DE19829714A1

DE19829714A1 - Zweifach polarisierte Bügelschleifendipolantenne mit integrierter Einspeisung über eine frei liegende Leitung

Info

Publication number: DE19829714A1
Application number: DE19829714A
Authority: DE
Inventors: Thomas P Higgins
Original assignee: Alcatel Alsthom Compagnie Generale dElectricite
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1997-07-03
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2018-07-04
Also published as: AU730484B2; US6028563A; AU7399798A; CA2240114A1; DE19829714B4

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein Antennen und bezieht sich insbesondere auf zweifach polarisierte Antennen.

Beschreibung des Standes der Technik

Ganz allgemein werden Dipolantennen schon seit langer Zeit verwendet und über die Jahre sind viele Veränderungen entwickelt worden. "Bügelschleifen" ("bow tie") Dipole funktionieren wie gewöhnliche Halb-Wellenlängendipole und werden in mehreren Fachbüchern beschrieben, wie beispielsweise in Balanis, Constantine A., "Antenna Theory Analysis And Design", Wiley, 1997.

Aufgrund der zunehmenden Popularität von Polarisationsdiversity Techniken bei der mobilen Kommunikation sind zweifach polarisierte Antennen bedeutsamer geworden. Es sind dies Antennen, die zwei orthogonale Polarisationen abstrahlen, wie beispielsweise vertikale/horizontale (0° & 90°) oder geneigte ± 45° Polarisationen. Viele Arten von zweifach polarisierten Antennen sind untersucht worden und sind am Markt in großem Maße verfügbar.

Diese Antennen werden in zwei Gruppen unterteilt:

1. Antennen, die einzelne lineare polarisierte Elemente verwenden, die aber gruppiert und so angesteuert werden, daß sie ein zweifach polarisiertes Feld ausbilden. Ein Beispiel ist ein Patchfeld (oder Dipolfeld), bei dem zwei einzelne Elemente (oder zwei getrennte Dipole) notwendig sind, um beide Polarisationen abzustrahlen.
2. Antennen, die zweifach polarisierte Elemente verwenden, um ein zweifach polarisiertes Feld auszubilden. Beispiele sind ein einzelnes Element, welches zwei unterschiedliche Polarisationen abstrahlt oder zwei über Kreuz angeordnete Dipole, die so ausgebildet sind, daß sie zu einem einzelnen zweifach polarisierten Element werden.

Die Techniken für die Einspeisung sind ebenfalls ein Gebiet voller Wettbewerb. Viele Vertreiber verwenden ein Koaxialkabel öder dielektrische Mikrostripleitungen zur Übertragung. Antennen, die ein Koaxialkabel oder dielektrische Mikrostripleitungen zur Übertragung verwenden, leiden an einem verringerten Wirkungsgrad und erzeugen möglicherweise Verzerrungen durch Zwischenmodulation dritter Ordnung.

Antennen, die einzelne lineare polarisierte Elemente verwenden, müssen auf der Grundebene (Reflektor) sorgfältig ausgerichtet werden, um symmetrische Muster abzustrahlen. Auch kann es sein, daß eine gute Isolation oder Trennung zwischen den Anschlußstellen (zwischen den beiden Eingängen) an einer Antenne sehr schwierig zu erreichen ist, die einen Reflektor besitzt, der mit vielen Elementen überladen ist. Wenn Freileitungen verwendet werden, dann kann der Prozeß der Einspeisung der Radiatoren sehr unhandlich werden aufgrund so vieler unterschiedlicher Stellen für die einzuspeisenden Signale.

Zweifach polarisierte Antennen, die zweifach polarisierte Elemente verwenden, leiden an anderen Problemen. Über Kreuz angeordnete Dipolelemente müssen ausgesprochen lang sein, um ein gutes Zwischenelement (Trennung innerhalb des gleichen Elements mit zweifacher Polarisation) zu bilden, was zu einer Dipolimpedanz führt, die so hoch ist (200 Ohm), daß es schwierig wird, über eine große Bandbreite abzugleichen. Auch ohne ein ausgesprochen langes Element ist die Dipolimpedanz hoch (150 Ohm). Eine einzelne zweifach polarisierte Elementenantenne besitzt eine geringe Isolation zwischen den Eingängen, Bandbreite und Kreuzpolarisations- Trennschärfeeigenschaften; obwohl viele dieser Nachteile durch verschiedene Techniken reduziert werden können, ist die Verlustanalyse ein delikater Vorgang.

Funkwellen, die sich ausbreiten, werden in ihrer Ausbreitungsumgebung geschwächt und verzerrt. Darüber hinaus löschen sich zwei Wellen gegenseitig aus, wenn sie mit entgegengesetzter Phase am gleichen Punkt ankommen, was zu einem Phänomen führt, welches als Mehrwegefading bekannt ist. Viele zelluläre Telefonverbindungen gehen üblicherweise aufgrund von Verzerrungen und Mehrwegefading verloren. Eine bekannte Lösung dieses Problems ist eine Raum-Diversity- Technik bei der zwei verschiedene Antennen verwendet und um beispielsweise 20 Wellenlängen voneinander getrennt werden, um dieselbe Information auf zwei unterschiedlichen Funksignalen zu übertragen. Bei einem solchen Ansatz ist aber ein Problem vorhanden, daß zwei Antennen benötigt werden, um ein Signal zu senden, während die Gemeinden versuchen, die Zahl der Antennen zu minimieren.

Angesichts der vorstehenden Schilderung gibt es einen tatsächlichen Bedarf an einer Antenne, die das Problem des Mehrwegefading beseitigt, die die Zahl der Antennen verringert, welche das Problem des dielektrischen Signalverlustes mit einem Koaxialkabel löst, die unnötige Lötverbindungen, Schraubenverbindungen und Preßverbindungen vermeidet und einfach herzustellen ist.

Darüber hinaus ist die Trennung zwischen den beiden unterschiedlichen Eingängen, die den beiden unterschiedlichen Polarisationen entsprechen, ein sehr wichtiger Aspekt einer Antenne mit zweifacher Polarisation. Als Isolation oder Trennung wird in diesem Fall ein Verhältnis der Leistung definiert, die einen Eingang verläßt zu der Leistung, die in den anderen Eingang eingebracht wird. In idealer Weise ist das Leistungsverhältnis mit linearen Werten ausgedrückt 0.0 oder - ∞ dB (Dezibel), was bedeutet, daß die gesamte Leistung, die in einen Anschluß eingegeben wird, von der Antenne ausgestrahlt wird, oder durch den gleichen Anschluß zurück reflektiert wird, was durch ein nicht-ideales Spannungsstehwellenverhältnis (VSWR) ausgedrückt wird.

Realistisch betrachtet ist aber ein Verhältnis von 1/1000 bis 1/100 (oder -30 bis -20 dB) ein erstrebenswerter Wert für die Isolation oder Trennung. Eine gute Isolationscharakteristik ist für einen Benutzer ein wichtiger Faktor, insbesondere dann, wenn sie in einer Konfiguration verwendet wird, bei der die Antenne zur Übertragung und zum Empfang verwendet wird. Dies ist deshalb der Fall, da ein Teil der übertragenen Leistung, wenn die Isolationscharakteristik schlecht ist, in den anderen Anschluß zurück reflektiert werden wird und den daran angeschlossenen Empfänger übersteuern wird.

Eine Verschlechterung der Isolation kann sich aus mehreren Gründen heraus ergeben: (1) Einem Austreten von Hochfrequenz (RF) Energie aus dem Zuleitungssystem einer Polarisation in das Zuleitungssystem der entgegengesetzten Polarisation; (2) einer Intraelementkopplung, die sich aufgrund von RF Energie einstellt, die innerhalb eines einzelnen zweifach polarisierten Elements von einem Dipol zu seinem entgegengesetzt polarisierten Dipol hin austritt, und die dann zu dem entgegengesetzten Eingangsanschluß zurück läuft; und (3) einer Zwischenelementkopplung, die sich aufgrund von RF Energie ergibt, die von einer Polarisation zu der entgegengesetzten Polarisation einkoppelt, aber nur zwischen benachbarten (zweifach polarisierten) Elementen und die dann zu dem entgegengesetzten Eingangsanschluß zurückkehrt.

Techniken, die in der Vergangenheit verwendet worden sind, variieren für Nicht-Bügelschleifendipolantennen von der sorgfältigen Anordnung der Abstrahlelemente an dem Reflektor. der sorgfältigen Auswahl der Länge der Dipole, der Hinzufügung solcher Dinge, wie beispielsweise zusätzlicher Wände (oder "Gitter") zwischen den Abstrahlelementen und bis zu zusätzlichen Wänden in Längsrichtung in der Feldebene.

