EP1353405A1 - Dual band antenna - Google Patents

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Publication number
EP1353405A1
EP1353405A1 EP02405285A EP02405285A EP1353405A1 EP 1353405 A1 EP1353405 A1 EP 1353405A1 EP 02405285 A EP02405285 A EP 02405285A EP 02405285 A EP02405285 A EP 02405285A EP 1353405 A1 EP1353405 A1 EP 1353405A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
individual antennas
patch
dual
individual
antennas
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02405285A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Cenk Koparan
Markus Heiniger
André Merten
Wolfgang Heyde
Martin Köng
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huber and Suhner AG
Original Assignee
Huber and Suhner AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huber and Suhner AG filed Critical Huber and Suhner AG
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Priority to PCT/CH2003/000127 priority patent/WO2003085781A1/en
Priority to AU2003205486A priority patent/AU2003205486A1/en
Priority to DE50301109T priority patent/DE50301109D1/en
Priority to PCT/CH2003/000228 priority patent/WO2003085782A1/en
Priority to AT03745739T priority patent/ATE303661T1/en
Priority to AU2003215492A priority patent/AU2003215492A1/en
Priority to EP03745739A priority patent/EP1493206B1/en
Priority to CNB038081342A priority patent/CN100342587C/en
Priority to US10/510,930 priority patent/US7068222B2/en
Publication of EP1353405A1 publication Critical patent/EP1353405A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/378—Combination of fed elements with parasitic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
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    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/42—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more imbricated arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • 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
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration

Definitions

  • the present invention relates to the field of antenna technology. she relates to a dual-band antenna according to the preamble of claim 1.
  • Such a dual band antenna is e.g. known from US-A-6,239,750.
  • UMTS U niversal M obile T elecommunication S ystem
  • a new cellular network is required for applications based on this standard.
  • An integral part of this network are antennas, which, because the UMTS standard is based on new frequency ranges for transmission and reception, must also be newly developed.
  • the previous mobile radio networks based on the conventional GSM 900/1800 standard, as well as a large number of other networks based on other standards, will continue to be operated in parallel with the newly created UMTS standard for a period that is not yet foreseeable.
  • Dual polarized (dual slant) antennas for base stations that consist of an array of Dual polarized single radiators (single antennas) have been known for a long time.
  • Dual polarized broadband antennas are also known, which consist of one Array of the same dual polarized single radiators are composed, which broadband are tuned to frequencies from 1710-2170 MHz, so that the Antenna covers both the GSM-1800 and the UMTS band.
  • a special one effective and proven in practice single heater of this type is out from WO-A1-01 / 76010 of the applicant.
  • dual polarized antennas known the GSM-900 and the GSM-1800 or GSM-1800 / UMTS band cover and that from an array of appropriately tuned dual polarized single radiators exist.
  • US-B1-6,211,841 discloses a multi-band antenna for mobile radio base stations have been proposed using the frequency bands of GSM-900, GSM-1800 and UMTS through a combination of two arrays with two different ones Single radiators in the form of cross dipoles (low band dipoles, high band dipoles) be covered.
  • WO-A2-99 / 59223 discloses a dual band antenna in which a first linear array of patch radiators for the GSM band (860-970 MHz) with one second linear array of cross dipoles for the PCN band (1710-1880 MHz) is combined, the cross dipoles in a first embodiment between the patch emitters and in a second embodiment directly over the Patch spots are arranged.
  • the essence of the invention is first and second individual antennas in one linear periodic arrangement (array) to be arranged, the second individual antennas alternating between the first and above the first individual antennas are arranged, and wherein the first and second individual antennas each are designed as patch radiators, each in a rectangular, electrical conductive printed board arranged on top and several patch plates include which above the printed circuit board and parallel to the printed circuit board at a distance are arranged one above the other.
  • the peculiarity of this arrangement is that individual patch sheets for different frequency bands are not stacked here and arranged side by side, but that each of the Patch heater with its printed panel arranged in the box used in the array becomes.
  • the patch plates of an individual antenna are preferably one below the other and to the printed circuit board by means of electrically insulating spacer elements Kept clear.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that in the case of the second individual antennas, three patch sheets spaced one above the other are arranged so that in the first individual antennas two patch plates are spaced one above the other, and that in the first individual antennas a second individual antenna instead of a third patch plate with its box at a distance above the top of the two patch sheets.
  • the second individual antenna is also an integral part of the first Single antenna over which it is placed.
  • the first and second individual antennas are preferred above one in the longitudinal direction of the antenna extending common base plate arranged.
  • the Base plate can be non-metallic.
  • the base plate can also be designed as a (metallic) reflector.
  • the first individual antennas are for covering the frequency range from 806-960 MHz and the second individual antennas for covering the Frequency range from 1710-2170 MHz.
  • a proven design of the dual-band antenna according to the invention draws is characterized in that a total of seven first individual antennas in the dual-band antenna and thirteen second individual antennas are arranged.
  • the dual-band antenna 10 contains one in an elongated housing 11 linear periodic arrangement (array) of first individual antennas (single radiators) 14 and second individual antennas (single radiators) 15 and 16 over one the whole Housing 11 filling, elongated base plate 12.
  • the base plate 12 can be non-metallic. But it can also be metallic and then as a reflector Act. By arranging the individual antennas 14, 15, 16 above a reflector the forward / reverse ratio is optimized.
  • the first individual antennas 14 and part of the second individual antennas 15 are linear Arrays arranged alternately. They are also concentric about the first Individual antennas 14 placed the remaining second individual antennas 16 (see also Fig. 2).
  • the distance between the second individual antennas 15, 16 is about half as large as the distance between the first individual antennas 14 and is in each case about 0.7 times the wavelength of the assigned frequency band.
  • the basic structure of the first and second individual antennas 14, 15 and 16 can best be explained on the cross-sectional representation of FIG. 2:
  • the second individual antennas 15 and 16 are largely identical in construction. With you is in a square box 21, 26 which is open at the top and is made of sheet metal parallel to the floor at a distance from the bottom of the box 21, 26 a printed circuit board 22 or 27 arranged, their double-sided conductor track or conductor surface configuration 5 and 6 is shown. Above the printed circuit board 22, 27 are parallel to the printed circuit board 22, 27 three patch plates at different distances from one another 23, 24, 25 and 28, 29, 30 are provided, which are excited by the printed circuit board 22, 27 become and couple with the electromagnetic radiation.
  • the second individual antennas 15, 16 are for the frequency band from 1710-2170 MHz (GSM 1800, UMTS) provided and adjusted (UMTS emitters). Your outer dimensions and patch panel distances are therefore smaller than in the first individual antennas 14.
  • the UMTS radiators 15 and 16 are each at a height above the base plate 12 staggered (Fig. 2).
  • the printed circuit boards 18 of the first individual antennas 14 and 22 and 27 of the second individual antennas 16 and 15 have on their top according to Fig. 3 and 5 different Conductor tracks 31, 32 and 34, 35 respectively.
  • Ground areas 33 and 36 are provided, in which in a crossed arrangement slot-shaped conductor structures 37, 38 and 39, 40 are formed. The feed the individual antennas 14, 15, 16 can take place through any network.
  • the individual antennas 14, 15 and 16 shown in FIGS. 1 and 2 have - other than the patch radiator of WO-A1-01 / 76010 - none used to increase the bandwidth Tabs on the four sides of box 17, 21, 26.
  • the necessary bandwidth is realized by the third (upper) patch plate 25, 30.
  • the box 21 of the UMTS radiator (single antenna 16) on the 900 MHz radiator (single antenna 14) has an effect comparable to a third patch panel, i.e.
  • the box 17, 26 already fulfills this task encloses the individual antenna.
  • the reflector plate serves as a base plate 12 for mounting the boxes 17, 26 and the other one with the distance one Box above such a reflector plate optimizes the forward / reverse ratio.
  • the optimal distance between the individual antennas 14 and 15, 16 in the array of the dual band antenna 10 is 0.7 times the wavelength of the respective band. from that follows that the distance between the UMTS emitters 15, 16 is approximately half as large how the 900 MHz radiator 14 has to be.
  • the configuration follows this rule in the present case.
  • the construction begins and ends with a 900 MHz radiator 14. In this way, a maximum number of both 900 MHz emitters 14 and UMTS emitters 15, 16 can be accommodated. As a result, the gain can be maximized and the Radiation diagrams can be optimized. In the example in FIG. 1 there are a total of seven 900 MHz emitters 14 and thirteen UMTS emitters 15, 16 are provided in the array.

