EP0916169B1 - Antennenanordnung - Google Patents

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EP0916169B1
EP0916169B1 EP98930740A EP98930740A EP0916169B1 EP 0916169 B1 EP0916169 B1 EP 0916169B1 EP 98930740 A EP98930740 A EP 98930740A EP 98930740 A EP98930740 A EP 98930740A EP 0916169 B1 EP0916169 B1 EP 0916169B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiating element
plane
slots
reflector
antenna system
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP98930740A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0916169A1 (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 EP0916169A1 publication Critical patent/EP0916169A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0916169B1 publication Critical patent/EP0916169B1/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
    • 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
    • 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
    • H01Q19/108—Combination of a dipole with a plane reflecting surface
    • 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
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • 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 arrangement for radiation and receiving electromagnetic waves, in particular a dual polarized antenna according to the generic term of claim 1.
  • Horizontally or vertically polarized radiator arrangements for example in the form of in the plane of polarization arranged dipoles, transversely arranged slots or in the form of planar emitter elements, such as Patch spotlights are well known.
  • horizontal polarized radiator arrangements are the Dipoles arranged horizontally.
  • Corresponding radiator arrangements in the form of slots are vertical in this case arranged.
  • Radiator arrangements are also known, which are used for the simultaneous emission and reception of Waves with two orthogonal polarizations can be used can also be referred to as dual polarized antennas be designated.
  • radiator arrangements are used to increase the directivity usually in front of a reflective surface, the so-called reflector arranged. Furthermore, has for Cellular applications an oblique arrangement of dual polarized radiator arrangements, for example + 45 ° or -45 °, proved to be favorable, so that every system emits a linear polarization of + 45 ° or -45 ° and both are in turn orthogonal to each other.
  • + 45 ° / -45 ° dual polarized antennas it is desirable that the orientation of the linear polarization is independent, i.e. at least largely independent of the direction of radiation is.
  • this means for example with + 45 ° and -45 ° can be aligned that also with the vectorial Breakdown of the field strength vector into a horizontal and a vertical portion of the radiation diagrams of the vertical and horizontal individual components have the same width at half maximum how the sum component should have.
  • the radiator module consists of two cross-shaped Dipoles arranged to each other, which are in diagonal alignment in a square reflector box in plan view are arranged. In other words, it forms parallel to the reflector box base arranged in the dipole areas is the actual one Reflector level, which all around with vertical conductive boundary walls aligned with the reflector plane is provided.
  • This prior publication describes thus a cross dipole arrangement for circular polarizations.
  • DE-GM 71 42 601 is a typical judge radiator field for circular or electrical polarizations for Structure of omnidirectional antennas known.
  • the prior publication EP 0 730 describes 319 A1 an antenna arrangement with two in a vertical orientation Dipole antennas arranged one above the other, sitting in front of a reflector plate.
  • the reflector plate comes with two lateral outer reflector sections or reflector wings provided around a Buckling edge running vertically and parallel to the dipoles are angled forward. This is supposed to be the antenna characteristic be changed to a side radiation to prevent.
  • An edge angle is preferred for this used for the side reflector parts, the between 45 ° to 90 °, i.e. at 90 ° perpendicular to the reflector plane stands.
  • This antenna is also equipped with two additional ones placed on the reflector surface and between the angled side reflector sections and the in Vertical alignment of seated dipoles with reflector rails provided in the middle with a longitudinal slit are equipped.
  • the longitudinal slots are between the two vertical dipoles and are in side view covered over the outer reflector plate sections.
  • the object of the present invention is based on one known according to the generic state of the art dual polarized antenna, its linear polarizations at an angle of + 45 ° and -45 ° to the Aligned vertically, a significant improvement to create a broadening of the radiation characteristics in the desired broadcast level, i.e. especially in the horizontal emission plane is made possible.
  • the present invention is relatively simple Funds against all previously known solutions the constancy of the polarization orientation of the field strength vector clearly at a desired level of propagation improved and thus the radiation diagram in this propagation level significantly broadened.
