EP0948084A2 - Dual polarisiertes Antennenelement - Google Patents

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EP0948084A2
EP0948084A2 EP99102424A EP99102424A EP0948084A2 EP 0948084 A2 EP0948084 A2 EP 0948084A2 EP 99102424 A EP99102424 A EP 99102424A EP 99102424 A EP99102424 A EP 99102424A EP 0948084 A2 EP0948084 A2 EP 0948084A2
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EP
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line
slot
symmetry
slots
coupled
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Jochen Christ
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Ericsson AB
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Marconi Communications GmbH
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0428—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave
    • H01Q9/0435—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave using two feed points
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H01Q9/0457—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0478—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with means for suppressing spurious modes, e.g. cross polarisation

Definitions

  • the present invention relates to a dual polarized Antenna element consisting of one in a first level lying planar emitter element, one in a second Layered metallized surface that is at least two slots running below the radiator element has, and one arranged in a third level, with coupled to the slots in the level above Feeder structure, with one of the slots on a line of symmetry of the radiator element and at least one further slot orthogonal and mirror-symmetrical to the Line of symmetry runs and the slots with separate Feed lines are coupled.
  • Planar antennas consisting of a multitude of such dual Polarized antenna elements, for example, in the Base stations and in the subscriber stations from point to multipoint Radio transmission systems are used.
  • Such planar antennas have the advantage of a high one Design flexibility desired Antenna characteristics, and they allow one inexpensive production in large numbers.
  • the point-to-multipoint radio transmission system is the radio field divided into several sectors around a base station, with a separate planar antenna for each radio field sector is available. To ensure the highest possible transmission capacity to achieve the transmission channels in neighboring Sectors or the transmit and receive channels within of a sector with different polarizations. You want to due to space constraints on separate transmit and receive antennas can do without an antenna with which both sent and is also received with dual polarized Antenna elements can be realized.
  • a dual polarized antenna element that introduces is described in Electronics Letters, February 16, 1995, Vol. 31, No. 4, pp. 245, 246.
  • This known antenna element are next to one on one Line of symmetry of the radiator element lying slot two further slits orthogonal to it arranged opposite edges of the radiator element.
  • the slot running on the line of symmetry is one planar feed line for waves of a first polarization coupled, and a second feed line for waves one second polarization is via a line junction with coupled to the other two slots.
  • That conceived dual polarized antenna element still has a relative high cross polarization between 32 and 35 dB.
  • the invention is therefore based on the object of a dual polarized antenna element of the type mentioned specify, whose cross polarization is as low as possible.
  • FIG. 1 is a cross section through a planar, dual polarized antenna element shown.
  • This Antenna element has one on a first level Substrate 1 arranged radiator element (patch) 2.
  • a metallized surface 4 in which, as explained in more detail with reference to FIGS. 2 and 3 is, several coupling slots 5, 6 are available.
  • a third level namely on the underside of the substrate 3 is one shown in detail in Figures 2 and 3
  • Feed line structure 7, 8 arranged with the Slits 5 and 6 is coupled.
  • a ground surface 9 is also arranged.
  • radome plastic cover
  • the gaps between the mutually spaced levels 10, 1, 3 and 9 are with a Dielectric filled, which is a lower one Dielectric constant has as the substrates 1 and 3; e.g. this dielectric is air.
  • a planar array antenna is made up of a large number of such individual antenna elements.
  • FIG. 2 is a top view of a single dual To see polarized antenna element, the dashed bordered area represents the radiator element 2 and below it the coupling slots 5 in different levels and 6 and the feed lines 7 and 8 run.
  • the antenna element should be dual polarizable. That's why the two coupling slots 5 and 6 are orthogonal to each other, so that two orthogonal wave modes to the Radiator element 2 can be coupled.
  • the first Coupling slot 5 lies on a line of symmetry 11 of the Radiator element 2.
  • the line of symmetry 11 shares this here e.g. rectangular shaped radiator element 2 in two the same large areas.
  • a feed line 7 crosses the coupling slot 5 in its middle. Thus, one at the 7.1 input Feed line 7 fed wave of a first polarization coupled to the slot 5. One over slot 5 branch line 7.2 going beyond serves to adapt the Line 7 to slot 5.
  • the coupling slot 6 for the second polarization runs perpendicular to the coupling slot 5, the coupling slot 6 off-center of the radiator element 2 in its edge area runs.
  • the coupling slot 6 extends mirror-symmetrical to the line of symmetry 11.
  • the coupling a wave mode with a second polarization to the Coupling slot 6 takes place as a Line branch 8 trained feed line.
  • Input 8.1 of the feed line, at which the shaft with the second polarization branches into two mirror-symmetrical to the line of symmetry 11 Line arms, each of which the coupling slot 6 in one Crossed points 12, 13 and one each for adjustment serving branch line 8.2, 8.3 ends.
  • the totally mirror-symmetrical to the line of symmetry 11 The feed line is also mirror-symmetrical on two to the line of symmetry 11 points 12 and 13 with the Coupling slot 6 coupled. Because of the very symmetrical Slot and line configuration of the dual polarized Antenna element is a very high decoupling of the Achieved orthogonally polarized wave modes. The decoupling is supported by the fact that the Inputs 7.1 and 8.1 of the two feed lines 7 and 8 led out opposite sides of the beam element 2 are.
  • a modified embodiment of the slot 6 shows the Figure 3.
  • the slot 6 in two sub-slots 6.1 and 6.2 divided, the perpendicular and mirror-symmetrical to Axis of symmetry 11, on both sides of the coupling slot 5, run.
  • By dividing the slot 6 into two Sub-slots 6.1 and 6.2 can now use the two sub-slots away from the edge of the radiator element 2 in the direction of its Center to be moved.
  • This arrangement of the coupling slots 5 and 6.1, 6.2 allows a reduction in Area of the antenna element.
  • the two arms of the Line branching of the feed line 8 are with each a partial slot 6.1, 6.2 in a point 14 or 15 coupled.

