand, a low amplification factor in the direction of the interfering signal transmitter.

Dank der zusätzlichen Choke-Ring-Struktur werden zudem die durch Reflexionen am Boden auf das Antennensystem auftreffenden Störsignale stark gedämpft, wodurch die Leistungsfähigkeit des vorgeschlagenen Antennensystems zur Unterdrückung unerwünschter Signale signifikant verbessert wird, ohne ihre Empfangs- und Störsignalerkennungsqualität zu beeinträchtigen.Thanks to the additional choke ring structure, the interference signals incident on the antenna system due to reflections on the ground are also strongly attenuated, which significantly improves the performance of the proposed antenna system for suppressing unwanted signals without impairing its reception and interference signal detection quality.

Durch die Kombination der beiden oben genannten Eigenschaften ist das erfindungsgemäße Antennensystem in der Lage, eine robuste und genaue Positionierung sowohl in interferenzbehafteten als auch in interferenzfreien Szenarien zu erbringen.Due to the combination of the two properties mentioned above, the antenna system according to the invention is able to provide a robust and precise positioning both in scenarios with and in interference-free scenarios.

Die Antennenanordnung für die Detektion und Unterdrückung von Störsignalen weist mindestens zwei Einzelantennen auf. Durch den Einsatz von mehr als zwei Antennen kann jedoch die Genauigkeit der Störsignaldetektion erhöht und die Strahlformung weiter verbessert werden.The antenna arrangement for detecting and suppressing interference signals has at least two individual antennas. However, by using more than two antennas, the accuracy of the interference signal detection can be increased and the beam formation can be further improved.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass für die Referenzantenne ein anderer Antennentyp verwendet wird als für die Einzelantennen der Antennenanordnung. Dadurch kann eine Optimierung des Antennensystems erreicht werden, indem für die Referenzantenne eine hochwertige Antenne eingesetzt wird und für die Einzelantennen der Antennenanordnung ein kostengünstiger Antennentyp verwendet wird. Dadurch kann das erfindungsgemäße Antennensystem den hohen Anforderungen an die Referenzantenne gerecht werden und gleichzeitig kostengünstig hergestellt werden.According to one embodiment of the present invention, it can be provided that a different antenna type is used for the reference antenna than for the individual antennas of the antenna arrangement. This allows the antenna system to be optimized by using a high-quality antenna for the reference antenna and using an inexpensive antenna type for the individual antennas of the antenna arrangement. As a result, the antenna system according to the invention can meet the high demands placed on the reference antenna and at the same time can be manufactured inexpensively.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Referenzantenne als Multifeed-Antenne ausgebildet ist, wobei die Multifeed-Antenne bevorzugt mindestens vier Pins aufweist. Gleichzeitig können die Einzelantennen beispielsweise lediglich zwei Pins aufweisen. Dadurch kann ein Antennensystem mit sehr guten Empfangseigenschaften bereitgestellt werden, wobei das Antennensystem dennoch kostengünstig herzustellen ist.Provision can preferably be made for the reference antenna to be in the form of a multi-feed antenna, with the multi-feed antenna preferably having at least four pins. At the same time, the individual antennas can only have two pins, for example. As a result, an antenna system with very good reception properties can be provided, with the antenna system nevertheless being able to be produced at low cost.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Referenzantenne und/oder mindestens eine der Einzelantennen sowohl über einen RHCP-Ausgang (rechtshändige Polarisation oder Right Hand Circular Polarization) als auch über einen LHCP-Ausgang (linkshändige Polarisation oder Left Hand Circular Polarization) verfügt. In der Regel verfügen Empfangsantennen, die für den Empfang zirkular polarisierter Wellen ausgelegt sind, entweder über einen RHCP oder über einen LHCP Ausgang. Dieser wird entsprechend der Polarisationseigenschaft der Sendeantenne ausgewählt. Durch den gleichzeitigen Einsatz beider der genannten Stecker in mindestens einer Einzelantenne oder in der Referenzantenne wird erreicht, dass die Reflexionen des gesendeten Signals besser detektiert werden können. Denn bei der Reflexion an einer (metallischen) Oberfläche erfolgt eine Umkehr der Polarisationsrichtung. Eine RHCP polarisierte Welle weist nach der Reflexion meistens eine LHCP Polarisation auf und eine LHCP polarisierte Welle weist nach der Reflexion meistens eine RHCP Polarisation auf. Dadurch wird durch den Einsatz beider Stecker die Detektionsfähigkeit des Antennensystems signifikant verbessert.According to a further embodiment of the invention, it can be provided that the reference antenna and/or at least one of the individual antennas has both an RHCP (Right Hand Circular Polarization) and LHCP (Left Hand Circular Polarization) output. As a rule, receiving antennas designed to receive circularly polarized waves have either an RHCP or an LHCP output. This is selected according to the polarization property of the transmitting antenna. The simultaneous use of both of the above-mentioned plugs in at least one individual antenna or in the reference antenna means that the reflections of the transmitted signal can be better detected. Because when it is reflected on a (metallic) surface, the direction of polarization is reversed. An RHCP polarized wave has mostly LHCP polarization after reflection and an LHCP polarized wave has mostly RHCP polarization after reflection. This significantly improves the detection capability of the antenna system by using both connectors.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die nicht-planare Oberfläche der Antennenkuppel, entlang derer die Einzelantennen der Antennenanordnung angeordnet sind, als eine sphärische Oberfläche ausgebildet ist. Dadurch wird die räumliche Erfassung von Störsignalen durch das Antennensystem verbessert.Furthermore, it can be provided that the non-planar surface of the antenna dome, along which the individual antennas of the antenna arrangement are arranged, is designed as a spherical surface. This improves the spatial detection of interference signals by the antenna system.

