EP0848862A1 - Antennenarray - Google Patents

Antennenarray

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EP0848862A1
EP0848862A1 EP97927140A EP97927140A EP0848862A1 EP 0848862 A1 EP0848862 A1 EP 0848862A1 EP 97927140 A EP97927140 A EP 97927140A EP 97927140 A EP97927140 A EP 97927140A EP 0848862 A1 EP0848862 A1 EP 0848862A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna array
decoupling
array according
structural element
reflector
Prior art date
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Application number
EP97927140A
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English (en)
French (fr)
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EP0848862B1 (de
Inventor
Roland Gabriel
Max GÖTTL
Georg Klinger
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Kathrein SE
Original Assignee
Kathrein Werke KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Kathrein Werke KG filed Critical Kathrein Werke KG
Publication of EP0848862A1 publication Critical patent/EP0848862A1/de
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Publication of EP0848862B1 publication Critical patent/EP0848862B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H01Q1/523—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas between antennas of an array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/26—Turnstile or like antennas comprising arrangements of three or more elongated elements disposed radially and symmetrically in a horizontal plane about a common centre

Definitions

  • the invention relates to an antenna array for the simultaneous reception or simultaneous emission of electromagnetic waves with two linear orthogonal polarizations according to the preamble of claim 1.
  • Dual polarized antenna arrays ie radiator arrangements, which dipoles, slots or planar radiator elements for the simultaneous reception or simultaneous emission of electromagnetic waves with two orthogonal linear polarizations, which are supplied to separate and decoupled outputs, are well known.
  • a radiating element arrangements at ⁇ may exist play, of several elements in the form of dipoles, slots or planar radiating, as described for example in EP 0685900 Al, or from the preliminary tests "antennas" o
  • Ambientennas o
  • paragraph, Bibliographisches home stitute Mannhei / Vienna / Zurich, 1970, pages 47 to 50 are known be ⁇ .
  • radiators This is for example the case of round radiators with horizontal polarization, the shapes of a Dipolqua- drates or known a Dipolnches having a Kopp men ⁇ lung between the two spatially offset by 90 ° systematic.
  • radiator arrangements which are also referred to below as radiator modules, are usually arranged in front of a reflecting surface, the so-called reflector, and in the case of planar antennas a metallic layer of the substrate can simultaneously act as a reflector.
  • each transmitting and receiving station can connect ten or more radiator modules together to form an array.
  • the radiator modules can be arranged side by side or one below the other. The direction in which the radiator modules are arranged straight or at an angle next to or below one another is to be referred to as the alignment of the antenna array.
  • X-polarized arrays designated ⁇ net.
  • the neighboring modules couple relatively strongly to one another. Decoupling values of 20 to 25 dB, for example, which are perceived as insufficient, are not uncommon.
  • this type of antenna offers the advantage over dual-polarized antennas with horizontal and vertical polarization that transmission to the mobile station is possible on both polarizations.
  • Antenna arrays have already been proposed which are used to improve the decoupling between the individual radiators, i.e. provide the radiator modules, partition walls that are aligned perpendicular to the mounting or connecting direction or line between two adjacent radiator modules.
  • Experiments have now shown that such a construction in X-polarized arrays usually even leads to a deterioration in the decoupling due to a polarization rotation to be determined, in particular in the case of broadband antennas.
  • the antenna array comprises several, i.e. Radiator modules arranged in a plurality of horizontal rows and vertical columns, a rod-shaped reflector element in the manner of a parasitic reflector being arranged in each case between two radiator modules arranged vertically or horizontally next to one another.
  • This rod-shaped parasitic reflector element is in each case oriented transversely to the connecting line connecting two adjacent radiator modules.
  • These parasitic reflector elements are used for radiation shaping, which is effective even when a single radiator module is used.
  • the solution according to the invention is therefore particularly suitable for the mobile radio sector.
  • a decoupling device is seen with a novel structural element in front ⁇ between two adjacent radiating element modules.
  • This structural element is completely different from that used in e.g. B. vertically aligned antenna arrays used horizontal partitions or rods, exactly the other way around.
  • the structural element according to the invention used for decoupling namely has a longitudinal extension which is oriented in the vertical direction of attachment of two arrays arranged next to one another (in principle also in the case of the horizontal attachment direction of two arrays arranged next to one another).
  • a decoupling device with a cross-shaped structural element is used between two adjacent X-polarized radiator modules, which consists, for example, of two intersecting individual bars (ie, metallic conductive bars) or of cross-shaped slits in the reflector surface or a metal-conductive surface that is offset parallel to it is introduced.
  • the conductive cross-shaped structural elements are conductively connected to one another at their intersection.
  • cross-shaped conductive structural elements lie in different planes to one another, but which should essentially not be further than half a wavelength apart.
  • Figure la is a schematic plan view of a ntennenarray with two radiating element modules un ⁇ provided therebetween Inventions gema touch decoupling device in plan view ⁇ ;
  • Figure lb a side view along the arrow lb in Figure la;
  • Figure 2a a modified exemplary embodiment of an antenna array according to the invention with a cross-shaped decoupling device in plan view;
  • Figure 2b a rare representation according to the arrow direction Ilb in Figure 2a;
  • FIG. 2c a schematic perspective illustration of the exemplary embodiment according to FIG. 2a and FIG. 2b;
  • FIG 3a shows a modified from FIG 2a Ausbowungs ⁇ example in which so-called patch radiator as a radiator modules are used;.
