DE69420807T2

DE69420807T2 - Zirkular polarisierte Mikrozellen-Antenne

Info

Publication number: DE69420807T2
Application number: DE69420807T
Authority: DE
Inventors: George Dominick Yarsunas
Original assignee: Radio Frequency Systems Inc
Current assignee: Radio Frequency Systems Inc
Priority date: 1993-09-10
Filing date: 1994-08-25
Publication date: 2000-02-03
Anticipated expiration: 2014-08-26
Also published as: AU7143794A; AU680269B2; CA2128738A1; CA2128738C; ATE185024T1; EP0647977A1; DE69420807D1; DK0647977T3; US5481272A; EP0647977B1

Description

Zirkular polarisierte Mikrozellen-Antenne

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft zirkular polarisierte Antennen und im besonderen eine zirkular polarisierte Mikrozellen-Antenne, die nur eine einzige Speiseleitung benötigt, um von einem Paar gekreuzter Dipole zirkular polarisierte elektromagnetische Signale abzustrahlen.

Beschreibung des Standes der Technik

Die Benutzung zellularer Telefoniesysteme hat in den letzten Jahren dramatisch zugenommen. In Verbindung mit dieser gewachsenen Benutzung ist die Anzahl der Übertragungspunkte dieser zellularen Telefoniesysteme ebenfalls gewachsen. An jedem Übertragungspunkt dieser zellularen Telefoniesysteme sind eine Vielzahl Antennen vorhanden, um Signale im der zellularen Telefonie zugewiesenen Frequenzband des elektromagnetischen Spektrums zu senden. In der industriellen Praxis der zellularen Telefonie ist es bei diesen Antennen üblich, die Signale zirkular polarisiert zu senden.
Die zirkulare Polarisation der von den Antennen zellularer Telefoniesysteme abgestrahlten elektromagnetischen Signale erreicht man mittels eines Paares gekreuzter Halbwellenlängen-Dipole, die aus einer synchronen Quelle mit gleichen Strömen gespeist werden, was zu einer 90º-Phasenverschiebung führt. Das standardmäßige Verfahren der Stromzuführung zu diesen Dipolen besteht darin, zu jedem Dipolpaar eine separate Speiseleitung zu ziehen, wobei die beiden Speiseleitungen untereinander eine 90º Phasen-Längendifferenz aufweisen. Jedoch kann das Ziehen einer separaten Speiseleitung zu jedem Dipolpaar bezüglich der Ausrüstungsaufwendungen und Wartung sowohl umständlich als auch kostenintensiv sein. Es verringert ebenfalls die Impedanzbandbreite der Antenne.
In den IEEE Proceedings Part H, Band 139, Nr. 2, April 1992, Seiten 157 und 158 wird eine Antenne zur zirkularen Polarisation beschrieben, welche zwei Dipolpaare besitzt und welche eine kurzgeschlossene Abzweigleitung entlang eines Dipolpaares verwendet, um parallel zu der y-Komponente des elektrischen Feldes eine Reaktanz- oder j-Komponente einzuführen. Diese Reaktanzkomponente erzeugt die 90º-Phasenverschiebung, die für die zirkulare Polarisation erforderlich ist.
Die Patentanmeldung GB-A-2 034 125 zeigt eine koaxial aufgebaute Matrixantenne, welche ein Paar gekreuzte Dipolelemente besitzt, die sich in einem inneren Resonator befinden, sowie vier Monopolelemente, die in einem äußern Resonator symmetrisch angeordnet sind. Das Paar gekreuzter Dipolelemente befindet sich in der Mitte des inneren Resonators und wirkt mit den Elementen des äußeren Resonators zusammen, was ein Phasenschiebernetzwerk ergibt. Zwei Dipole der gekreuzten Dipolelemente werden entsprechend von einer Koaxialleitung gespeist. Das externe Phasenschiebernetzwerk stellt die 90º-Phasenverschiebung bereit, um zirkular polarisierte Strahlung zu erzeugen.
Es wäre wünschenswert, bei der Erzeugung zirkular polarisierter elektromagnetischer Signale die oben erwähnten Unzulänglichkeiten der Nutzung separater Speiseleitungen für jedes Dipolpaar zu überwinden. Dementsprechend wäre eine Antenne wünschenswert, die für die Erzeugung zirkular polarisierter elektromagnetischer Signale nur eine einzige Speiseleitung benötigt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine zirkular polarisierte Mikrozellen-Antenne unter Verwendung eines Paares gekreuzter Dipole, die von einer einzigen Speiseleitung gespeist werden. Diese Antenne umfasst ein Paar gekreuzter Dipole und ein Paar Phasenrückkopplungselemente, die in einem Reflektorgehäuse angeordnet sind. Das Reftektorgehäuse ist über einen Verbinder mit nur einer Speiseleitung verbun den, und das Reflektorgehäuse ist in seiner Impedanz an den Verbinder angepasst. Der Primärdipol des Paares der gekreuzten Dipole ist an bestimmten Viertelwellenlängen-Positionen elektrisch mit dem Reflektorgehäuse verbunden. Der Sekundärdipol des Paares der gekreuzten Dipole ist über die Phasenrückkopplungselemente mit dem Primärdipol verbunden. Die Phasenrückkopplungselemente sind zwischen das Paar der gekreuzten Dipole geschaltet, um die erforderliche 90º-Phasenverschiebung zu erhalten.
