DE19722547A1 - Antenne zum Abstrahlen von hochfrequenten Funksignalen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Antenne zum Abstrahlen von hochfrequenten Funksignalen nach der Gattung des Hauptan­ spruchs. Aus der Veröffentlichung "Investigations of antennas for an indoor wideband communication system at 60 GHz" Zimmermann, MMMCOM, Dresden 12-13.5. 1997 ist bekannt, Antennen für die Kommunikation zwischen einer Basisstation und mehreren Mobilstationen in einem geschlossenen Raum als Linsenantenne auszubilden. Ziel dieser Antenne ist es, in einem System zur hochbitratigen Datenübertragung im Frequenzbereich von 60 GHz Funkverbindungen von einer unter der Decke angebrachten Basisstation zu mehreren in einem geschlossenen Raum befindlichen Mobilstationen aufzubauen. Das am Eingang einer Antenne anliegende hochfrequente Signal der Basisstation wird mit Hilfe der Antenne in den zu versorgenden Raum abgestrahlt. Die Strahlungscharakteristik der Antenne ermöglicht die gleichmäßige Versorgung der gesamten Raumfläche in einer definierten Arbeitshöhe. Unter anderem werden Mobilstationen in weiterer Entfernung mit mehr Sendeleistung versorgt, als Mobilstationen die sich in kurzen Entfernungen unterhalb der sendenden Antenne befinden. Das direkt senkrecht zum Boden gerichtete Signal besitzt einen kleineren Leistungspegel, als das Signal, das gegen die Begrenzungswände des Raumes abgestrahlt wird. Bei der Signalübertragung zwischen Basisstation und Mobilstation sollen Reflektionen durch Mehrwegeausbreitung vermieden werden. Ansonsten überlagern sich am Empfangsort einzelne Wellen, so daß es je nach Phasenlage bis zur Auslöschung durch Interferenzen der Gesamtfeldstärke kommt. Die vorgeschlagene Antenne für das Abstrahlen des hochfrequenten Signals der Basisstation besteht aus einer linsenförmigen Plexiglasform, die von einem Wellenleiter gespeist wird. Die Geometrie der äußeren Schale der Linse ist an die Gegebenheiten des Raumes angepaßt, der mit dem Hochfrequenz Signal versorgt werden soll. Die abgestrahlten Funksignale sind linear polarisiert. Durch die Geometrie der äußeren Schale der Linse entstehen Reflektionsverluste im Übergang zwischen Linsenmaterial und Luft. Zudem müssen die Antennen der mobilen Teilnehmer so ausgerichtet werden, daß sie die linear polarisierten Signale geeignet empfangen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Antenne mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, daß die innere Schale der dielektrischen Linse eine an den Raum angepaßte Geometrie aufweist, während die äußere Schale aus einer Halbkugel besteht. Dadurch ist es einfacher möglich eine Antireflektionsschicht aufzubringen und Reflektions­ verluste beim Übergang von Linsenmaterial und Luft zu vermeiden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung der im Hauptanspruch angegebenen Antenne möglich.

Durch den Einsatz eines Primärstrahlers, der aus einem Hohl­ leiter mit einer Helixantenne besteht, ist es möglich Linsen mit niedrigem ε_r in kleinen Abmessungen zu gestalten. Es ist z. B. dadurch möglich, das Linsenmaterial aus Polyethylen herzustellen. Einen solchen Vorteil erreicht man auch wenn man den Primärstrahler aus einem Hohlleiter mit einer Patchantenne ausbildet.

Vorteilhafter Weise wird durch den Einsatz solcher Primär­ strahler eine zirkulare Polarisation der Funksignale erreicht. Dadurch ist es nicht mehr nötig, daß die Antennen der mobilen Stationen eine bestimmte Ausrichtung aufweisen. Durch die Verwendung von Funksignalen mit zirkularer Polari­ sation wird auch der Effekte der Mehrwegeausbreitung ent­ schärft. Es ist dadurch eine Minimierung von Interferenz­ effekten erreichbar. Vorteilhafter Weise wird die elektri­ sche Linse durch geeignete Maßnahmen entspiegelt. Dazu wird vorteilhafter Weise eine λ/4-Schicht aus einem geeigneten Dielektrikum aufgebracht oder durch eine Rillung erzielt.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 das Kommunikationssystem und Fig. 2 die erfindungsgemäße Antenne.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine Basisstation 1 und mehrere Mobilstationen 2, die über Funksignale miteinander kommunizieren. Die mobilen Stationen 2 befinden sich in einem geschlossenen Raum, der durch eine Wand 4 und eine Decke 3 begrenzt ist. Die von der Basisstation abgestrahlten Funksignale sind zu einem Abstahlkegel 5 geformt.