Auch kann vorgesehen sein, dass die Antennenanordnung über vier bis acht Einzelantennen verfügt und insbesondere sechs Einzelantennen aufweist. Insbesondre können die Einzelantennen entlang der nicht-planaren Oberfläche gleichmäßig (also mit dem gleichen Abstand zueinander) verteilt sein. Die Einzelantennen können dabei bevorzugt entlang einer sphärischen Oberfläche gleichmäßig verteilt angeordnet sein.Provision can also be made for the antenna arrangement to have four to eight individual antennas and, in particular, to have six individual antennas. In particular, the individual antennas can be distributed uniformly (ie at the same distance from one another) along the non-planar surface. The individual antennas can preferably be distributed uniformly along a spherical surface.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antennensystem kann vorgesehen sein, dass die Einzelantennen der Antennenanordnung entlang der nicht-planaren Oberfläche der Antennenkuppel auf derselben Höhe angeordnet sind.According to one embodiment of the antenna system according to the invention, it can be provided that the individual antennas of the antenna arrangement are arranged at the same height along the non-planar surface of the antenna dome.

Zudem kann bei der Choke-Ring-Struktur vorgesehen sein, dass diese horizontal oder vertikal gestapelte metallische Ringe aufweist.In addition, it can be provided in the choke ring structure that it has metallic rings stacked horizontally or vertically.

Die Choke-Ring-Struktur kann dabei horizontal gestapelte metallische Ringe mit mindestens einer unterschiedlich ausgebildeten Höhe oder vertikal gestapelte metallische Ringe mit mindestens einer unterschiedlich ausgebildeten Breite aufweisen.The choke ring structure can have horizontally stacked metal rings with at least one different height or vertically stacked metal rings with at least one different width.