Aus obiger beschreibender Zusammenfassung wird ersichtlich, wie die zirkular polarisierte Mikrozellen-Antenne der vorliegenden Erfindung die Unzulänglichkeiten des oben erwähnten Standes der Technik überwindet.
Dementsprechend besteht die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine zirkular polarisierte Mikrozellen-Antenne bereitzustellen, die ein Paar gekreuzter Dipole verwendet, welche, um zirkular polarisierte elektromagnetische Signal abzustrahlen, über eine einzige Speiseleitung angesteuert werden.
Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und der Ansprüche in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, welche hierzu angehängt worden sind, deutlich werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Um ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, wird jetzt auf die anhängenden Zeichnungen Bezug genommen. Diese Zeichnungen sollen nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung angesehen werden, sie sind nur als Beispiel gedacht.
Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine vollständig zusammengebaute Mikrozellen- Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung entlang der Linie 1-1 von Fig. 2.
Fig. 2 ist eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten vollständig zusammengebauten Mikrozellen-Antenne entlang der Linie 2-2 von Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Draufsicht der in Fig. 1 dargestellten zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne mit entfernter Antennenverkleidung entlang der Linie 3-3 von Fig. 4.
Fig. 4 ist eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht der in Fig. 3 dargestellten zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne entlang der Linie 4-4 von Fig. 3.
Fig. 5 ist eine Draufsicht des Reflektorgehäuses, das in der in Fig. 1 dargestellten zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne verwendet wird, entlang der Linie 5-5 von Fig. 6.
Fig. 6 ist eine Seitenansicht des in Fig. 5 dargestellten Reflektorgehäuses entlang der Linie 6-6 von Fig. 5.
Fig. 7 ist eine Untersicht der in Fig. 7 dargestellten Leiterschiene entlang der Linie 7-7 von Fig. 8.
Fig. 8 ist eine Seitenansicht der in Fig. 7 dargestellten Leiterschiene entlang der Linie 8-8 von Fig. 7.
Fig. 9 ist eine Draufsicht des Abstimmelementes, das in der in Fig. 1 dargestellten zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne verwendet wird, entlang der Linie 9-9 von Fig. 10.
Fig. 10 ist eine Seitenansicht des in Fig. 9 dargestellten Abstimmelementes entlang der Linie 10-10 von Fig. 9.
Fig. 11 ist eine Seitenansicht eines Abstandhalters, der in der in Fig. 1 dargestellten zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne verwendet wird, entlang der Linie 11-11 von Fig. 12.
Fig. 12 ist eine Vordersicht des in Fig. 11 dargestellten Abstandhalters entlang der Linie 12-12 von Fig. 11.
Fig. 13 ist eine Draufsicht eines Dipolarms, der in der in Fig. 1 dargestellten zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne verwendet wird.
Fig. 14 ist eine Draufsicht eines Phasenrückkopplungselementes, das in der in Fig. 1 dargestellten zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne verwendet wird.
Fig. 15 ist eine Draufsicht einer Dipolbaugruppe, die in der in Fig. 1 dargestellten zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne verwendet wird, entlang der Linie 15-15 von Fig. 16.
Fig. 16 ist eine Seitenansicht der in Fig. 15 dargestellten Dipolbaugruppe entlang der Linie 16-16 von Fig. 15.
Fig. 17 zeigt ein horizontale Abstrahlcharakteristik der in Fig. 1 dargestellten zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne bei einer Frequenz von 824 MHz.
Fig. 18 zeigt ein horizontale Abstrahlcharakteristik der in Fig. 1 dargestellten zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne bei einer Frequenz von 859 MHz.
Fig. 19 zeigt ein horizontale Abstrahlcharakteristik der in Fig. 1 dargestellten zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne bei einer Frequenz von 894 MHz.
Fig. 20 ist eine grafische Darstellung des Spannungs-Stehwellenverhältnisses der in Fig. 1 dargestellten zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne im Frequenzbereich von 824 MHz bis 894 MHz.

Bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 werden eine Draufsicht beziehungsweise eine Seitenansicht einer vollständig zusammengebauten zirkular polarisierten Mi krozellen-Antenne 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In diesen Ansichten ist die Antenne 10 mit einer Antennenverkleidung 12 dargestellt, die an einem Reflektorgehäuse 14 (das einen Boden 15 und Seitenwände 17 besitzt) durch eine Vielzahl Montageschrauben 16 gehalten wird. Die Antennenverkleidung 12 ist, weil die Antenne generell im Freien eingesetzt wird, an dem Reflektorgehäuse 14 derart angebracht, dass das Innere des Gehäuses 14 vor Wettereinflüssen geschützt wird. Innerhalb des Reflektorgehäuses 14, bedeckt von der Antennenverkleidung 12, ist ein Paar gekreuzter Dipole (siehe Fig. 3 und 4) angebracht. Am Boden des Reflektorgehäuses 14 sind ein Paar Montagewinkel 18 und ein elektrischer Verbinder 20 befestigt. Die Montagewinkel 18 werden verwendet, um die Antenne 10 am Übertragungspunkt, im allgemeinen einem Sendeturm, zu befestigen. Der elektrische Verbinder 20, typischerweise ein Koaxialverbinder, gestattet die Verbindung einer einzelnen Speiseleitung mit dem Paar gekreuzter Dipole. Die Montagewinkel 18 sind am Reflektorgehäuse 14 mit Schrauben 19 befestigt, während der elektrische Verbinder 20 mit Schrauben 21 am Reflektorgehäuse befestigt ist.
Bezugnehmend auf die Fig. 3 und 4 werden eine Draufsicht beziehungsweise eine Seitenansicht der zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne 10 mit abgenommener Antennenverkleidung 12 dargestellt. In diesen Ansichten ist dargestellt, dass die Antenne 10 eine Leiterschiene 22 besitzt, typischerweise eine Mikrostreifenleitung, die an einem Ende an den Mittenleiter 24 des elektrischen Verbinders 20 angeschlossen ist. Diese elektrische Verbindung wird dadurch hergestellt, dass der Mittenleiter 24 in ein Loch 26 (siehe Fig. 7) gesteckt wird, das vertikal durch die Leiterschiene 22 gebohrt ist, und dass der Mittenleiter 24 innerhalb des Loches 26 durch Anziehen einer Spannschraube 28 gegen den Mittenleiter 24 befestigt wird. Die Spannschraube 28 befindet sich in einem Gewindeloch 30 (siehe Fig. 8), welches horizontal in die Seite der Leiterschiene 22 gebohrt worden ist, so dass sie das Loch 26 schneidet. Das andere Ende der Leiterschiene 22 wird über einen Abstandhalter 32 mit einer Schraube 34 am Reflektorgehäuse 14 befestigt. Die Schraube 34 passt in ein Gewindeloch 35 (siehe Fig. 7), welches vertikal durch die Leiterschiene 22 gebohrt worden ist. Der Abstandhalter 32 wird wie alle anderen Komponente der Antenne 10 mit Ausnahme der Antennenverkleidung 12, die vorzugsweise aus Glasfasermaterial hergestellt wird, aus einem elektrisch leitendem Material gefertigt, vorzugsweise aus einer Iridium-Aluminium-Legierung. Somit wird über den Abstandhalter 32 eine elektrische Verbindung zwischen der Leiterschiene 22 und dem Reflektorgehäuse 14 hergestellt.