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Abstract

The device has a two periodic linear arrangements of first (14) and second (15,16) individual antennas for two frequency bands. The period of the first arrangement is essentially twice that of the second. The second antennas are arranged alternately between and above the first antennas. The two antennas are patch radiators and each contains a printed plate and several stacked patch plates at intervals in a rectangular conducting open box.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Antennentechnik. Sie betrifft eine Dualbandantenne gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to the field of antenna technology. she relates to a dual-band antenna according to the preamble of claim 1.

Eine solche Dualbandantenne ist z.B. aus der Druckschrift US-A-6,239,750 bekannt.Such a dual band antenna is e.g. known from US-A-6,239,750.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Der steigende Bedarf an zu übertragenden Daten im Bereich des Mobilfunks hat in der Vergangenheit zur Definition des UMTS-Standards geführt (UMTS = Universal Mobile Telecommunication System). Für Anwendungen, die auf diesem Standard basieren, ist ein neues Mobilfunknetz notwendig. Ein Bestandteil dieses Netzes sind Antennen, die, da der UMTS-Standard von neuen Frequenzbereichen für das Senden und Empfangen ausgeht, ebenfalls neu zu entwickeln sind. Die bisherigen Mobilfunknetze nach dem herkömmlichen GSM 900/1800-Standard, ebenso wie eine Vielzahl weiterer Netze nach anderen Standards, werden für einen noch nicht absehbaren Zeitraum parallel zum neu geschaffenen UMTS-Standard weiter betrieben. Um einen möglichst schnellen Aufbau eines UMTS-Netzes zu realisieren, haben Netzbetreiber ein Interesse daran, bestehende Antennenstandorte sowohl für die bestehenden Netze zu verwenden als auch in das neue UMTS-Netz zu integrieren. Die Entwicklung von Antennen, die sowohl die Frequenzbereiche bestehender Netze als auch die UMTS-Frequenzbereiche abdecken, ermöglicht es Netzbetreibern, die Zeit für die Genehmigungsverfahren zu verkürzen bzw. ganz einzusparen. Des weiteren kann von einer höheren öffentlichen Akzeptanz einer einzelnen Antenne, die alle ortsüblichen Mobilfunkstandards abdeckt, im Vergleich zu verschiedenen Einzelantennen für jeden Standard ausgegangen werden.The increasing need for data to be transmitted in the field of mobile communications has led in the past for the definition of the UMTS standard (UMTS = U niversal M obile T elecommunication S ystem). A new cellular network is required for applications based on this standard. An integral part of this network are antennas, which, because the UMTS standard is based on new frequency ranges for transmission and reception, must also be newly developed. The previous mobile radio networks based on the conventional GSM 900/1800 standard, as well as a large number of other networks based on other standards, will continue to be operated in parallel with the newly created UMTS standard for a period that is not yet foreseeable. In order to set up a UMTS network as quickly as possible, network operators are interested in using existing antenna locations for the existing networks as well as integrating them into the new UMTS network. The development of antennas that cover both the frequency ranges of existing networks and the UMTS frequency ranges enables network operators to shorten the time required for the approval procedures or to save them entirely. Furthermore, a higher public acceptance of an individual antenna, which covers all local mobile radio standards, can be assumed in comparison to different individual antennas for each standard.

