DE3433975A1 - Antenna system - Google Patents
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Abstract
Description
A.Li ekens-6A. Li ekens-6
AntennensystemAntenna system
Die Erfindung bezieht sich auf ein Antennensystem gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an antenna system according to
the preamble of claim 1.
Ein derartiges System ist bekannt. Es enthält (beispielsweise) mehrere kreisförmig angeordnete vertikale DipoleLemente.
Das Strahlungsdiagramm des Systems läßt sich
verändern in dem man die Phasen der den einzelnen Antennen
zugeführten Signale ändert.Such a system is known. It contains (for example) several vertical dipole elements arranged in a circle. The radiation diagram of the system can be
change by changing the phases of the signals fed to the individual antennas.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Antennensystem anzugeben, bei dem verschiedene Sender dasselbe Antennensystem verwenden können.The invention is based on the object of specifying an antenna system in which different transmitters use the same antenna system can use.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die im Anspruch 1 angegebenen Mittel. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.The object is achieved by what is specified in claim 1 Middle. Advantageous further training are in the Contain subclaims.
ZT/PI-Jt/R, 12.09.1984 ./.ZT / PI-Jt / R, 09/12/1984 ./.
A.Li ekens-6A. Li ekens-6
Das erfindungsgemäße Antennensystem kann vorteilhaft in einem FunkteLefonsystem mit zeLLularem Aufbau verwendet werden, da es gute Eigenschaften hinsichtlich der Überwindung von durch Mehrwegeausbreitung verursachten Schwierigkeiten besitzt.The antenna system according to the invention can advantageously be used in a radio telephone system with a cellular structure be as it has good properties in terms of overcoming caused by multipath Has difficulties.
Die Erfindung wird anhand zweier AusführungsbeispieLe beschrieben. Es zeigt:The invention is described on the basis of two exemplary embodiments. It shows:
Fig. 1 ein Antennensystem mit einem ersten Koppel-Net zwe r kFig. 1 shows an antenna system with a first coupling network two r k
Fig. 2 ein Antennensystem mit einem zweiten Koppel-Netzwerk 2 shows an antenna system with a second coupling network
Bei beiden Ausführungsbeispielen enthält das Antennensystem vier vertikale,, parallel einem auf einem Ring mit Durchmesser d angeordnete Antennen A, B, C, D. Dieser Durchmesser ist von derselben Größenordnung wie die halbe WelLenLänge, und somit abhängig vom Frequenzbereich (VHF oder UHF) für den das Antennensystem ausgelegt ist. Für den UHF-Bereich beträgt der Durchmesser d des Ringes ca. 275 mm und der der Antennenstäbe 21 mm. Bei einer Antennenhöhe von 1,9 m kann die mechanische Stabilität der Antennen durch ein in einer Höhe von 1,5 m horizontal angeordnetes FibergLa seLement erreicht werden. Geeignete Antennen werden von der Fa. Kathrein unter der Bezeichnung K 751 622 hergestellt.In both exemplary embodiments, the antenna system contains four vertical antennas A, B, C, D arranged parallel to one on a ring with diameter d. This The diameter is of the same order of magnitude as half the wave length, and thus depends on the frequency range (VHF or UHF) for which the antenna system is designed. For In the UHF range, the diameter d of the ring is approx. 275 mm and that of the antenna rods is 21 mm. At an antenna height of 1.9 m, the mechanical stability of the Antennas can be reached by a fiber optic laser element arranged horizontally at a height of 1.5 m. Appropriate antennas are manufactured by Kathrein under the designation K 751 622.
Fig. 1 zeigt ein Antennensystem das aus vier Antennen A, B, C, D und einem ersten Koppler-Netzwerk besteht, das vier Eingänge 1, 2, 3, 4 und vier Ausgänge besitzt.Fig. 1 shows an antenna system that consists of four antennas A, B, C, D and a first coupler network that has four inputs 1, 2, 3, 4 and four outputs.
