DE202018002096U1 - Controlled radiation pattern antenna - Google Patents
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Abstract
Controlled Radiation Pattern Antenne mit,
einer elektrisch leitenden Grundplatte (12),
vier L1/E1 dielektrischen Resonator-Antennen (14a - 14d), die auf der Grundplatte (12) angeordnet sind und deren Betrieb im L1/E1-Band erfolgt,
einer mittigen dielektrischen Resonator-Antenne (16), die mittig auf der Grundplatte (12) in radialer Richtung zwischen den vier L1/E1 dielektrischen Resonator-Antennen (14a - 14d) angeordnet ist und deren Betrieb in einem der Bänder L2 und/oder E6 erfolgt.
Controlled Radiation Pattern Antenna with,
an electrically conductive base plate (12),
four L1 / E1 dielectric resonator antennas (14a-14d) arranged on the base plate (12) and operating in the L1 / E1 band,
a central dielectric resonator antenna (16) which is arranged centrally on the base plate (12) in the radial direction between the four L1 / E1 dielectric resonator antennas (14a - 14d) and their operation in one of the bands L2 and / or E6 he follows.
Description
Die Erfindung betrifft eine Controlled Radiation Pattern Antenne.The invention relates to a controlled radiation pattern antenna.
Derartige Antennen sind aus dem Stand der Technik zur Verwendung in der GNSS-Navigation bekannt. Sie sind in der Lage, Interferenzen von ungewollten oder gewollten Störquellen (beispielsweise Angreifern) zu unterdrücken.Such antennas are known in the art for use in GNSS navigation. They are able to suppress interference from unwanted or intentional sources of interference (such as attackers).
Die wesentlichen Elemente einer CRPA-Antenne sind eine Antennenanordnung, eine Frontend-Einheit und ein digitaler Signalprozessor. Die Antennenanordnung weist mehrere einzelne Antennen auf, von denen jeweils GNSS-Signale empfangen werden können. Bei geeigneter Kombination der Eingangssignale können Richtungen, aus denen Signale schlechter empfangen werden können, in die Richtung von interferierenden Signalen gelegt werden, so dass diese unterdrückt werden. Die Frontend-Einheit überführt die RF-Signale, die am Ausgang der Antennen anliegen, in gefilterte Intermediate Frequency (IF)-Signale, die dem digitalen Signalprozessor zugeführt werden. Hier werden Algorithmen zur Interferenzunterdrückung verwendet, indem die empfangenen Signale für die Unterdrückung der Interferenzen analysiert werden. Beispielsweise können an den Antennenausgängen geeignete Gewichtungsvektoren berechnet werden, so dass die interferierenden Signale unterdrückt werden können.The essential elements of a CRPA antenna are an antenna array, a frontend unit and a digital signal processor. The antenna arrangement has a plurality of individual antennas, from each of which GNSS signals can be received. With a suitable combination of the input signals, directions from which signals can be received worse can be placed in the direction of interfering signals, so that they are suppressed. The front-end unit converts the RF signals present at the output of the antennas into filtered intermediate frequency (IF) signals which are fed to the digital signal processor. Here, interference suppression algorithms are used by analyzing the received signals for suppression of interferences. For example, suitable weighting vectors can be calculated at the antenna outputs so that the interfering signals can be suppressed.
Aus dem Stand der Technik bekannte CRPA-Antennenanordnungen sind zum Beispiel das Novatel GAJT-710ML Antennensystem und das Raytheon's Landshield system bekannt.CRPA antenna arrays known in the art are known, for example, the Novatel GAJT-710ML antenna system and the Raytheon's Landshield system.
