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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung für
Antenneneinheiten gemäß dem Oberbegriff
des beigefügten
Anspruchs 1.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bei der Konstruktion von Antennen
mit Gegengewichten ist der Abstand zwischen den Strahlungselementen
der Antenne und dem Gegengewicht entscheidend für das Verstärkungsausmaß der Antenne und die Bandbreite.
In vielen Fällen
sind Antennen mit einer Trägerstruktur
integriert, die auch die Elektronik mit hohen Energieverbrauch trägt, und gibt
dadurch Wärmeenergie
ab, die abzuleiten ist. Einfallende Sonnenstrahlung erzeugt auch
Wärme in der
Trägerstruktur,
die abgeleitet werden muss. Der Raum zwischen den Strahlungselementen
und dem Gegengewicht ist dadurch ein Raum, der in sich selbst gut
geeignet für
einen Durchfluss von Kühlluft ist.
Jedoch ist der Abstand allgemein zu gering, um einen ausreichenden
Luftstrom und gleichzeitig ein Erfüllen der Anforderungen an die
elektrischen Eigenschaften von Antennen zuzulassen.
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Wenn der Abstand zwischen den Strahlungselementen
und dem Gegengewicht größer wird,
wird die Betriebseffizienz der Antenne reduziert, d. h. die Funktion
der Antenne wird beeinträchtigt.
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Das Dokument US-A-5,132,698 offenbart eine
Monopolantenne, die Drosselschlitze hat, die Flansche bilden, die
von einem Gegengewicht vorstehen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht im Erzeugen einer Vorrichtung für Antenneneinheiten, wobei
hohe Anforderungen an das elektrische Funktionieren von Antennen
und auch die hohen Anforderungen für ein Kühlen erfüllt werden.
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Die Aufgaben werden mittels einer
Vorrichtung für
Antenneneinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung
erreicht, von welcher die kennzeichnenden Merkmale im beigefügten Anspruch
1 definiert sind.
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Durch Ausbilden des Gegengewichts
als Kühlflansche
gemäß der Erfindung,
welche Kühlflansche
auch gemäß der Erfindung
dimensioniert sind, werden die Anforderungen an die elektrischen
Eigenschaften von Antennen sowie auch die Anforderungen zum Kühlen erfüllt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird nun mittels bestimmter Ausführungsbeispiele
und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter
beschrieben, wobei:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Antenneneinheit gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt,
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2 eine
schematische Stirnseitenansicht der Antenneneinheit gemäß der 1 zeigt,
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3 eine
schematische perspektivische Ansicht der Antenneneinheit gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
zeigt,
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4 eine
schematische Stirnseitenansicht der Antenneneinheit gemäß der 3 zeigt, und
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5 eine
Stirnseitenansicht einer Elektronikeinheit zeigt, die im Wesentlichen
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
ist.
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BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die 1 und 2 zeigen somit sehr schematisch
eine Antenneneinheit 1 für eine elektromagnetische Strahlung
bei einem ersten Ausführungsbeispiel
und bestehend aus einer Trägerstruktur 2,
die eine scheibenförmige
Trägervorrichtung 3 aus
elektrisch isolierendem Material aufweist, wie beispielsweise eine
Platte aus relativ steifem Material, z. B. Glasfaserlaminat oder
Polymermaterial, welche eine elektrisch leitende Schicht trägt, die
ein Schaltungsmuster bildet, das beispielsweise durch Ätzen aus
einem Kupferlaminat erzeugt ist, z. B. einer Platte vom PC-Plattentyp
oder einer Leiterplatte. Die isolierende Platte 3 trägt eine
Vielzahl von Strahlungselementen 4, die flach sind, d.
h. sie haben ein scheibenförmiges Maß und sind
beispielsweise vom Mikrostreifenantennentyp für Mikrobasisstationen innerhalb
des Gebiets der Mobilfunktelefonie. Die Antenne bei dem gezeigten
Beispiel arbeitet somit innerhalb des Mikrowellenbereichs, d. h.
in der Größenordnung
von etwa einem GHz und darüber.
