EP1652267B1 - Antenna array - Google Patents
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- EP1652267B1 EP1652267B1 EP04763839A EP04763839A EP1652267B1 EP 1652267 B1 EP1652267 B1 EP 1652267B1 EP 04763839 A EP04763839 A EP 04763839A EP 04763839 A EP04763839 A EP 04763839A EP 1652267 B1 EP1652267 B1 EP 1652267B1
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- antenna element
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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
- H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
- H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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- H01Q21/0006—Particular feeding systems
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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
- H01Q3/28—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 amplitude
Definitions
- the invention relates to an antenna arrangement according to the preamble of claim 1.
- the mobile radio antennas provided for a base station usually comprise an antenna arrangement with a reflector, in front of which a multiplicity of radiator elements are provided offset in the vertical direction relative to one another and thus form an array. These can radiate and receive, for example, in one or two mutually perpendicular polarizations.
- the radiator elements can be designed to receive only in a frequency band.
- the antenna arrangement can also be designed as a multi-band antenna, for example for transmitting and receiving two mutually offset frequency bands. Also so-called triband antennas are known in principle.
- the mobile radio network is designed in the form of a cell, wherein each cell is assigned a corresponding base station with at least one mobile radio antenna for transmission and reception.
- the antennas are constructed so that They usually radiate at a certain angle relative to the horizontal with the main lobe downwards, whereby a certain cell size is determined. This lowering angle is also known as the downtilt angle.
- phase shifter arrangement has already been proposed in which, in the case of a single-column antenna array with a plurality of superposed radiators, the downtilt angle can be set continuously differently.
- differential phase shifters are used which, with different settings, cause the propagation time and thus the phase shift at the two outputs of a respective phase shifter to be adjusted in different directions, as a result of which the lowering angle can be set.
- phase shift angle can be carried out manually or by means of a remotely controllable retrofit unit, as for example according to the DE 101 04 564 C1 is known.
- a generic antenna arrangement is known from US 4,667,201 to be known as known.
- This prior art antenna basically comprises two mutually vertically offset radiator systems, each comprising a plurality of radiators. Each radiator belonging to a radiator are aligned and preset at a different angle to the horizontal.
- an electronics is also provided, with the main source through different intensity and distribution, based on the radiator of the two radiator systems, can be set differently.
- antennas in a mounting direction for example, in the vertical orientation of a reflector
- antenna elements which comprise a horizontally polarized emitter and subsequently a vertically polarized emitter at a regular interval. It is a common arrangement of radiators in front of a reflector that radiate and / or receive in two different polarizations.
- a dual polarized antenna arrangement is also known from US Pat EP 1 156 549 A2 known.
- an antenna array is described in which a plurality of dual polarized radiators are provided, namely dual polarized radiator of a first radiator group and dual polarized radiator of a second radiator group.
- the radiators of the individual radiator groups are provided for different frequency bands.
- the distance between two radiators of one polarization direction is on the order of one wavelength of the operating frequency.
- a vertical spacing of the individual radiators should be of the order of magnitude of one wavelength. Under this Prerequisite then the appropriate radiation patterns with desired half-width and side lobe attenuation can be achieved.
- a phase adjustment between two limit values can also be carried out without any problems. This is possible in the context of the invention alone by a corresponding power distribution. However, if, in addition to a power distribution, a time shift of the signals which are supplied to the individual radiators is also realized, it is even possible to pivot beyond the area of the system lobes.
- an antenna is assumed that comprises at least two emitter systems, also referred to below as emitter groups, each emitter group being composed of several emitters.
- the radiators of the first radiator system are the radiators of the second radiator system with vertical offset and / or horizontal offset arranged alternately.
- the spacing of the radiators interleaved with vertical and / or horizontal offset is chosen such that it lies in the region of half the wavelength of the operating frequency and not in the region of a whole wavelength, as is known from conventional antenna arrangements.
- any angle, i. So any downtilt angle between them can be adjusted continuously.
- pivoting beyond the region of the two system lobes is also possible.
- this is done according to the invention in that an input signal to the various radiator elements, that is distributed to the at least two emitter elements provided offset to each other, wherein the individual portions of the (correlated) signals are supplied to the radiator elements with different amplitude. If the entire energy, for example, only the upper radiating with 0 ° relative to the horizontal radiating element supplied, the entire radiation of the main lobe in the horizontal direction. Will the total intensity of the supplied to the lower radiator device, which is preset, for example, with a downtilt angle of 10 °, so there is a radiation of the main lobe in this downwardly inclined 10 ° angle.
- the intensity distribution of the at least two radiator elements supplied energy causes a continuous change in the orientation of the main lobe, explained in the Example can thus be set between 0 ° and a maximum of 10 ° with different angles of radiation with respect to the horizontal plane.
- a power distribution of the two individual signals is made, but also a lateral displacement of the signals is realized, it can - as has already been pointed out - a pivoting over the area of the two system lobes also be realized.
- the antenna array has compared to conventional antennas a significant, preferably by a factor of 2 closer occupancy of the radiator.
- the vertically arranged radiators are alternately assigned to the two radiator groups, i. e.g. the lowermost radiator is assigned by means of feeding the first radiator group, the overlying radiator of the second radiator group, the third radiator from below again the first radiator group, etc.
- the two radiator groups are also referred to as sub-arrays.
- the corresponding radiator elements or their polarization direction is vertically aligned, it can thereby a different adjustment of the downtilt angle can be made.
- the emitter elements are offset horizontally next to one another or their emitter or polarization plane is aligned in the horizontal direction, a different angular adjustment in the azimuth direction and not in the elevation direction can be made by the continuous different intensity supply of the signal. Again, taking into account an additional time shift in addition to a pure power distribution, a pivoting beyond the range of the two system lobes is also possible.
- the solution according to the invention is basically also possible when using radiator elements which radiate in two mutually perpendicular polarizations and are thereby preferably aligned in a + 45 ° or -45 ° angle relative to the horizontal (or vertical).
- the principle not only in a single-band antenna, but also in a multi-band antenna can be implemented, having the appropriate radiator for two, three, etc. frequency bands.
- the limit value defined by the basic setting of the radiator elements can be changed, for example, by mechanical adjustment, if appropriate also by mechanically remote-controllable different angle setting.
- an upper or lower limit value of the antenna arrangement can also be set so differently by additionally different phase setting that, in turn, any desired intermediate value of the main lobe alignment between the limit values predetermined in this way can be realized by the different intensity feed.
- the supply of a corresponding antenna arrangement by means of a network which realizes a power distribution to the intended radiator elements.
- a phase shifter which in the simplest case again consists of a differential phase shifter, e.g. works together with a 3 dB 90 ° hybrid.
- the signals of equal amplitude are at different phase.
- this causes the signals to be in phase there, but with different amplitudes.
- the utility of the invention is not limited to a variable or fixed change in the vertical orientation of the radiation pattern, but it can basically be an arrangement for controlling the horizontal alignment of the radiation lobe realized.
- antennas and antenna systems are conceivable which produce two horizontal diagrams depending on the wiring of a network.
- FIGS. 1 to 6 a basic structure of an antenna system will first be explained with reference to various examples, with antenna arrangements according to the invention being described subsequently with reference to FIGS.
- FIG. 1 shows, in a schematic front view, an antenna arrangement with a vertically oriented reflector 1, in front of which two radiator devices 3 are arranged vertically one above the other, which are also referred to as emitters 3 in the following.
- each of the two radiators 3 consists of a radiator group 3.1 or 3.2, which in the embodiment shown in each case comprises a dipole radiator 3.1 or 3.2 with vertical alignment.
- the antenna arrangement thus radiates in a vertical plane of polarization in a frequency band.
- the antenna arrangement according to FIG. 1 is also reproduced in a side view only schematically for the purpose of illustrating the principle according to the invention.
- the two radiators 3 are in the illustrated embodiment of home (eg fixed) preset so (for example, by mechanical alignment) that the upper radiator 3.1 exactly in the horizontal direction and the lower radiator device 3.2, for example, with a downtilt angle ⁇ of 10 ° relative to the horizontal plane inclined downwards. This default can also be set by appropriate mechanical pre-adjustment.
- the main lobes 7.1 and 7.2 of the two radiator devices 3.1 and 3.2, which are also referred to below as radiator systems 3.1 and 3.2 are shown in Figure 2, as well as the respective associated horizontal plane eleventh
- the antenna arrangement formed in this way is fed via a network 13, which in the exemplary embodiment shown comprises a hybrid circuit 15, for example a 3 db 90 ° hybrid, which is preceded by a phase shifter 17, in the embodiment shown a differential phase shifter 17.
- a network 13 which in the exemplary embodiment shown comprises a hybrid circuit 15, for example a 3 db 90 ° hybrid, which is preceded by a phase shifter 17, in the embodiment shown a differential phase shifter 17.