Diese Ansätze und die sich hieraus ergebenden Kreuzdipolantennen haben aber einige Nachteile. Eine sorgfältige Anordnung der Abstrahlelemente an dem Reflektor kann nicht ausgeführt werden in dem Falle von zweifach polarisierten Kreuzbügelschleifendipolen, da diese Technik getrennte Abstrahlelemente benötigt, die relativ zueinander bewegt werden können. Wände oder Gitter zwischen Abstrahlelementen können die Folge haben, daß sie zu einer Kreuzpolarisationskomponente in dem Fernfeldmuster beitragen. Wände oder Gitter längsseits in der Feldebene führen zu der Folge einer Verengung der Azimuth Strahlbreite und tragen ebenfalls zu einer Kreuzpolarisationskomponente in dem Abstrahlmuster bei. Diese Techniken haben bei reinen Kreuzdipolen in der Vergangenheit funktioniert, es ist aber noch nicht gezeigt wurden, daß sie bei zweifach polarisierten Antennen mit Kreuzbügelschleifendipolen wirksam sind.

Die vorstehend erwähnten Einrichtungen tragen nicht in signifikante Weise zur Verbesserung der Isolation für Kreuzbügelschleifendipolantennen bei. Aufgrund dieser Tatsache besteht ein tatsächlicher Bedarf an einer Antenne, die diese Probleme löst.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt eine neue und nützliche Antenne mit zweifacher Polarisation zur Übertragung oder zum Empfang von polarisierten Funkfrequenzsignalen zur Verfügung, die eine Reflektorplatte und eine oder mehrere Dipolanordnungen aufweist. Die Reflektorplatte ist eine Grundplatte und reflektiert die polarisierten Funkfrequenzsignale. Die eine oder mehrere Dipolanordnungen besitzen zwei Kreuzbügelschleifendipole mit Abstrahlarmen zur Übertragung oder zum Empfang der polarisierten Funkfrequenzsignale in zwei Polarisationen. Die beiden Kreuzbügelschleifendipole besitzen auch U-förmige mit Luft gefüllte Sende- oder Übertragungszuführleitungen oder Stangen für die Aufnahme der entsprechenden Abstrahlarme und zur Bereitstellung der polarisierten Funkfrequenzsignale zwischen der Reflektorplatte und den entsprechenden Abstrahlarmen.

Jede U-förmige mit Luft gefüllte Sendezuführleitungseinrichtung besitzt zwei Schenkel und eine jeweilige Zuleitungsstange, die in jeweils einem der beiden Schenkel angeordnet ist. Jeder Schenkel besitzt eine rechteckige Form mit wenigstens drei Seiten für die Trennung nicht erwünschter Funkfrequenzenergie. Die jeweiligen Abstrahlarme besitzen dreieckförmig ausgebildete Arme, die jeweils Aussparungen aufweisen, die so dimensioniert sind, daß sie die Verzerrung des Abstrahlmusters aufgrund von nicht erwünschter Kopplung der Funkfrequenz zwischen den beiden Kreuzbügelschleifendipolen minimieren. Jede U-förmige mit Luft gefüllte Sendezuführleitung kann auch als ein Oval oder ein Kreis ausgebildet sein, um weitgehend die gleiche Trennfunktion zu erreichen, obwohl aber die Erfindung nicht eine Beschränkung auf eine bestimmte Form der Dipole beinhaltet, da Ausführungsformen vorstellbar sind, bei denen die Dipole als ein Rechteck, als Kleeblatt oder als ein halber Kreis ausgebildet sein können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird jeder Schenkel der U-förmigen mit Luft gefüllten Sendezuführleitung und der dreieckförmig geformte Arm aus Metall ausgestanzt und gebogen.

Ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß sie den nicht erwünschten Effekt des Mehrwegefading beträchtlich verringert, da dann, wenn ein Polarisationssignal schwächer wird, das andere Polarisationssignal im wesentlichen nicht schwächer wird.

Weitere wichtige Vorteile der Antenne nach der vorliegenden Erfindung sind, daß die Antenne nicht erwünschte Signalverluste beseitigt, wenn ein Koaxialkabel verwendet wird, die Antenne effektiv keine Lötverbindungen benötigt, die Antenne nur geschweißt werden muß und auf diese Weise den Bedarf an Schrauben und anderen Druckverbindungen vermeidet, die Antenne einfach hergestellt werden kann, die Antenne aus ähnlichen Metallen gefertigt werden kann, wie beispielsweise Aluminium und auf diese Weise Signalverluste aufgrund von Kopplung zwischen unähnlichen Metallen vermeidet und die Antenne die nachteilige Wirkung von sich aufbauender Feuchtigkeit beseitigt, da der dreiseitige U-förmige Kanal es der Feuchtigkeit gestattet, abzulaufen.

Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung auch eine oder mehrere Trenneinrichtungen für die vorstehend erwähnte zweifach polarisierte Antenne zur Verfügung zur Kopplung von nicht erwünschter RF Energie mit einer Phase und einem Betrag zur Auslöschung der nicht erwünschten RF Energie, die zwischen Dipolen entgegengesetzter Polarisation gekoppelt wird. Die eine oder mehreren Trenneinrichtungen können (1) eine oder mehrere Trennstäbe oder -stangen in Relation zu der Bügelschleifenanordnungen aufweisen; (2) eine oder mehrere Trennschienen, die entlang der Bügelschleifenanordnungen angeordnet sind; (3) eine oder mehrere kleine dünne Trennstangen oder -drähte, die in oder an einer Antennenverkleidung angeordnet sind, die die Bügelschleifenanordnungen abdeckt; (4) einen oder mehrere Trennstreifen, die zwischen einem positiven und einem negativen Arm der Bügelschleifenanordnungen gekoppelt sind; oder (5) eine Kombination aus einer oder mehrerer der vorgenannten Anordnungen.

Ein wichtiger Vorteil dieser RF Trenntechnik ist, daß sie nicht erwünschte RF aus der Kopplung zwischen Dipolen entgegengesetzter Polarisation minimiert und zu einer insgesamten Verbesserung der Leistung der Antenne beiträgt.

Weitere Aufgabenpunkte der Erfindung ergeben sich teilweise von selbst und werden teilweise nachfolgend deutlich werden.

Demgemäß umfaßt die Erfindung die Merkmale der Konstruktion, Kombination von Elementen und die Anordnung der Bauteile, die anhand der nachfolgend erläuterten Konstruktion dargestellt werden und das Wesen der Erfindung ergibt sich auch anhand der Ansprüche.

Für ein vollständigeres Verständnis des Wesens der Erfindung wird auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Diese zeigen in:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Kreuzbügelschleifenantenne;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Antenne nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Querschnittansicht der Antenne nach Fig. 2 entlang der Linie 3-3;

Fig. 4 eine Ansicht eines typischen dreieckförmig ausgebildeten negativen Armes der Antenne nach Fig. 1;

Fig. 5 einen Plot von drei Abstrahlmustern mit Bandbreiten von 78.33 Grad bei 1.85 Gigahertz, 81.57 Grad bei 1.92 Gigahertz und 80.01 Grad bei 1.99 Gigahertz, jeweils für ein 1×12 Antennenfeld unter Verwendung des in Fig. 1 dargestellten Gegenstandes nach der Erfindung;

Fig. 6 einen Plot von drei Abstrahlmustern mit Bandbreiten von 77.64 Grad bei 1.85 Gigahertz, 81.74 Grad bei 1.92 Gigahertz und 82.53 Grad bei 1.99 Gigahertz, jeweils für ein 1×12 Antennenfeld unter Verwendung des in Fig. 1 dargestellten Gegenstandes nach der Erfindung;

Fig. 7 eine Ausführungsform für eine Antenne mit einem 1×12 Feld unter Verwendung des in Fig. 1 dargestellten Gegenstandes nach der Erfindung;

Fig. 8A und 8B ein Zuleitungssystem für das 1×12 Feld nach Fig. 7;

Fig. 9 einen Plot von drei Abstrahlmustern mit Bandbreiten von 81.10 Grad bei 1.85 Gigahertz, 77.08 Grad bei 1.92 Gigahertz und 79.61 Grad bei 1.99 Gigahertz, jeweils für ein 1×12 Antennenfeld unter Verwendung des in Fig. 1 dargestellten Gegenstandes nach der Erfindung;

Fig. 10 einen Plot eines Abstrahlmusters mit Bandbreiten von jeweils 6.17 Grad für ein 1×12 Antennenfeld unter Verwendung des in Fig. 1 dargestellten Gegenstandes nach der Erfindung;

