DE69910396T2

DE69910396T2 - Antenne mit azimut- und elevationsstrahlformung

Info

Publication number: DE69910396T2
Application number: DE69910396T
Authority: DE
Inventors: A. Kurt ZIMMERMAN; M. James HOWELL; P. James MONTGOMERY
Original assignee: EMS Technologies Inc
Current assignee: EMS Technologies Canada Ltd
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: EP1095428A1; US6072437A; EP1095428B1; WO2000001031A9; DE69910396D1; AU5206699A; WO2000001031A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Antenne für Anwendungen in der drahtlosen Kommunikation und im Besonderen auf eine Hornantenne, welche mindestens ein Linsenpaar enthält, das vor der Hornöffnung positioniert ist und zum Formen des Azimutantennenmusters dient, und eine Linse, die sich in der Hornstruktur befindet und zum Formen des Elevationsantennenmusters dient.
Hintergrund der Erfindung
Designer von drahtlosen Kommunikationssystemen, wie zum Beispiel von Funkzellen-Kommunikationsservice und personengebunder Kommunikationsservice (PCS), typischerweise verlangen nach einer Implementierung von einem zellenbasierten System, welches 360° einer kabellosen Kommunikationsabdeckung innerhalb eines vorbestimmten geographischen Gebietes jeder Zelle liefert. Diese omni-direktionale Kommunikationsabdeckung kann erreicht werden durch das Verwenden von vier Azimuthörnern mit 90° Halbwertbreite (HPBW), die in der ungefähren Mitte des Abdeckungsbereiches jeder Zelle positioniert sind. Jede Hornantenne ist dabei bei der Kommunikationsabdeckung einer der vier 90°-Sektoren zugeordnet. Zellen für typische Funkzellenanwendungen werden mit einem dreieckigen oder rechteckigen Rasterabstand angeordnet, um bestmögliche Abdeckung eines geographischen Ortes bereitzustellen und gleichzeitig die Möglichkeit eines Übertragungsverlustes zu minimieren, wenn ein mobiler Nutzer sich von einer Zelle zur angrenzenden Zelle bewegt.
1 ist ein Schema, welches ein repräsentatives Beispiel einer 360°-Kommunikationsabdeckung einer Zelle zeigt, die durch das Überlappen von vier Hornantennen erreicht wird, welche jeweils eine 90° Azimut Halbwertbreite bereit stellen. Die Sektorenstrahlen 102, 104, 106 und 108 überlappen an den Überschneidungspunkten 110, 112, 114 und 116, wobei die Überlappungsregionen 118, 120, 122 und 124 geformt werden. Ein Kreis (der durch die gestrichelten Linien gezeigt wird) hat einen Durchmesser von D₀ und verbindet die Überschneidungspunkte 110, 112, 114 und 116 und veranschaulicht den vorteilhaften Nutzen des 360°-Abdeckungsmusters, welches durch die Sektorenhörner erreicht wird. Im Speziellen ist der Nutzen eines Sektorenhorns über dem Pegel, welcher durch den Durchmesser D₀ definiert ist, steht für den Überpegel, welcher für die Funkzellenkommunikationsanwendung nicht nützlich ist wegen einer möglichen Interferenz mit der überlappenden Abdeckung einer angrenzenden Zelle innerhalb des geographischen Abdeckungsbereiches. Zum Beispiel kann der Überpegel einen schädlichen Effekt auf Frequency Division Multiple Access (FDMA) und Time Division Multiple Access (TDMA) Anwendungen haben, weil Interferenz erzeugt werden kann innerhalb der sich überlappenden Nachbarzellen, welche dasselbe Frequenzband nutzen oder zur selben Zeit aktiv sind.
In Anbetracht des Vorangegangenen, wird in der Technik eine Azimutstrahlformung für Hornantennen welche für Funkzellenkommunikationsanwendungen verwendet werden benötigt. Es gibt einen weiteren Bedarf nach Sektorantennen, die einen quadratischen "Flat-Top"-Strahl aussenden, der eine Spitzenverstärkung über einem 90°-Sichtfeld hat, und worin die Spitzenverstärkung geringer ist als der Überpegel, welcher von herkömmlichen Sektorantennen ausgestrahlt wird. Eine Kombination dieser verbesserten Antennen, wobei jede einen 90°-Sektor abdeckt um eine Gesamtabdeckung von 360° zu erreichen, würde bevorzugterweise einen höheren Minimalpegel in der entsprechenden Zellensektorfläche und einen geringeren Interferenzpegel in der angrenzenden Zelle ausstrahlen.
Designer von Zellenkommunikationssystemen sind außerdem auf Antennen angewiesen, die einen geformten Strahl in der Elevationsebene ausstrahlen, da das Formen des Elevationsstrahls die Kontrolle der Front-To-Back-Zellenabdeckung unterstützt. Beispielsweise kann das Benutzen einer Antenne, die durch ein schmales Elevationsstrahlmuster mit Nebenmaximumnullstellen für Funkzellenkommunikationsanwendungen gekennzeichnet ist, in unerwünschten "Löchern" oder offenen, nicht abgedeckten Gebieten der Funkzellenabdeckung resultieren. Im Gegensatz dazu führt das Benutzen von Antennen, welche durch eine breite Strahlbreite in der Elevationsebene für Funkzellenanwendungen gekennzeichnet ist, typischerweise zu einer signifikanten Reduzierung der Bereichsabdeckung im Vergleich zu Antennen mit schmaler Strahlbreite. Dies ist ein Ergebnis der Reduzierung des Pegels, verbunden mit der entsprechenden Erhöhung der Elevationsstrahlbreite für die Antennen mit breiter Strahlbreite. Um einen gewünschten Funkzellenabdeckungsbereich (oder Funkzellenabdeckungspegel) zu erreichen und gleichzeitig eine Nichtabdeckung aufgrund der Elevationsmusternullstellen zu reduzieren, werden Antennen benötigt, die ein Elevationsstrahlmuster ausstrahlen mit einem geformten Strahl, der eine minimale Anzahl von Nebenmaximumnullstellen hat.
