EP1588454B1

EP1588454B1 - Antenne mit zumindest einem dipol oder einer dipolähnlichen strahleranordnung

Info

Publication number: EP1588454B1
Application number: EP04717091A
Authority: EP
Inventors: Manfred Stolle; Andreas Scheyer
Original assignee: Kathrein Werke KG
Current assignee: Kathrein SE
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2024-03-04
Also published as: DE10316564A1; BRPI0409222A; TW200501509A; EP1588454A1; DE502004000716D1; US20040201537A1; ES2267055T3; DE10316564B4; US6933906B2; WO2004091050A1; EP1588454B9; ATE329385T1; TWI271001B; CN2658957Y

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenne mit zumindest einem Dipol oder einer dipolähnlichen Strahleranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Dipolstrahler sind beispielsweise aus den Vorveröffentlichungen DE 197 22 742 A sowie der DE 196 27 015 A bekannt geworden. Die Dipolstrahler können dabei aus einer normalen Dipolstruktur bestehen oder beispielsweise aus einer Kreuzdipolanordnung oder einem Dipolquadrat etc. Ein sog. Vektor-Kreuzdipol ist aus der Vorveröffentlichung WO 00/39894 bekannt. Die Struktur scheint vergleichbar einem Dipolquadrat zu sein. Aufgrund der spezifischen Ausbildung des Dipolstrahlers gemäß dieser Vorveröffentlichung wird jedoch letztlich eine Kreuzdipol-Struktur geschaffen, so dass das so gebildete Antennenelement in zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Polarisationen strahlen und empfangen kann. All diese Vorveröffentlichungen sowie die dem Durchschnittsfachmann hinlänglich bekannten sonstigen Dipolstrukturen werden insoweit auch zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.
Des weiteren beschreibt Druckschritt US-A-5708446 eine Gruppenantenne mit Dipolstrahlern auf einem dielektrischen Substrat.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Antenne mit zumindest einem Dipol oder dipolähnlichen Strahler zu schaffen, die gegenüber herkömmlichen Antennen eindeutig reproduzierbare charakteristische elektrische Kennwerte aufweist und gegebenenfalls dabei sogar leichter montierbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Während bisher alle Generationen von Dipolstrahlern oder dipolähnlichen Strahlern davon ausgegangen sind, dass diese elektrisch galvanisch auf einem Reflektorblech montiert werden, legt dem gegenüber die vorliegende Erfindung vor, ein derartiges Strahlerelement kapazitiv am Reflektorblech anzukoppeln. Unter Zwischenschaltung eines nicht leitenden Elementes, insbesondere Dielektrikums, lässt sich dadurch eine in elektrischer Hinsicht eindeutig reproduzierbare Positionierung des Strahlers auf dem Reflektorblech realisieren, da die nach dem Stand der Technik unter Umständen auftretenden Intermodulations-Probleme vermieden werden. Denn bei einer mechanischen Befestigung von Dipol oder dipolähnlichen Strahlerelementen auf dem Reflektorblech nach dem Stand der Technik wurden diese üblicherweise mittels Schrauben oder sonstiger Verbindungsmechanismen auf dem Reflektorblech angebracht, wodurch sich je nach Montagegenauigkeit unterschiedliche Kontaktverhältnisse einstellten, mit der Folge, dass Intermodulations-Probleme auftreten konnten, die sich unterschiedlich äußerten.
Dabei muss auch berücksichtigt werden, dass in der Mehrzahl aller Fälle die Dipole oder dipolähnlichen Strahler auf dem Reflektorblech aufgesetzt und von der Reflektorrückseite her durch Eindrehen einer oder mehrerer Schrauben befestigt werden. Lässt aber beispielsweise auch aufgrund von Wärmeeinflüssen der Anpressdruck nach, so verändern sich die Kontaktverhältnisse, wodurch die Performance eines derartigen Antennenelementes signifikant nachlässt.
Bevorzugt ist also ein Dipol oder dipolähnlicher Strahler mit den eigentlich strahlenden Dipolhälften und seiner bevorzugt einstückig mit diesem verbundenen Symmetrierung auf einem elektrisch nicht leitenden Sockel befestigt, der wiederum auf dem Reflektorblech fixiert wird.
Möglich ist in einer Abwandlung aber auch, dass ein insgesamt elektrisch leitender Dipol oder dipolähnlicher Strahler verwendet wird, einschließlich eines elektrisch leitenden Befestigungssockels, wobei nunmehr zur Vermeidung eines galvanischen Kontaktes zum Reflektor nicht ein isolierender Zwischensockel oder eine nicht-leitende Zwischenschicht verwendet wird, sondern beispielsweise der Dipol oder dipolähnliche Strahler zumindest im Bereich seines unten liegenden Befestigungsabschnittes mit einer Kunststoffschicht, also allgemein einer elektrisch nicht leitenden Oberfläche überzogen oder versehen ist.
Aus den vorstehenden Ausführungen geht also hervor, dass zwischen dem Dipol oder der Dipolanordnung und dem Reflektor kein galvanischer Kontakt vorgesehen ist, sondern dass durch die bevorzugt isolierte Montage eine kapazitive Kopplung realisiert wird. Dadurch ergibt sich auch der Vorteil, dass zwischen dem Dipol und dem Reflektor kein Spannungspotential auftreten kann. Denn durch die unterschiedlich gewählten Materialien für einen Dipolstrahler oder die Symmetrierung für einen Dipolstrahler und das Material des Reflektors tritt herkömmlicherweise ansonsten eine elektrochemische Spannung auf, die zu Kontaktkorrosion führen kann. Da dies erfindungsgemäß vermieden wird, ergibt sich auch eine größere Auswahlmöglichkeit der zu verwendenden Materialien für den Dipol und/oder den Reflektor.
Darüber hinaus können erfindungsgemäß auch Kunststoffdipole verwendet werden, die nur eine Teilmetallisierung aufweisen, insbesondere also nicht metallisiert sind in ihrem Kontakt- und Verbindungsbereich zum Reflektor. Die Symmetrierung wird dabei bevorzugt elektrisch leitend als Teil der Dipolanordnung verstanden.
Schließlich ergibt sich durch das erfindungsgemäße Prinzip auch eine Trennung der mechanischen und elektrischen Funktionen. Es sind nunmehr keine hohen Kontakt- oder Flächendrücke notwendig, da eine stets dauerhafte elektrische Kontaktverbindung zwischen Dipol oder dessen Symmetrierung am Reflektor nicht mehr notwendig ist.
Schließlich kann eine erfindungsgemäße Dipolanordnung auch direkt auf einen Platinenträger gesteckt werden, so dass in einem derartigen Falle kein zusätzliches Kunststoffteil notwendig ist. Eine Anspeisung könnte hier direkt über die Rückseite der Platinenstruktur erfolgen, auf der die Anpassstruktur vorgesehen ist.
Das erläuterte Prinzip gilt dabei für alle Arten von Dipolen, vertikale Dipole, X-förmig polarisierte Dipole (also in einem ±45° Winkel gegenüber der Horizontalen) für Singleband-, Dualband-Antennen oder für Dipolstrukturen, insbesondere quadratische Dipolstrukturen, bei denen mehrere Strahler ineinander angeordnet sind, die für verschiedene Frequenzbänder vorgesehen sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist im Reflektorblech eine geeignete Ausstanzung vorgesehen, in welche der Befestigungssockel des Strahlerelementes beispielsweise eingeklipst, eingefügt und dann in die endgültige Fixierstellung verdreht etc. werden kann. Es können hier Verschluss- und Befestigungsmechanismen verwendet werden, wie sie beispielsweise nach Art von sog. Bajonettverschlüssen einschließlich aller dazugehörigenden Abwandlungen bekannt sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:

