DE19815003A1

DE19815003A1 - Dual polarisiertes Antennenelement

Info

Publication number: DE19815003A1
Application number: DE19815003A
Authority: DE
Inventors: Jochen Christ
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Ericsson AB
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 1999-10-14
Also published as: EP0948084B1; DE59913804D1; EP0948084A3; US6107965A; EP0948084A2

Abstract

Das dual polarisierte Antennenelement besteht aus einem in einer ersten Ebene liegenden planaren Strahlerelement (2), einer in einer zweiten Ebene angeordneten metallisierten Fläche, die mindestens zwei unterhalb des Strahlerelements (2) verlaufende Schlitze (5, 6) aufweist, und einer in einer dritten Ebene angeordneten, mit den Schlitzen (5, 6) gekoppelten Speiseleitungsstruktur (7, 8). Einer (5) der beiden Schlitze verläuft auf einer Symmetrielinie (11) des Strahlerelements (2), und ein weiterer Schlitz (6) verläuft orthogonal und spiegelsymmetrisch zu der Symmetrielinie (11). Damit es zu einer möglichst hohen Entkopplung der beiden Polarisationen kommt, ist der orthogonal zur Symmetrielinie (11) verlaufende Schlitz (6) an zwei spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie (11) liegenden Punkten (12, 13) mit einer Speiseleitung (8) gekoppelt, die als spiegelsymmetrisch verlaufende Leitungsverzweigung ausgebildet ist.

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein dual polarisiertes Antennenelement, bestehend aus einem in einer ersten Ebene liegenden planaren Strahlerelement, einer in einer zweiten Ebene angeordneten metallisierten Fläche, die mindestens zwei unterhalb des Strahlerelements verlaufende Schlitze aufweist, und einer in einer dritten Ebene angeordneten, mit den Schlitzen in der darüberliegenden Ebene gekoppelten Speiseleitungsstruktur, wobei von den Schlitzen einer auf einer Symmetrielinie des Strahlerelements und mindestens ein weiterer Schlitz orthogonal und spiegelsymmetrisch zu der Symmetrielinie verläuft und die Schlitze mit getrennten Speiseleitungen gekoppelt sind.

Planare Antennen, bestehend aus einer Vielzahl solcher dual polarisierter Antennenelemente, können beispielsweise in den Basistationen und in den Teilnehmerstationen von Punkt-zu- Mehrpunkt Funkübertragungssystemen eingesetzt werden. Derartige planare Antennen haben den Vorteil einer hohen Flexibilität beim Entwurf erwünschter Antennencharakteristiken, und sie erlauben eine kostengünstige Fertigung in großer Stückzahl. Bei einem Punkt-zu-Mehrpunkt Funkübertragungssystem ist das Funkfeld um eine Basistation herum in mehrere Sektoren aufgeteilt, wobei für jeden Funkfeldsektor eine eigene planare Antenne vorhanden ist. Um eine möglichst hohe Übertragungskapazität zu erzielen, werden die Übertragungskanäle in benachbarten Sektoren oder auch die Sende- und Empfangskanäle innerhalb eines Sektors verschieden polarisiert übertragen. Will man aus Platzgründen auf getrennte Sende- und Empfangsantennen verzichten, kann eine Antenne, mit der sowohl gesendet als auch empfangen wird, mit dual polarisierten Antennenelementen realisiert werden.

Ein dual polarisiertes Antennenelement der einleitend beschriebenen Art ist in Electronics Letters, 16.02.1995, Vol. 31, No. 4, S. 245, 246 beschrieben. Bei diesem bekannten Antennenelement sind neben einem auf einer Symmetrielinie des Strahlerelements liegenden Schlitz zwei weitere orthogonal dazu verlaufende Schlitze an gegenüberliegenden Rändern des Strahlerelements angeordnet. Der auf der Symmetrielinie verlaufende Schlitz ist mit einer planaren Speiseleitung für Wellen einer ersten Polarisation gekoppelt, und eine zweite Speiseleitung für Wellen einer zweiten Polarisation ist über eine Leitungsverzweigung mit den anderen beiden Schlitzen gekoppelt. Das so konzipierte dual polarisierte Antennenelement weist noch eine relativ hohe Kreuzpolarisation zwischen 32 und 35 dB auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein dual polarisiertes Antennenelement der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Kreuzpolarisation möglichst gering ist.