  • Figure 3b a rare representation of Figure 3a according
  • Figure 4a another exemplary embodiment of a
  • an antenna array with two radiator modules 1 is shown, which consist of a double dipole arrangement 3. It can be a so-called cross dipole, for example, which spatially surrounds two 90 offset systems comprises, which are fed separately. In a departure from this, however, other double dipole arrangements can also be used, in which the individual dipoles have a square structure in plan view, that is to say in the preferred emission direction (that is, a so-called dipole square). Finally, even further differing radiator modules can be used to receive electromagnetic waves with two linear orthogonal polarizations, as will be explained below using so-called patch radiators.
  • the radiator modules 1 are seated in front of a reflector 7 with their dipoles at a distance from the reflector 7.
  • the reflector 7 is formed by a metallization 9 on a circuit board 11, on the rear side of which there is a feed network 13 which connects the individual radiator modules separately for the respective polarization.
  • the dipoles 3 are mechanically held and electrically contacted via a so-called symmetry 14 with respect to the circuit board 11, i. H. so fed from the board 13.
  • the two radiator modules 1 shown are arranged one above the other in a vertical orientation V and again in a parallel orientation to the reflector plane.
  • the double dipole arrangement 3 is selected such that a linear polarization of + 45 ° and -45 °, based on the vertical V, can be received with the radiator modules 1.
  • a decoupling structural element 17 is also provided in the illustrated exemplary embodiment according to FIGS 17a exists. In the exemplary embodiment shown, this is arranged centrally between the two radiator modules 1, the rod 17a being located in the connection or attachment direction 21 of the radiator modules 1, that is to say on the direct connecting line between the adjacent radiator modules 1.
  • the longitudinal or extension component of the decoupling structure element 17 according to the exemplary embodiment according to FIGS. 1a and 1b is ⁇ . than at least 1/4 of the distance between the two adjacent centers or base points 23 of the radiator modules.
  • the longitudinal component is preferably more than 40 or 50% of the radiator module distance 25 mentioned.
  • the rod 17a is shown arranged at a small distance above the reflector surface 7, and is, that is mechanically held 18 on the reflector 7 through the circuit board 11 and thereby mt the reflector 7 is electrically contacted while standing element via a ⁇ Ab.
  • the decoupling structural element could also be further away from the reflector surface 7 than the double dipole arrangement 3, although influences on the radiation diagram with decoupling that is good per se can then be determined when the distance of the decoupling structural element 17 from Reflector surface is more than half as far away as the dipoles of the double dipole arrangement 3.
  • the arrangement is preferably such that the conductive decoupling structural element 17 in the form of the rod 17a is not more than 1/8 to 1/4 wavelength from that Reflector level is removed.
  • the arrangement can be such that the dipoles 3 ', for example at intervals of 0.1 to 0.5 wavelength, preferably 0.2 to 0.3 wavelength, in particular by 0.25 wavelengths, in front of the reflector surface, the decoupling structural element 17 being at a distance of 0.015 to 0.125 wavelengths, in particular 0.015 to 0.035 wavelengths (ie approx. 1/60 to 1/8, ms - special 1/60 to 1/30 of the wavelength), opposite the reflector surface 7 can have.
  • the decoupling structural element 17 may not be in the form of a rod, but rather in the form of a slot made in the top view of FIG. It is also possible to arrange a conductive surface at a distance in front of the reflector surface, in which a corresponding recess is then made, which has a structure with a longitudinal extension, preferably parallel and lying in the region of the connection or attachment direction 21.
  • the exemplary embodiment according to FIGS. 2a, 2b and 2c differs from the exemplary embodiment explained above in that no decoupling structural element 17 but a cross-shaped decoupling structural element 17b made of two crossing rods is used for the decoupling structural element 17 .
  • a schematic perspective representation of the exemplary embodiment according to FIGS. 2a and 2b is shown in FIG. 2c.
  • the rods 27 are almost perpendicular to one another, the two rods being oriented almost parallel to the polarization planes, ie to the dipoles 3 '.
  • the cross-shaped decoupling structural element 17b with the rods 27 is also conductive again, the two rods 27 being conductively connected to one another at their intersection 29.
  • the longitudinal component in the connecting or mounting direction 21 of the cruciform decoupling structural element 17 thus formed is, for example, 0.25 to 1 wavelength, preferably 0.5 to 0.8 wavelength, in particular by 0.7 wavelength.
  • “Long component” is to be understood as the projection onto the vertical, that is to say onto the direct connecting line between two adjacent radiator modules in the direction of attachment. Due to the symmetrical structure, the extension in the transverse direction to the mounting direction 21 is of equal length, but this need not be mandatory.
  • patch radiators la are used as radiator modules, as are fundamentally derived from the previous publication ITG technical report 128 "Antennas", VDE-Verlag GmbH, Berlin, Offenbach , Page 259 are known.
