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Die
Erfindung betrifft eine Antennenanordnung nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
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Insbesondere
die für
eine Basisstation vorgesehenen Mobilfunkantennen umfassen üblicherweise
eine Antennenanordnung mit einem Reflektor, vor welchem in Vertikalrichtung
versetzt zueinander liegend eine Vielzahl von Strahlerelementen
vorgesehen sind und somit ein Array bilden. Diese können beispielsweise
in einer oder zwei senkrecht zueinander stehenden Polarisationen
strahlen und empfangen. Die Strahlerelemente können dabei zum Empfang lediglich
in einem Frequenzband ausgebildet sein. Die Antennenanordnung kann
aber auch als Multiband-Antenne ausgebildet sein, beispielsweise zum
Senden und Empfangen zwei versetzt zueinander liegenden Frequenzbändern. Auch
sog. Triband-Antennen
sind grundsätzlich
bekannt.
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Bekanntermaßen ist
das Mobilfunknetz zellenförmig
gestaltet, wobei jeder Zelle eine entsprechende Basisstation mit zumindest
einer Mobilfunkantenne zum Senden und Empfangen zugeordnet ist.
Die Antennen sind dabei so aufgebaut, dass sie in der Regel in einem
bestimmten Winkel gegenüber der
Horizontalen mit nach unten gerichteter Hauptkeule strahlen, wodurch
eine bestimmte Zellengröße festgelegt
wird. Dieser Absenkwinkel wird bekanntermaßen auch als Downtilt-Winkel bezeichnet.
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Aus
der WO 01/13459 A1 ist bereits von daher eine Phasenschieberanordnung
vorgeschlagen worden, bei welcher bei einem einspaltigen Antennenarray
mit mehreren übereinander
angeordneten Strahlern der Downtilt-Winkel kontinuierlich unterschiedlich
einstellbar ist. Gemäß dieser
Vorveröffentlichung
werden dazu Differenz-Phasenschieber verwendet, die bei unterschiedlicher
Einstellung bewirken, dass die Laufzeitlänge und damit die Phasenverschiebung
an den beiden Ausgängen
eines jeweiligen Phasenschiebers in unterschiedlicher Richtung verstellt
werden, wodurch sich der Absenkwinkel einstellen lässt.
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Dabei
kann die Ein- und Verstellung des Phasenschieberwinkels manuell
oder mittels einer fernsteuerbaren Nachrüst-Einheit durchgeführt werden, wie dies beispielsweise
gemäß der
DE 101 04 564 C1 bekannt
ist.
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Obgleich
sich die Einstellung unterschiedlicher Downtilt-Winkel durch Veränderung der Phasenlage, die
den einzelnen Strahlerelementen zugeführt wird, grundsätzlich bewährt hat,
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine demgegenüber andersartige
und zudem vereinfachte Lösung
für die Einstellung
unterschiedlicher Abstrahlwinkel, insbesondere Downtilt-Winkel zu
schaffen und/oder neue Möglichkeiten
der Einstellung des Abstrahlwinkels zu eröffnen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend
den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Eine
gattungsbildende Antennenanordnung ist aus der
US 4 667 201 A bekannt geworden.
In dieser Vorveröffentlichung
wird eine elektronische Antenne beschrieben, die insbesondere für Radarsysteme
eingesetzt wird.
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Die
Antenne umfasst grundsätzlich
zwei in Vertikal- und/oder
Horizontalrichtung versetzt zueinander angeordnete Strahlersysteme,
die jeweils eine Vielzahl von einzelnen Strahlerelementen umfassen. Die
jeweils zu einem Strahlersystem gehörenden Strahlerelemente sind
dabei in einem unterschiedlichen Winkel gegenüber der Horizontalen ausgerichtet
voreingestellt.
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Um
nunmehr die Abtastrichtung winkelmäßig unterschiedlich einstellen
zu können,
ist eine Elektronik vorgesehen, mit der die Hauptkeule durch unterschiedliche
Intensitätsteilung
bezogen auf die Strahlerelemente in den beiden Strahlersystemen
unterschiedlich eingestellt werden kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von diesem Stand der
Technik, eine verbesserte Antennenanordnung zu schaffen, insbesondere
für die
Basisstation einer Mobilfunkantenne, mit der eine günstige veränderte Einstellung
eines Strahlungswinkels, insbesondere die unterschiedliche Einstellung
eines Downtilt-Winkels, eingestellt werden kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend
den im An spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Lösung zeichnet
sich vor allem dadurch aus, dass die Strahler oder Strahlerelemente
der zu den einzelnen Strahlersystemen gehörenden Strahlereinrichtungen
verschachtelt, insbesondere alternierend aufeinander folgend angeordnet
sind.
