DE19782027B4

DE19782027B4 - Antenne mit verbesserten Abblockungs-Einfüllungs-Charakteristiken

Info

Publication number: DE19782027B4
Application number: DE19782027A
Authority: DE
Inventors: Theodore F. Longshore; Clifford T. Jones
Original assignee: Ericsson Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1997-10-01
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2017-10-02
Also published as: GB9907831D0; DE19782027T1; AR010502A1; AU4744097A; CN1147029C; GB2334384B; US6121938A; WO1998015034A1; CN1244298A; GB2334384A

Abstract

Antennenanordnung zum Bereitstellen einer Rundstrahlungs-Radiofrequenz-(RF)-Abdeckung, umfassend:
eine Antenne zum Bereitstellen einer RF-Abdeckung in einem Gebiet, das mit der Antenne assoziiert wird, wobei eine Struktur, die mit der Antenne assoziiert ist, ein erstes Gebiet von der Antenne abschirmt, wobei eine RF-Abdeckung in dem ersten Gebiet verhindert wird; und
einen ersten elliptischen Reflektor, der auf einer ersten Seite der Antenne angeordnet ist, um Strahlungen von der Antenne in das erste Gebiet hinein zu reflektieren, wobei der erste elliptische Reflektor ein zweites Gebiet von der RF-Abdeckung abschirmt; und
einen zweiten elliptischen Reflektor, der auf einer zweiten Seite der Antenne gegenüberliegend zu dem ersten Reflektor angeordnet ist, um Strahlungen von der Antenne in das zweite Gebiet hinein zu reflektieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Radiofrequenz-(RF)-Abdeckungsgebiete von Antennen und insbesondere die Verbesserung einer RF-Abdeckung um Antennen herum mit Abdeckungsgebieten, die teilweise von einem Gerätegehäuse abgeschirmt werden.
Die Verwendung von mikrozellularen Netzabdeckungsgebieten beinhaltet die Anbringung von Antennen in Gebieten, die begrenzte RF-Ausbreitungscharakteristiken bereitstellen. Die Verwendung von Mikrozellen erlaubt eine bessere Abdeckung von Gebieten innerhalb eines Zellularnetzes mit besonders hohem Verkehr. Gegenwärtig sind existierenden Konfigurationen von Antennen und Basisstationsgeräten untereinander durch Koaxialkabel verbunden. Jedoch wird diese Konfiguration gerade durch integrierte Antennen- und Gerätegehäuse-Konfigurationen ersetzt. Eine Kombination der Antenne mit dem Gerätegehäuse minimiert Installationsanforderungen. Jedoch bringt diese Lösung das Problem einer RF-Signalabblockung mit sich, die von dem Gerätegehäuse verursacht wird, welches sich in der Nähe der Antenne befindet.
Eine Anordnung der Antenne in nächster Nähe zu dem Gerätegehäuse erzeugt eine Abschattung in dem RF-Abdeckungsgebiet der Antenne. Die Abschattung wird dadurch verursacht, daß das Gerätegehäuse sämtliche Signale davon abhält, sich in Richtung des Gehäuses auszubreiten. Dies verschlechtert oder beseitigt eine RF-Abdeckung in der Richtung des Gehäuses. Eine Lösung für dieses Problem ist gewesen, die Antenne oberhalb oder unterhalb des Gehäuses anzuordnen, um eine Rundumabdeckung bereitzustellen. Während dieser Ansatz physikalisch einfach implementiert werden kann, ist er ästhetisch bedenklich und arbeitet bei Anwendungen innerhalb von Gebäuden, bei denen die Antennen- und Gehäusekonfiguration leicht sichtbar ist, nicht gut.