Zusammenfassend werden also Funkzellenkommunikationsantennen benötigt, die ein einstellbares Formen der Strahlmuster in der Azimutebene und/oder der Elevationsebene aufweisen. Es werden außerdem Antennen benötigt, die durch einen quadratischen "Flat-Top"-Strahl in der Azimutebene und eine Spitzenverstärkung gekennzeichnet sind, die über ein vorbestimmtes Abdeckungsgebiet gleichbleibend ist. Es gibt einen weiteren Bedarf für Antennen, die ein geformtes oder ein "CSC²"-Strahlenmuster innerhalb der Elevationsebene ausstrahlen und minimale Nebenmaximumnullstellen entlang des unteren Musterrandes aufweisen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung erfüllt den oben genannten Bedarf durch Bereitstellen von einer Antenne, die durch einen ungefähr quadratischen und/oder "Flat-Top"-Strahl innerhalb der Azimutebene für ein vorbestimmtes Abdeckungsgebiet gekennzeichnet ist. Diese verbesserte Antenne, typischerweise eine Hornantenne, ist vorteilhaft für Funkzellenkommunikationsanwendungen, in denen mehrere Antennen Sektorabdeckungsgebieten zugeordnet sind, um einen 360°-Abdeckungsbereich einer Zelle zu erreichen. In diesem Beispiel führt der "Flat-Top"-Azimutstrahl der verbesserten Hornantenne zu einer reduzierten Spitzenverstärkung die in die benachbarten Zellen hineinragt, und eine erhöhte Minimalverstärkung in dem gewollten Zellensektor. Durch die Minimierung der Verstärkungsüberlappung bietet die verbesserte Hornantenne den Vorteil einer reduzierten Interferenz mit Nachbarzellen, die dasselbe Frequenzband für FDMA/TDMA-Anwendungen benutzen. In dieser Weise kann die verbesserte Hornantenne einen Beitrag für eine effiziente und effektive Funkkommunikation für einen 360°-Abdeckungsbereich in zellenbasierten Funkkommunikationssystemen leisten.
Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung weist eine Antenne ein Eingabe-Port sowie eine Öffnung oder einen Ausgabeschlitz zum Übertragen eines elektromagnetischen Signals auf. Eine Azimutlinse, die mindestens ein Paar von Linsenelementen aufweist, kann nahe der Öffnung zum Justieren des Antennenstrahlmusters innerhalb der Azimutebene platziert werden. Jede dieser Linsenelemente unterstützt die Formung eines diskreten Strahls in der Azimutebene in Erwiderung auf das elektromagnetische Signal, das durch die Öffnung der Hornantenne ausgegeben wird, wobei die Linsenelemente typischerweise eine zylindrische Form haben und aus einem dielektrischen Material bestehen. Die diskreten Strahlen, die durch die Linsen erzeugt werden, können summiert werden, um einen zusammengesetzten Strahl zu formen, der die Form oder das Muster hat, welches allgemein durch die Eigenschaften der Linsenelemente definiert ist. Im Besonderen kann die Strahlbreite von einem Linsenelement erzeugt werden und die Strahlabtastung kann durch das Variieren der Größenverhältnisse jedes Linsenelementes kontrolliert werden. Darüber hinaus kann das Variieren der physikalischen Separation zwischen jedem Paar von Linsenelementen in einer Modifikation in der Abtastungsrichtung der diskreten Strahlen resultieren. In dieser Weise können die Strahlmuster für den zusammengesetzten Strahl in der Azimutebene variiert werden, um die Anwendungsumgebung oder die spezielle Funkübertragungskommunikationsanwendung für die Hornantenne anzupassen.
Gemäß eines Beispiels für eine verbesserte Hornantenne kann die Azimutlinse ein paralleles Paar von räumlich getrennten zylindrischen Linsenelementen enthalten, die über die Länge des Ausgabeschlitzes und vor den Ausgabeschlitz ausgedehnt sind. Jedes zylindrische Linsenelement kann aufgrund des elektromagnetischen Signals, das von dem Ausgabeschlitz ausgegeben wird, einen diskreten Strahl erzeugen, der nicht in die Hauptstrahlrichtung zeigt. Die diskreten Strahlen, welche durch das zylindrische Linsenpaar geformt werden, werden addiert und erzeugen den zusammengesetzten Strahl innerhalb der Azimutebene. Weil die diskreten Strahlen in Phase sind, verbinden sich diese in kohärenter Weise, um den zusammengesetzten Strahl zu bilden. Durch das Variieren des Durchmessers einer zylindrischen Linse kann die Strahlbreite des entsprechenden diskreten Strahls und die Strahlabtastung kontrolliert werden. Das Variieren der Entfernung oder des Zwischenraums zwischen den zwei zylindrischen Linsen erzeugt ebenfalls einen Unterschied in der Abtastungsrichtung der diskreten Strahlen, die durch diese Linsenelemente erzeugt werden. Deshalb kann mit der verbesserten Hornantenne durch das Kontrollieren des Zwischenraums, welcher das Paar der zylindrischen Linsen separiert, und des Durchmessers dieser Linsen ein zusammengesetzter Strahl mit quadratischem oder "Flat-Top"-Muster erzielt werden. Die zylindrischen Linsen, die über und vor der Öffnung der Hornantennen ausgedehnt sind, können entscheidend den Strahl innerhalb der Azimutebene formen, ohne das Formen des Strahls in der Elevationsebene negativ zu beeinflussen. Diese Strahlformung ist beeinflusst durch das konstante Schnittgebiet der zylindrischen Linsenelemente.
Der Ansatz der Azimutstrahlformung gemäß der vorliegenden Erfindung kann für eine Hornantenne in ökonomischer Weise realisiert werden, weil das dielektrische Material für die Azimutlinsen durch Kaltspritzen bzw. Extrudieren oder durch Spritzgießen so geformt werden, dass die gewünschte Form und Länge jedes Linsenelementes entstehen. Zusätzlich kann der zusammengesetzte Strahl, der erzeugt wurde durch die Hornantenne die diese linsenbasierte Azimutstrahlformungsmethode anwendet, durch Justieren der Entfernung der Azimutlinsenelemente innerhalb der Anwendungsumgebung justiert werden. Das Formen des Strahls in der Elevationsebene kann erreicht werden vor der Azimutlinsenstelle, ohne das Formen des Azimutstrahls durch die Linsenelemente zu beeinflussen. Darüber hinaus können die Breitbandeigenschaften von H-Ebene- und E-Ebene-Hörner durch das Benutzen der Azimutebenen erreicht werden. Für die vertikale Polarisation kann eine duale zylindrische Linse vor ein E-Ebene-Horn positioniert werden. In gleicher Weise kann das Paar zylindrischer Linsen vor ein H-Ebene-Horn plaziert werden, um die horizontale Polarisation zu erreichen.
