EP0644608A2 - Doppelerreger für Winkeldiversity zur Ausleuchtung des parabolischen Reflektors einer Antenne - Google Patents

Doppelerreger für Winkeldiversity zur Ausleuchtung des parabolischen Reflektors einer Antenne Download PDF

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EP0644608A2
EP0644608A2 EP94112674A EP94112674A EP0644608A2 EP 0644608 A2 EP0644608 A2 EP 0644608A2 EP 94112674 A EP94112674 A EP 94112674A EP 94112674 A EP94112674 A EP 94112674A EP 0644608 A2 EP0644608 A2 EP 0644608A2
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reflector
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another
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Daniel Dr. Wojtkowiak
Martin Lerche
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Alcatel Lucent SAS
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Kabelmetal Electro GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/007—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns using two or more primary active elements in the focal region of a focusing device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/17—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source comprising two or more radiating elements

Definitions

  • the invention relates to a double exciter for angular diversity for illuminating the parabolic reflector of an antenna, consisting of two closely spaced and parallel tubular components, the axes of which run parallel to the central axis of the reflector, to each of which at least one waveguide for guiding a linearly polarized electromagnetic Shaft is connected and the end faces facing the reflector are open, while their end faces facing away from the reflector are closed (DE-OS 38 29 370).
  • the radio waves are damped. This means that only a part of the emitted transmission energy can be picked up again by the receiving antenna.
  • This so-called basic transmission loss depends on the frequency and the length of the transmission path used.
  • additional attenuations commonly referred to as "fading” include the signal fading caused by diffraction at obstacles due to the obstruction of free wave propagation, the fading caused by multipath propagation in the case of reflections from atmospheric layers, on the surface of the earth and on buildings, and the fading caused by precipitation or atmospheric disturbances Damping.
  • the double exciter according to DE-OS 38 29 370 mentioned at the outset is intended for angular diversity. It is composed of two milled axial grooved horns as exciters.
  • the tubular components designed for a frequency of 9 GHz and serving as polarization switches are each suitable for guiding two linearly polarized waves lying orthogonally to one another. They are located directly next to each other at a relatively short distance.
  • one of the two exciters always receives a sufficiently strong signal.
  • This double exciter is particularly suitable for higher frequencies because the aperture diameter of the exciter decreases with increasing frequency. This principle can no longer be used at lower frequencies around 6 GHz, since the two radiation lobes move too far apart. The power drop at the point of intersection of the two radiation lobes is therefore high.
  • there is a mutual influence of the two pathogens in their radiation characteristics. Optimal illumination of the reflector of an antenna is no longer guaranteed.
  • the invention has for its object to design the double exciter described above so that it can be used with only a slight drop in performance even at lower frequencies.
  • This construction of the double exciter makes it possible to reduce the excitation distance to a level that allows undisturbed transmission even at lower frequencies, for example in the 6 GHz range.
  • the power drop at the point of intersection of the two radiation lobes is thereby kept low. It is at most 3 dB.
  • this will be reduced Dimensions of the pipe sections and their eccentric arrangement achieved, which together with the tubular components and the transitions form a tubular exciter.
  • the dielectric material in the pipe sections which has a suitable relative dielectric constant ensures that the lower frequency band used can be propagated despite the small dimensions of the pipe sections.
  • the continuous, reflection-adapted transition between the components and the pipe sections guarantees trouble-free guidance of the waves in the exciters.
  • both exciters have a square cross section.
  • FIG. 1 schematically shows an exciter for illuminating the parabolic reflector of an antenna, which consists of a tubular component 1, a transition 2 and a pipe section 3. These three sections of the one-piece pathogen are delimited by dash-dotted lines.
  • the exciter is closed at the other axial end. In a preferred embodiment, it has a rectangular cross section. However, it is also possible to make the exciter circular.
  • Tubular component 1, transition 2 and pipe section 3 have the same cross-sectional shape.
  • the pipe section 3 has smaller dimensions than the component 1. It is arranged eccentrically with respect to the component 1, so that the exciter has a surface line or side wall 5 which extends in a straight line over its entire length.
  • the center lines of component 1 and pipe section 3 are offset from one another by the distance E.
  • a waveguide 6 is connected to the component 1 for guiding the wave received or to be radiated. If two linearly polarized, orthogonal waves are to be transmitted, a second waveguide 7 is connected to the component 1, which is preferably attached to the end face of the exciter. At least one short-circuit element is mounted in component 1 between the feed points of the two waveguides 6 and 7.
  • the waveguides 6 and 7 preferably have a rectangular cross section. But they can also be oval.
  • the length of the continuously executed transition 2 between component 1 and pipe section 3 depends on the frequency to be transmitted and on the dimensions of these two sections of the exciter.
  • the transition 2 is in any case adapted so that the smallest possible reflections of the waves guided in the exciter occur.
  • the double exciter can also be used in the 6 GHz range for a frequency band from 5.925 GHz to 6.425 GHz. So that the frequencies with the small dimensions of the tube pieces 3 and the small excitation distance are still capable of being propagated, dielectric material 8 is arranged in the tube portions 3 of the two exciters.
  • the double exciter with waveguides 6 and 7 for the double polarized version is shown in FIG. 4.
  • the waveguides 6 and 7 are shown according to their correct position.
  • the exciters are square.
  • the tubular components 1 have an edge length of 32.0 mm, for example.
  • the edge length of the pipe sections 3 is then, for example, 21.1 mm.
  • a stable, easy-to-process polyethylene with a relative dielectric constant of 2.3 and a loss angle of 0.0002 is used for the dielectric material 8.
  • the excitation distance A is then 28 mm.
  • the double exciter constructed in this way can be used for the 6 GHz range. When using dielectric material with a larger relative permittivity, the exciter could also be used for even lower frequencies.
  • a continuous transition (taper), as shown in FIG. 3, has proven to be particularly expedient.
  • the double exciter shown in FIGS. 2 and 4 can be arranged in different positions in relation to the reflector of the antenna.
  • one of the exciters as the main exciter can lie directly on the antenna axis R (FIG. 5).
  • the other pathogen with a correspondingly lower profit is then used only in the event that the main pathogen is not sufficiently strong Signal is received more.
  • the antenna axis R is also shown in the directional diagram according to FIG. 5, in which the relative field strength is plotted in dB over the elevation angle in degrees.
  • the double exciter can also be arranged so that both exciters are symmetrical to the antenna axis R.
  • the two radiation lobes are then the same size. They are symmetrical to the antenna axis R.
  • the double exciter is dimensioned so that the level of the field strength at point P, at which the two radiation lobes overlap, drops by a maximum of 3 dB compared to the maximum value.

