EP1652271A1 - Antennenanordnung sowie verfahren insbesondere zu deren betrieb - Google Patents

Antennenanordnung sowie verfahren insbesondere zu deren betrieb

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EP1652271A1
EP1652271A1 EP04763840A EP04763840A EP1652271A1 EP 1652271 A1 EP1652271 A1 EP 1652271A1 EP 04763840 A EP04763840 A EP 04763840A EP 04763840 A EP04763840 A EP 04763840A EP 1652271 A1 EP1652271 A1 EP 1652271A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
phase
antenna arrangement
radiator
network
antenna
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04763840A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Gabriel
Maximilian GÖTTL
Jörg LANGENBERG
Jürgen RUMOLD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kathrein SE
Original Assignee
Kathrein Werke KG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
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    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/40—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with phasing matrix

Definitions

  • the invention relates to an antenna arrangement and a method, in particular for its operation.
  • the mobile radio antennas provided for a base station usually comprise an antenna arrangement with a reflector, in front of which a multiplicity of radiating elements are provided lying offset in the vertical direction from one another. These can, for example, radiate and receive in one or two mutually perpendicular polarizations.
  • the radiator elements can only be designed for reception in one frequency band.
  • the antenna arrangement can also be designed as a multiband antenna, for example for transmitting and receiving two frequency bands which are offset from one another. So-called triband antennas are also known in principle.
  • the mobile radio network is designed in the form of a cell, with each cell having a corresponding base station is assigned to at least one mobile radio antenna for sending and receiving.
  • the antennas are constructed in such a way that, as a rule, they radiate at a certain angle with respect to the horizontal with the component pointing downwards, as a result of which a specific cell size is defined. As is known, this lowering angle is also referred to as down tilt angle.
  • phase shifter arrangement has therefore already been proposed from WO 01/13459 A1, in which the down-tilt angle can be set continuously differently in the case of a single-column antenna array with a plurality of radiators arranged one above the other.
  • differential phase shifters are used for this purpose, which, with different settings, have the effect that the runtime length and thus the phase shift at the two outputs of a respective phase shifter are adjusted in different directions, as a result of which the setback angle can be set.
  • phase shifter angle can be set and adjusted manually or by means of a remotely controllable retrofit unit, as is known, for example, from DE 101 04 564 C1.
  • a preferably remote-controllable lowering of a down-tilt angle and a reduction in the size of the cell can be subsequently adapted to changed conditions.
  • Such a change in a downtilt angle is not the only or sufficient solution for all cases.
  • mobile radio antennas have a fixed horizontal diagram, for example with a half-value width of 45 °, 65 °, 90 ° etc.
  • a half-value width 45 °, 65 °, 90 ° etc.
  • a power supply circuit for a basic mobile radio antenna can be found in the prior publication JP 2 000 101 326 A.
  • This is an antenna arrangement with 4 columns, with the associated dining network consisting of two butler matrices connected in series in the form of hybrids.
  • Amplifiers are provided between the Butler matrices.
  • the Butler matrix itself is not a phase shifter, but a control unit with four outputs.
  • An antenna arrangement consisting of four omnidirectional radiators arranged on a circle is ultimately to be fed via this feed network.
  • An antenna arrangement with an unchangeable beam shape can also be found in principle in WO 02/19 470 AI.
  • the antenna comprises a two-dimensional antenna array with radiator elements and a feed network.
  • the feed network comprises a down-tilt phase adjustment device and an azimuth phase adjustment device with a device for adjusting the beam width (lobe width). To change the beam width, there is a correspondingly different power consumption. division on radiator elements that are offset from each other in the horizontal direction. Phase shifter devices are provided for setting a different azimuth beam direction in order to set the radiation direction accordingly.
  • the antenna comprises at least two radiator groups, each with at least one antenna radiator, ie, for example, at least one antenna element each, with the total transmission energy either being supplied to only one of the two radiator groups or a power split now can be set differently, up to a 50:50 distribution of the power energy between the two radiator groups.
  • the diagram formation can be changed, especially in the horizontal direction, and the half-value width on an antenna can be changed for example, change 30 ° to 100 °.
  • the phase position of the signals can be changed by means of provided phase shifters in order to achieve a special diagram formation.