- phase shifter is now shifted to the left or right, for example according to the arrow representations 19, from the middle neutral position, then the phase position at the input 15a differs from that at the input 15b solely in that the signal coming from the phase shifter arrives earlier in the introduction branch 19a with a shortening of the electrical line and arrives later in the second branch 19b due to a larger path and a propagation delay caused thereby.
- This has the consequence that at the output of the network, ie at the output 15'a, 15'b, the corresponding signals are again present with the same phase, but with different amplitudes.
- the main lobes 18.1 and 18.2 are schematically illustrated, which reproduce the two radiation angles of the upper radiator element 3.1 and the lower radiator element 3.2 which are fixed by default.
- a main lobe 18.3 can now be set at different interspacing angles in a far-field view by superposing the differently adjustable intensities of the main lobes 18.1 and 18.2.
- phase shifter 17 can be controlled accordingly and with respect to the antenna a desired reduction of the resulting radiation lobe can be easily adjusted.
- the antenna arrangement with two radiator systems (radiator groups) 3.1 and 3.2, which are arranged next to one another in a horizontal plane), it is provided that the two radiators 3 of the radiator systems 3.1 and 3.2 each have an angle of - ⁇ and + ⁇ , for example from -15 ° and + 15 ° with respect to a mean vertical plane radiate outward, it can now be adjusted by appropriate intensity distribution, the beam direction of the main lobe between these two extreme values of -15 ° to + 15 °.
- FIG. 6 an antenna array with two is now shown Columns 23a and 23b are shown, in which two superposed radiator systems 3.11 and 3.21 or radiators are provided in one column or 3.12 and 3.22 in the second column. In principle, these are ultimately four emitter groups 3.11 to 3.22 or emitter systems.
- An input signal is now supplied to the input 17a of the first phase shifter 17, which generates a signal with the same phase position but different intensity according to its adjustment via the downstream hybrid circuit 15 at the output of the hybrid circuit 15.
- the downtilt angle of the antenna array according to FIG. 6 is set again.
- the corresponding two signals are now via a corresponding circuit with a phase shifter 117a and 117b and a respective downstream hybrid circuit 115a and 115b again on the phase shifter 117a, 117b influenced so that at the output depending on the position of the phase shifter a greater or lesser intensity of the signal is applied to either the upper dipole radiator 3.11 or 3.12 and also a greater or lesser intensity to either the lower dipole radiator 3.21 or 3.22.
- the two phase shifters 117a and 117b are preferably coupled to one another in the second stage, so that the intensity distribution for the radiator elements in the left or right-hand gaps 23a, 23b are divided in the same proportion to one another.
- phase shifter 17 in the first stage of the network in cooperation with the downstream hybrid 15 of the first stage of the downtilt angle and by corresponding actuation or adjustment of the phase shifters 117a and 117b with the respective associated hybrid circuits 115a, 115b in the second stage, a corresponding angular adjustment in the azimuth direction are made to the main lobe between the system prescribed predetermined radiation angles as a limit to be set arbitrarily in between.
- the corner or limit values for the different adjustable downtilt angle are basically given by the two system lobes. However, these limits can be overcome if, in addition, a separate phase shift is made for one or more radiator elements and the signal is supplied with a corresponding phase shift.
- an antenna arrangement according to the invention with a plurality of individual radiators 3 is now shown, by way of example for two radiator groups, ie two radiator systems 3.1 and 3.2.
- a signal is respectively supplied to a group belonging to the first radiator system 3.1 and a corresponding signal of a group of radiators 3 belonging to a second radiator system 3.2 is supplied via a second summation or branching circuit 27.2, each alternately vertically one above the other are arranged.
- a dipole radiator can be involved here, but also other emitters or emitter devices, for example patch emitters, etc.
- the stagnation distance is smaller by a factor of 2 than in known antenna arrangements.
- the essential difference to the existing antenna arrangement is thus now that the distance of the individual radiators should preferably be in the range of half the wavelength of the operating frequency, rather than in the range of a whole wavelength, as is known from conventional antenna arrangements.
- the spacing of the individual emitters should preferably be less than 90% relative to the entire wavelength, in particular less than 80%, less than 70% or less than 60% of a whole wavelength of the operating wavelength of an operating frequency (of a frequency band, ie of a value within the frequency band). Respectively. This results in the end for the antenna as a whole an arrangement in which the phase centers of the at least two antenna groups are relatively close to each other.
- phase centers of the radiator groups are the phase centers of the two radiator groups, ideally in one point. There is no direct dependence on the wavelength. Due to the explained construction of the antenna, however, it follows that the phase centers of, for example, the two mentioned radiator groups are at a distance which is smaller than half the wavelength of the frequency band to be transmitted, usually with reference to the center frequency of this frequency band. Above all, in such an antenna (corresponding to FIG. 7 and corresponding to FIG. 8 described above all, in such an antenna (corresponding to FIG. 7 and corresponding to FIG.
- the phase centers of the (two) radiator groups are at a distance of significantly less than half the wavelength, in particular at a distance of less than 80 %, in particular less than 60%, less than 40%, less than 20% or even less than 10%, based on half the wavelength, which is predetermined by the center frequency of the used frequency band.
- improved diagrams with reduced side lobes are achieved when the individual radiators of the emitter group with the main lobe lowered already have individual diagrams with a downtilt angle in the region of the desired downtilt of the entire emitter group.
- Such a downtilt for the individual radiators can be achieved, for example, by the fact that the corresponding reflector region, as shown in the exemplary embodiment according to FIG. 8, has the desired inclination.
- a common reflector plane is not used, but reflectors assigned separately to the individual radiators are provided.
- the arrangement is again alternately constructed such that, for example, the first, third, fifth, seventh etc. emitters 3.1 ', 3.3', 3.5 'and 3.7' are fed via a line system 51 with corresponding power split 53, and that the superposed radiator 2, 4, 6, 8, etc.
- radiators 3.2 ', 3.4', 3.6 'and 3.8' of the first radiator system are fed via a line system 55 with subsequent power split 57.
- the respective straight radiators 3.2 ', 3.4', 3.6 ', etc. have reflector systems 1' which are opposite the first radiators 3.1 ', 3.3', 3.5 'etc. of the second radiator system at a different angle, for example a presettable or mechanically changeable angle are set.
- the mechanical adjustment can also be remotely controlled via a remotely controllable adjustment module, which can set the reflectors shown in Figure 8 1 'of the second radiator groups as needed in different angular direction.
- a remotely controllable adjustment module which can set the reflectors shown in Figure 8 1 'of the second radiator groups as needed in different angular direction.
- the arrangement is in each case such that adjacent radiator elements are not or only slightly influenced by inclined reflector walls or parasitic radiator elements.
- this can be done e.g. achieve that the individual dipoles are isolated by partitions from each other.
- an arrangement with a plurality of emitter systems is possible, which are embodied as areally arranged emitters in two mutually mutually appurtenant directions, preferably in two mutually perpendicular mounting directions, and are arranged interleaved with one another , preferably in an alternating arrangement.
- a network 13 is provided, about which by means of a combination of vorzugêtr vertical and horizontal actuation alignment of the main lobe in space is vorappelbar.
Description
Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an antenna arrangement according to the preamble of
Insbesondere die für eine Basisstation vorgesehenen Mobilfunkantennen umfassen üblicherweise eine Antennenanordnung mit einem Reflektor, vor welchem in Vertikalrichtung versetzt zueinander liegend eine Vielzahl von Strahlerelementen vorgesehen sind und somit ein Array bilden. Diese können beispielsweise in einer oder zwei senkrecht zueinander stehenden Polarisationen strahlen und empfangen. Die Strahlerelemente können dabei zum Empfang lediglich in einem Frequenzband ausgebildet sein. Die Antennenanordnung kann aber auch als Multiband-Antenne ausgebildet sein, beispielsweise zum Senden und Empfangen zwei versetzt zueinander liegenden Frequenzbändern. Auch sogenannte Triband-Antennen sind grundsätzlich bekannt.In particular, the mobile radio antennas provided for a base station usually comprise an antenna arrangement with a reflector, in front of which a multiplicity of radiator elements are provided offset in the vertical direction relative to one another and thus form an array. These can radiate and receive, for example, in one or two mutually perpendicular polarizations. The radiator elements can be designed to receive only in a frequency band. However, the antenna arrangement can also be designed as a multi-band antenna, for example for transmitting and receiving two mutually offset frequency bands. Also so-called triband antennas are known in principle.
