DE69829037T2

DE69829037T2 - Antenne mit verbesserter kanaltrennung

Info

Publication number: DE69829037T2
Application number: DE69829037T
Authority: DE
Inventors: Jan-Erik Karlsson; Stefan Jonsson
Original assignee: Allgon AB
Current assignee: Allgon AB
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2018-07-09
Also published as: SE9702786D0; HK1022994A1; WO1999005754A1; AU8367098A; SE9702786L; DE69829037D1; EP0927439A1; KR20000068597A; JP2001502877A; US6104348A; CN1127174C; SE519118C2; CN1234915A; JP3958375B2; EP0927439B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung zum Empfangen und/oder Senden eines Mikrowellenstrahls mit dualer Polarisierung, mit wenigstens einem Antennenelement, einer Erdungsebeneschicht aus elektrisch leitendem Material und einem Speisenetz mit zwei Speiseelementen, die zum Übertragen der elektromagnetischen Wellen von und/oder zu dem Antennenelement dienen, wobei das Antennenelement und die Erdungsebeneschicht in zwei parallelen Ebenen in einem Abstand voneinander angeordnet sind.
Solche Antennen sind bereits bekannt, z.B. aus DE 42 39 785 A1 . Sie werden im allgemeinen für die Übertragung von Mikrowellenträgern in Fernmeldesystemen, besonders in den Basisstationen für zellulare Mobiltelefone, verwendet.
Die Kapazität des Systems wird verbessert, indem man für jede besondere Frequenz oder Frequenzband zwei durch orthogonale Polarisierung erhaltene getrennte Kanäle vorsieht. Um jedoch die gewünschte Diversity zu erhalten, ist eine sehr gute Isolation zwischen den zwei Kanälen erforderlich.
In einer Antennenvorrichtung, die in der anhängigen schwedischen Patentanmeldung 9700401-4 beschrieben wird, wurde eine verbesserte Isolation zwischen den zwei Kanälen dadurch erhalten, daß längs einer Längsreihe von Antennenelementen in der Nähe eines Zwischenraums zwischen einem jeweiligen Paar von benachbarten Antennenelementen parasitäre Elemente mit einer Längsausdehnung im wesentlichen parallel zur Mittellinie der Reihe angeordnet werden. Auf diese Weise wurde die gegenseitige elektromagnetische Kopplung zwischen den zwei benachbarten Antennenelementen, welche die Isolation verschlechtern würde, verringert. Auch bleibt die Isolation zwischen den zwei Kanälen innerhalb jedes der beiden Antennenelemente bei einer solchen Anordnung erhalten.
Jedoch hat sich ein Problem ergeben, wenn man versucht, einen größeren Strahlungswinkel, wie 90°, dadurch zu erhalten, daß die Antennenvorrichtung und besonders die Erdungsebeneschicht enger ausgebildet wurde. Es hat sich dann gezeigt, daß die Isolation zwischen den zwei Kanälen in jedem der Antennenelemente unzureichend wird, während die Isolation zwischen benachbarten Antennenelementen selbst ohne parasitäre Elemente beibe halten werden kann, vorausgesetzt, daß der Abstand zwischen benachbarten Antennenelementen groß genug ist.
Es wurden Versuche unternommen, die Form der parasitären Elemente zu verändern, jedoch haben solche Versuche keinerlei Verbesserung ergeben.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, dieses Problem zu lösen und eine Antennenvorrichtung der im ersten Absatz angegebenen Art bereitzustellen, worin die Isolation zwischen den zwei Kanälen wesentlich verbessert ist.
Dieses Ziel wird erreicht durch die vorliegende Erfindung, indem zwei parasitäre Elemente aus einem elektrisch leitenden Material auf zwei gegenüberliegenden lateralen Seiten des Antennenelements angeordnet werden, so daß jedes parasitäre Element in einer Ebene angeordnet ist, die im wesentlichen senkrecht zu den genannten zwei parallelen Ebenen ist und wenigstens eine Schleife aufweist, die eine offene Struktur mit wenigstens einem länglichen längsverlaufenden Abschnitt bildet, der sich längs einer zugehörigen Seite der gegenüberliegenden lateralen Seiten des Antennenelements erstreckt.
Es hat sich dabei überraschenderweise gezeigt, daß parasitäre Elemente mit einer solchen offenen Struktur ein ausgezeichnetes Ergebnis liefern. Tatsächlich wurde durch eine solche Maßnahme eine Isolationsverbesserung von 13 bis 20 dB erreicht.
Geeignete Ausführungsformen und weitere Verbesserungen werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben und durch die folgende detaillierte Beschreibung aufgezeigt.
Die Erfindung wird nun weitergehend beschrieben mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, welche zwei bevorzugte Ausführungsformen zeigen.
1 zeigt schematisch eine perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung;
2 zeigt, ebenfalls schematisch, eine Draufsicht der Antennenvorrichtung;
3 zeigt, ebenfalls schematisch, eine Seitenansicht der Antennenvorrichtung; und
4 und 5 sind Ansichten jeweils ähnlich denen der 2 und 3 einer zweiten Aus- führungsform der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung.
In den Zeichnungen sind nur solche Teile gezeigt, die für die Erfindung wesentlich sind. Andere strukturelle Teile und Einzelheiten wurden weggelassen zur besseren Klarheit. Mit Bezug auf 1 weist die Antennenvorrichtung wenigstens zwei getrennte dielektrische Schichten auf, einschließlich einer oberen Schicht 1 und einer unteren Schicht 2. Diese zwei Schichten haben die Form von länglichen Rechtecken und sind parallel jedoch in einem Abstand voneinander angeordnet. Auf der oberen Schicht 2 (links in 1) befindet sich eine Erdungsebeneschicht (nicht getrennt gezeigt) aus einem elektrisch leitenden Material und mit einer Anzahl von kreuzförmigen Aperturen 3a, 3b, die in einer Längsreihe angeordnet sind. An der Unterseite der dielektrischen Schicht 2 ist ein Speisenetzwerk mit Speiseleitungen 4a, 4b und gabelförmigen Speiseelementen 5a, 5b in Form von Mikrobandleitungen ausgebildet, wobei die Speiseleitungen 4a und die Speiselemente 5a mit einem ersten Mikrowellenspeisekanal (nicht gezeigt) und die Speiseleitungen 4b und die Speiselemente 5b mit einem zweiten Mikrowellenspeisekanal (nicht gezeigt) verbunden sind.
