EP1525642B1 - Zweidimensionales antennen-array - Google Patents

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EP1525642B1
EP1525642B1 EP03767743.2A EP03767743A EP1525642B1 EP 1525642 B1 EP1525642 B1 EP 1525642B1 EP 03767743 A EP03767743 A EP 03767743A EP 1525642 B1 EP1525642 B1 EP 1525642B1
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EP
European Patent Office
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antenna
antenna element
column
additional
elements
Prior art date
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EP03767743.2A
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EP1525642A1 (de
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Max GÖTTL
Jürgen RUMOLD
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Kathrein SE
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Kathrein Werke KG
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Publication date
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Application filed by Kathrein Werke KG filed Critical Kathrein Werke KG
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    • 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
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    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array

Definitions

  • the invention relates to a two-dimensional antenna array according to the preamble of claim 1.
  • a generic antenna array usually comprises a plurality of radiators or radiator groups, but at least two side and two superimposed radiator or radiator groups, so that there is a two-dimensional array arrangement.
  • a two-dimensional antenna array having four vertically extending and horizontally juxtaposed columns in which, for example, each six to ten offset in the vertical direction superimposed emitters or radiator groups are arranged.
  • Such antennas are then sometimes called depending on the purpose of use as “smart antennas", which can be used, inter alia, for example, in the military field for tracking targets (radar). These applications are also often referred to as "phased array” antennas.
  • These antennas are amplified Recently, however, also used in mobile communications, especially in the frequency ranges 800 MHz to 1000 MHz or 1700 MHz to 2200 MHz.
  • Such antenna arrays can be used to determine the direction of the incoming signal. At the same time, however, by appropriate tuning of the phase position of the fed into the individual columns transmission signals and the emission direction can be changed, i. There is a selective beam shaping.
  • This alignment of the emission direction of the antenna array in a different horizontal direction can be done by electronic beam scanning, ie, that the phase angles of the individual signals can be adjusted by a suitable signal processing.
  • suitable dimensioned passive beamforming networks are suitable dimensioned passive beamforming networks.
  • the use of active or controllable by control signals phase shifters in these feed networks to change the emission direction is known.
  • Such a beam-forming network may for example consist of a so-called Butler matrix having, for example, four inputs and four outputs. Depending on the connected input, the network generates a different but fixed phase relationship between the radiators in the individual rows of dipoles.
  • Such an antenna structure with a Butler matrix is for example of the generic type US 6,351,243 known.
  • the antenna array can also be used so that the individual radiator or radiator groups are operated independently in the individual columns to be used independently in a desired transmit or receive operation.
  • radiators or radiator groups arranged individually in a column have a radiation pattern whose half-width in the horizontal direction lies approximately between 80 ° and 100 °.
  • a multi-band antenna array is out of the US 6 211 841 B1 known.
  • This multi-band antenna array includes, for example, a two-column antenna array for a high frequency band and additionally another two-column antenna array for a low frequency band.
  • the radiator arrangement for the higher frequency band and the radiator arrangement for the lower frequency band are arranged offset in each case in the vertical and in the horizontal direction. All radiating devices for the antenna array radiating in a higher frequency band as well as all radiating devices for the radiating in the lower frequency band array are fed together.
  • a dual mode antenna is basically made of US 2002/0021246 A1 known. In this prior publication, antenna constructions are described which can also radiate in a higher and in a lower frequency band.
  • the radiator devices for the higher frequency band are each arranged offset from one another in the vertical direction, specifically in several columns provided with horizontal offset from one another.
  • Horizontally offset are in several in the horizontal direction offset columns arranged several spotlights with vertical offset, which radiate in a lower frequency band.
  • the radiator device for the higher frequency band as well as the radiator device for the lower frequency band are each fed together.
  • the half-width of the column radiators that with respect to the vertically stacked in a column radiators or radiator groups horizontally offset to at least one additional radiator or at least one additional radiator group is provided, which is preferred is housed in an adjacent column.
  • this at least one additional radiator or at least one additional radiator group is not supplied with the radiators or radiator groups in the respective column in which they are arranged, but rather together with the radiators or radiator groups of the adjacent ones Column.
  • the half-width can be significantly reduced, wherein the optimum, desired half-width can be preferably adjusted by selecting the number of radiators or radiator groups assigned to a specific column but offset in a suitable manner.
  • the use of two additional radiator or radiator groups in an antenna array with six to twelve superposed radiator or radiator groups is sufficient to realize a half-width of about 60 ° to 65 °.
  • radiators used in the individual columns consist of linearly polarized radiators or else of dual-polarized or circular-polarized radiators.
  • all suitable radiators can be considered, for example dipole radiators in the form of conventional dipole radiators (in particular in the case of linearly polarized antennas) or for example in the manner of a dipole square, but in the manner of a dipole cross radiating dipole arrangement, as described, for example, in US Pat WO 00/39894 basically be known as known.
  • dipole squares can also be used or even patch radiators, etc.
  • these can preferably be oriented in a +/- 45 ° orientation in the horizontal or vertical.
  • the column spacing that is to say the distance between the radiators or radiator groups between two adjacent columns, is preferably approximately ⁇ / 2 of the mean operating wavelength. In principle, however, this column spacing can be in a range from 0.25 ⁇ to 1.0 ⁇ of the operating wavelength, preferably the average operating wavelength.
  • the vertical spacing of the radiators in a column is preferably 0.7 ⁇ to 1.2 ⁇ . If an additional radiator or an additional radiator group (which is fed together with the radiators in an adjacent column) is integrated therebetween, the free distance to an upper or lower radiator or lower radiator group is preferably reduced to half the distance.
  • the antenna according to the invention can be operated in such a way that the radiators or radiator groups provided in one column are fed and operated independently of those in an adjacent column (with the exception of the additional radiators or radiator groups integrated in accordance with the invention, which together with those in FIG an adjacent column).
  • the spotlights or radiator groups provided in a column are controllable via phase shifters, with respect to which a different lowering angle, a so-called different down-tilt angle, can be set relative to a horizontal plane.
  • an antenna array of the type described can also be used to carry out beam shaping in any desired manner, in particular if a so-called butler matrix or similar beam-forming networks are connected upstream of the individual columns and the radiators or radiator groups provided there. Alternatively, hybrids can be added in the individual columns.
  • the columns are preferably provided at a uniform distance next to each other, but also antenna arrays with unequal distances can be realized side by side.
  • the individual emitters or emitter groups in the individual columns can each be arranged at the same height or, in the vertical direction, can be arranged offset relative to each other.
  • the center position of a radiator or a radiator group can be arranged in a column in any relative vertical height position to the respective position of the radiators or radiator groups provided there.
  • the vertical offset can also correspond exactly to half the vertical distance between two radiators or radiator groups arranged one above the other.
  • the emitters or emitter groups in two adjacent columns are arranged offset from one another in the vertical direction, this offers the advantage that the emitter (s) additionally provided or Emitter groups that are associated with a particular column, but arranged in an adjacent column, can be arranged so that they come to rest on a same contour line next to a radiator or emitter group in its associated column. This ultimately allows an optimized antenna to be realized without its size increasing.
  • the additionally provided radiator or radiator groups for reducing the half-width can be arranged both in the middle and at the upper and / or lower end of a column. You can also be placed between them in any position. By means of these positioning measures fine optimizations can be made.
  • At least one additional radiator or an additional radiator group for a column is provided which are horizontally or horizontally or horizontally offset with horizontal components integrated in an adjacent column. At most, the number of these additional radiators or radiator groups corresponds to the number N-1, where N corresponds to the number of radiators or radiator groups provided in the home in a column.
  • all radiators or radiator groups are arranged offset in a column in the vertical direction at the same distance from each other, wherein at least one radiator or a radiator group, possibly even more each with the radiators or radiator groups in a be fed adjacent column.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an inventive antenna array 1 is shown, which usually has a rear reflector 3, which extends vertically in vertical alignment of the antenna array.
  • the reflector 3 may for example consist of an electrically conductive or provided with an electrically conductive surface plate, which may be provided on the vertical outer boundaries angled or even perpendicular to the reflector plane extending and extending over a certain height to the reflector plane webs.
  • the antenna array 1 comprises two columns 5.
  • a plurality, ie at least two primary or first, ie basically provided radiator or radiator groups 9 offset in the vertical direction to each other, for example, the left column 5a via two inputs 11a are fed, namely for each polarization via an input.
  • only one input 11a would be provided.
  • everyone in FIG. 1 dark reproduced and arranged at regular vertical intervals eight radiators or radiator groups 9 are connected via a Input 11a fed with the same phase.
  • the superposed single-polarized radiators or radiator groups are fed via a single input 11 only. If it is desired that the antenna array also in electrical terms with different down-tilt angle should be adjustable (ie at different angles of radiation with respect to the horizontal plane), so in the antenna array still diverse phase shifters can be integrated, what about the individually vertically stacked radiator or Groups of superimposed radiators with different phase angles could be fed.
  • two inputs 11a for a column are again provided, wherein the phase position for the vertically stacked radiators or radiator groups can be set differently via the feed network not shown in detail, for example with a plurality of phase shifters. It is for this purpose, for this purpose, for example, the pre-published WO 01/13459 directed.
  • About two second inputs 11b are provided in the right column 5b, arranged at regular vertical intervals eight radiators or radiator groups 9 also with the same phase or when using a feed network with one or more phase shifters with different phase position for generating a down-tilt angle ,
  • the radiator or radiator groups 9 consist of so-called cross-vector dipoles, which are aligned in their beam direction in the + 45 ° and -45 ° relative to the horizontal or vertical. Structure and operation of this in the schematic representation according to FIG. 1 Radiators appearing rather rectangular, but polarized in their electrical effect in the manner of cross dipoles in two mutually perpendicular planes, are fundamentally made of WO 00/39894 known. , Instead of these so-called cross vector dipoles, however, it is also possible to use conventional crossed dipoles or dipole squares or patch radiators, etc., if the individual radiators or radiator groups are to radiate each time in two polarization planes perpendicular to one another. This will be discussed later with reference to further schematic figures.
  • radiators in each of the two columns 5a and 5b basically in the best case have a half-width, which is not smaller than 75 °, is now provided according to the invention that additional radiators or radiator groups are provided.
  • FIG. 2 in which, at the same in FIG. 1 also reproduced antenna array, however, only the radiator and radiator groups 9 are shown, which in the antenna array in FIG. 1 are provided in the left column 5a (as already with reference to FIG. 1 was explained). In other words, they are second Column belonging and in FIG. 1 brightly reproduced radiator or radiator groups 9 in the example according to FIG. 2 been omitted.
  • two additional radiators or radiator groups 109, 109a are now provided in this embodiment, which are arranged offset to the first column 5a, preferably in the second column 5b in the exemplary embodiment.
  • the half-width can now be reduced.
  • the measure of the half-width with respect to the two central radiator or radiator groups 9 ' for example, even bundled to 45 ° high.
  • the far field only a half-width is perceived, resulting in the total half-width reduction, for example, to a desired range of about 60 ° or 65 °.
  • additional radiators or radiator groups 109, 109b are also provided for the radiators or radiator groups 9 for the second column 5b, which - as shown in particular in FIG. 3 can be seen - also lying in the middle in the direction of the first column 5a arranged offset lying.
  • These additional radiators or radiator groups 109, 109b are fed together with the radiators or radiator groups 9 in the second column 5b.