Bekanntermaßen ist das Mobilfunknetz zellenförmig gestaltet, wobei jeder Zelle eine entsprechende Basisstation mit zumindest einer Mobilfunkantenne zum Senden und Empfangen zugeordnet ist. Die Antennen sind dabei so aufgebaut, dass sie in der Regel in einem bestimmten Winkel gegenüber der Horizontalen mit nach unten gerichteter Hauptkeule strahlen, wodurch eine bestimmte Zellengröße festgelegt wird. Dieser Absenkwinkel wird bekanntermaßen auch als Downtilt-Winkel bezeichnet.As is known, the mobile radio network is designed in the form of a cell, wherein each cell is assigned a corresponding base station with at least one mobile radio antenna for transmission and reception. The antennas are constructed so that They usually radiate at a certain angle relative to the horizontal with the main lobe downwards, whereby a certain cell size is determined. This lowering angle is also known as the downtilt angle.
Aus der
Dabei kann die Ein- und Verstellung des Phasenschieberwinkels manuell oder mittels einer fernsteuerbaren Nachrüst-Einheit durchgeführt werden, wie dies beispielsweise gemäß der
Eine gattungsbildende Antennenanordnung ist aus der
Dass grundsätzlich Antennen in einer Anbaurichtung, beispielsweise bei vertikaler Ausrichtung eines Reflektors, verschachtelt zueinander angeordnet sein können, ist beispielsweise aus der
Eine dual polarisierte Antennenanordnung ist schließlich auch aus der
Wie für derartige Antennen üblich, liegt der Abstand zwischen zwei Strahlern der einen Polarisationsrichtung wie der Abstand zwischen zwei Strahlern der anderen Polarisationsrichtung in der Größenordnung einer Wellenlänge der Betriebsfrequenz. Dies entspricht den allgemeinen, dem Fachmann bekannten Bedingungen, da in der Antennentechnik bekannt ist, dass zur Erzielung der geeigneten Vektordiagramme ein vertikaler Abstand der Einzelstrahler in der Größenordnung einer Wellenlänge liegen soll. Unter dieser Voraussetzung sind dann die geeigneten Strahlungsdiagramme mit gewünschter Halbwertsbreite und Nebenkeulendämpfung erzielbar.As is usual for such antennas, the distance between two radiators of one polarization direction, such as the distance between two radiators of the other polarization direction, is on the order of one wavelength of the operating frequency. This corresponds to the general conditions known to the person skilled in the art, since it is known in antenna technology that in order to obtain the suitable vector diagrams, a vertical spacing of the individual radiators should be of the order of magnitude of one wavelength. Under this Prerequisite then the appropriate radiation patterns with desired half-width and side lobe attenuation can be achieved.
Obgleich sich die Einstellung unterschiedlicher Downtilt-Winkel durch Veränderung der Phasenlage, die den einzelnen Strahlerelementen zugeführt wird, grundsätzlich bewährt hat, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine demgegenüber andersartige und zudem vereinfachte Lösung für die Einstellung unterschiedlicher Abstrahlwinkel, insbesondere Downtilt-Winkel zu schaffen und/oder neue Möglichkeiten der Einstellung des Abstrahlwinkels zu eröffnen.Although the setting of different downtilt angles by changing the phase position, which is supplied to the individual radiator elements, has basically proven, it is an object of the present invention to provide a contrast different and also simplified solution for setting different radiation angle, in particular downtilt angle and / or to open new possibilities of setting the emission angle.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the features specified in
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann problemlos auch kontinuierlich eine Phaseneinstellung zwischen zwei Grenzwerten vorgenommen werden. Dies ist im Rahmen der Erfindung alleine durch eine entsprechende Leistungsaufteilung möglich. Wird aber neben einer Leistungsaufteilung zudem auch noch eine zeitliche Verschiebung der Signale realisiert, die den einzelnen Strahlern zugeführt werden, so ist sogar ein Schwenken über den Bereich der Systemkeulen hinaus möglich.According to the present invention, a phase adjustment between two limit values can also be carried out without any problems. This is possible in the context of the invention alone by a corresponding power distribution. However, if, in addition to a power distribution, a time shift of the signals which are supplied to the individual radiators is also realized, it is even possible to pivot beyond the area of the system lobes.
Erfindungsgemäß wird dabei von einer Antenne ausgegangen, die zumindest zwei nachfolgend auch als Strahlergruppen bezeichnete Strahlersysteme umfasst, wobei jede Strahlergruppe aus mehreren Strahlern zusammengesetzt ist. Die Strahler des ersten Strahlersystems sind zu den Strahlern des zweiten Strahlersystems mit Vertikalversatz und/oder Horizontalversatz alternierend angeordnet. Dabei ist ferner der Abstand der mit Vertikal- und/oder Horizontalversatz verschachtelt angeordneten Strahler so gewählt, dass er im Bereich der halben Wellenlänge der Betriebsfrequenz liegt und nicht im Bereich einer ganzen Wellenlänge, wie dies von üblichen Antennenanordnungen bekannt ist. Durch diese Reduzierung des Antennenstockungsabstandes "etwa um den Faktor 2" können besonders brauchbare Einzeldiagramme mit möglichst geringen Nebenkeulen erzielt werden.According to the invention, an antenna is assumed that comprises at least two emitter systems, also referred to below as emitter groups, each emitter group being composed of several emitters. The radiators of the first radiator system are the radiators of the second radiator system with vertical offset and / or horizontal offset arranged alternately. In this case, furthermore, the spacing of the radiators interleaved with vertical and / or horizontal offset is chosen such that it lies in the region of half the wavelength of the operating frequency and not in the region of a whole wavelength, as is known from conventional antenna arrangements. This reduction of the antenna sticking distance "approximately by a factor of 2" makes it possible to achieve particularly useful individual diagrams with the lowest possible side lobes.
Ist beispielsweise das eine Strahlerelement der einen Strahlergruppe mit einem Downtilt-Winkel von 0° und ein zweites Strahlerelement der zweiten Strahlergruppe mit einem Downtilt-Winkel von 10° gegenüber der Horizontalen nach unten geneigt eingestellt, so kann mit der erfindungsgemäßen Antennenanordnung jeder beliebige Winkel, d.h. also jeder beliebige Downtilt-Winkel dazwischen kontinuierlich eingestellt werden. Unter zusätzlicher Berücksichtigung einer zeitlichen Verschiebung der Signale, die den Strahlern zugeführt werden, ist ein Schwenken über den Bereich der beiden Systemkeulen hinaus realisierbar.For example, if the one radiating element of a radiator group with a downtilt angle of 0 ° and a second radiator element of the second radiator group with a downtilt angle of 10 ° relative to the horizontal inclined downwards, so can with the antenna arrangement according to the invention any angle, i. So any downtilt angle between them can be adjusted continuously. With additional consideration of a temporal shift of the signals which are supplied to the radiators, pivoting beyond the region of the two system lobes is also possible.
Im Detail erfolgt dies erfindungsgemäß dadurch, dass ein Eingangssignal auf die diversen Strahlerelemente, d.h. auf die zumindest beiden versetzt zueinander vorgesehenen Strahlerelemente aufgeteilt wird, wobei die einzelnen Anteile der (korrelierten) Signale den Strahlerelementen mit unterschiedlicher Amplitude zugeführt werden. Wird die gesamte Energie beispielsweise nur dem oberen mit 0° gegenüber der Horizontalen abstrahlenden Strahlerelement zugeführt, so erfolgt die gesamte Abstrahlung der Hauptkeule in Horizontalrichtung. Wird die gesamte Intensität der unteren Strahlereinrichtung zugeführt, die beispielsweise mit einem Downtilt-Winkel von 10° voreingestellt ist, so erfolgt eine Abstrahlung der Hauptkeule in diesem nach unten geneigten 10°-Winkel. Wird die Energie nunmehr kontinuierlich von einem zunehmend mehr auf den anderen Strahler umgeleitet und somit beiden Strahlergruppen bzw. zumindest beiden Strahlerelementen in unterschiedlichen Anteilen zugeführt, so bewirkt die Intensitätsaufteilung der den zumindest beiden Strahlerelementen zugeführten Energie eine kontinuierliche Veränderung der Ausrichtung der Hauptkeule, die im erläuterten Beispiel somit zwischen 0° und maximal 10° mit unterschiedlichen Abstrahlwinkeln gegenüber der Horizontalebene eingestellt werden kann. Wird aber nicht nur eine Leistungsaufteilung der beiden Einzelsignale vorgenommen, sondern wird zusätzlich auch noch eine seitliche Verschiebung der Signale realisiert, so kann - worauf bereits hingewiesen wurde - ein Schwenken über dem Bereich der beiden Systemkeulen hinaus realisiert werden.In detail, this is done according to the invention in that an input signal to the various radiator elements, that is distributed to the at least two emitter elements provided offset to each other, wherein the individual portions of the (correlated) signals are supplied to the radiator elements with different amplitude. If the entire energy, for example, only the upper radiating with 0 ° relative to the horizontal radiating element supplied, the entire radiation of the main lobe in the horizontal direction. Will the total intensity of the supplied to the lower radiator device, which is preset, for example, with a downtilt angle of 10 °, so there is a radiation of the main lobe in this downwardly inclined 10 ° angle. If the energy is now continuously redirected from one more to the other emitter and thus supplied to both radiator groups or at least two radiator elements in different proportions, the intensity distribution of the at least two radiator elements supplied energy causes a continuous change in the orientation of the main lobe, explained in the Example can thus be set between 0 ° and a maximum of 10 ° with different angles of radiation with respect to the horizontal plane. However, if not only a power distribution of the two individual signals is made, but also a lateral displacement of the signals is realized, it can - as has already been pointed out - a pivoting over the area of the two system lobes also be realized.