In der Nähe der Mitte der Leiterschiene 22, befindet sich ein vertikal durch die Leiterschiene 22 gebohrtes Senkloch 40 (siehe Fig. 7), so dass ein Ende eines ersten Abstandhalters 36 mit einer Schraube 38 daran befestigt werden kann, ohne dass ein elektrischer Kontakt zum Reflektorgehäuse 14 hergestellt wird. In der Nähe der Mitte des Reflektorgehäuses 14, auf der Seite, auf der der erste Abstandhalter 36 an der Leiterschiene 22 befestigt ist, wird ein Ende eines zweiten Abstandhalters 42 mit einer Schraube 44 am Reflektorgehäuse 14 befestigt. Die beiden Enden des ersten Abstandhalters 36 und des zweiten Abstandhalters 42 besitzen Gewindelöcher 39 (siehe Fig. 11 und 12), welche eine Verbindung mit den Schrauben 38 beziehungsweise 44 gestatten. Da, wie im vorhergehenden beschrieben, die Komponenten in der Antenne 10 aus elektrisch leitendem Material hergestellt werden, wird eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Abstandhalter 36 und der Leiterschiene 22 und zwischen dem zweiten Abstandhalter 42 und dem Reflektorgehäuse 14 hergestellt.
An diesem Punkt sollte beachtet werden, dass das Schirmgehäuse des elektrischen Verbinders 20 elektrisch auf Masse liegt, und dass der elektrische Verbinder so an dem Reflektorgehäuse 14 befestigt ist, dass eine elektrische Verbindung zwischen diesen hergestellt wird. Somit wird das Reflektorgehäuse 14 bezogen auf den Mittenleiter 24 als Masse angesehen. Es sollte ebenfalls beachtet werden, dass bezogen auf eine entlang der Leiterschiene 22 und folglich in dem Reflektorgehäuse 14 durch ein Signal von der einzelnen Speiseleitung erzeugte Stehwelle der erste Abstandhalter 36 und der zweite Abstandhalter 42 an gekennzeichneten Viertelwellenlängen-Punkten auf der Leiterschiene 22 beziehungsweise am Reflektorgehäuse 14 befestigt sind. Somit sind der erste Abstandhalter 36 und der zweite Abstandhalter 42 mit der Leiterschiene 22 beziehungsweise dem Reflektorgehäuse 14 an Punkten verbunden, an denen die Spannungskomponente der Stehwelle ihren Spitzenwert aufweist. Es sollte desweiteren beachtet werden, dass der elektrische Verbinder 20 und folglich die einzelne Speiseleitung typischerweise eine charakteristische Impedanz von 50 Ω besitzen. Um diese Impedanz anzupassen, ist ein Ab stimmelement 46 an der Leiterschiene 22 befestigt, das als Kondensator oder Impedanztransformator wirkt, um die Impedanz der Antenne 10 auf die des elektrischen Verbinders 20 abzustimmen. Das Abstimmelement 46 ist mit mehreren Schrauben 48 an der Leiterschiene 22 befestigt. Die Schrauben 48 passen in die entsprechenden Gewindelöcher 50 (siehe Fig. 7), welche vertikal in die Leiterschiene 22 gebohrt sind.
Bezugnehmend auf die Fig. 5 und 6 werden eine Draufsicht beziehungsweise eine Seitenansicht des Reflektorgehäuses 14 dargestellt, wobei die Lage der Montagelöcher für die Antennenverkleidung 12, für die Montagewinkel 18, für den elektrischen Verbinder 20, für die Leiterschiene 22 und für den zweiten Abstandhalter 42 angezeigt werden. Bezugnehmend auf die Fig. 7 und 8 werden eine Untersicht beziehungsweise eine Seitenansicht der Leiterschiene 22 dargestellt, wobei die Lage der Löcher für den Mittenleiter 24, den ersten Abstandhalter 36 und das Abstimmelement 46 angezeigt werden. Bezugnehmend auf die Fig. 9 und 10 werden eine Draufsicht beziehungsweise eine Seitenansicht des Abstimmelementes 46 dargestellt, wobei die Lage der Montagelöcher für die Leiterschiene 22 angezeigt werden.
Zurückkehrend zu den Fig. 3 und 4, werden am anderen Ende des ersten Abstandhalters 36 und des zweiten Abstandhalters 42 ein Paar Dipolarme 52 befestigt. Diese beiden Dipolarme 52 sind mittels Schrauben 54, die in die Gewindelöcher 39 passen (siehe Fig. 11 und 12), die in den Enden der Abstandhalter 36, 42 ausgebildet sind, an ihren entsprechenden Abstandhaltern 36, 42 befestigt.