Die kreuzförmigen Aperturen 3a, 3b sind jeweils in Übereinstimmung mit (obgleich im Bezug dazu um 45° gedreht) einer zugehörigen strahlenden Platte (Patch) 7 auf der oberen oder Frontschicht 1 angeordnet. Die Platten 7 haben je eine quadratische Konfiguration und sind in einer Reihe längs einer Mittellinie in regelmäßigen Abständen voneinander angeordnet.
Die Platten 7 werden von den zwei Speisekanälen so gespeist, daß sie einen Mikrowellenstrahl mit dualer Polarisierung abstrahlen. Selbstverständlich sollten die zwei Kanäle elektrisch voneinander isoliert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Isolation zwischen den zwei Kanälen wesentlich verbessert mittels parasitärer Elemente 8, 9, die auf entgegengesetzten lateralen Seiten jedes Antennenelements 7 angeordnet sind. Die parasitären Elemente 8, 9 sind aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt. In den in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsformen sind sie auf dielektrischen Seitenwänden 10, 11 angeordnet, die einstückig mit der oberen oder Frontschicht 1 integriert sind.
Demgemäß sind die parasitären Elemente 8, 9 im wesentlichen in einem Bereich zwischen zwei parallelen Ebenen angeordnet, der durch die Erdungsebeneschicht (an der dielektrischen Schicht 2) und den ebenen strahlenden Platten 7 definiert ist.
Wie sich auch aus 2 bis 5 ergibt, sind die einander gegenüber angeordneten parasitären Elemente je aus einem elektrisch leitenden Streifenmaterial hergestellt und als eine offene Struktur konfiguriert, das heißt eine Struktur, die teilweise offen oder hohl ist (im Ge- gensatz zu einer festen oder homogenen Struktur).
Die offene Struktur umfaßt wenigstens einen länglichen Bereich, der sich im wesentlichen parallel zu einem zugehörigen Bereich eines der Antennenelemente oder Platten erstreckt. Die offene Struktur kann eine oder mehrere Schleifen und möglicherweise andere Abschnitte aufweisen.
Mit Bezug auf 3 umfaßt das Element 8 eine mäanderähnliche offene Schleife mit einem verhältnismäßig langen unteren Arm 8a und einem oberen etwas kürzeren Arm 8b, der parallel zum unteren Arm 8a ist, und einem kurzen Verbindungsarm 8c. Am freien Ende des oberen Arms 8b befindet sich ein relativ kurzer querverlaufender Arm 8d, der sich auf der oberen Schicht 1 in Richtung auf die strahlenden Platte 7 erstreckt.
Die zwei längeren Arme 8a und 8b sind in einer Ebene 10 angeordnet, die senkrecht zu den zwei parallelen Ebenen der Schichten 1 und 2 ist. Darüber hinaus sind diese längeren Arme 8a und 8b im wesentlichen in einer dieser zwei parallelen Ebenen oder in nächster Nähe dazu angeordnet.
Seinem freien Ende benachbart hat der längere untere Arm 8a einen vergrößerten Abschnitt 8e, der im wesentlichen rechteckig ist und in Übereinstimmung mit dem querverlaufenden Arm 8d angeordnet ist. Der vergrößerte Abschnitt 8e läßt einen kleinen Zwischenraum zum gegenüberliegenden kürzeren Arm 8b, wobei der Zwischenraum deutlich kleiner ist als der gegenseitige Abstand zwischen den zwei Armen 8a, 8b. Auf diese Weise gibt es eine kapazitive Kopplung zwischen dem vergrößerten Abschnitt 8e und dem Arm 8b.
In der in 4 und 5 gezeigten zweiten Ausführungsform ist jedes parasitäre Element 8' im wesentlichen symmetrisch mit Bezug auf eine Querebene P durch die Mitte des zugehörigen Antennenelements 7 (senkrecht zu den Schichten 1 und 2 in 1). So weist das parasitäre Element zwei symmetrisch konfigurierte offene Schleifen 8' auf, von denen die eine ein Spiegel der anderen ist, und die jede einen unteren Arm 8'a, einen oberen Arm 8'b, der parallel zum unteren Arm 8'a ist, einen verbindenden Mittelarm 8'c (der den zwei Schleifen 8' gemeinsam ist) einen verhältnismäßig kurzen Querarm 8'd, der sich an der oberen Schicht in Richtung auf die strahlende Platte (Patch) 7 erstreckt, und einen vergrößerten Abschnitt 8'e auf dem unteren Arm 8'a auf. Dank der symmetrischen Konfiguration in bezug auf jede zugehörige Platte ist das Gesamtstrahlungsmuster gleichmäßiger als in der vorherigen Ausführungsform.
Es sei darauf hingewiesen, daß das Konzept der Erfindung viel breiter ist als die in den Zeichnungen dargestellten spezifischen Ausführungsformen. Die Antennenvorrichtung kann ein einzelnes Antennenelement aufweisen, und in diesem Fall ist nur ein Paar von para- sitären Elementen an gegenüberliegenden Seiten des einzigen Antennenelements vorhanden. Jedes Antennenelement und die zugehörigen Speiseelemente können von den gezeigten Beispielen verschieden sein, wobei das wesentliche Merkmal des Antennenelements die offene Struktur ist, die eine wirksame Isolation zwischen den zwei Kanälen in jedem Antennenelement ermöglicht. Um jedoch die senkrechte Zuordnung zwischen den zwei Kanälen aufrechtzuerhalten, sollte das Antennenelement symmetrisch sein und bei Drehung um 90° die gleiche Geometrie zeigen.
Die parasitären Elemente sollten aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt sein, jedoch muß das nicht in Form eines Bandes geformt sein. Es könnte aus einem zu einer offenen Struktur mit zwei gegenüberliegenden Längsabschnitten gebogenen Draht bestehen.
Die Seitenwände 10, 11 müssen nicht genau senkrecht zu den zwei Schichten 1, 2 sein, sondern können schwach geneigt sein.
Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung kombiniert werden mit der Anordnung, die in der oben erwähnten anhängigen schwedischen Patentanmeldung 9700401-4 beschrieben ist.
Der Fachmann ist in der Lage, die Antennenvorrichtung im Rahmen der beigefügten Ansprüche weiter zu modifizieren.