Figur 1 :: eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles der Erfindung;
Figur 2 :: eine weitere perspektivische Darstellung der Strahleranordnung gemäß Figur 1 auf einem Reflektor, jedoch von einer leicht rückwärtigen Ansicht;
Figur 3 :: eine vertikale Querschnittsdarstellung durch das Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 1 und 2;
Figur 4 :: eine schematische perspektivische Darstellung einer Antennenanordnung mit drei vertikal übereinander angeordneten Strahlern; und
Figur 5 :: eine schematische Draufsicht auf einen Reflektor mit einer dort eingebrachten Öffnung zur Fixierung eines Sockels einer in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Strahleranordnung.
Figur 6:: ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel zu den Figuren 1 und 3.

In Figur 4 ist eine Antennenanordnung 1 in schematischer Wiedergabe mit einem Reflektor oder Reflektorblech 3 gezeigt. Der Reflektor 3 kann bevorzugt an seinen beiden gegenüberliegenden Längsseiten 5 mit einer Reflektorbegrenzung 3' versehen sein, die beispielsweise senkrecht zur Ebene des Reflektorbleches 3 oder aber auch in einem von einem rechten Winkel abweichenden, schräg verlaufenden Winkel ausgerichtet sein kann.
Üblicherweise sind auf einem derartigen Reflektorblech 3 in Vertikalrichtung versetzt zueinander mehrere Dipole oder dipolähnliche Strahler angeordnet. Der Strahler oder Strahleranordnungen 7 können aus Single-Bandstrahlern, Dual-Bandstrahlern, Trippel-Bandstrahlern oder dergleichen bestehen. Bei der heutigen Antennengeneration werden bevorzugt Dual-Bandstrahler oder sogar Trippel-Bandstrahler verwendet, die zudem in zwei orthogonal aufeinander ausgerichteten Polarisationen senden und/oder empfangen können, und die dabei bevorzugt in einem ± 45° Winkel gegenüber der Horizontalen bzw. Vertikalen ausgerichtet sind. Es wird dabei insbesondere auf die Vorveröffentlichungen DE 197 22 742 A sowie DE 196 27 015 A verwiesen, die unterschiedliche Antennen mit verschiedensten Strahleranordnungen zeigen und beschreiben. All diese Strahler und Strahlerelemente sowie weitere Abwandlungen können im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet und eingesetzt werden. Von daher können also auch Strahler mit echter Dipolstruktur, nach Art eines Kreuzdipols, eines Dipolquadrates oder nach Art seines sog. Vektordipols verwendet werden, wie sie beispielsweise aus der WO 00/39894 bekannt sind. All diese Strahlertypen und Abänderungen werden unter Bezugnahme auf die vorstehend genannten Vorveröffentlichungen zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht.
In den Figuren 1 bis 3 im größeren Detail in unterschiedlichen Darstellungen eine erste erfindungsgemäße Strahleranordnung 11 auf einem Reflektor 3 gezeigt. Die Strahleranordnung 11 weist dabei vom Prinzip her einen Aufbau auf, wie er aus der WO 00/39894 bekannt und in dieser Vorveröffentlichung ausführlich beschrieben ist. Es wird von daher auf den Offenbarungsgehalt der vorstehenden Veröffentlichung in vollem Umfange verwiesen und zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht. Daraus ist bekannt, dass die Strahleranordnung 11 gemäß den Ausführungsbeispielen nach Figuren 1 bis 4 in schematischer Draufsicht zwar wie ein Dipolquadrat gestaltet ist, aufgrund der spezifischen Ausbildung jedoch in elektrischer Hinsicht wie ein Kreuzdipol sendet und empfängt. In Figur 4 sind dabei bezüglich einer Strahleranordnung 11 die beiden Polarisationsrichtungen 12a und 12b eingezeichnet, die senkrecht zueinander stehen und durch die diagonale, durch die in Draufsicht eher quadratisch gebildete Strahleranordnung 11 gebildet ist.
Die jeweils um 180° gegenüber liegende Strukturen gemäß der Strahleranordnung 11 wirken insoweit als Dipolhälften zweier kreuzförmig angeordneter Dipole.
Ein so gebildeter dipolförmiger Strahler 11 ist über die zugehörige Symmetrierung 15 auf dem Reflektor 3 gehalten und montiert. Die Dipolhälften 13 und die Symmetrierung 15 bestehen dabei aus elektrisch leitfähigem Material, in der Regel Metall bzw. Metalllegierung.