Fig. 11 eine Darstellung der Trennung mit und ohne eine Antennenverkleidung und zwar von eng beabstandeten Dipolen für einen Zuleitungsstab mit einem Durchmesser von 0.050;

Fig. 12 eine Darstellung der Eingangsabstimmung von eng beabstandeten Bügelschleifendipolen für einen Zuleitungsstab mit einem Durchmesser von 0.050;

Fig. 13 eine Darstellung einer Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Antenne mit einer RF Trenneinrichtung;

Fig. 14 eine Ansicht von der Seite auf eine Antenne nach Fig. 13 entlang der Linie 14-14;

Fig. 15 eine Draufsichtansicht auf einen Trennbaum ähnlich demjenigen nach Fig. 13;

Fig. 16 eine Ansicht von der Seite auf den Trennbaum nach Fig. 15 entlang der Linie 16-16;

Fig. 17 eine weitere Ansicht von der Seite auf den Trennbaum nach Fig. 15 entlang der Linie 17-17:

Fig. 18 eine Darstellung einer Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Antenne, die auch eine RF Trenneinrichtung besitzt;

Fig. 19 eine Ansicht von der Seite auf eine Antenne nach Fig. 18 entlang der Linie 19-19;

Fig. 20 eine Draufsicht auf einen Trennstab nach Fig. 19;

Fig. 21 eine Seitenansicht auf den Trennstab nach Fig. 20 entlang der Linie 21-21;

Fig. 22 eine Seitenansicht auf einen Abstandshalter des Trennstabes nach Fig. 19;

Fig. 23 ein Querschnitt des Abstandshalters nach Fig. 11 entlang der Linie 23-23;

Fig. 24 eine Darstellung einer Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Antenne, die auch eine RF Trenneinrichtung aufweist;

Fig. 25 eine Ansicht von der Seite auf eine Antenne nach Fig. 13 entlang der Linie 25-25;

Fig. 26 eine Darstellung einer Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Antenne, die auch eine RF Trenneinrichtung aufweist;

Fig. 27 eine Ansicht von der Seite auf eine Antenne nach Fig. 13 entlang der Linie 27-27;

Fig. 28 ein Graph der Frequenz über Dezibel für die Antenne nach Fig. 26-27;

Fig. 29 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Antenne, die auch eine RF Trenneinrichtung aufweist;

Fig. 30 eine Darstellung einer Antenne weitgehend ähnlich derjenigen nach Fig. 13-14, 18-19, 24-25 und 26-27; und

Fig. 31 ein Graph der Frequenz über Dezibel für die Antenne nach Fig. 30.

Ausführung der Erfindung Die Antenne 20 mit zweifacher Polarisation

Fig. 1 zeigt eine Antenne mit zweifacher Polarisation, die im folgenden ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet wird, für die Sendung und den Empfang von polarisierten Funksignalen. Die zweifach polarisierte Antenne 20 besitzt eine Reflektorplatte 22 und eine oder mehrere Bügelschleifenanordnungen mit dem Bezugszeichen 24, die darauf angeordnet sind (von denen in Fig. 1 nur eine dargestellt ist). Die Reflektorplatte 22 ist eine Bodenplatte bzw. Erdungsplatte oder Grundplatte und reflektiert RF Energie. Eine typische Antenne kann 12 Bügelschleifenanordnungen 24 in einem 1×12 Feld angeordnet aufweisen, wie es dargestellt ist und nachfolgend noch beschrieben werden wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Zahl von Bügelschleifenanordnungen 24 einer bestimmten Antenne beschränkt.

Jede Bügelschleifenanordnung 24 besitzt erste und zweite über Kreuz angeordnete Bügelschleifendipole, die mit dem Bezugszeichen 26, 28 bezeichnet sind und an einer leitfähigen Basis 29 angeordnet sind und bezüglich der Reflektorplatte 22 so ausgerichtet sind, daß sie jeweils orthogonale Polarisationen von +45 Grad und -45 Grad aufweisen, welche die RF Energie in zwei Polarisationen senden oder empfangen.

Der erste Kreuzbügelschleifendipol 26 wird von Schenkeln 30, 32, einer Zuleitungsstange 34, oberen und unteren Trenndurchführungen 36, 38 (Fig. 2 und 3), einem dreieckförmig ausgebildeten negativen Arm 40 und einem dreieckförmig ausgebildeten positiven Arm 42 gebildet. Wie es am besten in Fig. 1 dargestellt ist, ist der dreieckförmig ausgebildete negative Arm 40 an dem Schenkel 30 und der dreieckförmig ausgebildete positive Arm 42 an dem Schenkel 32 angeordnet. Der Schenkel 30 und die Zuleitungsstange 34 bilden zusammen eine U-förmige mit Luft gefüllte Übertragungsfreileitung und ein oberes Ende der Zuleitungsstange 34 ist mit dem dreieckförmig ausgebildeten positiven Arm 42 über eine Lötverbindung oder dergleichen verbunden.

Der zweite Kreuzbügelschleifendipol 28 wird von Schenkeln 50, 52, einer Zuleitungsstange 54, oberen und unteren Trenndurchführungen 56, 58 (Fig. 3), einem dreieckförmig ausgebildeten negativen Arm 60 und einem dreieckförmig ausgebildeten positiven Arm 62 gebildet. Der dreieckförmig ausgebildete negative Arm 60 ist an dem Schenkel 50 und der dreieckförmig ausgebildete positive Arm 62 ist an dem Schenkel 52 angeordnet. Der Schenkel 50 und die Zuleitungsstange 54 bilden zusammen ebenfalls eine U-förmige mit Luft gefüllte Übertragungsfreileitung und ein oberes Ende der Zuleitungsstange 5 ist mit dem dreieckförmig ausgebildeten positiven Arm 62 über eine Lötverbindung oder dergleichen verbunden.

Jede Zuleitungsstange 34, 54 läuft durch eine jeweilige Trenndurchführung 36, 56 eines jeweiligen negativen Armes 40, 60 und ist über eine Lötverbindung mit einem jeweiligen positiven Arm 42, 62 verbunden. Der Durchmesser der Zuleitungsstange 34, 54 nach seinem Durchtreten durch eine Öffnung 76 (Fig. 4), wie es untenstehend noch erläutert werden wird, besitzt ebenfalls einen Einfluß auf die Trennung zwischen den beiden Dipolen 26, 28. Stangen mit kleinerem Durchmesser weisen eine höhere Trennung auf. Die Trennung zwischen den beiden Dipolen beträgt 30-35 Db.

Wie es dargestellt ist, sind die Schenkel 30, 32, 50, 52 U-för mig und mit Luft gefüllt; die Erfindung ist aber nicht auf eine bestimmte Art oder Form der Schenkel 30, 32, 50, 52 beschränkt. So sind beispielsweise Ausführungsformen möglich, die Merkmale der an dieser Stelle beschriebenen Erfindung verwenden, die einen oder mehrere der Schenkel 30, 32, 50, 52 aufweisen und Koaxialkabel sind.

Der dreieckförmig ausgebildete negative Arm 40 besitzt Aussparungen 40a, 40b; der dreieckförmig ausgebildete positive Arm 42 besitzt Aussparungen 42a, 42b; der dreieckförmig ausgebildete negative Arm 60 besitzt Aussparungen 60a, 60b; und der dreieckförmig ausgebildete positive Arm 62 besitzt Aussparungen 62a, 62b. Die jeweiligen Aussparungen 40a, 40b; 42a, 42b; 60a, 60b und 62a, 62b sind zur Minimierung einer Verzerrung der Abstrahlmuster aufgrund von einer nicht erwünschten RF Kopplung zwischen den Dipolen 26, 28 dimensioniert, die die Dipolanordnung 24 bilden. Wenn der Spalt zwischen den benachbarten Armen 40, 60; 40, 62; 42, 60 und 42, 62 verringert wird, dann nimmt die Impedanz der Antenne ab und umgekehrt.