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Abstract

Es wird ein Doppelerreger für Winkeldiversity zur Ausleuchtung des parabolischen Reflektors einer Antenne angegeben, der aus zwei dicht nebeneinander und parallel zueinander angeordneten rohrförmigen Bauteilen (1) besteht, deren Achsen parallel zur Mittelachse des Reflektors verlaufen. An die rohrförmigen Bauteile (1) ist jeweils mindestens ein Hohlleiter (6,7) zur Führung einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle angeschlossen. Ihre dem Reflektor zugewandten Stirnseiten sind offen, während ihre dem Reflektor abgewandten Stirnseiten verschlossen sind. An die beiden rohrförmigen Bauteile (1) ist auf der dem Reflektor zugewandten Seite jeweils ein Rohrstück (3) mit gleicher Querschnittsform aber kleineren lichten Abmessungen als die Bauteile (1) unter Zwischenschaltung eines kontinuierlichen Übergangs (2) einstückig angeformt. Die beiden Rohrstücke (3) sind jeweils mit gleicher Achsrichtung wie die Bauteile (1), aber derart exzentrisch zu denselben angeordnet, daß sie in einer Ebene direkt nebeneinander und damit so nahe wie möglich aneinander liegen. In den beiden Rohrstücken (3) ist dielektrisches Material angeordnet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Doppelerreger für Winkeldiversity zur Ausleuchtung des parabolischen Reflektors einer Antenne, bestehend aus zwei dicht nebeneinander und parallel zueinander angeordneten rohrförmigen Bauteilen, deren Achsen parallel zur Mittelachse des Reflektors verlaufen, an welche jeweils mindestens ein Hohlleiter zur Führung einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle angeschlossen ist und deren dem Reflektor zugewandte Stirnseiten offen sind, während ihre dem Reflektor abgewandten Stirnseiten verschlossen sind (DE-OS 38 29 370).
  • Derartige Anordnungen werden in Richtfunknetzen eingesetzt. Bei den entsprechenden Übertragungsstrecken werden die in analoger oder digitaler Form vorliegenden Nachrichtensignale einer Trägerfrequenz aufmoduliert und als Funkwellen zwischen zwei Antennen über eine Richtstrecke übertragen. Die Übertragung der Nachrichtensignale muß möglichst störungsfrei, wirtschaftlich und zuverlässig sein. Diese Forderungen werden mit bekannten Anordnungen nicht immer erfüllt.
  • Trotz ungehinderter Ausbreitung in der Troposphäre werden die Funkwellen gedämpft. Das bedeutet, daß nur ein Teil der abgestrahlten Sendeenergie von der Empfangsantenne wieder aufgenommen werden kann. Diese sogenannte Grund- übertragungsdämpfung ist abhängig von der Frequenz und von der Länge der benutzten Übertragungsstrecke. Neben der Grundübertragungsdämpfung gibt es weitere zeitlich veränderliche Zusatzdämpfungen, welche die Zuverlässigkeit der Übertragungssysteme beeinträchtigen. Zu diesen im allgemeinen als "Schwund" bezeichneten Zusatzdämpfungen gehören der durch Beugung an Hindernissen wegen Behinderung der freien Wellenausbreitung entstehende Signalschwund, der durch Mehrwegeausbreitung bei Reflexionen an atmosphärischen Schichten, an der Erdoberfläche sowie an Gebäuden entstehende Schwund und die durch Niederschlag oder durch atmosphärische Störungen hervorgerufene Dämpfung.
  • Bei der Mehrwegeausbreitung überlagern sich mehrere Einzelsignale in der Empfangsantenne. Es sind dies der "Direktstrahl" einerseits und "Umwegstrahlen" andererseits, die durch Brechung und Reflexionen an Bodenhindernissen oder an Schichtungen der Troposphäre entstehen. Je nach Phasenlage dieser unterschiedlichen Strahlen ergibt sich eine mehr oder weniger starke Veränderung des Signal/Geräuschabstandes bzw. des Störabstandes. Es kann dadurch zu frequenzselektiven Pegeleinbrüchen innerhalb der Kanalbandbreite der Empfangsantenne kommen. Bei Digitalfunkstrecken sind bei verringertem Störabstand ab einer bestimmten Schwelle Bitfehler die Folge.
  • Es sind Verfahren bekannt, um diese Auswirkungen der Mehrwegeausbreitung zu verkleinern. Diese Verfahren sind als Raumdiversity, Frequenzdiversity und Winkeldiversity bekannt geworden. Bei der Winkeldiversity wird die Antenne mit einer in einem kleinen Winkelbereich schwenkbaren Strahlrichtung versehen. Der Winkel der ausgelenkten Strahlungskeulen ist frequenzunabhängig.