Zufuhrleiter 5 für
die Antennenelemente sind auch unter Verwendung derselben Technik
angeordnet. Das ausgesendete Signal kann beispielsweise mit einer
horizontalen oder einer vertikalen Polarisation polarisiert sein
oder kann beide Polarisationstypen besitzen.
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Die Trägerstruktur 2 weist
weiterhin einen elektrisch leitenden Teil 6 auf, der als
Gehäuse
konstruiert ist und dadurch eine mechanische Schutzeinheit sowie
eine elektrische Abschirmung bildet. Die Abschirmfunktion enthält auch
den elektrisch leitenden Teil 6, der ein Gegengewicht 7 definiert,
das in der Antenneneinheit 1 enthalten ist, wobei sich
das Gegengewicht parallel zur Hauptebene 8 der Strahlungselemente 4 erstreckt,
d. h. im Wesentlichen parallel zu der Ebene des Trägerlaminats 3.
Das Gegengewicht 7 wird nachfolgend detaillierter beschrieben
werden. Sein Ausmaß in
der Ebene 7 ist durch zwei Seitenteile 13' beschränkt, die
von einem Basisteil 13 vorstehen, wobei die Seitenteile
die Trägereinheit 3 für die Strahlungselemente
tragen.
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Die Antenneneinheit 1 wird
normalerweise unterschiedlichen Wärmequellen ausgesetzt; beispielsweise
kann dann, wenn sie außerhalb
angeordnet ist, eine Sonnenstrahlung auf die Strahlungselemente
(die Teilflächen)
oder den umgebenden Radom oder die umgebende Schutzhaube zu einem
Anstieg bezüglich
der Temperatur führen,
was bedeutet, dass die Wärme
abgeleitet werden muss, damit die Einheit unter günstigen
Temperaturbedingungen arbeitet. Zusätzlich kann die Antenneneinheit
Energie verbrauchende elektronische Komponenten tragen, die dadurch
Wärme abgeben,
welche abgeleitet werden muss. Zu diesem Zweck ist ein Raum 9 zwischen dem
Träger 3 für die Strahlungselemente
und der elektrisch leitenden Trägerstruktur 6 angeordnet,
wobei der Raum angeordnet ist, um ein Durchströmen von Kühlluft zuzulassen. Zu diesem
Zweck zeigt der Raum einen Einlass 10 an einem Ende der
Antenneneinheit 1 und einen Auslass 11 am entgegengesetzten
Ende der Einheit, wobei entweder ein Ventilator zum Antreiben des
Luftstroms durch den Raum angeordnet ist oder eine Eigenzirkulation
eingerichtet ist, wie beispielsweise dadurch, dass die Antenneneinheit 2 derart
angeordnet ist, dass sie beispielsweise mit dem Einlass 10 nach
unten platziert und mit dem Auslass 11 nach oben platziert
in der Einheit stehend ist. Zum Erhöhen der Wärme emittierenden Oberfläche ist
die Trägerstruktur 6 mit
einer Vielzahl von Kühlflanschen 12 ausgebildet,
die ab dem Basisteil 13 beginnen, welcher eine Rückwand in
der Trägerstruktur
bildet, und mit einem longitudinalen Randteil 14 endet,
der die oberste Seite der Flansche bildet und sich im Wesentlichen
parallel zu der Hauptebene 8 der Strahlungselemente 4 erstreckt.
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Zum Erreichen der nötigen Kühlung muss der
Luftraum 9 solche Dimensionen, d. h. einen Querschnittsbereich,
haben, dass der Luftstrom ausreichend groß ist, da die Luft sonst thermisch
isolierend sein wird. Gleichzeitig ist es wünschenswert, eine hohe Effizienz
der Antenne und eine bestimmte Bandbreite zu erreichen, welche Parameter
vom Abstand der Strahlungselemente oder vom Abstand der Antennenelemente
zum Gegengewicht 7 abhängen. Zum
gleichzeitigen Erfüllen
des Wunsches danach, eine gute Kühlung
und gute elektrische Eigenschaften für die Antenne zu haben, ist
ein jeweiliger Abstand zwischen den Kühlflanschen 12 gemäß der Erfindung
derart gewählt
worden, dass er so klein ist, dass die Randteile 14 oder
obersten Enden der Kühlflansche
miteinander das Gegengewicht 7 definieren und dadurch das
Gegengewicht vom Basisteil 13 zur Ebene 7 erhöhen werden.
