DE202021106027U9

DE202021106027U9 - antenna arrangement

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Publication number: DE202021106027U9
Application number: DE202021106027.1U
Authority: DE
Original assignee: Bab Bildungsgesellschaft Fuer Angewandte Betr Mbh; Bab Bildungsgesellschaft Fuer Angewandte Betriebswirtschaft Mbh
Current assignee: Bab Bildungsgesellschaft Fuer Angewandte Betr Mbh; Bab Bildungsgesellschaft Fuer Angewandte Betriebswirtschaft Mbh
Priority date: 2021-11-04
Filing date: 2021-11-04
Publication date: 2023-08-24
Anticipated expiration: 2031-11-05
Also published as: DE202021106027U1

Abstract

Antennenanordnung mit einer Antenne (10) die auf einem Strukturelement (9, 9', 9'', 9''') einer nicht-funktechnischen Anlage (4, 4', 4'') aufgebracht ist.Antenna arrangement with an antenna (10) which is mounted on a structural element (9, 9', 9'', 9''') of a non-radio technical system (4, 4', 4'').

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung.The invention relates to an antenna arrangement.

Moderne Funknetze und insbesondere zelluläre Netzwerke benötigen zahlreiche Basisstationen und zugeordnete Antennen zur Abdeckung der mit Funkdiensten zu versorgenden Räume. Traditionell werden zum Aufbau solcher Netze zahlreiche Basisstationen und Funkmasten mit jeweils oft mehreren Antennen an exponierten Stellen im Gelände oder in Siedlungen installiert.Modern radio networks and in particular cellular networks require numerous base stations and assigned antennas to cover the areas to be supplied with radio services. Traditionally, to set up such networks, numerous base stations and radio masts, each often with several antennas, are installed in exposed locations on the ground or in settlements.

Mit dem Ziel einer immer weiteren Steigerung der Datenrate solcher Funkdienste erschließen die fortschreitenden Funkstandards von 2G über 3G, 4G, 5G und darüber hinaus immer höhere Funkfrequenzen. Damit nimmt jedoch die Reichweite einer jeweiligen Basisstation ab und Hindernisse im Ausbreitungsweg der Funkwellen führen zu Funkschatten, zu deren Beseitigung zusätzliche Antennen installiert werden müssen. Dadurch nimmt die Zahl der Installationen stark zu.With the aim of constantly increasing the data rate of such radio services, the progressive radio standards from 2G to 3G, 4G, 5G and beyond are opening up ever higher radio frequencies. However, this reduces the range of a respective base station and obstacles in the propagation path of the radio waves lead to dead zones, which require additional antennas to be installed to eliminate them. As a result, the number of installations is increasing significantly.

Zudem benötigen Funktechniken wie MIMO (Multiple Input Multiple Output) zur Erhöhung der Datenrate mehrere Antennen an einer Basisstation. Ein Beispiel für eine solche MIMO-Installation ist in WO 2018/103897 A1 angegeben. Dort wird vorgeschlagen, Träger mit zahlreichen MIMO-Antenne an Strukturen bestehender Gebäude anzubringen.In addition, radio technologies such as MIMO (Multiple Input Multiple Output) require several antennas on a base station to increase the data rate. An example of such a MIMO installation is in WO 2018/103897 A1 specified. There it is proposed to attach carriers with numerous MIMO antennas to structures of existing buildings.

Die Installation solcher Funknetze ist mit großem Aufwand und Kosten verbunden, auch wenn Antennenträger an bestehenden Gebäudestrukturen angebracht werden, wie von WO 2018/103897 A1 vorgeschlagen, und erst recht wenn eigenständige Funkmasten installiert werden müssen. Zudem stößt die allgemeine Emission von Funkwellen oft auf gesundheitliche Bedenken und die Akzeptanz neuer Installationen ist gering.The installation of such radio networks is associated with great effort and expense, even if antenna carriers are attached to existing building structures, as by WO 2018/103897 A1 suggested, and even more so when stand-alone radio masts have to be installed. In addition, the general emission of radio waves often raises health concerns and the acceptance of new installations is low.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Technik zu schaffen, die eine kostengünstige und weniger invasive Installation von Funknetzen ermöglicht.The invention is therefore based on the object of creating a technique that enables cost-effective and less invasive installation of radio networks.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der in den Ansprüchen angegebenen Erfindung.This problem is solved with the invention specified in the claims.