  • the side slots provided by the radiator modules simultaneously of the + 45 ° polarization components as well as the -45 ° polarization components be stimulated. Although one should expect this to decrease decoupling between the + 45 ° polarization components and the -45 ° polarization components could occur however the opposite. It is according to the invention possible to determine the slots and dimensions in such a way that the radiation contribution of the slots is none or only one slight phase shift from the vertical Polarization component causes and thus a clear Improvement of the polarization alignment of the + 45 ° / -45 ° polarized antennas.
  • the optimal radiation pattern is achieved if, as according to the invention is provided, the slots in the side wall sections are chosen such that they are outside their Radiate resonance.
  • EP 0 739 051 A1 does indeed have one of several layers built antenna known by in the base plate introduced rectangular recesses, so-called Apertures. In these primary apertures protrude opposite each other vertically and transversely horizontally aligned, offset by 90 ° Excitation pins, which are used to excite the antenna.
  • the antenna arrangement according to the invention is completely different built up.
  • Solution also provided slots on the side.
  • these slots are not used for an antenna with a layer structure, but with a dipole arrangement or a patch heater.
  • antenna according to the invention with a polarization alignment of + 45 ° and -45 ° aligned with the vertical.
  • inventive Solution an improvement in the width characteristic can be achieved in the main beam direction without that there is a deterioration in the decoupling of both Polarizations coming.
  • the radiator modules Slits simultaneously from the + 45 ° polarization components and the -45 ° polarization components. One should expect this to result in a reduction the decoupling between + 45 ° and -45 ° would lead to polarizations.
  • the slots by dimensions and location can be coordinated so that the radiation contribution the slots have no or only a slight phase shift compared to the vertical polarization component and thus to a significant improvement in the polarization alignment the + 45 ° / -45 ° polarized antenna contributes (with different coordination and location circular portions arise).
  • the provided on the reflector according to the invention and sidewalls preferably protruding from the reflector plane with the slots made therein can surprisingly the amplitude and phase of those coupled through Slits emitted waves in a positive way to be influenced. Can be achieved in that in Main beam direction and extinctions in the rear direction take place, and that orthogonal to the main beam direction additive overlays can be achieved and thus a The radiation characteristic is broadened.
  • the antenna arrangement according to the invention has a broadband Has characteristic.
  • radiator modules 3 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.
  • This antenna array is designed so that the radiator modules 3 are aligned in the manner of cross modules 3a, that they have linear polarizations with an angle of + 45 ° and -45 ° in relation to the vertical (or in relation to the Horizontal) receive or radiate.
  • Such an antenna array is also briefly referred to below as X-polarized Antenna array called.
  • the radiator modules 3 are seated in the exemplary embodiment shown in front of a reflective surface, the so-called Reflector 7, which increases the directivity. she are by their radiator feet or 3b symmetries Reflector 7 attached and held.
  • the dipole plane is in + 45 ° or -45 ° aligned with the vertical, i.e. compared to the horizontal cutting plane 9.
  • the side wall sections 15 are part of the embodiment shown Reflector 7 and can be part of a reflector element or - Be sheet metal, in which the side wall sections through Up or bending are formed.
  • the side wall sections 15 are thus transverse, i.e. in the shown Embodiment perpendicular to the reflector plane 11 aligned and protrude above the reflector level 11, namely on the side on which the radiator modules 3 are arranged are the front view of the antenna array 1 between the two parallel side wall sections 15 come to rest.
  • radiator modules 3 are each in the side wall sections 5 slots 17 are introduced, which are parallel to the reflector plane 11 and thus parallel to the dipole plane 19 extend from the plane in which the dipoles 3, 3a come to rest, is fixed.
  • 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 those emitted through the coupled slots Wave or radiated horizontal polarization component the electromagnetic wave are such that in the main beam direction 23 and in the rear direction extinction takes place and orthogonal to the main beam direction additive overlays can be achieved as well the smallest possible phase shift to the vertical Main polarization component is reached. Doing so preferably selected a slot length in the range of a quarter of the wavelength to an entire wavelength lies.