Das europäische Patent EP 0 251 818 B1 offenbart eine Rundstrahlungs-Richtantennenanordnung mit ersten und zweiten Reflektoren, die so positioniert sind, da sie aufeinander zu gerichtet sind, und einen dritten Reflektor, der die ersten und zweiten Reflektoren untereinander verbindet. Der dritte Reflektor reflektiert Strahlung in Gebiete, die von dem ersten Reflektor abgeschirmt sind, aber nicht von dem zweiten Reflektor. Das europäische Patent EP 0 235 884 B1 zeigt eine Antenne mit Rundstrahlcharakteristik, die seitliche Reflektoren aufweist.

Ein anderer Typ von Anwendung innerhalb von Räumen in mikrozellularen Netzen verwendet Mikrostreifen-Patch(Fleck)-Antennen. Diese Arten von Antennen sind vollständig ausreichend, wenn sie an einer Wand angebracht werden, sie sind aber für eine Anbringung in der Mitte eines Raums oder eines großen offenen Gebiets ungeeignet. Diese fehlende Eignung ergibt sich aus dem begrenzten Abdeckungsgebiet von Mikrostreifen-Patch-Antennen, die nur eine 90°-Strahlbreite bereitstellen.

Somit gibt es in Mikrozellen-Anwendungen einen Bedarf nach einer Antennen- und Gerätegehäuse-Konfiguration die Rundstrahlungs-RF-Abdeckungsmuster um die Antenne herum mit begrenzten oder keinen abgedeckten Punkten innerhalb der Abdeckung ermöglicht.

Die vorliegende Erfindung beseitigt die voranstehenden und andere. Probleme mit einer integrierten Antennenverpackung, die RF-Abblockungs-Einfüllungs-Möglichkeiten bereitstellt.

Die Basisstationskonfiguration der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Gerätegehäuse zum Aufnehmen eines Empfängers, eines Senders und eines Steuergeräts und aus einer Antenne, die mit dem Gerätegehäuse integriert ist, um eine RF-Abdeckung für ein Gebiet um die Antenne herum bereitzustellen. Das Antennen- und Gerätegehäuse sind in solcher Weise verbunden, daß das Gerätegehäuse einen Teil eines Gebiets, das die Antenne umgibt, von einer RF-Abdeckung abschirmt, wodurch eine Rundstrahlabdeckung um die Antenne herum verhindert wird.

Der Antennen- und Gerätegehäuse-Verpackung ist eine Einrichtung zum Reflektieren von Emissionen von der Antenne in das Gebiet hinein, das von der RF-Abdeckung durch das Gerätegehäuse abgeblockt wird. Dies ermöglicht, daß eine RF-Abdeckung für im wesentlichen das gesamte Gebiet, das die Antenne umgibt, bereitgestellt wird. In einer Ausführungsform umfaßt die Einrichtung zum Reflektieren ein gegenüber RF transparentes Radom (eine Antennenabdeckhaube), das die Antenne umgibt und in dem Reflektoren innerhalb der inneren Oberfläche des Radoms zum Reflektieren von Antennenemissionen an dem Gerätegehäuse vorbei und in das abgeschattete RF-Abdeckungsgebiet hinein angebracht sind.

In einer zweiten Ausführungsform sind ein Paar von elliptischen Reflektoren auf gegenüberliegenden Seiten der Antenne angebracht, und die Antenne ist in dem Brennpunkt der Ellipse angeordnet, die zwischen den elliptischen Reflektoren gebildet wird. Diese Konfiguration ermöglicht, daß irgendwelche Emissionen von der Antenne, die auf die Reflektoren einfallen, von den elliptischen Reflektoren durch den anderen Brennpunkt der Ellipse und in das abgeschattete RF-Abdeckungsgebiet hinein reflektiert werden. Bei dieser Reflektionstechnik bleibt jedoch eine Abschattung innerhalb des RF-Abdeckungsgebiets übrig, die gleich zu der Breite des Gerätegehäuses ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein vollständigeres Verständnis des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung läßt sich unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen ermitteln. In den Zeichnungen zeigen:

1 das RF-Abdeckungs-Blockierungsproblem, welches durch die Anordnung einer Antenne in nächster Nähe zu einem Gerätegehäuse verursacht wird;

2 eine erste Ausführungsform der Erfindung für eine Antenne, die ein Paar von Reflektoren verwendet, die auf der Innenseite eines Antennenradoms angeordnet sind; und

3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung für eine Antenne, die ein Paar von gegenüberliegenden elliptischen Reflektoren verwendet.

