DE202005019697U1

DE202005019697U1 - Einrichtung zur Erfassung der Orientierung einer Antennenanordnung

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Publication number: DE202005019697U1
Application number: DE202005019697U
Authority: DE
Original assignee: Kathrein Werke KG
Current assignee: Kathrein SE
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2015-12-17

Abstract

Einrichtung zur Bestimmung der Ausrichtung einer Antenne (3) oder einer mehrere Antennen (3) umfassenden Antennenanordnung (2), insbesondere zur Bestimmung des Azimut- und/oder Elevationswinkels bzw. der Azimut- und/oder Elevationsausrichtung, mit folgenden Merkmalen:
– es sind zumindest zwei GPS-Antennen (13) vorgesehen, die mit zumindest einer Antenne (3) oder der Antennenanordnung (2) direkt oder zumindest mittelbar verbünden sind,
– es ist zumindest ein GPS-Empfänger (14) vorgesehen, der mit den zumindest beiden GPS-Antennen (13) zur Bestimmung der Ausrichtung verbunden ist, oder es sind zumindest zwei GPS-Module (17) vorgesehen, die jeweils eine GPS-Antenne (13) und einen GPS-Empfänger (14) umfassen,
– es ist zumindest eine Auswerteeinheit (15) vorgesehen, worüber die Bestimmung der Ausrichtung der zumindest einen Antenne (3) oder einer Antennenanordnung (2) mit mehreren Antennen (3) in Azimutrichtung vornehmbar ist,
und/oder
– es ist mindestens ein Neigungsmesser (27) vorgesehen, worüber die Bestimmung der Ausrichtung der zumindest einen zugeordneten Antenne (3) vornehmbar...

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung der Orientierung einer Antennenanordnung. Dadurch kann beispielsweise der Azimut- und/oder Elevationswinkel einer Antennenanordnung erfasst, überprüft und abhängig davon auch unterschiedlich eingestellt werden. Die Erfindung kommt bevorzugt im Mobilfunkbereich zur Anwendung.
Stand der Technik:
Im Stand der Technik sind Verfahren bekannt, welche die Ausrichtung von Mobilfunkantennen bei der Installation der Antenne mit verschiedenen Hilfsmitteln bestimmt. Im einfachsten Falle wird ein Kompass zu Hilfe genommen. Auch das optische Anpeilen von Objekten mit bekannter Position wird verwendet. Dabei kommen auch Hilfsmittel zum Aufsetzen auf die Antenne zum Einsatz. Auch sind Positionserfassungssysteme basierend auf GPS und Kompassmessung für mobile Systeme, bspw. RADAR bekannt. Dabei wird die Ausrichtung einer dreh- oder schwenkbaren Antenne über einen bekannten Drehwinkel auf ein bekanntes Koordinatensystem übertragen. Somit wird die Ausrichtung der Antenne auf der Basis des aktuellen Drehwinkels erfasst.
In US 6897828 B2 wird eine Einrichtung und Methode zur Erfassung der Azimutausrichtung einer Antenne beschrieben. Nachteilig hierbei ist, dass diese Methode bzw. Einrichtung nur bei der Installation der Antennen eingesetzt werden kann, bzw. einen zusätzlichen externen GPS- Referenzempfänger erfordert. Des weiteren kann hierbei nur der Azimut bestimmt werden. Die Anlage wird insbesondere durch den erforderlichen Referenzempfänger unhandlich und hat einen großen Raumbedarf. Ein weiterer Nachteil stellt die vorgeschlagene Montage an der Antenne dar, da die Apparatur in das Strahlungsfeld der Antenne ragt und damit deren Betrieb stört.
Somit ist eine zu überwindende Schwierigkeit hierbei die aktuelle Abfrage der Positionierung der Antenne, insbesondere der Ausrichtung in Azimut und/oder Elevation ohne einen erforderlichen Bezug auf einen zu bestimmenden Drehwinkel und ohne die Nutzung von weiteren erforderlichen externen Zusatzeinrichtungen. Mit anderen Worten besteht die Aufgabe in der Schaffung einer einfachen autonomen oder sogar in die Antenne integrierten Einheit zur Bestimmung der Ausrichtung.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass mindestens zwei GPS-Module mit zugehörigen integrierten GPS-Antennen und jeweils einem integrierten GPS-Empfänger oder zumindest zwei GPS-Antennen mit zumindest einem ihnen gemeinsam zugeordneten GPS-Empfänger vorgesehen sind, wobei durch die Kombination der über die zumindest beiden GPS-Antennen empfangenen GPS-Signale eine Auswertung zur Bestimmung der Azimutausrichtung der Antenne vorgenommen werden kann. Sind mehrere Antenne zu einer gemeinsamen Antennenanordnung mechanisch verbunden und ist ihre Relativlage zueinander bekannt, kann darüber die Bestimmung der Ausrichtung der gesamten Antennenanordnung vorgenommen werden.
