DE19920980A1

DE19920980A1 - Speise- oder Auskoppelvorrichtung für Koaxialleitung, insbesondere für Mehrfach-Koaxialleitung

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Publication number: DE19920980A1
Application number: DE19920980A
Authority: DE
Inventors: Manfred Stolle
Original assignee: Kathrein Werke KG
Current assignee: Kathrein SE
Priority date: 1999-05-06
Filing date: 1999-05-06
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2019-05-07
Also published as: CA2336579C; WO2000069015A1; DE19920980C2; AU762518B2; EP1095421B1; EP1095421A1; ES2295029T3; CN1199312C; ATE380403T1; CN1302462A; DE50014826D1; AU4914100A; KR100511477B1; CA2336579A1; JP2002544691A; NZ508737A; US6509815B1; KR20010053061A; BR0006103A; HK1037935A1

Abstract

Eine Speise- oder Auskoppelvorrichtung für Koaxialleitungen weist eine am Ende kurzgeschlossene Stichleitung (SL) auf. Um zumindest bei einer Einfach-Koaxialleitung eine breitbandige Verbindung des Innenleiters mit dem Außenleiter zu ermöglichen oder zumindest bei einer Mehrfach-Koaxialleitung eine entsprechende Kurzschlußverbindung zwischen Innen- und Außenleiter zumindest schmalbandig, vorzugsweise ebenfalls breitbandig zu ermöglichen, sind bevorzugt zumindest zwei verschachtelte koaxiale Stichleitungen (SL1, SL2) vorgesehen, die an ihrem Ende jeweils über einen Kurzschluß (KS1, KS2) kurzgeschlossen sind, wobei deren Länge so bemessen ist, daß in Abhängigkeit des jeweils betreffenden Frequenzbandbereiches der zugehörige Kurzschluß (KS1, KS2) am Speise- und Anschlußpunkt (46) in den Leerlauf transformiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Speise- oder Auskoppelein richtung für Koaxialleitung, insbesondere Mehrfach-Koaxi alleitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In vielen Anwendungsfällen stellt sich das Problem, den Innenleiter einer Koaxialleitung auf das Potential des Außenleiters zu legen, in der Regel auf Masse. Dies kann in der Praxis beispielsweise durch eine kurzgeschlossene λ/4-Stichleitung erfolgen, die parallel zu einer anderen Leitung geschaltet wird. Mit anderen Worten ist also am Ende der Stichleitung der Innen- mit dem Außenleiter kurz geschlossen. Obgleich durch die Parallelschaltung der kurzgeschlossenen λ/4-Stichleitung der Innenleiter mit dem Außenleiter elektrisch verbunden ist, wird durch diese Parallelschaltung die Eingangsimpendanz der anderen Lei tung nicht geändert, wenn nämlich die Länge der Koaxial leitung ein viertel der betreffenden Wellenlänge ist. Der Kurzschluß am Ende der Stichleitung wird nämlich in einen Leerlauf am Eingang der Leitung transformiert. Dieses Prinzip ist also abhängig von der Wellenlänge, insoweit also nur schmalbandig wirksam.

Derartige Schaltungen können beispielsweise als Überspan nungsableiter (Blitzschutzschaltungen) in Koaxialleitungen verwendet werden, um bei schmalbandigen Anwendungen einen Innenleiter auf das Potential des Außenleiters zu legen, d. h. in der Regel den Innenleiter wie den Außenleiter auf Masse zu legen und damit zu erden.

Allerdings sind viele Einsatzfälle - auf die nachfolgend noch eingegangen wird - bekannt, bei denen die vorstehend genannte schmalbandige Lösung nicht ausreichend ist. Viele Einsatzfälle erfordern nämlich eine breitbandige Lösung. Dies erfordert in der Regel den Einsatz von gasge füllten Überspannungsableitern.

Ein anderer wichtiger Einsatzfall einer breitbandigen Anwendung betrifft den Mobilfunkbereich.

Der Mobilfunkbereich wird bekanntermaßen größtenteils über das GSM 900-Netz, also im 900 MHz-Bereich abgewickelt. Daneben hat sich v. a. in Europa auch der GSM 1800-Standard etabliert, bei welchem in einem 1800 MHz-Bereich Signale empfangen und gesendet werden können.

Für eine derartige Kommunikation werden deshalb Mehr- Bereichs-Antenneneinrichtungen zum Senden und Empfangen verschiedener Frequenzbandbereiche benötigt, die üblicher weise Dipolstrukturen aufweisen, also eine Dipolantennen einrichtung zum Senden und Empfangen des 900 MHz-Band bereiches und eine weitere Dipolantenneneinrichtung zum Senden und Empfangen des 1800 MHz-Bandbereiches umfassen.

Insoweit besteht auch ein Bedarf an Rundstrahlantennen mit zwei getrennt gespeisten Antennensystemen, wobei jedes Antennensystem für zumindest zwei Frequenzbereiche ge eignet sein soll. Je nach Bedarf können dann die einzelnen Antennensysteme für eine oder beide Frequenzbandbereiche geschaltet oder eingesetzt werden. Die Umsetzung dieses Konzeptes erfordert es, daß beispielsweise zwei derartiger Multi-Band-Antennen nebeneinander installiert werden, was jedoch mit dem Nachteil verbunden ist, daß die Einzel antennen kein Rundstrahldiagramm mehr aufweisen, da sie sich gegenseitig im Strahlungsfeld abschatten. Zudem erfordert ein solches Konzept einen vergleichsweise großen Platzbedarf vor allem dann, wenn zumindest annähernd Rund strahleigenschaften realisiert werden sollen.