Nun wird auf die Zeichnungen Bezug genommen und insbesondere auf die 1, in der das Problem dargestellt ist, das von der Anordnung einer Antenne in nächster Nähe zu dem Gerätegehäuse einer Basisstation erzeugt wird. Wie sich der Figur entnehmen läßt, erzeugt die Anordnung der Antenne 10 in nächster Nähe zu dem Basisstationsgehäuse 12 ein abgeschattetes RF-Abdeckungsgebiet 14, welches zu einem großen Ausmaß das RF-Abdeckungsgebiet einer Antenne begrenzt. Der Signalschatten 14 kann einen Antennen-Wirkungsgrad über große Gebiete eines Zellenabdeckungsgebiets abblocken, wobei die Antenne in einen ineffektiven Zustand gebracht wird und die tatsächliche Zellenabdeckung dramatisch verringert wird. Dieses Problem wird am dramatischten, wenn das Basisstations-Gerätegehäuse 12 und die Antenne die gleiche horizontale Ebene belegen und die räumliche Trennung zwischen der Antenne und dem Gehäuse in der gleichen Größenordnung wie die Dimension einer Stirnfläche 16 des Basisstations-Gerätegehäuses ist, die auf die Antenne zugekehrt ist. In Abhängigkeit von dem Abstand der Antenne 10 von dem Gerätegehäuse 12 kann eine Abblockung der RF-Abdeckung soweit wie 180° sein. Während die Abblockung voranstehend beschrieben und in der folgenden Beschreibung so angesehen wird, daß sie von dem Basisstationsgehäuse 12 verursacht wird, könnte irgendeine Struktur, die mit der Antenne assoziiert ist, ein abgeschattetes Gebiet erzeugen, welches die folgenden Ausführungsformen in nutzvoller Weise verkleinern oder beseitigen.
In 2 ist eine erste Ausführungsform einer Antenne 10 und einer Konfiguration eines Gehäuses 12 mit Abblockungs-Einfüllungs-Charakteristiken gezeigt. Die Konfiguration umfaßt das Gerätegehäuse 12, das das Sende-, Empfangs- und Steuergerät der Basisstation einschließt, und eine Antenne 10, die mit dem Gehäuse assoziiert ist. Ein gegenüber RF transparentes Radom (Antennenhaube) 18, durch das RF-Signale leicht gehen, umgibt die Antenne 10. Wie in 1 diskutiert, blockt die Stirnfläche 16 des Gerätegehäuses 12 die RF-Abdeckung um die Antenne herum ab, wobei ein abgeschattetes RF-Abdeckungsgebiet 14 bei einem Winkel erzeugt wird, der eine Größe ß aufweist.
Das abgeschattete RF-Abdeckungsgebiet wird mit einem Paar von rechteckförmigen Reflektoren 20 an der inneren Oberfläche des Radoms 18 behandelt, um RF-Emissionen von der Antenne 10 in das abgeschattete RF-Abdeckungsgebiet 14 zu reflektieren. Dies ermöglicht eine Rundstrahlungs-RF-Abdeckung um die Antenne 10 herum. In idealer Weise weisen die Reflektoren 20 einen parabolischen Querschnitt auf, wobei ihr Brennpunkt an der Antenne 10 angeordnet ist. Für den Fall, daß die Antenne kein Radom 18 aufweist, würde irgendeine Halterungsstruktur für die Reflektoren 20 für die Zwecke der vorliegenden Erfindung nützlich sein.
Die Größe der Reflektoren 10 muß so sein, daß die reflektierte Energie äquivalent zu der Energie ist, die zum Füllen des Spalts in dem RF-Abdeckungsgebiet benötigt wird. Wie in 2 gezeigt, wenn das Gerät unter einem Winkel ß, gesehen von der Antenne, liegt, dann sollte somit jeder Reflektor 20 auch einen Winkel geringfügig kleiner als β/2 aufweisen, um die erforderliche Einfüllungsenergie bereitzustellen. Der Reflektor 20 muß so positioniert werden, daß b + c = a + nλ + λ/2 ist (wobei n = eine ganze Zahl größer als 0 ist und λ = die Wellenlänge der Strahlung von der Antenne 10 ist), um eine gleichförmige Phasenfront an der Antennenöffnung bereitzustellen.