Da die Antenne der erfindungsgemäßen Anordnung auf einer Fläche eines ohnehin vorhandenen Strukturelements einer nicht-funktechnischen Anlage aufgebracht ist, kann sie unauffällig und mit geringem Aufwand installiert werden.Since the antenna of the arrangement according to the invention is mounted on a surface of a structural element of a non-radio-technical system that is present anyway, it can be installed unobtrusively and with little effort.

Die Ansprüche 2 und 3 betreffen zweckmäßige Techniken zum Aufbringen der leitfähigen Antenne auf einer Fläche des nichtleitfähigen Strukturelements.Claims 2 and 3 relate to expedient techniques for applying the conductive antenna to a surface of the non-conductive structural element.

In den Ansprüchen 4 bis 9 sind nicht-funktechnische Anlagen angegeben, die sich besonders zur Anbringung von Antennen für Funknetze von Datendiensten wie 5G oder WLAN/WiFi eignen.Claims 4 to 9 specify non-radio technical systems that are particularly suitable for attaching antennas for radio networks of data services such as 5G or WLAN/WiFi.

In einem System mit mehreren Antennenanordnungen können sich die Antennen der verschiedenen Antennenanordnungen wie in Anspruch 10 angegeben voneinander unterscheiden, so dass jede Anordnung einen individuell gestalteten Teil eines vom gesamten System mit Funkdiensten versorgten Raums abdeckt. Dies ermöglicht auf einfache Weise die Anpassung des gesamten von Funkwellen erfassten Raums an den Bedarf, ohne dass unerwünschte Funkschatten verbleiben oder Bereiche unnötigerweise bestrahlt werden, obwohl sie nicht mit Funkdiensten versorgt werden sollen.In a system with several antenna arrangements, the antennas of the different antenna arrangements can differ from each other as specified in claim 10, so that each arrangement covers an individually designed part of a space served by the whole system with radio services. This makes it easy to adapt the entire area covered by radio waves to requirements without leaving unwanted radio shadows or unnecessarily irradiating areas that should not be covered by radio services.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt:

1 ein System mit mehreren Antennenanordnungen am Beispiel von Straßenbeleuchtungsanlagen,
2 eine Antennenanordnung dieses Beispiels im Detail,
3 eine Antennenanordnung dieses Beispiels in Funkkontakt mit mehreren Endgeräten,
4 und 5 ein alternatives Beispiel einer Antennenanordnung an einem Gebäude, und
6 eine Antenne der obigen Antennenanordnungen.

Preferred embodiments of the invention are shown in the drawing. It shows:

1 a system with several antenna arrays using the example of street lighting systems,
2 an antenna arrangement of this example in detail,
3 an antenna arrangement of this example in radio contact with several terminals,
4 and 5 an alternative example of an antenna arrangement on a building, and
6 an antenna of the above antenna arrangements.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht zu jeder Figur erneut erläutert. Teile, die unterschiedliche Beispiele eines Oberbegriffs darstellen, sind mit dem Bezugszeichen des Oberbegriffs und zusätzlich mit einer unterschiedlichen Anzahl an Apostrophen versehen.Identical parts are provided with the same reference symbols in all figures and are not explained again for each figure. Parts that represent different examples of a generic term are provided with the reference number of the generic term and additionally with a different number of apostrophes.