Gemäß eines anderen Aspektes der vorliegenden Erfindung kann eine Elevationslinse, welche ein dielektrisches Material aufweist, innerhalb des Aufweitungsbereiches der Hornantenne platziert werden, um den Elevationsstrahl zu formen, der durch diese Antenne erzeugt wird. Der flache Rand der hyperbolisch geformten Linse ist typischerweise entlang des Randes der Öffnung der Hornantenne positioniert und der gekrümmte Bereich der Linse ist innerhalb des Aufweitungsbereiches und gegenüber des Eingabe-Ports der Hornantenne positioniert. Die Position der Elevationslinse innerhalb der Hornstruktur kann jedoch variiert werden, um die Form des Elevationsstrahlmusters zu formen. Im Speziellen kann die Elevationslinse um einen vorbestimmten Rotationswinkel innerhalb der parallelen Plattenstruktur eines herkömmlichen E- oder H-Ebene-Horns rotiert werden, um die Form des Elevationsstrahls zu beeinflussen, der durch diese verbesserte Hornantenne erzeugt wird.
Diese und andere Aspekte, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung können besser verstanden und berücksichtigt werden durch die nachfolgende, detaillierte Beschreibung der offenbarten Ausführungsformen und unter Bezug der beigefügten Figuren.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 ist eine Illustration, die ein typisches 360°-Abdeckungsgebiet für ein herkömmliches Funkzellenkommunikationssystem zeigt, welches vier 90°-Azimutstrahlbreitenhörner verwendet.
2 ist eine Explosionszeichnung, welche die grundlegenden Komponenten für eine Hornantenne zeigt, welche gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
3 ist eine Seitenansicht der Hornantenne, welche in 2 dargestellt ist.
4 ist eine isometrische Ansicht einer zusammengebauten Hornantenne, wie sie in 2 dargestellt ist.
5 ist eine Vorderansicht einer Hornantenne, wie sie in 2 dargestellt ist.
6 ist eine isometrische Ansicht, welche den Innenraum des Aufweitungsbereiches einer Hornantenne gemäß 2 darstellt.
7A, 7B und 7C, welche zusammen als 7 beschrieben werden, sind Antennenmuster, welche die Variation der Strahlenformung innerhalb der Azimutebene für eine Hornantenne, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde, darstellt.
8A veranschaulicht ein Paar von zylindrischen Linsenelementen, die einen unterschiedlichen Durchmesser haben und benachbart zu dem Ausgabeschlitz einer Hornantenne gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung positioniert sind.
8B veranschaulicht ein Antennenmuster eines zusammengesetzten Azimutstrahls, welcher durch die Summierung von diskreten Strahlen bebildet wird, welche von einer Hornantenne die die Azimutlinsenelemente wie sie in 8A dargestellt sind benutzt, erzeugt wurden.
9 veranschaulicht eine Anordnung einer Elevationslinse innerhalb der Aufweitungsbereichsstruktur einer Hornantenne, um die Formung des Elevationsstrahls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zu erreichen.
10A und 10B, welche zusammen als 10 beschrieben werden, sind Antennenmuster, welche Variationen in der Form eines Elevationsstrahls darstellen, wie sie von einer Hornantenne erzeugt wird, welche die Elevationslinsen in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt.
11 veranschaulicht die hyperbolische Form einer Elevationslinse vor einer E-Ebene Hornantenne gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung ist auf die Verbesserung einer Hornantenne gerichtet, um das Formen von Strahlmustern innerhalb der Azimut- und/oder Elevationsebene zu kontrollieren. Zwei oder mehr räumlich getrennte dielektrische Linsen können ungefähr an dem Ausgabeschlitz oder Ausweitungsöffnung der Hornantenne plaziert sein, wobei die Erzeugung der diskreten Strahlen in Verbindung mit jeder dieser Linsen erreicht wird. Diese diskreten Strahlen sind in Phase und können in kohärenter Weise kombiniert werden, um einen zusammengesetzten Strahl innerhalb der Azimutebene zu bilden. Durch das Kontrollieren des Abstandes zwischen den dielektrischen Linsen und/oder durch das Variieren der Größe und/oder der Form jeder Linse kann das Muster für den zusammengesetzten Strahl in der Azimutebene geformt werden, um eine gewisse Vorgabe in dem Kommunikationssystem zu erfüllen. Als Beispiel können ein Paar von parallelen und räumlich getrennten zylindrischen Linsen über den Ausgabeschlitz einer Hornantenne ausgedehnt werden und mittig vor einen Ausgabeschlitz einer Hornantenne plaziert werden, um einen zusammengesetzten Strahl zu erzeugen, welcher ein "Flat-Top"- oder quadratisches Strahlmuster in der Azimutebene über ein vorbestimmtes Gebiet erzeugt, um die Bereichsabdeckung für Funkzellenkommunikationsanwendungen zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung unterstützt weiterhin das Kontrollieren der Form eines Antennenstrahlmusters innerhalb der Elevationsebene durch ein Variieren der Position der Elevationslinse innerhalb der Struktur der Hornantenne. Für eine Hornantenne mit einer parallelen Plattenstruktur kann eine dielektrische Linse mit hyperbolischer Form innerhalb des Innenraums der hornartig geformten Struktur und zwischen dem Eingabe-Port und dem Ausgabeschlitz positioniert werden, um die Formung des Elevationsstrahls zu erreichen. Als ein Beispiel für eine anfängliche Plazierung der Elevationslinse kann der flache Rand der hyperbolischen Linse entlang des Randes des Ausgabeschlitzes plaziert werden, und der gekrümmte Bereich der Linse kann innerhalb des Innenraumes der hornartigen Struktur plaziert werden und dem Eingabe-Port zugerichtet sein. Durch Rotation der hyperbolischen Linse innerhalb der hornartigen Struktur kann die Form des Elevationsstrahlmusters an Vorgaben der drahtlosen Kommunikation angepasst werden. Diese Formung des Elevationsstrahls kann erreicht werden ohne das Strahlmuster der Azimutebene zu beeinflussen.
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden in Bezug auf eine herkömmliche Hornantenne beschrieben, welche eine parallele Plattenstruktur hat, die einen aufgeweiteten Bereich umschließt, der zwischen einem Hohlleitereingabe-Port und einem Ausgabeschlitz oder einem aufgeweiteten Öffnungen sich befindet. Der Fachmann wird berücksichtigen, dass die erfinderischen Aspekte, welche bei diesen beispielhaften Ausführungsformen dargestellt sind, auch auf andere Typen von Hornantennen ausgeweitet werden können sowie auch bei Mikrowellen- oder Millimeterwellenfrequenzbereichen betrieben werden können. Der Fachmann erkennt, dass die Erfindung ebenfalls mit anderen Antennenkonfigurationen realisiert werden kann.