Für die Erfassung der Ausrichtung bezüglich der Elevation, d.h. des Elevationswinkels (beispielsweise gegenüber einer Horizontalebene), d.h. der Neigung der Antennenanordnung, kann ein integrierter oder nachrüstbarer Neigungsmesser verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:
1: eine schematische räumliche Darstellung von drei Antennenanordnungen, die beispielsweise um einen Mast herum unter Erzeugung von drei unterschiedlichen Abstrahlwinkeln angeordnet sind;
2: eine schematische Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß 1;
3: eine Seitenansicht senkrecht zum Mast zur Verdeutlichung eines Ausführungsbeispiels unter Verwendung zumindest zwei GPS-Antennen und einer gemeinsamen ihnen zugeordneten GPS-Auswerteeinheit, die insbesondere bei einer externen Befestigung auf einem vorzugsweise nachrüstbaren Montagewinkel montiert sind; und
4: eine schematische Seitenansicht auf das Ausführungsbeispiel nach 2 lediglich unter Darstellung einer Antennenanordnung sowie der zugehörigen Halteeinrichtung zur Befestigung an einem Mast sowie Befestigungsvorrichtung für die GPS-Antennen bzw. die zugehörige GPS-Auswerteeinheit.
Zur Bestimmung der Azimutausrichtung der Antenne oder der Antennenanordnung werden mindestens zwei GPS-Module in einem definierten Abstand montiert. Die GPS-Position dieser Module wird von den beiden oder mehreren Empfängern zum gleichen Zeitpunkt oder mit sehr kurzer Zeitdifferenz bestimmt. Eine Auswerteeinheit, üblicherweise ein Mikroprozessor, bildet die Differenz aus diesen Positionen und ermittelt daraus die Position und die Ausrichtung im Azimut. Dieser Vorgang wird zur Erhöhung der Genauigkeit in entsprechenden Zeitabständen wiederholt und ein Mittelwert daraus berechnet. Dieses Verfahren bietet somit die Möglichkeit der Bestimmung der Azimutausrichtung sowie der Position der Antenne oder Antennenanordnung.
Eine weitere Ausführungsform besteht in konzentrischen Antennenanordnungen, bestehend aus mehreren Einzelantennen mit äquidistantem Abstand. So ist bei einer um einen Mast konzentrisch angeordneten 3- oder 6- Sektor-Anordnung die Montage eines GPS-Moduls an jeder Antenne möglich und aus der Berechnung der Differenzen der verschiedenen Positionen der GPS- Module kann die Ausrichtung der Antenne mit Hilfe der Berechnung des Mittepunktes des gemeinsamen Kreises, der mindestens drei Positionen und der Verbindungslinie Mittelpunkt – Position des GPS- Moduls bestimmt werden. Voraussetzung ist die konzentrische oder nahezu konzentrische Monatage der Antennen.
Zum besseren Verständnis wird dabei nachfolgend ferner der Aufbau der erläuterten Einrichtung sowie ein in diesem Zusammenhang verwendbare Antennenanordnung gezeigt.
In 1 ist eine Halte- und Tragvorrichtung 1 beispielsweise in Form eines Mastens 1' gezeigt, an welchen in Umfangsrichtung versetzt liegend drei Antennen 3 gehalten sind, die beispielsweise aus drei ein- oder mehrspaltigen Antennenarrays bestehen, die üblicherweise einen im wesentlichen vertikal ausgerichteten Reflektor und davor angeordnete Strahlereinrichtungen umfassen. Es kann sich dabei um einfach- oder dualpolarisierte Strahlereinrichtungen für die Übertragung in einem Frequenzband oder für Zwei- oder Mehrfrequenzbänder handeln, wenn es sich beispielsweise bei einer Dual- oder Mehrband-Antennenanordnung handelt.