In Abweichung zu dem vorstehend genannten Konzept ist es grundsätzlich auch bekannt, zwei entsprechende Antennen einrichtungen übereinander anzuordnen. Dieses Konzept läßt sich allerdings nur dann verwirklichen, wenn die Einzel antennensysteme nur für einen Frequenzbandbereich bestimmt sind. Die Speise- und Auskoppelvorrichtung besteht hierbei aus zwei aus dem Antennenmast jeweils in Höhe der betref fenden Antenneneinrichtung herausgeführten Koaxialkabeln.

Grundsätzlich wäre es wünschenswert eine Antenneneinrich tung zu schaffen, die mehrere übereinander angeordnete Antennensysteme umfaßt, die allerdings dann ebenfalls für zumindest zwei Frequenzbandbereiche einsetzbar sein soll te. Eine mehr- oder breitbandige Einspeisung ist aller dings hier mit den bekannten Mitteln und Lösungen nicht möglich.

Es sind demgegenüber aber auch noch einfachere Anwendungs fälle denkbar, bei welchen beispielsweise ein Mehrfach- Antennensystem in nur einem Frequenzbandbereich betrieben wird, wofür allerdings keine günstige und einfach handhab bare Speise- oder Auskoppelvorrichtung bekannt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es von daher, eine verbesserte Speise- oder Auskoppelvorrichtung zu schaffen, insbesonde re für eine Einband- oder eine Multi-Frequenzband- Antenneneinrichtung.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im An spruch 1 bzw. 3 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung schafft mit einfachen Mitteln erstmals eine Lösung dafür, einen Innenleiter auf das Potential des Außenleiters zu legen, und zwar für einen breitbandigen, d. h. zumindest zwei Frequenzen oder Frequenzbandbereiche umfassenden Anwendungsfall. Dabei kann der Innenleiter ebenso wie der Außenleiter auf Masse gelegt sein. Das erfindungsgemäße Konzept läßt sich problemlos auf Mehrfach-Koaxialleitungen ausdehnen, mittels denen es dann erfindungsgemäß möglich ist, übereinander angeordnete Mehrfach-Multiband-Antennensysteme problemlos zu speisen.

Das erfindungsgemäße Konzept besteht darin, daß für bei spielsweise zwei Frequenzbereiche zwei verschachtelte kurzgeschlossenen λ/4-Leitungen oder Stichleitungen einge setzt werden, wobei die elektrische Länge der einen Lei tung auf die eine Frequenz und die elektrische Länge der anderen kurzgeschlossenen Leitung auf die andere Frequenz abgestimmt ist. Da die beiden kurzgeschlossenen λ/4-Lei tungen in Reihe geschaltet sind, wird bezüglich der beiden Frequenzbandbereiche durch die Kurzschlüsse am Speisepunkt jeweils ein Leerlauf transformiert, wodurch die äußere Koaxialleitung angepaßt gespeist werden kann. Durch die Kurzschlußverbindung wird dabei der Innenleiter auf das Potential des Außenleiters gelegt, so daß der Innenleiter auf Masse liegt, wenn auch der Außenleiter auf Masse liegt.

Für eine bevorzugte Ausführungsform entspricht die elek trische Länge der äußeren λ/4-Leitung der höheren Fre quenz, wobei die elektrische Länge der inneren koaxialen Leitung auf die niedrigere Frequenz abgestimmt ist. Gleichwohl ist auch eine umgekehrte Anordnung möglich.

Das erfindungsgemäße Prinzip ist aber gleichermaßen noch breitbandiger umsetzbar, indem beispielsweise ferner eine entsprechende Anpassung bezüglich zumindest eines weite ren, d. h. beispielsweise eines dritten zu den ersten bei den Frequenzbereichen versetzten Frequenzbandbereiches vorgesehen ist. In diesem Falle wird der Innenleiter durch drei verschachtelt zueinanderliegende kurzgeschlos sene λ/4-Leitungen (Stichleitungen) elektrisch mit dem Außenleiter verbunden, wobei die elektrische Länge der drei kurzgeschlossenen Stichleitungen auf die betreffenden Frequenzbereiche abgestimmt sind.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vor gesehen, daß der Innenleiter der Koaxialleitung durch eine weitere Koaxialleitung gebildet wird, wodurch beispiels weise eine Triaxleitung vorliegt. Die innere Koaxiallei tung kann beispielsweise zur Speisung eines oberen zu mindest zwei Frequenzbandbereiche umfassenden Antennen systems verwendet werden, wobei die äußere Koaxialleitung zur entsprechenden Speisung eines tieferliegenden Anten nensystems mit zumindest zwei Frequenzbandbereichen dienen kann. Der Außenleiter der inneren Koaxialleitung ist dabei gleichzeitig der Innenleiter der äußeren Koaxialleitung, die durch die erfindungsgemäße kurzgeschlossenen und ver schachtelten λ/4-Leitungen auf das gleiche Potential ge legt sind.

Soll allgemein eine Mehrfach-Koaxialleitung mit mehreren Innen- und Außenleitern gespeist werden, so wird das er findungsgemäße Prinzip unter Verwendung von in Abhängig keit der Anzahl der Frequenzen vorgesehenen verschachtelt zueinanderliegenden Kurzschlußleitungen kaskadiert ange wendet, um dabei in jeder Stufe jeweils einen Außenleiter mit dem nächsten innenliegenden Innenleiter elektrisch zu verbinden.