An jedem der Dipolarme 52, die den Primärdipol bilden, ist ein dritter Abstandhalter 58 befestigt, an dem wiederum ein Ende eines Phasenrückkopplungselementes 56 befestigt ist. Jeder dritte Abstandhalter 58 ist an jedem Primärdipolarm 52 mit einer Schraube 60 befestigt, und jedes Phasenrückkopplungselement 56 ist an jedem dritten Abstandhalter 58 mittels einer Schraube 62 befestigt. Gleich dem ersten Abstandhalter 36 und dem zweiten Abstandhalter 42 sind in jedem dritten Abstandhalter 58 Gewindelöcher 64 ausgebildet (siehe Fig. 11 und 12), in welche die Schrauben 60, 62 passen. An diesem Punkt sollte beachtet werden, dass sich der erste Abstandhalter 36, der zweite Abstandhalter 42, die dritten Abstandhalter 58 und die in Kürze zu beschreibenden vierten Abstandhalter 66 nur in ihren Längen unterscheiden. Somit werden bezugnehmend auf die Fig. 11 und 12 mit Ausnahme der genauen Längen alle Elemente des ersten Abstandhalters 36, des zweiten Abstandhalters 42, der dritten Abstandhalter 58 und der vierten Abstandhalter 66 dargestellt.
Wiederum bezugnehmend auf die Fig. 3 und 4, wird am anderen Ende jedes Phasenrückkopplungselementes 56 ein vierter Abstandhalter 66 befestigt, an welchem wiederum ein zweiter Dipolarm 68 befestigt wird. Jeder vierte Abstandhalter 66 wird an jedem Phasenrückkopplungselement 56 mittels einer Schraube 70 befestigt, und jeder Sekundärdipolarm 68 wird an jedem vierten Abstandhalter 66 mit einer Schraube 72 befestigt. Es sollte beachtet werden, dass jeder vierte Abstandhalter 66 mit jedem dritten Abstandhalter 58 physisch identisch ist, auch wenn sie aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung unterschiedlich bezeichnet worden sind. Somit sind genau wie in jedem dritten Abstandhalter 58 in jedem vierten Abstandhalter 66 Gewindelöcher (siehe Fig. 11 und 12) ausgebildet, in welche die Schrauben 70, 72 passen. Es sollte ebenfalls beachtet werden, dass jeder Sekundärdipolarm 68 physisch mit jedem Primärdipolarm 52 identisch ist, auch wenn sie aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung unterschiedlich bezeichnet worden sind. Es sollte weiterhin beachtet werden, dass die beiden Sekundärdipolarme 68 den Sekundärdipol des Paares der gekreuzten Dipole bilden.
Bezugnehmend auf Fig. 13 wird eine Draufsicht eines Primär- 52 und Sekundärdipolarms 68 gezeigt, wobei die Lage der Montagelöcher für die Abstandhalter 36, 42, 58, 66 angezeigt wird. Bezugnehmend auf Fig. 14 wird eine Draufsicht eines Phasenrückkopplungselementes 56 dargestellt, wobei die Lage der Montagelöcher für die Abstandhalter 58, 66 angezeigt wird. Bezugnehmend auf die Fig. 15 und 16 werden eine Draufsicht beziehungsweise eine Seitenansicht einer Dipolbaugruppe 74 dargestellt, von denen es in der Antenne 10 zwei gibt und die einen Primärdipolarm 52, einen Sekundärdipolarm 68, einen dritten Abstandhalter 58, ein Phasenrückkopplungselement 56, einen vierten Abstandhalter 66, Montageschrauben 54, 60, 62, 70, 72 und entweder einen ersten Abstandhalter 36 oder einen zweiten Abstandhalter 42 besitzen. Die Längendifferenz zwischen dem ersten Abstandhalter 36 und dem zweiten Abstandhalter 42 ist dergestalt, dass alle Dipolarme 52, 68 in der selben vertikalen Ebene liegen. Anders ausgedrückt, der zweite Abstandhalter 42 ist länger als der erste Abstandhalter 36, um die unterschiedlichen Montageanordnungen zu kompensieren (d. h., der erste Abstandhalter 36 ist auf der Leiterschiene 22 montiert, während der zweite Abstandhalter 42 am Reflektorgehäuse 14 montiert wird).