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Abstract

Das dual polarisierte Antennenelement besteht aus einem in einer ersten Ebene liegenden planaren Strahlerelement (2), einer in einer zweiten Ebene angeordneten metallisierten Fläche, die mindestens zwei unterhalb des Strahlerelements (2) verlaufende Schlitze (5, 6) aufweist, und einer in einer dritten Ebene angeordneten, mit den Schlitzen (5, 6) gekoppelten Speiseleitungsstruktur (7, 8). Einer (5) der beiden Schlitze verläuft auf einer Symmetrielinie (11) des Strahlerelements (2), und ein weiterer Schlitz (6) verläuft orthogonal und spiegelsymmetrisch zu der Symmetrielinie (11). Damit es zu einer möglichst hohen Entkopplung der beiden Polarisationen kommt, ist der orthogonal zur Symmetrielinie (11) verlaufende Schlitz (6) an zwei spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie (11) liegenden Punkten (12, 13) mit einer Speiseleitung (8) gekoppelt, die als spiegelsymmetrisch verlaufende Leitungsverzweigung ausgebildet ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein dual polarisiertes Antennenelement, bestehend aus einem in einer ersten Ebene liegenden planaren Strahlerelement, einer in einer zweiten Ebene angeordneten metallisierten Fläche, die mindestens zwei unterhalb des Strahlerelements verlaufende Schlitze aufweist, und einer in einer dritten Ebene angeordneten, mit den Schlitzen in der darüberliegenden Ebene gekoppelten Speiseleitungsstruktur, wobei von den Schlitzen einer auf einer Symmetrielinie des Strahlerelements und mindestens ein weiterer Schlitz orthogonal und spiegelsymmetrisch zu der Symmetrielinie verläuft und die Schlitze mit getrennten Speiseleitungen gekoppelt sind.
Planare Antennen, bestehend aus einer Vielzahl solcher dual polarisierter Antennenelemente, können beispielsweise in den Basistationen und in den Teilnehmerstationen von Punkt-zu-Mehrpunkt Funkübertragungssystemen eingesetzt werden. Derartige planare Antennen haben den Vorteil einer hohen Flexibilität beim Entwurf erwünschter Antennencharakteristiken, und sie erlauben eine kostengünstige Fertigung in großer Stückzahl. Bei einem Punkt-zu-Mehrpunkt Funkübertragungssystem ist das Funkfeld um eine Basistation herum in mehrere Sektoren aufgeteilt, wobei für jeden Funkfeldsektor eine eigene planare Antenne vorhanden ist. Um eine möglichst hohe Übertragungskapazität zu erzielen, werden die Übertragungskänale in benachbarten Sektoren oder auch die Sende- und Empfangskanäle innerhalb eines Sektors verschieden polarisiert übertragen. Will man aus Platzgründen den auf getrennte Sende- und Empfangsantennen verzichten, kann eine Antenne, mit der sowohl gesendet als auch empfangen wird, mit dual polarisierten Antennenelementen realisiert werden.
Ein dual polarisiertes Antennenelement der einleitend beschriebenen Art ist in Electronics Letters, 16.02.1995, Vol. 31, No. 4, S. 245, 246 beschrieben. Bei diesem bekannten Antennenelement sind neben einem auf einer Symmetrielinie des Strahlerelements liegenden Schlitz zwei weitere orthogonal dazu verlaufende Schlitze an gegenüberliegenden Rändern des Strahlerelements angeordnet. Der auf der Symmetrielinie verlaufende Schlitz ist mit einer planaren Speiseleitung für Wellen einer ersten Polarisation gekoppelt, und eine zweite Speiseleitung für Wellen einer zweiten Polarisation ist über eine Leitungsverzweigung mit den anderen beiden Schlitzen gekoppelt. Das so konzipierte dual polarisierte Antennenelement weist noch eine relativ hohe Kreuzpolarisation zwischen 32 und 35 dB auf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein dual polarisiertes Antennenelement der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Kreuzpolarisation möglichst gering ist.