Durch das erfindungsgemäße Prinzip ist es beispielsweise auch für den Fall einer Mehr- oder zumindest Zwei- Bereichs-Antenne problemlos möglich, mehrere Einzelanten nen über eine gemeinsame Leitung zu speisen bzw. auszukop peln. Diese Leitung besteht aus einer Mehrfach-Koax-Lei tung, beispielsweise bei zwei übereinander angeordneten Antenneneinrichtungen aus einer Triaxleitung. Sollen n übereinander angeordnete Antennen gespeist werden, so wird eine Koaxialleitung mit n + 1 Leitungen benötigt. Dabei kann jede der übereinander angeordneten Antenneneinrich tungen zum Senden oder Empfangen von mehreren Frequenz bandbereichen, beispielsweise zwei Frequenzbandbereichen, drei Frequenzbandbereichen etc. dienen.

Eine erfindungsgemäße Multiband-Auskoppelvorrichtung für derartige Mehrfach-Koax-Leitungen ermöglicht eine sehr gute Auskopplung für die unterschiedlichen zu übertragen den Frequenzbandbereiche, im Mobilfunkbereich beispiels weise für die beiden Bänder von 900 MHz bzw. 1800 MHz. Die dadurch bewirkte gute Anpassung führt zu einem deutlich verbesserten VSWR (voltage standing wave ratio, d. h. zu einem verbesserten Welligkeitsfaktor oder Stehwellenver hältnis).

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird eine Speise- oder Auskoppelvorrichtung für eine Mehrfach-Koaxialleitung vorgeschlagen, die beispiels weise ein inneres Koaxialkabel zur Speisung eines ersten Antennensystems und ein dazu äußeres Koaxialkabel umfaßt und die für eine Ein-Frequenzband-Lösung geeignet und bestimmt ist. Auch bei dieser Lösung ist es erfindungs gemäß vorgesehen, daß der äußere Außenleiter mit dem In nenleiter des äußeren Koaxialkabels (welches gleichzeitig den Außenleiter für das innere Koaxialkabel darstellt) auf gleiches Potential, in der Regel Masse gelegt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend vor allem unter Bezugnahme auf eine Zwei-Bandbereichs-Antenne mit zwei übereinander angeordneten Antenneneinrichtungen beschrieben. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1: einen schematischen axialen Längsquer schnitt durch ein Ausführungsbeispiel zwei übereinander angeordneter Zwei-Band-Anten nen;

Fig. 2: eine nach dem Stand der Technik bekannte schmalbandige Blitzschutzeinrichtung für eine Koaxialleitung;

Fig. 3: eine auszugsweise schematische Axial schnittdarstellung zur Erläuterung eines Prinzips einer erfindungsgemäßen Speise- und Auskoppelvorrichtung zur Speisung ei ner Triax-Leitung für ein Frequenzband;

Fig. 4: eine erfindungsgemäße Weiterbildung einer Multiband-Speise- oder Auskoppelvorrich tung;

Fig. 5: eine schematische Querschnittsdarstellung gemäß Linie V-V in Fig. 4;

Fig. 6: ein zu Fig. 4 abgewandeltes Ausführungs beispiel;

Fig. 7: ein zur Fig. 4 nochmals abgewandeltes Ausführungsbeispiel für eine Multiband- Auskoppelvorrichtung zur Speisung von drei Frequenzen (drei Frequenzbänder), die über zwei Antenneneinrichtungen ausgestrahlt oder empfangen werden;

Fig. 8: ein bezüglich Fig. 4 weiter entwickeltes Ausführungsbeispiel zur Speisung dreier übereinander angeordneter zwei Frequenz bandbereiche umfassender Antenneneinrich tungen mittels einer vierfachen Koaxial leitung; und

Fig. 9: eine zu Fig. 4 vergleichbare Ausführung, jedoch nur mit einfachem Innenleiter (bei spielsweise als Blitzschutz für eine Zwei- Frequenzband-Einrichtung).

Eine Mehr-Bereichs-Antenne gemäß Fig. 1 umfaßt eine erste Antenneneinrichtung A mit zwei Dipolhälften 3'a und 3"a, die im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch leitenden Zylinderrohr gebildet sind. Die in der Figur obenliegende Dipolhälfte 3'a ist dabei topfförmig gestal tet, d. h. an ihrem zur zweiten Dipolhälfte 3"a angrenzen den Dipolende 7'a topfförmig verschlossen.

Die Länge dieser Dipolhälften 3'a und 3"a hängt von dem zu übertragenden Frequenzbandbereich ab und ist im gezeigten Ausführungsbeispiel auf die Übertragung des niedrigeren GSM-Bandbereichs, d. h. entsprechend dem GSM-Mobilfunkstan dard zur Übertragung des 900 MHz-Bereiches abgestimmt.

Zur Übertragung eines zweiten Frequenzbandbereiches, im gezeigten Ausführungsbeispiel von 1800 MHz, ist eine zwei te dipolförmige Antenne vorgesehen, deren Dipolhälften 9'a und 9"a entsprechend dem höheren zu übertragenden Fre quenzbandbereiches in der Länge kürzer dimensioniert, im gezeigten Ausführungsbeispiel aufgrund der doppelt so hohen Übertragungsfrequenz nur ca. halb so lang wie die Dipolhälften 3'a und 3"a.

Diese Dipolhälften 9'a und 9"a sind ebenfalls im gezeigten Ausführungsbeispiel rohr- oder zylinderförmig gestaltet, allerdings mit größerem Durchmesser als der Durchmesser der Dipolhälften 3'a und 3"a, so daß die Dipolhälften der Antenne 9a mit kürzerer Länge innenliegend die Dipolhälf ten 3'a und 3"a mit größerer Längserstreckung aufnehmen und übergreifen können.