Der kritischste Aspekt der Antenne 10 ist die Auslegung der spezifischen Komponententeile, nämlich der Dipolarme 52, 68, der Abstandhalter 36, 42, 58, 66 und der Phasenrückkopplungselemente 56. Um diese Komponenten richtig zu dimensionieren, muss die Mitte des Arbeitsfrequenzbereiches der Antenne 10 bestimmt werden. Im Fall der zellularen Telefoniesysteme erstreckt sich das Arbeitsfrequenzband von 824 MHz bis 894 MHz. Somit liegt die Mitte des Arbeitsfrequenzbereiches bei 859 MHz, was einer Wellenlänge von 34,9 cm entspricht. Wenn die Mittenfrequenz und somit die Wellenlänge bekannt sind, können die Dimensionen der Primärdipolarme 52 und der Sekundärdipolarme 68 einfach festgelegt werden. Die Verwendung von Halbwellenlängen-Dipolen macht es erforderlich, dass die effektive Distanz oder die Länge zwischen dem Einspeisepunkt an jedem Dipolarm 52, 68 und dem Ende jedes Dipolarms 52, 68, ein Viertel der oben erwähnten Wellenlänge ist. Indem die effektiven Längen der beiden Primärdipolarme 52 addiert werden und indem die effektiven Längen der beiden Sekundärdipolarme 68 addiert werden, wird ein Paar gekreuzter Halbwellendipole aufgebaut.
Jeder Arm des Sekundärdipols wird durch Abgreifen des Stehwellensignals von dem entsprechenden Arm des Primärdipols gespeist. Das Signal wird über ein Paar identische Phasenrückkopplungen abgegriffen, eines für jeden Arm, wobei jeder ein Phasenrückkopplungselement 56, einen dritten Abstandhalter 58 und einen vierten Abstandhalter 66 umfasst. Damit die Antenne 10 eine zirkulare Polarisation erreicht, muss jede Phasenrückkopplung eine Verzögerung von einer viertel Wellenlänge beziehungsweise eine 90º-Phasenverschiebung zwischen dem Primärdipolarm 52 und dem entsprechenden Sekundärdipolarm 68 bereitstellen. Somit muss die Auslegung jeder Phasenrückkopplung eine wirksame Länge von einem Viertel der oben erwähnten Wellenlänge besitzen. Das heißt, die zusammengesetzte wirksame Länge des Phasenrückkopplungselementes 56, des dritten Abstandhalters 58 und des vierten Abstandhalters 66 muss gleich einem Viertel der oben erwähnten Wellenlänge sein.
An diesem Punkt sollte beachtet werden, dass die wirksamen Längen der Phasenrückkopplungen und Dipolarme 52, 68 weitgehend von dem Strom abhängig sind, der durch diese Bauelemente fließt, was eine Funktion der Querschnittsfläche und der Geometrie der Bauelemente ist. Dementsprechend werden die effektiven Längen der Phasenrückkopplungen und der Dipolarme 52, 68 anstatt über eine rein physikalische Dimensionierung häufig durch experimentelle Messungen bestimmt. Es sollte ebenfalls beachtet werden, dass, obwohl die zirkular polarisierte Mikrozellen-Antenne 10 hierin als für zellulare Datenübertragungen verwendbar beschrieben worden ist, das hierin beschriebene Antennenkonzept ebenfalls auf andere Frequenzbänder angewandt werden kann, wobei lediglich die Dimensionen verändert werden müssen.
