EP0948084B1 - Dual polarisiertes Antennenelement - Google Patents

Description

Stand der Technik
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein dual polarisiertes Antennenelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Antennenelement ist aus Lindmark, "A Novel Oval Polarized Aperture Couples Patch Element with a Single Layer Feed Network and High Isolation", IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, US, New York, NY-; IEEE, 14. Juli 1997, S 2190 - 2193, XP 000790877, ISBN 0-7803-4179-1 bekannt.
• Planare Antennen, bestehen aus einer Vielzahl solcher dual polarisierter Antennenelemente, können beispielsweise in den Basisstationen 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 Übertragungskanäle in benachbarten Sektoren oder auch die Sende- und Empfangskanäle innerhalb eines Sektors verschieden polarisiert übertragen. Will man aus Platzgründen auf getrennte Sende- und Empfangsantennen verzichten, kann eine Antenne, mit der sowohl gesendet als auch empfangen wird, mit dual polarisierten Antennenelementen realisiert werden.
• 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 gelöst.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
• Anhand der Zeichnung 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 nicht erfindungsgemäßes 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.
• Ein erfindungsgemäßes Antennenelement 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 (1)

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, wobei die Speiseleitung (8), mit der der orthogonal zur Symmetrielinie (11) verlaufende Schlitz (6, 6.1, 6.2) an zwei spiegelsymmetrisch zur Symmetrielinie (11) liegenden Punkten (12, 13, 14, 15) gekoppelt ist, als spiegelsymmetrisch verlaufende Leistungsverzweigung ausgebildet ist, 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 Leistungsverzweigung (8) gekoppelt ist.

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