Dual polarisierte (dual slant) Antennen für Basisstationen, die aus einem Array von dual polarisierten Einzelstrahlern (Einzelantennen) bestehen, sind seit langem bekannt. Ebenso sind dual polarisierte Breitbandantennen bekannt, die aus einem Array von gleichen dual polarisierten Einzelstrahlern zusammengesetzt sind, welche breitbandig auf Frequenzen von 1710-2170 MHz abgestimmt sind, so dass die Antenne sowohl das GSM-1800- als auch das UMTS-Band abdeckt. Ein besonders wirkungsvoller und in der Praxis bewährter Einzelstrahler dieser Art ist aus der WO-A1-01/76010 der Anmelderin bekannt. Ferner sind dual polarisierte Antennen bekannt, die das GSM-900 und das GSM-1800 bzw. GSM-1800/UMTS-Band abdecken und die aus einem Array von entsprechend abgestimmten dual polarisierten Einzelstrahlern bestehen.Dual polarized (dual slant) antennas for base stations that consist of an array of Dual polarized single radiators (single antennas) have been known for a long time. Dual polarized broadband antennas are also known, which consist of one Array of the same dual polarized single radiators are composed, which broadband are tuned to frequencies from 1710-2170 MHz, so that the Antenna covers both the GSM-1800 and the UMTS band. A special one effective and proven in practice single heater of this type is out from WO-A1-01 / 76010 of the applicant. There are also dual polarized antennas known, the GSM-900 and the GSM-1800 or GSM-1800 / UMTS band cover and that from an array of appropriately tuned dual polarized single radiators exist.

In der US-B1-6,211,841 ist eine Mehrbandantenne für Mobilfunk-Basisstationen vorgeschlagen worden, bei der die Frequenzbänder von GSM-900, GSM-1800 und UMTS durch eine Kombination von zwei Arrays mit zwei unterschiedlichen Einzelstrahlern in Form von Kreuzdipolen (low band dipoles, high band dipoles) abgedeckt werden. US-B1-6,211,841 discloses a multi-band antenna for mobile radio base stations have been proposed using the frequency bands of GSM-900, GSM-1800 and UMTS through a combination of two arrays with two different ones Single radiators in the form of cross dipoles (low band dipoles, high band dipoles) be covered.

In der WO-A2-99/59223 wird eine Dualbandantenne offenbart, bei der ein erster linearer Array von Patchstrahlern für das GSM-Band (860-970 MHz) mit einem zweiten linearen Array von Kreuzdipolen für das PCN-Band (1710-1880 MHz) kombiniert wird, wobei die Kreuzdipole in einer ersten Ausgestaltung zwischen den Patchstrahlern und in einer zweiten Ausgestaltung direkt über den Patchstrahlern angeordnet sind.WO-A2-99 / 59223 discloses a dual band antenna in which a first linear array of patch radiators for the GSM band (860-970 MHz) with one second linear array of cross dipoles for the PCN band (1710-1880 MHz) is combined, the cross dipoles in a first embodiment between the patch emitters and in a second embodiment directly over the Patch spots are arranged.

In der eingangs genannten Druckschrift US-B1-6,239,750 schliesslich wird eine Antennenanordnung für den Mehrbandbetrieb vorgeschlagen, bei der (Fig. 4) zwei lineare Arrays von zwei unterschiedlichen Patchstrahlern miteinander kombiniert sind, wobei die ersten Patchstrahler auf das Frequenzband von 1800-1900 MHz und die zweiten Patchstrahler auf das Frequenzband von 800-900 MHz abgestimmt sind und die ersten Patchstrahler alternierend zwischen und direkt über den zweiten Patchstrahlern angeordnet sind.Finally, in the publication US-B1-6,239,750 mentioned at the beginning, a Antenna arrangement proposed for multi-band operation, in which (Fig. 4) two linear arrays from two different patch heaters combined are, the first patch radiators on the frequency band of 1800-1900 MHz and the second patch radiators tuned to the frequency band of 800-900 MHz and the first patch heaters alternate between and directly above the second patch radiators are arranged.