Aus dem Stand der Technik bekannte Antennen weisen üblicherweise große Abmessungen auf, so dass sie nicht in mobile Geräte integriert werden können. Weiterhin weisen aus dem Stand der Technik bekannte Antennen eine Interferenzunterdrückung sowohl im GPS L1- als auch im L2-Band auf. Dies erhöht die Komplexität der Antenne, da zwei nicht benachbarte Bänder in derselben Antenne untergebracht werden müssen. Wenn die zur Verfügung stehende Größe für die Antenne beschränkt ist, leidet häufig die Leistungsfähigkeit bei jedem Band. Um eine gute Leistungsfähigkeit in beiden Bändern zu erreichen, müssen die Antennen vergrößert werden, was jedoch ihre Verwendbarkeit in verschiedenen Geräten negativ beeinflusst. Außerdem wird durch die Unterdrückung sowohl im L1- als auch im L2-Band die Anzahl der Kanäle erhöht (die sich aus der Anzahl der Antennen multipliziert mit der Anzahl der Bänder ergibt, bei denen die Interferenzen unterdrückt werden sollen). Dies erhöht die Berechnungskomplexität in der Signalverarbeitung. Wenn weitere Bänder wie zum Beispiel L5/E5a/E6 berücksichtigt werden müssen, kann eine Unterdrückung von Interferenzen aufgrund des starken Anstiegs der Komplexität und der damit verbundenen Kosten nicht gewährleistet werden.Antennas known from the prior art usually have large dimensions, so that they can not be integrated into mobile devices. Furthermore, prior art antennas have interference cancellation in both the GPS L1 and L2 bands. This increases the complexity of the antenna since two non-adjacent bands must be accommodated in the same antenna. When the available size for the antenna is limited, the performance of each band often suffers. In order to achieve good performance in both bands, the antennas must be increased, but this negatively affects their usability in different devices. In addition, the suppression in both the L1 and L2 bands increases the number of channels (which is the number of antennas multiplied by the number of bands where interference is to be suppressed). This increases the computational complexity in the signal processing. If other bands such as L5 / E5a / E6 need to be considered, interference suppression can not be ensured due to the large increase in complexity and associated costs.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Controlled Radiation Pattern Antenne bereitzustellen, die kompakte Abmessungen aufweist und gleichzeitig die notwendigen Bandbreiten für alle GNSS-Signale im L-Band bereitstellt.The object of the invention is to provide a Controlled Radiation Pattern antenna, which has compact dimensions and at the same time provides the necessary bandwidths for all GNSS signals in the L band.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Controlled Radiation Pattern Antenne weist eine elektrisch leitende Grundplatte auf, deren Kante bevorzugt von einem Ring aus RF-absorbierendem Material umgeben ist. In sämtlichen Ausführungsformen der Erfindung kann ein RF-absorbierendes Material beispielsweise dielektrische Verluste von mehr als 0,01 (Tangens Delta) aufweisen. Weiterhin sind vier L1/E1 dielelektrische Resonator-Antennen vorgesehen, die auf der Grundplatte angeordnet sind und deren Betrieb im L1/E1-Band erfolgt. Es ist weiterhin eine mittige dielelektrische Resonator-Antenne vorgesehen, die mittig auf der Grundplatte in radialer Richtung zwischen den vier L1/E1 dielelektrischen Resonator-Antennen angeordnet ist und deren Betrieb in einem der Bänder L2 und/oder E6 erfolgt. Die genannten vier Antennen können ferner zusätzlich Signale im Glonass G1-Band empfangen.The controlled radiation pattern antenna according to the invention has an electrically conductive base plate whose edge is preferably surrounded by a ring of RF-absorbing material. For example, in all embodiments of the invention, an RF-absorbing material may have dielectric losses greater than 0.01 (tangent delta). Furthermore, four L1 / E1 dielectric resonator antennas are provided, which are arranged on the base plate and their operation takes place in the L1 / E1 band. Furthermore, a central dielectric resonator antenna is provided, which is arranged centrally on the base plate in the radial direction between the four L1 / E1 dielectric resonator antennas and whose operation takes place in one of the bands L2 and / or E6. The four antennas mentioned can additionally receive signals in the Glonass G1 band.
Es ist bevorzugt, dass die vier L1/E1 dielelektrischen Resonator-Antennen in Form eines Quadrats relativ zueinander angeordnet sind, wobei jede der vier Antennen jeweils eine Ecke des Quadrats ausbildet. Genau im Mittelpunkt dieses Quadrats befindet sich bevorzugt die mittige DRA-Antenne.It is preferable that the four L1 / E1 dielectric resonator antennas are arranged in the form of a square relative to each other, each of the four antennas forming one corner of the square. At the very center of this square is preferably the central DRA antenna.
Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, dass die CRPA-Funktionalität nur in den L1/E1-Bändern unbedingt notwendig ist, während der Signalempfang bei niedrigeren Bändern (selbst mit einer einzelnen Antenne ohne integrierte Interferenzunterdrückung) dazu verwendet werden kann, die Verfügbarkeit zu erhöhen und alternative Signale im Fall von starken Interferenzen bereitzustellen. Ferner wird in den niedrigeren Bändern (L2/E5a) eine Widerstandsfähigkeit gegen Störquellen bereits durch die Verschlüsselung der Signale für militärische Zwecke erreicht, so dass Antennen in diesen Bändern weniger angreifbar sind.The invention takes advantage of the fact that CRPA functionality is absolutely necessary only in the L1 / E1 bands, while signal reception at lower bands (even with a single antenna without integrated interference cancellation) can be used to increase availability and provide alternative signals in case of strong interference. Further, in the lower bands (L2 / E5a), interference resistance is already achieved by the encryption of the signals for military purposes, so that antennas in these bands are less vulnerable.
Durch die erfindungsgemäße Antenne ist es möglich, alle Signale in den GNSS-Bändern zu empfangen, einschließlich der Breitbandsignale, zum Beispiel E1, E5 im Galileo-System. Ferner kann eine Interferenzunterdrückung für alle L1/E1-Signale stattfinden.The antenna according to the invention makes it possible to receive all the signals in the GNSS bands, including the wideband signals, for example E1, E5 in the Galileo system. Furthermore, interference suppression can take place for all L1 / E1 signals.
Das Frontend und die digitale Signalverarbeitung können erfindungsgemäß vereinfacht werden, da es nicht notwendig ist, in allen Bändern eine Interferenzunterdrückung vorzunehmen. The front-end and the digital signal processing can be simplified according to the invention, since it is not necessary to perform an interference suppression in all bands.
Es ist bevorzugt, dass alle dielelektrischen Resonator-Antennen zylindrisch ausgebildet sind und insbesondere eine kreiszylindrische Form aufweisen. Sie können weiterhin eine relative elektrische Permettivität von über
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die dielelektrischen Resonator-Antennen ein glaskeramisches Material aufweisen. Hierdurch wird ein sehr kompakter Aufbau der Antennen ermöglicht. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die von der Grundplatte abgewandte Seite der dielelektrischen Resonator-Antennen mit einer insbesondere kreisrunden Kupferplatte bedeckt ist. Hierdurch kann die Miniaturisierung weiter verbessert werden. Weiterhin kann hierdurch die Feinabstimmung der Antennen verbessert werden.Furthermore, it is preferable for the dielectric resonator antennas to comprise a glass-ceramic material. This allows a very compact design of the antennas. It is further preferred that the side remote from the base plate side of the dielectric resonator antennas is covered with a particular circular copper plate. As a result, the miniaturization can be further improved. Furthermore, this can be the fine tuning of the antennas can be improved.
Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität und zum Schutz gegen äußere Einwirkungen kann ferner eine Abdeckhaube aus massivem Material vorgesehen sein, die im Bereich der dielelektrischen Resonator-Antennen insbesondere zylindrische Ausnehmungen zur Aufnahme der jeweiligen dielelektrischen Resonator-Antenne aufweist. Diese Abdeckhaube ist nicht hohl, sondern besteht aus Vollmaterial und weist lediglich die genannten Ausnehmungen zur Aufnahmen der dielelekrischen Resonator-Antennen auf, so dass eine verbesserte mechanische Stabilität erreicht werden kann. Die Abdeckhaube kann aus Plexiglas oder Kunstharz gefertigt sein. Weiterhin kann sie aus einem Plastikmaterial gegebenenfalls durch einen 3D-Drucker hergestellt sein. Weiterhin ist die Verwendung eines dielelektrischen Materials mit niedrigen Verlusten bevorzugt.In order to improve the mechanical stability and to protect against external influences, it is furthermore possible to provide a cover made of solid material which, in the region of the dielectric resonator antennas, has in particular cylindrical recesses for receiving the respective dielectric resonator antenna. This cover is not hollow, but consists of solid material and has only said recesses for receiving the dielekrischen resonator antennas, so that an improved mechanical stability can be achieved. The cover can be made of Plexiglas or synthetic resin. Furthermore, it may be made of a plastic material, optionally by a 3D printer. Furthermore, the use of a low-loss dielectric material is preferred.
Es sind weiterhin bevorzugt, vier Befestigungsschrauben zur Befestigung der CRPA-Antenne an einer darunterliegenden Oberfläche vorgesehen. Die vier Befestigungsschrauben können in radialer Richtung jeweils von einem Ring aus RF-absorbierendem Material umgeben sein.It is further preferred to provide four mounting screws for mounting the CRPA antenna to an underlying surface. The four fastening screws can each be surrounded in the radial direction by a ring of RF-absorbing material.