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Diese
verschachtelte und vorzugsweise alternierende Anordnung der unterschiedlichen
Strahler oder Strahlerelemente kann dabei mit Vertikalversatz und/oder
mit Horizontalversatz erfolgen.
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Wird
die Energie nunmehr kontinuierlich von den zu einem Strahlersystem
gehörenden
Strahlern zunehmend mehr auf die zum anderen Strahlersystem gehörenden Strahler
umgeleitet und somit den zumindest beiden Strahlersystemen die entsprechende
Energie in unterschiedlichen Anteilen zugeführt, so bewirkt die Intensitätsaufteilung
der Energie eine kontinuierliche Veränderung der Ausrichtung der Hauptkeule
zwischen den mit unterschiedlichen Abstrahlwinkeln eingestellten
Strahlersystemen.
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Bei
vertikal versetzt zueinander ausgerichteten Strahlern kann dabei
eine unterschiedliche Downtilt-Winkeleinstellung vorgenommen werden. Sind
die Strahler der Strahlersysteme mit Horizontalversatz angeordnet,
so kann eine entsprechend unterschiedliche Azimuteinstellung vorgenommen
werden. Wird ein flächenhaftes
Antennenarray verwendet, in dem die zu zumindest zwei verschiedenen Strahlersystemen
gehörenden
Strahler jeweils verschachtelt oder versetzt zueinander angeordnet
sind, so kann eine unterschiedliche Einstellung der Strahlungskeule
in einem dreidimensionalen Raum in Elevations- und Azimutrichtung
unterschiedlich eingestellt werden.
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Der
wesentliche erfindungsgemäße Vorteil liegt
aber darin, dass bei der entsprechenden Anordnung der Strahler und
Strahlerelemente letztlich in einer bevorzugten Ausführungsform
gemäß Anspruch 2
der Abstand so gewählt
werden kann, dass dieser im Bereich der halben Wellenlänge der
Betriebsfrequenz liegt. Dadurch lässt sich eine Stockungsdichte erreichen,
die gegenüber
herkömmlichen
Antennen um den Faktor 2 höher
liegt. Dadurch lassen sich besonders brauchbare Einzeldiagramme
mit möglichst geringen
Nebenkeulen erzeugen. Durch die hohe Stockungsdichte (Abstand der
einzelnen Strahler von etwa der halben Betriebswellenlänge) ergibt
letztlich für
jede Antenne eine Anordnung, bei der die Phasenzentren der zumindest
beiden Antennengruppen vergleichsweise dicht zueinander liegen.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Antenne
ist es also möglich,
dass ein Eingangssignal auf die diversen Strahlerelemente, d.h.
auf die zumindest beiden versetzt zueinander vorgesehenen Strahlerelemente
aufgeteilt wird, wobei die einzelnen Anteile der (korrelierten)
Signale den Strahlerelementen mit unterschiedlicher Amplitude zugeführt werden.
Wird die gesamte Energie beispielsweise nur dem oberen mit 0° gegenüber der
Horizontalen abstrahlenden Strahlerelement zugeführt, so erfolgt die gesamte
Abstrahlung der Hauptkeule in Horizontalrichtung. Wird die gesamte
Intensität
der unteren Strahlereinrichtung zugeführt, die beispielsweise mit
einem Downtilt-Winkel von 10° voreingestellt
ist, so erfolgt eine Abstrahlung der Hauptkeule in diesem nach unten geneigten
10°-Winkel.
Wird die Energie nunmehr kontinuierlich von einem zunehmend mehr
auf den anderen Strahler umgeleitet und somit beiden Strahlersystemen
bzw. zumindest beiden Strahlerelementen in unterschiedlichen Anteilen
zugeführt,
so bewirkt die Intensitätsaufteilung
der den zumindest beiden Strahlerelementen zugeführten Energie eine kontinuierliche
Veränderung
der Ausrichtung der Hauptkeule, die im erläuterten Beispiel somit zwischen
0° und maximal
10° mit
unterschiedlichen Abstrahlwinkeln gegenüber der Horizontalebene eingestellt
werden kann. Wird aber nicht nur eine Leistungsaufteilung der beiden
Einzelsignale vorgenommen, sondern wird zusätzlich auch noch eine seitliche
Verschiebung der Signale realisiert, so kann – worauf bereits hingewiesen
wurde – ein
Schwenken über
dem Bereich der beiden Systemkeulen hinaus realisiert werden.