  • aperture-coupled microstrip patch antennas with a cross-slot or offset-slot arrangement for receiving two orthogonal linear polarizations are known.
  • the patch radiators la have a square structure in plan view and are each aligned with their slot arrangement again at a 45 ° angle to the vertical V in order to be able to receive or send both + 45 ° and -45 ° polarizations.
  • the cross-shaped decoupling structural element 17 is particularly suitable, as it is based on the exemplary embodiment according to the figures 2a and 2b has been described.
  • the exemplary embodiment according to FIGS. 4a and 4b differs from that according to FIGS. 3a and 3b only in that instead of the cross-shaped decoupling structural elements 17b formed in the form of crossing rods 27 and arranged in front of the plane of the reflector 7, a corresponding cross-shaped slot is now used 17c is used as a decoupling structural element, the arrangement and orientation of which can otherwise correspond to the cross-shaped rod arrangement 17b according to FIGS. 3a and 3b.
  • the dimensioning can be similar to that of the cruciform rod arrangement according to FIGS. 3a and 3b.
  • FIGS. 3a only the mechanical anchoring and support of the dipoles 3 on the reflector or the circuit board have been indicated in FIGS.
  • the usual constructions are used, for example, to anchor the individual dipoles to a substrate or a circuit board via the symmetries 14 mentioned and to supply them electrically. If, for example, the dipoles are anchored to the reflector plate and held above them via two webs or arms and are conductively connected to the reflector plate, the dipoles are fed in from the circuit board via separate lines.
  • DE 43 02 905 C2 or other dipole devices known therefrom by way of example only.
  • FIGS. 3a the mechanical support of the dipoles with respect to the reflector or the circuit board is not shown in more detail.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

Ein Antennenarray zum gleichzeitigen Empfangen oder zur gleichzeitigen Abstrahlung elektromagnetischer Wellen mit zwei linearen orthogonalen Polarisationen weist eine Entkopplungseinrichtung (17) zwischen benachbarten Strahlermodulen (1) auf. Diese Entkopplungsreinrichtung ist zwischen zwei in Anbaurichtung (21) benachbarten Strahlermodulen (1) vorgesehen. Die Verbesserung liegt darin, daß zwischen zwei benachbarten Strahlermodulen (1) ein Entkopplungs-Strukturelement (17) vorgesehen ist, welches sich zumindest mit seiner Längskomponente in Anbaurichtung (21) erstreckt, wobei diese Längskomponente eine Länge aufweist, die größer oder gleich 25 % des Strahlermodul-Abstandes (25) zwischen den Zentren bzw. Fußpunkten (23) der entsprechenden benachbarten Strahlermodule (1) beträgt.

Description

ntennenarray
Die Erfindung betrifft ein Äntennenarray zum gleichzeiti- gen Empfangen oder zur gleichzeitigen Abstrahlung elektromagnetischer Wellen mit zwei linearen orthogonalen Polarisationen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Dual polarisierte Antennenarrays, also Strahleranordnun- gen, welche Dipole, Schlitze oder planare Strahlerelemente zum gleichzeitigen Empfangen oder gleichzeitigen Abstrahlen elektromagnetischer Wellen mit zwei orthogonalen linearen Polarisationen, die getrennten und voneinander entkoppelten Ausgangen zugeführt werden, sind hinlänglich bekannt. Dabei können derartige Strahleranordnungen bei¬ spielsweise aus mehreren Elementen in Form von Dipolen, Schlitzen oder Planarstrahlerelementen bestehen, wie sie beispielweise aus der EP 0 685 900 AI oder aus der Vorver- offentlichung "Antennen", 2. Teil, Bibliographisches In- stitut Mannhei /Wien/Zurich, 1970, Seiten 47 bis 50 be¬ kannt sind. Daraus sind beispielsweise bei Rundstrahlern mit horizontaler Polarisation die Formen eines Dipolqua- drates oder eines Dipolkreuzes bekannt, welche eine Kopp¬ lung zwischen den beiden um 90° raumlich versetzten Syste- men aufweisen. Zur Erhöhung der Richtwirkung werden derartige nachfolgend auch als Strahlermodule bezeichnete Strahleranordnungen üblicherweise vor einer reflektierenden Flache, dem sog. Reflektor, angeordnet, wobei bei Planarantennen gleich- zeitig eine metallische Schicht des Substrates als Reflektor fungieren kann.
Zur Erhöhung des Antennengewmns ist es möglich, mehrere dieser Strahlermodule zu Antennenfeldern, sog. Arrays, zusammenzuschalten. Pro Sende- und Empfangsstation ist es dabei durchaus nicht unublich, zehn oder mehr Strahlermodule zu einem Array zusammenzuschalten. Die Strahlermodule können dabei neben- oder untereinander angeordnet werden. Die Richtung, m der die Strahlermodule gerade oder schräg neben- oder untereinander angeordnet werden, soll dabei als Ausrichtung des Antennenarrays bezeichnet werden.
Als nachteilig erweist sich aber nunmehr, daß beim Zu¬ sammenschalten mehrerer Strahlermodule die resultierende Entkopplung der Arrays zwischen den zusammengeschalteten Strahlermodulen beider Polarisationen deutlich schlechter ausfallt als die des Strahlermoduls selbst. Diese nachteiligen Effekte treten vor allem dann auf, wenn die Ausrichtung des Antennenarrays nicht mit einer der beiden Polarisationsebenen zusammenfallt. Hauptsächlich tritt dieser Fall bei Antennenarrays auf, welche so aufgebaut sind, daß die Strahlermodule in Vertikalrichtung überein¬ ander angeordnet sind, wobei die Strahlermodule so ausgerichtet sind, daß sie lineare Polarisationen mit einer Winkel von +45° und -45° bezogen auf die Vertikale empfangen oder abstrahlen. Derartige Antennenarrays mit von der Polarisationsebene abweichender Ausrichtung werder nachfolgend auch kurz als X-polarisierte Arrays bezeich¬ net . Bei derartigen Arrays ist festzustellen, daß u.a. durch die fehlende Übereinstimmung der Ausrichtung des Arrays und der Polarisationsebenen sowie durch die schiefwinklige Lage der Polarisationsebenen zum Reflektor die benachbar- ten Module untereinander relativ stark verkoppeln. Als nicht ausreichend empfundene Entkopplungswerte von bei- spielseise 20 bis 25 dB sind dabei keine Seltenheit.
Da im Mobilfunkbereich bevorzugt die vertikale Polarisa- tion genutzt wird, bietet dieser Antennentyp gegenüber dual polarisierten Antennen mit horizontaler und vertikaler Polarisation den Vorteil, daß auf beiden Polarisationen zur mobilen Station gesendet werden kann.
Es sind bereits Antennenarrays vorgeschlagen worden, welche zur Verbesserung der Entkopplung zwischen den einzelnen Strahlern, d.h. den Strahlermodulen, Trennwände vorsehen, die also senkrecht zu der Anbau- oder Verbindungsrichtung oder -linie zwischen zwei benachbarten Strahlermodulen ausgerichtet sind. Versuche haben nunmehr ergeben, daß eine derartige Konstruktion bei X-polarisier- ten Arrays durch eine festzustellende Polarisationsdrehung meist sogar noch zu einer Verschlechterung der Entkopplung führt, insbesondere bei breitbandigen Antennen.
Schließlich ist auch bekannt, daß bei vertikal überein¬ ander angeordneten Einzelstrahlern mit horizontaler Pola¬ risation horizontal angeordnete Stäbe eine Verbesserung der Entkopplung zwischen den Einzelstrahler bewirken. Diese Verbesserung der Entkopplung betrifft jedoch nur Strahler der gleichen Polarisation und führt bei X-polari- sierten Arrays (bei denen beispielsweise die vertikale Ausrichtung der Arrays, wie erwähnt, nicht mit den linea¬ ren Polarisationen von beispielsweise +45° und -45° über- einstimmt) meist zu keiner Verbesserung der Entkopplung zwischen den verschiedenen polarisierten Speisesystemen.
Ein den vorstehend erläuterten Antennen entsprechendes Äntennenarray ist beispielsweise auch aus der US 3 541 559 bekannt geworden. Das Äntennenarray umfaßt mehrere in einem Antennenfeld angeordnete, d.h. in mehreren horizontalen Reihen und vertikalen Spalten angeordnete, Strahlermodule, wobei jeweils zwischen zwei vertikal bzw. hori- zontal nebeneinander angeordneten Strahlermodulen ein stabformiges Reflektorelement nach Art eines parasitären Reflektors angeordnet ist. Dieses stabformige parasitäre Reflektorelement ist eweils quer zu der zwei benachbarte Strahlermodule verbindende Verbindungslinie ausgerichtet. Diese parasitären Reflektorelemente dienen einer Strahlungsformung, die auch schon bei Verwendung eines einzigen Strahlermoduls wirksam ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, ein X-polaπsiertes Äntennenarray zu schaffen, welches bevorzugt breitbandig eine hohe Entkopplung zwischen den resultierenden Speisesystemen für beide Polarisationen besitzt.
Die Aufgabe wird erfmdungsgemaß entsprechend den im An- spruch 1 angegebenen Merkmalen gelost. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen angegeben .
Es kann als durchaus überraschend bezeichnet werden, daß mit der erfmdungsgemaßen Losung eine gegenüber dem Stand der Technik deutliche Verbesserung der gewünschten Entkopplung der jeweils benachbarten Strahlermodule erzeugbar ist. Wahrend bei vergleichbaren dual polarisierten Antennenarrays (also bei Antennenarrays, bei denen gleichzeitig mit zwei unterschiedlichen polarisierten elektromagnetischen Wellen für die Übertragung gearbeitet ward), welche eine nicht ausreichende Entkopplung aufweisen, es beispielsweise bei einem gegebenen Antennengewinn erforder- lieh war, pro Basisstationsantennen mindestens zwei räumlich versetzte Antennenarrays getrennt für Senden und Empfangen anzuordnen, so können vergleichbare Ergebnisse gemäß der Erfindung heute mit lediglich einem X-polan- sierten Äntennenarray erzielt werden, da hierbei durch die hohe Entkopplung von mehr als bspw. 30 dB das Äntennenarray sowohl zum Senden als auch zum Empfangen genutzt werden kann. Dies fuhrt natürlich zu einem beachtlicher Kostenvorteil .
Damit eignet sich die erfindungsgemaße Losung aufgrund der hohen erzielbaren Entkopplung zwischen den Polarisationen bei Antennenarrays mit hoher vertikaler Bündelung insbesondere für den Mobilfunkbereich .
Erfmdungsgemaß werden diese Vorteile dadurch erzielt, daß zwischen zwei benachbarten Strahlermodulen eine Entkopplungseinrichtung mit einem neuartigen Strukturelement vor¬ gesehen ist. Dieses Strukturelement ist, völlig abweichenc zu den bei z. B. vertikal ausgerichteten Antennenarrays verwendeten horizontalen Trennwanden oder Stäben, genau umgekehrt angeordnet. Das erfindungsgemaße der Entkopplung dienende Strukturelement weist nämlich eine Langserstrek- kung auf, die in vertikaler Anbaurichtung zweier nebeneinander angeordneter Arrays (grundsätzlich auch bei horizor- taler Anbaurichtung zweier nebeneinander angeordneter Arrays) ausgerichtet ist. Mit anderen Worten werden bereits gute Ergebnisse bei einem vertikal ausgerichteten X- polar sierten Array dann erzielt, wenn zwischen zwei übereinander angeordneten Strahlermodulen eine sich m Verti- kalrichtung erstreckender Langsstab oder gegebenenfalls ein in der Reflektorflache oder vor dieser Flache in einer weiteren leitenden Flache vorgesehener Langsschlitz oder ein anderes Strukturelement mit einer länglichen Ausneh- mung oder Ausdehnung eingebracht ist.
Besonders gunstige Ergebnisse werden aber dann erzielt, wenn zwischen zwei benachbarten X-polarisierten Strahlermodulen eine Entkopplungseinrichtung mit einem kreuz- formigen Strukturelement verwendet wird, welches beispielsweise aus zwei sich kreuzenden Einzelstaben (d.h. metallisch leitenden Stäben) oder aus kreuzförmigen Schlitzen bestehen, die in der Reflektorflache oder einer dazu parallel versetztliegenden, metallsich leitenden Fla- ehe eingebracht sind.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform sind dabei die leitenden kreuzförmigen Strukturelemente m ihrem Schnittpunkt leitend miteinander verbunden.
Schließlich erweist es sich auch als gunstig, wenn die kreuzförmigen leitenden Strukturelemente in verschiedenen Ebenen zueinander liegen, die aber im wesentlichen nicht weiter als eine halbe Wellenlange voneinander entfernt liegen sollen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfuhrungsbei- spielen naher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen:
Figur la : eine schematische Draufsicht auf ein ntennenarray mit zwei Strahlermodulen unα einer dazwischen vorgesehenen erfindungs- gemaßen Entkopplungseinrichtung in Drauf¬ sicht; Figur lb : eine Seitenansicht längs der Pfeilπchtung lb in Figur la;
Figur 2a : ein abgewandeltes Ausfuhrungsbeispiel eines erfmdungsgemaßen Antennenarrays mit einer kreuzförmigen Entkopplungseinrichtung in Draufsicht;
Figur 2b : eine Seltendarstellung gemäß der Pfeil- richtung Ilb in Figur 2a;
Figur 2c : eine sche atische Perspektivdarstellung des Ausfuhrungsbeispieles gemäß Figur 2a und Figur 2b;
Figur 3a : ein zu Figur 2a abgewandeltes Ausfuhrungs¬ beispiel, bei welchem als Strahlermodule sog. Patchstrahler verwendet werden;
Figur 3b : eine Seltendarstellung von Figur 3a gemäß
Pfeilrichtung Illb in Figur 3a;
Figur 4a : ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel eines
Antennenarrays in Draufsicht; und
Figur 4b : eine entsprechende Seltendarstellung gemäß
Pfeilrichtung IVb in Figur 4a.
Nachfolgend wird zunächst auf das Ausfuhrungsbeispiel gemäß den Figuren la und lb eingegangen. In diesem Ausfuhrungsbeispiel ist ein Äntennenarray mit zwei Strahlermodulen 1 gezeigt, welche aus einer Doppel-Dipol-An- ordnung 3 bestehen. Es kann sich dabei beispielsweise um einen sog. Kreuzdipol handeln, welcher zwei räumlich um 90 versetzt ausgerichtete Systeme umfaßt, welche getrennt gespeist werden. Abweichend dazu können aber auch andere Doppel-Dipol-Anordnungen eingesetzt werden, bei denen die einzelnen Dipole in Draufsicht, also in Vorzugsabstrahl- richtung, beispielsweise eine quadratische Struktur aufweisen (also ein sog. Dipolquadrat) . Schließlich können auch noch weiter abweichende Strahlermodule zum Empfang von elektromagnetischen Wellen mit zwei linearen orthogonalen Polarisationen verwendet werden, wie sie nachfolgend noch anhand von sog. Patchstrahlern erläutert werden.
Die Strahlermodule 1 sind vor einem Reflektor 7 mit ihren Dipolen im Abstand zum Reflektor 7 auf diesem sitzend montiert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Re- flektor 7 durch eine Metallisierung 9 auf einer Platine 11 gebildet, auf deren Rückseite sich ein Speisenetzwerk 13 befindet, welches die einzelnen Strahlermodule getrennt für die jeweilige Polarisation zusammenschaltet. Die Dipole 3 werden dabei über eine sog. Symmetrierung 14 gegen- über der Platine 11 mechanisch gehalten und elektrisch kontaktiert, d. h. also von der Platine 13 aus gespeist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden gezeigten Strahlermodule 1 in vertikaler Ausrichtung V übereinander und dabei wiederum in paralleler Ausrichtung zur Reflektorebene angeordnet. Die Doppel-Dipolanordnung 3 ist so gewählt, daß mit den Strahlermodulen 1 eine lineare Polarisation von +45° und -45°, bezogen auf die Vertikale V, empfangen werden kann.
Zur Erzielung einer hohen Entkopplung zwischen den beiden Strahlermodulen 1 ist im erläuterten Ausführungsbeispiel gemäß Figur la und lb ferner ein Entkopplungs-Strukturelement 17 vorgesehen, welches aus einem leitenden Stab 17a besteht. Dieser ist im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel mittig zwischen den beiden Strahlermodulen 1 angeordnet, wobei sich der Stab 17a in Verbindungs- oder Anbaurichtung 21 der Strahlermodule 1, also auf der direkten Verbin- dungslinie zwischen den benachbarten Strahlermodulen 1 befindet .
Die Längs- oder Erstreckungskomponente des Entkopplungsstrukturelementes 17 gemäß dem Ausfuhrungsbeispiel nach Figur la bzw. lb ist ≥. als zumindest 1/4 des Abstandes zwischen den beiden benachbarten Zentren oder Fußpunkten 23 der Strahlermodule. Die Langskomponente betragt dabei vorzugsweise mehr als 40 oder 50 % des erwähnten Strahlermodul-Abstandes 25.
Der gezeigte Stab 17a ist in geringem Abstand oberhalb der Reflektorflache 7 angeordnet und wird dabei über ein Ab¬ standselement 18 auf dem Reflektor 7, d. h. mechanisch durch die Platine 11 gehalten und dabei m t dem Reflektor 7 elektrisch kontaktiert. Schließlich konnte das Entkopplungs-Strukturelement aber auch weiter als die Doppel- Dipol-Anordnung 3 von der Reflektorflache 7 entfernt sein, wobei jedoch dann Einflüsse auf das Strahlungsdiagramm bei an sich gleichguter Entkopplung dann festzustellen sind, wenn der Abstand des Entkopplungs-Strukturelementes 17 vo der Reflektorflache mehr als halb so weit entfernt ist wie die Dipole der Doppel-Dipol-Anordnung 3. Bevorzugt ist die Anordnung derart, daß das leitende Entkopplungs-Strukturelement 17 in Form des Stabes 17a nicht weiter als 1/8 bis 1/4 Wellenlange von der Reflektorebene entfernt ist.
Im praktischen Aufbau kann die Anordnung derart sein, daß die Dipole 3' beispielsweise im Abstand von 0,1 bis 0,5 Wellenlangen, vorzugsweise 0,2 bis 0,3 Wellenlangen, ins- besondere um 0,25 Wellenlangen, vor der Reflektorflache sitzen, wobei das Entkopplungs-Strukturelement 17 einen Abstand von 0,015 bis 0,125 Wellenlangen, insbesondere 0,015 bis 0,035 Wellenlangen (also ca. 1/60 bis 1/8, ms- besondere 1/60 bis 1/30 der Wellenlange), gegenüber der Reflektorflache 7 aufweisen kann.
Schließlich kann abweichend vom gezeigten Ausfuhrungsbeispiel das Entkopplungs-Strukturelement 17 nicht in Form eines Stabes, sondern in Form eines in Draufsicht von Figur la deckungsgleich zu dem dort gezeigten Stab m der Reflektorflache 7 eingebrachten Schlitzes stehen. Möglich ist auch eine Anordnung einer leitenden Flache im Abstand vor der Reflektorflache, in der dann eine entsprechende Ausnehmung eingebracht ist, die eine Struktur mit Langserstreckung, vorzugsweise parallel und im Bereich der Verbindungs- oder Anbaurichtung 21 liegend aufweist.
Das Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 2a, 2b und 2c unter- scheidet sich von dem vorstehend erläuterten Ausfuhrungsbeispiel dadurch, daß für das Entkopplungs-Strukturelement 17 kein sich in Verbindungsrichtung 21 erstreckender Stab 17a, sondern ein kreuzförmiges Entkopplungs-Strukturelement 17b aus zwei sich kreuzenden Stäben verwendet wird. Dabei ist in Figur 2c eine schematische Perspektivdarstellung des Ausfuhrungsbeispieles nach Figur 2a und 2b wiedergegeben. Die Stabe 27 stehen in diesem Ausfuhrungsbeispiel nahezu senkrecht aufeinander, wobei die beiden Stäbe jeweils nahezu parallel zu den Polarisationsebenen, d.h. zu den Dipolen 3', ausgerichtet sind. Das kreuzförmige Entkopplungs-Strukturelement 17b mit den Stäben 27 ist ebenfalls wieder leitend, wobei die beiden Stäbe 27 in ihrem Schnittpunkt 29 leitend miteinander verbunden sind. Die Langskomponente m Verbindungs- oder Anbaurichtung 21 des so geformten kreuzförmigen Entkopplungs-Strukturele- mentes 17 betragt dabei beispielsweise 0,25 bis 1 Wellenlange, vorzugsweise 0,5 bis 0,8 Wellenlangen, insbesondere um 0,7 Wellenlangen. Unter "Langskomponente" ist dabei die Projektion auf die Vertikale, also auf die direkte Verbindungslinie zwischen zwei benachbarten Strahlermodulen m Anbaurichtung zu verstehen. Aufgrund des symmetrischen Aufbaus ist die Erstreckung in Querrichtung zur Anbau- richtung 21 gleichlang, was aber nicht zwingend sein muß.
Bei dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figuren 3a und 3b werden abweichend zu dem Ausfuhrungsbeispiel nach Figuren 2a und 2b als Strahlermodule sog. Patchstrahler la verwendet, wie sie grundsatzlich aus der Vorveroffentlichung ITG-Fachbe- richt 128 "Antennen", VDE-Verlag GmbH, Berlin, Offenbach, Seite 259 bekannt sind. Es handelt sich dabei um sog. aperturgekoppelte Microstrip-Patch-Antennen mit einer Kreuzschlitz- oder Offset-Schlitz-Anordnung zum Empfang zweier orthogonaler linearer Polarisationen.
Die Patchstrahler la weisen in Draufsicht quadratische Struktur auf und sind mit ihrer Schlitzanordnung jeweils wieder im 45° Winkel zur Vertikalen V ausgerichtet, um sowohl + 45° als auch -45° Polarisationen empfangen oder senden zu können.
Da aufgrund der quadratischen Struktur dieses Emzel- speise-Systems 1 der effektive Abstand zwischen den Außen- konturen zwischen den beiden Strahlermodulen 1 in Anbaurichtung 21 vergleichsweise kurz bemessen ist, eignet sich insbesondere das kreuzförmige Entkopplungs-Strukturelement 17, wie es anhand des Ausfuhrungsbeispieles nach Figuren 2a und 2b beschrieben wurde. Das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 4a und 4b unterscheidet sich von demjenigen nach den Figuren 3a und 3b nur dadurch, daß anstelle des in Form von sich kreuzenden Stäben 27 gebildeten und vor der Ebene des Reflektors 7 angeordneten kreuzförmigen Entkopplungs-Strukturelemente 17b nunmehr ein entsprechender kreuzförmiger Schlitz 17c als Entkopplungs-Strukturelement verwendet wird, dessen Anordnung und Ausrichtung ansonsten der kreuzförmigen Stabanordnung 17b gemäß Figuren 3a und 3b entsprechen kann. Die Dimensionierung kann dabei ähnlich wie bei der kreuzförmigen Stabanordnung gemäß Figuren 3a und 3b sein.
In den Zeichnungen ist lediglich in den Figuren la bis 2c die mechanische Verankerung und Abstutzung der Dipole 3 auf dem Reflektor bzw. der Platine angedeutet worden. Es werden dazu die üblichen Konstruktionen verwendet, um beispielsweise über die erwähnten Symmetrierungen 14 die einzelnen Dipole an einem Substrat oder einer Platine zu verankern und hierüber elektrisch zu speisen. Werden die Dipole beispielsweise über zwei Stege oder Arme am Reflektorblech verankert und darüber gehalten und stehen mit dem Reflektorblech leitend in Verbindung, so erfolgt die Einspeisung der Dipole von der Platine aus über separate Leitungen. Unter anderem auch hierzu wird nur beispielhaft auf die DE 43 02 905 C2 oder weitere daraus vorbekannte Dipoleinrichtungen verwiesen. In den weiteren Figuren 3a folgende ist die mechanische Abstutzung der Dipole gegenüber dem Reflektor bzw. der Platine nicht näher dargestellt.

Claims

Ansprüche :
1. Äntennenarray zum gleichzeitigen Empfangen oder zur gleichzeitigen Abstrahlung elektromagnetischer Wellen mit zwei linearen orthogonalen Polarisationen, insbesondere mit einem Reflektor (7), mit den folgenden Merkmalen mit zumindest zwei Strahlermodulen (1), wobei durch die Verbindungsrichtung (21), in der die Strahlermodu- le (1) neben- und/oder untereinander angeordnet sind, die Ausrichtung des Antennenarrays vorgegeben ist, die Strahlermodule (1) weisen eine Dipol-Stahler-An- ordnung (3) zum gleichzeitigen Empfangen oder Abstrahlen elektromagnetischer Wellen mit zwei orthogonalen Polarisationen auf, die Verbindungsrichtung (21) des Antennenarrays ist gegenüber der Ausrichtung der beiden orthogonal zueinander stehenden Polarisationsebenen der beiden zu empfangenden oder abzustrahlenden linearen orthogonalen Polarisationen versetzt, mit einer Entkopplungseinrichtung (17) zwischen zwei benachbarten Strahlermodulen (1), dadurch gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale - die Entkopplungseinrichtung (17) umfaßt ein Ent¬ kopplungs-Strukturelement (17), welches sich mit seiner Langskomponente parallel zu der Verbindungsrichtung (21) zweier benachbarter Strahlermodule (21) erstreckt, und - die Langskomponente des jeweiligen Entkopplungs-Struk- turele entes (17) weist eine Lange auf, die > 25 % des Strahlermodul-Abstandes (25) zwischen den Zentren bzw. Fußpunkten (23) der entsprechenden benachbarten Strahlermodule (1) ist.
2. ntennenarray nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Langserstreckung der Langskomponente des Ent- kopplungs-Strukturelementes (17) in Verbindungsrichtung
(21) zumindest 50 % des Strahlermodul-Abstandes (25) be- tragt.
3. Äntennenarray nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Erstreckung der Langskomponente des Entkopplungs-Strukturelementes (17) m Verbindungsrichtung (21) zu dessen Erstreckung in Richtung seiner Querkomponente -. 0,5 ist.
4. ntennenarray nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Langserstreckung in Verbmdungs- richtung (21) zur senkrecht dazu verlaufenden Quererstrek- kung des Entkopplungs-Strukturelementes (17) ≥ 0,7 und < 1,5, vorzugsweise ≥ 0,9 und < 1,1, insbesondere um 1,0 ist.
5. Äntennenarray nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Entkopplungs-Strukturelement (17) zumindest ein sich mit seiner Langskomponente in Verbindungsrichtung (21) erstreckender elektrisch leitender Stab (17a) oder ein sich im wesentlichen in Verbindungsrichtung (21) erstreckendes Langselement ist.
6. Äntennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Entkopplungs-Strukturelement (17) aus zumindest einem sich mit seiner Langskomponente in Verbindungsrichtung (21) erstreckenden Schlitz (17c) besteht .
7. Äntennenarray nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Schlitz (17c) im Reflektor (7) oder in einer vor den Reflektor beabstandet angeordneten separaten leitenden Flache ausgebildet ist.
8. Äntennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Entkopplungs-Strukturelement (17, 17a) zumindest nahezu parallel zur direkten Verbindungslinie und damit der Verbindungsrichtung (21) zwischen zwei benachbarten Strahlermodulen (1) ausgerichtet und dabei bevorzugt auf der direkten Verbindungslinie zwischen zwei benachbarten Entkopplungs-Strukturelementen (17, 17a) erstreckt .
9. Äntennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Entkopplungs-Strukturelement (17) aus einer kreuzförmigen Anordnung (17b, 17c, 17d) besteht.
10. Äntennenarray nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Entkopplungs-Strukturelement (17) aus zwei oder einem Vielfachen davon, zumindest naherungsweise rechtwinkelig zueinander angeordneten Stäben (27) besteht, die leitend sind und die in ihrer jeweiligen Langserstreckung parallel zu den beiden orthogonal zueinander ausgerichteten Polarisationen ausgerichtet sind.
11. Äntennenarray nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die kreuzförmige Anordnung (17b) vorzugsweise m Form von kreuzweise zueinander und parallel zur Reflektor- ebene (7) angeordneten Stäbe (27b) m ihrem Schnittpunkt (29) leitend verbunden sind.
12. Äntennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da- durch gekennzeichnet, daß die kreuzförmige Anordnung aus einer kreuzförmigen Schlitzanordnung (17c) besteht, die im Reflektor (7) oder in einer vor dem Reflektor (7) angeordneten leitenden Flache ausgebildet ist.
13. Äntennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungs-Strukturelemen- te (17) auf unterschiedlichen Abstandsebenen gegenüber dem Reflektor (7) angeordnet sind, wobei der Abstand von der Reflektorebene kleiner oder gleich eine halbe Wellenlange der zu empfangenden oder auszustrahlenden elektromagnetischen Wellen ist.
14. Äntennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungs-Strukturelement (17) symmetrisch zur direkten Verbindungslinie zwischen zweier benachbarter Strahlermodule (1) und damit symmetrisch zur Verbindungsrichtung (21) ausgebildet.
15. Äntennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da- durch gekennzeichnet, daß das Entkopplungs-Strukturelement
(17) symmetrisch zu einer Mittelquerebene senkrecht zur direkten Verbindungslinie zwischen zwei benachbarten Strahlermodulen (1) ausgebildet ist.
16. Äntennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Entkopplungs-Strukturelement (17) symmetrisch zu jeweils zwei aufeinander senkrecht stehenden Ebenen ausgerichtet ist, welche parallel zu den beiden orthogonal zueinander ausgerichteten Polarisationsebenen zum Empfang der elektromagnetischen Wellen liegen.
17. Äntennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da- durch gekennzeichnet, daß die beiden senkrecht zueinander stehenden Komponenten der kreuzförmigen Anordnung (17b, 17c, 17d) des Entkopplungs-Strukturelementes (17) parallel zu den beiden orthogonal zueinander stehenden Polari- sationsebenen der beiden zu empfangenden oder abzustrah- lenden linearen orthogonalen Polarisationen ausgerichtet sind.
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