A . L i e kens-6A. L i e kens-6
-Das Kopp Ler-Netzwerk besteht aus vier Hyb ri d-Kopp Le rn H1, H2, H3, H4 und zwei phasenschiebenden Elementen L1, L2. Jeder Hybrid-KoppLer besitzt zwei Eingänge und zwei Ausgänge. Ein am ersten Eingang anliegendes SignaL geLangt ohne Phasenverschiebung zum ersten Ausgang und mit einer ersten Phasenverschiebung χ zum zweiten Ausgang und ein am zweiten Eingang anliegendes SignaL geLangt ohne Phasenverschiebung zum zweiten Ausgang und mit einer zweiten Phasenverschiebung y zum ersten Ausgang des Hybrid-KoppLers. -The Kopp Ler network consists of four Hyb ri d-Kopp Le rn H1, H2, H3, H4 and two phase-shifting elements L1, L2. Each hybrid coupler has two inputs and two outputs. A signal at the first entrance arrived without phase shift to the first output and with one first phase shift χ to the second output and an am Signal applied to the second input arrives without a phase shift to the second output and with a second Phase shift y to the first output of the hybrid coupler.
Die vier Eingänge des Kopp Ler-Netzwerkes sind mit den vierThe four inputs of the Kopp Ler network are with the four
Eingängen der Hybrid-KoppLer H1 und H2 identisch. An dieThe inputs of the hybrid couplers H1 and H2 are identical. To the
vier Ausgänge der Hybrid-KoppLer H3 und H4 ist je eine der vier Antennen A, B, C, D angeschLossen.four outputs of the hybrid coupler H3 and H4 is one of the four antennas A, B, C, D connected.
Der erste Ausgang des Hybrid-KoppLe rs H1 ist mit dem ersten Eingang des Hybrid-KoppLe rs H3 und der zweite Ausgang ist über das erste ELement L1 mit dem ersten Eingang des Hybrid-KoppLe rs H4 verbunden. Der erste Ausgang des Hybrid-KoppLe rs H2 ist über das zweite ELement L2 mit dem zweiten Eingang des Hybrid-KoppLe rs H3 und der zweite Ausgang ist mit dem zweiten Eingang des Hybrid-KoppLe rs H4 verbunden. Die Phasenverschiebungen χ und y der Hybrid-Koppler und die der Elemente L1 und Ll können unterschiedlich groß gewählt sein.The first output of the hybrid coupler H1 is connected to the first input of the hybrid coupler H3 and the second output is connected to the first input of the hybrid coupler H4 via the first element L1. The first output of the hybrid coupler H2 is connected to the second input of the hybrid coupler H3 via the second element L2 and the second output is connected to the second input of the hybrid coupler H4. The phase shifts χ and y of the hybrid coupler and that of the elements L1 and Ll can be selected to be of different sizes.
Je nachdem an welchem Eingang oder an welche Eingänge des Kopp Ler-Netzwerkes das von einem Sender kommende SignaL angelegt wird, ergeben sich unterschiedliche Betriebszustände des Antennensystems, die sich durch die Phasenver-Depending on which input or which inputs of the Kopp Ler network the signal coming from a transmitter is created, there are different operating states of the antenna system, which is characterized by the phase
A.Li e kens-6A. Li e kens-6
Schiebungen zwischen den den Antennen zugeführten Signalen unterscheiden. So ist es möglich eine gleichphasige Speisung aller vier Antennen oder eine von Antenne zu Antenne zu-·oder abnehmende Phasenverschiebung der jeweiligen Antennensignale bezüglich des dem Kopp Ie r-Net zwe.rk zugeführten Signals zu erreichen.Shifts between the signals fed to the antennas differentiate. So it is possible to have an in-phase Feeding of all four antennas or one from antenna to antenna increasing or decreasing phase shift of the respective Antenna signals with regard to the coupling Ie r-Net two.rk to achieve the supplied signal.