Vorteile der Erfindung

Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß ein orthogonal zur Symmetrielinie des Strahlerelements verlaufender Schlitz an zwei spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie liegenden Punkten mit einer Speiseleitung gekoppelt ist, die als spiegelsymmetrisch verlaufende Leitungsverzweigung ausgebildet ist. Diese streng symmetrische Anordnung der Schlitze und der sie ankoppelnden Speiseleitungen bringt eine hohe Entkopplung der orthogonal zueinander polarisierten Wellenmoden mit sich. Es wird eine Polarisationsentkopplung von ca. 38 dB mit einer relativen Bandbreite von 5,7% erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen gehen aus den Unteransprüchen hervor. Danach kann sich der orthogonal zur Symmetrielinie verlaufende Schlitz entweder im Randbereich des Strahlerelements erstrecken oder er wird in zwei Teilschlitze aufgeteilt, die zu beiden Seiten des in der Symmetrielinie liegenden Schlitzes verlaufen, wobei jeder Teilschlitz mit einem Arm der spiegelsymmetrischen Leitungsverzweigung gekoppelt ist. Durch die Aufteilung eines Schlitzes in zwei Teilschlitze wird es möglich, die orthogonal zueinander verlaufenden Schlitze näher zusammenzuführen, so daß in vorteilhafter Weise die Größe des Antennenelements reduziert werden kann.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Antennenelement

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Antennenelement mit einem Koppel-Schlitz im Randbereich und

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Antennenelement mit einem zweigeteilten Koppel-Schlitz.

In der Fig 1 ist ein Querschnitt durch ein planares, dual polarisiertes Antennenelement dargestellt. Dieses Antennenelement weist ein in einer ersten Ebene, auf einem Substrat 1 angeordnetes Strahlerelement (Patch) 2 auf. In einer darunterliegenden Ebene befindet sich auf der Oberfläche eines Substrats 3 eine metallisierte Fläche 4, in der, wie anhand von Fig. 2 und Fig. 3 noch näher erläutert wird, mehrere Koppelschlitze 5, 6 vorhanden sind. In einer dritten Ebene, nämlich auf der Unterseite des Substrats 3 ist eine in den Fig. 2 und 3 detailliert dargestellte Speiseleitungsstruktur 7, 8 angeordnet, die mit den Schlitzen 5 und 6 gekoppelt ist. In einer untersten Ebene ist noch eine Massefläche 9 angeordnet. Zum Schutz des Antennenelements kann noch eine Kunststoffabdeckung (Radom) 10 vorgesehen werden. Die Zwischenräume zwischen den einander beabstandeten Ebenen 10, 1, 3 und 9 sind mit einem Dielektrikum gefüllt, das eine niedrigere Dielektrizitätskonstante aufweist als die Substrate 1 und 3; z. B. ist dieses Dielektrikum Luft.

Eine planare Gruppenantenne wird aus einer Vielzahl solcher einzelnen Antennenelemente aufgebaut.

In der Fig. 2 ist eine Draufsicht auf ein einzelnes dual polarisiertes Antennenelement zu sehen, wobei die strichliert umrandete Fläche das Strahlerelement 2 darstellt und darunter in verschiedenen Ebenen die Koppel-Schlitze 5 und 6 und die Speiseleitungen 7 und 8 verlaufen. Wie gesagt, soll das Antennenelement dual polarisierbar sein. Deshalb verlaufen die beiden Koppelschlitze 5 und 6 orthogonal zueinander, so daß zwei orthogonale Wellenmoden an das Strahlerelement 2 angekoppelt werden können. Der erste Koppel-Schlitz 5 liegt auf einer Symmetrielinie 11 des Strahlerelements 2. Die Symmetrielinie 11 teilt das hier z. B. rechteckig geformte Strahlerelement 2 in zwei gleich große Teilflächen.

Eine Speiseleitung 7 überkreuzt den Koppel-Schlitz 5 in seiner Mitte. Somit wird eine am Eingang 7.1 der Speiseleitung 7 eingespeiste Welle einer ersten Polarisation an den Schlitz 5 angekoppelt. Eine über den Schlitz 5 hinausgehende Stichleitung 7.2 dient zur Anpassung der Leitung 7 an den Schlitz 5.