  • the at least two antenna elements with horizontal offset are preferably arranged next to one another on a common reflector, that is to say radiate in a common polarization plane, the horizontal diagram of the antenna can thereby be set. If, for example, the signals are fed to an antenna array with at least two columns and a plurality of radiator elements arranged one above the other, depending on the intensity and phase division, different horizontal diagrams can be achieved for this antenna array.
  • the antenna arrangement according to the invention or the method according to the invention for operating such an antenna arrangement makes it possible, for example, to generate asymmetrical horizontal diagrams, even when looking at the far field! Furthermore, it is possible to generate horizontal diagrams which are indeed symmetrical, that is to say are arranged symmetrically to a plane running vertically to the reflector plane, but in which the transmission signals are only located with comparatively low energy lying in this vertical plane of symmetry. It is also possible, for example, to generate two, four etc.
  • the antenna arrangement emits with significantly lower energy!
  • horizontal diagrams can also be generated in the same way, which have an odd number of main lobes, for example, and are optionally arranged symmetrically to a plane running perpendicular to the reflector plane.
  • a main lobe direction can preferably lie in the vertical plane of symmetry or plane perpendicular to the reflector plane. At least one further main lobe lies on the left and the right side of the plane perpendicular to the reflector plane.
  • the intensity minima in between can drop, for example, by less than 10 db, in particular 6 db and less than 3 db.
  • the antenna arrangement according to the invention and its operation make it possible, depending on the particularities on site, to illuminate certain zones with a higher transmission intensity and rather to “mask out” other areas and to irradiate them only with a lower intensity.
  • This offers advantages, for example, if the horizontal diagram is adjusted in areas in which schools, kindergartens, etc. are located, so that these areas are only illuminated with much less light.
  • a different diagram configuration of an antenna is generated once for the transmission case and differently for the reception case.
  • the horizontal diagrams are designed differently for the send and receive cases.
  • a horizontal diagram that is optimally adapted to the environment in transmission can take into account that Sensitive facilities such as kindergartens, schools, hospitals etc. located in the broadcasting area are located in an area or area that is supplied by a cellular antenna with only a lower intensity, whereas the horizontal diagram for the reception case is designed so that a corresponding cellular antenna is located in the entire catchment area the incoming signals can be received in a cell with appropriately optimally designed horizontal diagrams.
  • the intensity and phase division according to the invention is preferred by using a phase shifter arrangement, i.e. at least one phase shifter, preferably a differential phase shifter, and a subsequent hybrid circuit, in particular a 90 ° hybrid.
  • a phase shifter arrangement i.e. at least one phase shifter, preferably a differential phase shifter, and a subsequent hybrid circuit, in particular a 90 ° hybrid.
  • a signal of a predetermined intensity fed to a phase shifter is divided at the two outputs of the differential phase shifter so that the intensities of the signals are the same at both outputs, but the phase is different. If these two signals are fed to the two inputs of a downstream 90 ° hybrid, this has the consequence at the output of the hybrid that the phases are now the same again, but the intensities or amplitudes of the signals are different.
  • the energy supplied to the at least two phase shifters can be divided from, for example, 1: 0 to 1: 1 by different phase settings on the phase shifter.
  • a further optional phase shifter can be used to influence the phase position and change the direction of the diagram.
  • the antenna pattern can be changed at any time 'again, for example, then when a new network planning is envisaged that .without the antenna itself must be replaced.
  • the antenna pattern can be easily adjusted, for example by remote control in the base station. No manual changes to the antenna on the mast, such as alignment of the antenna etc. are necessary, which drastically reduces the costs. Almost preset diagrams can be implemented using predeterminable fixed parameters in the control. - It is also possible to set chronologically different diagrams using automatic control (e.g. depending on the differences in the supply of the respective location depending on other times of the day, such as in the morning and in the evening, etc.).
  • the base stations can also be used when the system according to the invention is retrofitted. It is only necessary to simply replace the antenna at the base station.