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Das
Antennenarray weist gegenüber
herkömmlichen
Antennen eine wesentlich, vorzugsweise um den Faktor 2 engere Belegung
der Strahler auf. Vorzugsweise werden die vertikal angeordneten Strahler
alternierend den beiden Strahlersystemen zugeordnet, d.h. z.B. der
unterste Strahler wird mittels Anspeisung dem ersten Strahlersystem
zugeordnet, der darüber
liegende Strahler dem zweiten Strahlersystem, der dritte Strahler
von unten wiederum dem ersten Strahlersystem usw. Die beiden Strahlersysteme
werden auch als Sub-Arrays bezeichnet.
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Wenn
die entsprechenden Strahlerelemente bzw. deren Polarisationsrichtung
vertikal ausgerichtet ist, so kann dadurch eine unterschiedliche
Einstellung des Downtilt-Winkels vorgenommen werden. Sind die Strahlerelemente
in Horizontalrichtung nebeneinander versetzt liegend bzw. ist deren
Strahler- bzw. Polarisationsebene in Horizontalrichtung ausgerichtet,
so kann durch die kontinuierliche verschiedene Intensitätszuführung des
Signales eine unterschiedliche Winkeleinstellung in Azimutrichtung
und nicht in Elevationsrichtung vorgenommen werden. Auch hier ist
wiederum bei Berücksichtigung
einer zusätzlichen
zeitlichen Verschiebung neben einer reinen Leistungsaufteilung ein
Verschwenken über
den Bereich der beiden Systemkeulen hinaus möglich.
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Wird
aber beispielsweise ein Antennenarray mit zumindest zwei Spalten
und mit in jeder Spalte zumindest zwei Strahlerelementen verwendet,
so kann eine überlagerte
Einstellung sowohl in Vertikal- als auch in Horizontalrichtung vorgenommen
werden, um eine entsprechende Ausrichtung der Hauptkeule im Raum
vorzunehmen, und dies alles nur durch unterschiedliche Intensitätszuführung, d.h. durch
Speisung des Signales in unterschiedlicher Intensität für die einzelnen
Strahlerelemente. Auch unterschiedliche Phasenlagen sind denkbar.
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Natürlich ist
die erfindungsgemäße Lösung grundsätzlich auch
bei Verwendung von Strahlerelementen möglich, die in zwei senkrecht
zueinander stehenden Polarisationen strahlen und dabei bevorzugt
in einem +45° bzw. –45° Winkel gegenüber der Horizontalen
(bzw. Vertikalen) ausgerichtet sind. Ebenso ist das Prinzip nicht
nur bei einer Single-Band-Antenne,
sondern auch bei einer Multi-Band-Antenne umsetzbar, die entsprechende Strahler
für zwei,
drei etc. Frequenzbänder
aufweist.
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Dabei
ist es ferner auch möglich,
dass beispielsweise der durch die Grundeinstellung der Strahlerelemente
festgeleg te Grenzwert beispielsweise durch mechanische Verstellung,
gegebenenfalls auch durch mechanisch fernsteuerbare unterschiedliche
Winkeleinstellung verändert
werden kann. Zudem kann auch durch zusätzlich unterschiedliche Phaseneinstellung
ein oberer oder unterer Grenzwert der Antennenanordnung so unterschiedlich
eingestellt werden, dass durch die unterschiedliche Intensitäts-Zuführung wiederum
jeder beliebige Zwischenwert der Hauptkeulen-Ausrichtung zwischen
den so vorgegebenen Grenzwerten realisierbar ist.
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Bei
der erfindungsgemäßen Antenne
erfolgt die Speisung einer entsprechenden Antennenanordnung mittels
eines Netzwerkes, welches eine Leistungsaufteilung auf die vorgesehenen
Strahlerelemente realisiert. Dies kann beispielsweise in Kombination
mit einem Phasenschieber erfolgen, der im einfachsten Fall wiederum
aus einem Differenzphasen-Schieber besteht, der z.B. mit einem 3 dB-90°-Hybrid zusammenarbeitet.
Am Eingang des Hybrids liegen die Signale gleicher Amplitude jedoch mit
unterschiedlicher Phase an. Dies bewirkt am Ausgang des Netzwerkes,
dass die Signale dort gleichphasig vorliegen, allerdings mit unterschiedlichen Amplituden.