Jeweils an den aneinander angrenzenden inneren Enden 7'a und 7"a der Dipolhälften sind die jeweils verschachtelt ineinander sitzenden Dipolhälften 3'a und 9'a bzw. 3"a und 9"a gemeinsam topfförmig gestaltet und dadurch unter Bildung eines Kurzschlusses 11'a bzw. 11"a elektrisch miteinander verbunden.

In der Zeichnung ist auch dargestellt, daß die unteren Dipolhälften 3"a und 9"a über einen Außenleiter 15a einer koaxialen Speiseleitung 17a gespeist werden, wobei der Innenleiter 19a über den Kurzschluß 11"a am Ende 7"a der unteren Dipolhälfte hinaus bis zu den topfförmigen Kurz schlußverbindungen 11'a der oberen Dipolhälften 3'a und 9'a hinausgeführt und dort elektrisch und mechanisch mit den topfförmigen Böden dieser Dipolhälften 3'a und 9'a verbunden ist.

Bei diesem Aufbau ist es möglich, über einen einzigen koaxialen Anschluß 21a, an welchem eine koaxiale Anschluß leitung 52 mit einem Außenleiter 51 und einen Innenleiter 53 angesteckt ist, und die davon ausgehende Speiseleitung 17 mit dem Außenleiter 15a und dem Innenleiter 19a beide verschachtelt ineinander angeordnete Dipolantennen 3a und 9a zu speisen.

Die Funktionsweise der Antenne ist derart, daß die für den höheren Frequenzbandbereich vorgesehenen Dipolhälften in kürzerer Längserstreckung nach außen hin als Strahler, die Innenseite dieser topfförmigen Dipolhälften 9'a bzw. 9"a jedoch als Sperrtopf wirken. Diese Sperrtopfwirkung ge währleistet, daß keine Mantelwellen auf die mit größerer Längserstreckung vorgesehenen Dipolhälften der zweiten Antenne fortlaufen können.

Für die zweite Antenne 3a mit den sich in größerer Länge erstreckenden Dipolhälften 3'a, 3"a ist jedoch der Sperr topf für die höhere Frequenz der äußeren rohr- oder topf förmigen Dipolhälften 9'a, 9"a nicht "erkennbar" oder wirksam, so daß auch diese Dipolhälften nach außen hin wie Einzelstrahler wirken. Die Innenseite der unteren topfför migen Dipolhälfte 3"a wirkt jedoch als Sperrtopf. Diese Sperrtopfwirkung gewährleistet, daß keine Mantelwellen auf dem Außenleiter 15a der koaxialen Speiseleitung 17a fort laufen können.

Durch diesen Aufbau wird eine höchst kompakte Antennen anordnung geschaffen, die zudem eine bisher nicht gekannte optimale Rundstrahlcharakteristik und -eigenschaft auf weist; und dies bei vereinfachter Einspeisung über nur einen einzigen gemeinsamen Anschluß.

Abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel müssen aber die Dipolhälften nicht zwangsweise rohr- oder topfförmig gestaltet sein. Anstelle eines runden Querschnitts für die Dipolhälften 3'a bis 9"a können auch eckige (n-polygonal förmige) oder auch sonstige von der Kreisform abweichende, beispielsweise oval gestaltete Dipolhälften in Betracht kommen. Es sind ferner auch solche Konstruktionen für die Dipolhälften denkbar, in denen die umlaufende Mantelfläche nicht zwangsweise geschlossen, sondern in mehrere einzelne räumlich gekrümmte oder sogar planare Elemente gegliedert ist, sofern diese an ihren aneinander angrenzenden 7'a bzw. 7"a Dipolhälften, an denen der oben erwähnte topfför mige Kurzschluß 11'a bzw. 11"a gebildet ist, elektrisch miteinander verbunden und dabei so ausgeführt sind, daß die erwähnte Sperrwirkung des jeweils äußeren Topfes ge genüber dem inneren Topf aufrecht erhalten wird, um si cherzustellen, daß sich keine Mantelwellen ausbreiten können.

Strichliert ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in der beigefügten Fig. 1 angedeutet, daß dieses Konstruk tionsprinzip problemlos auf weitere Frequenzbandbereiche ausgedehnt werden kann. Strichliert ist dabei angedeutet, daß beispielsweise nochmals ein weiterer äußerer Topf für Dipolhälften 25'a bzw. 25"a einer dritten Antenne 25a vorgesehen sein könnte, die für eine nochmals höhere Fre quenz ausgelegt ist und deshalb eine nochmals kürzere Längserstreckung aufweist. Auch diese Dipolhälften 25'a und 25"a sind jeweils an ihrem aufeinander zuweisenden inneren Ende 7'a und 7"a mit dem entsprechenden Ende der anderen Dipolhälften kurzgeschlossen. Die Außenseite die ser Dipolhälften 25'a und 25"a wirken für diese Frequenz als Strahler, wobei die Innenseite bzgl. der nächsten inneren Dipolhälften als Sperrtöpfe wirken. Diese Sperr töpfe sind aber für die verschachtelt innenliegenden Di polhälften wiederum nicht wirksam.

Die Antenneneinrichtung gemäß Fig. 1 umfaßt aber auch eine zweite Mehr-Bereichs-Antenneneinrichtung B, die vom Prinzip her gleich aufgebaut ist, wobei für diese zweite Antenneneinrichtung B bei den Bezugszeichen die Buchsta benerweiterung "b" in Abweichung zu "a" für die erste Mehr-Bereichs-Antenneneinrichtung A verwendet ist.