Vorteile der Erfindung
Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß ein orthogonal zur Symmetrielinie des Strahlerelements verlaufender Schlitz an zwei spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie liegenden Punkten mit einer Speiseleitung gekoppelt ist, die als spiegelsymmetrisch verlaufende Leitungsverzweigung ausgebildet ist. Diese streng symmetrische Anordnung der Schlitze und der sie ankoppelnden Speiseleitungen bringt eine hohe Entkopplung der orthogonal zueinander polarisierten Wellenmoden mit sich. Es wird eine Polarisationsentkopplung von ca. 38 dB mit einer relativen Bandbreite von 5,7% erreicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen gehen aus den Unteransprüchen hervor. Danach kann sich der orthogonal zur Symmetrielinie verlaufende Schlitz entweder im Randbereich des Strahlerelements erstrecken oder er wird in zwei Teilschlitze aufgeteilt, die zu beiden Seiten des in der Symmetrielinie liegenden Schlitzes verlaufen, wobei jeder Teilschlitz mit einem Arm der spiegelsymmetrischen Leitungsverzweigung gekoppelt ist. Durch die Aufteilung eines Schlitzes in zwei Teilschlitze wird es möglich, die orthogonal zueinander verlaufenden Schlitze näher zusammenzuführen, so daß in vorteilhafter Weise die Größe des Antennenelements reduziert werden kann.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Antennenelement,
  • Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Antennenelement mit einem Koppel-Schlitz im Randbereich und
  • Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Antennenelement mit einem zweigeteilten Koppel-Schlitz.
    • In der Fig 1 ist ein Querschnitt durch ein planares, dual polarisiertes Antennenelement dargestellt. Dieses Antennenelement weist ein in einer ersten Ebene, auf einem Substrat 1 angeordnetes Strahlerelement (Patch) 2 auf. In einer darunterliegenden Ebene befindet sich auf der Oberfläche eines Substrats 3 eine metallisierte Fläche 4, in der, wie anhand von Fig. 2 und Fig. 3 noch näher erläutert wird, mehrere Koppelschlitze 5, 6 vorhanden sind. In einer dritten Ebene, nämlich auf der Unterseite des Substrats 3 ist eine in den Figuren 2 und 3 detailliert dargestellte Speiseleitungsstruktur 7, 8 angeordnet, die mit den Schlitzen 5 und 6 gekoppelt ist. In einer untersten Ebene ist noch eine Massefläche 9 angeordnet. Zum Schutz des Antennenelements kann noch eine Kunststoffabdeckung (Radom) 10 vorgesehen werden. Die Zwischenräume zwischen den einander beabstandeten Ebenen 10, 1, 3 und 9 sind mit einem Dielektrikum gefüllt, das eine niedrigere Dielektrizitätskonstante aufweist als die Substrate 1 und 3; z.B. ist dieses Dielektrikum Luft.
    Eine planare Gruppenantenne wird aus einer Vielzahl solcher einzelnen Antennenelemente aufgebaut.