Die einzelnen Antenneneinrichtungen sind im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem Radom 5 als Schutz umgeben.
Zum Schutz aller im gezeigten Ausführungsbeispiel wiedergegebenen drei Antennen 3 kann eine Außenhaut, eine Art Außenhülle oder ein Außenradum 7 vorgesehen sein, welches in 1 auch als D_out bezeichnet ist.
Durch geeignete mechanische oder steuerbare Maßnahmen können die grundsätzlich beispielsweise in einem 120° Winkel versetzt zueinander liegenden Antennen 3 auch in einem zumindest geringfügig davon abweichenden Winkel ein- bzw. verstellt werden, um beispielsweise die unterschiedlichen drei Sektoren unterschiedlich auszuleuchten.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind nunmehr jeweils auf der oberen Stirnseite 11 oder oberhalb des Stirnseitenbereiches 11 bei Ausführungsbeispiel nach 1 zwei mit Seitenversatz angeordnete GPS-Antennen 13 vorgesehen. Ein derartiges Paar von GPS-Antennen 13 genügt grundsätzlich, um hierüber die unterschiedlichen Koordinaten einer einzelnen Antennenanordnung zu erfassen. Durch die Koordinatenerfassung kann dadurch die exakte Ausrichtung beispielsweise der in 1 vorne liegenden und der in 2 nach unten weisenden Antenne 3a erfasst werden. Die anderen Antennen benötigen deshalb keine weiteren GPS-Antennen oder GPS-Module 17, obgleich sie in 1 und 2 eingezeichnet sind. Denn durch die fest konstruktive Zuordnung der beiden weiteren Antennen 3b und 3c lässt sich durch die Koordinatenerfassung die exakte Ausrichtung letztlich aller drei Antennen erfassen und überprüfen, ob alle drei Antennen in ihrem richtigen ihnen zugeordneten Azimutwinkelbereich ausgerichtet sind. Es eine vorzugsweise elektrisch ansteuerbare Verstelleinrichtung vorgesehen, so können bei Bedarf durch Verdrehen aller drei Antennen oder Relativverschwenken aller drei Antennen 3a, 3b und 3c eine Feinabstimmung im Hinblick auf einen gewünschten, als optimal empfundenen Azimutwinkel eingestellt werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 können also zumindest zwei GPS-Antennen 13 verwendet werden, die in einem ausreichenden Abstand zueinander angeordnet sind, wobei die hierüber gewonnenen Auswertesignale einer gemeinsamen GPS-Auswerteeinheit 15 zugeführt werden können (die lediglich in dem Ausführungsbeispiel in 3 und 4 eingezeichnet ist).
Anstelle dessen können aber auch zwei GPS-Module 17 verwendet werden, die von Grund auf eine GPS-Antenne 13 und einen zugehörigen GPS-Empfänger 14 umfassen, um dann letztlich über eine gemeinsame Datenauswerteeinheit die Koordinationserfassung vorzunehmen und die Ausrichtung und Positionierung der Antenne bzgl. des Azimutwinkels zu bestimmen.
Wenn die Antennen in einem fest vorbestimmten Relativwinkel zueinander ausgerichtet sind, können die beiden notwendigen GPS-Antennen 13 oder GPS-Module 17 auch an anderer Stelle der gesamten Antennenanordnung vorgesehen sein. So können beispielsweise ein Paar von GPS-Antennen 13a, 13b bzw. ein Paar von GPS-Modulen 17a, 17b verwendet werden, die gemäß 1 und 2 auf zwei verschiedenen Einzelantennen 3 angeordnet sind.
Mit zunehmend größerem Seitenabstand der GPS-Antennen 13 bzw. der kompletten GPS-Module 17 erhöht sich die Genauigkeit der Positionsbestimmung. Von daher sollte der Seitenversatz der Module bzw. Antennen möglichst groß sein. Bei Bedarf könnte sogar ein überstehende Konstruktion verwendet werden, die beispielsweise auf der Oberseite der gesamten Antennenanordnung vorgesehen ist und über die Außenbegrenzung Dout übersteht, an deren äußerem Ende dann die GPS-Antennen bzw. GPS-Module positioniert sind.