Eine minimale Impedanz ist wünschenswert, um die Bandbreite der Antenne 20 zu maximieren. Wenn aber der Spalt zwischen benachbarten Armen verkleinert wird, dann steigt auch die RF Verzerrung an aufgrund einer nicht erwünschten Kopplung zwischen den Dipolen. Die Aussparungen 40a, 40b; 42a, 42b; 60a, 60b und 62a, 62b beeindrucken daher durch ein einzigartiges Gleichgewicht, indem sie eine Abnahme der Impedanz der Antenne und eine Abnahme der nicht erwünschten Verzerrung gestatten, während sie erwünschte Abstrahlmuster zur Verfügung stellen. Nach einer Ausführungsform ist der Spalt zwischen den Aussparungen 38a, 44b; 38b, 40a; 40b, 42a und 42b, 44a so dimensioniert, daß er 2 1/2 mal den Spalt zwischen dem nicht mit Aussparungen versehenen Abschnitt der benachbarten Arme 34a, 36a; 34a, 36b; 34b, 36a und 34b, 36b mißt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine bestimmte Abmessung der Aussparungen beschränkt. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Form der Dipole beschränkt.

Die ersten und zweiten Kreuzbügelschleifendipole 26, 28 können in der Länge kleiner als 1/2 λ sein. Nach einer Ausführungsform betrug die Länge der Bügelschleifendipole 26, 28 nämlich 0.44 λ, was zu einem Element mit niedrigerer Impedanz führt. Die Kreuzbügelschleifendipole 26, 28 besitzen inhärent eine niedrige Impedanz, wenn sie aber so kurz wie möglich ausgeführt werden, dann besitzen sie ein sogar noch niedrigeres Impedanzelement. Auch leiden die kurzen Bügelschleifenelemente nicht an einer verringerten Trennung innerhalb des Elements, wie es bei gewöhnlichen Kreuzdipolen der Fall ist. Die beiden Kreuzbügelschleifendipole 26, 28 besitzen auch eine inhärent hohe Kreuzpolarisationstrennung. Die beiden Kreuzbügelschleifendipole 26, 28 befinden sich an der Reflektorplatte 22 angeordnet, um jeweilige orthogonale Polarisationen von +45 Grad und -45 Grad aufzuweisen.

Wie es am besten in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, weist in dem ersten Bügelschleifendipol 26 der Schenkel 30 zwei Seitenwände 66, 68 und eine rückseitige Wand 70 auf. Die Zuleitungsstange 34, die in Fig. 3 dargestellt ist, verläuft innerhalb des Kanals, der von den beiden Seitenwänden 66, 68 und der Rückwand 70 gebildet wird in einer solchen Weise, daß sie mit keiner der Wände 66, 68, 70 in Kontakt kommt, um nicht erwünschte Frequenzenergie gegen die Kopplung mit dem gegenüberliegenden Port zu trennen oder zu isolieren und auch, um eine "Leckwellen"-abstrahlung aufgrund der Beeinflussung des Abstrahlmusters der Antenne zu minimieren. Der Schenkel 32 ist ähnlich ausgebildet. Die Schenkel 30, 32, 50, 52 beseitigen den Bedarf an Koaxialkabeln und ermöglichen eine Ausgestaltung mit allen ähnlichen Metallen, wie beispielsweise Aluminium, die in erheblicher Weise nicht erwünschte Verzerrungen durch Zwischenmodulation verringern. Ein bekanntes Problem ist gewesen, daß die Verwendung von unähnlichen Metallen zu einer unerwünschten Verzerrung in dem Antennensignal durch Zwischenmodulation führt. Die Verwendung von Koaxialkabeln führt auch zu nicht erwünschten Signalverlusten. Die Zuleitungsstange 34 tritt durch die oberen und unteren isolierenden Durchführungen 36, 38 hindurch, die die Zuleitungsstange von der leitfähigen Basis 29 trennen, an der der Schenkel 30 befestigt ist. Das untere Ende der Zuleitungsstange 34 erstreckt sich bis unterhalb die leitfähige Basis 29 zur Verbindung mit einer Sende- und/oder Empfangsausrüstung nach Fig. 8A und 8B.

Der zweite Dipol 28 ist ähnlich aufgebaut. Wie es dargestellt ist, berühren sich die Zuleitungsstangen 34 und 54 nicht gegenseitig. Es ist experimentell herausgefunden worden, daß der Durchmesser jeder Zuleitungsstange 34, 54 eine Auswirkung auf die Trennung des benachbarten Dipols besitzt. Ein kleinerer Durchmesser der Zuleitungsstangen führt zu einer größeren Trennung zwischen benachbarten Dipolen der selben Bügelschleifenanordnung in einer Größenordnung von 30-35 dB.

Wie es dargestellt ist, besitzt die leitfähige Platte 29 eine 1/4 λ Dipolabstandshalter-Kurzschlußplatte 72, die mit den vier Schenkeln 30, 32, 50, 52 verbunden ist.

Es können unterschiedliche RF Signale an die Zuleitungsstangen 34, 54 angelegt werden, um Funksignale in zwei unterschiedlichen Polarisationen zu senden oder zu empfangen. Bei der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform besitzen die polarisierten Funkfrequenzsignale orthogonale Polarisationen, obwohl die Erfindung keine Beschränkung auf nur solche orthogonale Polarisationen beabsichtigt.

Fig. 4 zeigt den dreieckförmig ausgebildeten negativen Arm 60 mit einer inneren Ecke 46a mit einem Winkel von 90 Grad, zwei äußeren Ecken 46b, 46c mit Winkeln von 45 Grad und Seiten, die ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 46d, 46e bezeichnet sind, an dem Abschnitt mit der inneren Ecke 46a und den äußeren Ecken 46b, 46c. Jede äußere Ecke beziehungsweise Außenecke 46b, 46c besitzt eine symmetrische Aussparung 60a, 60b (siehe Fig. 1), die in ihr entlang der Seite 46d, 46e ausgeschnitten ist. Jede symmetrische Aussparung 60a, 60b besitzt einen ersten Rand 46f, 46g, der weitgehend parallel zu der jeweiligen Seite 46d, 46e verläuft und besitzt einen zweiten Rand 46h, 46i, der unter einem Winkel von etwa 45 Grad (der auch als ein Winkel von 135 Grad beschrieben werden kann) bezogen auf die Seite 46d, 46e angeordnet ist.

Die innere Ecke oder Innenecke 46a besitzt eine Öffnung 76 zur Aufnahme der Trenndurchführung 56 (Fig. 1), die darin angeordnet ist. Die Öffnung 76 besitzt eine Nebenschlußkapazität zur Anpassung der Impedanz der Dipole 26, 28 an die Schenkel 30, 32. Wenn der Bügelschleifendipol klein ausgeführt wird, dann existiert eine induktive Komponente zu der Impedanz, die dann durch den Durchmesser der Öffnung 76 und die entsprechende Öffnung (nicht dargestellt) heraus abgestimmt wird. Die Erfindung beabsichtigt jedoch keine Beschränkung auf eine bestimmte Größe oder Form der Öffnung 76.

Jede Seite 46d, 46e besitzt eine Länge von allgemein Ls und jede symmetrische Aussparung 60a, 60b besitzt eine entsprechende Länge Ln, die weitgehend gleich der Länge der jeweiligen Seite ist. Das Verhältnis der Länge Ls der jeweiligen Seite zu der entsprechenden Länge Ln jeder symmetrischen Aussparung 60a, 60b liegt im Bereich von etwa 1 : 3 bis 3 : 1.

Die Erfindung beabsichtigt jedoch keine Beschränkung auf eine dreieckförmige Form, die die vorstehend definierten Innen- und Außeneckenwinkel aufweist. So ist beispielsweise eine Ausführungsform möglich, bei der eine dreieckförmige Form verwendet wird mit drei Ecken mit einem Winkel von 60 Grad. Bei solchen Ausführungsformen können die Aussparungen weggelassen werden. Der Winkel der Innenecke kann von 0 Grad (d. h. ein geradliniger Dipol) bis zu der dargestellten Ausführungsform mit einer Innenecke mit einem Winkel von 90 Grad reichen. Die dreieckförmig ausgebildeten Arme 40, 42, 62 sind ähnlich ausgebildet.

Die zweifach polarisierte Antenne 20 besitzt darüber hinaus eine Basis 62 zur Anordnung an der Reflektorplatte 22 (Fig. 1). Einem Fachmann ist es bekannt, wie eine oder mehrere Antennen an einer typischen Reflektorplatte angeordnet werden. Die Basis 62 besitzt eine 1/4 λ Dipolabstandshalter 72 Kurzschlußplatte, die mit den Schenkeln 30, 50, 32, 52 verbunden ist. Wie es dargestellt ist, besitzt die Basis 62 eine untere Öffnung (nicht dargestellt) zur Aufnahme der Trenndurchführungen 38, 58. Jede untere Öffnung (nicht dargestellt) weist eine Nebenschlußkapazität oder Shunt Kapazität auf zur Anpassung der Impedanz zwischen dem jeweiligen Schenkel 30, 50 an die jeweilige Zuleitungsstange 34, 54. Jede Trenndurchführung 36, 38, 56, 58 kann aus Teflon oder einem anderen geeigneten Isoliermaterial hergestellt werden. Die Erfindung beabsichtigt aber keine Beschränkung auf eine bestimmte Größe oder Form der unteren Öffnung (nicht dargestellt) oder der Art des Materials, welches für die Trenndurchführung 36, 38, 56, 58 verwendet wird.