Um eine nach allen Seiten gleich große Ausstrahlung zu erreichen muß die Anzahl der Antennen minus zwei mindestens gleich dem Verhältnis zwischen dem Umfang des Ringes, auf dem die Antennen angeordnet sind, und der Wellenlänge sein.In order to achieve an equally large radiation on all sides, the number of antennas minus two must be at least equal to the ratio between the circumference of the ring on which the antennas are arranged and the wavelength.
Enthält das Antennensystem vier Antennen, so ist daher der Durchmesser d des Ringes von derselben Größenordnung wie die halbe Wellenlänge. Wie die Rechnung zeigt schwankt der Gewinn bei gleichphasiger Speisung aller Antennen und Verwendung von λ/2-Dipolen nur zwischen 8.40 und 8.06 dB, wenn der Umfang des Ringes gleich 5/4 der Wellenlänge ist, wobei die vier Richtungen, in denen diese Maximalwerte auftreten, um 45 gegenüber den vier Richtungen versetzt sind, in denen die Minimalwerte auftreten. Bei nichtIf the antenna system contains four antennas, then the Diameter d of the ring of the same order of magnitude as half the wavelength. As the calculation shows, it fluctuates Gain with in-phase supply to all antennas and Use of λ / 2 dipoles only between 8.40 and 8.06 dB, when the circumference of the ring is equal to 5/4 of the wavelength, the four directions in which these maximum values occur offset by 45 relative to the four directions in which the minimum values occur. When not
2Q gleichphasiger Speisung der Antennen be- tragen die entsprechenden Werte für den Gewinn 5.60 bzw. 7.96 dB. 2Q in- phase feeding of the antennas, the corresponding values for the gain are 5.60 and 7.96 dB.
Aufgrund der Symmetrie des Antennensystems, beeinflußt eine Kopplung der Antennen untereinander kaum das Strahlungsdiagramm sondern wirkt sich nur auf die Impedanzen <i5 und die Verluste der Antennen aus.Due to the symmetry of the antenna system, coupling the antennas to one another hardly affects the radiation pattern but only affects the impedances <i5 and the losses of the antennas.
Nachstehend werden drei Varianten des Antennensystems nach F i'3. 1 beschrieben.Below are three variants of the antenna system according to F i'3. 1 described.
Va r i ante 1Version 1
der vierte und der erste Eingang des Koppler-Netzwerks sind direkt verbundenthe fourth and the first input of the coupler network are directly connected
A.Li e kens-6A. Li e kens-6
die erste Phasenverschiebung χ der Hybrid-KoppLer H1 und H2 beträgt Q und die zweite Phasenverschiebung y beträgt 180 .the first phase shift χ of the hybrid coupler H1 and H2 is Q and the second phase shift y is 180.
die Phasenverschiebungen χ und y der Hybrid-Koppler H3 und H4 betragen je 90°.the phase shifts χ and y of the hybrid coupler H3 and H4 are each 90 °.
die Phasenverschiebung des ersten Elements L1 beträgt 0 und die des zweiten Elements L2 180 .the phase shift of the first element is L1 0 and that of the second element L2 180.
Aus der untenstehenden Tabelle ist zu ersehen, daß alle Antennensignale A1, B', C1, D1, eine Phasenverschiebung von 45° bezüglich dem dem Kopp Ler-Netzwerk vom Sender zugeführten Signal aufweisen, wenn dieses Signal an den Eingang 1 und 4 des Kopp Ier-Netzwerks angelegt wird. Wird dieses Signal an den zweiten Eingang angelegt, so ist die Phasenverschiebung der Antennensignale von auf dem Ring im Uhrzeigersinn aufeinanderfolgenden Antennen jeweils um 90 größer, wird das Signal an den dritten Eingang angelegt jeweils um 90 kleiner.From the table below it can be seen that all antenna signals A 1 , B ', C 1 , D 1 have a phase shift of 45 ° with respect to the signal fed to the Kopp Ler network by the transmitter when this signal is at input 1 and 4 of the Kopp Ier network is created. If this signal is applied to the second input, the phase shift of the antenna signals from antennas following one another clockwise on the ring is each 90 greater; the signal applied to the third input is 90 less each time.