Das Antennenarray weist gegenüber herkömmlichen Antennen eine wesentlich, vorzugsweise um den Faktor 2 engere Belegung der Strahler auf. Vorzugsweise werden die vertikal angeordneten Strahler alternierend den beiden Strahlergruppen zugeordnet, d.h. z.B. der unterste Strahler wird mittels Anspeisung der ersten Strahlergruppe zugeordnet, der darüber liegende Strahler der zweiten Strahlergruppe, der dritte Strahler von unten wiederum der ersten Strahlergruppe usw. Die beiden Strahlergruppenwerden auch als Sub-Arrays bezeichnet.The antenna array has compared to conventional antennas a significant, preferably by a factor of 2 closer occupancy of the radiator. Preferably, the vertically arranged radiators are alternately assigned to the two radiator groups, i. e.g. the lowermost radiator is assigned by means of feeding the first radiator group, the overlying radiator of the second radiator group, the third radiator from below again the first radiator group, etc. The two radiator groups are also referred to as sub-arrays.
Wenn die entsprechenden Strahlerelemente bzw. deren Polarisationsrichtung vertikal ausgerichtet ist, so kann dadurch eine unterschiedliche Einstellung des Downtilt-Winkels vorgenommen werden. Sind die Strahlerelemente in Horizontalrichtung nebeneinander versetzt liegend bzw. ist deren Strahler- bzw. Polarisationsebene in Horizontalrichtung ausgerichtet, so kann durch die kontinuierliche verschiedene Intensitätszuführung des Signales eine unterschiedliche Winkeleinstellung in Azimutrichtung und nicht in Elevationsrichtung vorgenommen werden. Auch hier ist wiederum bei Berücksichtigung einer zusätzlichen zeitlichen Verschiebung neben einer reinen Leistungsaufteilung ein Verschwenken über den Bereich der beiden Systemkeulen hinaus möglich.If the corresponding radiator elements or their polarization direction is vertically aligned, it can thereby a different adjustment of the downtilt angle can be made. If the emitter elements are offset horizontally next to one another or their emitter or polarization plane is aligned in the horizontal direction, a different angular adjustment in the azimuth direction and not in the elevation direction can be made by the continuous different intensity supply of the signal. Again, taking into account an additional time shift in addition to a pure power distribution, a pivoting beyond the range of the two system lobes is also possible.
Wird aber beispielsweise ein Antennenarray mit zumindest zwei Spalten und mit in jeder Spalte zumindest zwei Strahlerelementen verwendet, so kann eine überlagerte Einstellung sowohl in Vertikal- als auch in Horizontalrichtung vorgenommen werden, um eine entsprechende Ausrichtung der Hauptkeule im Raum vorzunehmen, und dies alles nur durch unterschiedliche Intensitätszuführung, d.h. durch Speisung des Signales in unterschiedlicher Intensität für die einzelnen Strahlerelemente. Auch unterschiedliche Phasenlagen sind denkbar.However, if, for example, an antenna array with at least two columns and with at least two radiator elements in each column is used, then a superimposed adjustment in both vertical and horizontal directions can be made in order to make a corresponding alignment of the main lobe in the room, and all this only by different intensity supply, ie by feeding the signal in different intensity for the individual radiator elements. Also different phase angles are conceivable.
Natürlich ist die erfindungsgemäße Lösung grundsätzlich auch bei Verwendung von Strahlerelementen möglich, die in zwei senkrecht zueinander stehenden Polarisationen strahlen und dabei bevorzugt in einem +45° bzw. -45° Winkel gegenüber der Horizontalen (bzw. Vertikalen) ausgerichtet sind. Ebenso ist das Prinzip nicht nur bei einer Single-Band-Antenne, sondern auch bei einer Multi-Band-Antenne umsetzbar, die entsprechende Strahler für zwei, drei etc. Frequenzbänder aufweist.Of course, the solution according to the invention is basically also possible when using radiator elements which radiate in two mutually perpendicular polarizations and are thereby preferably aligned in a + 45 ° or -45 ° angle relative to the horizontal (or vertical). Likewise, the principle not only in a single-band antenna, but also in a multi-band antenna can be implemented, having the appropriate radiator for two, three, etc. frequency bands.
Dabei ist es ferner auch möglich, dass beispielsweise der durch die Grundeinstellung der Strahlerelemente festgelegte Grenzwert beispielsweise durch mechanische Verstellung, gegebenenfalls auch durch mechanisch fernsteuerbare unterschiedliche Winkeleinstellung verändert werden kann. Zudem kann auch durch zusätzlich unterschiedliche Phaseneinstellung ein oberer oder unterer Grenzwert der Antennenanordnung so unterschiedlich eingestellt werden, dass durch die unterschiedliche Intensitäts-Zuführung wiederum jeder beliebige Zwischenwert der Hauptkeulen-Ausrichtung zwischen den so vorgegebenen Grenzwerten realisierbar ist.In this case, it is also possible, for example, that the limit value defined by the basic setting of the radiator elements can be changed, for example, by mechanical adjustment, if appropriate also by mechanically remote-controllable different angle setting. In addition, an upper or lower limit value of the antenna arrangement can also be set so differently by additionally different phase setting that, in turn, any desired intermediate value of the main lobe alignment between the limit values predetermined in this way can be realized by the different intensity feed.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Speisung einer entsprechenden Antennenanordnung mittels eines Netzwerkes, welches eine Leistungsaufteilung auf die vorgesehenen Strahlerelemente realisiert. Dies kann beispielsweise in Kombination mit einem Phasenschieber erfolgen, der im einfachsten Fall wiederum aus einem Differenzphasen-Schieber besteht, der z.B. mit einem 3 dB-90°-Hybrid zusammenarbeitet. Am Eingang des Hybrids liegen die Signale gleicher Amplitude jedoch mit unterschiedlicher Phase an. Dies bewirkt am Ausgang des Netzwerkes, dass die Signale dort gleichphasig vorliegen, allerdings mit unterschiedlichen Amplituden. Somit kann also durch unterschiedliche Einstellung des dem Netzwerk vorgelagerten Phasenschiebers durch die unterschiedliche Phasensteuerung eine Speisung mit gleicher Phase und unterschiedlichen Amplituden realisiert werden.In a particularly preferred embodiment, the supply of a corresponding antenna arrangement by means of a network, which realizes a power distribution to the intended radiator elements. This may, for example, be done in combination with a phase shifter, which in the simplest case again consists of a differential phase shifter, e.g. works together with a 3 dB 90 ° hybrid. At the input of the hybrid, however, the signals of equal amplitude are at different phase. At the output of the network, this causes the signals to be in phase there, but with different amplitudes. Thus, it is thus possible to realize a feed with the same phase and different amplitudes by different adjustment of the phase shifter upstream of the network by the different phase control.