Die Funksignale können ein erstes Funksignal und ein zweites Funksignal aufweisen, welches von dem ersten Funksignal unabhängig ist und zwar zum Senden oder zum Empfangen von Funksignalen in zwei unterschiedlichen Polarisationen. Bei der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform besitzen die polarisierten Funksignale orthogonale Polarisationen, obwohl die Erfindung keine Beschränkung auf nur derartige orthogonale Polarisationen beabsichtigt.

Alternativ können die Funksignale auch ein erstes Funksignal und ein zweites Funksignal aufweisen mit einer Phasendifferenz von 90 Grad zum ersten Funksignal und zwar zum Senden oder zum Empfangen von zirkular polarisierten Funksignalen, die auch orthogonale Polarisationen aufweisen können.

Die charakteristische Impedanz jeder U-förmigen rechtwinkligen mit Luft gefüllten Sendezuführungsleitung 30, 32, 34, 50, 52, 54 ist weitgehend die gleiche wie die Impedanz des jeweiligen Kreuzbügelschleifendipols 24a, 24b und wird nach der folgenden Formel berechnet:

wobei D eine offene oder Abmessung einer Seite des Schenkels 30, 32, 50, 52 ist, d ein Durchmesser einer jeweiligen Zuleitungsstange 34, 54 ist und h der Abstand von einer jeweiligen Seitenwand des Schenkels 30, 32, 50, 52 zu einer jeweiligen Mitte der jeweiligen Zuleitungsstange 34, 54 ist.

Im Betrieb zeigt die zweifach polarisierte Bügelschleifenantenne nach der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Intraelement, Anschluß-zu-Anschluß Trennung (< 30 Db) und, was-von größerer Bedeutung ist, eine beträchtlich niedrigere Impedanz (etwa 60-70 Ohm), was zu einer höheren Bandbreite führt. Das zweifach polarisierte Bügelschleifenelement zeigt auch eine ausgesprochen gute Kreuzpolarisationsdiskriminanz. Die frei liegende Zuführung macht eine Zuführungsleitung aus dem gleichen Werkstoff wie dem Rest des Elements möglich, so daß Schweißen oder Löten verwendet werden kann, um Verzerrungen dritter Ordnung durch Zwischenmodulation zu verringern.

Ein wichtiger Vorteil der Verwendung eines Polarisations- Diversity-Empfangs und/oder Sendens ist die Abschwächung unerwünschter Effekte des Mehrwegefadings bei kabellosen Kommunikationsverbindungen.

Fig. 5 und 6 zeigt einen Plot der Abstrahlmuster für die typische 1×12 Antenne.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform für eine Antenne, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 80 bezeichnet ist, mit einem 1×12 Feld von Kreuzdipolen unter Verwendung des Gegenstandes nach der Erfindung gemäß Fig. 1. Das 1×12 Feld umfaßt eine Reflektorplatte 81, zwölf Kreuzbügelschleifendipole und Zuleitungsanordnungen mit den Bezugszeichen 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, die jeweils die vorstehend beschriebenen zwei Kreuzbügelschleifendipole 24 aufweisen.

Fig. 8A zeigt eine Doppelkammer, eine für jede Polarisation, die mit dem Bezugszeichen 110, 112 bezeichnet sind und die jeweils eine mit dem Bezugszeichen 114, 116 bezeichnete Zuführungsleitung für eine jeweilige Polarisation besitzt. Fig. 8B zeigt obere und untere Zuführungsleitungen die mit dem Bezugszeichen 118 bezeichnet sind und an den Zuführungsleitungen 114, 116 angeordnet sind zur Verbindung mit den Zuleitungsstangen 34, 54 und zwar in einer Art, die für den Fachmann geläufig ist.

Verbesserte RF Trenneinrichtungen

Die vorliegende Erfindung schafft auch verschiedene verbesserte RF Trenneinrichtungen für die Antennen mit einer Vielzahl von Bügelschleifenanordnungen 24 (Fig. 1) zur Verbesserung der Trennung zwischen den Eingängen von entgegengesetzter Polarität. Die Verbesserungen zeigen alle unterschiedliche Wege für die Kopplung vom RF Energie zurück zu den Dipolen, die die Bügelschleifenanordnungen bilden, wobei die gekoppelte RF Energie eine Phase und einen Betrag besitzt zur Löschung von zwischen Dipolen von entgegengesetzter Polarisation gekoppelter nicht erwünschter RF Energie. Die verbesserte RF Trenneinrichtung kann (1) einen oder mehrere Trennbäume oder -stangen besitzen, die zwischen den Bügelschleifenanordnungen angeordnet sind; (2) eine oder mehrere Trennschienen, die entlang der Bügelschleifenanordnungen angeordnet sind; (3) eine oder mehrere kleine und dünne Trennstäbe oder -drähte, die in oder an einer Antennenverkleidung angeordnet sind, die die Bügelschleifenanordnungen abdeckt; (4) einen oder mehrere Trennstreifen, die zwischen einem positiven und einem negativen Arm eines Dipols einer Bügelschleifenanordnung angeordnet sind; oder (5) eine Kombination aus einer oder mehreren der vorgenannten Einrichtungen. Nachfolgend wird jede einzeln detailliert beschrieben werden, obwohl klar ist, daß die unterschiedlichen Vorgehensweisen einzeln oder in Kombination mit den anderen zur Erzielung einer verbesserten Trennung zwischen den Eingängen der Antenne von entgegengesetzter Polarität angewandt werden können.

RF Trenneinrichtung Nr. 1

Fig. 13-17 zeigen eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 150 bezeichnete Antenne mit einer Grundreflektorplatte 152 und mit zwölf Bügelschleifenanordnungen 154, 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176, die daran angeordnet sind und die alle ähnlich der in Fig. 1-4 gezeigten sind. Die in den Fig. 13-17 gezeigte Antenne 150 zeigt eine verbesserte Trenneinrichtung, die einen Trennbaum 180 aufweist.

Wie es in den Fig. 13 und 14 dargestellt ist, sind die zwölf Bügelschleifenanordnungen 154, 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176 in einem linearen Feld angeordnet. Wie es dargestellt ist, ist der Trennbaum 180 zwischen den Kreuzbügelschleifendipolen 162 und 164 angeordnet.

Wie es in Fig. 15 dargestellt ist, besitzt der Trennbaum 180 eine obere Fläche 182 mit acht Abzweigungen 184, 186, 188, 190, 192, 194, 196 und 198. Sechs seitliche Zweige oder Äste 186, 188, 190, 192, 194, 196 und 198 besitzen eine Breite w1 von etwa 0.390 Inches, eine Höhe von etwa 0.835 Inches und sind um einen Abstand d von etwa 0.545 Inches getrennt. Zwei Endzweige 184 und 192 besitzen eine Breite w2 von etwa 0.600 Inches.

Wie es in Fig. 16 und 17 dargestellt ist, besitzt der Trennbaum 180 Schenkel 199a, 199b, weist eine Länge von etwa 3.780 Inches auf, besitzt eine Höhe H von etwa 2.550 Inches und weist eine Breite W von etwa 2.270 Inches auf. Die Schenkel 199a und 199b sind mit zwei Abstandsisolatoren verbunden, die in den Fig. 22-23 dargestellt sind und nachfolgend noch detaillierter erläutert werden und an der Grundreflektorplatte 152 angeordnet und gegen sie isoliert.

Ganz allgemein ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Größe, Form oder Anordnung für den Trennbaum beschränkt. Es sind Ausführungsformen möglich, bei denen ein oder mehrere Isolations- oder Trennbäume 130 in Relation zu einer oder mehreren der zwölf Bügelschleifenanordnungen 154, 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176 angeordnet werden und zwar einschließlich der Positionierung eines jeweiligen Trennbaums nahe bei oder über einer bestimmten Bügelschleifenanordnung. Einem Fachmann dürfte es geläufig sein, daß die Größe, Form und Anordnung des Trennbaums und Kombinationen hiervon sich von Antenne zu Antenne verändern können und immer noch im Rahmen der Erfindung liegen.