Bei einer derartigen Antenne ist es gemäß Fig. 1 wün schenswert, wenn beispielsweise über eine dreifache Koaxi alleitung 17, d. h. über die innere Koaxialleitung 17a mit dem Innenleiter 19a und dem Außenleiter 15a die obere Mehr-Bereichs-Antenneneinrichtung A und über die äußere Koaxialleitung 17b mit dem Innenleiter 19b und dem Außen leiter 15b die untere Antenneneinrichtung B gespeist wer den könnte. Dabei spielt der mittlere Koaxialleiter also eine Doppelfunktion, denn er ist zum einen der Außenleiter 15a für die obere Antenneneinrichtung A und gleichzeitig der Innenleiter 19b für die untere Antenneneinrichtung B. Da allerdings der Außenleiter 15a der inneren Koaxiallei tung auf Masse liegt (z. B. durch die koaxiale Anschluß verbindung 21a) und dieser äußere Leiter 15a des inneren Koaxialkabels 17a gleichzeitig den Innenleiter 19b des äußeren Koaxialkabels 17b darstellt, hat dies zur Folge, daß Innen- und Außenleiter 19b, 15b des äußeren Koaxial kabels 17b auf gleichem Potential, nämlich Masse, liegen.

Von daher werden zusätzliche technische Maßnahmen notwen dig, die eine entsprechende Einspeisung zum Betrieb der oberen und unteren Antenneneinrichtung A bzw. B ermögli chen und die es zudem erlauben, einen Innenleiter auf das Potential des Außenleiters zu legen.

Anhand von Fig. 2 ist eine nach dem Stand der Technik bekannte Lösung für eine Koaxialleitung 17 mit einem In nenleiter 19 und einem Außenleiter 15 gezeigt, der an einer Anschlußstelle 46 eine koaxiale Stichleitung SL aufweist, deren koaxialer Außenleiter AL mit dem Außenlei ter 15 und deren Innenleiter IL mit dem Innenleiter 19 der Koaxialleitung 17 elektrisch verbunden ist. Am Ende der Stichleitung ist der Außenleiter AL mit dem zugehörigen Innenleiter IL über einen topfförmigen Kurzschluß KS kurz geschlossen, worüber also der Innenleiter 19 mit dem Au ßenleiter 15 der Koaxialleitung 17 verbunden ist. Dies erfolgt für eine bestimmte Frequenz bzw. ein bestimmtes Frequenzband derart, daß die elektrische Länge der koaxia len Stichleitung LS l = λ/4 entspricht, wobei A die Wel lenlänge der betreffenden Frequenz bzw. des betreffenden Frequenzbandes ist. Dies ist aber immer nur schmalbandig für eine bestimmte Frequenz und damit für eine bestimmte Wellenlänge möglich.

Sollte die in Fig. 1 beschriebene Antenne mit einer obe ren und einer unteren Antenneneinrichtung nur in einem Frequenzband betrieben werden, so läßt sich dies über eine gemeinsame Mehrfach-Koaxialleitung mit einer in Fig. 3 wiedergegebenen erfindungsgemäßen Speise- oder Auskoppel - vorrichtung realisieren.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von Fig. 2 unter anderem dadurch, daß am Anschlußpunkt 46 die Koaxialleitung 17 einen rechtwinkeligen Knick voll führt, also von oben kommend nicht nach unten, wie in Fig. 2 gezeigt, weitergeführt, sondern am Anschlußpunkt 46 nach links weggeführt ist. Die in Fig. 2 gezeigte Stichleitung ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 in axialer Verlängerung des oberhalb des Anschlußpunktes 46 vertikal nach oben verlaufenden koaxialen Anschlußlei tung liegend gezeichnet. Ein weiterer Unterschied liegt darin, daß der in Fig. 2 gezeigte Innenleiter 19 in Fig. 3 durch eine Koaxialleitung 17a ersetzt ist.

Über ein zu einem Koaxialanschluß 21a führendes Koaxial kabel 52 mit einem Innenleiter 53 und einem Außenleiter 51 kann nunmehr eine elektrische Verbindung zum Innenleiter 19a bzw. dem Außenleiter 15a der inneren Koaxialleitung 17a zur Speisung der oberen Antenneneinrichtung A her gestellt werden, wobei über eine zweite Speiseleitung 42 mit einem Innenleiter 43 und einem Außenleiter 41 über einen koaxialen Anschluß 21b und eine koaxiale Zwischen leitung 62 mit einem Innenleiter 63 und einem Außenleiter 61 die äußere Koaxialleitung 17b entsprechend gespeist wird, wozu am Anschlußpunkt 46 letztlich der Innenleiter 63 der zweiten Anschlußleitung 42 mit dem Innenleiter 19b und der Außenleiter 41 mit dem Außenleiter 15b der Speise leitung 17b elektrisch verbunden ist. Wird, wie in diesem Ausführungsbeispiel, die in Fig. 1 gezeigte obere und untere Antenneneinrichtung A bzw. B nur in einem Frequenz bandbereich betrieben, so erfolgt die Einspeisung am An schlußpunkt 46 derart, daß die Länge l der koaxialen Stichleitung SL bzw. des zugehörigen Außenleiters AL, l = λ/4 bezüglich der in Rede stehenden Frequenz entspricht. Durch den topfförmigen Kurzschluß KS, wodurch der äußere Außenleiter 15b mit dem inneren Außenleiter 15a elektrisch kurzgeschlossen ist, wird an den Anschlußpunkt 46 ein Leerlauf transformiert. Von daher kann die entsprechende Antenneneinrichtung zum Betrieb in einem Frequenzband mit der anhand von Fig. 3 erläuterten Speise- bzw. Auskoppel vorrichtung gespeist werden.