1 zeigt ein System mit mehreren Antennenanordnungen 1, 2, 3. Jede Antennenanordnung 1, 2, 3 weist eine nicht-funktechnische Anlage 4, im dargestellten Beispiel eine Straßenbeleuchtungsanlage 4' auf. Die Straßenbeleuchtungsanlage 4' umfasst einen Mast 5, der eine oder mehrere Leuchten 6 trägt. Durch den Mast 5 ist eine elektrische Versorgungsleitung 7 zur Leuchte 6 geführt, um diese mit elektrischer Energie zu versorgen. 1 1 shows a system with a plurality of antenna arrangements 1, 2, 3. Each antenna arrangement 1, 2, 3 has a non-radio-technical system 4, in the example shown a street lighting system 4'. The street lighting system 4 'comprises a mast 5 which carries one or more lights 6. An electrical supply line 7 is routed through the mast 5 to the lamp 6 in order to supply it with electrical energy.

2 zeigt eine Detailansicht der Straßenbeleuchtungsanlage 4'. Wie gezeigt umfasst die Leuchte 6 ein oder mehrere Leuchtmittel 8 und eine Abdeckung 9', die die Leuchtmittel 8 von oben abdeckt und vor Witterungseinflüssen schützt. Die Abdeckung 9' kann auch Bestandteil eines Gehäuses, beispielsweise eine Gehäuseschale der Leuchte 6 sein. 2 shows a detailed view of the street lighting installation 4'. As shown, the lamp 6 comprises one or more lamps 8 and a cover 9', which covers the lamps 8 from above and protects them from the effects of the weather. The Cover 9' can also be part of a housing, for example a housing shell of the lamp 6.

Auf einer Innenfläche der Abdeckung 9' sind eine oder mehrere Antennen 10 zum Senden und/oder Empfangen von Funkwellen eines Funknetzes, wie beispielsweise eines WLANs, eines Mobilfunknetzes wie beispielsweise eines 5G-Netzes oder eines anderen Datennetzes, insbesondere eines zellulären Funknetzes aufgebracht. Die Antennen 10 sind mit einer Basisstations-Infrastruktur des Funknetzes verbunden, die zumindest zum Teil im Mast 5 oder in der Leuchte 6 untergebracht sein kann (nicht gezeigt) und zweckmäßigerweise ebenso wie das Leuchtmittel 8 von der Versorgungsleitung 7 mit Energie versorgt wird.One or more antennas 10 for transmitting and/or receiving radio waves of a radio network, such as a WLAN, a mobile network such as a 5G network or another data network, in particular a cellular radio network, are mounted on an inner surface of the cover 9'. The antennas 10 are connected to a base station infrastructure of the radio network, which can be housed at least in part in the mast 5 or in the light 6 (not shown) and is expediently supplied with energy from the supply line 7 just like the light source 8 .

Die Abdeckung 9' bzw. das Gehäuse stellt ein Beispiel eines ohnehin als Teil der nicht-funktechnischen Anlage 4 vorhandenen Strukturelements 9 dar, das elektrisch nichtleitend ist und dessen Fläche zum Aufbringen einer oder mehrerer Antennen 10 genutzt wird. Im vorliegenden Beispiel sind in Anwendung der MIMO-Technik mehrere Antennen 10 auf jedem Strukturelement 9 vorhanden.The cover 9 ′ or the housing represents an example of a structural element 9 which is present anyway as part of the non-radio-technical system 4 , which is electrically non-conductive and whose surface is used for mounting one or more antennas 10 . In the present example, several antennas 10 are present on each structural element 9 using MIMO technology.