Die Bedingung dafür,
dass die obersten Enden der Flansche das Gegengewicht bilden, besteht
darin, dass der Abstand d der Kühlflansche
kleiner als 0,25 λ ist
und vorzugsweise etwa 0,1 λ ist,
wobei λ die
Wellenlänge
des von den Antennenelementen 4 ausgesendeten Signals ist.
Wenn diese Bedingung erfüllt
ist, wird der Abstand des Gegengewichts somit zu einem geeigneten
gewählten Abstand
A1 bewegt.
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Die 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel
der Antenneneinheit 1, aus welchem klar wird, dass unterschiedliche
Gegengewichts-Abstände
A1 und A2 und damit unterschiedliche Gegengewichte 7, 7' in ein und
derselben Antenneneinheit auftreten können. Dies wird bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
durch eine zweite Gruppe von Kühlflanschen 15 mit
Randteilen 16 oder obersten Enden von Flanschen erreicht,
die über
einem Teil der Trägerstruktur 6 angeordnet
sind, wobei sich diese im Wesentlichen parallel zur Antennenebene 8,
aber mit einem anderen Abstand von den Randteilen 14 der Strahlungselemente
erstrecken. Diese Flansche 15 sollten auch die Anforderung
an jeweilige Spalte zwischen den Flanschen 15 erfüllen, nämlich d < 0,25 λ und vorzugsweise
etwa 0,1 λ.
Es kann erwünscht sein,
einen kleineren Gegengewichts-Abstand A1 über einem Abschnitt auszuwählen, der
hinter den Zufuhrleitungen 17 zu den Antennenelementen 4 positioniert
ist, damit sie so wenig wie möglich
strahlen werden.
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Die 5 zeigt
eine von oben gesehene Elektronikeinheit 18, welche die
Antenneneinheit 1 aufweist und darüber hinaus eine Anzahl von
elektronischen Komponenten 19 trägt, die auf der Trägereinheit 20,
wie beispielsweise eine Leiterplatte, getragen werden. Die elektronischen
Komponenten 19 sind in einem Raum hinter dem Luftraum 9 zwischen dem
Träger 3 für die Antennenelemente
und dem elektrisch leitenden und abschirmenden Teil 6 der Trägerstruktur
positioniert, welche beispielsweise durch ein extrudiertes Aluminiumprofil
gebildet ist. Ein Radom bzw. eine Schutzhaube 21 ist mit
der Trägerstruktur 6 verbunden,
wobei das Radom eine Umgebungs-Schutzeinheit
für die
Antenneneinheit 1 bildet und gleichzeitig ein Durchlaufen
von elektromagnetischer Strahlung dort hindurch zulässt.
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Die Antenneneinheit 1 wird
normalerweise als Antenne aus einem kombinierten Sender und Empfänger verwendet,
wobei die Eigenschaften der Antenne vollständig reziprok sind.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben
beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern
kann innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche variiert werden. Beispielsweise
können
die Kühlflansche 12, 15 innerhalb
jedes Abschnitts jeweils unterschiedliche Höhen haben, und beispielsweise
kann jeder zweite Flansch länger
als der benachbarte Flansch sein, wobei jedoch die Anforderung in
Bezug auf den Raum zwischen den obersten Enden der Flansche noch
erfüllt
sein muss. Durch Verwenden von zusätzlichen Abschnitten mit unterschiedlicher Flanschhöhe, können mehr
als eins, zwei, drei oder mehrere Gegengewichte in derselben Antenneneinheit
angeordnet werden. Auch wenn sich die gezeigten Ausführungsbeispiele
auf Wellenlängen
innerhalb des Mikrowellenbereichs beziehen, arbeitet die Erfindung
vollständig
unabhängig
von der Wellenlänge.