Um nunmehr eine kapazitive Ankopplung auf dem Reflektorblech 3 zu gewährleisten, also eine elektrisch berührungslose Verbindung zu schaffen, ist ein Sockel 17 vorgesehen, der aus nicht leitendem Material, beispielsweise aus Kunststoff, einem Dielektrikum etc. besteht. Über diesen Sockel 17 ist der zugehörige Sockelabschnitt 15' der Symmetrierung 15 fixiert und gehalten. Der Sockel 17 ist nunmehr wiederum in einer Ausnehmung 19 (Figur 5) im Reflektorblech 3 verankert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Sockel 17 insbesondere radial vorstehende, also seitlich vorstehende Vorsprünge 17' sowie rückversetzte Abschnitte 17" aufweist, so dass der Sockel mit dieser Formgebung in eine entsprechend geformte Ausnehmung 19 im Reflektorblech eingesetzt werden kann. Nach dem Einsetzen kann die gesamte Anordnung beispielsweise um einen Winkel von etwa 30° oder 45° verdreht werden, bis die endgültige Justierlage erreicht ist, in der eine bevorzugt kraftschlüssig sichere Position des Sockels 17 Bezug nehmend auf die Ausnehmung 19 gewährleistet ist, indem die auf der Rück- oder Unterseite des Reflektors 3 radial vorstehenden Vorsprünge die entsprechenden Materialabschnitte des Reflektors untergreifen, wohingegen andere oben liegende Vorsprünge 17' Teile des Reflektorbleches von oben her übergreifen, dadurch also die Strahleranordnung 11 sicher fixieren. Bei Bedarf können zusätzliche, auch formschlüssige Fixiermittel verwendet werden, um einen sicheren Halt zu gewährleisten. Schließlich können sogar zusätzlich Schrauben durch den Kunststoffsockel eingedreht werden, die beispielsweise in einer weiteren separaten Bohrung auch das Reflektorblech durchsetzen, elektrisch leitend aber nicht mit der Strahleranordnung der Symmetrierung in Verbindung gelangen.
Da der Sockel aus Kunststoff besteht und dadurch die Symmetrierung und die Strahleranordnung 11 insgesamt von dem elektrisch leitenden Reflektor oder Reflektorblech 3 durch den Sockel getrennt und isoliert ist, ergibt sich dadurch eine kapazitive Ankopplung.
Alternativ zum erläuterten Ausführungsbeispiel kann anstelle des Reflektorbleches 3 auch eine Platinenstruktur 3' oder ein sonstiges Substrat 3' vorgesehen sein, das nicht-leitend ist oder zumindest in dem Verankerungsbereich des Sockels oder des Strahlers nicht-leitend ist. Dies ist in einer schematischen auszugsweise Querschnittsdarstellung gemäß Figur 6 wiedergegeben. Leitende Strukturen auf der Unterseite der Platine, vor allem großflächig leitende Strukturen 31 auf der Platine zur Herstellung eines Reflektors oder einer reflektorähnlichen Metallisierung können auf der Ober- oder der Unterseite des Substrates oder der Platine 3' vorgesehen sein, sollten dabei aber nicht bis in den Befestigungsbereich der Symmetrierung eines Strahlers 7 bzw. einer Strahleranordnung 11 reichen. In diesem Falle kann also auf einen elektrisch nicht-leitenden Sockel verzichtet werden. Der Strahler mit seiner Strahlerstruktur kann direkt auf dem nicht-leitenden Substrat oder der nicht-leitenden Platinenstruktur aufgesetzt und verankert werden. Bevorzugt kann dabei das Substrat aus einer Platine gebildet sein, auf deren Rückseite die elektrisch leitenden Anpassstrukturen ausgebildet sind, ohne dass eine galvanische Kopplung der Symmetrierung gegeben ist.
Ebenso ist eine Abwandlung insoweit möglich, dass der gesamte Strahler einschließlich der Symmetrierung ebenfalls wieder aus elektrisch leitfähigem Material besteht, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel der Sockelabschnitt 15' der Strahleranordnung mit einem elektrisch nicht leitfähigen Material, Kunststoff oder einem Dielektrikum überzogen ist und hierüber am Reflektorblech fixiert wird. Auch dadurch wird eine kapazitive, also galvanisch elektrisch nicht leitende berührungslose Anbindung am Reflektorblech gewährleistet.
Umgekehrt kann aber die Strahleranordnung oder zumindest die Symmetrierung insgesamt oder in wesentlichen Teilen aus nicht leitfähigem Material gebildet sein, welches dann mit einer leitfähigen Struktur, insbesondere einer metallisierenden Schicht überzogen ist. Von dieser metallisch leitenden Oberflächenstruktur ausgenommen sind nur jene Verankerungsabschnitte, mit denen der so gebildete Strahler 11 beispielsweise auf einem leitenden Reflektor 3 montiert wird, um eine galvanisch-elektrische Verbindung zu vermeiden.