Nun wird auf 3 Bezug genommen, in der eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, die ein Paar von gegenüberliegenden elliptischen Reflektoren 22 verwendet. Wie zuvor befindet sich die Antenne 10 in nächster Nähe zu dem Gerätegehäuse 12, so daß ein abgeschattetes RF-Abdeckungsgebiet 14 erzeugt wird. Ein Paar von gegenüberliegenden elliptischen Reflektoren 22 sind so angeordnet, daß ein erster Reflektor 22a auf der Stirnfläche 16 des Gerätegehäuses 12 angeordnet ist, wobei eine elliptische Oberfläche 25a nach außen auf die Antenne 10 hin gerichtet ist. Ein zweiter elliptischer Reflektor 22b ist auf der gegenüberliegenden Seite der Antenne 10 angeordnet, so daß die elliptische Oberfläche 25b auf die elliptische Oberfläche 25a des Reflektors 22a gerichtet ist. Die Breite der elliptischen Reflektoren 22 entspricht der Breite des Gerätegehäuses 12. Obwohl dies in 3 nicht dargestellt ist, die Ausführungsform kann auch in einem Radom eingeschlossen sein, um die Antennenkomponenten zu schützen.
Die Oberflächen 25 der elliptischen Reflektoren 22 stimmen mit der Oberfläche einer Ellipse (schematisch in 3 dargestellt) überein, die Brennpunkte 28a und 28b aufweist, die von einem gleichen Abstand wie die Breite des Gerätegehäuses 12 getrennt sind. Die Antenne 10 ist auf einer der Brennpunkte der Ellipse 26 angeordnet. Durch Anordnen der Antenne 10 und der elliptischen Reflektoren 22 in dieser Weise können die Reflektoren die Strahlung der Antenne über das abgeschattete RF-Abdeckungsgebiet 14, das von dem Basisstationsgehäuse 12 erzeugt wird, neu verteilen. Es sei darauf hingewiesen, daß der Reflektor 22b, der das von dem Gerätegehäuse 12 geschaffene abgeschattete RF-Abdeckungsgebiet 14 füllt, auch selbst ein abgeschattetes RF-Abdeckungsgebiet 30 erzeugt. Jedoch füllt der elliptische Reflektor 22a das abgeschattete RF-Gebiet, das von dem elliptischen Reflektor 22b geschaffen wird, um irgendeine Abblockung, die von dem Reflektor 22a verursacht wird, zu begrenzen. Das Reflektionsmuster läßt nur einen Schatten auf jeder Seite des Gehäuses 12 gleich zu der Breite des Gerätegehäuses. Die Schattenkanten sind parallel zu dem Gerätegehäuse 12 und vergrößern sich mit einem Abstand von dem Gehäuse nicht. Alternativ könnten anstelle von elliptischen Reflektoren für Konfigurationen, wenn die Ellipse 26 fast ein Kreis ist, vereinfachte kreisförmige Reflektoren verwendet werden.
Die elliptischen Reflektoren 22 arbeiten mit dem folgenden Prinzip. Ein Signal, das an einem Brennpunkt 28a (der Antenne 10) ausgeht, wird von der elliptischen Oberfläche 25 der Reflektoren 22 reflektiert und geht durch den anderen Brennpunkt 28b der Ellipse 26. Dies bewirkt, daß das reflektierte Signal in eines der zwei abgeschatteten RF-Abdeckungsgebiete 14, 30 hineingeht. Damit die Phase des reflektierten Signals mit derjenigen des nicht reflektierten Signals übereinstimmt, muß die Differenz in der Länge der zwei Signalpfade Δ die folgende Beziehung erfüllen, wenn λ die Wellenlänge ist und n eine ganze Zahl größer oder gleich 0 ist. Δ = λ (n + 1/2)
Der reflektierte Signalpfad wird den Ausdruck für Δ erfüllen, wenn die Hauptachse der Ellipse 26 gleich Δ ist. Durch Verfolgen dieser Bedingungen wird eine virtuelle Antenne an dem gegenüberliegenden Brennpunkt 28b der Ellipse 26 erzeugt, die das abgeschattete RF-Gebiet 14 und 30 abdeckt.