2 zeigt eine Explosionszeichnung einer Antenne, die eine Hornantenne einer Azimutlinse mit Linsenelementen und eine Elevationslinse zum Formen des Strahlmusters innerhalb der Azimut- und Elevationsebenen umfasst.
3, 4 und 5 zeigen entsprechend Seiten in isometrischer (ohne Radom) und Frontansichten einer zusammengebauten Antenne. 6 zeigt den aufgeweiteten Innenbereich der Antenne und die Positionierung der Elevationslinse innerhalb dieses aufgeweiteten Bereichs. Der Fachmann wird berücksichtigen, dass diese Ansichten der Antenneneigenschaften das Verständnis der kritischen Komponenten unterstützt sowie deren Zusammensetzung für eine Implementierung des erfinderischen Aspekts dieser Antenne.
Es wird als Erstes 2 betrachtet. In 2 weist die Antenne 200 eine H-Ebene-Hornantenne 201, eine Azimutlinse 202 einschließlich eines Paares von parallelen, räumlich getrennten zylindrischen Linsenelementen 202a und 202b und eine Elevationslinse 204 auf. Die Azimutlinse 202 ist verwendbar zum Formen des Strahlmusters für die Hornantenne 201 in der Azimutebene, wobei die Elevationslinse 204 die Form des Strahlenmusters für die Hornantenne 201 in der Elevationsebene formen kann. Das Paar von Azimutlinsenelementen 202a und 202b ist vor der aufgeweiteten Öffnung 208 positioniert, welche auch als Ausgabeschlitz beschrieben ist und spannt die Öffnung des Ausgabeschlitzes auf. Die Elevationslinse 204 hat bevorzugterweise eine hyperbolische Form und passt in den umschlossenen, aufgeweiteten Bereich der Hornantenne 201. Speziell der flache Rand der Elevationslinse 204 ist typischerweise angrenzend zu der Öffnung des Ausgabeschlitzes 208 positioniert, und der übrige gekrümmte Bereich der Elevationslinse 204 passt in die parallele Plattenstruktur, welche den aufgeweiteten Bereich der Hornantenne 201 umschließt. In dieser Weise ist die Spitze des gekrümmten Bereiches der Elevationslinse 204 zum Eingabe-Port 206 der Hornantenne 201 gerichtet, wobei die flache Grundfläche der Elevationslinse 204 die Entfernung der Öffnung für den Ausgabeschlitz 208 aufspannt.
Wie am besten in den 2 und 3 ersichtlich, sind die Linsenelemente 202a und 202b angrenzend zu dem Ausgabeschlitz 208 mittels Klammerkomponenten, die sich an dem oberen und unteren Rand des aufgeweiteten Bereichs der Hornantenne 201 befinden, positioniert. Jede dieser Klammerkomponenten weist eine Halterungsklammer 202a(b), ein Paar Distanzstücke 214a(b) und ein Paar Schrauben 220a(b) auf. Das Paar von Linsenelementen 202a und 202b ist fest gesichert vor dem Ausgabeschlitz 208 durch die Halterungsklammern 212a und 212b, wobei die Enden der Linsenelemente 202a und 202b umschlossen werden. Die Linsenelemente 202a und 202b können zentral vor dem Ausgabeschlitz 208 positioniert sein. Die Klammern 212a und 212b sind an jeder Seite der Hornantenne 201 durch die Kombination der Abstandselemente 214a und 214b von Radomkappen 218a und 218b und den Schrauben 220a und 220b befestigt. Jedes Paar der Abstandselemente 214a und 214b ist in einem Befestigungsschlitz von einer der Befestigungsklammern 212a und 212b weitergeführt und ist an einer Seite der Hornantenne 201 befestigt, bevorzugterweise ungefähr zu der Fläche des Ausgabeschlitzes 208 gerichtet.
Ein Radom 210 ist verbunden mit der Ausgabeseite der Hornantenne 201, wobei das Radom 210 typischerweise ein Polyester/glasgemisch von Stevens Products, Inc., oder ein äquivalentes Material, das im Wesentlichen transparent für das Versenden und Empfangen von elektromagnetischen Signalen ist. Das Radom 210 übernimmt dabei den Schutz der Azimutlinse 202, der Elevationslinse 204 und des Ausgabeschlitzes 208 von der Anwendungsumgebung der Hornantenne 201.
Bevor das Radom 210 an der Hornantenne 201 befestigt wird, können Radomkappenstecker 216a und 216b an das offene Ende des Radoms 210 befestigt werden. Die Enden des Radoms 210 können zwischen den Radomkappen 218a und 218b positioniert werden zum Befestigen der offenen Fläche des Radoms an der Ausgangsseite der Hornantenne 201. Die Schrauben 220a und 220b dehnen sich durch die Befestigungslöcher an den Radomkappen 218a und 218b aus zum Befestigen der entsprechenden Befestigungslöcher in den Abstandselementen 214a und 214b. Die Kombination der Radomkappenstecker 216a und 216b und die Radomkappen 218a und 218b ist so gewählt, dass diese jedes offene Ende des Radoms 210 verschließt, wobei das Eintreten von Feuchtigkeit und anderer Umwelteffekte in das Radom 210 verhindert wird. In dieser Weise werden die Azimutlinse 202 und der Ausgabeschlitz 208 von der Anwendungsumgebung der Hornantenne 201 durch das Radom 210 geschützt.
6 zeigt die interne Struktur der H-Ebene-Hornantenne 201 und verdeutlicht die parallele Plattenstruktur für diese aufgeweitete Hornantenne. Die Hornantenne 201 weist eine geformte flache Platte 602 und einen aufgeweiteten Hornbereich 604 auf, wobei der aufgeweitete Hornbereich 604 einen aufgeweiteten Bereich oder Fach 606 besitzt. Die Platte 602 kann mit dem aufgeweiteten Hornbereich 604 in herkömmlicher Weise verbunden werden, wobei damit der aufgeweitete Bereich 606 umschlossen wird und die Hohlleiterstruktur geformt wird, die als ein passives Übertragungsgerät wirkt. Das Eingabe-Port 206 befindet sich an einem Ende des aufgeweiteten Hornbereiches 604, wobei der viel größere Ausgabeschlitz 208 (wird nicht gezeigt) an der gegenüberliegenden Seite des aufgeweiteten Hornbereiches 604 positioniert ist. Der aufgeweitete Bereich 606 befindet sich zwischen dem Eingabe-Port 206 und dem Ausgabeschlitz 208. Die Azimutlinse 202 ist vor der Hornantenne 201 positioniert, welche durch die Kombination der Platte 602 und dem aufgeweiteten Bereich 604 gebildet wird, bevorzugterweise an der Fläche des Ausgabeschlitzes 208. Die Elevationslinse 204 kann sich innerhalb des aufgeweiteten Bereiches 606 befinden, bevorzugterweise angrenzend an den Ausgabeschlitz 208 und weiterführend in den ausgeweiteten Bereich 606 in Richtung des Eingabe-Ports 206. Ein Bereich des aufgeweiteten Bereiches 606 ist nicht besetzt von der Elevationslinse 204, insbesondere der schmale Hals des aufgeweiteten Bereiches, welcher sich gegenüber des Ausgabeschlitzes 208 befindet. Der Fachmann wird erkennen, dass die Realisierung der Hornantenne 201, wie sie in 6 gezeigt ist, nur ein Beispiel ist und die vorliegende Erfindung auch andere Hornantennenstrukturen umschließt.