Die eine oder mehreren Antennen 10 sind auf eine Oberfläche des Strukturelements 9 durch Techniken wie LDS (Laser Direct Strucuring) oder Aufdrucken eines elektrisch leitfähigen Materials wie einer leitfähigen Tinte, beispielsweise durch Aerosol-Jet Printing oder Siebdruck aufgebracht. Damit wird auf der Oberfläche ein Antennenleiter (Bezugszeichen 18 in der später erläuterten 6) aus dem elektrisch leitfähigen Material gebildet. Das elektrisch leitfähige Material kann auf diese Weise direkt auf das Strukturelement 9 oder eine zuvor auf das Strukturelement 9 aufgebrachte Grundierung aufgebracht werden. Die genannten Techniken ermöglichen die Aufbringung auch auf dreidimensional gekrümmten Flächen des Strukturelements 9. Das elektrisch leitfähige Material kann auch zunächst auf eine Folie (Bezugszeichen 17 in der später erläuterten 6) aufgebracht bzw. aufgedruckt werden, die dann auf das Strukturelement 9 aufgebracht beispielsweise geklebt wird, wenn die Oberfläche des Strukturelements 9 flach oder nur so gekrümmt ist, dass das Aufbringen einer Folie möglich ist. Gegebenenfalls kann auf dem elektrisch leitfähigen Material noch ein nichtleitender Abdeckfilm (nicht gezeigt) als Schutz vor Umwelteinflüssen aufgebracht sein. Vorzugsweise wird eine geschützte Innenfläche des Strukturelements 9, beispielsweise eine Innenfläche des Gehäuses oder der Abdeckung 9' als Oberfläche zur Aufbringung der Antenne bzw. Antennen 10 gewählt.The one or more antennas 10 are applied to a surface of the structural element 9 by techniques such as LDS (laser direct structuring) or by printing an electrically conductive material such as a conductive ink, for example by aerosol jet printing or screen printing. With this, an antenna conductor (reference numeral 18 in the later-explained 6 ) formed from the electrically conductive material. In this way, the electrically conductive material can be applied directly to the structural element 9 or to a primer previously applied to the structural element 9 . The techniques mentioned also enable application to three-dimensionally curved surfaces of the structural element 9. The electrically conductive material can also initially be applied to a film (reference number 17 in the later-explained 6 ) are applied or printed, which is then applied, for example, glued to the structural element 9 if the surface of the structural element 9 is flat or only curved in such a way that a film can be applied. Optionally, a non-conductive cover film (not shown) can also be applied to the electrically conductive material as protection against environmental influences. A protected inner surface of the structural element 9, for example an inner surface of the housing or the cover 9', is preferably selected as the surface for mounting the antenna or antennas 10.

3 zeigt die Richtcharakteristik der so aufgebrachten Antennen 10 zur Funkkommunikation mit beispielsweise mobilen Endgeräten 11. Die Antennen 10 sind so gestaltet und ausgerichtet, dass ihre Richtcharakteristik jeweils gewählte Räume für Endgeräte 11 in der Nähe der Anlage 4 mit Funkwellen 12 abdeckt, beispielsweise den Gehweg und die Fahrbahn unter der Straßenbeleuchtungsanlage 4' und nach Wahl gegebenenfalls umliegende Plätze, Höfe, Gebäude und Seitenstraßen. 3 shows the directional characteristics of the antennas 10 applied in this way for radio communication with, for example, mobile terminals 11. The antennas 10 are designed and aligned in such a way that their directional characteristics cover selected spaces for terminals 11 in the vicinity of the system 4 with radio waves 12, for example the sidewalk and the Lane under the street lighting system 4' and optionally surrounding squares, courtyards, buildings and side streets.

Aufgrund der einfachen Aufbringung der Antennen 10 auf den Strukturelementen 9 lassen sich Anzahl, Gestalt und Ausrichtung der Antennen 10 für jede Antennenanordnung 1, 2, 3 individuell so planen und fertigen, dass ein gewünschter Raum als Teil eines gesamten Funkraums abgedeckt wird, der von dem System aus den mehreren Antennenanordnungen 1, 2, 3 mit einem Funknetz versorgt wird. Die verschiedenen Antennenanordnungen 1, 2, 3 des gesamten Systems unterscheiden sich dann zumindest teilweise in der Anzahl, Gestalt und/oder Ausrichtung ihrer jeweiligen Antennen 10 auf dem Strukturelement 9, auch wenn sich die Strukturelemente 9 nicht unterscheiden.Due to the simple application of the antennas 10 to the structural elements 9, the number, shape and orientation of the antennas 10 can be planned and manufactured individually for each antenna arrangement 1, 2, 3 in such a way that a desired space is covered as part of an overall radio space that is covered by the System from the multiple antenna arrays 1, 2, 3 is supplied with a radio network. The various antenna arrangements 1, 2, 3 of the entire system then differ at least partially in the number, shape and/or alignment of their respective antennas 10 on the structural element 9, even if the structural elements 9 do not differ.