Mit den jetzt zu beschreibenden Richtlinien für die Gestaltung der Dipolbaugruppe wird unten eine Beschreibung dargelegt, aus der die Bauelementeabmessungen für eine bestimmte Ausführungsform einer zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne 10 zur Verwendung in zellularen Telefoniesystemen erhalten werden. Wie im vorhergehenden beschrieben, erstreckt sich das Arbeitsfrequenzband für die zellulare Telefonie von 824 MHz bis 894 MHz, mit der Mittenfrequenz von 859 MHz. Dies entspricht einer Wellenlänge von 34,9 cm. Mit einer gewählten wirksamen Länge (innere Abmessungen) des Phasenrückkopplungselementes 56 mit 3,17 cm werden für eine Gesamtlänge von 10,33 cm oder das 0,296fache der Wellenlänge die wirksamen Länge der dritten und der vierten Abstandhalter zu 3,58 cm gewählt. Diese tatsächliche wirksame 0,296fache Wellenlänge unterscheidet sich auf Grund der oben beschriebenen Abhängigkeit der Bauelemente vom Stromfluss, welches eine Funktion der Querschnittsfläche der Bauelemente und der Geometrie der Bauelemente ist, von der theoretischen wirksamen Wellenlänge vom 0,250fachen oder einem Viertel der oben erwähnten Wellenlänge. So wurde die tatsächliche wirksame Wellenlänge vom 0,296fachen der Wellenlänge durch Messung der von beiden Dipolen in einer tatsächlichen zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne 10 abgestrahlten Phasenlage bestimmt, und die wirksame Länge von sowohl dem dritten 58 als auch dem vierten 66 Abstandhalter wurde nachgestellt, um eine 90º-Phasen verschiebung zu erhalten. Die wirksame Länge der Dipolarme 52, 68 ist genauso bestimmt worden und beträgt 9,05 cm oder das 0,259fache der Wellenlänge. Die Dipolarme 52, 68 werden durch den ersten Abstandhalter 36 beziehungsweise den zweiten Abstandhalter 42 in Abstand zur Leiterschiene 22 und zum Reflektorgehäuse 14 gehalten. Die wirksame Länge des ersten Abstandhalters 36 ist durch Messungen auf 7,29 cm oder 0,208 Wellenlängen festgelegt worden, während die wirksame Länge des zweiten Abstandhalters zu 8,33 oder 0,238 Wellenlängen bestimmt worden ist. Es sollte beachtet werden, dass die Differenz zwischen der wirksamen Länge des ersten Abstandhalters 36 und der wirksamen Länge des zweiten Abstandhalter 42 auf die unterschiedlichen Montageanordnungen zurückzuführen ist. Mit den oben beschriebenen Bauelementeabmessungen erreicht die zirkular polarisierte Mikrozellen-Antenne die zirkulare Polarisation der abgestrahlten Signale im Frequenzband der zellularen Telefonie durch Bereitstellen einer Verzögerung von einer viertel Wellenlänge oder einer 90º-Phasenverschiebung in jeder Phasenrückkopplung.
Bezugnehmend auf die Fig. 17, 18 und 19 werden horizontale Abstrahlcharakteristika der gerade beschriebenen zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne 10 bei einer Frequenz von 824 MHz, 859 MHz beziehungsweise 894 MHz gezeigt. Aus diesen Darstellungen wird ersichtlich, dass die 3-dB-Strahlbreite der Antenne 10 im Frequenzband der zellularen Telefonie ungefähr 75º beträgt. Bezugnehmend auf Fig. 20 wird eine grafische Darstellung des gemessenen Spannungs-Stehwellenverhältnisses (VSWR - voltage standing wave ratio) der gerade beschriebenen zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne 10 im Bereich von 824 MHz bis 894 MHz gezeigt. Entsprechend Industriestandards zeigt ein VSWR kleiner 1,5, wie es sich hier einstellt, eine gute Impedanzanpassung an. Somit kann die hierin beschriebene zirkular polarisierte Mikrozellen-Antenne 10 im Frequenzband der zellularen Telefonie zirkular polarisierte elektromagnetische Signale mit einem VSWR von kleiner 1,5 mit einer horizontalen Strahlbreite von 75º aussenden.
Nachdem jetzt die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einer zirkular polarisierten Mikrozellen-Antenne 10 vollständig beschrieben worden ist, wird dementsprechend ersichtlich, dass die oben dargelegte Hauptaufgabe effektiv erfüllt worden ist.