Somit kann also durch unterschiedliche Einstellung des dem Netzwerk
vorgelagerten Phasenschiebers durch die unterschiedliche Phasensteuerung
eine Speisung mit gleicher Phase und unterschiedlichen Amplituden
realisiert werden.
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Es
ist aber nicht nur eine vertikale Anordnung der einzelnen Strahler
und die Zusammenfügung
zu Strahlersystemen z.B. mit einer alternierenden Aufteilung möglich, sondern
auch eine Anordnung der Strahler bzw. Strahlersysteme, die nicht übereinander,
sondern nebeneinander angeordnet sind. Grundsätzlich sind auch andere Anordnungen denkbar,
die von einer nur vertikal oder nur horizontal versetzten Anordnung
abweichen. Von daher beschränkt
sich die Nutzbarkeit der Erfindung nicht nur auf eine variable oder
feststehende Veränderung
der vertikalen Ausrichtung des Strahlungsdiagramms, sondern es kann
grundsätzlich
auch eine Anordnung zur Steuerung der horizontalen Ausrichtung der Strahlungskeule
realisiert werden. So sind beispielsweise Antennen und Antennensysteme
denkbar, die je nach Beschaltung eines Netzwerkes zwei Horizontal-Diagramme
erzeugen. Durch ein geeignetes zusätzliches Netzwerk erwiesen
sich ähnlich
wie für den
vertikalen Fall mittels einer Leistungsaufteilung auch für eine horizontale
Anordnung der Strahler sämtliche
Ausrichtungen zwischen den Richtungen der beiden Einzelkeulen stufenlos
einstellbar. Wird neben einer reinen Leistungsaufteilung auch noch eine
Phasenverschiebung, also eine zeitliche Verschiebung der Signale
erzeugt, so kann sowohl in Horizontal- als auch in Vertikalrichtung
ein Verschwenken über
die beiden Systemkeulen hinaus durchgeführt werden. Mit einer entsprechenden Kombination
von vertikaler und horizontaler Steuerung ist es dabei auch möglich, eine
stufenlos veränderte
Ausrichtung im Raum vorzunehmen.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend
aus den anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel. Dabei
zeigen im Einzelnen:
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1 eine
schematische frontseitige Ansicht auf eine Antennenanordnung mit
zwei übereinander angeordneten
Strahlerelementen (Dipolstrahlern) zur Verdeutlichung eines Grundprinzips
der erfindungsgemäßen Anten nenanordnung;
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2 eine
schematische Seitendarstellung der Antennenanordnung nach 1 mit
vorgeschaltetem Netzwerk mit einem 90°-Hybrid und einem Differenzphasenschieber
zur Amplitudensteuerung zur Verdeutlichung eines Grundprinzips der
erfindungsgemäßen Antennenanordnung;
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3 eine
schematische Ansicht der unterschiedlich voreingestellten Keulen
der Antennenanordnung und der dazwischen beliebig einstellbaren, sich
durch Überlagerung
ergebenden Keule des Gesamtsystems zur Verdeutlichung eines Grundprinzips
der erfindungsgemäßen Antennenanordnung;
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4 ein
zu 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel zur Verdeutlichung
eines Grundprinzips der erfindungsgemäßen Antennenanordnung;
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5 ein
entsprechendes Beispiel zur Einstellung eines unterschiedlichen
Azimutwinkels für die
Hauptkeule zur Verdeutlichung eines Grundprinzips der erfindungsgemäßen Antennenanordnung;
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6 ein
Beispiel einer entsprechenden unterschiedlichen Einstellung einer
durch Überlagerung entstehenden
Keule, die in Azimut- und in Elevationsrichtung unter schiedlich
einstellbar ist zur Verdeutlichung eines Grundprinzips der erfindungsgemäßen Antennenanordnung;
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7 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung;
und
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8 ein
weiteres schematisches Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung
mit wechselweise übereinander
angeordneten Strahlern, wobei die beiden Strahlersysteme jeweils
mit abwechselnd aufeinander folgenden Einzelstrahlern oder Strahlergruppen
versehen sind, und die zugehörigen
Reflektor zumindest einer Strahlergruppe in einem anderen Winkel
zu den Reflektoren der anderen STrahlergruppe ausgerichtet sind.