  • the additional radiators 109b in the column 5a are arranged in the same contour line to the adjacent radiators or radiator groups 9 "in the second column 5b.
  • FIG. 1 reproduced antenna is ultimately from the two antenna parts according to FIG. 2 and FIG. 3 composed.
  • the radiator or radiator groups are arranged offset in the first column 5a by half the vertical distance of two arranged in the adjacent column radiators or radiator groups 9, this opens up the possibility that in each case the additional radiator or radiator groups 109, 109a or 109 , 109b come to lie to the same height to reduce the respective half-width in the other column, between two vertically adjacent, provided there emitters or radiator groups.
  • the two-column antenna array can be provided without a down-tilt device. Via the supply inputs 11a and 11b, all emitters 9 are uniformly fed for both polarizations. Therefore, in addition to the respective main group 5a and 5b provided, then quasi arranged in a secondary column additional radiator 109a and 109b are each fed with the same phase as the respective main column associated radiator.
  • radiator 9 ' are fed with the same phase position as the arranged in the secondary column additional radiator 109'a.
  • the further radiator 9 "underneath can, for example, be fed in a phase position shifted again, but together with the radiator arrangement 109" a.
  • FIG. 1 brightly drawn auxiliary radiator 109b, which are fed with the corresponding same phase position (and also separately for each polarization), as the right of it in the column 5b seated radiator.
  • FIG. 1a refers, in the extracts an enlarged detail of the antenna according to FIG. 1 is shown in perspective. It can also be seen that on the outside of the vertical edge of the reflector, a boundary 3 'can still be provided which extends substantially perpendicularly or at least transversely to the reflector plane 3.
  • the individual columns 5a and 5b can also be separated or divided therebetween via a further boundary wall or boundary web extending preferably perpendicular to the reflector plane be, which may also have a different height than the outer reflector boundaries 3 '.
  • antenna array in its simplest form be constructed so that it comprises only two vertically extending columns 5a and 5b.
  • a respective radiator arrangement is provided in each of the at least two vertically extending columns 5a and 5b, which is fed.
  • the radiator arrangement provided in the two columns 5a and 5b in this case in each case comprises at least one radiator or at least one radiator group 9.
  • At least one further one is provided for at least one column 5a or 5b to the radiator arrangement already provided there in the vertical direction additional radiator or at least one further additional radiator group 109b or 109a is provided and that the at least one additional radiator or the at least one additional radiator group 109b or 109a with the arranged in the other column 5b or 5a radiator arrangement is fed.
  • FIG. 4 differs from that FIG. 1 in two respects, namely the fact that on the one hand for each column 5 only one additional radiator or an additional radiator group 109a or 109b is provided, the other not here rather in the central region of the antenna array, but to the uppermost or the lamp arranged at the bottom is laterally offset. This also makes the half-width with respect to all Spotlights or radiator arrangements reduced in a respective column.
  • two additional radiators or radiator arrangements 109a and 109b are provided per column, namely at the upper and at the lower end or end region of the antenna array.
  • radiators or radiator groups 9 are provided from home in each column 5 radiator or radiator groups 9 in the same horizontal height position to each other, ie in pairs.
  • the additionally provided radiators or radiator groups 109 which are alternately mounted in the adjacent column, must be provided at an intermediate height to the radiators or radiator groups provided in the respective main gaps, as is apparent from FIG. 6 is apparent.
  • 109b are fed with a phase position which either corresponds to the optimum phase position corresponding to their horizontal arrangement, or else has a phase position which, for example, coincides with the radiator arranged directly above or immediately below in the associated main gaps 5a and 5b.
  • the upper additional radiator 109'a a Have phase position which corresponds either to the phase position of the radiator 9 'or radiator 9 "in the associated main gap 5a.
  • the additional radiator 109" a provided in the column 5b could again have a phase which corresponds to the phase position of the radiator 9 provided in the main gap 5a "or 9"'corresponds.
  • FIG. 7 It is shown that a same antenna arrangement as in FIG. 1 for example, can also be constructed using conventional cross radiator.
  • dipole squares can also be used instead of the cross radiators.
  • FIG. 9 shows a corresponding embodiment using patch radiators.
  • all of the above-mentioned antenna arrays are configured to radiate or receive in two mutually perpendicular planes of polarization oriented at + 45 ° and -45 °, respectively, with respect to the horizontal or vertical.
  • radiators or radiator groups are not mandatory may consist of dual-polarized radiators (or of circular-polarized radiators, for example) but may equally well consist of linearly-polarized radiators or radiator groups.
  • the half-widths of the radiation patterns for the individual columns 5 are reduced by the same technical measures.
  • FIG. 11 Reference is made, which describes a further variant.
  • the two-column antenna array 1 according to FIG. 11 is basically similar to the embodiment of the FIGS. 1 to 3 built up.
  • the peculiarities are on the one hand that in principle only an odd number of main radiators 9 are arranged in each column, namely in the column 5a in the same vertical section one above the other in this embodiment, nine radiators 9, as well as in the column 5b. Due to the odd number of main radiators in each column is a spotlight 9 'in the middle of the antenna array to lie.
  • two additional radiators 109a are provided for the radiators provided in the column 5a, which are now arranged at half the vertical distance corresponding to the vertical spacing pitch between the radiators 9.
  • the antenna operated again in a certain down-tilt angle, so that in a column vertically stacked radiator 9 are fed with different phase, so in this embodiment, the preferred provided emitters 109'a and 109 "a fed with the same phase position as in the associated main column, ie provided here in column 5a centrally arranged radiator 9 ' FIG. 11 brightly drawn spotlights.
  • the middle radiator in the column 5b with the same phase position as the two offset, provided in the column 5a additional radiator 109b is fed. It would also be conceivable, for example, for the additional radiators 109'a to be fed with the phase position of the radiator 9 ", while additional additional radiators 109" a could be fed with the phase position of the radiator 9 "'located lower become.
  • radiators or radiator groups 9 in a column 5 are connected to the respective radiator or radiator groups 9 in the adjacent column 5b, e.g. have a distance between 0.25 ⁇ and 1 ⁇ , preferably by ⁇ / 2.
  • ⁇ represents a wavelength of the operating wavelength, preferably the average operating wavelength in a frequency band to be transmitted.
  • the vertical spacing of the individual radiators in the individual columns preferably differs between 0.7 ⁇ and 1.3 ⁇ .
  • antenna arrays having three, four or even more columns, the columns preferably being uniformly spaced from each other in the horizontal direction to have. But also columns with uneven distances next to each other are possible.
  • the number of additional radiators which are additionally integrated in the respective other column, consist of at least one radiator or at least one radiator group 109, 109a or 109b.
  • the number of these additionally provided radiators 109a, 109b is limited in maximum respect to a number which is one less than the radiator or radiator groups "provided in the associated main column.
  • the respectively additionally provided emitter or emitter groups 109, 109 'need not be provided exactly in the vertical line in which the emitters or emitter groups of the respectively adjacent column are arranged. In other words, an additional offset in the horizontal direction can be provided here.
  • Half-widths of, for example, preferably 45 °, 50 °, 55 °, 60 ° or even 65 ° or 70 ° or any intermediate sizes can be realized by the illustrated additional radiator or radiator groups according to the invention. It is also possible not to provide one or more columns with the explained additionally integrated radiators, so that here conventional half-widths for this column, for example, 75 °, 80 ° or 85 ° can be realized.
  • the individual columns 5, 5a, 5b, etc. are independently electrically adjustable, preferably via own phase shifters. Equally, however, the columns are also electrically adjustable together, preferably via coupled phase shifters. If the explained examples of the antenna arrays are provided with an integrated electromechanical unit, an electrical lowering of the main radiator (main lobe) of the respective radiator arranged in a column can be carried out by remote control. Optionally, a retrofit to carry out a remote controlled lowering can be carried out here.
  • the columns can also be operated jointly with, for example, a Butler matrix or other upstream beamforming networks in order to realize so-called beamforming.
  • the columns can also be switched with hybrids in order to realize a beam forming.
  • the antennas may also be provided with a calibration device in order to determine the phase positions of the individual columns.
  • an antenna array having two columns 5, ie, one column 5a and one column 5b, in which a plurality of dual-polarized radiators 9 are stacked at a regular vertical distance.
  • radiator 109b is drawn, which is made dark.
  • this in the left column 5a in the center reproduced and dark drawn emitter 109b would also be fed with the other emitters in this column 5a.
  • the vertical distance between all radiators 9 of the left-hand column 5a shown would be arranged vertically above one another in the entire or predominantly extent at the same grid spacing.
  • the embodiment results in accordance FIG. 12 solely in that, starting from a conventional radiating element, the radiators 109a and 109b positioned in a contour line are not arranged in the gap in which they are fed together with the remaining radiators 109, but that these two radiators 109a lying on the same contour line, 109b are reversed in position, so that the radiator 109a, which is fed together with the radiators 9 located in the column 5a, now in a staggered other column, generally in an adjacent column 5b sits, and vice versa that with the in the right-hand column 5b collectively fed emitters 9 itself located radiator 109b is now positioned in the left column.
  • the embodiment according to FIG. 12 be interpreted so that only on a common Height line at least a pair of radiators 109a, 109b is set, which are not fed together with the in-column in the same column, but which are alternately fed alternately with the radiators in an adjacent group.
  • radiators or radiator groups may be greater or less than in the embodiment shown.
  • the number of radiators in each column may differ.
  • the type of radiator element used can be chosen differently, for example in the form of a dipole, Dipolquadrates, a so-called vector dipole as in the embodiment according to FIG. 12 is explained etc.
  • the in FIG. 1 Emitters 109a and 109b, which are located in another column, could also be arranged offset outwards, so that the total width of the antenna array would thereby be twice as wide. However, this would only require unnecessary space, which is why the much more efficient, space-saving way is that, as based on FIG. 12 is explained. Because there can be the lateral offset of the radiators 109a and 109b be made without additional space is needed.
  • each co-fed radiator is used as an antenna, which is operated separately from the majority arranged in another column and co-fed radiators. This is also possible because usually the co-fed radiators are sufficiently decoupled from the other radiators, although they can usually be operated or used in a same frequency band or frequency range.
  • the transmission mode but usually only one antenna is used, ie, for example, in FIG. 12 located in the left column 5a and there brightly drawn spotlight 9 together with the located in the right column, centrally arranged and also brightly drawn spotlights 109a.
  • the half-width of such a columnar antenna structure would otherwise necessarily be between 80 and 100o, ie in particular around 90o, whereby this half-width could practically not be changed or reduced.
  • the antenna arrays in question can preferably also be used as so-called smart antennas, in which the radiators located in several columns are used to carry out a beam shaping, around the main lobe of the antenna array in different azimuth directions, it is particularly necessary that the horizontal distance of the centers of the radiator, so the horizontal distance between vertical lines on which the radiator 9 are arranged in two adjacent columns, about ⁇ / 2 (wherein the deviation is preferred less than ⁇ 20% or less than ⁇ 10% or even less than ⁇ 5%), this in itself makes the task of finding a solution to reduce the radiation spectrum of a single antenna to well below 90 ° of full width at half maximum.
  • the inventive solution with the arrangement of one or more radiators or radiator groups in an adjacent column.