Claims

Antennenanordnung zum Bereitstellen einer Rundstrahlungs-Radiofrequenz-(RF)-Abdeckung, umfassend: eine Antenne zum Bereitstellen einer RF-Abdeckung in einem Gebiet, das mit der Antenne assoziiert wird, wobei eine Struktur, die mit der Antenne assoziiert ist, ein erstes Gebiet von der Antenne abschirmt, wobei eine RF-Abdeckung in dem ersten Gebiet verhindert wird; und einen ersten elliptischen Reflektor, der auf einer ersten Seite der Antenne angeordnet ist, um Strahlungen von der Antenne in das erste Gebiet hinein zu reflektieren, wobei der erste elliptische Reflektor ein zweites Gebiet von der RF-Abdeckung abschirmt; und einen zweiten elliptischen Reflektor, der auf einer zweiten Seite der Antenne gegenüberliegend zu dem ersten Reflektor angeordnet ist, um Strahlungen von der Antenne in das zweite Gebiet hinein zu reflektieren.
Antennenanordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Radom, das die Antenne umgibt.
Antennenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten elliptischen Reflektoren auf einer inneren Oberfläche des Radoms positioniert sind.
Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten elliptischen Reflektoren kreisförmig sind.
Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor eine derartige Größe hat, daß Energie, die von dem Reflektor reflektiert wird, im wesentlichen äquivalent zu der Energie ist, die zum Füllen des ersten Gebiets benötigt wird.
Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor positioniert ist, um eine gleichförmige Wellenfront an einer Antennenöffnung bereizustellen.
Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten elliptischen Reflektoren so zueinander beabstandet sind, daß ihre Oberflächen einer Ellipse zwischen den ersten und zweiten Reflektoren entsprechen.
Antennenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstand zwischen Brennpunkten der Ellipse der Breite der Struktur entspricht.
Antennenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne in einem Brennpunkt der Ellipse angeordnet ist.
Antennenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten elliptischen Reflektoren zueinander so beabstandet sind, daß ihre Oberflächen von einer Oberfläche mit einer kreisförmigen Form approximiert werden.
Antennenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten elliptischen Reflektoren umfassen: einen ersten vereinfachten kreisförmigen Reflektor, der auf einer ersten Seite der Antenne angeordnet ist, um Strahlungen von der Antenne in das erste Gebiet hinein zu reflektieren, wobei der erste vereinfachte kreisförmige Reflektor ein zweites Gebiet von einer RF-Abdeckung abschirmt; und einen zweiten vereinfachten kreisförmigen Reflektor, der auf einer zweiten Seite der Antenne gegenüberliegend zu dem ersten Reflektor angeordnet ist, um Strahlungen von der Antenne in das zweite Gebiet hinein zu reflektieren.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite elliptische Reflektor mit einem Ende des Gerätegehäuses auf der zweiten Seite der Antenne verbunden ist.