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In 1 ist
in schematischer Frontansicht eine Antennenanordnung mit einem vertikal
ausgerichteten Reflektor 1 dargestellt, vor welchem zwei Strahlereinrichtungen 3 vertikal übereinander
angeordnet sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht jeder
der beiden Strahlereinrichtungen 3 aus einem Strahlersystem 3.1 bzw. 3.2 mit
je einem Dipolstrahler mit Vertikalausrichtung. Die Antennenanordnung
strahlt somit in einer vertikalen Polarisationsebene in einem Frequenzband.
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In 2 ist
nunmehr ebenfalls nur rein schematisch zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Prinzips
die Antennenanordnung gemäß 1 in Seitendarstellung
wiedergegeben. Die beiden Strahlereinrichtungen 3 sind
dabei bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel
von Hause aus (z.B. fix) so voreingestellt (beispielsweise durch
mechanische Ausrichtung), dass die obere Strahlereinrichtung 3.1 exakt
in Horizontalrichtung und die untere Strahlereinrichtung 3.2 beispielsweise
mit einem Downtilt-Winkel α von
10° gegenüber der
Horizontalebene nach unten geneigt strahlt. Diese Voreinstellung
kann ebenfalls durch entsprechend mechanische Vorjustierung fest
eingestellt sein. Die Hauptkeulen 7.1 und 7.2 der
beiden Strahlereinrichtungen 3.1 und 3.2 sind in 2 eingezeichnet,
ebenso wie die jeweils zugeordnete Horizontalebene 11.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
wird die so gebildete Antennenanordnung über ein Netzwerk 13 gespeist,
welches im gezeigten Ausführungsbeispiel
eine Hybrid-Schaltung 15, beispielsweise ein 3 db-90°-Hybrid umfasst,
welchem ein Phasenschieber 17, im gezeigten Ausführungsbeispiel
ein Differenzphasenschieber 17, vorgelagert ist.
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Die
Steuerung soll im gezeigten Ausführungsbeispiel
nachfolgend erläutert
werden, wobei von der Grundstellung ausgegangen wird, in der sich der
Phasenschieber 17 in seiner neutralen Mittellage befindet,
wobei an dem Eingang 15a bzw. 15b der Hybridschaltung 15 die
vom Phasenschieber kommenden Signale mit gleicher Amplitude anliegen.
Befindet sich der Phasenschieber 17 in seiner mittleren Ausgangs-
oder Neutrallage, so liegen an den beiden Eingängen 15a und 15b der
Hybrid-Schaltung 15 die Signale auch mit gleicher Phasenlage
an.
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Wird
nunmehr aber der Phasenschieber beispielsweise gemäß den Pfeildarstellungen 19 aus der
mittleren Neutrallage nach links oder rechts verschoben, so unterscheidet
sich die Phasenlage am Eingang 15a von jener am Eingang 15b allein
dadurch, dass das vom Phasenschieber kommende Signal im Einleitungszweig 19a bei
einer Verkürzung der
elektrischen Leitung früher
eintrifft und im zweiten Zweig 19b aufgrund eines größeren Weges
und einer dadurch verursachten Laufzeitverzögerung später eintrifft. Dies hat zur
Folge, dass am Ausgang des Netzwerkes, also am Ausgang 15'a, 15'b die entsprechenden
Signale nunmehr wiederum mit gleicher Phase anstehen, allerdings
mit unterschiedlichen Amplituden. Werden diese nunmehr gleichphasig
vorliegenden Signale mit den entsprechenden unterschiedlichen Amplituden
an die beiden Strahlersysteme 3.1 und 3.2, gegeben,
so erhält
je nach Stellung des Phasenschiebers das obere Strahlersystem 3.1 oder
das untere Strahlersystem 3.2 einen unterschiedlich größeren oder
kleineren Intensitätsanteil des
gespeisten Signales.
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Würde das
Signal mit seiner gesamten Intensität ausschließlich nur der oberen Strahlereinrichtung 3.1 zugeführt werden,
so würde
die erläuterte Antennenanordnung
in exakt Horizontalrichtung strahlen (da der unteren Strahlereinrichtung 3.2 überhaupt
keine Energie zugeführt
wird). Würde
das gesamte Speisesignal ausschließlich der unteren Strahlereinrichtung 3.2 zugeführt werden,
so würde das
gesamte Antennenarray exakt mit dem Downtilt-Winkel α von dem
gezeigten Ausführungsbeispiel beispielsweise
10° abstrahlen.