  • FIG. 13 differs from FIG. 12 on the one hand only in that not eleven radiators, but only nine radiators are arranged in a column one above the other. However, this is so far relatively insignificant, since in any case the number of superposed radiators can vary in any way.
  • the horizontal offset of the two central emitters 109a and 109b, which are respectively fed alternately with the emitters 9 in the respective other column, is greater than the horizontal distance of the remaining emitters, each arranged on a contour line, in the adjacent columns.
  • This also allows the horizontal beam spectrum to be influenced and changed again.
  • the distance between the centers of the radiators arranged in the left and right columns is about ⁇ / 2 per se or lies in this range.
  • the distance between the radiators of the left and right columns may be, for example, less than ⁇ / 2 ⁇ 20% or, preferably, less than ⁇ / 2 ⁇ 10%, with now the distance between the centers of the two arranged in the center outwards offset emitter 109a, 109b, for example, in a range between ⁇ / 2 and ⁇ . But even here, the distance can be chosen even larger, to realize different beam forming widths.
  • FIG. 14 An example of a four-column antenna array with columns 5a, 5b, 5c, and 5d is shown. In each column a total of 9 radiators are arranged in this embodiment.
  • radiator 9 not with the located in the left column 5a central radiator 109b, but with the in the left column 5a second column 5b provided in the same contour line radiator 109a are fed together.
  • the darkened radiators 9 located in the second column are fed together, but not with the one in the middle Radiator.
  • the supply in the third and fourth column 5c, 5d made reversed.
  • the radiators 9 which are shown in bright light in column 5d are not fed together with the radiator 109c arranged in the same column in the middle, but with the radiator 109d arranged in the middle in the third column 5c.
  • the darkened radiators arranged in the third column 5c are then fed together with the radiator unit 109c located in the middle of the antenna array in column 5d.
  • radiators on other contour lines can also be fed in swapped.
  • all in FIG. 14 brightly drawn spotlights fed together and, for example, all dark drawn radiators are fed together.
  • the distance between two horizontally adjacent radiators which are arranged in two different columns, preferably about ⁇ / 2. That is, in general, the distance between the horizontally adjacent radiators ⁇ / 2 ⁇ less than 20% or ⁇ less than 10% deviation thereof.
  • beam forming within a column can be preset differently with the simplest means. Because depending on whether in a column only a part of the provided there Emitters are fed together and if and if so how many more common-powered emitters are arranged in a different column, a different wide horizontal diagram is achieved with respect to a column of such an antenna array.

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein zweidimensionales Antennen-Array nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Ein gattungsbildendes Antennen-Array umfasst üblicherweise mehrere Strahler oder Strahlergruppen, mindestens jedoch zwei neben- und zwei übereinander angeordnete Strahler bzw. Strahlergruppen, so dass sich eine zweidimensionale Array-Anordnung ergibt. Beispielsweise kann ein derartiges zweidimensionales Antennen-Array vier vertikal verlaufende und horizontal nebeneinander angeordnete Spalten aufweisen, in denen beispielsweise jeweils sechs bis zehn in Vertikalrichtung übereinander versetzt angeordnete Strahler oder Strahlergruppen angeordnet werden. Derartige Antennen werden dann teilweise je nach Einsatzweck auch als "Smart-Antennen" bezeichnet, die u.a. beispielsweise auch im Militärbereich zur Verfolgung von Zielen (Radar) eingesetzt werden können. In diesen Anwendungen wird auch oftmals von "phased array"-Antennen gesprochen. Verstärkt werden diese Antennen in letzter Zeit jedoch auch im Mobilfunk eingesetzt, insbesondere in den Frequenzbereichen 800 MHz bis 1000 MHz bzw. 1700 MHz bis 2200 MHz.
  • Durch die Entwicklung neuer Primärstrahlersysteme ist nunmehr auch der Aufbau von dualpolarisierten Antennen-Arrays, insbesondere mit einer Polarisationsausrichtung von +450 bzw. -450 gegenüber der Horizontalen bzw. Vertikalen ermöglicht worden.
  • Derartige Antennen-Arrays, gleich, ob sie grundsätzlich dualpolarisiert sind oder nur aus einfach polarisierten Strahlern bestehen, können zur Bestimmung der Richtung des ankommenden Signals eingesetzt werden. Gleichzeitig kann jedoch durch entsprechende Abstimmung der Phasenlage der in die einzelnen Spalten eingespeisten Sendesignale auch die Abstrahlrichtung verändert werden, d.h. es erfolgt eine selektive Strahlformung.
  • Diese Ausrichtung der Abstrahlrichtung des Antennen-Arrays in unterschiedlicher Horizontalrichtung kann durch eine elektronische Strahlschwenkung erfolgen, d.h., dass die Phasenlagen der einzelnen Signale durch eine geeignete Signalverarbeitung eingestellt werden können. Ebenso möglich sind auch geeignete dimensionierte passive Strahlformungsnetzwerke. Auch der Einsatz von aktiven oder durch Steuer-Signale ansteuerbaren Phasenschiebern in diesen Speisenetzwerken zur Veränderung der Abstrahlrichtung ist bekannt. Ein derartiges Strahlformungsnetzwerk kann beispielsweise aus einer sogenannten Butler-Matrix bestehen, die beispielsweise vier Eingänge und vier Ausgänge aufweist. Das Netzwerk erzeugt je nach beschaltetem Eingang eine andere, aber feste Phasenbeziehung zwischen den Strahlern in den einzelnen Dipolreihen. Ein derartiger Antennenaufbau mit einer Butler-Matrix ist beispielsweise aus der gattungsbildenden US 6,351,243 bekannt geworden.
  • Ebenso kann durch Verwendung von festeingestellten Phasen oder durch die Verwendung von Phasenschiebern zwischen den Spalten die elektronische Schwenkung des Horizontaldiagrammes vorgenommen werden. Ebenso ist durch festeingestellte Phasen oder durch Verwendung von Phasenschiebern eine Anhebung oder Absenkung des vertikalen Strahlungsdiagrammes möglich (downtilt).
  • Daneben kann natürlich das Antennen-Array auch so eingesetzt werden, dass die einzelnen Strahler oder Strahlergruppen in den einzelnen Spalten unabhängig voneinander betrieben werden, um unabhängig voneinander in einem gewünschten Sende- oder Empfangsbetrieb eingesetzt zu werden.
  • Derartige Antennen-Arrays weisen bezüglich der einzeln in einer Spalte angeordneten Strahler oder Strahlergruppen ein Strahlungsdiagramm auf, deren in Horizontalrichtung verlaufende Halbwertsbreite etwa zwischen 80° und 100° liegt.
  • Es sind jedoch Einsatzfälle bekannt geworden, bei denen beispielsweise durchaus eine Halbwertsbreite in der Größenordnung von 60° bis beispielsweise 65° wünschbar sind.
  • Dabei ist bereits versucht worden, die Strahler oder Strahlergruppen in den einzelnen Spalten in unterschiedlicher Horizontallage anzuordnen, wie dies beispielhaft in der WO 02/05383 A1 gezeigt ist. Dies kann in gewisser Weise die Halbwertsbreite der einzelnen Strahler oder Strahlergruppen einer Spalte beeinflussen. Dadurch lassen sich Halbwertsbreiten zwischen 75° und 100° realisieren. Eine weitere Reduzierung der Halbwertsbreite ist auf diesem Wege jedoch nicht mehr möglich.
  • Ein Multi-Band-Antennenarray ist aus der US 6 211 841 B1 bekannt geworden. Dieses Multi-Band-Antennenarray umfasst beispielsweise ein zweispaltiges Antennenarray für ein hohes Frequenzband und zusätzlich ein weiteres zweispaltiges Antennenarray für ein niedriges Frequenzband. Die Strahleranordnung für das Höherfrequenzband und die Strahleranordnung für das Niedrigerfrequenzband sind jeweils in Vertikal- und in Horizontalrichtung versetzt zueinander angeordnet. Alle Strahlereinrichtungen für das in einem höheren Frequenzband strahlende Antennenarray wie aber auch alle Strahlereinrichtungen für das im niedrigeren Frequenzband strahlende Array werden gemeinsam gespeist.
  • Eine Dual Mode-Antenne ist grundsätzlich aus der US 2002/0021246 A1 bekannt geworden. In dieser Vorveröffentlichung sind Antennenkonstruktionen beschrieben, die ebenfalls in einem höheren und in einem niedrigeren Frequenzband strahlen können.
  • Dabei sind die Strahlereinrichtungen für das höhere Frequenzband jeweils in Vertikalrichtung versetzt zueinander liegend angeordnet, und zwar in mehreren mit Horizontalversatz zueinander vorgesehenen Spalten. Horizontal versetzt dazu sind in mehreren in Horizontalrichtung versetzt liegenden Spalten mehrere Strahler mit Vertikalversatz angeordnet, die in einem niedrigeren Frequenzband strahlen.
  • Die Strahlereinrichtung für das höhere Frequenzband wie auch die Strahlereinrichtung für das niedrigere Frequenzband werden jeweils gemeinsam gespeist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, ein Antennen-Array zu schaffen, welches zumindest in einer Spalte und vorzugsweise in mehreren oder allen Spalten die Möglichkeit vorsieht, die horizontale Halbwertsbreite der Strahler oder Strahlergruppen in den einzelnen Spalten auch auf Werte unter 75° absenken zu können.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Ohne dass die gesamte Antennenkonstruktion größer baut, ist es erfindungsgemäß möglich, die Halbwertsbreite der Spaltenstrahler dadurch zu verringern, dass bezüglich der in einer Spalte vertikal übereinander angeordneten Strahler oder Strahlergruppen horizontal versetzt dazu zumindest ein zusätzlicher Strahler oder zumindest eine zusätzliche Strahlergruppe vorgesehen ist, die bevorzugt in einer benachbarten Spalte untergebracht wird. Gespeist wird dieser zumindest eine zusätzliche Strahler oder diese zumindest eine zusätzliche Strahlergruppe aber nicht mit den Strahlern oder Strahlergruppen in der betreffenden Spalte, in der sie angeordnet sind, sondern gemeinsam mit den Strahlern oder Strahlergruppen der benachbarten Spalte. Dadurch lässt sich die Halbwertsbreite deutlich reduzieren, wobei die optimale, gewünschte Halbwertsbreite dadurch bevorzugt eingestellt werden kann, dass die einer bestimmten Spalte zugeordneten aber zu dieser versetzt angeordneten Anzahl von Strahlern oder Strahlergruppen in geeigneter Weise gewählt wird. In der Praxis hat sich gezeigt, dass beispielsweise die Verwendung zweier zusätzlicher Strahler oder Strahlergruppen bei einem Antennen-Array mit sechs bis zwölf übereinander angeordneten Strahler oder Strahlergruppen ausreichend ist, um eine Halbwertsbreite von etwa 60° bis 65° zu realisieren.
  • Die erfindungsgemäße Lösung kann zum Einsatz gelangen, wenn die in den einzelnen Spalten verwendeten Strahler aus linearpolarisierten Strahlern, oder aber auch aus dualpolarisierten oder zirkularpolarisierten Strahlern bestehen. Dabei können alle geeigneten Strahler in Betracht kommen, beispielsweise Dipolstrahler in Form von herkömmlichen Dipolstrahlern (insbesondere bei linearpolarisierten Antennen) oder beispielsweise nach Art eines Dipolquadrates gebildeter, aber nach Art eines Dipolkreuzes strahlender Dipolanordnung, wie sie beispielsweise aus der WO 00/39894 grundsätzlich als bekannt zu entnehmen sind. Ebenso können aber auch Dipolquadrate zum Einsatz kommen oder aber auch Patchstrahler etc. Insbesondere bei kreuzförmigen Strahleranordnungen können diese bevorzugt in einer +/- 45° Orientierung in der Horizontalen bzw. Vertikalen ausgerichtet sein.