  • the radiation diagram in FIG mentioned way changed that in the main beam direction orthogonal and to the main propagation or horizontal section plane 9 parallel or in this main propagation plane 9 lying side beam direction 25, i.e. in the embodiment shown in horizontal Side emission direction, the radiation characteristic is significantly broadened.
  • the one through the dipole alignment defined and in the main propagation level 9 in other words, falling field strength vector is in its Side beam direction 25 with a significantly larger half-width also in the side of the main beam direction 23 different side areas broadcast.
  • the improved radiation characteristics is not only narrow but also broadband.
  • the size and position of the slots 17 are preferably so optimized that the slit-like weakly radiating parasitic radiators are not in resonance and not in phase, but in phase radiate.
  • the improved radiation characteristics are from the diagrams 3 and 4 can be seen, with the diagram according to FIG. 4 shows that the half-widths correspond the vertical, horizontal and + 45 ° / -45 ° components and thus the constancy of polarization in Half-width in the antenna array according to the invention for example according to Figures 1 and 2 compared to one conventional arrangement is significantly improved. It is 3 and 4 also show from the diagram, that the advantageous improved radiation characteristics can be implemented over a broadband range is.
  • the side wall areas with the slots each a separate component can be, but preferably firmly connected to the reflector are.
  • a reflector plate or other edgeable or bendable material with a conductive and therefore reflective surface can the side wall sections by edges and Bending the reflector sheet can be made.
  • the side wall sections do not necessarily have to Outer edge region 31 of the reflector 7 can be arranged.
  • she can be external or, as in Figures 1 and 2 is shown, also further inside from the outer Edge 31 may be arranged away, namely under Formation of an outer edge strip 41.
  • Reflector level 11 less than the distance of the dipole or Cross module level 19 to reflector level 11.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung zum Abstrahlen und Empfangen von elektromagnetischen Wellen, insbesondere eine dualpolarisierte Antenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Horizontal oder auch vertikal polarisierte Strahleranordnungen, 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 werden können, die nachfolgend auch als dualpolarisierte Antennen bezeichnet werden. Entsprechende Strahleranordnungen, 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.
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.
Als nachteilig erweist sich bei den verschiedenen Strahlertypen, daß bei +/-45° 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.
Bei +45°/-45° dualpolarisierten Antennen ist es aber erwünscht, daß die Ausrichtung der linearen Polarisation unabhängig, d.h. zumindest weitgehend unabhängig von der Abstrahlrichtung ist. Dies bedeutet bei schiefwinkligen Polarisationsebenen, die beispielsweise mit +45° und -45° 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.
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 Einzelkomponenten die Halbwertsbreite der vertikalen Komponente größer ist als die Halbwertsbreite der horizontalen Komponente.
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.
Ferner ist bekannt, daß vertikal angeordnete Schlitzstrahler, welche beispielsweise mittels eines Koaxialkabels oder einer Streifenleitung oder einer Triplate-Struktur angeregt werden, eine horizontal polarisierte Strahlungscharakteristik mit einer vergleichsweise großen horizontalen Halbwertsbreite aufweisen können.
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.
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.
Aus der DE VITO, G. et al.: Improved Dipol-Panel for Circular 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.
Aus der DE-GM 71 42 601 ist ein typisches Richterstrahlerfeld für zirkulare oder elektrische Polarisationen zum Aufbau von Rundstrahlantennen bekannt.
Schließlich beschreibt die Vorveröffentlichung EP 0 730 319 A1 eine Antennenanordnung mit zwei in Vertikalausrichtung 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 Knickkante nach vorne abgewinkelt sind. Dadurch soll die Antennencharakteristik verändert werden, um eine seitliche Abstrahlung zu unterbinden. Dazu wird bevorzugt ein Kantwinkel für die Seitenreflektorteile verwendet, der zwischen 45° bis 90° beträgt, also bei 90° senkrecht zur Reflektorebene steht.