Es ist aber nicht nur eine vertikale Anordnung der einzelnen Strahler und die Zusammenfügung zu Strahlergruppen mit einer alternierenden Aufteilung möglich, sondern auch eine Anordnung der Strahler bzw. Strahlergruppe, die nicht übereinander, sondern nebeneinander angeordnet sind. Grundsätzlich sind auch andere Anordnungen denkbar, die von einer nur vertikal oder nur horizontal versetzten Anordnung abweichen. Von daher beschränkt sich die Nutzbarkeit der Erfindung nicht nur auf eine variable oder feststehende Veränderung der vertikalen Ausrichtung des Strahlungsdiagramms, sondern es kann grundsätzlich auch eine Anordnung zur Steuerung der horizontalen Ausrichtung der Strahlungskeule realisiert werden. So sind beispielsweise Antennen und Antennensysteme denkbar, die je nach Beschaltung eines Netzwerkes zwei Horizontal-Diagramme erzeugen. Durch ein geeignetes zusätzliches Netzwerk erwiesen sich ähnlich wie für den vertikalen Fall mittels einer Leistungsaufteilung auch für eine horizontale Anordnung der Strahler sämtliche Ausrichtung zwischen den Richtungen der beiden Einzelkeulen stufenlos einstellbar. Wird neben einer reinen Leistungsaufteilung auch noch eine Phasenverschiebung, also eine zeitliche Verschiebung der Signale erzeugt, so kann sowohl in Horizontal- als auch in Vertikalrichtung ein Verschwenken über die beiden Systemkeulen hinaus durchgeführt werden. Mit einer entsprechenden Kombination von vertikaler und horizontaler Steuerung ist es dabei auch möglich, eine stufenlos veränderte Ausrichtung im Raum vorzunehmen.But it is not only a vertical arrangement of the individual emitters and the joining to emitter groups with an alternating division possible, but also an arrangement of the emitter or emitter group, not one above the other, but are arranged side by side. In principle, other arrangements are conceivable, which differ from an only vertical or horizontal offset arrangement. Therefore, the utility of the invention is not limited to a variable or fixed change in the vertical orientation of the radiation pattern, but it can basically be an arrangement for controlling the horizontal alignment of the radiation lobe realized. For example, antennas and antenna systems are conceivable which produce two horizontal diagrams depending on the wiring of a network. By a suitable additional network proved similar as for the vertical case by means of a power distribution for a horizontal arrangement of the radiators all alignment between the directions of the two single lobes infinitely adjustable. If, in addition to a pure power distribution, a phase shift, that is to say a temporal shift of the signals, is generated, pivoting beyond the two system lobes can be carried out both in the horizontal direction and in the vertical direction. With a corresponding combination of vertical and horizontal control, it is also possible to make a continuously changed orientation in the room.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:
- Figur 1 :
- eine schematische frontseitige Ansicht auf eine Antennenanordnung mit zwei übereinander angeordneten Strahlerelementen (Dipolstrahlern);
- Figur 2 :
- eine schematische Seitendarstellung der Antennenanordnung nach Figur 1 mit vorgeschaltetem Netzwerk mit einem 90°-Hybrid und einem Differenzphasenschieber zur Amplitudensteuerung;
- Figur 3 :
- eine schematische Ansicht der unterschiedlich voreingestellten Keulen der Antennenanordnung und der dazwischen beliebig einstellbaren, sich durch Überlagerung ergebenden Keule des Gesamtsystems;
- Figur 4:
ein zu Figur 1 abgewandeltes Beispiel;- Figur 5:
- ein entsprechendes Beispiel zur Einstellung eines unterschiedlichen Azimutwinkels für die Hauptkeule;
- Figur 6 :
- ein Beispiel einer entsprechenden unterschiedlichen Einstellung einer durch Überlagerung entstehenden Keule, die in Azimutund in Elevationsrichtung unterschiedlich einstellbar ist;
- Figur 7 :
- ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel in schematischer Ansicht; und
- Figur 8 :
- ein weiteres schematisches Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Antennensystem mit wechselweise übereinander angeordneten Strahlern, wobei die beiden Strahlergruppen jeweils mit abwechselnd aufeinander folgenden Einzelstrahlern oder Strahlergruppen versehen sind, und die zugehörigen Reflektoren zumindest einer Strahlergruppe in einem anderen Winkel zu den Reflektoren der anderen Strahlergruppe ausgerichtet sind.
- FIG. 1:
- a schematic front view of an antenna assembly with two superimposed arranged radiating elements (dipole radiators);
- FIG. 2:
- a schematic side view of the antenna arrangement of Figure 1 with an upstream network with a 90 ° hybrid and a differential phase shifter for amplitude control;
- FIG. 3:
- a schematic view of the different preset lobes of the antenna assembly and the arbitrarily adjustable in between, resulting from overlapping lobe of the overall system;
- FIG. 4:
- an example modified to FIG. 1;
- FIG. 5:
- a corresponding example for setting a different azimuth angle for the main lobe;
- FIG. 6:
- an example of a corresponding different setting of a superimposed lobe, which is differently adjustable in azimuth and in the elevation direction;
- FIG. 7:
- a first embodiment according to the invention in a schematic view; and
- FIG. 8:
- a further schematic embodiment of an inventive antenna system with alternately stacked Emitters, wherein the two radiator groups are each provided with alternately successive individual radiators or radiator groups, and the associated reflectors are aligned at least one radiator group at a different angle to the reflectors of the other radiator group.
Anhand der nachfolgend beschriebenen Figuren 1 bis 6 wird zunächst ein Grundaufbau eines Antennensystems anhand verschiedener Beispiele erläutert, wobei daran anschließend anhand der Figuren 7 und 8 erfindungsgemäße Antennenanordnungen beschrieben werden.With reference to FIGS. 1 to 6 described below, a basic structure of an antenna system will first be explained with reference to various examples, with antenna arrangements according to the invention being described subsequently with reference to FIGS.
In Figur 1 ist in schematischer Frontansicht eine Antennenanordnung mit einem vertikal ausgerichteten Reflektor 1 dargestellt, vor welchem zwei Strahlereinrichtungen 3 vertikal übereinander angeordnet sind, die im Folgenden teilweise auch kurz als Strahler 3 bezeichnet werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht jeder der beiden Strahler 3 aus einer Strahlergruppe 3.1 bzw. 3.2, die im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils einen Dipolstrahler 3.1 bzw. 3.2 mit Vertikalausrichtung umfasst. Die Antennenanordnung strahlt somit in einer vertikalen Polarisationsebene in einem Frequenzband.FIG. 1 shows, in a schematic front view, an antenna arrangement with a vertically oriented
In Figur 2 ist nunmehr ebenfalls nur rein schematisch zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Prinzips die Antennenanordnung gemäß Figur 1 in Seitendarstellung wiedergegeben. Die beiden Strahler 3 sind dabei bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel von Hause aus (z.B. fix) so voreingestellt (beispielsweise durch mechanische Ausrichtung), dass die obere Strahlereinrichtung 3.1 exakt in Horizontalrichtung und die untere Strahlereinrichtung 3.2 beispielsweise mit einem Downtilt-Winkel α von 10° gegenüber der Horizontalebene nach unten geneigt strahlt. Diese Voreinstellung kann ebenfalls durch entsprechend mechanische Vorjustierung fest eingestellt sein. Die Hauptkeulen 7.1 und 7.2 der beiden Strahlereinrichtungen 3.1 und 3.2, die nachfolgend teilweise auch als Strahlersysteme 3.1 und 3.2 bezeichnet werden, sind in Figur 2 eingezeichnet, ebenso wie die jeweils zugeordnete Horizontalebene 11.In FIG. 2, the antenna arrangement according to FIG. 1 is also reproduced in a side view only schematically for the purpose of illustrating the principle according to the invention. The two
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die so gebildete Antennenanordnung über ein Netzwerk 13 gespeist, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Hybrid-Schaltung 15, beispielsweise ein 3 db-90°-Hybrid umfasst, welchem ein Phasenschieber 17, im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Differenzphasenschieber 17, vorgelagert ist.In the exemplary embodiment shown, the antenna arrangement formed in this way is fed via a
Die Steuerung soll im gezeigten Ausführungsbeispiel nachfolgend erläutert werden, wobei von der Grundstellung ausgegangen wird, in der sich der Phasenschieber 17 in seiner neutralen Mittellage befindet, wobei an dem Eingang 15a bzw. 15b der Hybridschaltung 15 die vom Phasenschieber kommenden Signale mit gleicher Amplitude anliegen. Befindet sich der Phasenschieber 17 in seiner mittleren Ausgangs- oder Neutrallage, so liegen an den beiden Eingängen 15a und 15b der Hybrid-Schaltung 15 die Signale auch mit gleicher Phasenlage an.The control will be explained below in the illustrated embodiment, starting from the basic position in which the