  • Der Spaltenabstand, also der Abstand zwischen den Strahlern oder Strahlergruppen zwischen zwei benachbarten Spalten, beträgt bevorzugt etwa λ/2 der mittleren Betriebswellenlänge. Dieser Spaltenabstand kann grundsätzlich aber in einem Bereich von 0,25 λ bis 1,0 λ der Betriebswellenlänge, vorzugsweise der mittleren Betriebswellenlänge, liegen. Bevorzugt beträgt der vertikale Abstand der Strahler in einer Spalte 0,7 λ bis 1,2 λ. Sollte dazwischen ein Zusatzstrahler oder eine zusätzliche Strahlergruppe (welche mit den Strahlern in einer benachbarten Spalte zusammen gespeist wird) integriert werden, so reduziert sich der freie Abstand zu einem oberen bzw. unteren Strahler oder unteren Strahlergruppe bevorzugt auf den halben Abstand.
  • Die erfindungsgemäße Antenne kann, wie erläutert, so betrieben werden, dass die in einer Spalte grundsätzlich vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppen von denjenigen in einer benachbarten Spalte unabhängig gespeist und betrieben werden (natürlich mit Ausnahme der erfindungsgemäß integrierten zusätzlichen Strahler oder Strahlergruppen, die gemeinsam mit jenen in einer benachbarten Spalte gespeist werden). Bevorzugt sind die in einer Spalte von Hause aus vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppen über Phasenschieber ansteuerbar, worüber gegenüber einer Horizontalebene ein unterschiedlicher Absenkwinkel, ein sogenannter unterschiedlicher down-tilt-Winkel einstellbar ist.
  • Wie im Stand der Technik auch, kann bei einem derartigen Antennen-Array durch integrierte oder nachrüstbare, insbesondere elektromechanische Steuerungseinrichtungen auch eine fernsteuerbare Phasenveränderung bezüglich der den einzelnen Spalten zugeordneten Strahlern oder Strahlergruppen so vorgenommen werden, dass in den einzelnen Spalten eine jeweils gewünschte down-tilt-Einstellung vorgenommen werden kann.
  • Schließlich kann aber mit einem Antennen-Array der beschriebenen Art auch eine Beam-Formung in beliebiger Art durchgeführt werden, insbesondere dann, wenn den einzelnen Spalten und den dort vorgesehenen Strahlern oder Strahlergruppen eine sogenannte Butlermatrix oder ähnliche Strahlformungs-Netzwerke vorgeschaltet werden. Alternativ dazu können in den einzelnen Spalten auch Hybride zugeschaltet werden.
  • Die Spalten sind bevorzugt mit gleichmäßigem Abstand nebeneinander vorgesehen, wobei aber auch Antennen-Arrays mit ungleichmäßigen Abständen nebeneinander realisierbar sind.
  • Schließlich können die einzelnen Strahler oder Strahlergruppen in den einzelnen Spalten jeweils auf gleicher Höhe angeordnet oder aber in Vertikalrichtung jeweils zueinander versetzt liegend angeordnet sein. Dabei kann die Mittelposition eines Strahlers oder einer Strahlergruppe in einer Spalte in beliebiger relativer Vertikalhöhenlage zu der jeweiligen Position der dort vorgesehenen Strahlern oder Strahlergruppen angeordnet sein. Der Vertikalversatz kann aber auch exakt dem halben Vertikalabstand zweier übereinander angeordneter Strahler oder Strahlergruppen entsprechen.
  • Sind die Strahler oder Strahlergruppen in zwei benachbarten Spalten in Vertikalrichtung versetzt liegend zueinander angeordnet, so bietet dies den Vorteil, dass der oder die zusätzlich vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppen, die einer bestimmten Spalte zugeordnet sind, aber in einer benachbarten Spalte angeordnet werden, so angeordnet werden können, dass sie auf einer gleichen Höhenlinie neben einem Strahler oder Strahlergruppe in der ihnen zugehörigen Spalte zu liegen kommen. Dadurch lässt sich letztendlich eine optimierte Antenne realisieren, ohne dass deren Baugröße zunimmt.
  • Die zusätzlich vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppen zur Verringerung der Halbwertsbreite können dabei sowohl eher mittig als auch am oberen und/oder unteren Ende einer Spalte angeordnet werden. Sie können auch dazwischen in beliebiger Lage angeordnet werden. Mittels dieser Positionier-Maßnahmen können Feinoptimierungen vorgenommen werden.
  • Um die gewünschte Minimierung der Halbwertsbreite vorzunehmen, ist, wie erwähnt, zumindest jeweils ein zusätzlicher Strahler oder eine zusätzliche Strahlergruppe für eine Spalte vorgesehen, die dazu horizontal oder mit Horizontal- oder Vertikalkomponenten versetzt liegend in einer benachbarten Spalte integriert sind. Maximal entspricht die Anzahl dieser zusätzlichen Strahler oder Strahlergruppen der Zahl N-1, wobei N die Zahl der von Hause aus vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppen in einer Spalte entspricht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass alle Strahler oder Strahlergruppen in einer Spalte in Vertikalrichtung in gleichem Abstand versetzt zueinander angeordnet sind, wobei zumindest ein Strahler oder eine Strahlergruppe, gegebenenfalls auch mehrere jeweils mit den Strahlern oder Strahlergruppen in einer benachbarten Spalte gespeist werden. Dies ermöglicht es, dass beispielsweise die Strahler oder Strahlergruppen in zwei benachbarten Spalten jeweils in gleicher Höhenlinie angeordnet sind, also paarweise auf gleicher Höhenlinie, wobei ein derartiges Paar von Strahlern oder Strahlergruppen dann wechselweise jeweils mit den in der anderen Spalte befindlichen Strahlern oder Strahlergruppen gespeist werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:
    • Figur 1:
    eine schematische Frontansicht eines zweispaltigen erfindungsgemäßen Antennen-Arrays;
    Figur 1a:
    eine auszugsweise schematische perspektivische Darstellung eines sog. Dipolstrahlers, wie er bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 verwendet wird;
    Figur 2:
    eine Detaildarstellung des in Figur 1 wiedergegebenen erfindungsgemäßen Antennen-Arrays mit Strahler oder Strahlergruppen in nur einer Spalte und den erfindungsgemäß vorgesehenen horizontal versetzt zusätzlichen Strahler oder Strahlergruppen in einer Nachbarspalte;
    Figur 3:
    eine entsprechende auszugsweise Darstellung aus dem Antennen-Array gemäß Figur 1, jedoch bezüglich der in der zweiten Spalte von Haus aus vorgesehenen Strahler bzw. Strahlergruppen und den dazu erfindungsgemäß vorgesehenen horizontal versetzten weiteren Strahler oder Strahlergruppen;
    Figur 4:
    ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel zu dem Antennen-Array gemäß Figur 1;
    Figur 5:
    ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel;
    Figur 6:
    ein nochmaliges abgewandeltes Ausführungsbeispiel;
    Figur 7:
    ein weiteres zu Figur 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel bestehend aus einer Vielzahl von kreuzförmigen Dipolstrahlergruppen (Kreuzstrahler) ;
    Figur 8:
    ein weiteres Ausführungsbeispiel unter Verwendung von aus Dipolen zusammengesetzten Dipolquadraten für die einzelnen Strahlergruppen;
    Figur 9:
    ein weiteres zu Figur 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel für ein zweispaltiges AntennenArray unter Verwendung von Patchstrahlern;
    Figur 10:
    ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel unter Verwendung von einfachen polarisierten Strahlern, vorzugsweise linear polarisierten Dipolstrahlern, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel in Vertikalrichtung ausgerichtet sind;
    Figur 11:
    ein nochmals abgewandeltes Ausführungsbeispiel;
    Figur 12:
    ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein zweispaltiges Antennen-Array;
    Figur 13:
    ein zu Figur 12 leicht abgewandeltes Ausführungsbeispiel; und
    Figur 14:
    ein Ausführungsbeispiel für ein vierspaltiges Antennen-Array.
  • In Figur 1 ist in schematischer Draufsicht ein erfindungsgemäßes Antennen-Array 1 gezeigt, welches üblicherweise einen rückwärtigen Reflektor 3 aufweist, der bei vertikaler Ausrichtung des Antennen-Arrays vertikal verläuft. Der Reflektor 3 kann beispielsweise aus einer elektrisch leitenden oder mit einer elektrisch leitenden Oberfläche versehenen Platte bestehen, wobei an den vertikalen Außenbegrenzungen abgewinkelte oder sogar senkrecht zur Reflektorebene verlaufende und sich über eine gewisse Höhe zur Reflektorebene erstreckende Stege vorgesehen sein können.
  • Im gezeigten Ausführungsfall umfasst das Antennen-Array 1 zwei Spalten 5. In jeder der Spalten 5 sind mehrere, d.h. zumindest zwei primäre oder erste, d.h. grundsätzlich vorgesehene Strahler oder Strahlergruppen 9 in Vertikalrichtung versetzt zueinander angeordnet, wobei beispielsweise die linke Spalte 5a über zwei Eingänge 11a gespeist werden, nämlich für jede Polarisation über einen Eingang. Bei einer einfach, z.B. vertikal polarisierten Antenne wäre nur ein Eingang 11a vorgesehen. D.h., alle in Figur 1 dunkel wiedergegebenen und in regelmäßigen Vertikalabständen übereinander angeordneten acht Strahler oder Strahlergruppen 9 werden über einen Eingang 11a mit gleicher Phasenlage gespeist. Würde anstelle einer dualpolarisierten Antennenarrayanordnung nur ein Antennenarray mit einer einfachen, beispielsweise vertikalen Polarisation verwendet werden, so werden die jeweils übereinander angeordneten einfach polarisierten Strahler oder Strahlergruppen nur über einen einzigen Eingang 11 gespeist. Sofern gewünscht wird, dass das Antennenarray auch in elektrischer Hinsicht mit unterschiedlichem down-tilt-Winkel einstellbar sein soll (also in unterschiedlichen Abstrahlwinkeln gegenüber der Horizontalebene), so können in dem Antennenarray noch diverse Phasenschieber integriert sein, worüber die einzeln vertikal übereinander angeordneten Strahler oder Gruppen von übereinander angeordneten Strahlern mit unterschiedlicher Phasenlage eingespeist werden könnten. Für jede Polarisation sind dabei also wiederum zwei Eingänge 11a für eine Spalte vorgesehen, wobei über das nicht näher gezeigte Speisenetzwerk mit beispielsweise mehreren Phasenschiebern die Phasenlage für die vertikal übereinander angeordneten Strahler oder Strahlergruppen unterschiedlich einstellbar ist. Es wird hierzu beispielsweise auf die vorveröffentlichte WO 01/13459 verwiesen.