Im Zweifelsfall mag es sich auch als günstig erweisen, pro Antenne 3 zumindest eine GPS-Antenne 13 oder ein GPS-Modul 17 vorzusehen. Dies könnten beispielsweise die Antennen oder Module 13' bzw. 17' sein. Bei Bedarf könnten diese dann abweichend von der Darstellung nach 1 oder 2 oberhalb jeder Einzelantenne 2 vorzugsweise in derem mittleren Bereich oder vertikalen Symmetrieachse angeordnet sein.
Grundsätzlich sind also zumindest stets zwei versetzt zueinander angeordnete GPS-Antennen (13) bzw. zwei GPS-Module 17 notwendig, um die Positionsbestimmung in Azimutrichtung vornehmen zu können. Werden mehrere derartige Einheiten verwendet, so kann – obgleich eine Überbestimmun vorliegt – dies zur Erhöhung der Genauigkeit beitragen. Ebenso können die einzelnen Antennen mit einer GPS-Antenne 13 oder einem GPS-Modul 17 herstellerseitig ausgestattet und vorgefertigt sein.
Anhand von 3 ist eine Nachrüsteinheit 21 gezeigt, die aus einem Nachrüstträger 23 besteht. Dieser kann beispielsweise an einer die Antenne 3 tragenden oder mastverankerten Befestigungseinrichtung 25 angebaut werden. Der Nachrüstträger 23 im gezeigten Ausführungsbeispiel ist in Seitenansicht winkelförmig gestaltet.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 und 4 ist dabei jeweils eine Antenne 3 zugeordnet, über die zugehörige Befestigungseinrichtung 25 der winkelförmige Träger 23 so angeordnet, dass der Horizontalträgerabschnitt 23a oberhalb des Stirnseitenbereiches 11 der einzelnen Antenne 3 zu liegen kommt. Darüber sind im gezeigten Ausführungsbeispiel in Seitenversatz die beiden GPS-Antennen 13 angeord net. Beide GPS-Antennen 13 sind hier über einen GPS-Receiver 14, d.h. den sogenannten GPS-Empfänger 14, an eine gemeinsame Auswerteeinheit 15 angeschlossen. Anstelle dessen können aber an den Nachrüstträger 23 ebenfalls wieder zwei GPS-Module 17 mit Seitenversatz montiert werden, die einen entsprechenden GPS-Receiver mit umfassen, so dass die GPS-Module dann einer gemeinsamen Auswerteeinheit zugeführt werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 3 und 4 ist gezeigt, dass an dem Nachrüstträger 23 in Form eines Montagewinkels auch noch ein Neigungsmesser 27 angebracht ist. Ein derartiger Neigungsmesser kann aber auch von Hause aus beispielsweise an einem Radum oder einer Einzelantenne an geeigneter Position montiert sein, um hierüber die Neigung zur Verstellung einer Einzelantenne beispielsweise gegenüber dem vertikal ausgerichteten Mast oder einer Vertikalebene oder einer Vertikalen allgemein zu erfassen. In Abhängigkeit davon kann ggf. bei Verwendung einer elektronischen Steuereinrichtung dieser Winkel auch verändert werden.
Die Auswertung der Signale in den GPS-Empfängern bzw. der Auswerteeinheit wird bevorzugt zeitgleich oder zeitnah zueinander oder beispielsweise in einem Zeitmultiplexverfahren vorgenommen, also vorzugsweise innerhalb eines ggf. vorgebbaren oder unschiedlich vorgebbaren Zeitintervalls. Ist eine elektronische Schnittstelle vorgesehen, so können hierüber die entsprechenden ermittelten Daten für die Azimut- oder Elevationsbestimmung ausgegeben und beispielsweise über eine angeschlossene Anzeigeeinheit dargestellt oder an eine entfernte Auswerteeinrichtung ggf. auch über Funk übermittelt werden.