Wird aber nunmehr das Signal mit unterschiedlicher Intensität sowohl dem
oberen als auch dem unteren Strahlersystem 3.1 und 3.2 zugeführt, so
kann je nach Stellung des Phasenschiebers und damit in Abhängigkeit
der unterschiedlichen Intensitätsaufteilung
nunmehr eine Absenkung des Strahlungsdiagrammes und damit eine Absenkung
der Hauptstrahlkeule in dem Grenzintervall von 0° und α = 10° beliebig eingestellt werden.
In 3 ist dabei schematisch jeweils die Hauptkeule 18.1 und 18.2 dargestellt,
die die beiden von Hause aus fix eingestellten Abstrahlwinkel für das obere
Strahlerelement 3.1 und das untere Strahlerelement 3.2 wiedergeben.
Durch die entsprechende Intensitätsaufteilung
auf das obere und untere Strahlersystem 3.1, 3.2 kann
nunmehr in Fernfeldbetrachtung durch Überlagerung der unterschiedlich einstellbaren
Intensitäten
der Hauptkeule 18.1 und 18.2 eine Hauptkeule 18.3 in
unterschiedlichen dazwischen liegenden Abstrahlwinkeln eingestellt
werden.
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Wird
z.B. ein Steuergerät
in der Basisstation und/oder ein steuerbares Zusatzgerät beispielsweise in
Form eines Schrittmotors verwendet, so kann hierüber der Phasenschieber 17 entsprechend
angesteuert und bezüglich
der Antenne eine gewünschte Absenkung
der resultierenden Strahlungskeule einfachst eingestellt werden.
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Anhand
des erläuterten
Ausführungsbeispiels
gemäß der 1 bis 3 ist
also eine unterschiedliche Einstellung der durch Überlagerung
entstehenden Hauptkeule der Antennenanordnung in Elevationsrichtung
möglich.
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Ebenso
kann aber auch eine unterschiedliche Abstrahl-Winkeleinstellung
in Horizontalrichtung, also in Azimutrichtung, vorgenommen werden.
Dazu wird auf das Ausführungsbeispiel
gemäß 4 verwiesen,
in der eine entsprechende Antennenanordnung mit zwei Strahlersystemen 3.1 und 3.2 beschrieben
ist, die allerdings nunmehr in Horizontalrichtung versetzt zueinander
liegen. Dass die Polarisationsebene dabei nicht in Längsrichtung
des Reflektors angeordnet sein muss, sondern auch in anderer Richtung, beispielsweise
quer zur Längserstreckungsrichtung
des Reflektors verlaufen kann, wird ebenfalls anhand von 4 verdeutlicht,
indem dort die beiden in Horizontalrichtung mit Seitenversatz angeordneten
Strahlersystemen 3.1 und 3.2 ebenfalls wieder
vertikal ausgerichtet sind, also in einer vertikalen Polarisationsebene
strahlen.
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Die
Speisung erfolgt gemäß 5 ebenfalls wieder über ein
anhand von 2 erläutertes Netzwerk 13.
Auch hier kann durch entsprechende Verstellung des Phasenschiebers
aus seiner mittleren Neutrallage heraus der Hybrid-Schaltung 15 an
den beiden Eingängen 15a und 15b ein
Signal mit gleicher Intensität,
aber unterschiedlichen Phasenlage zugeführt werden, was am Ausgang 15'a und 15'b der Hybrid-Schaltung 15 bedeutet,
dass das dort anstehende Signal nunmehr mit gleicher Phasenlage, aber
unterschiedlicher Intensität
den beiden Strahlersystemen 3.1 und 3.2 zugeführt wird.
Ist beispielsweise in diesem Ausführungsbeispiel (5 soll
dabei schematisch die Antennenanordnung mit zwei Strahlersystemen 3.1 und 3.2 wiedergeben,
die in einer Horizontalebene nebeneinander angeordnet sind) vorgesehen,
dass die beiden Strahlersysteme 3.1 und 3.2 jeweils
in einem Winkel von –α und +α, beispielsweise
von –15° und +15° gegenüber einer
mittleren Vertikalebene nach außen
strahlen, so kann nunmehr durch entsprechende Intensitätsaufteilung die
Strahlrichtung der Hauptkeule zwischen diesen beiden Extremwerten
von –15° bis +15° unterschiedlich
eingestellt werden.