  • Über zwei zweite Eingänge 11b werden die in der rechten Spalte 5b vorgesehenen, in regelmäßigen Vertikalabständen übereinander angeordneten acht Strahler oder Strahlergruppen 9 mit ebenfalls gleicher Phasenlage oder bei Verwendung eines Speisenetzwerkes mit einem oder mehreren Phasenschiebern mit unterschiedlicher Phasenlage zur Erzeugung eines down-tilt-Winkels gespeist.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen dabei die Strahler oder Strahlergruppen 9 aus sogenannten Kreuz-Vektordipolen, die in ihrer Strahlrichtung im +45° bzw. -45° gegenüber der Horizontalen oder Vertikalen ausgerichtet sind. Aufbau und Funktionsweise dieser in der schematischen Darstellung gemäß Figur 1 eher rechteckförmig erscheinenden, in ihrer elektrischen Wirkung aber nach Art von Kreuzdipolen in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen polarisierten Strahlern sind grundsätzlich aus der WO 00/39894 bekannt. . Anstelle dieser sogenannten Kreuz-Vektordipole können aber auch herkömmliche Kreuzdipole oder Dipolquadrate oder Patchstrahler etc. eingesetzt werden, wenn die einzelnen Strahler oder Strahlergruppen jeweils in zwei senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen strahlen sollen. Hierauf wird später noch anhand weiterer schematischer Figuren eingegangen.
  • Da die Strahler in jeder der beiden Spalten 5a und 5b grundsätzlich im günstigsten Fall eine Halbwertsbreite aufweisen, die nicht kleiner als 75° ist, ist nunmehr erfindungsgemäß vorgesehen, dass zusätzliche Strahler oder Strahlergruppen vorgesehen sind.
  • Zum besseren Verständnis wird deshalb ergänzend auf Figur 2 Bezug genommen, in der bei dem gleichen in Figur 1 auch wiedergegebenen Antennen-Array jedoch nur die Strahler und Strahlergruppen 9 eingezeichnet sind, die bei dem Antennen-Array in Figur 1 in der linken Spalte 5a vorgesehen sind (wie dies bereits anhand von Figur 1 erläutert wurde). Mit anderen Worten sind die zur zweiten Spalte gehörenden und in Figur 1 hell wiedergegebenen Strahler oder Strahlergruppen 9 in dem Beispiel gemäß Figur 2 weggelassen worden. Zur Verringerung der Halbwertsbreite der Strahler in der ersten Spalte 5a werden nunmehr in diesem Ausführungsbeispiel zwei zusätzliche Strahler oder Strahlergruppen 109, 109a vorgesehen, die zu der ersten Spalte 5a versetzt angeordnet werden, bevorzugt in dem Ausführungsbeispiel in der zweiten Spalte 5b. Diese werden gemeinsam mit denen in der ersten Spalte von Hause aus vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppen 9 gespeist. Durch diese zusätzlichen horizontal versetzt liegenden Strahler und Strahlergruppen 109a lässt sich nunmehr die Halbwertsbreite verringern. Dabei wird das Maß der Halbwertsbreite bezüglich der beiden mittleren Strahler oder Strahlergruppen 9' beispielsweise sogar auf 45° hoch gebündelt. Im Fernfeld jedoch wird nur eine Halbwertsbreite wahrgenommen, wodurch sich die gesamte Halbwertsbreiten-Reduzierung z.B. auf einen gewünschten Bereich von etwa 60° oder 65° ergibt.
  • Entsprechend werden auch für die Strahler oder Strahlergruppen 9 für die zweite Spalte 5b zusätzliche Strahler oder Strahlergruppen 109, 109b vorgesehen, die - wie dies insbesondere in Figur 3 zu ersehen ist - ebenfalls in der Mitte liegend in Richtung der ersten Spalte 5a versetzt liegend angeordnet werden. Auch diese zusätzlichen Strahler oder Strahlergruppen 109, 109b werden gemeinsam mit den Strahlern oder Strahlergruppen 9 in der zweiten Spalte 5b gespeist. Die zusätzlichen Strahler 109b in der Spalte 5a sind dabei in gleicher Höhenlinie zu den benachbarten Strahlern oder Strahlergruppen 9" in der zweiten Spalte 5b angeordnet.
  • Die in Figur 1 wiedergegebene Antenne ist letztlich aus den beiden Antennenteilen gemäß Figur 2 und Figur 3 zusammengesetzt.
  • Da gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3 ferner vorgesehen ist, dass die Strahler oder Strahlergruppen in der ersten Spalte 5a um den halben Vertikalabstand zweier in der benachbarten Spalte angeordneten Strahler oder Strahlergruppen 9 versetzt liegend angeordnet sind, eröffnet dies die Möglichkeit, dass jeweils die zusätzlichen Strahler oder Strahlergruppen 109, 109a oder 109, 109b zur Reduzierung der jeweiligen Halbwertsbreite in der dazu jeweils anderen Spalte auf gleicher Höhe zu liegen kommen, und zwar zwischen zwei vertikal benachbarten, dort vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppen.
  • Wie bereits ausgeführt wurde, kann das zweispaltige Antennenarray ohne down-tilt-Einrichtung versehen sein. Über die Speiseeingänge 11a bzw. 11b werden für beide Polarisationen dann alle Strahler 9 gleichmäßig gespeist. Von daher können die zur jeweiligen Hauptgruppe 5a bzw. 5b zusätzlich vorgesehenen, dann quasi in einer Nebenspalte angeordneten zusätzlichen Strahler 109a bzw. 109b jeweils mit der gleichen Phasenlage gespeist werden wie die zur jeweiligen Hauptspalte gehörenden Strahler. Wird aber beispielsweise ein integriertes Speisenetzwerk verwendet, um die vertikal übereinander angeordneten Strahler jeweils mit unterschiedlicher Phasenlage zu speisen (oder beispielsweise immer zwei Gruppen von übereinander angeordneten Strahlern mit unterschiedlicher Phasenlage zu speisen), um also einen unterschiedlich starken down-tilt-Winkel einstellen zu können, so empfiehlt sich dann die jeweils zu den in einer Hauptspalte vorgesehenen Strahlern zugeordneten und in einer Nachbarspalte angeordneten zusätzlichen Strahler oder Strahlergruppen 109a, 109b möglichst mit der gleichen Phasenlage oder einer nächstliegenden Phasenlage zu speisen, mit der der auch benachbart in der jeweiligen Hauptspalte liegende Strahler gespeist wird. Bei entsprechender Absenkung des Strahlungsdiagrammes mit einem bestimmten down-tilt-Winkel soll also beispielsweise bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 der in der linken Spalte 5a angeordnete Strahler 9' mit der gleichen Phasenlage gespeist werden wie der in der Nebenspalte angeordnete zusätzliche Strahler 109'a. Der darunter befindliche weitere Strahler 9" kann beispielsweise in nochmals verschobener Phasenlage gespeist werden, aber gemeinsam mit der in der Nebenspalte sitzenden Strahleranordnung 109"a. Entsprechendes gilt für die in Figur 1 hell gezeichneten Zusatzstrahler 109b, die mit der entsprechenden gleichen Phasenlage (und zwar ebenfalls für jede Polarisation getrennt) gespeist werden, wie die rechts davon in der Spalte 5b sitzenden Strahler.
  • Ergänzend wird noch auf Figur 1a verwiesen, in der auszugsweise eine vergrößerte Detaildarstellung der Antenne gemäß Figur 1 in perspektivischer Darstellung wiedergegeben ist. Daraus ist auch zu ersehen, dass außen liegend am vertikalen Rand des Reflektors noch eine Randbegrenzung 3' vorgesehen sein kann, die sich im Wesentlichen senkrecht oder zumindest quer zur Reflektorebene 3 erstreckt. Die einzelnen Spalten 5a und 5b können auch dazwischen liegend noch über eine weitere, sich bevorzugt senkrecht zur Reflektorebene erstreckende Begrenzungswand oder Begrenzungssteg getrennt oder gegliedert sein, der auch eine andere Höhe aufweisen kann als die außen liegenden Reflektorbegrenzungen 3'.
  • Ganz allgemein kann das anhand der Figuren 1 bis 3 bisher erläuterte erfindungsgemäß Antennenarray in seiner einfachsten Form so aufgebaut sein, dass es lediglich zwei vertikal verlaufende Spalten 5a und 5b umfasst. Dabei ist in jeder der zumindest beiden vertikal verlaufenden Spalten 5a und 5b jeweils eine Strahleranordnung vorgesehen, die eingespeist wird. Die in den beiden Spalten 5a und 5b vorgesehene Strahleranordnung umfasst dabei jeweils zumindest einen Strahler oder zumindest eine Strahlergruppe 9. Erfindungsgemäß ist nunmehr ferner vorgesehen, dass zumindest für eine Spalte 5a oder 5b zu der dort bereits vorgesehenen Strahleranordnung in Vertikalrichtung versetzt liegend zumindest noch ein weiterer zusätzlicher Strahler oder zumindest eine weitere zusätzliche Strahlergruppe 109b oder 109a vorgesehen ist und dass der zumindest eine zusätzliche Strahler oder die zumindest eine zusätzliche Strahlergruppe 109b oder 109a mit der in der anderen Spalte 5b oder 5a angeordneten Strahleranordnung gespeist wird.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 unterscheidet sich von jenem nach Figur 1 in zweierlei Hinsicht, nämlich dadurch, dass zum einen für jede Spalte 5 nur ein zusätzlicher Strahler oder eine zusätzliche Strahlergruppe 109a bzw. 109b vorgesehen ist, die zum anderen hier nicht eher im mittleren Bereich des Antennen-Arrays, sondern zu dem zu oberst bzw. dem zu unterst angeordneten Strahlerelement seitlich versetzt angeordnet ist. Auch hierdurch wird die Halbwertsbreite bezüglich aller Strahler oder Strahleranordnungen in einer jeweiligen Spalte reduziert.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 sind wiederum pro Spalte zwei zusätzliche Strahler oder Strahleranordnungen 109a bzw. 109b vorgesehen, und zwar am oberen und am unteren Ende bzw. Endbereich des Antennen-Arrays.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 sind die von Hause aus in jeder Spalte 5 vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppen 9 in gleicher Horizontalhöhenlage zueinander angeordnet, also paarweise. In diesem Fall müssen die zusätzlich vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppen 109, die wechselweise in der benachbarten Spalte montiert sind, in einer Zwischenhöhe zu den in der jeweiligen Hauptspalte vorgesehenen Strahlern oder Strahlergruppen vorgesehen sein, wie dies aus Figur 6 ersichtlich ist.
  • In diesem Falle können insbesondere dann, wenn wiederum ein Speisenetzwerk zur Einstellung eines unterschiedlichen down-tilt-Winkels vorgesehen ist, die zu einer jeweiligen Hauptspalte 5a bzw. 5b vorgesehenen und in der jeweils dazu angeordneten Nebenspalte 5b bzw. 5a angeordneten zusätzlichen Strahler 109a bzw. 109b mit einer Phasenlage gespeist werden, die entweder der optimalen Phasenlage entsprechend ihrer Horizontalanordnung entspricht, oder aber eine Phasenlage aufweist, die beispielsweise mit dem in der zugehörigen Hauptspalte 5a bzw. 5b unmittelbar oberhalb oder unmittelbar unterhalb angeordneten Strahler übereinstimmt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 könnte also von daher beispielsweise der obere zusätzliche Strahler 109'a eine Phasenlage aufweisen, die entweder der Phasenlage des Strahlers 9' oder Strahler 9" in der zugehörigen Hauptspalte 5a entspricht. Der in der Spalte 5b vorgesehene zusätzliche Strahler 109"a könnte wiederum eine Phase aufweisen, die der Phasenlage des in der Hauptspalte 5a vorgesehenen Strahlers 9" oder 9"' entspricht. Entsprechendes gilt natürlich auch für die in der Spalte 5a vorgesehenen zusätzlichen Strahler 109b, die mit den entsprechenden, in der zugehörigen Hauptgruppe 5b angeordneten Strahlern gemeinsam betrieben werden.