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 Reflektorschienen 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 überdeckt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von einer nach dem gattungsbildenden Stand der Technik bekannten dualpolarisierten Antenne, deren lineare Polarisationen 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.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die vorliegende Erfindung wird mit relativ einfachen Mitteln gegenüber allen bisher bekannt gewordenen Lösungen die Konstanz der Polarisationsausrichtung des Feldstärkevektors in einer gewünschten Ausbreitungsebene deutlich verbessert und damit das Strahlungsdiagramm in dieser Ausbreitungsebene deutlich verbreitert.
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 der Entkopplung zwischen den +45°-Polarisationskomponenten und den -45°-Polarisationskomponenten führen könnte, tritt jedoch das Gegenteil ein. Dabei ist es erfindungsgemäß möglich die Schlitze und Abmessungen 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 Seitenwandabschnitten derart gewählt sind, daß diese außerhalb ihrer Resonanz strahlen.
Aus der EP 0 739 051 A1 ist zwar eine aus mehreren Schichten aufgebaute Antenne bekannt, die durch in der Grundplatte 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.
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 eingebracht, in den bevorzugt ebenfalls noch weitere horizontale Ankoppelstifte ragen können. Hierdurch soll die Halbwertsbreite der Strahlungskeule in der Schnittebene der Ankoppelstifte vergrößert werden.
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 Dipolanordnung 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 Breitencharakteristik 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°-Polarisationskomponenten und den -45°-Polarisationskomponenten angeregt. Dabei sollte man erwarten, daß dies zu einer Verringerung der Entkopplung zwischen den +45° und -45° Polarisationen führen würde.
Zudem ist völlig überraschend, daß bei der erfindungsgemäßen Antennenanordnung die Schlitze durch Abmessungen und Lage derart abgestimmt werden können, 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 Antenne beiträgt (bei andersartiger Abstimmung und Lage würden zirkulare Anteile entstehen).
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 elektromagnetische Verkopplung mit dem Primärstrahler, wodurch nunmehr in unerwarteter Weise das Strahlungsdiagramm verbreitert werden kann.
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 Hauptstrahlrichtung additive Überlagerungen erzielt werden und somit eine Verbreiterung der Strahlungscharakteristik erfolgt.
Als positiv und überraschend kann ferner angemerkt werden, daß die erfindungsgemäße Antennenanordnung eine breitbandige Charakteristik aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen im einzelnen:
Figur 1 :
ein erstes schematisches Ausführungsbeispiel einer dualpolarisierten Antennenanordnung;
Figur 2 :
eine schematische horizontale Querschnittsdarstellung durch das Ausführungsbeispiel nach Figur 1;
Figur 3 :
ein Diagramm zur Erläuterung eines Strahlungsdiagramms bei Verwendung einer herkömmlichen Anordnung; und
Figur 4 :
ein entsprechendes Diagramm zu Figur 3 unter Verwendung einer erfindungsgemäßen dualpolarisierten Antennenanordnung.
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 Dipolmodulen.
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.
Die Strahlermodule 3 sitzen im gezeigten Ausführungsbeispiel 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.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Dipolebene in +45° bzw. -45° gegenüber der Vertikalen ausgerichtet, d.h. gegenüber der horizontalen Schnittebene 9.
Quer zu dieser horizontalen 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 Ausführungsbeispiel parallel zueinander erstrecken. Die Seitenwandabschnitte 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.
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 zwischen den beiden parallel zueinander verlaufenden Seitenwandabschnitten 15 zu liegen kommen.
In Höhe der Strahlermodule 3 sind jeweils in den Seitenwandabschnitten 5 Schlitze 17 eingebracht, die sich parallel zur Reflektorebene 11 und damit parallel zur Dipolebene 19 erstrecken, die aus der Ebene, in der die Dipole 3, 3a zu liegen kommen, festgelegt ist.
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.
Die Lage und Maße der Schlitze, insbesondere deren Längserstreckung 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 Hauptstrahlrichtung 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.