Ferner kann die Choke-Ring-Struktur horizontal gestapelte metallische Ringe mit mindestens zwei unterschiedlich ausgebildeten Höhen oder vertikal gestapelte metallische Ringe mit mindestens zwei unterschiedlich ausgebildeten Breiten aufweisen.Furthermore, the choke ring structure can have horizontally stacked metal rings with at least two different heights or vertically stacked metal rings with at least two different widths.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Choke-Ring-Struktur zwei bis sechs metallische Ringe aufweist. Die genannte Anzahl der metallischen Ringe stellt einen guten Kompromiss zwischen effektiver Unterdrückung von Multipfad-Reflexionen und kostengünstiger Herstellung dar.In particular, it can be provided that the choke ring structure has two to six metal rings. The stated number of metal rings represents a good compromise between effective suppression of multipath reflections and cost-effective production.

Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Referenzantenne und/oder mindestens eine der Einzelantennen als Microstrip-Antenne, als Helixantenne, als Spiralantenne oder als dielektrischer Resonator ausgebildet ist.According to one embodiment, it can be provided that the reference antenna and/or at least one of the individual antennas is designed as a microstrip antenna, as a helix antenna, as a spiral antenna or as a dielectric resonator.

Auch kann vorgesehen sein, dass die Referenzantenne und/oder mindestens eine der Einzelantennen als Multibandantenne ausgelegt ist.Provision can also be made for the reference antenna and/or at least one of the individual antennas to be designed as a multiband antenna.

Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Antennensystem vorgesehen sein, dass die Referenzantenne und/oder mindestens eine der Einzelantennen für den Empfang von mindestens einem der Frequenzbänder L1/E1, L2, L5/E5 oder E6 ausgelegt ist. Auch kann vorgesehen sein, dass die Referenzantenne und/oder mindestens eine der Einzelantennen für den Empfang von sämtlichen der Frequenzbänder L1/E1, L2, L5/E5 und E6 ausgelegt ist.Furthermore, in the antenna system according to the invention it can be provided that the reference antenna and/or at least one of the individual antennas is designed for receiving at least one of the frequency bands L1/E1, L2, L5/E5 or E6. Provision can also be made for the reference antenna and/or at least one of the individual antennas to be designed for receiving all of the frequency bands L1/E1, L2, L5/E5 and E6.

Zudem kann das erfindungsgemäße Antennensystem mit einem Kalibriernetzwerk ausgestatten sein, welches dazu ausgelegt ist, die Interferenzlokalisation zu verbessern, indem die durch die HF-Komponenten verursachten Fehler herauskalibriert werden.In addition, the antenna system according to the invention can be equipped with a calibration network which is designed to improve the interference localization by calibrating out the errors caused by the HF components.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen die 1 bis 3 unterschiedliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Antennensystems und die 4 zeigt die durch das erfindungsgemäße Antennensystem erreichte Verbesserung.The present invention is explained in more detail below with reference to the figures. The show 1 until 3 different embodiments of the antenna system according to the invention and the 4 shows the improvement achieved by the antenna system according to the invention.