Verweisend auf die 3, 4 und 5 weist die Azimutlinse 202 ein Paar von zylindrischen Linsenelementen 202a und 202b auf, wobei jede ein dielektrisches Material aufweist, wie zum Beispiel Methylpentan, welches von Mitsui Plastics als "TPX-845" dielektrisches Material verfügbar ist. Jedes Linsenelement 202a und 202b ist benachbart zu der Fläche der Hornantenne 201 positioniert und dehnt sich entlang der Länge des Ausgabeschlitzes 208 (2) aus. Die Linsenelemente 202a und 202b sind bevorzugterweise parallel zueinander angeordnet und räumlich getrennt durch einen vorbestimmten Zwischenraum, welcher durch eine gewünschte Form des Azimutstrahlmusters bestimmt wird. Dieser Ansatz zur Formung des Azimutstrahls kann für eine Hornantenne in ökonomischer Weise realisiert werden, da das dielektrische Material für die Azimutlinsenelemente 202a und 202b stranggepresst bzw. extrudiert oder spritzgegossen werden kann, um die gewünschte Form und Länge jedes Linsenelementes zu erreichen.
Die Abmessungen jedes Linsenelementes 202a und 202b können ebenfalls die Charakteristiken des entsprechenden diskreten Strahls beeinflussen, wobei das zusammengesetzte Strahlenmuster für die Antenne 200 geformt wird. Obwohl ein Paar von zylindrischen Linsen in den 2 bis 6 gezeigt wird, ist davon auszugehen, dass andere Formen der Azimutlinsenelemente implementiert werden können, um die erfinderische Strahlformungsmethode der gegenwärtigen Erfindung zu erreichen. Darüber hinaus umfasst die vorliegende Erfindung auch physikalische Abmessungen für die Azimutlinsenelemente 202a und 202b welche nicht die identischen Durchmesser und Längen aufweisen wie in der beispielhaften Ausführungsform in den 2 bis 6.
Die Breitbandeigenschaften der H-Ebene- und E-Ebene-hornartigen Antennen kann erreicht werden durch das Benutzen einer Azimutlinse zum Formen des Strahls in der Azimutebene. Für die vertikale Polarisation kann die Azimutlinse vor einem E-Ebenen-Horn positioniert werden. In gleicher Weise kann die Azimutlinse vor einem H-Ebenen-Horn positioniert werden, um die horizontale Polarisation zu erreichen.
Wie am besten aus 3 ersichtlich, hat jedes Linsenelement 202a und 202b eine Aperturlänge L. Für eine H-Ebene-Hornantenne, welche in einem Frequenzbereich von 24,25 GHz bis 26,25 GHz arbeitet, ist die Aperturlänge 5,47 Inches für eine 6 bis 6,5 Grad Elevationsstrahlbreite. Die Aperturlänge ist reduziert zu 3,933 Inches für ein E-Ebenen-Horn mit derselben Elevationsstrahlbreite und Arbeitsfrequenz.
Wie am besten aus 5 ersichtlich, hat das Linsenelement 202a einen Durchmesser D₁, wobei das Linsenelement 202b einen Durchmesser D₂ hat. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform haben die Linsenelemente 202a und 202b die gleichen Durchmesser, nämlich D₁ = D₂. Für die Hornantenne 201, die in dem Frequenzbereich 25,25 bis 26,25 arbeitet, ist der Durchmesser für die Linsenelemente 202a und 202b 0,375 Inches. Die Linsenelemente 202a und 202b sind parallel zueinander angeordnet und haben einen räumlichen Abstand S₁. Der Abstand S₁ ist als 0,062 Inches gewählt, um einen "Flat-Top"-Strahl zu erreichen mit einer maximalen Verstärkung über einem 90°-Azimutfeld für eine E-Ebene-Hornantenne, welche im Frequenzbereich 24 bis 26 GHz arbeitet. Für das H-Ebene-Hornantennengegenstück sind 0,032 Inches als der Zwischenraum S₁ gewählt.
Jedes Linsenelement der Azimutlinse 202 reagiert auf ein elektromagnetisches Signal, welches bei dem Ausgabeschlitz 208 (1) ausgegeben wird, durch das Erzeugen eines diskreten Strahls, der in Hauptstrahlrichtung von der Hornantenne 201 abgestrahlt wird. Die Durchmesser D₁ und D₂ der zylindrischen Linsenelemente beeinflussen die Strahlbreite und die Strahlabtastung jedes Strahls. Zusätzlich kann der Zwischenraum S₁ zwischen den Linsenelementen 200a und 200b die Abtastrichtung des diskreten Strahls, welcher durch die Azimutlinse 202 erzeugt wird, bestimmen. Es wird erkannt werden, dass die diskreten Strahlen in Phase sind und demnach diese diskreten Strahlen kohärent kombiniert werden können, um den zusammengesetzten Strahl der Hornantenne 201 zu bilden. Durch Kontrollieren des Durchmessers und der Linsenelemente 202a und 202b kann die Form des Strahlenmusters in der Azimutebene kontrolliert werden. In dieser Weise kann das Strahlenmuster in der Azimutebene der Hornantenne variiert werden durch Einstellen von ausgewählten Charakteristiken der Azimutlinse 202, nämlich der Durchmesser D₁ und D₂ sowie des Zwischenraumabstands S₁.