Vorteilhafterweise gehört zu dem mit Funkwellen versorgten Raum auch der Standort jeweils benachbarter Antennenanordnungen 1, 2, 3, wie in 1 gezeigt. Die Antennen 10 sind also auch jeweils so gestaltet, dass die Antennenanordnungen 1, 2, 3 wie in 1 gezeigt über Funkwellen 13 Daten mit ihren nächsten Nachbarn kommunizieren können. Dann braucht nur ein Teil der Antennenanordnungen 1, 2, 3 über ein Kabel 14 drahtgebunden mit einem Backbone des Funknetzes verbunden zu sein, wie die Antennenanordnung 2 in 1.Advantageously, the area supplied with radio waves also includes the location of adjacent antenna arrangements 1, 2, 3, as in 1 shown. The antennas 10 are also designed in such a way that the antenna arrangements 1, 2, 3 as in 1 shown to be able to communicate data with their nearest neighbors via radio waves 13 . Only some of the antenna arrangements 1, 2, 3 then need to be wired to a backbone of the radio network via a cable 14, as is the case with the antenna arrangement 2 in 1 .

Das Strukturelement 9 erfüllt eine Doppelfunktion als nicht-funktechnischer struktureller Bestandteil, beispielsweise Abdeckung 9' bzw. Gehäuse der nicht-funktechnischen Anlage 4 und als Träger einer Antenne 10 der Antennenanordnung 1, 2, 3. Anlagen 4 mit ohnehin vorhandener Energieversorgung und solche mit Mast wie beispielsweise Straßenbeleuchtungsanlagen 4' sind besonders geeignet.The structural element 9 fulfills a dual function as a non-radio-technical structural component, for example a cover 9′ or housing of the non-radio-technical system 4 and as a support for an antenna 10 of the antenna arrangement 1, 2, 3. Systems 4 with an existing energy supply and those with a mast such as street lighting installations 4' are particularly suitable.

Als nicht-funktechnische Anlage 4 mit einem solchen zugehörigen Strukturelement 9 kommt jedoch nicht nur eine Straßenbeleuchtungsanlage 4' in Frage sondern beispielsweise ein Fahrzeug mit einer Kunststoff- oder Glasscheibe, auf der die Antenne aufgebracht ist, oder eine Innenraum-Leuchte mit einer Abdeckung, auf der die Antenne aufgebracht ist (nicht gezeigt), oder wie in den 4 und 5 gezeigt, ein Gebäude 4'' mit einem Fenster 9'' oder einer Fassadenplatte 9''', auf dem bzw. der die Antenne 10 aufgebracht ist. Das Fenster 9'' oder die Fassadenplatte 9''' sind vorzugsweise aus Kunststoff oder Glas hergestellt.As a non-radio-technical system 4 with such an associated structural element 9, however, not only a street lighting system 4′ comes into question but, for example, a vehicle with a plastic or glass pane on which the antenna is attached, or an interior light with a cover the antenna is applied (not shown), or as in the 4 and 5 shown, a building 4'' with a window 9'' or a facade panel 9''' on which the antenna 10 is applied. The window 9'' or the facade panel 9''' are preferably made of plastic or glass.