In der 1 ist eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Antennensystems 10 abgebildet. Das Antennensystem 10 weist eine Antennenkuppel 12 mit einer Oberfläche 12a auf. Die Oberfläche 12a der Antennenkuppel 12 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sphärisch ausgestaltet. Das Antennensystem 10 weist eine Referenzantenne 14 zum Empfangen von Signalen von einer Sendeantenne (in dieser Figur nicht abgebildet) auf. Die Referenzantenne 14 ist dabei in Zenit-Richtung angeordnet und beispielsweise dazu ausgelegt, ein Signal von einem Satelliten zu empfangen. Zudem weist das in der 1 abgebildete Antennensystem 10 eine Antennenanordnung mit mehrere Einzelantennen 16 auf. In der 1 sind insgesamt vier Einzelantennen 16a, 16b, 16c, 16d dargestellt. Das Antennensystem 10 kann bevorzugt zwei bis sechs dieser Einzelantennen 16 aufweisen. Die Einzelantennen 16 sind dazu ausgelegt, Störsignale zu detektieren und zu unterdrücken. Durch die Anordnung entlang einer nicht-planaren und insbesondere einer sphärischen Oberfläche ermöglicht die Antennenanordnung umfassend die Einzelantennen 16 eine besonders gute räumliche Abdeckung und dadurch eine verbesserte Detektionsfähigkeit hinsichtlich der Störsignale sowie eine besonders effektive Unterdrückung der detektierten Störsignale. Zudem weist das in der 1 abgebildete Antennensystem eine Choke-Ring-Struktur 18 zur Unterdrückung von Multipfad-Reflexionen auf. Die Choke-Ring-Struktur 18 weist dabei mehrere metallische Ringe 20 auf, die bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel vertikal gestapelt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind insgesamt sechs Ringe 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f vorgesehen, die zur Unterdrückung von Multipfad-Reflexionen beitragen. Dabei können die Dimensionen der Ringe 20 unterschiedlich ausgestaltet und auf die entsprechenden Frequenzbänder, für die das Antennensystem 10 ausgelegt ist, abgestimmt sein.In the 1 1 is a side view of a first exemplary embodiment of the antenna system 10 according to the invention. The antenna system 10 has a antenna dome 12 with a surface 12a. The surface 12a of the antenna dome 12 is spherical in the illustrated embodiment. The antenna system 10 includes a reference antenna 14 for receiving signals from a transmit antenna (not shown in this figure). The reference antenna 14 is arranged in the zenith direction net and designed, for example, to receive a signal from a satellite. In addition, the 1 The antenna system 10 shown has an antenna arrangement with a plurality of individual antennas 16 . In the 1 a total of four individual antennas 16a, 16b, 16c, 16d are shown. The antenna system 10 can preferably have two to six of these individual antennas 16 . The individual antennas 16 are designed to detect and suppress interference signals. Due to the arrangement along a non-planar and in particular a spherical surface, the antenna arrangement comprising the individual antennas 16 enables particularly good spatial coverage and thus improved detection capability with regard to the interference signals and particularly effective suppression of the detected interference signals. In addition, the 1 The antenna system shown has a choke ring structure 18 for suppressing multipath reflections. The choke ring structure 18 has a plurality of metal rings 20 which are stacked vertically in the exemplary embodiment shown here. In this exemplary embodiment, a total of six rings 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f are provided, which contribute to the suppression of multipath reflections. The dimensions of the rings 20 can be designed differently and can be tuned to the corresponding frequency bands for which the antenna system 10 is designed.

In der 2 ist eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antennensystems 10 abgebildet. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Antennensystem 10 eine Antennenkuppel 12 mit einer sphärischen Oberfläche 12a auf. Entlang der Oberfläche 12a sind eine in Zenit-Richtung ausgerichtete Referenzantenne 14 sowie mehrere seitlich angeordnete Einzelantennen 16 einer Antennenanordnung vorgesehen. Anders als bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist bei dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antennensystems 10 eine Choke-Ring-Struktur 18 mit horizontal gestapelten metallischen Ringen 20 vorgesehen. Die Choke-Ring-Struktur 18 weist in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel insgesamt vier metallische Ringe 20a, 20b, 20c, 20d auf. Die einzelnen Ringe 20 haben in diesem Ausführungsbeispiel dieselbe Höhe. Die Höhe der einzelnen Ringe 20 kann jedoch auch variabel ausgestaltet und an die Frequenzbänder des Antennensystems 10 angepasst sein.In the 2 1 is a side view of a second embodiment of the antenna system 10 of the present invention. In this exemplary embodiment, too, the antenna system 10 has an antenna dome 12 with a spherical surface 12a. A reference antenna 14 aligned in the zenith direction and a plurality of laterally arranged individual antennas 16 of an antenna arrangement are provided along the surface 12a. Unlike the first embodiment is in the in 2 illustrated embodiment of the antenna system 10 according to the invention a choke ring structure 18 with horizontally stacked metal rings 20 is provided. In the exemplary embodiment shown, the choke ring structure 18 has a total of four metal rings 20a, 20b, 20c, 20d. The individual rings 20 have the same height in this embodiment. However, the height of the individual rings 20 can also be variable and adapted to the frequency bands of the antenna system 10 .