    In der Figur 2 ist eine Draufsicht auf ein einzelnes dual polarisiertes Antennenelement zu sehen, wobei die strichliert umrandete Fläche das Strahlerelement 2 darstellt und darunter in verschiedenen Ebenen die Koppel-Schlitze 5 und 6 und die Speiseleitungen 7 und 8 verlaufen. Wie gesagt, soll das Antennenelement dual polarisierbar sein. Deshalb verlaufen die beiden Koppelschlitze 5 und 6 orthogonal zueinander, so daß zwei orthogonale Wellenmoden an das Strahlerelement 2 angekoppelt werden können. Der erste Koppel-Schlitz 5 liegt auf einer Symmetrielinie 11 des Strahlerelements 2. Die Symmetrielinie 11 teilt das hier z.B. rechteckig geformte Strahlerelement 2 in zwei gleich große Teilflächen.
    Eine Speiseleitung 7 überkreuzt den Koppel-Schlitz 5 in seiner Mitte. Somit wird eine am Eingang 7.1 der Speiseleitung 7 eingespeiste Welle einer ersten Polarisation an den Schlitz 5 angekoppelt. Eine über den Schlitz 5 hinausgehende Stichleitung 7.2 dient zur Anpassung der Leitung 7 an den Schlitz 5.
    Der Koppel-Schlitz 6 für die zweite Polarisation verläuft senkrecht zum Koppel-Schlitz 5, wobei der Koppel-Schlitz 6 außermittig des Strahlerelements 2 in seinem Randbereich verläuft. Der Koppel-Schlitz 6 erstreckt sich spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie 11. Die Ankopplung eines Wellenmodes mit einer zweiten Polarisation an den Koppel-Schlitz 6 erfolgt mittels einer als Leitungsverzweigung 8 ausgebildeten Speiseleitung. Der Eingang 8.1 der Speiseleitung, an dem die Welle mit der zweiten Polarisation eingespeist wird, verzweigt sich in zwei spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie 11 verlaufende Leitungsarme, von denen jeder den Koppel-Schlitz 6 in einem Punkt 12, 13 überkreuzt und in jeweils einer zur Anpassung dienenden Stichleitung 8.2, 8.3 endet. Die völlig spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie 11 verlaufende Speiseleitung ist also an zwei ebenfalls spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie 11 liegenden Punkten 12 und 13 mit dem Koppel-Schlitz 6 gekoppelt. Wegen der sehr symmetrischen Schlitz- und Leitungskonfiguration des dual polarisierten Antennenelements wird eine sehr hohe Entkopplung der orthogonal zueinander polarisierten Wellenmoden erreicht. Die Entkopplung wird noch dadurch unterstützt, daß die Eingänge 7.1 und 8.1 der beiden Speiseleitungen 7 und 8 an entgegengesetzten Seiten des Strahlelements 2 herausgeführt sind.
    Eine abgewandelte Ausführungsform des Schlitzes 6 zeigt die Figur 3. Hier ist der Schlitz 6 in zwei Teilschlitze 6.1 und 6.2 aufgeteilt, die senkrecht und spiegelsymmetrisch zur Symmetrieachse 11, zu beiden Seiten des Koppel-Schlitzes 5, verlaufen. Durch die Aufteilung des Schlitzes 6 in zwei Teilschlitze 6.1 und 6.2 können nun die beiden Teilschlitze vom Rand des Strahlerelements 2 weg mehr in Richtung seines Zentrums verschoben werden. Diese Anordnung der Koppel-Schlitze 5 und 6.1, 6.2 ermöglicht eine Reduzierung der Fläche des Antennenelements. Die beiden Arme der Leitungsverzweigung der Speiseleitung 8 sind mit jeweils einem Teilschlitz 6.1, 6.2 in einem Punkt 14 bzw. 15 gekoppelt. Auch hier liegen die beiden Koppelpunkte 14 und 15 wieder spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie 11.