5 zeigt einen Querschnitt durch ein Fenster 9'' mit mehreren parallelen Glasscheiben 15, von denen die äußerste mit einer Schutzschicht 16, beispielsweise einer UV-absorbierenden Schutzschicht versehen ist. Zwischen zwei solchen Scheiben 15 ist die Antenne 10 angebracht. Die Antenne 10 kann direkt auf eine der Scheiben 15 oder wie gezeigt auf eine zwischen den Scheiben 15 eingefügte Folie 17 bzw. Film aufgebracht sein. 5 shows a cross section through a window 9'' with several parallel glass panes 15, of which the outermost one is provided with a protective layer 16, for example a UV-absorbing protective layer. The antenna 10 is fitted between two such panes 15 . The antenna 10 can be applied directly to one of the panes 15 or, as shown, to a foil 17 or film inserted between the panes 15 .

6 zeigt vergrößert ein Beispiel der Antenne 10 mit einem Antennenleiter 18 in Dipolform. Die Antenne 10 ist auf die oben erläuterte Weise auf einem Träger aufgebracht, bei dem es sich um die genannte Folie 17 oder direkt um eines der genannten Beispiele 9' bis 9''' für das Strukturelement 9 handeln kann. 6 14 shows an enlarged example of the antenna 10 with an antenna conductor 18 in the form of a dipole. The antenna 10 is applied to a carrier in the manner explained above, which can be the film 17 mentioned or directly one of the examples 9 ′ to 9 ″″ mentioned for the structural element 9 .

Die Erfindung ermöglicht also die ökonomische und als wenig invasiv bzw. störend empfundene Installation von Funknetzen unter Nutzung vorhandener nicht-funktechnischer Anlagen zur Anbringung von Antennen.The invention thus enables the economical installation of radio networks, which is felt to be less invasive or disruptive, using existing non-radio-technical systems for attaching antennas.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 2018/103897 A1 [0004, 0005]

Claims

Antenna arrangement with an antenna (10) which is mounted on a structural element (9, 9', 9'', 9''') of a non-radio technical system (4, 4', 4'').

antenna arrangement claim 1 , wherein the antenna (10) is printed on the structural element (9, 9', 9'', 9''').

Antenna arrangement according to one of the preceding claims, wherein the structural element (9, 9', 9'', 9''') is electrically non-conductive and the antenna (10) has an antenna conductor (18) with a surface produced by screen printing, aerosol jet printing and / or laser direct structuring on the structural element applied electrically conductive material.

Antenna arrangement according to one of the preceding claims, wherein the structural element (9, 9') is a housing part (9') of the non-radio technical system (4, 4').

Antenna arrangement according to one of the preceding claims, in which the non-radio-technical system (4, 4') has a mast (5).

Antenna arrangement according to one of the preceding claims, in which the non-radio technical system (4, 4') is a street lighting system (4') with a lamp (6) carried by a mast (5) and the structural element (9, 9') is a cover ( 9') of the lamp (6) and the antenna (10) is applied to a surface of the cover (9') of the lamp (6).

Antenna arrangement according to one of the preceding claims, wherein the non-radio technical system (4) is a vehicle and the structural element (9) is a pane, preferably a plastic or glass pane of the vehicle and the antenna (10) is mounted on the pane of the vehicle.

Antenna arrangement according to one of the preceding claims, in which the non-radio-technical system (4, 4'') is a building (4'') and the structural element (9, 9'', 9''') is a window (9'') or is a facade panel (9''') of the building and the antenna (10) is mounted on the window (9'') or the facade panel (9''') of the building.

Antenna arrangement according to one of the preceding claims, wherein the non-radio technical system (4) is an interior light and the structural element (9) is a cover of the interior light and the antenna (10) is applied to a surface of the cover of the interior light.

System made up of a plurality of antenna arrangements (1, 2, 3) according to one of the preceding claims, in which the respective structural elements (9, 9', 9'', 9''') of the non-radio technical systems (4, 4', 4'' ) of the antenna arrangements are designed identically to one another, but the antennas (10) of at least some of the antenna arrangements (1, 2, 3) have different shapes, numbers and/or alignments.