  • Different diagrams can be implemented for the send and receive case. Above all, sensitive areas with rather less energy and other areas with higher ones Supply energy. Unsymmetrical horizontal diagrams can be generated. Symmetrical horizontal diagrams can be generated which are overlaid with several main lobes in such a way that the energy output of the first, second and, for example, third lobes in three different azimuth directions in the. Horizontal diagram differ from their energy output by less than 50%, in particular less than 40%, 30% or even less than 20% or even 10%.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an antenna assembly of the invention with an upstream network Horizontaldia- program shaping, •
  • Figure 2 Diagram to explain the amplitude value of the two output signals - at the outputs of the phase shifter shown in Figure 1;
  • FIG. 3 a diagram to illustrate the different phase position of the two output signals at the two outputs of the phase shifter shown in FIG. 1;
  • FIG. 4 a diagram to illustrate the respective amplitude value at the two outputs started the hybrid circuit in Figure 1;
  • Figure 5 A diagram to illustrate the phase relationship of the output signals at the two outputs of the hybrid circuit in Figure 1;
  • FIG. 6 various horizontal diagrams that can be achieved according to the device according to the invention according to FIG. 1, with the phase shifter positions designated by numerals in FIG. 4;
  • FIG. 7 further horizontal diagrams which can be achieved with the antenna arrangement according to the invention in accordance with FIG. 1, with the phase shifter positions designated by letters in FIG. 4;
  • FIG. 8 an exemplary embodiment modified from FIG. 1 with an additional phase setting element between the hybrid circuit and the antenna array;
  • FIG. 9 a diagram to clarify the amplitudes of the two output signals at the output of the hybrid circuit in FIG. 8;
  • FIG. 10 a diagram to illustrate the phase position of the two output signals at the output of the hybrid circuit in FIG. 8;
  • FIG. 8 various horizontal diagrams according to the inventive device FIG. 8 can be achieved with the phase shifter positions designated by numerals in FIG. 9;
  • FIG. 12 an exemplary embodiment of the invention modified again to FIG. 1 and FIG. 8;
  • FIG. 13 a diagram to show the amplitude values of the input signals on the Butler matrix in the exemplary embodiment according to FIG. 12;
  • FIG. 14 a diagram to clarify the phase position of the input signals on the Butler matrix
  • FIG. 15 a diagram to illustrate the output signals at the output of the Butler-Matxix in the exemplary embodiment according to FIG. 12;
  • FIG. 16 a diagram to illustrate the phase position of the output signals on the hybrid circuit in the exemplary embodiment according to FIG. 12;
  • FIG. 17 six horizontal diagrams which can be achieved with an antenna arrangement according to FIG. 12, with the phase shifter positions designated by numerals in FIG. 15;
  • Figure 18 a different compared to Figure 12 deltes embodiment with a double phase shifter assembly
  • FIG. 19 a further exemplary embodiment to illustrate how beam shaping can be carried out which differs in the reception and transmission mode.
  • FIG. 20 three diagrams to illustrate beam shaping for the transmission case, the reception case and with respect to a superimposed representation to clarify the differences for the transmission and reception case.
  • a first exemplary embodiment is shown in a schematic view in FIG.
  • the antenna arrangement according to FIG. 1 comprises a reflector 1, in front of which two radiator groups 3.1, 3.2 are constructed.
  • the antenna arrangement comprises two columns 5, ie a column 5.1 and a column 5.2, in which radiators 13.1 and 13.2 are respectively arranged, some of which are described below. also be referred to as radiator elements.
  • these radiators 13.1 and 13.2 can consist, for example, of five superposed and vertically oriented dipole radiators, which in the exemplary embodiment shown are arranged in both columns at the same height and with a preselectable side distance d. This describes an antenna arrangement that radiates and receives, for example, in a frequency band in a polarization plane.
  • the antenna arrangement is fed via a network 17, which in the exemplary embodiment shown comprises a hybrid circuit 19, ie specifically a 90 ° hybrid 19a and an upstream phase shifter or phase adjustment arrangement 21, which in the exemplary embodiment shown also comprises a differential phase shifter 21a consists.
  • a signal PS in is fed to the network input 23, for example. If the phase shifter is in its neutral central position, the signals PS 0Utl and PS out2 are present in the same phase position and with the same intensity at its two outputs 21 'and 21 ".
  • the two phase shifter outputs 21 'and 21 are connected via lines 25' and 25" to the inputs 19 'and 19 "of the hybrid circuit 19.
  • the outputs 19' a and 19" a of the hybrid circuit 19 are then connected to the two antenna inputs 3 .. 1 'and 3.2' connected.