Um einerseits die vorhandenen Antennenplätze an den Basisstationen für die bisherigen Bänder und das neue UMTS-Band gleichermassen verwenden zu können und andererseits die Vorteile des von der Anmelderin entwickelten Einzelstrahlers gemäss der WO-A1-01/76010 ausnutzen zu können, bestand der Wunsch, diese Einzelstrahler in einer Dualbandantenne einzusetzen.On the one hand, the existing antenna locations at the base stations for the previous ones To be able to use bands and the new UMTS band equally and on the other hand the advantages of the single radiator developed by the applicant According to WO-A1-01 / 76010, there was a desire to use them Use single radiators in a dual band antenna.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine breitbandige Dualbandantenne zu schaffen, die sowohl für das GSM-900- als auch für das GSM-1800- und UMTS-Band geeignet ist, und auf einem Einzelstrahlertyp basiert, wie er in seiner Art in der WO-A1-01/76010 offenbart ist.It is therefore an object of the invention to provide a broadband dual-band antenna create that for the GSM-900 as well as for the GSM-1800 and UMTS band is suitable, and based on a single radiator type, as it is in its kind in WO-A1-01 / 76010 is disclosed.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, erste und zweite Einzelantennen in einer linearen periodischen Anordnung (Array) anzuordnen, wobei die zweiten Einzelantennen abwechselnd zwischen den ersten und oberhalb der ersten Einzelantennen angeordnet sind, und wobei die ersten und zweiten Einzelantennen jeweils als Patchstrahler ausgebildet sind, die jeweils eine in einer rechteckigen, elektrisch leitenden, nach oben offenen Box angeordnete Printplatte und mehrere Patchbleche umfassen, welche oberhalb der Printplatte und parallel zur Printplatte mit Abstand übereinander angeordnet sind. Die Besonderheit an dieser Anordnung ist, dass hier nicht einzelne Patchbleche für unterschiedliche Frequenzbänder übereinander und nebeneinander angeordnet sind, sondern dass jeder der Patchstrahler mit seiner in der Box angeordneten Printplatte im Array eingesetzt wird.The object is achieved by the entirety of the features of claim 1. The essence of the invention is first and second individual antennas in one linear periodic arrangement (array) to be arranged, the second individual antennas alternating between the first and above the first individual antennas are arranged, and wherein the first and second individual antennas each are designed as patch radiators, each in a rectangular, electrical conductive printed board arranged on top and several patch plates include which above the printed circuit board and parallel to the printed circuit board at a distance are arranged one above the other. The peculiarity of this arrangement is that individual patch sheets for different frequency bands are not stacked here and arranged side by side, but that each of the Patch heater with its printed panel arranged in the box used in the array becomes.

Die Patchbleche einer Einzelantenne werden dabei vorzugsweise jeweils untereinander und zur Printplatte mittels elektrisch isolierender Abstandselemente auf Abstand gehalten.The patch plates of an individual antenna are preferably one below the other and to the printed circuit board by means of electrically insulating spacer elements Kept clear.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei den zweiten Einzelantennen jeweils drei Patchbleche mit Abstand übereinander angeordnet sind, dass bei den ersten Einzelantennen jeweils zwei Patchbleche mit Abstand übereinander angeordnet sind, und dass bei den ersten Einzelantennen jeweils anstelle eines dritten Patchbleches eine zweite Einzelantenne mit ihrer Box mit Abstand über dem oberen der zwei Patchbleche angeordnet ist. Damit ist die zweite Einzelantenne jeweils zugleich ein fester Bestandteil der ersten Einzelantenne, über der er platziert ist.A preferred embodiment of the invention is characterized in that in the case of the second individual antennas, three patch sheets spaced one above the other are arranged so that in the first individual antennas two patch plates are spaced one above the other, and that in the first individual antennas a second individual antenna instead of a third patch plate with its box at a distance above the top of the two patch sheets. This means that the second individual antenna is also an integral part of the first Single antenna over which it is placed.

Bevorzugt sind die ersten und zweiten Einzelantennen oberhalb einer sich in Antennenlängsrichtung erstreckenden, gemeinsamen Grundplatte angeordnet. Die Grundplatte kann nichtmetallisch ausgebildet sein. Die Grundplatte kann aber auch als (metallischer) Reflektor ausgebildet sein. The first and second individual antennas are preferred above one in the longitudinal direction of the antenna extending common base plate arranged. The Base plate can be non-metallic. The base plate can also be designed as a (metallic) reflector.

Insbesondere sind die ersten Einzelantennen für die Abdeckung des Frequenzbereichs von 806-960 MHz und die zweiten Einzelantennen für die Abdeckung des Frequenzbereichs von 1710-2170 MHz ausgelegt.In particular, the first individual antennas are for covering the frequency range from 806-960 MHz and the second individual antennas for covering the Frequency range from 1710-2170 MHz.