Des Weiteren ist in der 3 eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Antennensystems 10 abgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Antennensystem 10 eine im wesentlichen kegelförmige Antennenkuppel 12 auf. Entlang der Oberfläche 12a der Antennenkuppel 12 verteilt weist das Antennensystem 10 mehrere Einzelantennen 16a, 16b, 16c auf. Die Einzelantennen 16a, 16b, 16c sind seitlich an der Antennenkuppel 12 angeordnet und erlauben eine verbesserte räumliche Abdeckung und eine präzise Detektion von Störsignalen sowie eine Unterdrückung der Störsignale durch adaptive Strahlsteuerung. Zudem weist das Antennensystem 10 eine Choke-Ring-Struktur 18 auf, die mehrere horizontal angeordnete metallische Ringe 20a, 20b, 20c aufweist und der Unterdrückung von Multipfad-Reflexionen dient.Furthermore, in the 3 a perspective view of a third exemplary embodiment of the antenna system 10 according to the invention is shown. In this exemplary embodiment, the antenna system 10 has a substantially conical antenna dome 12 . The antenna system 10 has a plurality of individual antennas 16a, 16b, 16c distributed along the surface 12a of the antenna dome 12. The individual antennas 16a, 16b, 16c are arranged on the side of the antenna dome 12 and allow improved spatial coverage and precise detection of interference signals, as well as suppression of the interference signals by adaptive beam control. In addition, the antenna system 10 has a choke ring structure 18, which has a plurality of horizontally arranged metallic rings 20a, 20b, 20c and is used to suppress multipath reflections.

Schließlich sind in der 4 Vergleichsergebnisse dargestellt, welche den Verbesserungseffekt des erfindungsgemäßen Antennensystems verdeutlichen. Dabei sind die Fehlerraten für das in der 3 dargestellte Antennensystem (mit Choke-Ring-Struktur) sowie für ein entsprechendes Antennensystem ohne Choke-Ring-Struktur dargestellt, die jeweils auf einem Dach installiert wurden. Wie aus der 4 zu erkennen ist, trägt die in der 3 dargestellte Choke-Ring-Struktur mit horizontal gestapelten metallischen Ringen signifikant dazu bei, Multipfad-induzierte Fehler des Antennensystems zu reduzieren und die Leistungsfähigkeit des Antennensystems zu erhöhen.Finally are in the 4 Shown comparison results, which illustrate the improvement effect of the antenna system according to the invention. The error rates for the in the 3 shown antenna system (with choke ring structure) and for a corresponding antenna system without choke ring structure, each installed on a roof. How from the 4 can be seen, carries in the 3 The choke ring structure shown with horizontally stacked metallic rings significantly contributes to reducing multipath-induced errors in the antenna system and increasing the performance of the antenna system.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Antennensystemantenna system
1212
Antennenkuppelantenna dome
12a12a
Oberfläche der Antennenkuppelsurface of the antenna dome
1414
Referenzantennereference antenna
1616
Einzelantennesingle antenna
1818
Choke-Ring-StrukturChoke ring structure
2020
metallischer Ringmetallic ring

Claims (13)

