DE19509906A1 - Fixed-point RF aerial with screened feeder network - Google Patents

Fixed-point RF aerial with screened feeder network

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Martin Koch
Dietmar Borgaes
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Fuba Hans Kolbe and Co
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
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    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/062—Two dimensional planar arrays using dipole aerials

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  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

A fixed, directional radio aerial in which a group of several radiators is arranged in front of a reflection surface and is connected via a feeder network to a common connection point to an aerial cable leading further on. The radiators (4,5) and the feeder network (3) are arranged on mutually screened separate planes, and the network (3) is arranged behind the radiators inside a U-shaped strip (2) of electrically conducting material. The screen between the radiators and feeder network is formed by the material of a reflector sheet (1), with the feeder network (3) in strip-line form.

Description

Die Erfindung betrifft eine Funkantenne mit den im Ober­ begriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattungsmerkmalen. Derartige Antennen werden, vor allem wegen der Möglichkeit der Erhöhung der Netzkapazität im Vergleich zu Einzelantennen mit Rundumstrahlung, jeweils als Gruppe um einen Haltemast herum angeordnet, und jede Antenne leuchtet entsprechend der Zahl der Antennen einen bestimmten Sektor des Vollkreises (im horizontalen Strahlungsdiagramm) aus. Das Prinzip wird z. B. bei den modernen Mobilfunknetzen mit Betriebsfrequenzen im GHz-Bereich angewendet.The invention relates to a radio antenna with those in the upper Concept of the main claim specified generic features. Such antennas are mainly because of the possibility the increase in network capacity compared to individual antennas with all-round radiation, each as a group around a mast arranged around, and each antenna lights according to the Number of antennas a certain sector of the full circle (in horizontal radiation diagram). The principle is z. B. in modern mobile networks with operating frequencies in GHz range applied.

Als Strahler sind Dipole oder auch Flächensegmente (Patches) in senkrecht/linearar Reihung üblich.Dipoles or also surface segments (patches) are used as radiators. usual in vertical / linear order.

Das Speiseleitungsnetzwerk besteht aus Koaxialkabeln oder aus Streifenleitungselementen bzw. aus einer Kombination beider Prinzipe.The feed line network consists of coaxial cables or Stripline elements or a combination of both Principle.

Die Reflexionsfläche wird als Blechteil ausgebildet. Durch seine Gestaltung (Dimensionierung, bestimmte Formgebung) wird die Strahlungscharakteristik der Antenne mit beeinflußt. Außerdem dient es der mechanischen Halterung der Strahler und des Speiseleitungsnetzes.The reflection surface is designed as a sheet metal part. By its design (dimensioning, specific shape) affects the radiation characteristics of the antenna. It also serves as a mechanical support for the spotlights and of the feeder network.

Strahlungsseitig wird die gesamte Anordnung mit dem Radom abgedeckt, dessen Fläche den Abmessungen des Reflektorblechs entspricht.The entire arrangement with the radome is on the radiation side covered, the area of the dimensions of the reflector plate corresponds.

Die bekannten Antennen dieses Typs haben eine Gemeinsamkeit:
Die Strahler und das Speiseleitungsnetz sind vor dem tragenden Reflektorblech in einer Ebene nebeneinander, gewissermaßen koplanar, angeordnet.The known antennas of this type have one thing in common:
The emitters and the feed line network are arranged in a plane next to one another, to a certain extent coplanar, in front of the supporting reflector plate.

Dabei muß für jeden neuen Antennentyp, wie er durch Betriebs­ frequenz und horizontales und vertikales Strahlungsdiagramm charakterisiert ist, ein spezielles Reflektorblech und dementsprechend auch ein passendes Radom - einschließlich der zugehörigen Fertigungswerkzeuge - erstellt werden. Bei Antennentypen, die für ein bestimmtes Funknetz nur in einer geringen Stückzahl benötigt werden, ergibt dies ungünstige Kosten/Nutzen-Relationen und einen im Verhältnis zu hohen Anteil an Entwicklungskosten.It must be for each new type of antenna, as it is by operation frequency and horizontal and vertical radiation diagram is characterized by a special reflector plate and accordingly, a suitable radome - including the associated manufacturing tools. For antenna types that are only available for a specific radio network a small number of pieces are required, this results  unfavorable cost / benefit ratios and a ratio too high a share of development costs.