  • Der Doppelerreger nach der eingangs erwähnten DE-OS 38 29 370 ist für die Winkeldiversity vorgesehen. Er ist aus zwei abgefrästen axialen Rillenhörnern als Erregern zusammengesetzt. Die für eine Frequenz von 9 GHz konzipierten, als Polarisationsweichen dienenden rohrförmigen Bauteile sind jeweils zur Führung von zwei orthogonal zueinander liegenden, linear polarisierten Wellen geeignet. Sie liegen mit relativ geringem Abstand direkt nebeneinander. In Abhängigkeit vom Pegel des Empfangssignals wird von einem der beiden Erreger immer ein ausreichend starkes Signal empfangen. Dieser Doppelerreger ist besonders für höhere Frequenzen einsetzbar, da die Aperturdurchmesser der Erreger mit wachsender Frequenz abnehmen. Bei niedrigeren Frequenzen um etwa 6 GHz ist dieses Prinzip nicht mehr anwendbar, da die beiden Strahlungskeulen zu weit auseinanderwandern. Der Leistungsabfall am Überschneidungspunkt der beiden Strahlungskeulen ist dadurch hoch. Außerdem ergibt sich eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Erreger in ihrer Strahlungscharakteristik. Eine optimale Ausleuchtung des Reflektors einer Antenne ist nicht mehr gewährleistet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs geschilderten Doppelerreger so zu gestalten, daß er mit nur geringem Leistungsabfall auch bei niedrigeren Frequenzen einsetzbar ist.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
    • - daß an die beiden rohrförmigen Bauteile auf der dem Reflektor zugewandten Seite jeweils ein Rohrstück mit gleicher Querschnittsform aber kleineren lichten Abmessungen als die Bauteile unter Zwischenschaltung eines kontinuierlichen Übergangs einstückig angeformt ist,
    • - daß die beiden Rohrstücke jeweils mit gleicher Achsrichtung wie die Bauteile, aber derart exzentrisch zu denselben angeordnet sind, daß sie in einer Ebene direkt nebeneinander liegen und
    • - daß in den beiden Rohrstücken dielektrisches Material angeordnet ist.
  • Durch diesen Aufbau des Doppelerregers ist es möglich, den Erregerabstand auf ein Maß zu reduzieren, das eine ungestörte Übertragung auch bei niedrigeren Frequenzen zuläßt, beispielsweise im Bereich 6 GHz. Der Leistungsabfall am Überschneidungspunkt der beiden Strahlungskeulen wird dadurch niedrig gehalten. Er liegt bei höchstens 3 dB. Das wird einerseits durch die verkleinerten Abmessungen der Rohrstücke und deren exentrische Anordnung erreicht, die zusammen mit den rohrförmigen Bauteilen und den Übergängen einen rohrförmig geschlossenen Erreger bilden. Das eine geeignete relative Dielektrizitätszahl aufweisende dielektrische Material in den Rohrstücken stellt andererseits sicher, daß das verwendete niedrigere Frequenzband trotz der kleinen Abmessungen der Rohrstücke ausbreitungsfähig ist. Durch den kontinuierlichen, reflexionsangepaßten Übergang zwischen den Bauteilen und den Rohrstücken ist eine störungsfreie Führung der Wellen in den Erregern gewährleistet.
  • Beide Erreger haben in bevorzugter Ausführungsform einen quadratischen Querschnitt.
  • Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 in schematischer Darstellung einen für den Doppelerreger nach der Erfindung einsetzbaren Erreger.
    • Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Doppelerreger.
    • Fig. 3 eine Einzelheit des Doppelerregers in vergrößerter Darstellung.
    • Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Doppelerregers.
    • Fig. 5 ein Richtdiagramm.
  • In Fig. 1 ist schematisch ein Erreger zur Ausleuchtung des parabolischen Reflektors einer Antenne dargestellt, der aus einem rohrförmigen Bauteil 1, einem Übergang 2 und einem Rohrstück 3 besteht. Diese drei Abschnitte des einteilig ausgeführten Erregers sind durch strichpunktierte Linien abgegrenzt. An der Stirnfläche 4 des Erregers befindet sich eine in Arbeitsposition der Antenne zugewandte Öffnung. Am anderen axialen Ende ist der Erreger verschlossen. Er hat in bevorzugter Ausführungsform einen rechteckigen Querschnitt. Es ist jedoch auch möglich, den Erreger kreisrund auszuführen.