- der zweite und dritte Eingang des Koppler-Netzwerks sind direkt verbunden- the second and third input of the coupler network are directly connected
A.Li ekens-6A. Li ekens-6
die erste und die zweite Phasenverschiebung χ, y, aLLer Hybrid-KoppLer H1, H2, H3, H4 beträgt je 90°the first and the second phase shift χ, y, aLLer hybrid coupler H1, H2, H3, H4 is 90 ° each
die Phasenverschiebung der Elemente L1 und L2 be-the phase shift of the elements L1 and L2
trägt je 90°.carries 90 ° each.
Es ergibt sich die folgende Tabelle:The following table results:
B1 B 1
Variante 3Variation 3
die erste und die zweite Phasenverschiebung xA y aller Hybrid-Koppler H1, H2, H3, H4 beträgt je 90°the first and the second phase shift x A y of all hybrid couplers H1, H2, H3, H4 are each 90 °
- die Phasenverschiebung der Elemente L1 und L2 be-- the phase shift of the elements L1 and L2
t ragt j e 0t protrudes from 0
A.Li e kens-6A. Li e kens-6
Aus der obenstehenden TabeLLe ist ersichtlich, daß unabhängig davon an welchem Eingang das Signal des Senders angelegt ist, die Phasenverschiebungen der Antennensignale aufeinanderfolgender Antennen bezüglich dem Signal des Senders folgendermaßen abgestuft sind: 0 , 90 , 90 , 180°.From the table above it can be seen that independent of which input the transmitter signal is applied, the phase shifts of the antenna signals successive antennas with respect to the signal of the Transmitter are graded as follows: 0, 90, 90, 180 °.
Beträgt der Umfang des Ringes auf dem die Antennen angeordnet sind das Doppelte der Wellenlänge so ergibt die Rechnung, daß der Gewinn in den acht sich jeweils um 45 unterscheidenden Richtungen 7.41, 6, 4, 7.20, 4, 6, 7.41 und 4.4 dB beträgt.If the circumference of the ring on which the antennas are arranged is twice the wavelength, the result is Calculation that the profit in the eight directions differing by 45 each 7.41, 6, 4, 7.20, 4, 6, 7.41 and 4.4 dB.
Fig. 2 zeigt ein Antennensystem, das aus vier Antennen A, B, C, D und einem zweiten Koppler-Netzwerk besteht, das zwei Eingänge 11, 2' und vier Ausgänge besitzt. Das Koppler-Netzwerk besteht aus einem Hybrid-Kopp Ier H5, zwei Leistungsteilern S1, S2 und zwei phasenschiebenden Elementen L3, l_4. Die beiden Eingänge des Kopp ler-Net zwe rkes sind mit den Eingängen des Hybrid-KoppLe rs H5 identisch, der den gleichen Aufbau wie die oben beschriebenen Hybrid-Koppler H1, H2, H3, H4 besitzt. Der erste Ausgang des Hy brid-Kopple rs H5 ist mit dem Eingang des ersten Leistungsteilers S1, der zweite Ausgang ist mit dem Eingang des zweiten Leistungsteilers S2 verbunden. Jeder Leistungsteiler besitzt je zwei Ausgänge, an die jeweils eine der vier Antennen A, B, C, D direkt oder über eines der Elemente L3 oder L4 angeschlossen ist.Fig. 2 shows an antenna system which consists of four antennas A, B, C, D and a second coupler network which has two inputs 1 1 , 2 ' and four outputs. The coupler network consists of a hybrid coupler H5, two power dividers S1, S2 and two phase-shifting elements L3, l_4. The two inputs of the coupler network are identical to the inputs of the hybrid coupler H5, which has the same structure as the hybrid couplers H1, H2, H3, H4 described above. The first output of the hybrid coupler rs H5 is connected to the input of the first power divider S1, the second output is connected to the input of the second power divider S2. Each power splitter has two outputs to which one of the four antennas A, B, C, D is connected directly or via one of the elements L3 or L4.