Soll demgegenüber aber die in Fig. 1 beschriebene Antenne mit zwei übereinander angeordneten Antenneneinrichtungen A und B in zwei Frequenzbandbereichen betrieben werden, so ist eine in Fig. 4 erläuterte Speise- oder Auskoppelvor richtung notwendig, die nachfolgend erörtert wird.

Für die in Fig. 1 wiedergegebene Antenneneinrichtung zum Betrieb beispielsweise zweier unterschiedlicher Frequenz bandbereiche werden zwei jeweils über einen Kurzschluß KS1 bzw. KS2 kurzgeschlossene koaxiale λ/4-Leitungen ver schachtelt, wobei die äußere λ₁/4-Leitung SL1 für die Anpassung bezüglich der höheren Frequenz (beispielsweise für die Übertragung des 1800 Mhz-Frequenzbandbereiches z. B. PCN) und die innere λ₂/4-Leitung SL2 für die Anpas sung bezüglich der niedrigeren Frequenz, beispielsweise des 900 MHz-Bereiches (z. B. GSM) dient. Dadurch ist der Außenleiter AL1 der ersten Stichleitung SL1 am Ende der Stichleitung (bezogen auf die Einspeisestelle 46) mit einem radialen, d. h. ring- oder topfförmigen Kurzschluß KS1 mit dem Außenleiter AL2 der koaxialen Stichleitung SL2 und der Außenleiter AL2 der Stichleitung SL2 wiederum über einen weiteren radialen, d. h. ring- oder topfförmigen Kurzschluß KS2 mit dem Innenleiter 19b der äußeren Koaxial leitung kurzgeschlossen. Der innere Außenleiter AL2 endet frei benachbart des Anschlußpunktes 46.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird also über einen ersten Koaxialkabelanschluß 21a die obere Antenneneinrichtung A gespeist, wobei der Innenleiter 53 in den Innenleiter 19a und der Außenleiter 51 der Anschlußleitung 52 in den Au ßenleiter 15a der koaxialen Speiseleitung 17a für die obere Antenneneinrichtung A übergeht.

Über einen zweiten Koaxialkabelanschluß 21b und eine nachfolgende Zwischenleitung 42 mit einem zugehörigen Außenleiter 41 und einem Innenleiter 43 erfolgt die Spei sung der unteren Antenneneinrichtung B derart, daß der Innenleiter 43 mit dem Innenleiter 19b der koaxialen Spei seleitung 17 und der Außenleiter 41 der zweiten Koaxialkabel-Anschlußleitung mit dem Außenleiter 15b der Triax-Leitung elektrisch verbunden sind. Am unteren Ende der Einspeis- und Auskoppel-Vorrichtung ist dabei durch die koaxialförmig verschachtelten und an ihrem Ende je weils kurzgeschlossenen Stichleitungen SL1, SL2 in Abhän gigkeit der Wellenlänge λ₁/4 und λ₂/4 bezogen auf die bei den zu übertragenden Frequenzbereiche die gewünschten Anpassung durchgeführt, wobei die erste topfförmige Kurz schlußleitung KS1 etwa in der axialen Mitte bezogen auf die elektrische Länge der koaxialen Stichleitung SL2 in Anpassung an die in diesem Ausführungsbeispiel zu über tragen Frequenzbandbereich von 900 MHz und 1600 MHz liegt.

Die erläuterten beiden kurzgeschlossenen λ/4-Stichleitun gen SL1 und SL2 sind also so in Reihe geschaltet, daß die zugehörigen Kurzschlüsse KS1 und KS2 bezüglich des jewei ligen Frequenzbandbereiches am Anschlußpunkt 46 jeweils in einen Leerlauf transformiert werden.

Anhand von Fig. 6 ist gezeigt, daß das Konstruktions prinzip der in Reihe geschalteten Kurzschlußleitung KS1 und KS2 auch in umgekehrter Reihenfolge verwirklichbar ist, wenn nämlich die äußere λ₂/4-Stichleitung SL2 (und dem Außenleiter AL2) für die niedrigere Frequenz außenlie gend und die λ₁/4-Stichleitung SL1 (und dem Außenleiter AL1) für die höhere Frequenz (konzentrisch) zur ersten innenliegend angeordnet ist. Allerdings ist der Konstruk tionsaufwand hierfür etwas höher.

In Ergänzung zu den vorstehend erläuterten Ausführungsbei spielen können auch mehrere, beispielsweise drei kurz geschlossene λ/4-Leitungen ineinander verschachtelt und somit mehrere Frequenzbandbereich (z. B. drei Frequenzbän der) gespeist bzw. ausgekoppelt werden.

Anhand von Fig. 7 ist nur das Konstruktionsprinzip für den Fall erläutert, daß in eine entsprechende Mehrfach- Koaxial-Speiseleitung 17 drei versetzt zueinander liegende Frequenzbänder eingespeist werden sollen, wozu eine dritte Kurzschlußverbindung KS3 zur Anpassung vorgesehen ist, wobei in diesem Ausführungsbeispiel davon ausgegangen wird, daß der dritte Kurzschluß KS3 eine Länge λ₃/4 für die Übertragung eines noch höheren Frequenzbandbereiches aufweist.