Eine bewährte Ausgestaltung der erfindungsgemässen Dualbandantenne zeichnet sich dadurch aus, dass in der Dualbandantenne insgesamt sieben erste Einzelantennen und dreizehn zweite Einzelantennen angeordnet sind.A proven design of the dual-band antenna according to the invention draws is characterized in that a total of seven first individual antennas in the dual-band antenna and thirteen second individual antennas are arranged.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGURENBRIEF EXPLANATION OF THE FIGURES

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1
in der Draufsicht von oben eine Dualbandantenne gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit abgenommener Abdeckhaube;
Fig. 2
den Schnitt durch die zwei benachbarten ersten und zweiten Einzelantennen der Dualbandantenne aus Fig. 1 entlang der Linie A-A in Fig. 1;
Fig. 3
die Oberseite der Printplatte einer ersten Einzelantennen aus Fig. 1 bzw. 2;
Fig. 4
die Unterseite der Printplatte einer ersten Einzelantenne aus Fig. 1 bzw. 2;
Fig. 5
die Oberseite der Printplatte einer zweiten Einzelantennen aus Fig. 1 bzw. 2; und
Fig. 6
die Unterseite der Printplatte einer zweiten Einzelantenne aus Fig. 1 bzw. 2;
The invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments in connection with the drawing. Show it
Fig. 1
in plan view from above a dual-band antenna according to a preferred embodiment of the invention with the cover removed;
Fig. 2
the section through the two adjacent first and second individual antennas of the dual band antenna of Figure 1 along the line AA in Fig. 1.
Fig. 3
the top of the printed circuit board of a first individual antennas from Fig. 1 or 2;
Fig. 4
the underside of the printed circuit board of a first individual antenna from FIGS. 1 and 2;
Fig. 5
the top of the printed circuit board of a second individual antennas from Fig. 1 or 2; and
Fig. 6
the underside of the printed circuit board of a second individual antenna from FIGS. 1 and 2;

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION

In Fig. 1 ist in der Draufsicht von oben eine Dualbandantenne gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit abgenommener Abdeckhaube dargestellt. Die Dualbandantenne 10 enthält in einem länglichen Gehäuse 11 eine lineare periodische Anordnung (Array) von ersten Einzelantennen (Einzelstrahlern) 14 und zweiten Einzelantennen (Einzelstrahlern) 15 und 16 über einer das ganze Gehäuse 11 ausfüllenden, länglichen Grundplatte 12. Die Grundplatte 12 kann nichtmetallisch sein. Sie kann aber auch metallisch sein und dann als Reflektor wirken. Durch die Anordnung der Einzelantennen 14, 15, 16 über einem Reflektor wird das Vor/Rückverhältnis optimiert.1 shows a top view of a dual-band antenna according to a preferred one Embodiment of the invention with the cover removed shown. The dual-band antenna 10 contains one in an elongated housing 11 linear periodic arrangement (array) of first individual antennas (single radiators) 14 and second individual antennas (single radiators) 15 and 16 over one the whole Housing 11 filling, elongated base plate 12. The base plate 12 can be non-metallic. But it can also be metallic and then as a reflector Act. By arranging the individual antennas 14, 15, 16 above a reflector the forward / reverse ratio is optimized.

Die ersten Einzelantennen 14 und ein Teil zweite Einzelantennen 15 sind im linearen Array alternierend angeordnet. Zusätzlich sind konzentrisch über den ersten Einzelantennen 14 die übrigen zweiten Einzelantennen 16 platziert (siehe auch Fig. 2). Der Abstand zwischen den zweiten Einzelantennen 15, 16 ist so etwa halb so gross wie der Abstand zwischen den ersten Einzelantennen 14 und beträgt jeweils etwa das 0,7-fache der Wellenlänge des zugeordneten Frequenzbandes.The first individual antennas 14 and part of the second individual antennas 15 are linear Arrays arranged alternately. They are also concentric about the first Individual antennas 14 placed the remaining second individual antennas 16 (see also Fig. 2). The distance between the second individual antennas 15, 16 is about half as large as the distance between the first individual antennas 14 and is in each case about 0.7 times the wavelength of the assigned frequency band.

Der grundsätzliche Aufbau der ersten und zweiten Einzelantennen 14, 15 und 16 lässt sich am besten an der Querschnittsdarstellung der Fig. 2 erläutern: Die zweiten Einzelantennen 15 und 16 sind im Aufbau weitgehend identisch. Bei ihnen ist in einer quadratischen, nach oben offenen Box 21, 26 aus Metallblech jeweils parallel zum Boden in einem Abstand vom Boden der Box 21, 26 eine Printplatte 22 bzw. 27 angeordnet, deren beidseitige Leiterbahn- bzw. Leiterflächenkonfiguration in Fig. 5 und 6 wiedergegeben ist. Über der Printplatte 22, 27 sind parallel zur Printplatte 22, 27 in unterschiedlichem Abstand voneinander drei Patchbleche 23, 24, 25 bzw. 28, 29, 30 vorgesehen, die durch die Printplatte 22, 27 angeregt werden und mit der elektromagnetischen Strahlung koppeln. Die zweiten Einzelantennen 15, 16 sind für das Frequenzband von 1710-2170 MHz (GSM 1800, UMTS) vorgesehen und abgeglichen (UMTS-Strahler). Ihre äusseren Abmessungen und Patchblechabstände sind daher kleiner als bei den ersten Einzelantennen 14. Die UMTS-Strahler 15 und 16 sind jeweils in der Höhe über der Grundplatte 12 versetzt angeordnet (Fig. 2).The basic structure of the first and second individual antennas 14, 15 and 16 can best be explained on the cross-sectional representation of FIG. 2: The second individual antennas 15 and 16 are largely identical in construction. With you is in a square box 21, 26 which is open at the top and is made of sheet metal parallel to the floor at a distance from the bottom of the box 21, 26 a printed circuit board 22 or 27 arranged, their double-sided conductor track or conductor surface configuration 5 and 6 is shown. Above the printed circuit board 22, 27 are parallel to the printed circuit board 22, 27 three patch plates at different distances from one another 23, 24, 25 and 28, 29, 30 are provided, which are excited by the printed circuit board 22, 27 become and couple with the electromagnetic radiation. The second individual antennas 15, 16 are for the frequency band from 1710-2170 MHz (GSM 1800, UMTS) provided and adjusted (UMTS emitters). Your outer dimensions and patch panel distances are therefore smaller than in the first individual antennas 14. The UMTS radiators 15 and 16 are each at a height above the base plate 12 staggered (Fig. 2).