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Anhand
von 6 ist nunmehr ein Antennenarray mit zwei Spalten 23a und 23b gezeigt,
in welchem jeweils zwei übereinander
angeordnete Strahlersysteme 3.11 und 3.21 in der
einen Spalte bzw. 3.12 bzw. 3.22 in der zweiten
Spalte vorgesehen sind.
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Ein
Eingangssignal wird nunmehr dem Eingang des ersten Phasenschiebers 17 zugeführt, der entsprechend
seiner Verstellrichtung über
die nachgeordnete Hybrid-Schaltung 15 am Ausgang der Hybridschaltung 15 ein
Signal mit gleicher Phasenlage, aber unterschiedlicher Intensität erzeugt.
Darüber wird
beispielsweise wieder der Downtilt-Winkel des Antennenarrays gemäß 6 eingestellt.
Die entsprechenden beiden Signale werden aber nunmehr über eine
entsprechende Schaltung mit einem Phasenschieber 117a bzw. 117b und
einer jeweils nachgeordneten Hybridschaltung 115a bzw. 115b nochmals über die
Phasenschieber 117a, 117b so beeinflusst, dass
am Ausgang je nach Stellung des Phasenschiebers eine größere oder
kleinere Intensität des
Signals entweder dem oberen Dipolstrahler 3.11 oder 3.12 und
ebenso eine größere oder
kleinere Intensität
entweder dem unteren Dipolstrahler 3.21 oder 3.22 zugeführt wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
gemäß 6 sind
dabei bevorzugt die beiden Phasenschieber 117a und 117b in
der zweiten Stufe miteinander gekoppelt, so dass die Intensitätsverteilung
für die
Strahlerelemente in der linken bzw. rechten Spalte 23a, 23b im
gleichen Verhältnis
zueinander aufgeteilt werden.
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Durch
diese Anordnung kann durch entsprechende Ein- oder Verstellung des
Phasenschiebers 17 in der ersten Stufe des Netzwerkes in
Zusammenwirkung mit dem nachgeschalteten Hybrid 15 der
ersten Stufe der Downtilt-Winkel und durch entsprechende Betätigung bzw.
Einstellung der Phasenschieber 117a und 117b mit
den jeweils zugeordneten Hybridschaltungen 115a, 115b in
der zweiten Stufe eine entsprechende Winkeleinstellung in Azimutrichtung
vorgenommen werden, um die Hauptkeule zwischen den systembedingt
vorgegebenen Abstrahlwinkeln als Grenzwert dazwischen liegend beliebig
einzustellen. Die Eck- oder Grenzwerte für die unterschiedliche einstellbaren
Downtilt-Winkel sind grundsätzlich
durch die beiden Systemkeulen vorgegeben. Diese Grenzwerte können aber überwunden
werden, wenn zusätzlich
noch für
einen oder mehrere Strahlerelemente eine separate Phasenverschiebung
vorgenommen und das Signal mit einer entsprechenden Phasenverschiebung
zugeführt wird.
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Anhand
von 7 ist eine erfindungsgemäße Antennenanordnung mit mehreren
einzelnen Strahlern oder Strahlersystemen 3 gezeigt, und
zwar beispielhaft für
zwei Strahlersysteme. Über
eine Summen- bzw. Verzweigungsschaltung 27.1 wird ein Signal
jeweils einer zum ersten Strahlersystem 3.1 gehörenden Gruppe
und über
eine zweite Summen- bzw. Verzweigungsschaltung 27.2 ein
entsprechendes Signal einer zum zweiten Strahlersystem 3.2 gehörenden Gruppe
von Strahlerelementen zugeführt, die
jeweils abwechselnd vertikal übereinander
angeordnet sind. Es kann sich hier beispielsweise um Dipolstrahler
handeln, aber auch um andere Strahlereinrichtungen, beispielsweise
Patchstrahler etc. Durch eine entsprechende Hybridschaltung und
eine Phasenschieberanordnung vergleichbar 2 kann dabei
eine Winkeleinstellung vorgenommen werden, wobei die erste Strahlergruppe
von Hause aus mit einem vorgegebenen Downtilt-Winkel von beispielsweise α = 0°, 2°, 4° etc. und
die zweite Strahlergruppe mit der zweiten Strahlereinrichtung 3.2 beispielsweise
auf einen festen Downtilt-Winkel von 10°, 12°, 16° etc. eingestellt sein kann.