    Claims (3)

    1. Dual polarisiertes Antennenelement, bestehend aus einem in einer ersten Ebene liegenden planaren Strahlerelement (2), einer in einer zweiten Ebene angeordneten metallisierten Fläche (4), die mindestens zwei unterhalb des Strahlerelements (2) verlaufende Schlitze (5, 6, 6.1, 6.2) aufweist, und einer in einer dritten Ebene angeordneten, mit den Schlitzen (5, 6, 6.1, 6.2) in der darüberliegenden Ebene gekoppelten Speiseleitungsstruktur (7, 8), wobei von den Schlitzen (5, 6, 6.1, 6.2) einer (5) auf einer Symmetrielinie (11) des Strahlerelements (2) und mindestens ein weiterer Schlitz (6, 6.1, 6.2) orthogonal und spiegelsymmetrisch zu der Symmetrielinie (11) verläuft und die Schlitze (5, 6, 6.1, 6.2) mit getrennten Speiseleitungen (7, 8) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet,
      daß der orthogonal zur Symmetrielinie (11) verlaufende Schlitz (6, 6.1, 6.2) an zwei spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie (11) liegenden Punkten (12, 13, 14, 15) mit einer Speiseleitung (8) gekoppelt ist, die als spiegelsymmetrisch verlaufende Leitungsverzweigung ausgebildet ist.
    2. Dual polarisiertes Antennenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der orthogonal zur Symmetrielinie (11) verlaufende Schlitz (6) im Randbereich des Strahlerelements (2) erstreckt.
    3. Dual polarisiertes Antennenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der orthogonal zur Symmetrielinie (11) verlaufende Schlitz (6) in zwei Teilschlitze (6.1, 6.2) aufgeteilt ist, die sich zu beiden Seiten des in der Symmetrielinie (11) liegenden Schlitzes (5) erstrecken, und daß jeder Teilschlitz (6.1, 6.2) mit einem Arm der spiegelsymmetrischen Leitungsverzweigung (8) gekoppelt ist.
    EP99102424A 1998-04-03 1999-02-09 Dual polarisiertes Antennenelement Expired - Lifetime EP0948084B1 (de)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE19815003 1998-04-03
    DE19815003A DE19815003A1 (de) 1998-04-03 1998-04-03 Dual polarisiertes Antennenelement

    Publications (3)

    Publication Number Publication Date
    EP0948084A2 true EP0948084A2 (de) 1999-10-06
    EP0948084A3 EP0948084A3 (de) 2001-04-04
    EP0948084B1 EP0948084B1 (de) 2006-08-30

    Family

    ID=7863510

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP99102424A Expired - Lifetime EP0948084B1 (de) 1998-04-03 1999-02-09 Dual polarisiertes Antennenelement

    Country Status (3)

    Country Link
    US (1) US6107965A (de)
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