Antennensystem (10) für den Empfang von Signalen von einer Sendeantenne, insbesondere für den Einsatz in einem Globalen Navigationssatellitensystem, GNSS, wobei das Antennensystem (10) die folgenden Komponenten aufweist: - eine Antennenkuppel (12); - eine Referenzantenne (14) für den Empfang von Signalen, wobei die Referenzantenne (14) an der Antennenkuppel (12) im Wesentlichen in Zenit-Richtung angeordnet ist; - eine Antennenanordnung für die Detektion und Unterdrückung von Störsignalen, wobei die Antennenanordnung mehrere Einzelantennen (16) aufweist, die entlang einer nicht-planaren Oberfläche (12a) angeordnet sind; und - eine Choke-Ring-Struktur (18) umfassend gestapelte metallische Ringe (20) für die Unterdrückung von Multipfad-Reflexionen.Antenna system (10) for receiving signals from a transmitting antenna, in particular for use in a global navigation satellite system, GNSS, the antenna system (10) having the following components: - an antenna dome (12); - A reference antenna (14) for receiving signals, the reference antenna (14) being arranged on the antenna dome (12) essentially in the zenith direction; - An antenna arrangement for the detection and suppression of interference signals, the antenna arrangement having a plurality of individual antennas (16) which are arranged along a non-planar surface (12a); and - a choke ring structure (18) comprising stacked metallic rings (20) for the suppression of multipath reflections. Antennensystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Referenzantenne (14) ein anderer Antennentyp verwendet wird als für die Einzelantennen (16) der Antennenanordnung.Antenna system (10) according to claim 1 , characterized in that a different type of antenna is used for the reference antenna (14) than for the individual antennas (16) of the antenna arrangement. Antennensystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzantenne (14) als Multifeed-Antenne ausgebildet ist, wobei die Multifeed-Antenne bevorzugt mindestens vier Pins aufweist.Antenna system (10) according to claim 1 or 2 , characterized in that the reference antenna (14) is designed as a multi-feed antenna, the multi-feed antenna preferably having at least four pins. Antennensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzantenne (14) und/oder mindestens eine der Einzelantennen (16) sowohl über einen RHCP-Ausgang als auch über einen LHCP-Ausgang verfügen.Antenna system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the reference antenna (14) and/or at least one of the individual antennas (16) have both an RHCP output and an LHCP output. Antennensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-planare Oberfläche (12a), entlang derer die Einzelantennen (16) der Antennenanordnung angeordnet sind, als eine sphärische Oberfläche ausgebildet ist.Antenna system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the non-planar surface (12a) along which the individual antennas (16) of the antenna arrangement are arranged is designed as a spherical surface. Antennensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnung über vier bis acht Einzelantennen (16) verfügt und insbesondere sechs Einzelantennen (16) aufweist.Antenna system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the antenna arrangement has four to eight individual antennas (16) and in particular has six individual antennas (16). Antennensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelantennen (16) der Antennenanordnung entlang der nicht-planaren Oberfläche (12a) auf derselben Höhe angeordnet sind.Antenna system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the individual antennas (16) of the antenna arrangement are arranged at the same level along the non-planar surface (12a). Antennensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Choke-Ring-Struktur (18) horizontal gestapelte oder vertikal gestapelte metallische Ringe (20) aufweist.Antenna system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the choke ring structure (18) has horizontally stacked or vertically stacked metallic rings (20). Antennensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Choke-Rink-Struktur (18) horizontal gestapelte metallische Ringe (20) mit mindestens einer unterschiedlich ausgebildeten Höhe oder vertikal gestapelte metallische Ringe (20) mit mindestens einer unterschiedlich ausgebildeten Breite aufweist.Antenna system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the choke rink structure (18) has horizontally stacked metallic rings (20) with at least one differently designed height or vertically stacked metallic rings (20) with at least one differently designed width. Antennensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Choke-Ring-Struktur (18) zwei bis sechs metallische Ringe (20) aufweist.Antenna system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the choke ring structure (18) has two to six metal rings (20). Antennensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzantenne (14) und/oder mindestens eine der Einzelantennen (16) als Microstrip-Antenne, als Helixantenne, als Spiralantenne oder als dielektrischer Resonator ausgebildet ist.Antenna system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the reference antenna (14) and/or at least one of the individual antennas (16) is designed as a microstrip antenna, as a helix antenna, as a spiral antenna or as a dielectric resonator. Antennensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzantenne (14) und/oder mindestens eine der Einzelantennen (16) als Multibandantenne ausgelegt ist.Antenna system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the reference antenna (14) and/or at least one of the individual antennas (16) is designed as a multiband antenna. Antennensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzantenne (14) und/oder mindestens eine der Einzelantennen (16) für den Empfang von mindestens einem der Frequenzbänder L1/E1, L2, L5/E5 oder E6 ausgelegt ist.Antenna system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the reference antenna (14) and/or at least one of the individual antennas (16) is designed for receiving at least one of the frequency bands L1/E1, L2, L5/E5 or E6.
DE102021128221.7A 2021-10-29 2021-10-29 Antenna system for receiving signals from a transmitting antenna Active DE102021128221B4 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021128221.7A DE102021128221B4 (en) 2021-10-29 2021-10-29 Antenna system for receiving signals from a transmitting antenna
PCT/EP2022/078841 WO2023072661A1 (en) 2021-10-29 2022-10-17 Antenna system for receiving signals from a transmitting antenna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021128221.7A DE102021128221B4 (en) 2021-10-29 2021-10-29 Antenna system for receiving signals from a transmitting antenna