  • Rohrförmiges Bauteil 1, Übergang 2 und Rohrstück 3 haben die gleiche Querschnittsform. Das Rohrstück 3 hat kleinere Abmessungen als das Bauteil 1. Es ist gegenüber dem Bauteil 1 exzentrisch angeordnet, so daß der Erreger eine über seine ganze Länge geradlinig verlaufende Mantellinie bzw. Seitenwand 5 aufweist. Die Mittellinien von Bauteil 1 und Rohrstück 3 sind um die Entfernung E gegeneinander versetzt.
  • An das Bauteil 1 ist ein Hohlleiter 6 zur Führung der empfangenen bzw. abzustrahlenden Welle angeschlossen. Wenn zwei linear polarisierte, orthogonal zueinander stehende Wellen übertragen werden sollen, ist an das Bauteil 1 ein zweiter Hohlleiter 7 angeschlossen, der vorzugsweise an der Stirnseite des Erregers angebracht ist. Zwischen den Einspeisestellen der beiden Hohlleiter 6 und 7 ist mindestens ein Kurzschlußelement im Bauteil 1 angebracht. Die Hohlleiter 6 und 7 haben vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt. Sie können aber auch oval ausgeführt sein.
  • Die Länge des kontinuierlich ausgeführten Übergangs 2 zwischen Bauteil 1 und Rohrstück 3 hängt von der zu übertragenden Frequenz und von den Abmessungen dieser beiden Abschnitte des Erregers ab. Der Übergang 2 ist auf jeden Fall so angepaßt, daß möglichst geringe Reflexionen der im Erreger geführten Wellen auftreten.
  • Durch die exzentrische Anordnung des Rohrstücks 3 und die geradlinige Seitenwand 5 können zwei Erreger zu einem Doppelerreger gemäß Fig. 2 so dicht zusammengefügt werden, daß sich ein sehr kleiner Erregerabstand A ergibt. Die beiden Rohrstücke 3 liegen dabei in einer Ebene direkt nebeneinander. Der Doppelerreger ist dadurch beispielsweise auch im 6 GHz-Bereich für ein Frequenzband von 5,925 GHz bis 6,425 GHz einsetzbar. Damit die Frequenzen bei den kleinen Abmessungen der Rohrstücke 3 und dem geringen Erregerabstand noch ausbreitungsfähig sind, wird in den Rohrstücken 3 der beiden Erreger dielektrisches Material 8 angeordnet.
  • Der Doppelerreger mit Hohlleitern 6 und 7 für die doppelt polarisierte Ausführung geht aus Fig. 4 hervor. Die Hohlleiter 6 und 7 sind dabei entsprechend ihrer richtigen Position eingezeichnet.
  • Die Erreger sind in bevorzugter Ausführungsform quadratisch ausgeführt. Die rohrförmigen Bauteile 1 haben beispielsweise eine Kantenlänge von 32,0 mm. Die Kantenlänge der Rohrstücke 3 liegt dann beispielsweise bei 21,1 mm. Für das dielektrische Material 8 wird beispielsweise ein stabiles, leicht zu verarbeitendes Polyethylen mit einer relativen Dielektrizitätszahl von 2,3 und einem Verlustwinkel von 0,0002 eingesetzt. Der Erregerabstand A liegt dann bei 28 mm. Der so aufgebaute Doppelerreger ist für den 6 GHz-Bereich einsetzbar. Bei Verwendung von dielektrischem Material mit einer größeren relativen Dielektrizitätszahl könnte der Erreger auch für noch niedrigere Frequenzen eingesetzt werden.
  • Damit durch das dielektrische Material 8 im Innern der Erreger keine Reflexionen hervorgerufen werden, müssen dessen in die Erreger hineinragende Enden angepaßt werden. Als besonders zweckmäßig hat sich ein kontinuierlicher Übergang (Taper) herausgestellt, so wie er in Fig. 3 dargestellt ist.
  • Der aus den Fig. 2 und 4 ersichtliche Doppelerreger kann im Verhältnis zum Reflektor der Antenne in unterschiedlichen Positionen angeordnet werden. So kann einer der Erreger als Haupterreger direkt auf der Antennenachse R (Fig. 5) liegen. Der andere Erreger mit entsprechend niedrigerem Gewinn wird dann nur für den Fall eingesetzt, daß über den Haupterreger kein ausreichend starkes Signal mehr empfangen wird.
  • Die Antennenachse R ist im Richtdiagramm nach Fig. 5 mit eingezeichnet, in welchem die relative Feldstärke in dB über dem Elevationswinkel in Grad aufgetragen ist. Der Doppelerreger kann auch so angeordnet werden, daß beide Erreger symmetrisch zur Antennenachse R liegen. Die beiden Strahlungskeulen sind dann gleich groß. Sie liegen symmetrisch zur Antennenachse R. Der Doppelerreger ist so dimensioniert, daß der Pegel der Feldstärke am Punkt P, an dem sich die beiden Strahlungskeulen überschneiden, gegenüber dem Maximalwert höchstens um 3 dB abfällt.