Auch bei diesem AusführungsbeispieI sind mehrere Varianten mög lieh:There are also several variants in this exemplary embodiment possibly borrowed:
A.Liekens-6A. Liekens-6
Variante 4:Variation 4:
die Phasenverschiebungen χ und y des Hybrid-Kopp-the phase shifts χ and y of the hybrid coupling
Lers H5 betragen je 90Lers H5 are 90 each
die Phasenverschiebungen der Elemente l_3 und L4 °the phase shifts of elements l_3 and L4 °
betragen j e 180each amount to 180
1 0° 90° 180° 270°1 0 ° 90 ° 180 ° 270 °
2 90° 0° 270° 180°2 90 ° 0 ° 270 ° 180 °
Diese Variante 4 entspricht der Variante 1, abgesehen davon, daß hier keine gleichphasige Speisung aller Antennen vorkommt.This variant 4 corresponds to variant 1, apart from from the fact that there is no in-phase feeding of all antennas occurs.
Variante 5:Variation 5:
- die erste Phasenverschiebung χ des Hybrid-Kopplers H5 beträgt 0 und die zweite Phasenver-Schiebung y beträgt 180 .- the first phase shift χ of the hybrid coupler H5 is 0 and the second phase shift y is 180.
- die Phasenverschiebung des Elements L3 beträgt 180° und die des Elements L4 0°- the phase shift of the element L3 is 180 ° and that of element L4 0 °
B1 B 1
1.0° 0° 180° 0° 2 180° 0° 0° 0°1.0 ° 0 ° 180 ° 0 ° 2 180 ° 0 ° 0 ° 0 °
XJXJ
A.Liekens-6A. Liekens-6
Das StrahLungsdiagramm dieser Variante besitzt in zwei verschiedenen Richtungen ausgeprägte StrahLungsmaxima . Sind die Antennen auf einem Ring angeordnet, dessen Durchmesser d der haLben WeLLenLänge entspricht, so kann auf den Hybrid-KoppLer H5 verzichtet werden. Aufgrund der Symmetrie des Antennensystems besitzen die Antennenpaare A,C und B/D dasseLbe StrahLungsdiagramm.The radiation diagram of this variant has two Radiation maxima pronounced in different directions. If the antennas are arranged on a ring, the diameter d of which corresponds to half the length of the wave, then the Hybrid-KoppLer H5 can be dispensed with. Due to the The antenna pairs have symmetry of the antenna system A, C and B / D the same radiation diagram.
Um ein StrahLungsdiagramm mit Richtcharakteristik zu erhalten, kann man durch entsprechende Bemessung der Länge der die einzelnen Antennen speisenden KabeL weitere Phasenverschiebungen zwischen den AntennensignaLe A1, B1, C1, D1 bewirken. Die unten stehende TabeLLe gibt dafür ein Bei spi e L an:In order to obtain a radiation diagram with directional characteristics, further phase shifts between the antenna signals A 1 , B 1 , C 1 , D 1 can be brought about by appropriately dimensioning the length of the cables feeding the individual antennas. The table below gives an example for this:
Claims (1)
können.ό. Antenna system according to one of the preceding claims, characterized in that the phase shifts brought about by the elements and the hybrid couplers are independent of e i na
can.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BE2/60205A BE897767A (en) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | PHASE ANTENNA SYSTEM |
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| WO2015160556A1 (en) * | 2014-04-18 | 2015-10-22 | CommScope Technologies, LLC | Method of forming broad radiation patterns for small-cell base station antennas |
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Legal Events
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ALCATEL N.V., AMSTERDAM, NL |