Claims

Antenne mit einer dipolähnlichen Strahleranordnung (11), vorzugsweise in Form zumindest eines Dipols, wobei die dipolähnliche Strahleranordnung (11) mit dem Reflektor kapazitiv verbunden ist, und die folgenkapazitiv verbunden ist, und die folgenden Merkmale aufweist :
- ein Sockelabschnitt (15') einer Symmetrierung (15) ist mit einem elektrisch nicht-leitfähigen Sockel (17) verbunden,

- der Sockel (17) ist am elektrisch leitfähigen Reflektor (3) fixiert,

- die Strahleranordnung (11) ist unter Zwischenschaltung des Sockels (17) mit dem Reflektor (3) kapazitiv; oder ohne elektrisch-galvanischen Kontakt verbunden; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale :
- der Reflektor (3) weist eine Ausnehmung (19) auf, in welcher der Sockel (17), der die Ausnehmung (19) zumindest teilweise durchsetzt, eingreift und verankert ist,
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (3) oder ein die Strahleranordnung (11) tragendes Substrat (3') eine Platinenstruktur aufweist oder umfasst, auf deren zur Strahleranordnung (11) abgewandten rückwärtigen Seite bevorzugt eine Anpassstruktur vorgesehen ist.
Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockel (17) als Steck- und/oder Drehverbindungs-Befestigungseinrichtung gestaltet ist, der durch Einsetzen und Verdrehen mechanisch am Reflektor (3) fixierbar ist.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (3) aus einem elektrisch nicht-leitfähigem und vorzugsweise eine Platinenstruktur aufweisendem Substrat (3') besteht, welches ganz oder teilweise zur Erzeugung einer Reflektorwirkung mit einer elektrisch leitfähigen Schicht (31) versehen ist.