Zwischen den so vorgegebenen Grenzwerten kann dann allein nur durch die
Intensitätsaufteilung
ein Downtilt-Winkel
eingestellt werden. Eine gleiche Anordnung kann natürlich auch
wieder entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach
den 4 und 5 zur unterschiedlichen Ausrichtung
der Hauptkeule in Azimutrichtung verwendet werden.
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Wesentlich
bei der Anordnung nach 7 ist, dass gegenüber herkömmlichen
Antennen eine wesentlich engere Belegung der Strahler realisiert wird,
vorzugsweise ist der Stockungsabstand um den Faktor 2 geringer als
bei bekannten Antennenanordnungen. Der wesentliche Unterschied zur
bestehenden Antennenanordnung liegt also nunmehr darin, dass der
Abstand. der Einzelstrahler vorzugsweise im Bereich der halben Wellenlänge der
Betriebsfrequenz liegen sollte, statt im Bereich einer ganzen Wellenlänge, wie
es von üblichen
Antennenanordnungen bekannt ist. Durch diese Reduzierung des Antennenstockungsabstandes "etwa um den Faktor 2" können besonders
brauchbare Einzeldiagramme mit möglichst
geringen Nebenkeulen erzeugt werden.
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Nachfolgend
wird auch noch auf ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gemäß 8 Bezug
genommen.
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Gemäß 8 werden
verbesserte Diagramme mit reduzierten Nebenkeulen dann erzielt,
wenn die Einzelstrahler des Strahlersystems mit abgesenkter Hauptkeule
bereits Einzeldiagramme mit einem Downtilt-Winkel im Bereich des
gewünschten
Downtilts des gesamten Strahlersystems aufweisen.
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Einen
solchen Downtilt für
die Einzelstrahler kann man z.B. dadurch erreichen, dass der entsprechende
Reflektorbereich, wie im Ausführungsbeispiel nach 8 dargestellt
ist, die gewünschte
Neigung aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 8 wird
also nicht eine ge meinsame Reflektorebene verwendet, sondern es
sind den einzelnen Strahlern separat zugeordnete Reflektoren vorgesehen.
Dabei ist die Anordnung wieder alternierend derart aufgebaut, dass
beispielsweise der erste, dritte, fünfte, siebte etc. Strahler 3.1', 3.3', 3.5' und 3.7' des ersten
Strahlersystems 3.1 über
ein Leitungssystem 51 mit entsprechender Leistungsverzweigung 53 gespeist
werden, und dass die übereinander
angeordneten Strahler 2, 4, 6, 8 etc.
(also die Strahler 3.2', 3.4', 3.6' und 3.8') des zweiten
Strahlersystems 3.2 über
ein Leitungssystem 55 mit nachfolgender Leistungsverzweigung 57 gespeist
wird. Die ungeraden Strahler 3.1', 3.3', 3.5' etc. haben beispielsweise zugeordnete
Reflektoren 1, die in Vertikalrichtung ausgerichtet sind (können aber
auch einen abweichenden Winkel dazu aufweisen und voreingestellt
sein). Die jeweils geraden Strahler 3.2', 3.4', 3.6' etc. weisen Reflektorsysteme 1' auf, die gegenüber den
ersten Strahler 3.1', 3.3', 3.5' etc. in einem
anderen Winkel, beispielsweise einem voreinstellbaren oder mechanisch
veränderbaren
Winkel eingestellt sind. Die mechanische Verstellung kann dabei
ebenfalls wieder fernsteuerbar über
ein fernsteuerbares Einstellmodul erfolgen, welches die in 8 gezeigten
Reflektoren 1' der zweiten
Strahlersysteme je nach Bedarf in unterschiedliche Winkelrichtung
einstellen kann. Dieses Ausführungsbeispiel
zeigt, dass eine zusätzliche
Verstellung einzelner Strahler entweder auf elektrischem Wege durch
unterschiedliche Einstellung eines Phasenversatzes oder auch auf
dem erläuterten
mechanischen Wege erfolgen kann.
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Weitere
Möglichkeiten
zur Absenkung der Einzeldiagramme sind z.B. durch das Hinzufügen parasitärer Strahlerelemente
in der Umgebung der jeweiligen Dipole denkbar.
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Bevorzugt
ist die Anordnung jeweils derart, dass benachbarte Strahlerelemente
nicht oder nur unwesentlich von geneigten Reflektorwänden oder parasitären Strahlerelementen
beeinflusst werden. Bei Dipolstrahlern kann man dies z.B. dadurch
erreichen, dass die einzelnen Dipole durch Trennwände voneinander
isoliert werden.