Es ist zu erkennen, daß der Abstrahlkegel so geformt ist, daß möglichst Reflektionen an der Wand 4 vermieden werden. Die Sendeleistung ist innerhalb des Abstrahlkegels unter­ schiedlich, sie ist im Mantelbereich des Kegels höher, um weiter entfernte Mobilstationen mit Sendeleistung versorgen zu können und verringert sich in der Mitte des Abstrahl­ kegels.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Antenne 6, die aus einem Primärstrahler 13 und einer dielektrischen Linse 12 besteht. Der Primärstrahler 13 besteht aus einem Hohlleiter 7, an dem eine Helixantenne 8 angebracht ist. Der Primärstrahler ragt in die innere Schale der dielektrischen Linse 12 hinein. Die äußere Schale 10 der dielektrischen Linse 12 ist halbkugel­ förmig ausgebildet. Auf der halbkugelförmigen Oberfläche der äußeren Schale 10 befindet sich die Antireflektionsschicht 11.

Die Antenne der Basisstation besteht aus einem Primärstrah­ ler und der dielektrischen Linse. Der Primärstrahler 13 wird direkt durch den Hohlleiter erregt, wodurch keine Übergänge und zusätzliche Schnittstellen notwendig sind. Der Primär­ strahler erzeugt ein 60° breites Strahlungsdiagramm mit zirkularer Polarisation, das durch die dielektrische Linse 12 zum Solldiagramm geformt wird. Die Form der dielektrischen Linse richtet sich nach der räumlichen Geometrie und kann an jede Raumsituation angepaßt werden. Da zur Strahlformung die äußere und die innere Schale der Linse genutzt werden kann, sind zwei Freiheitsgrade vorhanden. Um die einfache Antireflektionsschicht realisieren zu können, ist es notwendig, daß die Wellenfronten des Hochfrequenzsignals möglichst parallel zur Linsenoberfläche aus dem Material der äußeren Schale 10 austreten. Deshalb wird für die äußere Schale die halbkugelförmige Geometrie gewählt. Die innere, rotationssymmetrische Schale 9 kann an verschiedene Raumsituationen angepaßt werden. Die Linse selbst besteht aus einem dielektrischen Material, das einfach zu bearbeiten ist. Beispielsweise wird Polyethylen mit einem ε_r = 2,14 verwendet. Als λ/4-Antireflektionsschicht für den Übergang Dielektrikum-Luft werden in das Material der Linse symmetrisch Nuten eingedreht. Diese Nuten müssen kleiner als die Wellenlänge im Substrat sein. Durch diese Nuten geeigneter Tiefe und in einem geeigneten Tastverhältnis wird eine einfache Anti­ reflexschicht ohne zusätzliches Aufbringen einer Schichtung möglich. Beispielsweise wird bei einem Tastverhältnis von 1 : 1 Nuten von 0,5 mm Breite und 1 mm Tiefe in die Linse geschnitten. Dadurch werden Reflektionsverluste vermieden und der Wirkungsgrad der Antenne verbessert. Zudem wird die Strahlungscharakteristik der Antenne geglättet.

Claims (8)

1. Antenne (6) zum Abstrahlen von hochfrequenten Funksigna­ len in einem geschlossenen Raum, wobei der Abstrahlkegel (5) durch eine dielektrische Linse (12), die den Primärstrahler (13) umschließt, bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Linse (12) aus einer an die Abmessungen des Raumes angepaßten inneren Schale (9) und aus einer halbkugeligen äußeren Schale (10) besteht.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der dielektrischen Linse aus Polyethylen besteht.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schale (10) rotationssymmetrische Nuten, die eine λ/4-Schicht bilden, aufweist.

4. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Antennenschale (10) eine dielektrische Beschichtung trägt.

5. Antenne nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärstrahler aus einem Hohlleiter (7) mit einer Helixantenne (8) besteht.

6. Antenne nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärstrahler aus einem Hohlleiter (7) mit einer Patchantenne (8) besteht.

7. Antenne nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärstrahler aus einem Hohlleiter (7) besteht.

8. Antenne nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Funksignale eine zirkulare Polarisation erhalten.