Die ersten Einzelantennen 14, die für das Frequenzband von 806-960 MHz (GSM 900 u.a.) vorgesehen und abgeglichen sind (900-MHz-Strahler), sind ähnlich wie die zweiten Einzelantennen 15, 16 aufgebaut: Bei ihnen ist in einer grösseren quadratischen, nach oben offenen Box 17 aus Metallblech jeweils parallel zum Boden in einem Abstand vom Boden der Box 17 eine Printplatte 18 angeordnet, deren beidseitige Leiterbahn- bzw. Leiterflächenkonfiguration in Fig. 3 und 4 wiedergegeben ist. Über der Printplatte 18 sind parallel zur Printplatte 18 in unterschiedlichem Abstand voneinander zwei Patchbleche 19 und 20 vorgesehen, die durch die Printplatte 18 angeregt werden und mit der elektromagnetischen Strahlung koppeln. Anstelle eines dritten Patchbleches ist über den beiden Patchblechen 19, 20 mit Abstand eine zweite Einzelantenne 16 mit ihrer Box 21 angeordnet.The first individual antennas 14, which for the frequency band of 806-960 MHz (GSM 900 and others) are provided and aligned (900 MHz emitters), are similar to the second individual antennas 15, 16 are built: one of them is in a larger one square, upwardly open box 17 made of sheet metal each parallel to A print plate 18 arranged at a distance from the bottom of the box 17, the two-sided conductor track or conductor surface configuration shown in FIGS. 3 and 4 is. Above the printed circuit board 18 are parallel to the printed circuit board 18 in different ways Two patch plates 19 and 20 are provided at a distance from one another be excited by the printed circuit board 18 and with the electromagnetic radiation couple. Instead of a third patch sheet is over the two patch sheets 19, 20 a second individual antenna 16 with its box 21 arranged at a distance.

Die Printplatten 18 der ersten Einzelantennen 14 und 22 bzw. 27 der zweiten Einzelantennen 16 bzw. 15 weisen auf ihrer Oberseite gemäss Fig. 3 bzw. 5 verschiedene Leiterbahnen 31, 32 bzw. 34, 35 auf. Auf den Unterseiten sind jeweils Masseflächen 33 bzw. 36 vorgesehen, in denen in einer gekreuzten Anordnung schlitzförmige Leiterstrukturen 37, 38 bzw. 39, 40 ausgebildet sind. Die Speisung der Einzelantennen 14, 15, 16 kann durch eine beliebiges Netzwerk erfolgen.The printed circuit boards 18 of the first individual antennas 14 and 22 and 27 of the second individual antennas 16 and 15 have on their top according to Fig. 3 and 5 different Conductor tracks 31, 32 and 34, 35 respectively. On the subpages are Ground areas 33 and 36 are provided, in which in a crossed arrangement slot-shaped conductor structures 37, 38 and 39, 40 are formed. The feed the individual antennas 14, 15, 16 can take place through any network.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Einzelantennen 14, 15 und 16 haben- anders als der Patchstrahler der WO-A1-01/76010 - keine zur Erhöhung der Bandbreite eingesetzten Laschen an den vier Seiten der Box 17, 21, 26. Die notwendige Bandbreite wird durch das dritte (obere) Patchblech 25, 30 realisiert. Die Box 21 des UMTS-Strahlers (Einzelantenne 16) auf dem 900-MHz-Strahler (Einzelantenne 14) hat eine mit einem dritten Patchblech vergleichbare Wirkung, d.h., durch den UMTS-Strahler wird ebenfalls die Bandbreite vergrössert (auf Grund von kapazitiver Kopplung zwischen der UMTS-Box 21 und den beiden Patchblechen 19, 20 der 900-MHz-Box bzw. der Schlitzstruktur (Leiterstruktur37, 38) der Printplatte 18 werden zusätzliche Resonanzfrequenzen angeregt, die zu einer Erweiterung der Bandbreite führen).The individual antennas 14, 15 and 16 shown in FIGS. 1 and 2 have - other than the patch radiator of WO-A1-01 / 76010 - none used to increase the bandwidth Tabs on the four sides of box 17, 21, 26. The necessary bandwidth is realized by the third (upper) patch plate 25, 30. The box 21 of the UMTS radiator (single antenna 16) on the 900 MHz radiator (single antenna 14) has an effect comparable to a third patch panel, i.e. through the UMTS emitters also increase the bandwidth (due to capacitive Coupling between the UMTS box 21 and the two patch plates 19, 20 the 900 MHz box or the slot structure (conductor structure 37, 38) of the printed circuit board 18 additional resonance frequencies are stimulated, which lead to an expansion of the Bandwidth).