Wird nunmehr aber der Phasenschieber beispielsweise gemäß den Pfeildarstellungen 19 aus der mittleren Neutrallage nach links oder rechts verschoben, so unterscheidet sich die Phasenlage am Eingang 15a von jener am Eingang 15b allein dadurch, dass das vom Phasenschieber kommende Signal im Einleitungszweig 19a bei einer Verkürzung der elektrischen Leitung früher eintrifft und im zweiten Zweig 19b aufgrund eines größeren Weges und einer dadurch verursachten Laufzeitverzögerung später eintrifft. Dies hat zur Folge, dass am Ausgang des Netzwerkes, also am Ausgang 15'a, 15'b die entsprechenden Signale nunmehr wiederum mit gleicher Phase anstehen, allerdings mit unterschiedlichen Amplituden. Werden diese nunmehr gleichphasig vorliegenden Signale mit den entsprechenden unterschiedlichen Amplituden an die beiden Strahlergruppen, d.h. die Strahlereinrichtung oder Strahlerelemente 3.1 und 3.2, gegeben, so erhält je nach Stellung des Phasenschiebers die obere Strahlergruppe 3.1 oder die untere Strahlergruppe 3.2, d.h. im vorliegenden Fall das obere Strahlersystem 3.1. bzw. die untere Strahlereinrichtung oder das untere Strahlersystem 3.2 einen unterschiedlich größeren oder kleineren Intensitätsanteil des gespeisten Signals.If, however, the phase shifter is now shifted to the left or right, for example according to the
Würde das Signal mit seiner gesamten Intensität ausschließlich nur der oberen Strahlereinrichtung 3.1 zugeführt werden, so würde die erläuterte Antennenanordnung in exakt Horizontalrichtung strahlen (da dem unteren Strahlersystem 3.2 überhaupt keine Energie zugeführt wird). Würde das gesamte Speisesignal ausschließlich dem unteren Strahlersystem 3.2 zugeführt werden, so würde das gesamte Antennenarray exakt mit dem Downtilt-Winkel α von dem gezeigten Ausführungsbeispiel beispielsweise 10° abstrahlen. Wird aber nunmehr das Signal mit unterschiedlicher Intensität sowohl dem oberen als auch dem unteren Strahlersystem 3.1 bzw. 3.2 zugeführt, so kann je nach Stellung des Phasenschiebers und damit in Abhängigkeit der unterschiedlichen Intensitätsaufteilung nunmehr eine Absenkung des Strahlungsdiagrammes und damit eine Absenkung der Hauptstrahlkeule in dem Grenzintervall von 0° und α = 10° beliebig eingestellt werden. In Figur 3 ist dabei schematisch jeweils die Hauptkeule 18.1 und 18.2 dargestellt, die die beiden von Hause aus fix eingestellten Abstrahlwinkel für das obere Strahlerelement 3.1 und das untere Strahlerelement 3.2 wiedergeben. Durch die entsprechende Intensitätsaufteilung auf das obere und untere Strahlersystem 3.1, 3.2 kann nunmehr in Fernfeldbetrachtung durch Überlagerung der unterschiedlich einstellbaren Intensitäten der Hauptkeule 18.1 und 18.2 eine Hauptkeule 18.3 in unterschiedlichen dazwischen liegenden Abstrahlwinkeln eingestellt werden.If the signal with its entire intensity would be supplied only to the upper radiator 3.1, the antenna array would radiate in exactly horizontal direction (since the lower radiator system 3.2 no energy is supplied at all). If the entire feed signal were supplied exclusively to the lower radiator system 3.2, then the entire antenna array would radiate exactly at the downtilt angle α of the exemplary embodiment shown, for example 10 °. But if now the signal with different intensity both the upper and the lower radiator system 3.1 and 3.2, so depending on the position of the phase shifter and thus depending on the different intensity distribution now a lowering of Radiation diagram and thus a reduction of the main beam lobe in the boundary interval of 0 ° and α = 10 ° can be set arbitrarily. In FIG. 3, the main lobes 18.1 and 18.2 are schematically illustrated, which reproduce the two radiation angles of the upper radiator element 3.1 and the lower radiator element 3.2 which are fixed by default. By means of the corresponding distribution of intensity to the upper and lower radiator systems 3.1, 3.2, a main lobe 18.3 can now be set at different interspacing angles in a far-field view by superposing the differently adjustable intensities of the main lobes 18.1 and 18.2.
Wird z.B. ein Steuergerät in der Basisstation und/oder ein steuerbares Zusatzgerät beispielsweise in Form eines Schrittmotors verwendet, so kann hierüber der Phasenschieber 17 entsprechend angesteuert und bezüglich der Antenne eine gewünschte Absenkung der resultierenden Strahlungskeule einfachst eingestellt werden.If e.g. a control unit in the base station and / or a controllable auxiliary device used, for example in the form of a stepper motor, so the
Anhand des erläuterten Ausführungsbeispiels gemäß der Figuren 1 bis 3 ist also eine unterschiedliche Einstellung der durch Überlagerung entstehenden Hauptkeule der Antennenanordnung in Elevationsrichtung möglich.On the basis of the illustrated embodiment according to the figures 1 to 3, therefore, a different adjustment of the resulting main overlay of the main lobe of the antenna assembly in the elevation direction is possible.
Ebenso kann aber auch eine unterschiedliche Abstrahl-Winkeleinstellung in Horizontalrichtung, also in Azimutrichtung, vorgenommen werden. Dazu wird auf das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 verwiesen, in der eine entsprechende Antennenanordnung mit zwei Strahlersystemen 3.1 und 3.2 beschrieben ist, die allerdings nunmehr in Horizontalrichtung versetzt zueinander liegen. Dass die Polarisationsebene dabei nicht in Längsrichtung des Reflektors angeordnet sein muss, sondern auch in anderer Richtung, beispielsweise quer zur Längserstreckungsrichtung des Reflektors verlaufen kann, wird ebenfalls anhand von Figur 4 verdeutlicht, indem dort die beiden in Horizontalrichtung mit Seitenversatz angeordneten Strahlersysteme 3.1 und 3.2 ebenfalls wieder vertikal ausgerichtet sind, also in einer vertikalen Polarisationsebene strahlen.Likewise, however, a different emission angle adjustment in the horizontal direction, ie in the azimuth direction, can also be undertaken. For this purpose, reference is made to the embodiment of Figure 4, in which a corresponding antenna arrangement with two radiator systems 3.1 and 3.2 is described, however, now offset in the horizontal direction to each other. That the polarization plane It must not be arranged in the longitudinal direction of the reflector, but can also extend in another direction, for example transversely to the longitudinal direction of the reflector is also illustrated with reference to Figure 4, where the two horizontally aligned with lateral offset radiator systems 3.1 and 3.2 also vertically aligned again are, so radiate in a vertical polarization plane.
Die Speisung erfolgt gemäß Figur 5 ebenfalls wieder über ein anhand von Figur 2 erläutertes Netzwerk 13. Auch hier kann durch entsprechende Verstellung des Phasenschiebers aus seiner mittleren Neutrallage heraus der Hybrid-Schaltung 15 an den beiden Eingängen 15a und 15b ein Signal mit gleicher Intensität, aber unterschiedlichen Phasenlage zugeführt werden, was am Ausgang 15'a und 15'b der Hybrid-Schaltung 15 bedeutet, dass das dort anstehende Signal nunmehr mit gleicher Phasenlage, aber unterschiedlicher Intensität den beiden Strahlereinrichtungen 3.1 und 3.2 zugeführt wird. Ist beispielsweise in diesem Ausführungsbeispiel (Figur 5 soll dabei schematisch die Antennenanordnung mit zwei Strahlersystemen (Strahlergruppen) 3.1 und 3.2 wiedergeben, die in einer Horizontalebene nebeneinander angeordnet sind) vorgesehen, dass die beiden Strahler 3 der Strahlersysteme 3.1 und 3.2 jeweils in einem Winkel von -α und +α, beispielsweise von -15° und +15° gegenüber einer mittleren Vertikalebene nach außen strahlen, so kann nunmehr durch entsprechende Intensitätsaufteilung die Strahlrichtung der Hauptkeule zwischen diesen beiden Extremwerten von -15° bis +15° unterschiedlich eingestellt werden.The supply is carried out according to Figure 5 also again a explained with reference to Figure 2
Anhand von Figur 6 ist nunmehr ein Antennenarray mit zwei Spalten 23a und 23b gezeigt, bei welchem jeweils zwei übereinander angeordnete Strahlersysteme 3.11 und 3.21 bzw. Strahler in der einen Spalte bzw. 3.12 und 3.22 in der zweiten Spalte vorgesehen sind. Vom Prinzip her handelt es sich hierbei letztlich um vier Strahlergruppen 3.11 bis 3.22 oder Strahlersysteme.With reference to FIG. 6, an antenna array with two is now shown