Der Koppel-Schlitz 6 für die zweite Polarisation verläuft senkrecht zum Koppel-Schlitz 5, wobei der Koppel-Schlitz 6 außermittig des Strahlerelements 2 in seinem Randbereich verläuft. Der Koppel-Schlitz 6 erstreckt sich spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie 11. Die Ankopplung eines Wellenmodes mit einer zweiten Polarisation an den Koppel-Schlitz 6 erfolgt mittels einer als Leitungsverzweigung 8 ausgebildeten Speiseleitung. Der Eingang 8.1 der Speiseleitung, an dem die Welle mit der zweiten Polarisation eingespeist wird, verzweigt sich in zwei spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie 11 verlaufende Leitungsarme, von denen jeder den Koppel-Schlitz 6 in einem Punkt 12, 13 überkreuzt und in jeweils einer zur Anpassung dienenden Stichleitung 8.2, 8.3 endet. Die völlig spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie 11 verlaufende Speiseleitung ist also an zwei ebenfalls spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie 11 liegenden Punkten 12 und 13 mit dem Koppel-Schlitz 6 gekoppelt. Wegen der sehr symmetrischen Schlitz- und Leitungskonfiguration des dual polarisierten Antennenelements wird eine sehr hohe Entkopplung der orthogonal zueinander polarisierten Wellenmoden erreicht. Die Entkopplung wird noch dadurch unterstützt, daß die Eingänge 7.1 und 8.1 der beiden Speiseleitungen 7 und 8 an entgegengesetzten Seiten des Strahlelements 2 herausgeführt sind.

Eine abgewandelte Ausführungsform des Schlitzes 6 zeigt die Fig. 3. Hier ist der Schlitz 6 in zwei Teilschlitze 6.1 und 6.2 aufgeteilt, die senkrecht und spiegelsymmetrisch zur Symmetrieachse 11, zu beiden Seiten des Koppel-Schlitzes 5, verlaufen. Durch die Aufteilung des Schlitzes 6 in zwei Teilschlitze 6.1 und 6.2 können nun die beiden Teilschlitze vom Rand des Strahlerelements 2 weg mehr in Richtung seines Zentrums verschoben werden. Diese Anordnung der Koppel- Schlitze 5 und 6.1, 6.2 ermöglicht eine Reduzierung der Fläche des Antennenelements. Die beiden Arme der Leitungsverzweigung der Speiseleitung 8 sind mit jeweils einem Teilschlitz 6.1, 6.2 in einem Punkt 14 bzw. 15 gekoppelt. Auch hier liegen die beiden Koppelpunkte 14 und 15 wieder spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie 11.

Claims

1. Dual polarisiertes Antennenelement, bestehend aus einem in einer ersten Ebene liegenden planaren Strahlerelement (2), einer in einer zweiten Ebene angeordneten metallisierten Fläche (4), die mindestens zwei unterhalb des Strahlerelements (2) verlaufende Schlitze (5, 6, 6.1, 6.2) aufweist, und einer in einer dritten Ebene angeordneten, mit den Schlitzen (5, 6, 6.1, 6.2) in der darüberliegenden Ebene gekoppelten Speiseleitungsstruktur (7, 8), wobei von den Schlitzen (5, 6, 6.1, 6.2) einer (5) auf einer Symmetrielinie (11) des Strahlerelements (2) und mindestens ein weiterer Schlitz (6, 6.1, 6.2) orthogonal und spiegelsymmetrisch zu der Symmetrielinie (11) verläuft und die Schlitze (5, 6, 6.1, 6.2) mit getrennten Speiseleitungen (7, 8) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der orthogonal zur Symmetrielinie (11) verlaufende Schlitz (6, 6.1, 6.2) an zwei spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie (11) liegenden Punkten (12, 13, 14, 15) mit einer Speiseleitung (8) gekoppelt ist, die als spiegelsymmetrisch verlaufende Leitungsverzweigung ausgebildet ist.

2. Dual polarisiertes Antennenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der orthogonal zur Symmetrielinie (11) verlaufende Schlitz (6) im Randbereich des Strahlerelements (2) erstreckt.

3. Dual polarisiertes Antennenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der orthogonal zur Symmetrielinie (11) verlaufende Schlitz (6) in zwei Teilschlitze (6.1, 6.2) aufgeteilt ist, die sich zu beiden Seiten des in der Symmetrielinie (11) liegenden Schlitzes (5) erstrecken, und daß jeder Teilschlitz (6.1, 6.2) mit einem Arm der spiegelsymmetrischen Leitungsverzweigung (8) gekoppelt ist.