Auch beim Aufbau der Speiseleitungsnetze bestehen Probleme. Mit Koaxialkabeln erhält man zwar HF- und wasserdichte Systeme; jedoch ist hier zumindest bei größer dimensionierten Netzen die Qualitätsfähigkeit und -stabilität der Fertigung nicht sehr hoch, und Reparaturen sind aufwendig. Zudem ist der Wellenwiderstand der auf dem Markt erhältlichen Kabeltypen in wenigen, relativ groben Stufungen genormt, die die Freiheit in der Ausführung der einzelnen Netze im Hinblick auf die erforderliche Anpassung an den Schnitt­ stellen einschränken.There are also problems with the construction of the feeder network. With coaxial cables you get HF and waterproof Systems; however here is at least with larger dimensions Network the quality capability and stability of production not very high, and repairs are expensive. In addition is the wave resistance of those available on the market Cable types standardized in a few, relatively rough increments, which the freedom in the execution of the individual networks in With regard to the necessary adaptation to the cut restrict places.

Bei Leitungsnetzen, die in Streifenleitertechnik aufgebaut sind, gibt es diese Schwierigkeiten grundsätzlich nicht, aber die frei liegenden, HF-Energie führenden Leiterabschnitte erschweren durch Abstrahlung auf Grund der fehlenden oder schwer zu realisierenden Abschirmung die Dimensionierung der Leiternetze und insgesamt die Entwicklung einer derartigen Antenne.In the case of cable networks that are constructed using stripline technology there are basically no such difficulties, however the exposed conductor sections carrying HF energy complicate by radiation due to the lack of or shielding difficult to implement the dimensioning of ladder networks and overall the development of one such antenna.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und wirkungsvolle Abschirmung für ein in Streifenleitertechnik aufgebautes Speiseleitungsnetz für Gruppenantennen der angegebenen Art zu konzipieren und dabei gleichzeitig den Aufwand für Entwicklung und Fertigung derartiger Antennen zu senken und eine hohe Variabilität zu gewährleisten.The invention has for its object a simple and effective shielding for a stripline technology built-up feed line network for group antennas of the to design specified type and at the same time the Development and production of such antennas lower and ensure a high variability.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausführungsdetails und -varianten.This object is achieved with the in the characterizing Part of the main claim specified features solved. The sub-claims contain preferred execution details and variants.

Die Erfindung verbindet den wesentlichen Vorteil der Streifenleitertechnik - jegliche Freiheit hinsichtlich der Netzwerkgestaltung - mit dem Vorteil der abgeschirmten Leitung - das Leitungsnetz ist weitgehend ohne Einfluß auf die Strahlungscharakteristik der Antenne. The invention combines the essential advantage of Stripline technology - any freedom regarding network design - with the advantage of shielded Line - the line network is largely unaffected the radiation characteristics of the antenna.  

Dadurch, daß das Leitungsnetz nicht wie bei den Lösungen des Stands der Technik koplanar zu den Strahlern, sondern in zwei, durch die Abschirmung getrennten Ebenen angeordnet ist, kann eine neue, kompakte Baugruppe mit den Elementen Netzwerk, Strahler und Radom geschaffen werden. Sie gestattet eine Vereinheitlichung des der Erfindung zugrunde liegenden Antennentyps zumindest in der Weise, daß diese Baugruppe - zur Differenzierung der Strahlungscharakteristik - mit unterschiedlich gestalteten bzw. bemessenen Reflektorblechen komplettiert werden kann. Bis dato müßte jeweils wenigstens auch ein neues Radom erstellt werden.The fact that the network is not like the solutions of the prior art coplanar with the emitters, but arranged in two levels separated by the shield is a new, compact assembly with the elements Network, emitter and radome are created. It allows a unification of the basis of the invention Antenna type at least in such a way that this assembly - to differentiate the radiation characteristics - with differently designed or dimensioned reflector sheets can be completed. So far, at least a new radome can also be created.

Das neue Prinzip gestattet eine kostengünstige Fertigung. Der U-Profil-Streifen aus leitendem Material und das als Radom verwendete Kunststoff-Profil können im Querschnitt so dimensioniert werden, daß sie, in vereinheitlichten Abmessungen, für mehrere Antennentypen geeignet sind, die sich auch in anderen Parametern als nur in bezug auf die Strahlungscharakteristik unterscheiden. Das hat besonders bei Entwurf und Fertigung in kleinen Serien Bedeutung.The new principle allows cost-effective production. The U-profile strip made of conductive material and that as Radom used plastic profile can in cross section be dimensioned so that, in unified Dimensions that are suitable for several types of antennas also in other parameters than just in relation to the Distinguish radiation characteristics. This has especially with Design and manufacture in small series meaning.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungs­ beispielen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen in schematischer DarstellungThe invention will be explained in the following with the help of execution examples explained in more detail. In the accompanying drawing show in a schematic representation

Fig. 1 Querschnitt durch eine Antenne mit erfindungsgemäßem U-Profil-Streifen und Radom Fig. 1 cross section through an antenna with U-profile strip and radome according to the invention

Fig. 2 Antenne mit Flächensegment-Strahlern Fig. 2 antenna with area segment radiators

  • a) breiter U-Profil-Streifena) Wide U-profile strip
  • b) U-Profil-Streifen auf der Reflektor-Rückseite.b) U-profile strips on the rear of the reflector.