Anhand von Fig. 8 ist ein bezüglich Fig. 4 nochmals abgewandeltes Ausführungsbeispiel für eine Speise- oder Auskoppelvorrichtung gezeigt, bei welcher beispielsweise in Ergänzung zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 drei übereinander angeordnete Antenneneinrichtungen gemeinsam über eine Mehrfach-Koaxialkabelleitung 17 gespeist werden können, die in zwei Frequenzbandbereichen arbeiten. Dort wird kaskadiert über zwei anhand von Fig. 4 erläuterten Speise- und Auskoppelvorrichtungen jeweils eine entspre chende Anpassung zwischen einem äußeren Außenleiter und einem zugehörigen Innenleiter gezeigt, der gleichzeitig der Außenleiter für einen nächsten inneren Innenleiter darstellt. Bei jeder der vorgesehenen Stufen wird jeweils über die beschriebene erfindungsgemäße Speise- oder Aus koppelvorrichtung 101 bzw. 103 ein Außenleiter mit seinem zugehörigen Innenleiter auf ein gemeinsames Potential gelegt. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 zeigt, wie auch dieses Verfahren mehrstufig mit weiteren Außenlei tern AL1, AL2 und Kurzschlüssen KS3, KS4 ausgebaut werden kann.

Anhand von Fig. 9 ist noch eine Speise- und Auskoppelvor richtung für eine einfache Koaxialleitung 17 gezeigt, die jedoch mit einem breitbandigen Blitzschutz versehen ist, im gezeigten Ausführungsbeispiel für zwei Frequenzband bereiche.

Die Funktion entspricht dabei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, wobei in Abweichung dazu anstelle des in Fig. 4 gezeigten inneren Koaxialleiters 17a nur ein einfacher Innenleiter 15 vorgesehen ist, so daß dieser Innenleiter ohne Krümmung in Axialrichtung verlaufend durchgeführt und die beiden verschachtelten und an dem Ende wiederum kurz geschlossenen Stichleitung SL1 und SL2 rechtwinklig von dieser Koaxialleitung 17 abzweigen. Bezüglich Aufbau und Funktionsweise wird ansonsten auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 verwiesen, das bezüglich des in Fig. 4 dar gestellten äußeren Koaxialleiters 17b und dem Außenleiter 15b und dem Innenleiter 19b analog auf das Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 9 übertragbar ist.

Claims

1. Speise- oder Auskoppelvorrichtung für Koaxialleitungen, insbesondere Mehrfach-Koaxialleitungen für Mehr-Bereichs- Antennen (A, B) mit den folgenden Merkmalen:

- mit zumindest einer koaxialen Speiseleitung (17), und
- einer von der koaxialen Speiseleitung (17) abzweigenden Stichleitung (SL),
- der Innenleiter (IL) der Stichleitung (SL) ist an einem Anschlußpunkt (46) mit dem Innenleiter (19) der Speise leitung (17) verbunden,
- der koaxiale Außenleiter (AL) der Stichleitung (SL) ist mit dem koaxialen Außenleiter (15) der koaxialen Speise leitung (17) verbunden,
- der Außenleiter (AL) ist mit dem Innenleiter (IL) am Ende der Stichleitung (SL) über einen Kurzschluß (KS) kurzgeschlossen, worüber der Innenleiter (19) mit dem Außenleiter (15) der Speiseleitung (17) elektrisch ver bunden sind, und
- die elektrische Länge der Stichleitung (SL) entspricht λ/4, wobei λ der Wellenlänge des eingespeisten Frequenz bandes entspricht,

gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale

- die Anpassung der Speise- oder Auskoppelvorrichtung erfolgt breitbandig für zumindest zwei Frequenzen oder Frequenzbandbereiche,
- es sind zumindest zwei verschachtelte koaxiale Stichlei tungen (SL1, SL2) vorgesehen,
- die elektrische Länge der äußeren koaxialen Stichleitung (SL1) entspricht λ₁/4, wobei λ₁ der Wellenlänge eines ersten Frequenzbandbereiches entspricht,
- die elektrische Länge der inneren koaxialen Stichleitung (SL2) entspricht λ₂/4, wobei λ₂ der Wellenlänge des zweiten Frequenzbandbereiches entspricht,
- der Außenleiter (AL1) der äußeren koaxialen Stichleitung (SL1) ist an seinem Ende über einen Kurzschluß (KS1) mit dem Außenleiter (AL2) der inneren koaxialen Stichleitung (SL2) kurzgeschlossen,
- der Außenleiter (AL2) der inneren koaxialen Stichleitung (SL2) ist an seinem Ende über einen Kurzschluß (KS2) mit dem Innenleiter (IL1) dieser koaxialen Stichleitung (SL2) verbunden,
- der Außenleiter (AL1) der äußersten koaxialen Stichlei tung (SL1) ist mit dem Außenleiter (15) der koaxialen Speiseleitung (17) und der Innenleiter (IL) der inner sten Stichleitung (SL2) an einem Anschlußpunkt (46) mit dem Innenleiter (19) der Speiseleitung (17) elektrisch verbunden.

2. Speise- oder Auskoppelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest beiden ver schachtelten Stichleitungen (SL1, SL2) quer von der zu mindest einen koaxialen Speiseleitung (17) weg verlaufen und die koaxiale Speiseleitung (17) über den Anschlußpunkt (46) bevorzugt in axialer Verlängerung über den Anschluß punkt (46) hinaus geführt ist.

3. Speise- oder Auskoppelvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale

- die Speiseleitung (17) besteht zumindest aus einer Tri axleitung (17) mit einer inneren koaxialen Speiseleitung (17a) und einer äußeren koaxialen Speiseleitung (17b),
- die zumindest eine Stichleitung (SL) ist in axialer Verlängerung zur inneren Speiseleitung (17a) liegend ausgebildet,
- die innere koaxiale Speiseleitung (17a) ist über die Stichleitung (SL), d. h. über den Kurzschluß (KS) der Stichleitung (SL) in axialer Verlängerung zur Verbindung mit einem koaxialen Anschlußkabel (52) hinausgeführt, und
- am Anschlußpunkt (46) ist der Innenleiter (43, 63) einer weiteren koaxialen Anschlußleitung (42, 62) zur Speisung des Innenleiters (19b) des äußeren Koaxialkabels (17b) quer dazu weggeführt.