  • Anhand von Figur 7 ist gezeigt, dass eine gleiche Antennenanordnung wie in Figur 1 beispielsweise auch unter Verwendung herkömmlicher Kreuzstrahler aufgebaut sein kann.
  • Anhand von Figur 8 ist dabei gezeigt, dass beispielsweise anstelle der Kreuzstrahler auch Dipolquadrate eingesetzt werden können.
  • Figur 9 zeigt ein entsprechendes Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Patchstrahlern.
  • Bei entsprechender Ausrichtung sind alle vorstehend genannten Antennen-Arrays so aufgebaut, dass sie in zwei senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen strahlen oder empfangen, die um +45° bzw. -45° gegenüber der Horizontalen oder Vertikalen ausgerichtet sind.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 10 ist ein Antennen-Array mit zwei Spalten 5 mit lediglich vertikal polarisierten Dipolen gezeigt. Dieses Beispiel zeigt, dass die Strahler oder Strahlergruppen nicht zwingend aus dualpolarisierten Strahlern (oder beispielsweise aus zirkularpolarisierten Strahlern), sondern genauso auch aus linearpolarisierten Strahlern oder Strahlergruppen bestehen können.
  • In allen Beispielen werden durch die gleichen technischen Maßnahmen die Halbwertsbreiten der Strahlungsdiagramme für die einzelnen Spalten 5 reduziert.
  • Schließlich wird auch noch auf Figur 11 Bezug genommen, die eine weitere Variante beschreibt. Das zweispaltige Antennenarray 1 gemäß Figur 11 ist grundsätzlich ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3 aufgebaut. Die Besonderheiten liegen zum einen darin, dass in jeder Spalte zunächst einmal grundsätzlich nur eine ungerade Anzahl von Hauptstrahlern 9 angeordnet sind, nämlich in der Spalte 5a im gleichen Vertikalabschnitt übereinander in diesem Ausführungsbeispiel neun Strahler 9, ebenso wie in der Spalte 5b. Durch die ungeradzahlige Anzahl der Hauptstrahler in jeder Spalte kommt jeweils ein Strahler 9' in der Mitte des Antennenarrays zu liegen.
  • In diesem Ausführungsbeispiel sind für die in der Spalte 5a vorgesehenen Strahler zwei zusätzliche Strahler 109a, nämlich 109'a und 109"a, vorgesehen, die nunmehr um einen halben Vertikalabstand entsprechend dem vertikalen Abstands-Rastermaß zwischen den Strahlern 9 angeordnet sind. Wird die Antenne auch wieder in einem bestimmten down-tilt-Winkel betrieben, wobei also die in einer Spalte vertikal übereinander angeordneten Strahler 9 mit unterschiedlicher Phasenlage gespeist werden, so werden bei diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt die zusätzlich vorgesehenen Strahler 109'a und 109"a mit der gleichen Phasenlage gespeist wie der in der zugehörigen Hauptspalte, d.h. hier in der Spalte 5a vorgesehenen mittig angeordneten Strahler 9'. Entsprechendes gilt für die in Figur 11 hell gezeichneten Strahler. Dort wird der mittlere Strahler in der Spalte 5b mit gleicher Phasenlage wie die beiden dazu versetzt liegenden, in der Spalte 5a vorgesehenen zusätzlichen Strahler 109b gespeist. Ebenso wäre natürlich denkbar, dass beispielsweise die zusätzlichen Strahler 109'a mit der Phasenlage des Strahlers 9" gespeist wird. Weitere zusätzliche Strahler 109"a könnten mit der Phasenlage des tiefer liegenden Strahlers 9"' gespeist werden. Auch hierdurch würde eine hohe Symmetrie erzielt werden.
  • Ergänzend wird noch angemerkt, dass die Strahler oder Strahlergruppen 9 in einer Spalte 5 zu den jeweiligen Strahler oder Strahlergruppen 9 in der benachbarten Spalte 5b z.B. einen Abstand zwischen 0,25 λ und 1 λ aufweisen, bevorzugt um λ/2. λ stellt dabei eine Wellenlänge der Betriebswellenlänge dar, vorzugsweise die mittlere Betriebswellenlänge in einem zu übertragenen Frequenzband.
  • Der vertikale Abstand der einzelnen Strahler in den einzelnen Spalten differiert vorzugsweise zwischen 0,7 λ und 1,3 λ.
  • Abweichend zu den gezeigten Ausführungsbeispielen können auch Antennen-Arrays mit drei, vier oder noch mehr Spalten vorgesehen sein, wobei die Spalten vorzugsweise in Horizontalrichtung betrachtet gleichmäßigen Abstand zueinander haben. Aber auch Spalten mit ungleichmäßigen Abständen nebeneinander sind möglich.
  • Anhand der Ausführungsbeispiele wurde gezeigt, dass die Anzahl der zusätzlichen Strahler, die in der jeweils anderen Spalte zusätzlich integriert sind, aus zumindest einem Strahler oder zumindest einer Strahlergruppe 109, 109a bzw. 109b bestehen. Bevorzugt ist die Anzahl dieser zusätzlich vorgesehenen Strahler 109a, 109b in maximaler Hinsicht auf eine Anzahl begrenzt, die um eins niedriger ist als die in der zugehörigen Hauptspalte "vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppen".
  • Die jeweils zusätzlich vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppen 109, 109' müssen nicht exakt in der Vertikallinie vorgesehen sein, in der die Strahler oder Strahlergruppen der jeweils benachbarten Spalte angeordnet sind. Mit anderen Worten kann hier ein zusätzlicher Versatz in Horizontalrichtung vorgesehen sein.
  • Durch die erläuterten erfindungsgemäßen zusätzlichen Strahler oder Strahlergruppen lassen sich Halbwertsbreiten von beispielsweise bevorzugt 45°, 50°, 55°, 60° oder auch 65° oder 70° oder beliebige Zwischengrößen realisieren. Dabei ist es auch möglich, eine oder mehrere Spalten nicht mit den erläuterten zusätzlich integrierten Strahlern vorzusehen, so dass hier herkömmliche Halbwertsbreiten für diese Spalte von beispielsweise 75°, 80° oder 85° realisierbar sind.
  • Anhand der erläuterten Ausführungsbeispiele ergibt sich, dass die einzelnen Spalten 5, 5a, 5b etc. unabhängig voneinander elektrisch einstellbar sind, bevorzugt über eigene Phasenschieber. Genauso sind die Spalten aber auch gemeinsam elektrisch einstellbar, bevorzugt über gekoppelte Phasenschieber. Sind die erläuterten Beispiele der Antennen-Arrays mit einer integrierten elektromechanischen Einheit versehen, so kann eine elektrische Absenkung des Hauptstrahlers (Hauptkeule) der jeweiligen in einer Spalte angeordneten Strahlers mittels Fernsteuerung vorgenommen werden. Gegebenenfalls kann hier auch eine Nachrüstung zur Durchführung einer ferngesteuerten Absenkung durchgeführt werden.
  • Schließlich sind die Spalten aber auch beispielsweise mit einer Butler-Matrix oder anderen vorgeschalteten Strahlformungs-Netzwerken gemeinsam betreibbar, um ein sogenanntes Beam-Forming zu realisieren.
  • Die Spalten können aber auch mit Hybriden geschaltet werden, um ein Beam-Forming realisieren zu können.
  • Schließlich können die Antennen auch mit einer Kalibriereinrichtung versehen sein, um die Phasenlagen der einzelnen Spalten festzustellen.
  • Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen wird davon ausgegangen, dass die zusätzlich vorgesehenen Strahler mit den eigentlich in einer benachbarten Spalte vorgesehenen Strahlern stets gemeinsam mit gleicher Phasenlage gespeist werden. Grundsätzlich wäre es aber auch möglich, die zu einer Spalte vorgesehenen zusätzlichen und zu dieser Spalte seitlich versetzt angeordneten Strahler oder Strahlergruppen auch mit einer zur zugeordneten Spalte unterschiedlichen elektrischen Phase zu speisen, wodurch sich das "Tracking-Verfahren" noch verändern lässt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 12 ist ein Antennen-Array mit zwei Spalten 5, d.h. einer Spalte 5a und einer Spalte 5b vorgesehen, in welchem eine Vielzahl von dualpolarisierten Strahlern 9 in einem regelmäßigen Vertikalabstand übereinander angeordnet sind.
  • Dabei sind die in Figur 12 in hell wiedergegebenen Strahler 9 in der linken Spalte 5a gemeinsam gespeist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ersichtlich, dass bei den Strahlern in der linken Spalte 5a - wie bei diesem Ausführungsbeispiel in der Mitte, was aber nicht zwangsläufig notwendig ist - ein Strahler 109b eingezeichnet ist, der dunkel gestaltet ist. Bei einem üblichen Antennen-Array nach dem Stand der Technik würde dieser in der linken Spalte 5a in der Mitte wiedergegebene und dunkel eingezeichnete Strahler 109b ebenfalls mit den anderen Strahlern in dieser Spalte 5a gespeist werden. Dabei würde der Vertikalabstand zwischen allen gezeigten Strahlern 9 der linken Spalte 5a im ganzen oder im überwiegenden Maße in einem gleichen Rasterabstand vertikal übereinander angeordnet sein. Abweichend zum Stand der Technik ist aber nunmehr vorgesehen, dass der in der Mitte an sich vorgesehene und mit den in der linken Spalte 5a gemeinsam gespeisten und dort hell eingezeichneten Strahlern 9 zusätzlich vorgesehene Strahler nicht in der linken Spalte, sondern dazu versetzt nunmehr in der rechten Spalte 5b angeordnet wird, wo er mit dem Bezugszeichen 109a gekennzeichnet und in der rechten Spalte in der Mitte sitzend eingezeichnet ist. Alle hell gezeichneten und in der linken Spalte 5a sitzenden Strahlerelement werden nunmehr gemeinsam mit dem ebenfalls hell gezeichneten und in der rechten Spalte 5b angeordneten Strahler 109a gemeinsam gespeist. Die vertikale Rasterfolge, d.h. der vertikale Abstand, allgemein gesprochen also die Vertikalkomponente des räumlichen Abstandes zwischen jeweils zwei benachbarten gemeinsam gespeisten Strahlern 9, 109, ist also gleich geblieben. Denn es ist lediglich ausgehend von einem herkömmlichen Antennen-Array nach dem Stand der Technik ein Strahler 109 genommen und in eine benachbarte Spalte 5b positioniert worden. Gleichwohl werden alle diese in Figur 12 hell wiedergegebenen Strahler gemeinsam gespeist.