RF Trenneinrichtung Nr. 2

Die Fig. 18-23 zeigen eine zweite Ausführungsform einer Antenne mit zweifacher Polarisation, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 200 versehen ist und eine Grundreflektorplatte 202 und zwölf Bügelschleifenanordnungen 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220, 222, 224, 226 besitzt, die daran angeordnet sind und die ähnlich derjenigen nach Fig. 1-4 sind.

Die Antenne 200, die in den Fig. 18-23 dargestellt ist, zeigt eine verbesserte Trenneinrichtung, die einen Trennbaum 230 und eine Trennstange 232 besitzt. Der Trennbaum 230 ist zwischen den Bügelschleifenanordnungen 212 und 214 angeordnet und ist ähnlich zu demjenigen, der in Fig. 15-17 dargestellt ist. Die Trennstange 232 ist zwischen den Bügelschleifenanordnungen 218 und 220 angeordnet und ist detaillierter in Fig. 20-23 dargestellt. Wie es in Fig. 20-21 dargestellt ist, besitzt die Trennstange 232 einen Stange 234 mit zwei Abstandshalteröffnungen 236, 238, die in den Fig. 22-23 dargestellt sind und besitzt eine Breite W_B von 0.600 Inches und eine Länge L_B von 3.170 Inches. Die Trennstange 240 ist an zwei Abstandsisolatoren angeordnet, von denen einer mit dem Bezugszeichen 240 in Fig. 22-23 dargestellt ist. Wie es ersichtlich ist, besitzt der Abstandsisolator 240 eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme einer Befestigungsschraube (nicht dargestellt), weist eine Länge L_S auf von etwa 3.250 Inches und einen Durchmesser von etwa 0.375 Inches.

Ganz allgemein ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Größe, Form oder Anordnung für die Trennstange beschränkt. Einem Fachmann dürfte es geläufig sein, daß die Größe, Form und Anordnung der Trennstange und Kombinationen hiervon sich von Antenne zu Antenne verändern können und immer noch im Rahmen der Erfindung liegen.

RF Trenneinrichtung Nr. 3

Die Fig. 24-25 zeigen eine dritte Ausführungsform einer Antenne mit zweifacher Polarisation, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 300 versehen ist und eine Grundreflektorplatte 302 und zwölf Bügelschleifenanordnungen 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 320, 322, 324, 326 besitzt, die daran angeordnet sind und die ähnlich derjenigen nach Fig. 1-4 sind.

Die Antenne 300 weist eine verbesserte Trenneinrichtung auf, die zwei Trennschienen 328, 330 aufweist, die entlang der zwölf Bügelschleifenanordnungen 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 320, 322, 324, 326 verlaufen. Wie es ersichtlich ist, ist die Trennschiene 328 an der Grundreflektorplatte 302 an sechs Abstandsisolatoren 332, 334, 336, 338, 340, 342 angeordnet, die jeweils ähnlich denjenigen nach Fig. 22-23 sind und oben beschrieben worden sind.

Nach einer Ausführungsform erstrecken sich die Trennschienen 328, 330 über die gesamte Länge der Antenne 300 und weisen eine Länge in einem Bereich von 60-65 Inches und vorzugsweise von etwa 60 Inches auf und besitzen eine Breite in einem Bereich von 1/4-3/4 Inches und vorzugsweise von etwa 3/8 Inches und weisen eine Dicke auf von etwa 1/16 Inches und besitzen eine Höhe H von der Grundreflektorplatte 402 aus in einem Bereich von 1/2-1 3/4 Inches und vorzugsweise von etwa 1 1/2 Inches und besitzen einen Mittenabstand C von der Mitte des Dipolfeldes zu der Mitte der Schiene in einem Bereich von 1-2 Inches und vorzugsweise von etwa 1 1/2 Inches.

Ganz allgemein ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Größe, Form oder Anordnung für die Trennschiene beschränkt. Einem Fachmann dürfte es geläufig sein, daß die Größe, Form und Anordnung der Trennschiene und Kombinationen hiervon sich von Antenne zu Antenne verändern können und immer noch im Rahmen der Erfindung liegen.

RF Trenneinrichtung Nr. 4

Die Fig. 26-27 zeigen eine vierte Ausführungsform einer Antenne mit zweifacher Polarisation, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 400 versehen ist und eine Grundreflektorplatte 402 und zwölf Bügelschleifenanordnungen 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416, 418, 420, 422, 424, 426 besitzt, die daran angeordnet sind und die ähnlich derjenigen nach Fig. 1-4 sind. Wie es leicht ersichtlich ist, wird die Antenne von einer Antennenverkleidung mit dem Bezugszeichen 428 abgedeckt.

Die Antenne 400 zeigt eine verbesserte Trenneinrichtung, die kleine oder dünne Trennstäbe oder -drähte 430, 432, 434, 436 besitzt, die entweder an der Antennenverkleidung 428 angeklebt oder darin eingebettet werden. Wie es dargestellt ist, ist der kleine oder dünne Trennstab oder -draht 430 oberhalb und zwischen den Bügelschleifenanordnungen 406, 408 angeordnet und besitzt eine Länge von etwa 57.5 Millimeter; die kleinen oder dünnen Trennstäbe oder -drähte 432, 434 sind oberhalb und zwischen den Bügelschleifenanordnungen 414, 416 angeordnet und besitzen eine Länge von etwa 62.5 Millimeter beziehungsweise 57.4 Millimeter; und der kleine oder dünne Trennstab oder -draht 436 ist oberhalb und zwischen den Bügelschleifenanordnungen 416, 418 angeordnet und besitzt eine Länge von etwa 66.5 Millimeter. Wie es leicht ersichtlich ist, können die kleinen oder dünnen Trennstäbe oder -drähte 430, 432, 434, 436 etwa 2.5 bis 4.00 Inches oberhalb der Grundreflektorplatte 402 angeordnet werden. Im Betrieb sind die kleinen oder dünnen Trennstäbe oder -drähte 430, 432, 434, 436 ein kurzer parasitärer Dipol, der darin eingekoppelte Leistung wieder abstrahlt. Da sie unter einem Winkel von 45 Grad zu beiden Bügelschleifendipolen angeordnet sind, wird die Energie zurück gekoppelt. Die Länge der kleinen oder dünnen Trennstäbe oder -drähte 430, 432, 434, 436 ist für die Regelung der Größe des Rückkehrsignales von Bedeutung und die Höhe des Stabes oder des Draht es oberhalb der Ebene der Dipole ist für die Regulierung der Phase des Rückkehrsignales von Bedeutung.

Fig. 28 ist ein Graph der Frequenz über Dezibel, der einen Plot der Antenne 400 mit und ohne die kleinen oder dünnen Isolierstäbe oder -drähte 430, 432, 434, 436 zeigt.

Ganz allgemein ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Größe, Form oder Anordnung für den Trennstab oder -draht beschränkt. Einem Fachmann dürfte es geläufig sein, daß die Größe, Form und Anordnung des Trennstabes oder -drahtes und Kombinationen hiervon sich von Antenne zu Antenne verändern können und immer noch im Rahmen der Erfindung liegen.

RF Trenneinrichtung Nr. 5

Die Fig. 29-30 zeigen eine Ausführungsform einer Antenne mit zweifacher Polarisation mit einer Bügelschleifenanordnung 500 ähnlich derjenigen nach den Fig. 1-4 mit Abstrahlarmen 502, 504, 506, 508.

Die Bügelschleifenanordnung 500 zeigt einen Trennstreifen mit dem Bezugszeichen 510, 520, die jeweils einen dünnen Streifen aus Metall aufweisen, der mit dem Bezugszeichen 512 und 522 bezeichnet ist, der auf Delrin, Teflon oder einem anderen Isoliermaterial mit dem Bezugszeichen 514, 524 oben aufgesetzt wird. Die Trennstreifen 510, 520 besitzen Schraubenöffnungen 516, 518, 526, 528 zur Aufnahme von Schrauben (nicht dargestellt) zur Verbindung des dünnen Streifens 512, 522, des Isoliermaterials 514, 524 und des Arms 502, 504, 506, 508.

Die Trennung in einem Feld (Inter-Element) der zweifach polarisierten Bügelschleifen kann bei 22 dB sehr niedrig sein, obwohl eine einzelne Bügelschleife (Intra-Element) eine Trennung von größer als 30 dB aufweisen kann. Dies ergibt sich aufgrund von RF Energie, die in die benachbarte Bügelschleife in der entgegengesetzten Polarisation einkoppelt. Die Idee der vorliegenden Erfindung ist es, Energie in der geeigneten Phase und Größe zurückzukoppeln, um eine Auslöschung von unerwünschter RF Energie zu bewirken, die aus dem Anschluß der entgegengesetzten Polarisation heraus und zurück kommt.

Die Dicke von 510, 520 wird einen Effekt der Regelung der Kopplung von RF Energie von einem Paar zu dem anderen Paar der Bügelschleifendipole haben, nämlich typischerweise (aber nicht beschränkt auf) eine Dicke von 0.050 Inches.

Die Länge und die Breite besitzt einen gleichen Effekt der Regelung der Kopplung von RF Energie zu der anderen Polarisation. Die Ursache hierfür ist, daß benachbarte Dipolarme eigentlich Teile des abstrahlenden Dipols (der aus zwei Dipolarmen besteht) entgegengesetzter Polarisation sind. Abhängig von der Phase und der Größe der einzelnen Feldelemente können diese Trennstreifen an einzelnen Feldelementen benötigt werden oder auch nicht.

Fig. 30 zeigt ein Diagramm einer Antenne ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 550 mit zwölf Bügelschleifenanordnungen 552, 554, 556, 558, 560, 562, 564, 566, 568, 570, 572, 574 ähnlich derjenigen nach den Fig. 1-4, wobei die Bügelschleifenanordnung 500 mit den Trennstreifen 510, 520 nach Fig. 29 als Bügelschleifenanordnung 562 vorgesehen ist. Fig. 31 ist ein Graph der Frequenz über Dezibel, der einen Plot einer Antenne mit und ohne die Bügelschleifenanordnung 562 zeigt.

Ganz allgemein ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Größe, Form oder Anordnung für die Trennstreifen beschränkt. Einem Fachmann dürfte es geläufig sein, daß die Größe Form und Anordnung des Trennstreifens und Kombinationen hiervon sich von Antenne zu Antenne verändern können und immer noch im Rahmen der Erfindung liegen.

Obwohl die vorliegende Erfindung an dieser Stelle unter Bezugnahme auf zwei Ausführungsformen beschrieben und erläutert worden ist, können auch andere Anordnungen oder Konfigurationen verwendet werden, die vom Wesen und von Rahmen der Erfindung nicht abweichen.

So beabsichtigt die Erfindung beispielsweise keine Beschränkung auf eine bestimmte Kapazität, Induktivität oder einen Widerstand, Form oder Abmessung der in der Zeichnung dargestellten verschiedenen Bauteile. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf eine Antenne mit zwei Dipolen beschränkt. Es können Ausführungsformen für eine Antenne zum Senden oder zum Empfangen von Funksignalen ausgeführt werden mit einer Reflektorplatte zum Reflektieren der Funksignale; Bügelschleifendipole zum Senden oder zum Empfangen der Funksignale; und U-förmige mit Luft gefüllte Übertragungszuführungsleitungen zur Übertragung von Funksignalen zwischen der Reflektorplatteneinrichtung und den Bügelschleifendipolen.

Ähnlich zu dem was vorstehend beschrieben worden ist, können bei einer solchen-Antenne die U-förmigen mit Luft gefüllten Übertragungszuführungsleitungen zwei Paare von U-förmigen mit Luft gefüllte Übertragungszuführungsleitungen aufweisen, wobei jedes Paar eine darin angeordnete Stange aufweist und jede U-förmige mit Luft gefüllte Übertragungszuführungsleitung eine rechteckige Form aufweisen kann mit wenigstens drei Seiten für die Isolierung gegen beziehungsweise die Trennung von nicht erwünschter Funkfrequenzenergie.

Zusammenfassend ist nach der Erfindung eine Antenne vorgesehen mit zweifacher Polarisation zum Senden/Empfangen von polarisierten Funkfrequenzsignalen, die eine Reflektorplatte aufweist, die die polarisierten Funkfrequenzsignale reflektiert und eine oder mehrere Dipolanordnungen besitzt. Jede Dipolanordnung besitzt zwei Kreuzbügelschleifendipole mit Abstrahlarmen zum Senden/Empfangen der polarisierten Funkfrequenzenergiesignale in zwei Polarisationen und U-förmige mit Luft gefüllte Übertragungszuführleitungen zur Abstützung oder Aufnahme der jeweiligen Abstrahlarme und um die Funkfrequenzsignale zwischen der Reflektorplatte und den jeweiligen Abstrahlarmen zur Verfügung zu stellen beziehungsweise zu führen. Jede U-för mige und mit Luft gefüllte Übertragungszuführungsleitung weist zwei Schenkel und jeweilige Zuleitungsstangen auf, die in den jeweiligen Schenkeln angeordnet sind. Jeder Schenkel besitzt eine rechteckige Form mit drei Seiten zur Isolierung gegen nicht erwünschte Funkfrequenzenergie. Die Abstrahlarme weisen eine dreieckförmige Form auf und besitzen Aussparungen, die so dimensioniert sind, um Verzerrungen des Abstrahlmusters zu minimieren, die sich aufgrund von nicht erwünschter Funkfrequenzkopplung zwischen den beiden Kreuzbügelschleifendipolen ergeben. Die Antenne mit zweifacher Polarisation weist auch eine RF Trenneinrichtung beziehungsweise Isoliereinrichtung auf zur Rückkopplung der RF Energie in einer geeigneten Phase und Größe zur Auslöschung der nicht erwünschten RF Energie der jeweils entgegengesetzten Polarisation. Die RF Trenneinrichtung beziehungsweise Isoliereinrichtung besitzt einen Trennstab beziehungsweise Isolierstab oder eine -stange, Trenn- be ziehungsweise Isolierschienen, kleine dünne Trenn- be ziehungsweise Isolierstäbe oder -drähte, die in Relation zu der Dipolanordnung angeordnet sind oder einen Trennstreifen beziehungsweise Isolierstreifen, der zwischen positiven und negativen Armen der Kreuzbügelschleifendipole angeordnet ist oder weist eine Kombination auf aus einer oder mehreren der vorstehend genannten Einrichtungen beziehungsweise Bauteile.

Claims

1. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation zum Senden oder Empfangen von polarisierten Funkfrequenzsignalen, mit:

- einer Reflektorplatte (22, 152, 202, 302, 402), die eine Grundplatte ist und die die polarisierten Funkfrequenzsignale reflektiert;
- einer oder mehrerer Bügelschleifenanordnungen (24; 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104; 154, 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176; 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220, 222, 224, 226; 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 320, 322, 324, 326; 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416, 418, 420, 422, 424, 426; 500) mit jeweils zwei Kreuzbügelschleifendipolen (26, 28) mit Abstrahlarmen (40, 42; 60, 62) zum Senden oder Empfangen der polarisierten Funkfrequenzsignale in zwei Polarisationen, wobei jeder Kreuzbügelschleifendipol (26, 28) auch eine U-förmige mit Luft gefüllte Übertragungszuleitungseinrichtung (30, 32, 34; 50, 52, 54) zur Abstützung der jeweiligen Abstrahlarme (40, 42; 60, 62) und zur Bereitstellung der polarisierten Funkfrequenzsignale zwischen der Reflektorplatte (22, 152, 202, 302, 402) und den jeweiligen Abstrahlarmen (40, 42; 60, 62)

aufweist.

2. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmige mit Luft gefüllte Übertragungszuleitungseinrichtung (30, 32, 34; 50, 52, 54) zwei Schenkel (30, 32; 50, 52) und jeweils eine Zuleitungsstange (34; 54) in einem der beiden Schenkel (30, 32; 50, 52) angeordnet aufweist.

3. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schenkel (30, 32; 50, 52) eine rechteckige Form aufweist mit wenigstens drei Seiten (66, 68, 70) zur Isolierung nicht erwünschter Funkfrequenzenergie.

4. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Abstrahlarme (40, 42; 60, 62) dreieckförmig ausgebildete Arme (40, 42; 60, 62) aufweisen, die jeweils Aussparungen (40a, 40b; 42a, 42b; 60a, 60b; 62a, 62b) mit Abmessungen zur Minimierung der Verzerrung des Abstrahlmusters aufgrund nicht erwünschter Funkfrequenzkopplung zwischen den beiden Kreuzbügelschleifendipolen (26, 28) aufweist.

5. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder dreieckförmig ausgebildete Arm eine Innenecke (46a) mit einem Winkel von 90 Grad, zwei Außenecken (46b, 46c) mit jeweils Winkeln von 45 Grad und jeweils eine Seite (46d, 46e) zwischen der Innenecke (46a) und den beiden Außenecken (46b, 46c) aufweist, wobei jede Außenecke (46b, 46c) jeweils eine symmetrische Aussparung (40a, 40b; 42a, 42b; 60a, 60b; 62a, 62b) besitzt, die darin entlang der jeweiligen Seite (46d, 46e) ausgeschnitten ist.

6. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede jeweils symmetrische Aussparung (40a, 40b; 42a, 42b; 60a, 60b; 62a, 62b) eine Kante (46f, 46g) besitzt, die weitgehend parallel zu der jeweiligen Seite (46d, 46e) verläuft.

7. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede jeweilige Seite (46d, 46e) eine Länge (Ls) besitzt und jede symmetrische Aussparung (40a, 40b; 42a, 42b; 60a, 60b; 62a, 62b) eine entsprechende Länge (Ln) aufweist, die weitgehend gleich der Länge (Ls) der jeweiligen Seite (46d, 46e) ist.

8. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechende Länge (Ln) jeder symmetrischen Aussparung (40a, 40b; 42a, 42b; 60a, 60b; 62a, 62b) und die Länge (Ls) der jeweiligen Seite (46d, 46e) in einem Verhältnis in einem Bereich von 1 : 3 bis 3 : 1 dimensioniert sind.

9. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funksignale ein erstes Funksignal und ein zweites Funksignal, welches von dem ersten Funksignal unabhängig ist, zum Senden oder Empfangen von Funksignalen mit orthogonalen Polarisationen beinhalten.

10. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funksignale ein erstes Funksignal und ein zweites Funksignal mit einer 90 Grad Phasendifferenz zum ersten Funksignal zum Senden oder Empfangen von Funksignalen mit orthogonalen Polarisationen beinhalten.

11. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristische Impedanz jeder U-förmigen rechteckigen mit Luft gefüllten Übertragungszuleitungseinrichtung (30, 32, 34; 50, 52, 54) weitgehend die gleiche ist wie die Impedanz eines jeweiligen Kreuzbügelschleifendipols (26, 28) und nach der folgenden Gleichung berechnet wird:
wobei D eine offene oder Abmessung einer Seite der jeweiligen U-förmigen rechteckigen mit Luft gefüllten Übertragungszuleitungseinrichtung (30, 32, 34; 50, 52, 54) ist, d ein Durchmesser einer jeweiligen Zuleitungsstange (34; 54) ist und h ein Abstand ist von jeweils einer einzelnen Wand der jeweiligen U-förmigen rechteckigen mit Luft gefüllten Übertragungszuleitungseinrichtung (30, 32, 34; 50, 52, 54) zu jeweils einer Mitte der jeweiligen Zuleitungsstange (34; 54).

12. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine oder die mehreren Bügelschleifenanordnungen (24; 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104; 154, 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176; 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220, 222, 224, 226; 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 320, 322, 324, 326; 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416, 418, 420, 422, 424, 426; 500) weiterhin eine Basis (29) zur Anordnung an der Reflektorplatte (22, 152, 202, 302, 402) aufweist beziehungsweise aufweisen.

13. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (62) eine 1/4 λ Abstandshalterkurzschlußplatte (72) aufweist, die mit der U-förmigen rechteckigen mit Luft gefüllten Übertragungszuleitungseinrichtung (30, 32, 34; 50, 52, 54) verbunden ist.

14. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne mit zweifacher Polarisation weiterhin eine RF Trenneinrichtung (180; 230; 232; 328; 330; 430, 432, 434, 436; 510, 520) aufweist zur Kopplung von RF Energie zurück zu den Paaren der Kreuzdipole (26, 28), die die Bügelschleifenanordnungen (24; 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104; 154, 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176; 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220, 222, 224, 226; 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 320, 322, 324, 326; 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416, 418, 420, 422, 424, 426; 500) bilden, wobei die RF Energie mit einer Phase und einer Größe zur Auslöschung von nicht erwünschter RF Energie gekoppelt wird, die zwischen Dipolen (26, 28) von entgegengesetzter Polarisation gekoppelt wird.

15. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die RF Trenneinrichtung (180; 230; 232; 328; 330; 430, 432, 434, 436; 510, 520) entweder (1) einen oder mehrere Trennbäume (180, 230) oder -stangen (232) in Relation zu Bügelschleifenanordnungen (154, 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176; 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220, 222, 224, 226); (2) eine oder mehrere Trennschienen (328, 330), die entlang der einen oder den mehreren Bügelschleifenanordnungen (304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 320, 322, 324, 326; 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416, 418, 420, 422, 424, 426; 500) angeordnet sind; (3) eine oder mehrere kleine dünne Trennstäbe oder -drähte (430, 432, 434, 436), die in oder an einer Antennenabdeckung (428) angeordnet sind, welche die eine oder die mehreren Bügelschleifenanordnungen (402, 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416, 418, 420, 422, 424, 426) abdeckt; (4) einen oder mehrere Trennstreifen (510, 520) besitzt, die zwischen den positiven und negativen Armen (502, 506; 504, 508) einer Bügelschleifenanordnung (500) angeordnet sind; oder (5) eine Kombination aus einer oder mehreren der vorstehend genannten Einrichtungen aufweist.

16. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die RF Trenneinrichtung (180; 230; 232; 328; 330; 430, 432, 434, 436; 510, 520) einen Trennbaum (180; 230) aufweist mit einer oberen Fläche (182) mit acht Zweigen (184, 186, 188, 190, 192, 194, 196, 198) und mit zwei Schenkeln (199a, 199b), die mit jeweiligen Abstandshaltern (199a, 199b) zu ihrer Abstützung an der Reflektorplatte (152) verbunden sind.

17. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die RF Trenneinrichtung (180; 230; 232; 328; 330; 430, 432, 434, 436; 510, 520) eine Trennstange (232) aufweist mit einer flachen oberen Fläche (234) und mit zwei Abstandshalteranordnungsöffnungen (236, 238) zur Aufnahme von zwei Abstandsisolatoren (240) zu ihrer Abstützung an der Reflektorplatte (22, 152, 202, 302, 402).

18. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (20) mit zweifacher Polarisation zwölf Bügelschleifenanordnungen (204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220, 222, 224, 226) aufweist, die in einem geradlinigen Feld angeordnet sind, daß die Trennstange (232) zwischen einer vierten und einer fünften Bügelschleifenanordnung (218, 220) angeordnet ist und daß der Trennbaum (230) zwischen einer siebten und einer achten Bügelschleifenanordnung (212, 214) angeordnet ist.

19. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (180; 230; 232; 328; 330; 430, 432, 434, 436; 510, 520) eine seitliche Trennschiene (328, 330) aufweist, die an der Reflektorplatte (302) angeordnet ist.

20. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (180; 230; 232; 328; 330; 430, 432, 434, 436; 510, 520) einen oder mehrere kleine dünne Trennstäbe oder -drähte (430, 432, 434, 436) aufweist, die eingebettet sind in oder angeordnet sind an einer Antennenabdeckung (428), welche die Antenne (400) mit zweifacher Polarisation abdeckt.

21. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der eine oder die mehreren kleinen dünnen Trennstäbe oder -drähte (430, 432, 434, 436) unter einem Winkel von etwa 45 Grad zwischen der einen oder den mehreren Bügelschleifenanordnungen (404, 406, 408, 410, 412, 414, 416, 418, 420, 422, 424, 426) angeordnet sind.

22. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der eine oder die mehreren kleinen dünnen Trennstäbe oder -drähte (430, 432, 434, 436) eine Länge in einem Bereich von etwa 55-75 Millimeter aufweisen, die die Größe des Rückkehrsignales bestimmt, welches die nicht erwünschte RF Energie der jeweils entgegengesetzten Polarisation auslöscht.

23. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der eine oder die mehreren kleinen dünnen Trennstäbe oder -drähte (430, 432, 434, 436) eine Höhe in einem Bereich von etwa 2.5 bis 4.0 Inches über der Grundplatte aufweisen, die eine Phase des Rückkehrsignales bestimmt, welches die nicht erwünschte RF Energie der jeweils entgegengesetzten Polarisation auslöscht.

24. Antenne (20, 80, 150, 200, 300, 400, 500) mit zweifacher Polarisation nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (180; 230; 232; 328; 330; 430, 432, 434, 436; 510, 520) eine Einrichtung aufweist zur Kopplung nicht erwünschter RF Energie mit einem oder mehreren Trennstreifen (510, 520), jeweils mit:

- einem Isolator (514, 524), der zwischen einem ersten Dipolarm (502, 508) und einem zweiten Dipolarm (504, 506) angeschlossen ist; und
- einem dünnen Streifen aus Metall (512, 522), der an dem Isolator (514, 524) angeordnet ist zur Kopplung des ersten Dipolarmes (502, 508) und des zweiten Armes (504, 506).