Zu der Funktion der Grundplatte 12 ist noch zu erwähnen, dass es bereits im Stand der Technik bekannt war, Patchstrahler über einem metallischen Grundblech anzuordnen. Bei solchen bekannten Konstruktionen hatte dieses die Funktion eines Reflektors und bewirkte damit eine Vorgabe der Strahlungsrichtung. Diese Aufgabe erfüllt bei der jetzigen Anordnung bereits die Box 17, 26, welche die Einzelantenne umschliesst. Das Reflektorblech dient einerseits als Grundplatte 12 zur Montage der Boxen 17, 26 und zum anderen wird mit dem Abstand einer Box über einer solchen Reflektorplatte das Vor/Rückverhältnis optimiert.Regarding the function of the base plate 12, it should also be mentioned that it is already in the State of the art was known, patch radiators over a metallic base plate to arrange. With such known constructions, this had the function of a reflector and thus caused the radiation direction to be specified. In the current arrangement, the box 17, 26 already fulfills this task encloses the individual antenna. The reflector plate serves as a base plate 12 for mounting the boxes 17, 26 and the other one with the distance one Box above such a reflector plate optimizes the forward / reverse ratio.

Der optimale Abstand der Einzelantennen 14 bzw. 15, 16 im Array der Dualbandantenne 10 beträgt das 0,7-fache der Wellenlänge des jeweiligen Bandes. Daraus folgt, dass der Abstand zwischen den UMTS-Strahlern 15, 16 ca. halb so gross wie der der 900-MHz-Strahler 14 zu sein hat. Dieser Vorschrift folgt die Konfiguration im vorliegenden Fall. Der Aufbau beginnt und endet mit einem 900 MHz-Strahler 14. Auf diese Art und Weise kann eine maximale Anzahl sowohl von 900Mhz-Strahlern 14 als auch von UMTS-Strahlern 15, 16 untergebracht werden. Dadurch können bei vorgegebener Antennenlänge der Gewinn maximiert und die Strahlungsdiagramme optimiert werden. Im Beispiel der Fig. 1 sind insgesamt sieben 900-MHz-Strahler 14 und dreizehn UMTS-Strahler 15, 16 im Array vorgesehen.The optimal distance between the individual antennas 14 and 15, 16 in the array of the dual band antenna 10 is 0.7 times the wavelength of the respective band. from that follows that the distance between the UMTS emitters 15, 16 is approximately half as large how the 900 MHz radiator 14 has to be. The configuration follows this rule in the present case. The construction begins and ends with a 900 MHz radiator 14. In this way, a maximum number of both 900 MHz emitters 14 and UMTS emitters 15, 16 can be accommodated. As a result, the gain can be maximized and the Radiation diagrams can be optimized. In the example in FIG. 1 there are a total of seven 900 MHz emitters 14 and thirteen UMTS emitters 15, 16 are provided in the array.

Insgesamt wird die angemeldete Lösung durch folgende Besonderheiten charakterisiert:

  • Die Einzelantennen (Strahler) sind Patchstrahler und haben eine in einer Box angeordnete Printplatte mit mehreren über der Printplatte liegenden Patchblechen.
  • Es gibt zwei unterschiedliche Typen von Einzelantennen, nämlich für das Frequenzband 806-960 MHz (900-MHz-Strahler) und für das Frequenzband 1710-2170 MHz (UMTS-Strahler).
  • Beide Strahlertypen sind in einem linearen Array angeordnet, wobei die Periode der UMTS-Strahler halb so gross ist wie die Periode der 900-MHz-Strahler.
  • Die UMTS-Strahler sind zwischen und über den 900-MHz-Strahlern angeordnet.
  • Dabei ergibt sich eine "aufgestockte" Anordnung von Strahlern, bei der die Box des UMTS-Strahlers fester Bestandteil des 900-MHz-Strahlers ist und zu dessen Anpassung beiträgt.
  • Die UMTS-Strahler sind höhenversetzt angeordnet, wobei auftretende Phasendifferenzen durch unterschiedliche Längen der Speiseleitungen ausgeglichen werden.
  • Die Positionierung der Patchstrahler in einem definierten Abstand über einem Reflektor bewirkt dabei eine Verbesserung des Vor/Rückverhältnisses.
Overall, the registered solution is characterized by the following special features:
  • The individual antennas (radiators) are patch radiators and have a printed circuit board arranged in a box with several patch plates lying above the printed circuit board.
  • There are two different types of individual antennas, namely for the frequency band 806-960 MHz (900 MHz radiator) and for the frequency band 1710-2170 MHz (UMTS radiator).
  • Both types of emitters are arranged in a linear array, the period of the UMTS emitters being half as long as the period of the 900 MHz emitters.
  • The UMTS radiators are arranged between and above the 900 MHz radiators.
  • This results in an "increased" arrangement of emitters, in which the box of the UMTS emitter is an integral part of the 900 MHz emitter and contributes to its adaptation.
  • The UMTS emitters are arranged at different heights, with phase differences occurring being compensated for by different lengths of the feed lines.
  • The positioning of the patch radiators at a defined distance above a reflector improves the forward / reverse ratio.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
DualbandantenneDual-band antenna
1111
Gehäusecasing
1212
Grundplatte (Reflektor)Base plate (reflector)
1313
Anschlussseiteterminal side
14,15,1614,15,16
Einzelantenne (Patchstrahler)Single antenna (patch radiator)
17,21,2617,21,26
Boxbox
18,22,2718,22,27
PrintplattePCB
19,23,2819,23,28
Patchblechpatch plate
20,24,2920,24,29
Patchblechpatch plate
25,3025,30
Patchblech patch plate
31,3231.32
Leiterbahnconductor path
3333
Masseflächeground plane
34,3534.35
Leiterbahnconductor path
3636
Masseflächeground plane
37,3837.38
Leiterstrukturconductor structure
39,4039.40
Leiterstrukturconductor structure