4. Speise- oder Auskoppelvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale

gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale

- die Anpassung der Speise- oder Auskoppelvorrichtung erfolgt breitbandig für zumindest zwei Frequenzen oder Frequenzbandbereiche,
- es sind zumindest zwei verschachtelte koaxiale Stichlei tungen (SL1, SL2) vorgesehen,
- die elektrische Länge der äußeren koaxialen Stichleitung (SL1) entspricht λ₁/4, wobei λ₁ der Wellenlänge eines ersten Frequenzbandbereiches entspricht,
- die elektrische Länge der inneren koaxialen Stichleitung (SL2) entspricht λ₂/4, wobei λ₂ der Wellenlänge des zweiten Frequenzbandbereiches entspricht,
- der Außenleiter (AL1) der äußeren koaxialen Stichleitung (SL1) ist an seinem Ende über einen Kurzschluß (KS1) mit dem Außenleiter (AL2) der inneren koaxialen Stichleitung (SL2) kurzgeschlossen,
- der Außenleiter (AL2) der inneren koaxialen Stichleitung (SL2) ist an seinem Ende über einen Kurzschluß (KS2) mit dem Innenleiter (IL) dieser koaxialen Stichleitung (SL2) verbunden, und
- der Außenleiter (AL1) der äußersten koaxialen Stichlei tung (SL1) ist mit dem Außenleiter (15) der koaxialen Speiseleitung (17) und der Innenleiter (IL) der inner sten Stichleitung (SL2) an einem Anschlußpunkt (46) mit dem Innenleiter (19) der Speiseleitung (17) elektrisch verbunden.

5. Speise- oder Auskoppelvorrichtung nach einem der An sprüche 1 bis 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlüsse (KS1, KS2) der Stichleitung (SL1, SL2) topf- oder ringförmig gestaltet sind.

6. Speise- oder Auskoppelvorrichtung nach einem der An sprüche 1, 2 oder 4, 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußleitung (KS1) für den höheren Frequenzbandbe reich außen liegt und die demgegenüber mit größerer axia ler Länge ausgebildete Kurzschlußleitung (KS2) für den niedrigeren zu übertragenden Frequenzbandbereich koaxial umgreift.

7. Speise- oder Auskoppelvorrichtung nach einem der An sprüche 1, 2 oder 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußleitung (KS1) für den höheren Frequenzbandbe reich innen liegt und von der dem gegenüber mit größerer axialer Länge ausgebildeten Kurzschlußleitung (KS2) für den niedrigeren zu übertragenden Frequenzbandbereich koa xial umgeben ist.

8. Speise- oder Auskoppelvorrichtung nach einem der An sprüche 1, 2 oder 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise topfförmig gestalteten und radial verlaufen den Kurzschlußabschnitte in Längsrichtung der Mehrfach- Koaxialleitung (17) versetzt liegen.

9. Speise- oder Auskoppelvorrichtung nach einem der An sprüche 1, 2 oder 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speise- oder Auskoppelvorrichtung von zumindest einer inneren Koaxialleitung (17a) mit einem Innen- und einem Außenleiter (19a, 19b) durchsetzt ist, und daß zumindest ein diese innere Koaxialleitung (17a) umgebender weiterer koaxialer Außenleiter (15b) unterbrochen ist, wobei in Höhe dieser Unterbrechungsstelle die Anschlußstelle für die Einspeisung des Innenleiters (43) der zweiten koaxia len Anschlußleitung (42) in den äußeren Innenleiter (19b) erfolgt.

10. Speise- oder Auskoppelvorrichtung nach einem der An sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Innenleiter (19a, 19b) sowie ein oder mehrere Außenleiter (15a, 15b) einer Mehrfach-Koaxialleitung mit tels der Speise- oder Auskoppelvorrichtung auf gleiches Potential, insbesondere auf Masse legbar sind.

11. Speise- oder Auskoppelvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung zwischen dem zumindest einen Innen- und dem zumindest einen Außenleiter (19a, 19b; 15a, 15b) breitbandig, d. h. zumindest für zwei Frequenzbandbereiche erfolgt.

12. Speise- oder Auskoppelvorrichtung nach einem der An sprüche 1, 2 oder 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der zumindest beiden ineinander verschachtelten Stichleitungen (SL1, SL2) in Abhängigkeit der zu über tragenden Frequenzbandbereiche eine elektrische Länge aufweisen, daß der am jeweiligen Ende der Stichleitung (SL1, SL2) vorgesehene Kurzschluß (KS1, KS2) am Einspeis- oder Anschlußpunkt (46) in den Leerlauf transformiert wird.

13. Speise- oder Auskoppelvorrichtung nach einem der An sprüche 1, bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese zum Betrieb einer in einem Frequenzbereich arbeitenden Mehrfach-Antenneneinrichtungen (A, B) an diese angeschlos sen ist.

14. Speise- oder Auskoppelvorrichtung nach einem der An sprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Speise- oder Auskoppelvorrichtung an einer in zumindest zwei Fre quenzbandbereichen arbeitende Antenneneinrichtung (A, B) angeschlossen ist, vorzugsweise an einer Antennenanlage mit zumindest zwei übereinander sitzenden Antennenein richtungen (A, B), die in zumindest zwei Frequenzband bereichen strahlen.