Ferner wird dadurch das Strahlungsdiagramm in der bereits erwähnten Weise verändert, daß in der zur Hauptstrahlrichtung orthogonal stehenden und zur Hauptausbreitungs- oder horizontalen Schnittebene 9 parallel verlaufenden bzw. in dieser Hauptausbreitungsebene 9 liegenden Seitenstrahlrichtung 25, d.h. im gezeigten Ausführungsbeispiel in horizontaler 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 Halbwärtsbreite auch in den seitlich von der Hauptstrahlrichtung 23 abweichenden Seitenbereichen ausgestrahlt.
Durch die erwähnten Schlitze 17 erfolgt also eine Verbreiterung der Strahlungscharakteristik in zielgerichteter Weise, wobei die verbesserte Strählungscharakteristik nicht nur schmal- sondern auch breitbandig ist.
Größe und Lage der Schlitze 17 werden dabei bevorzugt so optimiert abgestimmt, daß die nach Art von Schlitzen gebildeten, schwach strahlenden parasitären Strahler nicht in Resonanz und nicht gleichphasig, sondern gegenphasig strahlen.
Die verbesserte Strahlungscharakteristik ist aus den Diagrammen 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 realisierbar ist.
Abschließend wird darauf hingewiesen, daß die Seitenwandbereiche mit den Schlitzen jeweils ein separates Bauteil sein können, bevorzugt aber mit dem Reflektor fest verbunden 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.
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 äußeren Kante 31 weggesetzt angeordnet sein, und zwar unter Bildung eines äußeren Randstreifens 41.
Bevorzugt ist der Abstand zwischen den Schlitzen 17 zur Reflektorebene 11 geringer als der Abstand der Dipol- oder Kreuzmodulebene 19 zur Reflektorebene 11.

Claims (6)

  1. Dualpolarisierte Antennenanordnung zum Abstrahlen oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen, mit folgenden Merkmalen:
    die dualpolarisierte Antennenanordnung umfasst zumindest ein dualpolarisiertes Strahlermodul (3) unter Verwendung von Dipolen (3a) oder in Form eines Patchstrahlers,
    das so gebildete Strahlermodul (3) weist zwei senkrecht zueinander stehende Polarisationsebenen auf, die in einem Winkel von + 45° bzw. -45° gegenüber einen vertikalen und somit auch gegenüber einer horizontalen Schnittebene (9) ausgerichtet sind,
    es ist ferner gegenüber dem zumindest einen Strahlermodul (3) ein dazu rückwärtig angeordneter leitender Reflektor (7) vorgesehen,
    quer zur Reflektorebene (11) und senkrecht zu einer durch das Strahlermodul (3) hindurch verlaufenden horizontalen Schnittebene (9) ist auf gegenüberliegenden Seiten des Strahlermoduls jeweils ein Seitenwandabschnitt (15) vorgesehen, wobei beide so gebildeten Seitenwandabschnitte (15) parallel zueinander verlaufen,
    gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    in den beiden Seitenwandabschnitten(15) ist jeweils ein als sekundärer oder parasitärer strahler wirkender Schlitz (17) vorgesehen,
    der in den beiden Seitenwandabschnitten (15) jeweils zumindest eine Schlitz (17) ist in Höhe des betreffenden Strahlermoduls (3) vorgesehen, und zwar derart, dass eine durch das Strahlermodul (3) hindurchverlaufende horizontale Schnittebene (9) zumindest beide Schlitze (17) schneidet, und
    die Lage und/oder die Abmessungen oder Schlitze (17) sind derart gewählt, dass diese außerhalb ihrer Resonanz strahlen.
  2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (17) parallel zur Strahlerebene (19) und/oder parallel zur Reflektorebene (11) angeordnet sind.
  3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwandabschnitte (15), in denen die Schlitze (17) eingebracht sind, quer zur Strahlerebene (19) und/oder Reflektorebene (11) angeordnet sind.
  4. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Schlitze (17) zur Reflektorebene (11) geringer ist als der Abstand zwischen der Strahlerebene (19) und der Reflektorebene (11).
  5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage und/oder Bemassung der Schlitze (17) so abgestimmt ist, dass die als sekundäre oder parasitäre Strahler wirkenden Schlitze (17) gegenphasig strahlen.
  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.
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