  • Das gleiche gilt für die in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 12 für die rechte Spalte 5b wiedergegebenen und dort grundsätzlich dunkel eingezeichneten Strahler 9. Letztlich ergibt sich das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 12 alleine dadurch, dass ausgehend von einem herkömmlichen Strahlerelement die in einer Höhenlinie an sich positionierten Strahler 109a und 109b nicht in der Spalte angeordnet sind, in der sie gemeinsam mit den verbleibenden Strahlern 109 gespeist werden, sondern dass diese beiden auf gleicher Höhenlinie liegenden Strahler 109a,109b in ihrer Position vertauscht werden, so dass der Strahler 109a, der mit den in der Spalte 5a befindlichen Strahlern 9 gemeinsam gespeist wird, nunmehr in einer dazu versetzt liegenden anderen Spalte, allgemein in einer benachbarten Spalte 5b sitzt, und dass umgekehrt der mit den in der rechten Spalte 5b gemeinsam gespeisten Strahlern 9 an sich befindliche Strahler 109b nunmehr in der linken Spalte positioniert wird. Ebenso könnte das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 12 auch so gedeutet werden, dass lediglich auf einer gemeinsamen Höhenlinie zumindest ein Paar von Strahlern 109a, 109b festgelegt wird, die nicht mit den in der gleichen Spalte befindlichen Strahlern gemeinsam gespeist werden, sondern die jeweils wechselweise mit den Strahlern in einer benachbarten Gruppe gemeinsam gespeist werden.
  • Abweichend von dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 12 könnten natürlich auch auf anderen Höhenlinien jeweils ein weiteres Paar von Strahlern genommen werden, bei denen der betreffende Strahler nicht mit den in der gleichen Spalte befindlichen weiteren Strahlern, sondern mit den in einer benachbarten Spalte angeordneten Strahlern gemeinsam gespeist werden.
  • Abweichend von dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 12 kann natürlich die Zahl der in jeder Spalte insgesamt vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppen größer oder niedriger als im gezeigten Ausführungsbeispiel sein. Ebenso kann die Anzahl der Strahler in den einzelnen Spalten voneinander abweichen. Selbst die Art des verwendeten Strahlerelementes kann unterschiedlich gewählt werden, beispielsweise in Form eines Dipolkreuzes, Dipolquadrates, eines sogenannten Vektor-Dipoles wie es anhand des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 12 erläutert ist etc. Die in Figur 1 in einer anderen Spalte sitzenden Strahler 109a bzw. 109b könnten auch nach außen liegend versetzt angeordnet sein, so dass die Gesamtbreite des Antennen-Arrays dadurch doppelt so breit werden würde. Dies würde aber nur unnötigen Bauraum erfordern, weshalb der viel effizientere, raumsparende Weg jener ist, wie anhand von Figur 12 erläutert ist. Denn dort kann der seitliche Versatz der Strahler 109a und 109b vorgenommen werden, ohne dass zusätzlicher Bauraum benötigt wird.
  • Mit einem Antennenarray entsprechend Figur 12 (grundsätzlich aber auch ebenso bezüglich der nachfolgend noch erörterten Figur 13 oder Figur 14) ist es möglich, die jeweils gemeinsam gespeisten Strahler als eine Antenne zu verwenden, die getrennt von den mehrheitlich in einer anderen Spalte angeordneten und gemeinsam gespeisten Strahlern betrieben wird. Dies ist auch deshalb möglich, da üblicherweise die gemeinsam gespeisten Strahler von den anderen Strahlern ausreichend entkoppelt sind, obgleich sie üblicherweise in einem gleichen Frequenzband oder Frequenzbereich betrieben oder eingesetzt werden können. Im Sendebetrieb wird aber üblicherweise nur eine Antenne verwendet, d.h. beispielsweise die in Figur 12 in der linken Spalte 5a befindlichen und dort hell eingezeichneten Strahler 9 zusammen mit den in der rechten Spalte befindlichen, mittig angeordneten und ebenfalls hell eingezeichneten Strahler 109a. Durch diese zumindest eine zusätzliche Strahlereinheit 109a wird dabei die Strahlbreite in horizontaler Richtung verändert und kann dadurch bevorzugt verringert werden. Ohne diese in der anderen Spalte angeordneten zumindest eine zusätzliche Strahlereinheit 9a würde ansonsten zwangsläufig die Halbwertsbreite eines derartigen spaltenförmigen Antennenaufbaus zwischen 80 bis 100o, d.h. insbesondere um 90o liegen, wobei diese Halbwertsbreite praktisch nicht verändert oder verringert werden könnte. Da die in Rede stehenden Antennenarrays bevorzugt auch als sogenannte Smart-Antennen eingesetzt werden können, bei der die in mehreren Spalten befindlichen Strahler zur Durchführung einer Beamformung verwendet werden, um die Hauptkeule des Antennenarrays in unterschiedlichen Azimutrichtungen einstellen zu können, ist es insbesondere erforderlich, dass der Horizontalabstand der Zentren der Strahler, also der Horizontalabstand zwischen Vertikallinien, auf den in zwei benachbarten Spalten die Strahler 9 angeordnet sind, etwa λ/2 beträgt (wobei die Abweichung bevorzugt weniger als ± 20% bzw. weniger als ± 10% oder gar weniger als ± 5% betragen sollen), erschwert dies an sich die Aufgabe, eine Lösung zu finden, um das Strahlungsspektrum einer Einzelantenne auf deutlich unter 90o Halbwertsbreite zu verringern. Dies ist ferner durch die erfindungsgemäße Lösung mit der Anordnung von einem oder mehreren Strahlern oder Strahlergruppen in einer benachbarten Spalte möglich. Insbesondere beim Empfang kann das Antennenarray bezüglich der Strahlung einzelner Spalten ebenfalls wieder getrennt betrieben oder gerade in mehreren Spalten zusammengeschaltet werden.
  • Figur 13 unterscheidet sich von Figur 12 zum einen nur dadurch, dass in einer Spalte übereinander nicht elf Strahler, sondern lediglich neun Strahler angeordnet sind. Dies ist aber insoweit relativ unerheblich, da in den einzelnen Spalten ohnehin die Zahl der übereinander angeordneten Strahler beliebig abweichen kann.
  • Anhand von Figur 13 ist lediglich gezeigt worden, dass der Horizontalversatz der beiden mittleren Strahler 109a und 109b, die jeweils wechselweise mit den Strahlern 9 in der jeweils anderen Spalte gespeist werden, größer ist als der Horizontalabstand der verbleibenden, jeweils auf einer Höhenlinie angeordneten Strahler in den benachbarten Spalten. Auch dadurch kann das horizontale Strahlspektrum nochmals beeinflusst und verändert werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand zwischen den Zentren der in den linken und rechten Spalten angeordneten Strahler an sich etwa λ/2 oder liegt in diesem Bereich. D.h., dass der Abstand zwischen den Strahlern der linken und rechten Spalte beispielsweise kleiner als λ/2 ± 20% oder vorzugsweise kleiner als λ/2 ± 10% betragen kann, wobei nunmehr der Abstand zwischen den Zentren der beiden in der Mitte angeordneten nach außen versetzt liegenden Strahler 109a, 109b, beispielsweise in einem Bereich zwischen λ/2 und λ liegt. Aber auch hier kann der Abstand noch deutlich größer gewählt werden, um unterschiedliche Strahlformungsbreiten zu realisieren.
  • Anhand von Figur 14 ist ein Beispiel für ein vierspaltiges Antennen-Array mit den Spalten 5a, 5b, 5c und 5d gezeigt. In jeder Spalte sind in diesem Ausführungsbeispiel insgesamt 9 Strahler angeordnet.
  • Üblicherweise werden alle Strahler in einer Spalte gemeinsam gespeist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf mittlerer Höhenlinie jedoch jeweils paarweise eine Vertauschung der Speisung derart vorgenommen worden, dass die in der linken Spalte 5a an sich gemeinsam gespeisten Strahler 9 nicht mit dem in der linken Spalte 5a befindlichen mittleren Strahler 109b, sondern den mit dem in der zweiten Spalte 5b in gleicher Höhenlinie vorgesehenen Strahler 109a gemeinsam gespeist werden.
  • Umgekehrt werden die in der zweiten Spalte befindlichen dunkel eingezeichneten Strahler 9 gemeinsam gespeist, allerdings nicht mit dem in der Mitte befindlichen Strahler. Hier erfolgt die gemeinsame Speisung mit dem in der ersten Spalte 5a angeordneten Strahler 109b.
  • Ebenso ist die Anspeisung in der dritten und vierten Spalte 5c, 5d vertauscht vorgenommen. Auch dort werden die in der Spalte 5d hell eingezeichneten Strahler 9 nicht mit dem in der gleichen Spalte in der Mitte angeordneten Strahler 109c, sondern mit dem in der dritten Spalte 5c in der Mitte angeordneten Strahler 109d gemeinsam gespeist. Die in der dritten Spalte 5c angeordneten dunkel eingezeichneten Strahler werden dann mit dem in der Mitte des Antennen-Arrays in Spalte 5d liegenden Strahlereinheit 109c gemeinsam gespeist.
  • Auch in diesem Ausführungsbeispiel können wiederum weitere Paare von Strahlern auf anderen Höhenlinien ebenfalls vertauscht angespeist werden. Im Übrigen können auch alle in Figur 14 hell eingezeichneten Strahler gemeinsam gespeist und beispielsweise alle dunkel eingezeichneten Strahler gemeinsam gespeist werden.
  • Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 14 beträgt der Abstand zwischen zwei horizontal benachbarter Strahler, die in zwei unterschiedlichen Spalten angeordnet sind, bevorzugt etwa λ/2. D.h., allgemein beträgt der Abstand zwischen den horizontal benachbarten Strahlern λ/2 ± weniger als 20% bzw. ± weniger als 10% Abweichung davon.
  • Durch all diese Maßnahmen kann eine Strahlformung innerhalb einer Spalte mit einfachsten Mitteln unterschiedlich voreingestellt werden. Denn in Abhängigkeit davon, ob in einer Spalte jeweils nur ein Teil der dort vorgesehenen Strahler gemeinsam gespeist werden und ob und wenn ja wie viele weitere gemeinsam gespeiste Strahler in einer anderen Spalte angeordnet sind, wird ein unterschiedlich breites Horizontaldiagramm bezüglich einer Spalte eines derartigen Antennen-Arrays erzielt.

Claims (28)

  1. Zweidimensionales Antennen-Array in Form einer Phased-Array-Antenne und/oder einer Smart-Antenne, mit folgenden Merkmalen:
    - mit zumindest zwei vertikal verlaufenden Spalten (5a, 5b),
    - in jeder der zumindest beiden vertikal verlaufenden Spalten (5a, 5b) ist jeweils eine Strahleranordnung vorgesehen, wobei jede Strahleranordnung zumindest zwei Strahler oder Strahlergruppen (9) umfasst,
    - das zweidimensionale Antennen-Array ist so aufgebaut, dass die der einen Spalte (5a) zugeordnete Strahleranordnung und die der anderen Spalte (5b) zugeordnete Strahleranordnung unabhängig voneinander gespeist werden,
    - das zweidimensionale Antennen-Array ist ferner so aufgebaut, dass die zumindest beiden Strahler oder Strahlergruppen (9) in der einen Spalte (5a) und die zumindest beiden Strahler und Strahlergruppen (9) in der anderen Spalte (5b) in einem gleichen Frequenzband betrieben werden,
    gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale:
    - für zumindest eine Spalte (5a, 5b) ist zumindest ein zusätzlicher Strahler oder eine zusätzliche Strahlergruppe (109b oder 109a) vorgesehen, der bzw. die zu den zumindest beiden Strahlern oder Strahlergruppen (9) der für diese Spalte (5a, 5b) vorgesehenen Strahleranordnung in Vertikalrichtung versetzt angeordnet ist, und
    - der zumindest eine zusätzliche Strahler oder die zumindest eine zusätzliche Strahlergruppe (109b oder 109a) wird mit der in der anderen Spalte (5b oder 5a) angeordneten Strahleranordnung gespeist.