Claims (2)

1. Doppelerreger für Winkeldiversity zur Ausleuchtung des parabolischen Reflektors einer Antenne, bestehend aus zwei dicht nebeneinander und parallel zueinander angeordneten ; rohrförmigen Bauteilen, deren Achsen parallel zur Mittelachse des Reflektors verlaufen, an welche jeweils mindestens ein Hohlleiter zur Führung einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle angeschlossen ist und deren ; dem Reflektor zugewandte Stirnseiten offen sind, während ihre dem Reflektor abgewandten Stirnseiten verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet,
- daß an die beiden rohrförmigen Bauteile (1) auf der dem Reflektor zugewandten Seite jeweils ein Rohrstück (3) mit gleicher Querschnittsform aber kleineren lichten Abmessungen als die Bauteile (1) unter Zwischenschaltung eines kontinuierlichen Übergangs (2) einstückig angeformt ist,
- daß die beiden Rohrstücke (3) jeweils mit gleicher Achsrichtung wie die Bauteile (1), aber derart exzentrisch zu denselben angeordnet sind, daß sie in einer Ebene direkt nebeneinander liegen und
- daß in den beiden Rohrstücken (3) dielektrisches Material (8) angeordnet ist.
2. Doppelerreger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bauteile (1), Rohrstücke (3) und Übergänge (2) einen quadratischen Querschnitt haben.
EP94112674A 1993-09-22 1994-08-13 Doppelerreger für Winkeldiversity zur Ausleuchtung des parabolischen Reflektors einer Antenne Expired - Lifetime EP0644608B1 (de)

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DE4332130A DE4332130A1 (de) 1993-09-22 1993-09-22 Doppelerreger für Winkeldiversity zur Ausleuchtung des parabolischen Reflektors einer Antenne

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Publication Number Publication Date
EP0644608A2 true EP0644608A2 (de) 1995-03-22
EP0644608A3 EP0644608A3 (en) 1995-04-12
EP0644608B1 EP0644608B1 (de) 1998-11-11

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