Bezug nehmend auf die 7A, 7B und 7C zeigen entsprechende Antennenmuster den Effekt des Variierens der Charakteristiken der Azimutlinse 202 aufgrund des Antennenstrahls innerhalb der Azimutebene. 7A zeigt ein Strahlenmuster für ein H-Ebenen-Horn, wenn der Durchmesser D₁ und D₂ für die Linsenelemente 202a und 202b im Wesentlichen identisch sind und der Abstand S₁ so gewählt ist, dass er einen zusammengesetzten Strahl erzeugt mit einer "Flat-Top"-Charakteristik über des 90°-Abstrahlungsfeldes. Weil die Durchmesser der zylindrischen Linsenelemente 202a und 202b gleich sind, kann der Abstand oder Zwischenraum S₁ zwischen den Linsenelementen empirisch ermittelt werden für ein gewähltes Frequenzband und eine gewählte Verstärkung. Im Speziellen kann der Abstand S₁ variiert werden, bis die diskreten Strahlen, wobei je ein Strahl einem der Linsenelemente 202a und 202b entspricht, kohärent in Phase kombiniert werden, um das "Flat-Top"-Strahlenmuster, wie in 7A gezeigt ist, zu bilden. Dieses "Flat-Top"-Azimutstrahlmuster ergibt eine minimale Verstärkungsüberlappung von benachbarten Zellen eines typischen gitterbasierten Zellenlayouts. Durch das Minimieren der Überlappung haben die Hornantennen, welche ein solches Azimutmuster ausstrahlen, den Vorteil von einer reduzierten Interferenz mit benachbarten Zellen eines zellenbasierten drahtlosen Kommunikationssystems, welche das selbe Frequenzband für FDMA/TDMA-Anwendungen benutzen.
Für die Strahlenmuster, welche in den 7A, 7B und 7C gezeigt sind, sind die Durchmesser D₁ und D₂ gleich, und der Abstand S₁ ist so gewählt, dass dieser Abstand größer ist als der Abstand, welcher die Azimutlinsenelemente 202a und 202b trennt für eine H-Ebene-Hornantenne in Verbindung mit 7A. Die 7B und 7C zeigen, dass eine Vergrößerung des Abstandes S₁ wenn, im Vergleich zu dem Abstand der die Linsenelemente 202a und 202b für die H-Ebene-Hornantenne von 7A haben, wird in einem minimalen Verstärkungsbetrag bei der ungefähren Mitte des Strahlenmusters resultieren. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass; wenn die Durchmesser D₁ und D₂ für die Linsenelemente 202a und 202b gleich sind, die Variation des Zwischenraums S₁ zu unterschiedlichen Strahlenformen in der Azimutebene über ein relativ breites Abstrahlungsfeld einer Antenne führen kann, zum Beispiel einer Hornantenne 201. Der Fachmann wird erkennen, dass die Azimutstrahlformen für eine E-Ebene-Hornantenne ähnlich zu den Strahlmustern, wie sie in den 7A, 7B und 7C dargestellt sind, für eine H-Ebene-Hornantenne zutreffen.
Unter Berücksichtigung, dass der Abstand des Zwischenraumes S₁ Einfluss auf das Strahlenmuster innerhalb der Azimutebene hat, kann eine alternative Ausführungsform der Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung einen Mechanismus zum Verstellen des Zwischenraumes S₁ innerhalb der Anwendungsumgebung der Antenne aufweisen. Zum Beispiel könnte eine Stellschraube benutzt werden, um den Zwischenraum S₁ zwischen den Linsenelementen zu verstellen, wobei dies in Echtzeit geschehen könnte, falls diese Justierung während der Installation oder des Betriebes der Antenne benötigt wird. In dieser Weise kann der zusammengesetzte Strahl, wie er von einer Hornantenne, welche die erfinderische linsenbasierte Azimutstrahlformungsmethode verwendet, erzeugt wird, innerhalb einer Umgebung durch das Justieren der Entfernung zwischen den Azimutlinsenelementen angepasst werden.
Obwohl die vorangegangenen Ausführungsformen im Zusammenhang mit den 1 bis 6 ein Paar von zylindrischen Linsenelementen beschreiben, ist das erfinderische Konzept zum Variieren des Strahlmusters der Antenne innerhalb der Azimutebene auch auf das Verwenden von mehreren Linsen, zum Beispiel zwei oder mehr Linsenelemente, welche ein dielektrisches Material aufweisen, anwendbar. Zusätzlich umfasst die vorliegende Erfindung auch andere Formen als die zylindrische Form der Azimutlinsenelemente. Alternative Ausführungsformen umfassen das Positionieren der Azimutlinsenelemente vor dem Ausgabeschlitz der Hornantenne, so dass diese nicht in der Mitte des Ausgabeschlitzes plaziert sind. Im Speziellen kann eine alternative Ausführungsform realisiert werden durch ein Paar von Azimutlinsenelementen, die ungefähr vor dem Ausgabeschlitz positioniert sind, wobei der Abstand zwischen den Linsenelementen nicht zentriert auf den Mittelpunkt des Ausgabeschlitzes ist.
8A zeigt eine Azimutlinse 202', welche die Linsenelemente 202a' und 202b' aufweist, wobei jede eine zylindrische Form und einen unterschiedlichen Durchmesser hat. Die Linsenelemente 202a' und 202b' sind zu der Fläche des Ausgabeschlitzes 208 positioniert und sind positioniert zu dem ungefähren Mittelpunkt (gezeigt durch die gestrichelte Linie) dieses Ausgabeschlitzes. Das Linsenelement 202a' hat den Durchmesser D₂, wohingegen das Linsenelement 202b' den Durchmesser D₁ hat. Wie aus 8A sehr klar erkannbar ist, ist der Durchmesser D₂ größer als der Durchmesser D₁. Der Zwischenraum S₁ grenzt das Linsenelement 202a' von dem schmaleren Linsenelement 202b' ab. Diese Querschnittsansicht der Antenne 800 zeigt die Parallelplattenholleiterstruktur der Hornantenne 201, welche ein leitfähiges Material, wie die Aluminiumlegierung 6061-T6, aufweist.
8B zeigt ein Beispiel eines Strahlmusters, wie es von der Antenne 800 erzeugt wird, um die Strahlformungseigenschaften der Azimutlinsenelemente 202a' und 202b' darzustellen. Das kleinere Linsenelement 202b' kann einen diskreten Strahl 802 erzeugen, während das größere Linsenelement 202a' den diskreten Strahl 804 erzeugen kann. Ein zusammengesetzter Strahl 806 wird gebildet durch das in-Phase Aufsummieren des diskreten Strahls 802 mit dem diskreten Strahl 804, wie durch die Funktion der Azimutlinse 202 bestimmt wird. Die Form dieses zusammengesetzten Strahls 806 wird von den unterschiedlichen Durchmessern der zylindrischen Linsenelemente 202a' und 202b' sowie von der Entfernung gemäß dem Zwischenraum S₁ zwischen den Linsenelementen beeinflusst. In Anbetracht des Vorherigen wird verstanden, dass für eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Azimutlinse mit zwei oder mehreren Linsenelementen mit unterschiedlicher Größe (und Form) verwendet werden kann.