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102021128221A1 DE102021128221A1 (en) 2023-05-04
DE102021128221B4 true DE102021128221B4 (en) 2023-07-27

Family

ID=84332233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021128221.7A Active DE102021128221B4 (en) 2021-10-29 2021-10-29 Antenna system for receiving signals from a transmitting antenna

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021128221B4 (en)
WO (1) WO2023072661A1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021046635A1 (en) 2019-09-15 2021-03-18 Tallysman Wireless Inc. Gnss antenna systems, elements and methods

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021046635A1 (en) 2019-09-15 2021-03-18 Tallysman Wireless Inc. Gnss antenna systems, elements and methods

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023072661A1 (en) 2023-05-04
DE102021128221A1 (en) 2023-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1616367B1 (en) Multifunctional antenna
EP2353029B1 (en) Device for receiving secondary radio signals with quasi-dynamic or dynamic sectoring of the space to be monitored and corresponding method
DE60120174T2 (en) Nested cross dipole antenna
EP2135324B1 (en) Antenna apparatus for transmitting and receiving electromagnetic signals
DE102012103461B4 (en) Circular polarization antenna
DE102010019081A9 (en) Broadband antenna system for satellite communication
EP3547561B1 (en) Antenna device for bidirectional communications on vehicles
DE10209060B4 (en) Reception antenna arrangement for satellite and / or terrestrial radio signals on vehicles
DE102012107603B4 (en) TWO-DIMENSIONAL ANTENNA ARRAYS FOR RADIATION MOLDING APPLICATIONS
DE102017217117B3 (en) GNSS antenna
DE102012023938A1 (en) Dual polarized omnidirectional antenna
EP2375491B1 (en) Leaky-wave antenna
DE69833070T2 (en) Group antennas with a large bandwidth
DE102021128221B4 (en) Antenna system for receiving signals from a transmitting antenna
DE102010015823A1 (en) Antenna module for vehicle, has feeding pin extended to top surface of substrate, where pin has pin extension extending over patch antenna surface, which forms antenna structure for radiating or receiving electromagnetic waves
DE60008630T2 (en) Antenna system for ground-based applications
EP3474374B1 (en) Antenna system for circular polarised satellite radio signals on a vehicle
EP0709914A1 (en) RF seeker head antenna system for missiles
DE102023105143B3 (en) Communication device for determining a position of a communication partner
WO2019158251A1 (en) Antenna array for a radar sensor
EP2546925B1 (en) Antenna module
DE102011121138B4 (en) Broadband antenna system for satellite communication
WO2005031921A1 (en) Reflector antenna
DE10218169B4 (en) Antenna elements for a missile
DE102021106857A1 (en) System for reducing interference caused by multipath propagation

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final