Fig. 1 verdeutlicht die Funktionselemente der Antenne in ihrer grundsätzlichen Zuordnung. Auf dem Reflektorblech 1 wird der U-Profil-Streifen 2 - z. B. durch Anschrauben - befestigt. Im Inneren des U-Profils, d. h. in dem Hohlraum zwischen dem Reflektorblech und dem U-Profil, ist das Speiseleitungsnetz 3 angeordnet. Bei Ausführung in Streifenleitertechnik sind die HF-Leiter hier optimal abgeschirmt, und es kommen die technologischen und kostenmäßigen Vorteile des Streifenleiterprinzips voll zur Geltung. Die Strahler 4, 5 werden bei der Anordnung nach Fig. 1 am U-Profil-Streifen befestigt und sind mit der Speiseleitung 3 über den Anschlußleiter 6 und den Durchlaß 7 verbunden. Fig. 1 illustrates the functional elements of the antenna in their basic assignment. On the reflector plate 1 , the U-profile strip 2 - z. B. by screwing - attached. The feed line network 3 is arranged in the interior of the U-profile, that is to say in the cavity between the reflector plate and the U-profile. When using stripline technology, the HF conductors are optimally shielded here, and the technological and cost advantages of the stripline principle come into their own. The radiators 4 , 5 are attached to the U-profile strip in the arrangement according to FIG. 1 and are connected to the feed line 3 via the connecting conductor 6 and the passage 7 .

Das Radom 8 wird z. B. form- oder stoffschlüssig an dem U- Profil gehalten und ist in seinen Umrissen den Abmessungen der Strahler angepaßt.The radome 8 is z. B. positively or materially held on the U-profile and is adapted in its outline to the dimensions of the emitters.

Mit Fig. 2 wird beispielhaft gezeigt, wie mit dem Erfindungsprinzip Spezifika bestimmter Antennentypen berücksichtigt werden können.With Fig. 2 is shown an example of how certain inventive principle with the specifics of antenna types can be considered.

So ist z. B. bei den Flächensegment-Antennen der Abstand zwischen den Strahlern 4, 4.1 und dem normalerweise ebenen Masse- bzw. Reflektorblech 1 wesentlich für die Strahlungs­ charakteristik. Um nun einen eventuellen Einfluß des neu hinzugekommenen U-Profils 2 auf die Feldbildung von vornherein auszuschalten, könnte man ein Profil wählen, das z. B. doppelt so breit wie der Strahler ist (Fig. 2a) oder das U-Profil mit den Speiseleitungen auf die Rückseite des Reflektorblechs verlegen (Fig. 2b).So z. B. in the area segment antennas, the distance between the radiators 4 , 4.1 and the normally flat ground or reflector plate 1 essential for the radiation characteristic. In order to eliminate any possible influence of the newly added U-profile 2 on the field formation from the outset, one could choose a profile which, for. B. is twice as wide as the radiator ( Fig. 2a) or lay the U-profile with the feed lines on the back of the reflector plate ( Fig. 2b).

Als weitere Variante wurde bei der Ausführung in Fig. 2a das Radom 87 den Umrissen der Strahler angepaßt. Bei den erfindungsgemäßen Bauelementen lassen sich Besonderheiten kostengünstig realisieren, weil das metallene U-Profil wie auch das Radom in Strangfertigung oder durch einfaches Abkanten hergestellt werden.As a further variant, the radome 87 was adapted to the outlines of the emitters in the embodiment in FIG. 2a. In the components according to the invention, special features can be implemented inexpensively because the metal U-profile and the radome are produced in strand production or by simple folding.

In Fig. 2b wird angedeutet, daß der parasitäre Strahler 4.1, der ja nicht galvanisch mit der Speiseleitung 3 verbunden ist, auch als Metallbeschichtung an der Innenseite des Radoms 8 denkbar ist.In Fig. 2b it is indicated that the parasitic radiator 4.1 , which is not galvanically connected to the feed line 3 , is also conceivable as a metal coating on the inside of the radome 8 .

Die beiden Kappen oder Deckelelemente, die den U-Profil- Streifen und das Radom an den beiden Enden schließen, müssen hier nicht näher erläutert werden, ebenso die mechanischen Halterungen der einzelnen Bauteile und der Antenne insgesamt. Für diese Teilaufgaben sind unterschiedlichste Lösungen hinlänglich bekannt bzw. bieten sich dem Fachmann aus der jeweiligen Situation heraus an. The two caps or cover elements that make up the U-profile Stripes and the radome must close at both ends not explained here, as well as the mechanical Brackets for the individual components and the antenna as a whole. There are various solutions for these subtasks well known or are available to the expert from the situation.  