Zurückverweisend auf die 2 und 6 weist die Elevationslinse 204 ein dielektrisches Material auf, welches in der bevorzugten hyperbolischen Krümmung geformt ist. Obwohl das bevorzugte dielektrische Material Methylpentan oder ein Material mit einer Dielektrizitätskonstante von 2.0 ist, wird der Fachmann berücksichtigen können, dass alternative dielektrische Materialien anstelle der vorgenannten Materialien zum Realisieren der Elevationslinse 204 benutzt werden können. Wie am besten aus 2 ersichtlich, ist die Elevationslinse 204 Teil der internen Struktur der Hornantenne 201, zum Beispiel des aufgeweiteten Bereichs 604, und für eine statische Installation ausgerichtet an den Führungen 222a und 222b, und der flache Rand des Elevationslinsenelements ist damit an der Fläche des Ausgabeschlitzes 208 positioniert. Der gekrümmte Bereich der Elevationslinse 204 ist dem Eingabe-Port 206 zugewandt und ist typischerweise von der parallelen Struktur der Hornantenne 201 umschlossen.
Die beispielhafte Ausführungsform, wie sie in den 2 und 6 dargestellt ist, zeigt eine statische Installation der Elevationslinse 204, welche die Phasenfehler kompensiert, die von dem ausgewählten Öffnungswinkel der Hornantenne 201 her resultieren. Im Speziellen kompensiert die statische Anordnung der Elevationslinse 204 den Verstärkungsverlust, der aus den Phasenfehlern resultiert, die mit einem relativ scharfen Öffnungswinkel (22,5°) der Hornantenne 201 in Verbindung stehen.
Gewisse Antennenanwendungen verlangen, dass das Elevationsstrahlmuster flexibel angepasst werden kann für eine Antenne innerhalb eines Bereiches von Formen über einem breiten Abdeckungsbereich. Um dieses Verlangen zu würdigen, haben die Erfinder ermittelt, dass ein Variieren der Position des Elevationslinsenelementes innerhalb des aufgeweiteten Bereichs einer herkömmlichen Hornantenne zu einer. Vielzahl von Elevationsstrahlmustern in der Elevationsebene führt, während ebenfalls Phasenfehler kompensiert werden, die von dem ausgewählten Öffnungswinkel der Hornantenne resultieren. 9 zeigt eine rotierbare Elevationslinse, die ihre Position innerhalb des aufgeweiteten Bereiches einer aufgeweiteten Hornantenne rotieren kann. Verweisend auf 9 kann die Position der Elevationslinse 204' innerhalb des aufgeweiteten Bereichs 604' der Hornantenne 201' rotiert werden, um die Form des Antennenstrahls innerhalb der Elevationsebene zu variieren. Als ein Beispiel kann das Formen des Strahls innerhalb der Elevationsebene mittels der Elevationslinse 204' beeinflusst werden durch Schwenken des Linsenelements innerhalb des aufgeweiteten Bereichs 604' durch einen Rotationswinkel α, wie er von der Fläche des Ausgabeschlitzes 208' gemessen wird. Im Wesentlichen kann das Formen des Strahls in der Elevationsebene erreicht werden vor der Azimutlinse, wie sie in den 1 bis 6 dargestellt ist, ohne die Form des Azimutstrahls durch die Linsenelemente zu beeinflussen.
Die 10A und 10B beinhalten Antennenmuster, welche die Effekte des Positionierens einer Elevationslinse innerhalb eines internen aufgeweiteten Bereichs der Hornantenne nach der Strahlformung in der Elevationsebene zeigen. 9A zeigt ein Strahlenmuster in der Elevationsebene für eine Hornantenne, welche keine Elevationslinse enthält, die ihre Position innerhalb der internen Hornzusammensetzung rotieren kann, zum Beispiel eine feste Installation der Elevationslinse mit einem Rotationswinkel α = 0 Grad. Dieses Strahlmuster zeigt die Messung einer Hornantenne, welche bei 24,75 GHz operiert und eine feste Installation einer Elevationslinse enthält, wie zum Beispiel die Elevationslinse 204. Im Gegensatz dazu zeigt 9B ein Paar von Elevationsstrahlmustern für diese Hornantenne nach dem Rotieren der Elevationslinse innerhalb des umschlossenen aufgeweiteten Hornbereichs, wobei jedes unterschiedliche Arbeitsfrequenzen darstellt. Für einen Rotationswinkel von α = 3 Grad ist die Strahlweite konstant in der Elevationsebene, jedoch sind die oberen und unteren Nebenmaxima verändert aufgrund des Variierens der Position der Elevationslinse 204' innerhalb des aufgeweiteten Bereichs der Hornantenne 201. Diese Rotation der Position der Elevationslinse 204' resultiert maßgeblich in einem Füllen der Elevationsstrahlmusternullstellen, weil die Höhen der oberen Nebenmaxima reduziert sind, wohingegen die Höhen der unteren Nebenmaxima erhöht sind. Dieses "Füllen" der Musternullstellen formt effektiv das Elevationsstrahlmuster. Das Elevationsstrahlmuster, wie es mit der durchgehenden Linie gezeigt ist, stellt gemessene Antennendaten bei 24,75 MHz dar, wobei das Elevationsstrahlmuster, wie es durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, gemessene Antennendaten bei 25,25 GHz darstellt.
Die Elevationslinse 204 (und 204'), wie in 11 für eine E-Ebene-Hornantenne dargestellt, hat eine hyperbolische Oberfläche, wie sie durch die Bemessungsgleichung (1) dargestellt ist: (1) x = 2,294 + 1,583[1 + 0,363y2]1/ 2
Für diese bezeichnende Ausführungsform einer E-Ebene-Hornantenne ist der Einfallswinkel (ein halber Winkel) 223,5°, die Aperturlänge L ist 3,933 Inches, die rechteckige Hohlleiterbreite (WR-42) ist 0,39 Inches und die Brennweite ist 4,748 Inches. Die Dicke der Elevationslinse 204 (und 204') ist 0,871 Inches.