  2. Antennen-Array nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    - zumindest in einer Spalte (5a, 5b, 5c, 5d) und vorzugsweise in allen Spalten (5a, 5b, 5c, 5d) sind zumindest zwei Strahler oder Strahlergruppen (9) in Vertikalrichtung zueinander angeordnet,
    - in zumindest einer Spalte (5a, 5b, 5c, 5d) ist die Anordnung derart, dass die in dieser zumindest einen Spalte (5a, 5b, 5c, 5d) vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppe (9) bis auf zumindest einen zusätzlichen Strahler oder eine zusätzliche Strahlergruppe (109a, 109b, 109c, 109d) gemeinsam gespeist werden, und
    - dieser zumindest eine zusätzliche Strahler oder die zumindest eine zusätzliche Strahlergruppe (109a, 109b, 109c, 109d) wird mit den Strahlern oder Strahlergruppen (9) einer benachbarten Spalte (5a, 5b, 5c, 5d) gemeinsam gespeist.
  3. Antennen-Array nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    - in jeder der zumindest beiden vertikal verlaufenden Spalten (5a, 5b) ist neben der in der jeweiligen Spalte (5a, 5b) vorgesehenen Strahleranordnung, die getrennt gespeist werden, zumindest ein zusätzlicher Strahler oder zumindest eine zusätzliche Strahlergruppe (109b oder 109a) vorgesehen, und
    - der in jeder Spalte (5a, 5b) zumindest eine zusätzliche Strahler oder die zumindest eine zusätzliche Strahlergruppe (109b, 109a) werden jeweils mit der in einer benachbarten Spalte (5b, 5a) vorgesehenen Strahleranordnung gemeinsam gespeist.
  4. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zusätzliche Strahler oder die zumindest eine zusätzliche Strahlergruppe (109a, 109b) in einer jeweils benachbarten Spalte (5a, 5b) zwischen zwei dort in Vertikalrichtung benachbart sitzenden Strahlern oder Strahlergruppen (9) angeordnet ist, vorzugsweise mittig zwischen diesen.
  5. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zusätzlich vorgesehene Strahler oder die zumindest eine zusätzliche Strahlergruppe (109a, 109b) auf der vertikalen Verbindungslinie zwischen den ansonsten in dieser Spalte (5a, 5b) vorgesehenen Strahlern oder Strahlergruppen (9) angeordnet ist.
  6. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zusätzlich vorgesehene Strahler oder die zumindest eine zusätzliche Strahlergruppe (109a, 109b) zu der vertikalen Verbindungslinie zwischen den ansonsten in dieser Spalte (5a, 5b) vorgesehenen Strahlern oder Strahlergruppen (9) versetzt liegt.
  7. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahler oder Strahlergruppen (9) in einer Spalte (5a, 5b) zu denjenigen einer benachbarten Spalte (5a, 5b) in Vertikalrichtung versetzt liegen, vorzugsweise um den halben Vertikalabstand zwischen zwei vertikal übereinander setzenden Strahlern oder Strahlergruppen (9).
  8. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahler oder Strahlergruppen (9) in einer Spalte (5a, 5b) zu denjenigen einer benachbarten Spalte (5a, 5b) in einer gleichen horizontalen Höhe liegen.
  9. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest fünf Strahler oder Strahlergruppen (9) in den Spalten (5a, 5b) mit Vertikalversatz übereinander angeordnet sind, und dass in den Spalten (5a, 5b), in denen zumindest ein zusätzlicher Strahler oder zumindest eine zusätzliche Strahlergruppe (109a, 109b) vorgesehen ist, bezogen auf die Vertikallänge des Antennen-Arrays, dieser zumindest eine zusätzliche Strahler oder die zumindest eine zusätzliche Strahlergruppe (109a, 109b) bevorzugt mittig oder im Wesentlichen mittig angeordnet ist.
  10. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest fünf Strahler oder Strahlergruppen (9) in den Spalten (5a, 5b) mit Vertikalversatz übereinander angeordnet sind, und dass in den Spalten (5a, 5b), in denen zumindest ein zusätzlicher Strahler oder zumindest eine zusätzliche Strahlergruppe (109a, 109b) vorgesehen ist, bezogen auf die Vertikallänge des Antennen-Arrays, dieser zumindest eine zusätzliche Strahler oder die zumindest eine zusätzliche Strahlergruppe (109a, 109b) bevorzugt am oberen oder am unteren Ende des Antennen-Arrays angeordnet ist.
  11. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten einen Abstand von 0,25 λ bis 1 λ, vorzugsweise um λ/2 aufweisen, wobei λ die Betriebs-Wellenlänge, vorzugsweise die mittlere Betriebs-Wellenlänge ist.
  12. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Abstand der Strahler oder Strahlergruppen (9) einer Spalte (5a, 5b) ohne Berücksichtigung von dort möglicherweise vorgesehenen zusätzlichen Strahler oder Strahlergruppen (109a, 109b) zwischen 0,7 λ und 1,2 λ beträgt, wobei λ die Betriebs-Wellenlänge, vorzugsweise die mittlere Betriebs-Wellenlänge ist.
  13. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahler oder Strahlergruppen aus Dipolen, Kreuzdipolen, kreuzförmig strahlenden Vektordipolen, linearpolarisierten Strahlern oder Patchstrahlern bestehen.
  14. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die in einer Spalte (5a, 5b) vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppen (9) und die diesen Strahlern (9) in einer betreffenden Spalte (5a, 5b) zugeordneten zusätzlichen Strahler oder Strahlergruppen (109a, 109b) mit gleicher elektrischer Phase gespeist werden.
  15. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die in einer Spalte (5a, 5b) vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppen (9) und die diesen Strahlern (9) in einer betreffenden Spalte (5a, 5b) zugeordneten zusätzlichen Strahler oder Strahlergruppen (109a, 109b) mit unterschiedlicher elektrischer Phase zur Veränderung des Tracking-Verhaltens gespeist werden.
  16. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Spalten (5a, 5b)unabhängig voneinander elektrisch einstellbar sind, bevorzugt mit Phasenschiebern.
  17. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Spalten (5a, 5b) gemeinsam elektrisch einstellbar sind, bevorzugt mit gekoppelten Phasenschiebern.
  18. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei Einstellung eines down-tilt-Absenkwinkels unter Verwendung einer unterschiedlichen Phasenlage-Speisung für die verschiedenen vertikal übereinander angeordneten Strahler (9) die zusätzlich vorgesehenen Strahler (109a, 109b) mit einer Phasenlage gespeist werden, die bevorzugt der Phasenlage des in einer Hauptspalte (5a, 5b) vorgesehenen Strahlers (9; 9', 9", 9"') entspricht, der auf gleicher Höhenlage oder in einem Vertikalabstand versetzt dazu liegt, der nicht größer ist als der Abstand zwischen zwei in einer Spalte 5a, 5b vertikal übereinander angeordneten Hauptstrahlern (9).
  19. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zusätzliche Strahler (109a, 109b) mit gleicher Phasenlage gespeist werden wie ein Strahler (9') in der zugehörigen Hauptspalte.
  20. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Spalte (5a, 5b) eine ungeradzahlige Anzahl von vertikal übereinander angeordneten Strahler (9) vorgesehen ist.
  21. Antennen-Array nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Spalte zumindest ein Strahler (9') vorgesehen ist, der mit zwei in einer benachbarten Spalte (5b) vorgesehenen zusätzlichen Strahlern (109a, 109b) gemeinsam gespeist wird, vorzugsweise mit gleicher Phasenlage.
  22. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils gemeinsam gespeisten Strahler oder Strahlergruppen (9) so angeordnet sind, dass auch bei gegebenem Horizontalversatz der Vertikalabstand gleich ist.
  23. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils gemeinsam gespeisten Strahler oder Strahlergruppen (9; 109a, 109b, 109c, 109d) in Vertikalrichtung so versetzt zueinander angeordnet sind, dass der Vertikalabstand zwischen zwei vertikal versetzt zueinander liegenden Strahlern oder Strahlergruppen (9; 109a, 109 b, 109c, 109d) bzw. der vertikalabstand der auf unterschiedlichen Höhen liegend angeordneten Strahlern oder Strahlergruppen (9; 109a, 109b, 109c, 109d) für die Mehrzahl der Strahler oder Strahlergruppen (9; 109a, 109b, 109c, 109d) ähnlich oder gleich ist.
  24. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils gemeinsam gespeisten Strahler oder Strahlergruppen (9, 109a, 109b, 109c, 109d) in Vertikalrichtung so versetzt zueinander angeordnet sind, dass der Vertikalabstand zwischen zwei vertikal versetzt zueinander liegenden Strahlern oder Strahlergruppen (9; 109a, 109b, 109c, 109d) bzw. der Vertikalabstand der auf unterschiedlichen Höhen liegend angeordneten Strahlern oder Strahlergruppen (9; 109a, 109b, 109c, 109d) für alle Strahler oder Strahlergruppen (9; 109a, 109b, 109c, 109d) ähnlich oder gleich ist.
  25. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahler und Strahlergruppen (9; 109a, 109b, 109c, 109d) in zumindest beiden Spalten (5; 5a, 5b) paarweise auf gemeinsamer Höhenlinie angeordnet sind.
  26. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils gemeinsam gespeisten Strahler oder Strahlergruppen (9; 109a, 109b, 109c, 109d) in einem regelmäßigen Vertikalabstand übereinander angeordnet sind und dabei zumindest der eine Strahler oder die zumindest eine Strahlergruppe (109a, 109b, 109c, 109d) lediglich mit Horizontalversatz zu den anderen gemeinsam gespeisten Strahlern oder Strahlergruppen (9) in einer benachbarten Spalte (5; 5a, 5b, 5c, 5d) angeordnet sind.
  27. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass in den zumindest beiden Spalten (5; 5a, 5b, 5c, 5d) jeweils Strahler oder Strahlergruppen (9; 109a, 109b, 109c, 109d) in regelmäßigem Vertikalabstand zueinander und dabei paarweise in gleicher Höhenlage angeordnet sind, wobei in zumindest beiden Spalten (5; 5a, 5b, 5c, 5d) zumindest ein Paar von zwei Strahlern oder zwei Strahlergruppen (109a, 109b, 109c, 109d) vorgesehen sind, derart, dass jeweils die in einer Spalte (5; 5a, 5b, 5c, 5d) angeordneten und gemeinsam gespeisten Strahler oder Strahlergruppen (9; 109a, 109b, 109c, 109d) mit dem zumindest einen Strahler oder der zumindest einen Strahlergruppe (109a, 109b, 109c, 109d) der benachbarten Spalten (5; 5a, 5b, 5c, 5d) gemeinsam gespeist wird.
  28. Antennen-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennen-Array in Form einer Phased-Array-Antenne und/oder einer Smart-Antenne betrieben wird.
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