Claims (7)

Dualbandantenne (10) mit einer ersten linearen periodischen Anordnung von ersten Einzelantennen (14) für ein erstes Frequenzband und einer zweiten linearen periodischen Anordnung von zweiten Einzelantennen (15, 16) für ein zweites Frequenzband, wobei die Periode der ersten linearen periodischen Anordnung im wesentlichen doppelt so gross ist wie die Periode der zweiten linearen periodischen Anordnung, und wobei die zweiten Einzelantennen (15, 16) abwechselnd zwischen den ersten und oberhalb der ersten Einzelantennen (14) angeordnet sind, und wobei die ersten Einzelantennen (14) und zweiten Einzelantennen (15, 16) als Patchstrahler ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Einzelantennen (14, 15, 16) jeweils eine in einer rechteckigen, elektrisch leitenden, nach oben offenen Box (17, 21, 26) angeordnete Printplatte (18, 22, 27) und mehrere Patchbleche (19, 20; 23, 24, 25; 28, 29, 30) umfassen, welche oberhalb der Printplatte (18, 22, 27) und parallel zur Printplatte (18, 22, 27) mit Abstand übereinander angeordnet sind.Dual band antenna (10) with a first linear periodic arrangement of first individual antennas (14) for a first frequency band and a second linear periodic arrangement of second individual antennas (15, 16) for a second frequency band, the period of the first linear periodic arrangement being essentially double is as long as the period of the second linear periodic arrangement, and the second individual antennas (15, 16) are arranged alternately between the first and above the first individual antennas (14), and wherein the first individual antennas (14) and second individual antennas (15 , 16) are configured as patch radiators, characterized in that the first and second individual antennas (14, 15, 16) each have a printed circuit board (18, 22) arranged in a rectangular, electrically conductive box (17, 21, 26) which is open at the top , 27) and several patch plates (19, 20; 23, 24, 25; 28, 29, 30), which are above the printed circuit board (18, 22, 27) and parallel to the Pri ntplatte (18, 22, 27) are arranged one above the other at a distance. Dualbandantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Patchbleche (19, 20; 23, 24, 25; 28, 29, 30) einer Einzelantenne (14, 15, 16) jeweils untereinander und zur Printplatte (18, 22, 27) mittels elektrisch isolierender Abstandselemente auf Abstand gehalten werden.Dual-band antenna according to Claim 1, characterized in that the patch plates (19, 20; 23, 24, 25; 28, 29, 30) of an individual antenna (14, 15, 16) each one below the other and to the printed circuit board (18, 22, 27) by means of electrically insulating spacer elements are kept at a distance. Dualbandantenne nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei den zweiten Einzelantennen (15, 16) jeweils drei Patchbleche (23, 24, 25; 28, 29, 30) mit Abstand übereinander angeordnet sind, dass bei den ersten Einzelantennen (14) jeweils zwei Patchbleche (19, 20) mit Abstand übereinander angeordnet sind, und dass bei den ersten Einzelantennen (14) jeweils anstelle eines dritten Patchbleches eine zweite Einzelantenne (16) mit ihrer Box (21) mit Abstand über dem oberen der zwei Patchbleche (19, 20) angeordnet ist. Dual-band antenna according to one of Claims 1 or 2, characterized in that in the case of the second individual antennas (15, 16) three patch plates (23, 24, 25; 28, 29, 30) are arranged one above the other at a distance, that in the first individual antennas ( 14) two patch sheets (19, 20) are arranged one above the other at a distance, and that in the case of the first individual antennas (14) a second individual antenna (16) with its box (21) at a distance above the top of the two patch sheets instead of a third patch sheet (19, 20) is arranged. Dualbandantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Einzelantennen (14, 15, 16) oberhalb einer sich in Antennenlängsrichtung erstreckenden, gemeinsamen Grundplatte (12) angeordnet sind.Dual-band antenna according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the first and second individual antennas (14, 15, 16) are arranged above a common base plate (12) which extends in the longitudinal direction of the antenna. Dualbandantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (12) als Reflektor ausgebildet ist.Dual-band antenna according to claim 4, characterized in that the base plate (12) is designed as a reflector. Dualbandantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Einzelantennen (14) für die Abdeckung des Frequenzbereichs von 806-960 MHz und die zweiten Einzelantennen (15, 16) für die Abdeckung des Frequenzbereichs von 1710-2170 MHz ausgelegt sind.Dual-band antenna according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the first individual antennas (14) are designed to cover the frequency range from 806-960 MHz and the second individual antennas (15, 16) are designed to cover the frequency range from 1710-2170 MHz , Dualbandantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Dualbandantenne (10) insgesamt sieben erste Einzelantennen (14) und dreizehn zweite Einzelantennen (15, 16) angeordnet sind.Dual-band antenna according to one of Claims 1 to 6, characterized in that a total of seven first individual antennas (14) and thirteen second individual antennas (15, 16) are arranged in the dual-band antenna (10).
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