Claims

Einrichtung zur Bestimmung der Ausrichtung einer Antenne (3) oder einer mehrere Antennen (3) umfassenden Antennenanordnung (2), insbesondere zur Bestimmung des Azimut- und/oder Elevationswinkels bzw. der Azimut- und/oder Elevationsausrichtung, mit folgenden Merkmalen: – es sind zumindest zwei GPS-Antennen (13) vorgesehen, die mit zumindest einer Antenne (3) oder der Antennenanordnung (2) direkt oder zumindest mittelbar verbünden sind, – es ist zumindest ein GPS-Empfänger (14) vorgesehen, der mit den zumindest beiden GPS-Antennen (13) zur Bestimmung der Ausrichtung verbunden ist, oder es sind zumindest zwei GPS-Module (17) vorgesehen, die jeweils eine GPS-Antenne (13) und einen GPS-Empfänger (14) umfassen, – es ist zumindest eine Auswerteeinheit (15) vorgesehen, worüber die Bestimmung der Ausrichtung der zumindest einen Antenne (3) oder einer Antennenanordnung (2) mit mehreren Antennen (3) in Azimutrichtung vornehmbar ist, und/oder – es ist mindestens ein Neigungsmesser (27) vorgesehen, worüber die Bestimmung der Ausrichtung der zumindest einen zugeordneten Antenne (3) vornehmbar ist, insbesondere zur Bestimmung des Elevationswinkels.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung an der Antenne (2) oder der Antennenanordnung (3) montiert oder montierbar ist oder in der zumindest einen Antenne (3) oder der Antennenanordnung (2) integriert untergebracht oder integrierbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des zumindest einen GPS-Empfängers (14) und/oder die dem zumindest einen GPS-Empfänger (14) nachgeordnete Auswerteeinheit (15) die Position der zumindest einen Antenne (3) oder der Antennenanordnung (2) bestimmbar oder der arithmetische Mittelwert der Position der GPS-Antenne (3) oder der Antennenanordnung (2) in einem vorgegebenen Zeitintervall ermittelbar und vorzugsweise mittels einer definierten elektronischen Schnittstelle die Azimutausrichtung und/oder Position der Antenne (3) oder der Antennenanordnung (2) ausgebbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zusätzliche Neigungssensor (27) zur Erfassung des Neigungswinkels der Antenne (3) oder der Antennenanordnung (2) mit der Antenne oder der Antennenanordnung (3, 2) verbunden oder darin integriert ist, worüber Messwerte zur Neigungsermittlung an die Auswerteeinheit (15) zuleitbar sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei GPS-Antennen (13) und zumindest zwei GPS-Empfänger (14) vorgesehen sind, wobei jede GPS-Antenne (13) und ein zugehöriger GPS-Empfänger (14) ein gemeinsames GPS-Modul (17) bilden, und dass die zeitgleich oder zeitnah zueinander erhaltenen GPS-Signale einer Auswerteeinheit (15) zuführbar sind, mit deren Hilfe die Positions- und/oder Azimut- Ausrichtung der zumindest einen Antenne (3) und/oder der Antennenanordnung (2) bestimmbar ist, wobei vorzugsweise die entsprechenden Daten über die Positions- und/oder Azimut-Ausrichtung über eine definierte elektronische Schnittstelle ausgebbar sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Antennen (3) unter Bildung einer Antennenanordnung (2) vorgesehen sind, wobei die Antenne (3) vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet sind, d.h. in Umfangsrichtung vorzugsweise in gleichen Abständen versetzt zueinander positioniert sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die relative mechanische Azimutausrichtung der Antennen (3) zueinander nd die relative Position der GPS-Antennen (13) bzw. der GPS-Module (17) zueinander bekannt sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zusätzliche Messsensor (Neigungssensoren 27) zur Erfassung des Neigungswinkels der Antenne (3) oder der Antennenanordnung (2) mit zumindest einer GPS-Antenne (13) oder einem GPS-Modul (17) verbunden oder hierin integriert ist, dessen Messwert zur Neigungsermittlung vorzugsweise an die zumindest eine Auswerteeinheit (15) weiterleitbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die GPS-Antennen (13) und die Auswerteeinheit eine mechanische, starr verbundene Einheit bilden, welche an der Antenne (3) oder der Antennenanordnung (2) montiert ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die GPS-Antennen (13) oder die GPS- Module (17) nachrüstbar sind, vorzugsweise auf einer Nachrüsteinrichtung (21) in Form eines Nachrüst-Trägers (23) sitzend, der an der Antenne (3) oder der Antennenanordnung (2) montierbar ist, vorzugsweise extern zu den Antennen (3).
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Messsensoren (27) zur Neigungsbestimmung mehrere Antennen (3) vorgesehen sind.