Nur noch ein Wort zur an sich bekannten Positionierung der Streifenleiter des Speiseleitungsnetzes zwischen Kunststoff- Plattenelementen. Eine solche Anordnung und Halterung bietet den Vorteil, daß man auch einfache Metallfolie oder gar eine Metallisierung auf einem der Plattenelemente wählen kann. Die Erfindung bietet für Vereinfachungen dieser Art günstigere Voraussetzungen als die Lösungen des bekannten Stands der Technik.Just a word about the positioning of the Stripline of the supply network between plastic Plate elements. Such an arrangement and bracket offers the advantage that you can also use simple metal foil or even a Metallization on one of the plate elements can choose. The invention provides for simplifications of this type more favorable conditions than the solutions of the known State of the art.

Claims (4)

1. Stationäre Funkantenne mit Richtcharakteristik, bei der mehrere Strahler als Gruppe vor einer Reflexionsfläche angeordnet sind und über ein Speiseleitungsnetz mit einem gemeinsamen Anschlußpunkt zu einem weiterführenden Antennenkabel verbunden sind, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
  • - Die Strahler (4, 5) und das Speiseleitungsnetz (3) sind auf zwei unterschiedlichen, durch eine Abschirmung - voneinander getrennten Ebenen angeordnet,
  • - das Speiseleitungsnetz (3) ist, in Strahlungsrichtung gesehen, hinter den Strahlern innerhalb eines U-Profil- Streifens (2) aus elektrisch leitendem Material angeordnet, der mit dem Reflektorblech (1) einen länglichen Hohlraum bildet, der vorzugsweise schmaler als das Reflektorblech ist,
  • - die Abschirmung zwischen den Strahlern (4, 5) und dem Speiseleitungsnetz (3) wird bei Anordnung des U-Profil- Streifens vor dem Reflektorblech vom Steg des U-Profils und bei Anordnung hinter dem Reflektorblech vom Material des Reflektorblechs gebildet,
  • - die Strahler (4, 5) sind mit dem Speiseleitungsnetz (3) über Durchlässe (7) und Anschlußleiter (6) verbunden,
  • - das Speiseleitungsnetz (3) ist vorzugsweise in Streifen­ leitertechnik ausgebildet.
1. Stationary radio antenna with directional characteristic, in which several radiators are arranged as a group in front of a reflection surface and are connected via a feed line network with a common connection point to a further antenna cable, characterized by the following features:
  • - The radiators ( 4 , 5 ) and the feed line network ( 3 ) are arranged on two different levels, separated by a shield -
  • - The feed line network ( 3 ), seen in the direction of radiation, is arranged behind the radiators within a U-profile strip ( 2 ) made of electrically conductive material, which forms an elongated cavity with the reflector plate ( 1 ), which is preferably narrower than the reflector plate ,
  • the shielding between the radiators ( 4 , 5 ) and the feed line network ( 3 ) is formed by the web of the U-profile when the U-profile strip is arranged in front of the reflector plate and by the material of the reflector plate when arranged behind the reflector plate,
  • - The emitters ( 4 , 5 ) are connected to the feed line network ( 3 ) via passages ( 7 ) and connecting conductors ( 6 ),
  • - The feed line network ( 3 ) is preferably formed in strip conductor technology.
2. Stationäre Funkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (4, 5) durch ein Radom (8) abgedeckt sind, dessen Breite vorzugsweise der Breite des U-Profil-Streifens (2) entspricht.2. Stationary radio antenna according to claim 1, characterized in that the radiators ( 4 , 5 ) are covered by a radome ( 8 ), the width of which preferably corresponds to the width of the U-profile strip ( 2 ). 3. Stationäre Funkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der U-Profil-Streifen (2) und das Radom (8) vorzugsweise als Abschnitte von Endlos­ profilen ausgebildet sind und daß der stirnseitige Verschluß der Hohlräume durch kappenartige Deckelemente erfolgt.3. Stationary radio antenna according to claim 1, characterized in that the U-profile strip ( 2 ) and the radome ( 8 ) are preferably designed as sections of endless profiles and that the end closure of the cavities is carried out by cap-like cover elements. 4. Stationäre Funkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung von Flächensegmenten (Patches) als Strahler (4, 4.1) und Anordnung des U- Profil-Streifens (2) vor dem Reflektorblech (1) die Stegbreite des U-Profil-Streifens (2) größer sein kann als bei Anwendung von Dipolen (5).4. Stationary radio antenna according to claim 1, characterized in that when using surface segments (patches) as radiators ( 4 , 4.1 ) and arrangement of the U-profile strip ( 2 ) in front of the reflector plate ( 1 ), the web width of the U-profile Strip ( 2 ) can be larger than when using dipoles ( 5 ).
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