Claims

1. Zirkular polarisierte Antenne (10) zum Abstrahlen zirkular polarisierter elektromagnetischer Energie, wobei die Antenne ein elektrisch leitendes Gehäuse (14), das eine Grundplatte (15) und am äußeren Umfang befindliche Seitenwände (17) besitzt, die sich von der Grundplatte aufwärts erstrecken, um die elektromagnetische Energie aus dem Inneren zu reflektieren, und zwei Dipolbaugruppen umfasst, die innerhalb des leitenden Gehäuses angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (10) desweiteren umfasst:

- einen elektrischen Verbinder (20), der einen elektrischen Leiter (24) besitzt, der von einer elektrisch auf Masse liegenden Abschirmung umgeben ist, wobei die Abschirmung am Gehäuse (14) befestigt wird, so dass zwischen diesen eine elektrische Verbindung hergestellt wird,

- eine Leiterschiene (22), die an einem ersten Ende mit dem elektrischen Leiter (24) und an einem zweiten Ende mit dem Gehäuse (14) verbunden ist, so dass darin eine Stehwelle erzeugt werden kann,

- eine erste der zwei Dipolbaugruppen, die einen ersten Primärdipolarm (52) und einen ersten Sekundärdipolarm (68) besitzt, die über eine erste Phasenrückkopplung (56) verbunden sind, um zwischen ihnen eine 90º-Phasenverschiebung zu erzeugen, wobei der erste Primärdipolarm (52) an der Leiterschiene (22) befestigt ist, so dass dazwischen eine elektrische Verbindung hergestellt wird, und

- eine zweite der zwei Dipolbaugruppen, die einen zweiten Primärdipolarm (52) und einen zweiten Sekundärdipolarm (68) besitzt, die über eine zweite Phasenrückkopplung (56) verbunden sind, um zwischen ihnen eine 90º-Phasenverschiebung zu erzeugen, wobei der zweite Primärdipolarm (52) am Gehäuse (14) befestigt ist, so dass dazwischen eine elektrische Verbindung hergestellt wird.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstimmelement (46) bereitgestellt wird, welches elektrisch mit der Leiterschiene (22) verbunden ist, um eine Impedanzanpassung zwischen dem Gehäuse (14), der Leiterschiene (22), der ersten Dipolbaugruppe und der zweiten Dipolbaugruppe zum elektrischen Verbinder (20) vorzunehmen.

3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstimmelement (46) an der Leiterschiene (22) befestigt wird.

4. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Verbinder (20) ein Koaxialverbinder ist, der einen Mittenleiter (24) besitzt, welcher von einer elektrisch auf Masse liegenden Abschirmung umgeben ist.

5. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschiene (22) ein Mikrostreifenleiter ist.

6. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dipolbaugruppe bezogen auf eine sich in der Leiterschiene (22) ausbildende Stehwelle an einer bestimmten Viertelwellenlängen-Position auf der Leiterschiene (22) befestigt wird.

7. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Primärdipolarm (52) und der erste Sekundärdipolarm (68) jeweils eine wirksame Länge von einem Viertel einer Wellenlänge bezogen auf eine sich in der Leiterschiene (22) ausbildende Stehwelle aufweisen.