Ein Eingangssignal wird nunmehr dem Eingang 17a des ersten Phasenschiebers 17 zugeführt, der entsprechend seiner Verstellrichtung über die nachgeordnete Hybrid-Schaltung 15 am Ausgang der Hybridschaltung 15 ein Signal mit gleicher Phasenlage, aber unterschiedlicher Intensität erzeugt. Darüber wird beispielsweise wieder der Downtilt-Winkel des Antennenarrays gemäß Figur 6 eingestellt. Die entsprechenden beiden Signale werden aber nunmehr über eine entsprechende Schaltung mit einem Phasenschieber 117a bzw. 117b und einer jeweils nachgeordneten Hybridschaltung 115a bzw. 115b nochmals über die Phasenschieber 117a, 117b so beeinflusst, dass am Ausgang je nach Stellung des Phasenschiebers eine größere oder kleinere Intensität des Signals entweder dem oberen Dipolstrahler 3.11 oder 3.12 und ebenso eine größere oder kleinere Intensität entweder dem unteren Dipolstrahler 3.21 oder 3.22 zugeführt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 6 sind dabei bevorzugt die beiden Phasenschieber 117a und 117b in der zweiten Stufe miteinander gekoppelt, so dass die Intensitätsverteilung für die Strahlerelemente in der linken bzw. rechten Spalte 23a, 23b im gleichen Verhältnis zueinander aufgeteilt werden.An input signal is now supplied to the
Durch diese Anordnung kann durch entsprechende Ein- oder Verstellung des Phasenschiebers 17 in der ersten Stufe des Netzwerkes in Zusammenwirkung mit dem nachgeschalteten Hybrid 15 der ersten Stufe der Downtilt-Winkel und durch entsprechende Betätigung bzw. Einstellung der Phasenschieber 117a und 117b mit den jeweils zugeordneten Hybridschaltungen 115a, 115b in der zweiten Stufe eine entsprechende Winkeleinstellung in Azimutrichtung vorgenommen werden, um die Hauptkeule zwischen den systembedingt vorgegebenen Abstrahlwinkeln als Grenzwert dazwischen liegend beliebig einzustellen. Die Eck- oder Grenzwerte für die unterschiedliche einstellbaren Downtilt-Winkel sind grundsätzlich durch die beiden Systemkeulen vorgegeben. Diese Grenzwerte können aber überwunden werden, wenn zusätzlich noch für einen oder mehrere Strahlerelemente eine separate Phasenverschiebung vorgenommen und das Signal mit einer entsprechenden Phasenverschiebung zugeführt wird.By this arrangement, by appropriate input or adjustment of the
Anhand von Figur 7 ist nunmehr eine erfindungsgemäße Antennenanordnung mit mehreren einzelnen Strahlern 3 (also Strahlereinrichtungen) gezeigt, und zwar beispielhaft für zwei Strahlergruppen, d.h. zwei Strahlersysteme 3.1 und 3.2. Über eine Summen- bzw. Verzweigungsschaltung 27.1 wird ein Signal jeweils einer zum ersten Strahlersystem 3.1 gehörenden Gruppe und über eine zweite Summen- bzw. Verzweigungsschaltung 27.2 ein entsprechendes Signal einer zu einem zweiten Strahlersystem 3.2 gehörenden Gruppe von Strahlern 3 zugeführt, die jeweils abwechselnd vertikal übereinander angeordnet sind. Es kann sich hier beispielsweise um Dipolstrahler handeln, aber auch um andere Strahler oder Strahlereinrichtungen, beispielsweise Patchstrahler etc. Durch eine entsprechende Hybridschaltung und eine Phasenschieberanordnung vergleichbar Figur 2 kann dabei eine Winkeleinstellung vorgenommen werden, wobei die erste Strahlergruppe von Hause aus mit einem vorgegebenen Downtilt-Winkel von beispielsweise α=0°, 2°, 4° etc. und die zweite Strahlergruppe mit der zweiten Strahlereinrichtung 3.2 beispielsweise auf einen festen Downtilt-Winkel von 10°, 12°, 16° etc. eingestellt sein kann. Zwischen den so vorgegebenen Grenzwerten kann dann allein nur durch die Intensitätsaufteilung ein Downtilt-Winkel eingestellt werden. Eine gleiche Anordnung kann natürlich auch wieder entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4 und 5 zur unterschiedlichen Ausrichtung der Hauptkeule in Azimutrichtung verwendet werden.With reference to FIG. 7, an antenna arrangement according to the invention with a plurality of individual radiators 3 (ie radiator devices) is now shown, by way of example for two radiator groups, ie two radiator systems 3.1 and 3.2. Via a summation or branching circuit 27.1, a signal is respectively supplied to a group belonging to the first radiator system 3.1 and a corresponding signal of a group of
Wesentlich bei der Anordnung nach Figur 7 ist, dass gegenüber herkömmlichen Antennen eine wesentlich engere Belegung der Strahler realisiert wird, vorzugsweise ist der Stockungsabstand um den Faktor 2 geringer als bei bekannten Antennenanordnungen. Der wesentliche Unterschied zur bestehenden Antennenanordnung liegt also nunmehr darin, dass der Abstand der Einzelstrahler vorzugsweise im Bereich der halben Wellenlänge der Betriebsfrequenz liegen sollte, statt im Bereich einer ganzen Wellenlänge, wie es von üblichen Antennenanordnungen bekannt ist. Durch diese Reduzierung des Antennenstockungsabstandes "etwa um den Faktor 2" können besonders brauchbare Einzeldiagramme mit möglichst geringen Nebenkeulen erzeugt werden. Der Abstand der Einzelstrahler soll dabei bevorzugt weniger als 90% bezogen auf die ganze Wellenlänge, insbesondere weniger als 80%, weniger als 70% oder weniger als 60% einer ganzen Wellenlänge der Betriebswellenlänge einer Betriebsfrequenz (eines Frequenzbandes, also eines Wertes innerhalb des Frequenzbandes) beziehen. Dadurch ergibt sich letztlich für die Antenne insgesamt eine Anordnung, bei der die Phasenzentren der zumindest beiden Antennengruppen vergleichsweise dicht zueinander liegen.It is essential in the arrangement according to FIG. 7 that, compared with conventional antennas, a substantially narrower coverage of the radiators is realized, preferably the stagnation distance is smaller by a factor of 2 than in known antenna arrangements. The essential difference to the existing antenna arrangement is thus now that the distance of the individual radiators should preferably be in the range of half the wavelength of the operating frequency, rather than in the range of a whole wavelength, as is known from conventional antenna arrangements. By means of this reduction of the antenna sticking distance "approximately by a factor of 2", it is possible to produce particularly useful individual diagrams with the smallest possible side lobes. The spacing of the individual emitters should preferably be less than 90% relative to the entire wavelength, in particular less than 80%, less than 70% or less than 60% of a whole wavelength of the operating wavelength of an operating frequency (of a frequency band, ie of a value within the frequency band). Respectively. This results in the end for the antenna as a whole an arrangement in which the phase centers of the at least two antenna groups are relatively close to each other.
Durch den anhand von Figur 7 und anhand der nachfolgend erläuterten Figur 8 beschriebenen Aufbau einer Antenne ergibt sich vor allem der wesentliche Vorteil, dass die Phasenzentren der Strahlergruppen, im gezeigten Ausführungsbeispiel die Phasenzentren der beiden Strahlergruppen, im Idealfall in einem Punkt liegen. Eine direkte Abhängigkeit von der Wellenlänge besteht dabei nicht. Durch den erläuterten Aufbau der Antenne ergibt sich aber, dass die Phasenzentren beispielsweise der beiden erwähnten Strahlergruppen in einem Abstand zueinander liegen, der kleiner ist als die halbe Wellenlänge des zu übertragenden Frequenzbandes, üblicherweise bezogen auf die Mittenfrequenz dieses Frequenzbandes. Vor allem liegen bei einer derartig aufgebauten Antenne (entsprechend der Figur 7 und entsprechend der nachfolgend erläuterten Figur 8) die Phasenzentren der (beiden) Strahlergruppen (Strahlersysteme) in einem Abstand von deutlich weniger als der halben Wellenlänge, insbesondere in einem Abstand von weniger als 80 %, insbesondere weniger als 60 %, weniger als 40 %, weniger als 20 % oder sogar weniger als 10 %, bezogen auf die halbe Wellenlänge, die durch die Mittenfrequenz des genutzten Frequenzbandes vorgegeben ist.The construction of an antenna described on the basis of FIG. 7 and with reference to FIG. 8 described above results, above all, in the essential advantage that the phase centers of the radiator groups, in the exemplary embodiment shown, are the phase centers of the two radiator groups, ideally in one point. There is no direct dependence on the wavelength. Due to the explained construction of the antenna, however, it follows that the phase centers of, for example, the two mentioned radiator groups are at a distance which is smaller than half the wavelength of the frequency band to be transmitted, usually with reference to the center frequency of this frequency band. Above all, in such an antenna (corresponding to FIG. 7 and corresponding to FIG. 8 explained below), the phase centers of the (two) radiator groups (radiator systems) are at a distance of significantly less than half the wavelength, in particular at a distance of less than 80 %, in particular less than 60%, less than 40%, less than 20% or even less than 10%, based on half the wavelength, which is predetermined by the center frequency of the used frequency band.
Nachfolgend wird auch noch auf ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 Bezug genommen.In the following, reference will also be made to a further exemplary embodiment according to FIG. 8.