Es ist bevorzugt, dass die vier Befestigungsschrauben in Form eines Quadrats relativ zueinander angeordnet sind, wobei jede Befestigungsschraube an einer Ecke des Quadrats angeordnet ist. Das Quadrat hat bevorzugt eine Seitenlänge von 4,8 cm. Dies entspricht den derzeit in Gebrauch befindlichen Einzelantennen, wie zum Beispiel der GPS S67-1575 Antenne. Die Nachrüstung der erfindungsgemäßen Antenne bei bestehenden Plattformen wird somit vereinfacht. Die Befestigungsschrauben können ein metallisches Material aufweisen, das bei der Berechnung der elektromagnetischen Eigenschaften der Antenne berücksichtigt wurde. Die Beeinflussung der elektromagnetischen Eigenschaften durch das metallische Material der Schrauben kann durch das RF-absorbierende Material reduziert werden, das die Schrauben umgibt.It is preferred that the four fastening screws are arranged in the form of a square relative to each other, wherein each fastening screw is arranged at a corner of the square. The square preferably has a side length of 4.8 cm. This corresponds to the individual antennas currently in use, such as the GPS S67-1575 antenna. The retrofitting of the antenna according to the invention in existing platforms is thus simplified. The fastening screws may comprise a metallic material which has been taken into account in the calculation of the electromagnetic properties of the antenna. The influence of the electromagnetic properties by the metallic material of the screws can be reduced by the RF-absorbing material surrounding the screws.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1a -1c ein Beispiel für eine Antenne, -
2a -2c eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antenne, -
3a -3c ein Beispiel für eine weitere Antenne.
-
1a -1c an example of an antenna, -
2a -2c an embodiment of the antenna according to the invention, -
3a -3c an example of another antenna.
In dem Beispiel gemäß den
Jede dieser Antennen ist an ihrer von der Grundplatte
In der Mitte der elektrisch leitenden Grundplatte
Jede der dielektrischen Resonator-Antennen
Es ist möglich, in sämtlichen Ausführungsformen der Erfindung nur das RHCP-Ausgangssignal weiterzuleiten, während das LHCP-Ausgangssignal blockiert wird. Dies kann beispielsweise durch einen 50 Ohm Widerstand erfolgen.It is possible, in all embodiments of the invention, to pass only the RHCP output signal while blocking the LHCP output signal. This can be done for example by a 50 ohm resistor.
Wie in
Die Antenne
Ferner wird die mittige DRA-Antenne
Die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antenne gemäß den
Dieser Abstand kann 15 - 30 mm betragen. Weiterhin kann die Höhe aller Antennen 5 - 20 mm betragen.This distance can be 15 - 30 mm. Furthermore, the height of all antennas can be 5 - 20 mm.
In der Ausführungsform der Erfindung gemäß den
Die Ausführungsform der Antenne
Die Ausführungsform gemäß
Ein drittes Beispiel einer Antenne
Die Abdeckhaube
Das dritte Beispiel der Antenne kann einen Durchmesser von ca. 90 mm und eine Höhe von unter 30 mm aufweisen.The third example of the antenna may have a diameter of about 90 mm and a height of less than 30 mm.
In allen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antenne ist es möglich, mehr als vier L1/E1 dielektrischen Resonator-Antennen vorzusehen. Beispielsweise kann zusätzlich eine Antenne für das Glonass G1-Band verwendet werden.In all embodiments of the antenna according to the invention, it is possible to provide more than four L1 / E1 dielectric resonator antennas. For example, an antenna for the Glonass G1 band can additionally be used.
In allen Ausführungsformen/Beispielen der erfindungsgemäßen Antennen können die genannten Bänder die folgenden Frequenzen abdecken:
L1/E1: 1559-1591 MHz; L5/E5a: 1164-1189MHz; L2:1215-1239 MHz; E6: 1260-1300 MHz, Glonass G1-Band: 1593-1610 MHzIn all embodiments / examples of the antennas according to the invention, the bands mentioned can cover the following frequencies:
L1 / E1: 1559-1591 MHz; L5 / E5a: 1164-1189MHz; L2: 1215-1239 MHz; E6: 1260-1300 MHz, Glonass G1 band: 1593-1610 MHz
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |