EP0916169A1 - Antenna system - Google Patents

Antenna system

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EP0916169A1
EP0916169A1 EP98930740A EP98930740A EP0916169A1 EP 0916169 A1 EP0916169 A1 EP 0916169A1 EP 98930740 A EP98930740 A EP 98930740A EP 98930740 A EP98930740 A EP 98930740A EP 0916169 A1 EP0916169 A1 EP 0916169A1
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EP
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plane
radiator
slots
reflector
antenna arrangement
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EP98930740A
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Max GÖTTL
Georg Klinger
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Kathrein SE
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Kathrein Werke KG
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Abstract

The invention relates to an enhanced dual polarized antenna system for transmitting and receiving electromagnetic waves whose cruciform transmitter module is directed at an angle of + 45° and -45° in relation to the vertical and consequently in relation to a preferably horizontal cross-section. Preferably, the inventive system is provided with a reflector which is arranged backwards in relation to the at least one transmitter module. The inventive system is characterized by the following features: a) two side wall sections (15) are provided in the horizontal cross-section (9) and arranged sideways from the at least one transmitter module (3); b) both sidewall sections (15) are arranged perpendicular to the horizontal cross-section (9), i.e. vertically mounted, and c) at least one slit (17) is included in the sidewall sections (15) on the horizontal cross-section (9) in relation to said transmitter module (3).

Description

AntennenanordnungAntenna arrangement
Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung zum Abstrah- len und Empfangen von elektromagnetischen Wellen, insbesondere eine dualpolarisierte Antenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an antenna arrangement for emitting and receiving electromagnetic waves, in particular a dual-polarized antenna according to the preamble of claim 1.
Horizontal oder auch vertikal polarisierte Strahleranord- nungen, beispielsweise in Form von in der Polarisationsebene angeordneten Dipolen, quer dazu angeordneten Schlitzen oder in Form von planaren Strahlerelementen, wie Patchstrahlern, sind hinlänglich bekannt. Im Fall von horizontal polarisierten Strahleranordnungen sind dabei die Dipole horizontal angeordnet. Entsprechende Strahleranordnungen in Form von Schlitzen sind in diesem Fall vertikal angeordnet. Ebenfalls sind Strahleranordnungen bekannt, welche zum gleichzeitigen Abstrahlen und Empfangen von Wellen mit zwei orthogonalen Polarisationen verwendet wer- den können, die nachfolgend auch als dualpolarisierte Antennen bezeichnet werden. Entsprechende Strahleranordnun- gen, beispielsweise aus mehreren Elementen in Form von Dipolen, Schlitzen oder Planarstrahlerelementen, sind aus der EP 0 685 909 A 1 oder aus der Vorveröffentlichung "Antennen", 2. Teil, Bibliographisches Institut Mannheim- /Wien/ Zürich, 1970, Seiten 47 bis 50 bekannt.Radiator arrangements which are horizontally or vertically polarized, for example in the form of dipoles arranged in the polarization plane, slots arranged transversely thereto or in the form of planar radiator elements, such as patch radiators, are well known. In the case of horizontally polarized radiator arrangements, the dipoles are arranged horizontally. Corresponding radiator arrangements in the form of slots are arranged vertically in this case. Radiator arrangements are also known which can be used for the simultaneous emission and reception of waves with two orthogonal polarizations, which are also referred to below as dual-polarized antennas. Corresponding radiator arrangements gene, for example from several elements in the form of dipoles, slots or planar emitter elements, are from EP 0 685 909 A1 or from the previous publication "antennas", Part 2, Bibliographisches Institut Mannheim- / Vienna / Zurich, 1970, pages 47 to 50 known.
Zur Erhöhung der Richtwirkung werden diese Strahleranordnungen üblicherweise vor einer reflektierenden Fläche, dem sogenannten Reflektor angeordnet. Weiterhin hat sich für Mobilfunkanwendungen eine schiefwinklige Anordnung von dual polarisierten Strahleranordnungen, beispielsweise +45° oder -45°, als günstig erwiesen, so daß jedes System eine lineare Polarisation von +45° oder -45° abstrahlt und beide wiederum orthogonal zueinander sind.To increase the directivity, these radiator arrangements are usually arranged in front of a reflecting surface, the so-called reflector. Furthermore, an oblique-angled arrangement of dual polarized radiator arrangements, for example + 45 ° or -45 °, has proven to be favorable for mobile radio applications, so that each system emits a linear polarization of + 45 ° or -45 ° and both are in turn orthogonal to one another.
Als nachteilig erweist sich bei den verschiedenen Strahlertypen, daß bei +/-450 Polarisation diese nur in der Hauptstrahlrichtung diese exakte Ausrichtung aufweist . Je nach Strahlertyp wird die Ausrichtung der Polarisation bei großer Winkelabweichung von der HauptStrahlrichtung mehr oder weniger von den gewünschten +45° oder -45° abweichen und ist somit abhängig von der Ausbreitungsrichtung. Ist der Strahlertyp beispielsweise ein +45° oder -45° ausgerichteter Dipol, so ist dies anschaulich nachvollziehbar. Da in der jeweiligen Abstrahlrichtung nur die Projektion des Dipols in Erscheinung tritt, ist beispielsweise senkrecht zur Hauptstrahlrichtung die Polarisation nahezu vertikal.A disadvantage of the various types of radiators is that at +/- 45 ° polarization, this polarization has this exact alignment only in the main beam direction. Depending on the type of radiator, the orientation of the polarization will deviate more or less from the desired + 45 ° or -45 ° in the event of a large angle deviation from the main beam direction and is therefore dependent on the direction of propagation. If the radiator type is, for example, a dipole aligned at + 45 ° or -45 °, this is clearly understandable. Since only the projection of the dipole appears in the respective radiation direction, the polarization, for example perpendicular to the main beam direction, is almost vertical.
Bei +45°/-45° dualpolarisierten Antennen ist es aber er- wünscht, daß die Ausrichtung der linearen Polarisation un abhängig, d.h. zumindest weitgehend unabhängig von der Ab Strahlrichtung ist. Dies bedeutet bei schiefwinkligen Po larisationsebenen, die beispielsweise mit +45° und -45 o ausgerichtet sein können, daß auch bei der vektoriellen Zerlegung des Feldstärkevektors in einen horizontalen und einen vertikalen Anteil die Strahlungsdiagramme der vertikalen und horizontalen Einzelkomponenten die gleiche Halbwertsbreite wie die Summenkomponente aufweisen sollen.With + 45 ° / -45 ° dual polarized antennas, however, it is wishes that the alignment of the linear polarization is independent, ie at least largely independent of the beam direction. This means in the case of oblique-angled polarization planes, which can be aligned, for example, with + 45 ° and -45 o, that even when the field strength vector is broken down into a horizontal and a vertical portion, the radiation diagrams of the vertical and horizontal individual components have the same half-width as the sum component should.
Bei Mobilfunkanwendungen wird vorzugsweise mit großen horizontalen Halbwertsbreiten von 60° - 120° gearbeitet; somit bewirkt hierbei der angeführte Effekt der Abhängigkeit der Polarisationsausrichtung von der Abstrahlrichtung bei den meisten Strahlertypen, daß bei den horizontalen Strahlungsdiagrammen der vertikalen und horizontalen Einzel - komponenten die Halbwertsbreite der vertikalen Komponente größer ist als die Halbwertsbreite der horizontalen Komponente .In the case of mobile radio applications, preference is given to working with large horizontal half-widths of 60 ° to 120 °; the effect of the dependence of the polarization orientation on the radiation direction on most radiator types means that in the horizontal radiation diagrams of the vertical and horizontal individual components the half width of the vertical component is greater than the half width of the horizontal component.
Als nachteilig erweist sich somit bei Antennen mit schiefwinkliger Polarisation, insbesondere mit einer Ausrichtung der Polarisationsebene von +45° und -45°, daß es mit einfachen Mitteln nicht möglich ist, Halbwertsbreiten von mehr als 85° - 90° realisieren zu können und weiterhin es mit den bisher bekannten Mitteln nicht möglich ist, eine nahezu konstante Ausrichtung der Polarisation zu erreichen.A disadvantage of antennas with oblique polarization, in particular with an orientation of the polarization plane of + 45 ° and -45 °, is that it is not possible with simple means to realize half-widths of more than 85 ° -90 ° and still it it is not possible to achieve an almost constant orientation of the polarization with the previously known means.
Ferner ist bekannt, daß vertikal angeordnete Schlitzstrah- ler, welche beispielsweise mittels eines Koaxialkabels oder einer Streifenleitung oder einer Triplate-Struktur angeregt werden, eine horizontal polarisierte Strahlungscharakteristik mit einer vergleichsweise großen horizonta- len Halbwertsbreite aufweisen können.It is also known that vertically arranged slot beams Those who are excited, for example, by means of a coaxial cable or a strip line or a triplate structure can have a horizontally polarized radiation characteristic with a comparatively large horizontal half-value width.
Zur Erzielung definierter Halbwertsbreiten wird beispielsweise gemäß der EP 0 527 417 A 1 vorgeschlagen, mehrere versetzte Schlitze, welche mittels einer Streifenleitung gespeist werden, zur Diagrammformung zu nutzen. Nachteilig bei dieser Ausführung ist allerdings, daß diese Schlitze eine kleinere Halbwertsbreite als der Einzelstrahler aufweisen, d.h. eine weitere Vorbündelung erfolgt.To achieve defined half-value widths, it is proposed, for example in accordance with EP 0 527 417 A1, to use a plurality of staggered slots, which are fed by means of a strip line, for forming the diagram. A disadvantage of this design, however, is that these slots have a smaller half-width than the single radiator, i.e. there is a further pre-bundling.
Aus der gattungsbildenden Vorveröffentlichung US 5,481,272 ist eine zirkularpolarisierte Antennenanordnung bekannt geworden. Das Strahlermodul besteht aus zwei kreuzförmig zueinander angeordneten Dipolen, welche in Diagonalausrichtung in einer in Draufsicht quadratischen Reflektorbox angeordnet sind. Mit anderen Worten bildet der parallel zu den Dipol -Flächen angeordnete Reflektorbox-Boden die eigentliche Reflektorebene, welche umlaufend mit senkrecht zur Reflektorebene ausgerichteten leitenden Begrenzungswänden versehen ist. Diese Vorveröffentlichung beschreibt somit eine Kreuzdipolanordnung für Zirkularpolarisationen.A circularly polarized antenna arrangement has become known from the generic publication US Pat. No. 5,481,272. The radiator module consists of two cross-shaped dipoles, which are arranged diagonally in a reflector box that is square in plan view. In other words, the reflector box base arranged parallel to the dipole surfaces forms the actual reflector plane, which is provided all round with conductive boundary walls oriented perpendicular to the reflector plane. This prior publication thus describes a cross dipole arrangement for circular polarizations.
Aus der DE VITO, G. et al . : I proved Dipol-Panel for Cir- cular Polarization. In: IEEE Transactions on Broadcasting, Vol. BC-28, No. 2, June 1982, Seiten 65 bis 72 ist eine Kreuzdipolanordnung ebenfalls für Zirkularpolarisationen als bekannt zu entnehmen, bei welcher die Form des Reflektors für die Beeinflussung des Strahlungsdiagramms benutzt wird. Das Reflektorblech ist hier ebenfalls wieder in Draufsicht zu dem darüber diagonalförmig ausgerichteten Dipolkreuz quadratisch geformt und von beispielsweise im 45° Winkel zur Reflektorebene ausgerichteten umlaufenden Reflektorwänden umgeben.From DE VITO, G. et al. : I proved Dipol-Panel for Circular Polarization. In: IEEE Transactions on Broadcasting, Vol. BC-28, No. 2, June 1982, pages 65 to 72 is a cross dipole arrangement also for circular polarizations as known, in which the shape of the reflector is used to influence the radiation pattern. Here, too, the reflector plate is square again in plan view of the dipole cross, which is diagonally aligned above it, and is surrounded, for example, by surrounding reflector walls oriented at a 45 ° angle to the reflector plane.
Aus der DE-GM 71 42 601 ist ein typisches Richterstrahler- feld für zirkuläre oder elektrische Polarisationen zum Aufbau von Rundstrahlantennen bekannt .DE-GM 71 42 601 discloses a typical judge radiator field for circular or electrical polarizations for the construction of omnidirectional antennas.
Schließlich beschreibt die Vorveröffentlichung EP 0 730 319 AI eine Antennenanordnung mit zwei in Vertikalaus- richtung im Abstand übereinander angeordneten Dipolantennen, die vor einem Reflektorblech sitzen. Das Reflektorblech ist dabei mit zwei seitlichen außenliegenden Reflektorabschnitten bzw. Reflektorflügeln versehen, die um eine vertikal und parallel zu den Dipolen verlaufende Knickkan- te nach vorne abgewinkelt sind. Dadurch soll die Antennencharakteristik verändert werden, um eine seitliche Ab- strahlung zu unterbinden. Dazu wird bevorzugt ein Kantwinkel für die Seitenreflektorteile verwendet, der zwischen 45° bis 90° beträgt, also bei 90° senkrecht zur Reflektor- ebene steht.Finally, the prior publication EP 0 730 319 A1 describes an antenna arrangement with two dipole antennas which are arranged one above the other in the vertical direction and are located in front of a reflector plate. The reflector plate is provided with two lateral outer reflector sections or reflector wings, which are angled forward about a bend edge that runs vertically and parallel to the dipoles. This is intended to change the antenna characteristics in order to prevent lateral radiation. For this purpose, an edge angle is preferably used for the side reflector parts, which is between 45 ° to 90 °, ie at 90 ° perpendicular to the reflector plane.
Zudem ist diese Antenne ferner noch mit zwei zusätzlichen auf der Reflektorfläche aufgesetzten und zwischen den abgewinkelten seitlichen Reflektorabschnitten und den in Vertikalausrichtung sitzenden Dipolen liegenden Reflektor- schienen versehen, die in der Mitte mit einem Längsschlitz ausgestattet sind. Die Längsschlitze liegen dabei zwischen den beiden Vertikal -Dipolen und werden in Seitenansicht über die außenliegenden Reflektorblechabschnitte über- deckt .In addition, this antenna is also equipped with two additional reflectors placed on the reflector surface and lying between the angled lateral reflector sections and the dipoles sitting in the vertical orientation. rails, which are equipped with a longitudinal slot in the middle. The longitudinal slots lie between the two vertical dipoles and are covered in side view over the outer reflector plate sections.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von einer nach dem gattungsbildenden Stand der Technik bekannten dualpolarisierten Antenne, deren lineare Polarisatio- nen in einem Winkel von +45° und -45° bezogen auf die Vertikale ausgerichtet sind, eine deutliche Verbesserung dahingehend zu schaffen, daß eine Verbreiterung der Strahlungscharakteristik in der gewünschten Ausstrahlungsebene, d.h. insbesondere in der horizontalen Ausstrahlungsebene ermöglicht wird.It is an object of the present invention to provide a significant improvement, starting from a dual-polarized antenna known from the generic state of the art, whose linear polarizations are oriented at an angle of + 45 ° and -45 ° with respect to the vertical, that a broadening of the radiation characteristics in the desired radiation level, ie is made possible in particular in the horizontal emission plane.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange- geben.The object is achieved according to the features specified in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Durch die vorliegende Erfindung wird mit relativ einfachen Mitteln gegenüber allen bisher bekannt gewordenen Lösungen die Konstanz der Polarisationsausrichtung des Feldstärke- vektors in einer gewünschten Ausbreitungsebene deutlich verbessert und damit das Strahlungsdiagramm in dieser Ausbreitungsebene deutlich verbreitert.By means of the present invention, the constancy of the polarization orientation of the field strength vector in a desired propagation plane is significantly improved with relatively simple means compared to all previously known solutions, and thus the radiation diagram is significantly broadened in this propagation plane.
Dabei ist überraschend und interessant, daß die seitlich von den Strahlermodulen vorgesehenen Schlitze gleichzeitig von den +45° -Polarisationskomponenten wie auch den -45°- Polarisationskomponenten angeregt werden. Obgleich man erwarten sollte, daß dies zu einer Verringerung und Entkopplung zwischen den +45° -Polarisationskomponenten und den -45° -Polarisationskomponenten führen könnte, tritt jedoch das Gegenteil ein. Dabei ist es erfindungsgemäß möglich die Schlitze und Abmaße derart zu bestimmen, daß der Strahlungsbeitrag der Schlitze keine oder nur eine geringfügige Phasenverschiebung gegenüber dem vertikalen Polarisationsanteil bewirkt und somit zu einer deutlichen Verbesserung der Polarisationsausrichtung der +45°/-45° polarisierten Antennen beiträgt. Die optimale Abstrahlcharakteristik wird dann erzielt, wenn, wie erfindungsgemäß vorgesehen ist, die Schlitze in den Seitenwandab- schnitten derart gewählt sind, daß diese außerhalb ihrer Resonanz strahlen.It is surprising and interesting that the slots provided on the side by the radiator modules simultaneously are excited by the + 45 ° polarization components as well as the -45 ° polarization components. Although it should be expected that this could result in a decrease and decoupling between the + 45 ° polarization components and the -45 ° polarization components, the opposite is true. It is possible according to the invention to determine the slots and dimensions in such a way that the radiation contribution of the slots causes no or only a slight phase shift with respect to the vertical polarization component and thus contributes to a significant improvement in the polarization alignment of the + 45 ° / -45 ° polarized antennas. The optimum radiation characteristic is achieved if, as is provided according to the invention, the slots in the side wall sections are selected such that they radiate outside of their resonance.
Aus der EP 0 739 051 AI ist zwar eine aus mehreren Schichten aufgebaute Antenne bekannt, die durch in der Grund- platte eingebrachte rechteckförmige Ausnehmungen, sogenannte Aperturen, festgelegt ist. In diese primären Aperturen ragen jeweils gegenüberliegend vertikal und quer dazu um 90° versetzt liegend horizontal ausgerichtete Anregungsstifte, worüber die Anregung der Antenne erfolgt.From EP 0 739 051 A1 an antenna made up of several layers is known, which is fixed by means of rectangular recesses, so-called apertures, made in the base plate. In these primary apertures, horizontally oriented excitation pins project vertically opposite and at 90 ° to each other, which are used to excite the antenna.
Um nunmehr die Halbwertsbreite der Strahlungskeule in horizontaler Hauptausbreitungsrichtung zu verbessern, ist in der Antennenebene liegend seitlich neben der primären Apertur jeweils ein weiterer rechteckförmiger Schlitz ein- gebracht, in den bevorzugt ebenfalls noch weitere hori- zontale Ankoppelstifte ragen können. Hierdurch soll die Halbwertsbreite der Strahlungskeule in der Schnittebene der Ankoppelstifte vergrößert werden.In order to improve the half-value width of the radiation lobe in the horizontal main direction of propagation, a further rectangular slit is made in the antenna plane lying to the side next to the primary aperture, in which preferably also further horizontal slots zonal coupling pins can protrude. This is intended to enlarge the half-value width of the radiation lobe in the sectional plane of the coupling pins.
Völlig andersartig ist jedoch die erfindungsgemäße Antennenanordnung aufgebaut. Zwar werden bei der erfindungsgemäßen Lösung ebenfalls seitlich liegende Schlitze vorgesehen. Diese Schlitze finden aber keine Anwendung bei einer Antenne mit Schichtaufbau, sondern bei einer Dipol - anordnung oder einem Patchstrahler. Vor allem aber ist die erfindungsgemäße Antenne mit einer Polarisationsausrichtung von +45° und -45° gegenüber der Vertikalen ausgerichtet. Völlig überraschend ist dabei, daß durch die erfindungsgemäße Lösung eine Verbesserung der Breitencharakte- ristik in Hauptstrahlrichtung erzielt werden kann, ohne daß es zu einer Verschlechterung der Entkopplung beider Polarisationen kommt. Denn bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die seitlich von den Strahlermodulen vorgesehenen Schlitze gleichzeitig von den +45° -Polarisations- komponenten und den -45° -Polarisationskomponenten angeregt. Dabei sollte man erwarten, daß dies zu einer Verringerung der Entkopplung zwischen den +45° und -45° Polarisationen führen würde.However, the antenna arrangement according to the invention is constructed in a completely different way. Lateral slots are also provided in the solution according to the invention. However, these slots are not used for an antenna with a layer structure, but for a dipole arrangement or a patch radiator. Above all, however, the antenna according to the invention is oriented with a polarization orientation of + 45 ° and -45 ° with respect to the vertical. It is completely surprising that the solution according to the invention can improve the width characteristic in the main beam direction without the decoupling of both polarizations being impaired. In the solution according to the invention, the slots provided on the side by the radiator modules are simultaneously excited by the + 45 ° polarization components and the -45 ° polarization components. It should be expected that this would lead to a reduction in the decoupling between the + 45 ° and -45 ° polarizations.
Zudem ist völlig überraschend, daß bei der erfindungsgemäßen Antennenanordnung die Schlitze durch Abmaße und Lage derart abgestimmt werden können, daß der Strahlungsbeitrag der Schlitze keine oder nur eine geringfügige Phasenverschiebung gegenüber dem vertikalen Polarisationsanteil be- wirkt und somit zu einer deutlichen Verbesserung der Pola- risationsausrichtung der +450/-45° polarisierten Antenne beiträgt (bei andersartiger Abstimmung und Lage würden zirkulare Anteile entstehen) .In addition, it is completely surprising that, in the antenna arrangement according to the invention, the dimensions and position of the slots can be adjusted in such a way that the radiation contribution of the slots causes no or only a slight phase shift with respect to the vertical polarization component and thus leads to a significant improvement in the polarization risk orientation of the +45 0 / -45 ° polarized antenna contributes (if the tuning and position were different, circular portions would arise).
Schließlich ergeben sich die erfindungsgemäßen Vorteile auch dann, wenn bei einem vorgesehenen Reflektor aus der Reflektorebene vorstehende Seitenwände vorgesehen sind, in welche etwa in Höhe des Primärstrahlers gegenüberliegende Schlitze eingebracht sind. Hierdurch erfolgt eine elektro- magnetische Verkopplung mit dem Primärstrahler, wodurch nunmehr in unerwarteter Weise das Strahlungsdiagramm verbreitert werden kann.Finally, the advantages according to the invention also result if, in the case of a reflector provided, side walls protruding from the reflector plane are provided, into which slots opposite one another are introduced, approximately at the level of the primary radiator. This results in an electromagnetic coupling with the primary radiator, which means that the radiation diagram can now be widened in an unexpected manner.
Durch die erfindungsgemäß am Reflektor vorgesehenen und aus der Reflektorebene vorzugsweise vorstehenden Seitenwände mit den darin eingebrachten Schlitzen kann überraschenderweise die Amplitude und Phase der durch die angekoppelten Schlitze abgestrahlten Wellen in positiver Weise beeinflußt werden. Erreicht werden kann dadurch, daß in Hauptstrahlrichtung und in rückwärtiger Richtung Auslöschungen erfolgen, und daß orthogonal zur Hauptstrahlrich- tung additive Überlagerungen erzielt werden und somit eine Verbreiterung der Strahlungscharakteristik erfolgt.The amplitude and phase of the waves emitted by the coupled slots can surprisingly be influenced in a positive manner by the side walls with the slots provided on the reflector and preferably protruding from the reflector plane. It can be achieved that extinguishments take place in the main beam direction and in the backward direction, and that additive superimpositions are achieved orthogonally to the main beam direction, thus widening the radiation characteristic.
Als positiv und überraschend kann ferner angemerkt werden, daß die erfindungsgemäße Antennenanordnung eine breitban- dige Charakteristik aufweist.It can also be noted as positive and surprising that the antenna arrangement according to the invention has a broadband characteristic.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei- spielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen im einzelnen:The invention is described below with reference to exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings explained. The individual shows:
Figur 1 : ein erstes schematisches Ausführungsbeispiel einer dualpolarisierten Antennenanordnung ;Figure 1: a first schematic embodiment of a dual polarized antenna arrangement;
Figur 2 : eine schematische horizontale Querschnittsdarstellung durch das Ausführungs- beispiel nach Figur 1 ;FIG. 2 shows a schematic horizontal cross-sectional representation through the exemplary embodiment according to FIG. 1;
Figur 3 : ein Diagramm zur Erläuterung eines Strahlungsdiagramms bei Verwendung einer herkömmlichen Anordnung; undFigure 3 is a diagram for explaining a radiation diagram when using a conventional arrangement; and
Figur 4 : ein entsprechendes Diagramm zu Figur 3 unter Verwendung einer erfindungsgemäßen dualpolarisierten Antennenanordnung .Figure 4: a corresponding diagram to Figure 3 using a dual polarized antenna arrangement according to the invention.
In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und 2 ist ein dualpolarisiertes Antennenarray 1 mit mehreren Primärstrahlern in Vertikalausrichtung gezeigt, dessen Strahlermodule 3 nach Art von Kreuzmodulen 3a gebildet sind. Andere kreuzmodulförmige Konstruktionen sind ebenso möglich, z.B. in Form von quadratisch angeordneten Dipolmodu- len.In the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2, a dual-polarized antenna array 1 with a plurality of primary radiators in a vertical orientation is shown, the radiator modules 3 of which are formed in the manner of cross modules 3a. Other cross module designs are also possible, e.g. in the form of square dipole modules.
Dieses Antennenarray ist so aufgebaut, daß die Strahlermodule 3 nach Art von Kreuzmodulen 3a so ausgerichtet sind, daß sie lineare Polarisationen mit einem Winkel von +45° und -45° bezogen auf die Vertikale (bzw. bezogen auf die Horizontale) empfangen oder abstrahlen. Ein derartiges Antennenarray wird nachfolgend auch kurz als X-polarisiertes Antennenarray bezeichnet .This antenna array is constructed in such a way that the radiator modules 3 are aligned in the manner of cross modules 3a in such a way that they have linear polarizations at an angle of + 45 ° and -45 ° with respect to the vertical (or with respect to the Horizontal) receive or radiate. Such an antenna array is also referred to below as an X-polarized antenna array.
Die Strahlermodule 3 sitzen im gezeigten Ausführungsbei- spiel vor einer reflektierenden Fläche, dem sogenannten Reflektor 7, wodurch die Richtwirkung erhöht wird. Sie werden durch ihre Strahlerfüße oder -symmetrierungen 3b am Reflektor 7 befestigt und gehalten.In the exemplary embodiment shown, the radiator modules 3 sit in front of a reflecting surface, the so-called reflector 7, which increases the directivity. They are attached and held on the reflector 7 by their radiator feet or symmetries 3b.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Dipolebene in +45° bzw. -45° gegenüber der Vertikalen ausgerichtet, d.h. gegenüber der horizonalen Schnittebene 9.In the exemplary embodiment shown, the dipole plane is oriented at + 45 ° or -45 ° with respect to the vertical, i.e. compared to the horizontal cutting plane 9.
Quer zu dieser horizonalen Schnittebene 9 und quer zur Reflektorebene 11 sind in horizontaler Richtung beabstandet im Seitenbereich 13 des Reflektors 7 zwei Seitenwandabschnitte 15 vorgesehen, die sich im gezeigten Ausführungs- beispiel parallel zueinander erstrecken. Die Seitenwandab- schnitte 15 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel Teil des Reflektors 7 und können Teil eines Reflektorelementes oder -bleches sein, bei welchem die Seitenwandabschnitte durch Hoch- oder Umbiegen gebildet sind.Transversely to this horizontal sectional plane 9 and transversely to the reflector plane 11, two side wall sections 15 are provided in the side region 13 of the reflector 7, spaced in the horizontal direction and extending parallel to one another in the exemplary embodiment shown. In the exemplary embodiment shown, the side wall sections 15 are part of the reflector 7 and can be part of a reflector element or sheet, in which the side wall sections are formed by bending up or bending over.
Die Seitenwandabschnitte 15 sind somit quer, d.h. im gezeigten Ausführungsbeispiel senkrecht zur Reflektorebene 11 ausgerichtet und stehen über die Reflektorebene 11 vor, und zwar auf der Seite, auf der die Strahlermodule 3 angeordnet sind, die in Frontansicht des Antennenarrays 1 zwi- sehen den beiden parallel zueinander verlaufenden Seiten- wandabschnitten 15 zu liegen kommen.The side wall sections 15 are thus aligned transversely, ie perpendicularly to the reflector plane 11 in the exemplary embodiment shown, and protrude above the reflector plane 11, specifically on the side on which the radiator modules 3 are arranged, which, in the front view of the antenna array 1, see the two in parallel mutually extending side wall sections 15 come to rest.
In Höhe der Strahlermodule 3 sind jeweils in den Seitenwandabschnitten 5 Schlitze 17 eingebracht, die sich paral- lel zur Reflektorebene 11 und damit parallel zur Dipol - ebene 19 erstrecken, die aus der Ebene, in der die Dipole 3, 3a zu liegen kommen, festgelegt ist.At the level of the radiator modules 3, slots 17 are made in each of the side wall sections 5, which extend parallel to the reflector plane 11 and thus parallel to the dipole plane 19, which are determined from the plane in which the dipoles 3, 3a lie is.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist der Abstand zwischen der Dipolebene 19 und der Reflektorebene 11 größer als der Abstand 21 zwischen den Schlitzen 17 und der Reflektorebene 11.As can be seen from FIG. 2, the distance between the dipole plane 19 and the reflector plane 11 is greater than the distance 21 between the slots 17 and the reflector plane 11.
Die Lage und Maße der Schlitze, insbesondere deren Längs- erstreckung sowie deren Breite, sind unterschiedlich wählbar und werden bevorzugt so abgestimmt, daß die Amplitude und Phase der durch die angekoppelten Schlitze abgestrahlten Welle bzw. abgestrahlten horizontalen Polarisationskomponente der elektromagnetischen Welle dergestalt sind, daß in Hauptstrahlrichtung 23 und in rückwärtiger Richtung eine Auslöschung erfolgt und orthogonal zur Hauptstrahl - richtung additive Überlagerungen erzielt werden, sowie eine möglichst geringe Phasenverschiebung zur vertikalen Polarisationshauptkomponente erreicht wird. Dabei wird bevorzugt eine Schlitzlänge gewählt, die im Bereich von einem Viertel der Wellenlänge bis zu einer ganzen Wellenlänge liegt.The position and dimensions of the slots, in particular their longitudinal extension and their width, can be selected differently and are preferably adjusted so that the amplitude and phase of the wave emitted by the coupled slots or the emitted horizontal polarization component of the electromagnetic wave are such that in The main beam direction 23 and an extinction take place in the rear direction and additive superimpositions are achieved orthogonally to the main beam direction, and the smallest possible phase shift to the vertical polarization main component is achieved. In this case, a slot length is preferably selected which is in the range from a quarter of the wavelength to an entire wavelength.
Ferner wird dadurch das Strahlungsdiagramm in der bereits erwähnten Weise verändert, daß in der zur Hauptstrahlrich- tung orthogonal stehenden und zur Hauptausbreitungs- oder horizontalen Schnittebene 9 parallel verlaufenden bzw. in dieser Hauptausbreitungsebene 9 liegenden Seitenstrahl - richtung 25, d.h. im gezeigten Ausführungsbeispiel in ho- rizontaler Seitenabstrahlrichtung, die Strahlungscharakteristik deutlich verbreitert wird. Der durch die Dipolausrichtung definierte und in die Hauptausbreitungsebene 9 fallende Feldstärkevektor wird mit anderen Worten in seiner Seitenstrahlrichtung 25 mit deutlich größerer Halb- wärtsbreite auch in den seitlich von der Hauptstrahlrichtung 23 abweichenden Seitenbereichen ausgestrahlt.Furthermore, this changes the radiation diagram in the manner already mentioned that in the direction of the main beam direction direction orthogonal and parallel to the main propagation or horizontal section plane 9 or lying in this main propagation plane 9 side beam direction 25, ie in the exemplary embodiment shown in the horizontal side emission direction, the radiation characteristic is significantly broadened. In other words, the field strength vector defined by the dipole alignment and falling into the main propagation plane 9 is also emitted in its side beam direction 25 with a significantly larger half width in the side regions deviating from the main beam direction 23.
Durch die erwähnten Schlitze 17 erfolgt also eine Verbreiterung der Strahlungscharakteristik in zielgerichteter Weise, wobei die verbesserte Strahlungscharakteristik nicht nur schmal- sondern auch breitbandig ist.The slits 17 thus broaden the radiation characteristic in a targeted manner, the improved radiation characteristic not only being narrowband but also broadband.
Größe und Lage der Schlitze 17 werden dabei bevorzugt so optimiert abgestimmt, daß die nach Art von Schlitzen ge- bildeten, schwach strahlenden parasitären Strahler nicht in Resonanz und nicht gleichphasig, sondern gegenphasig strahlen.The size and position of the slots 17 are preferably optimized in such a way that the weakly radiating parasitic radiators formed in the manner of slots do not radiate in resonance and not in phase, but in opposite phase.
Die verbesserte Strahlungscharakteristik ist aus den Dia- grammen 3 und 4 ersichtlich, wobei aus dem Diagramm gemäß Figur 4 zu ersehen ist, daß die Übereinstimmung der Halbwertsbreiten der vertikalen, horizontalen und +45°/-45°- Komponeten und somit die Konstanz der Polarisation in Halbwertsbreite bei dem erfindungsgemäßen Antennenarray beispielsweise entsprechend Figur 1 und 2 gegenüber einer herkömmlichen Anordnung deutlich verbessert ist. Dabei ist aus der Diagrammdarstellung gemäß Figur 3 und 4 auch ersichtlich, daß die vorteilhafte verbesserte Strahlungscharakteristik über einen breitbandigen Bereich realisier- bar ist.The improved radiation characteristic can be seen from the diagrams 3 and 4, it being evident from the diagram according to FIG. 4 that the half-widths of the vertical, horizontal and + 45 ° / -45 ° components match and thus the constancy of the polarization in half-width with the antenna array according to the invention, for example according to FIGS. 1 and 2 compared to one conventional arrangement is significantly improved. It can also be seen from the diagram in accordance with FIGS. 3 and 4 that the advantageous improved radiation characteristic can be implemented over a broadband range.
Abschließend wird darauf hingewiesen, daß die Seitenwand- bereiche mit den Schlitzen jeweils ein separates Bauteil sein können, bevorzugt aber mit dem Reflektor fest verbun- den sind. Insbesondere bei Verwendung eines Reflektorbleches oder eines sonstigen kant- oder biegbaren Materials mit einer leitenden und damit reflektierenden Oberfläche können die Seitenwandabschnitte durch Kanten und Biegen des Reflektorbleches hergestellt werden.Finally, it is pointed out that the side wall areas with the slots can each be a separate component, but are preferably firmly connected to the reflector. In particular when using a reflector plate or another edgeable or bendable material with a conductive and thus reflecting surface, the side wall sections can be produced by edging and bending the reflector plate.
Dabei müssen die Seitenwandabschnitte nicht zwingend am Außenrandbereich 31 des Reflektors 7 angeordnet sein. Sie können demgegenüber außen- oder, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, auch weiter innenliegend von der äuße- ren Kante 31 weggesetzt angeordnet sein, und zwar unter Bildung eines äußeren Randstreifens 41.The side wall sections need not necessarily be arranged on the outer edge region 31 of the reflector 7. In contrast, they can be arranged on the outside or, as shown in FIGS. 1 and 2, further away from the outer edge 31, to be precise with the formation of an outer edge strip 41.
Bevorzugt ist der Abstand zwischen den Schlitzen 17 zur Reflektorebene 11 geringer als der Abstand der Dipol- oder Kreuzmodulebene 19 zur Reflektorebene 11. The distance between the slots 17 and the reflector plane 11 is preferably less than the distance between the dipole or cross module plane 19 and the reflector plane 11.

Claims

Ansprüche : Expectations :
1. Dualpolarisierte Antennenanordnung zum Abstrahlen oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen, deren kreuzför- miges Strahlermodul (3) unter Verwendung von Dipolen (3a) oder in Form eines Patch-Strahlers mit einem Winkel von +45° und -45° bezogen auf die vertikale und somit auch auf die horizontale Schnittebene (9) ausgerichtet ist, und mit einem gegenüber dem zumindest einen Strahlermodul (3) dazu rückwärtig angeordneten leitenden Reflektor (7) , wobei in der horizontalen Schnittebene (9) seitlich gegenüberliegend von dem zumindest einen Strahlermodul (3) zwei leitende Seitenwandabschnitte (15) vorgesehen sind, die quer zur horizontalen Schnittebene (9), d.h. vertikal angeord- net sind und in denen jeweils zumindest ein Schlitz (17) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale der jeweils zumindest eine Schlitz (17) ist in den Seitenwandabschnitten (15) in Höhe der auf das betreffende Strahlermodul (3) bezogenen horizontalen Schnittebene (9) ausgebildet, und die Lage und/oder Bemassung der Schlitze (17) ist derart gewählt, daß diese außerhalb ihrer Resonanz strahlen.1. Dual-polarized antenna arrangement for radiating or receiving electromagnetic waves, whose cross-shaped radiator module (3) using dipoles (3a) or in the form of a patch radiator with an angle of + 45 ° and -45 ° related to the vertical and is thus also aligned with the horizontal sectional plane (9), and with a conductive reflector (7) arranged rearward relative to the at least one radiator module (3), the horizontal sectional plane (9) being laterally opposite from the at least one radiator module (3) Two conductive side wall sections (15) are provided, which are arranged transversely to the horizontal sectional plane (9), ie vertically, and in each of which at least one slot (17) is provided, characterized by the following features, the at least one slot (17) in each case is formed in the side wall sections (15) at the level of the horizontal sectional plane (9) related to the radiator module (3) in question, and the position and / or dimensions of the slots (17) is selected such that they radiate outside of their resonance.
2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (17) parallel zur Strahlerebene (19) und/oder parallel zur Reflektorebene (11) angeordnet sind.2. Antenna arrangement according to claim 1, characterized in that the slots (17) are arranged parallel to the radiator plane (19) and / or parallel to the reflector plane (11).
3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Seitenwandabschnitte (15) , in denen die Schlitze (17) eingebracht sind, quer zur Strahlerebene (19) und/oder Reflektorebene (11) angeordnet sind.3. Antenna arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the side wall sections (15), in which the slots (17) are introduced, are arranged transversely to the radiator plane (19) and / or reflector plane (11).
4. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da- durch gekennzeichnet, daß der Abstand der Schlitze (17) zur Reflektorebene (11) geringer ist als der Abstand zwischen der Strahlerebene (19) und der Reflektorebene (11) .4. Antenna arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the distance between the slots (17) to the reflector plane (11) is less than the distance between the radiator plane (19) and the reflector plane (11).
5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da- durch gekennzeichnet, daß die Lage und/oder Bemassung der5. Antenna arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the location and / or dimensions of the
Schlitze (17) so abgestimmt ist, daß die als sekundäre oder parasitäre Strahler wirkenden Schlitze (17) gegen- phasig strahlen.The slots (17) are matched in such a way that the slots (17), which act as secondary or parasitic emitters, radiate in opposite phases.
6. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Strahlermodule (3) unter Bildung eines Antennenarrays in vertikaler Ausrichtung übereinander angeordnet sind. 6. Antenna arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least two radiator modules (3) are arranged one above the other to form an antenna array in a vertical orientation.
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