Gemäß Figur 8 werden verbesserte Diagramme mit reduzierten Nebenkeulen dann erzielt, wenn die Einzelstrahler der Strahlergruppe mit abgesenkter Hauptkeule bereits Einzeldiagramme mit einem Downtilt-Winkel im Bereich des gewünschten Downtilts der gesamten Strahlergruppe aufweisen.According to FIG. 8, improved diagrams with reduced side lobes are achieved when the individual radiators of the emitter group with the main lobe lowered already have individual diagrams with a downtilt angle in the region of the desired downtilt of the entire emitter group.
Einen solchen Downtilt für die Einzelstrahler kann man z.B. dadurch erreichen, dass der entsprechende Reflektorbereich, wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 8 dargestellt ist, die gewünschte Neigung aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 wird also nicht eine gemeinsame Reflektorebene verwendet, sondern es sind den einzelnen Strahlern separat zugeordnete Reflektoren vorgesehen. Dabei ist die Anordnung wieder alternierend derart aufgebaut, dass beispielsweise der erste, dritte, fünfte, siebte etc. Strahler 3.1', 3.3', 3.5' und 3.7' über ein Leitungssystem 51 mit entsprechender Leistungsverzweigung 53 gespeist werden, und dass die übereinander angeordneten Strahler 2, 4, 6, 8 etc. (also die Strahler 3.2', 3.4', 3.6' und 3.8') des ersten Strahlersystems über ein Leitungssystem 55 mit nachfolgender Leistungsverzweigung 57 gespeist werden. Die ungeraden Strahler 3.1', 3.3', 3.5' etc., die zum zweiten Strahlersystem gehören, haben beispielsweise zugeordnete Reflektoren 1, die in Vertikalrichtung ausgerichtet sind (können aber auch einen abweichenden Winkel dazu aufweisen und voreingestellt sein). Die jeweils geraden Strahler 3.2', 3.4', 3.6' etc. weisen Reflektorsysteme 1' auf, die gegenüber den ersten Strahlern 3.1', 3.3', 3.5' etc. des zweiten Strahlersystems in einem anderen Winkel, beispielsweise einem voreinstellbaren oder mechanisch veränderbaren Winkel eingestellt sind. Die mechanische Verstellung kann dabei ebenfalls wieder fernsteuerbar über ein fernsteuerbares Einstellmodul erfolgen, welches die in Figur 8 gezeigten Reflektoren 1' der zweiten Strahlergruppen je nach Bedarf in unterschiedliche Winkelrichtung einstellen kann. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt, dass eine zusätzliche Verstellung einzelner Strahler entweder auf elektrischem Wege durch unterschiedliche Einstellung eines Phasenversatzes oder auch auf dem erläuterten mechanischen Wege erfolgen kann.Such a downtilt for the individual radiators can be achieved, for example, by the fact that the corresponding reflector region, as shown in the exemplary embodiment according to FIG. 8, has the desired inclination. In the exemplary embodiment according to FIG. 8, therefore, a common reflector plane is not used, but reflectors assigned separately to the individual radiators are provided. The arrangement is again alternately constructed such that, for example, the first, third, fifth, seventh etc. emitters 3.1 ', 3.3', 3.5 'and 3.7' are fed via a
Weitere Möglichkeiten zur Absenkung der Einzeldiagramme sind z.B. durch das Hinzufügen parasitärer Strahlerelemente in der Umgebung der jeweiligen Dipole denkbar.Further possibilities for lowering the individual diagrams are e.g. by the addition of parasitic radiator elements in the environment of the respective dipoles conceivable.
Bevorzugt ist die Anordnung jeweils derart, dass benachbarte Strahlerelemente nicht oder nur unwesentlich von geneigten Reflektorwänden oder parasitären Strahlerelementen beeinflusst werden. Bei Dipolstrahlern kann man dies z.B. dadurch erreichen, dass die einzelnen Dipole durch Trennwände voneinander isoliert werden.Preferably, the arrangement is in each case such that adjacent radiator elements are not or only slightly influenced by inclined reflector walls or parasitic radiator elements. For dipole radiators, this can be done e.g. achieve that the individual dipoles are isolated by partitions from each other.
Bezug nehmend auf die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele gemäß Figuren 7 und 8 ist von daher eine Anordnung mit mehreren Strahlersystemen möglich, die als flächenhaft angeordnete Strahler in zwei winklig zueinander liegenden Anbaurichtungen umfasst sind, vorzugsweise in zwei rechtwinkelig zueinander stehenden Anbaurichtungen, und dabei ineinander verschachtelt angeordnet sind, vorzugsweise in einer alternierenden Anordnung. Dabei kann dann ein Netzwerk 13 vorgesehen ist, worüber mittels einer Kombination von vorzugsweiser vertikaler und horizontaler Ansteuerung eine Ausrichtung der Hauptkeule im Raum vornehmbar ist.With reference to the exemplary embodiments explained above according to FIGS. 7 and 8, an arrangement with a plurality of emitter systems is possible, which are embodied as areally arranged emitters in two mutually mutually appurtenant directions, preferably in two mutually perpendicular mounting directions, and are arranged interleaved with one another , preferably in an alternating arrangement. In this case, then a
Claims (10)
- Antenna arrangement having the following features:- at least two antenna element systems (3.1, 3.2) are provided, which each have a plurality of antenna elements (3),- the at least two antenna element systems (3.1, 3.2) are arranged with an offset with respect to one another in the horizontal and/or vertical direction, preferably in front of a reflector (1),- the at least two antenna element systems (3.1, 3.2) transmit and receive in at least one polarization plane,- the at least two antenna element systems (3.1, 3.2) are arranged and/or fed such that the main lobe (7.1) of the first antenna element system (3.1) and the main lobe (7.2) of the second antenna element system (3.2) include an angle (α) between one another,- a network (13) is provided via which the first antenna element system (3.1) and the second antenna element system (3.2) can be supplied with a signal whose intensities can be set differently relative to one another, so that a different angular transmission direction (α) is produced for the antenna arrangement by appropriate superimposition of the main lobes of the antenna elements (3) of the at least two antenna elements systems (3.1, 3.2), and- both antenna element systems (3.1, 3.2) have antenna elements (3) which transmit and/or receive with the same polarization,
characterized by the following further features:- the antenna elements (3) in the first antenna element system (3.1) are arranged alternately with the antenna elements (3) in the second antenna element system (3.2), with a vertical offset and/or a horizontal offset, and- the distance between the antenna elements (3) which are arranged interleaved with a vertical and/or a horizontal offset is in the region of half the wavelength of the operating frequency. - Antenna arrangement according to Claim 1, characterized in that the antenna arrangement comprises at least two columns (23a, 23b), with at least two antenna elements (3) being arranged one above the other in each column (23a, 23b), by which means the alignment direction of the main lobe, which is produced by superimposition, of the antenna arrangement can be adjusted in the elevation and azimuth directions.
- Antenna arrangement according to one of Claims 1 to 2, characterized in that the network has a hybrid circuit (15, 115a, 115b) and a phase shifter arrangement (17, 117a, 117b), such that the phase shifter arrangement (17, 117a, 117b) allows a signal preferably with the same intensity but at a different phase angle to be supplied to the inputs (15a, 15b) of the hybrid circuit (15, 115a, 115b) such that a signal at the same phase angle but with a different intensity is produced at the output (15'a, 15'b) of each of the hybrid circuits (15, 115a, 115b).
- Antenna arrangement according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the phase shifter arrangement (17, 117a, 117b) is formed from a difference phase shifter.
- Antenna arrangement according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the phase shifter arrangement (17, 117a, 117b) is formed from an arrangement with line paths of different length.
- Antenna arrangement according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the at least two antenna element systems (3.1, 3.2) have two or more antenna elements (3) which are arranged interleaved with one another and alternately as antenna elements (3) which are arranged in a plane, in two fitting directions that are at an angle to one another, preferably in two fitting directions that are at right angles to one another, and in that a network (13) is provided, via which the main lobe can be aligned in space by means of a combination of preferably vertical and horizontal control.
- Antenna arrangement according to one of Claims 1 to 5, characterized in that one antenna element system (3.1) is permanently preset with a transmission angle (downtilt angle).
- Antenna arrangement according to Claim 7, characterized in that the antenna element systems (3.1, 3.2) have antenna elements (3) which each have an associated, separate reflector (1).
- Antenna arrangement according to Claim 8, characterized in that the antenna elements (3) in one antenna element system (3.2) can be set to a different transmission angle (downtilt angle) to that of the antenna elements (3) in the other antenna element system (3.1).
- Antenna arrangement according to Claim 9, characterized in that the transmission angles, which can be set differently, can be preset differently or can be varied, in particular can be varied mechanically, and can preferably be adjusted by means of a remotely controllable adjustment module.
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