Claims

Antenne, die umfasst: einen Hohlleiter (201), der in einer Apertur (208) endet und so aufgebaut ist, dass er elektromagnetische Energie emittiert, die einen Hauptstrahl aufweist, der sich im Wesentlichen auf einem Hauptstrahlrichtungsweg in Bezug auf die Apertur ausbreitet; und eine Linse (202), die an die Apertur (208) angrenzend und auf dem Weg des Hauptstrahls angeordnet ist und wenigstens zwei Linsenelemente 202a, 202b) enthält, die nebeneinander angeordnet und durch einen Spalt beabstandet sind, wobei die Linsenelemente so aufgebaut sind, dass sie im Wesentlichen den gesamten Hauptstrahl in eine Vielzahl einzelner elektromagnetischer Fernfeldstrahlen teilt, die in Richtungen außerhalb der Hauptstrahlrichtung gerichtet sind, wobei jeder Fernfeldstrahl von einem entsprechenden Linsenelement ausgestrahlt wird.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Länge des Spaltes zwischen zwei aneinander grenzenden Linsenelementen (202a, 202b) so ausgewählt wird, dass eine gewünschte Richtungsbeziehung außerhalb der Hauptstrahlrichtung zwischen den Fernfeldstrahlen erzielt wird, die von den entsprechenden Linsenelementen ausgestrahlt werden.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Linsenelemente (202a, 202b) ein dielektrisches Material umfassen.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Linsenelemente (202a, 202b) im Wesentlichen zylindrische dielektrische Bauteile umfassen.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Apertur (208) einen länglichen Schlitz umfasst.
Antenne nach Anspruch 1, wobei jedes Linsenelement (202a, 202b) eine im Wesentlichen zylindrische Form hat, und wobei ein erstes Linsenelement einen ersten Durchmesser hat und ein zweites Linsenelement einen zweiten Durchmesser hat und der erste Durchmesser im Wesentlichen größer ist als der zweite Durchmesser.
Antenne nach Anspruch 1, wobei jedes Linsenelement (202a, 202b) eine im Wesentlichen zylindrische Form hat, und wobei ein erstes Linsenelement einen ersten Durchmesser hat und ein zweites Linsenelement einen zweiten Durchmesser hat und die Länge des Spaltes kleiner ist als der erste Durchmesser und der zweite Durchmesser.
Antenne nach Anspruch 1, wobei jedes Linsenelement so aufgebaut ist, dass es einen einzelnen Fernfeldstrahl emittiert, der phasengleich mit einem entsprechenden benachbarten Fernfeldstrahl ist.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Apertur (208) eine Länge hat und jedes Linsenelement (202a, 202b) eine Länge hat, die im Wesentlichen der Länge der Apertur entspricht.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Apertur (208) eine Breite hat und jedes Linsenelement (202a, 202b) eine im Wesentlichen zylindrische Form und eine Durchmesser hat und eine Summe der Durchmesser der Linsenelemente wenigstens so groß ist wie die Breite der Apertur (208).
Antenne nach Anspruch 4, wobei die Öffnung (208) eine Länge hat und die Linsenelemente wenigstens so lang sind wie die Länge des Schlitzes.
Antenne nach Anspruch 1, wobei eine Größe des Spaltes so ausgewählt wird, dass eine erhebliche Verringerung der Verstärkung in der Hauptstrahlrichtung vermieden wird.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Länge des Spaltes so ausgewählt wird, dass einzelne Strahlen zusammen einen Verbundstrahl bilden, der durch eine „Flat-Top"-Antennencharakteristik innerhalb einer Azimuth-Ebene gekennzeichnet ist.
Antenne nach Anspruch 1, die des Weiteren eine Elevationslinse (204) umfasst, die in dem Hohlleiter und nahe an der Apertur angeordnet ist, wobei die Elevationslinse in Funktion die Antennencharakteristik in einer Elevationsebene formt.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Elevationslinse (204) innerhalb des Hohlleiters bewegt werden kann, um die Form der Antennencharakteristik in einer Elevationsebene zu beeinflussen.
Antenne nach Anspruch 14, wobei die Elevationslinse (204) eine hyperbolisch geformte Linse aus dielektrischem Material mit einem flachen Rand und einem gekrümmten Abschnitt enthält und der flache Rand der hyperbolisch geformten Linse entlang eines Randes der Apertur angeordnet ist und der gekrümmte Abschnitt der hyperbolisch geformten Linse innerhalb des Hohlleiters angeordnet ist.
Antenne nach Anspruch 1, wobei der Hohlleiter (201), die Apertur (208) und die Linsenelemente (202, 204) umgekehrt arbeiten, um elektromagnetische Energie zu empfangen.
Verfahren zum Regulieren einer Antennen-Strahlungscharakteristik einer Antenne mit einem Hohlleiter (201), der in einer Apertur (208) endet, das die folgenden Schritte umfasst: Ausstrahlen von elektromagnetischer Energie mit einem Hauptstrahl, der sich im Wesentlichen auf einem Hauptstrahlrichtungsweg in Bezug auf die Apertur ausbreitet; und Positionieren einer Linse (202) an die Apertur angrenzend und auf dem Weg des Hauptstrahls, wobei die Linse wenigstens zwei Linsenelemente (202a, 202b) enthält und die Linsenelemente im Wesentlichen den gesamten Hauptstrahl in eine Vielzahl einzelner elektromagnetischer Fernfeldstrahlen teilen, die in Richtungen außerhalb der Hauptstrahlrichtung gerichtet sind, indem die Linsenelemente nebeneinander und durch einen Spalt beabstandet positioniert werden, wobei jeder Fernfeldstrahl von einem entsprechenden Linsenelement ausgestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, das des Weiteren den Schritt umfasst, dass die Länge des Spaltes zwischen zwei aneinandergrenzenden Linsenelementen (202a, 202b) so ausgewählt wird, dass eine gewünschte Richtungsbeziehung außerhalb der Hauptstrahlrichtung zwischen den Fernfeldstrahlen erzielt wird, die von den entsprechenden Linsenelementen ausgestrahlt werden.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei jedes Linsenelement (202a, 202b) im Wesentlichen zylindrisch geformt ist und einen Durchmesser hat und der Schritt des Auswählens der Spaltlänge das Auswählen einer Spaltlänge einschließt, die kleiner ist als jeder Durchmesser der zylindrischen Elemente.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Apertur (208) eine Länge hat und das Verfahren des Weiteren den Schritt des Dimensionierens jedes Linsenelementes (202a, 202b) mit einer Länge umfasst, die im Wesentlichen der Länge der Apertur (208) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 18, das des Weiteren den Schritt umfasst, dass jedes Linsenelement (202a, 202b) so aufgebaut wird, dass es Fernfeldstrahlen so emittiert, dass jeder Fernfeldstrahl im Wesentlichen phasengleich mit einem benachbarten Strahl ist.