Claims

Antennenvorrichtung zum Empfangen und/oder Senden eines Mikrowellenstrahls mit dualer Polarisierung mit wenigstens einem Antennenelement (7), einer Erdungsebeneschicht (2) aus elektrisch leitendem Material und einem Speisenetz mit zwei Speiseelementen (5a, 5b), das für den Transfer dual polarisierter elektromagnetischer Wellen von und zu dem Antennenelement (7) eingerichtet ist, wobei das Antennenelement (7) und die Erdungsebeneschicht (2) in zwei parallelen Ebenen (1, 2) in einem gegenseitigen Abstand voneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parasitäre Elemente (8, 9) aus einem elektrisch leitenden Material auf zwei gegenüberliegenden lateralen Seiten des Antennenelements (7) angeordnet sind, wobei jedes solche parasitäre Element in einer Ebene angeordnet ist, die im wesentlichen senkrecht zu den zwei parallelen Ebenen (1, 2) verläuft und wenigstens eine Schleife (8) aufweist, die eine offene Struktur mit wenigstens einem länglichen Längsabschnitt (8b), der sich längs einer zugehörigen Seite der gegenüberliegenden lateralen Seiten des Antennenelements (7) erstreckt, bildet.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, worin die parasitären Elemente (8, 9; 8', 18, 19) aus einem Streifenmaterial bestehen.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin die offene Struktur zwei symmetrische offene Schleifen (8') aufweist.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 3, worin die zwei symmetrischen offenen Schleifen (8') sich in entgegengesetzte Richtungen von einem gemeinsamen Arm (8'c) erstrecken.
Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin wenigstens ein länglicher längsverlaufender Abschnitt (8a; 8'a) der offenen Struktur mit einem vergrößerten Abschnitt (8e; 8'e) versehen ist, wodurch ein Zwischenraum gebildet wird, der wesentlich schmaler als der gegenseitige Abstand zwischen den zwei länglichen Längsabschnitten (8a, 8b; 8'a, 8'b) ist.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 5, worin der vergrößerte Abschnitt (8e; 8'e) im wesentlichen rechteckig ist.
Antennenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin wenigstens ein Antennenelement eine Reihe von strahlenden Platten (7) aufweist, die längs einer Längsachse angeordnet sind, wobei die parasitären Elemente (8, 9) paarweise auf jeder lateralen Seite der Längsachse außerhalb jeder strahlenden Platte angeordnet sind.