  • Function and mode of operation is such that now by adjusting the phase shifter the two radiator groups 3.1 and 3.2, i.e. the emitters 13.1 and 13.2, the signals can be supplied in the same intensity or in different intensity components, in an extreme situation the entire energy being supplied only to the emitters in one column, whereas the other column is completely switched off.
  • phase shifter 21 If the phase shifter 21 is in its neutral starting position, ie the middle position shown in FIG. 1, the signals at the output of the phase shifter are of course in phase with the same intensity, so that the output signals H outl and H out2 are also present in phase with the same intensity.
  • phase shifter is now adjusted in one direction or the other according to arrow 27, for example, this has the consequence that the output signals PS outl and PS 0Ut2 at the output of the phase shifter are now present in different phase positions but with the same intensity.
  • the hybrid coupler 19 that at its output 19 'a and 19 "a and thus at the inputs 3.1' and 3.2 'of the radiator group, the signals now again with the same .. phase position but with different ( In other words, a different phase setting on the phase shifter 21 is converted into a different intensity distribution at the input of the two columns of the two radiator groups 3.1, 3.2.
  • phase shifter 2 shows for the different settings of the phase shifter that the relative intensity distribution (ie the relative amplitude A) of the two output signals on the phase shifter remains the same for all settings, that is, PS outl and PS out2 are always the same.
  • the signal fed in at the input of the phase shifter 23 is divided 1: 1 between the two outputs of the phase shifter 21 'and 21 ", but has a different phase position depending on the position of the phase shifter 21.
  • the phase position of the signals PS outl and PS out2 changes as shown in FIG. 3.
  • phase shifter is in its neutral central position (in which the output signals are in the same phase position), the situation identified by the number 10 is shown in FIG. 4. That the output signals at the hybrid circuit 19 are again in the same intensity and in the same phase position.
  • the intensity of the output signal H outl at one output 19 ′ a of the hybrid circuit 19 decreases, whereas the other output signal H out2 at the other output of the hybrid circuit 19 increases.
  • the intensity changes and courses shown in FIG. 4 lie on a section of a sine or a cosine curve.
  • the signal can be adjusted, for example, from the position marked with the position 10 via the position marked with the number 7, then the position marked with the number 4 to the position marked with the number 1, at which the signal H out2 has the value 0 and at the other output the signal H outl has the maximum or 100% value. It is always ensured during the adjustment from the position with the number 10 to the position with the number 1 that the output signals on the hybrid circuit and thus the input signals on the antenna array are in phase.
  • phase shifter setting can be changed further, namely in FIG. 4 to the setting values on the left half of the diagram, with the result that a phase jump of 180 ° occurs here (FIG. 5).
  • the output signals at the output of the hybrid circuit 19 are no longer in phase, but have a 180 ° phase shift with respect to one another.
  • the phase shifter is now moved, for example, to position F, position D or position A, the setting values result as shown in FIGS. 7.A, 7.D and 7.F. This also shows that extreme variability means that the horizontal diagram can be shaped to suit local conditions.
  • the antenna can be constructed in such a way that the radiator elements 13.1 and, for example, 13.2 arranged in a column 5 are adjusted such that their main lobes are aligned parallel to one another.
  • This is especially true for a planar antenna arrangement with a planar reflector.
  • it is also advantageous to set up an antenna, for example, in such a way that it comprises a plurality of radiators in front of a cylindrical reflector, so that the main beam direction of the individual columns is aligned in different azimuth directions.
  • the advantage here is compared to a radiator arrangement in front of a planar reflector in a larger azimuth coverage of the radiation diagram generated.
  • the antenna arrangement can not only be arranged with one or more columns in front of a planar reflector, but the reflector can also be partially or fully cylindrical.
  • cross-section in particular horizontal cross-section
  • it can also have an n-polygonal shape, in other words it can be formed in such a way that a plurality of primarily vertically aligned columns are oriented at an angle to one another (at an angle to an adjacent column).
  • the main beam direction of the radiators located in the individual columns is oriented in different azimuth directions.
  • system can also be provided with further change and setting options.
  • FIG. 8 shows an antenna arrangement with a comparable network 17 which is basically the same in the exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • the network 17 also includes a phase adjustment device 31, which in the exemplary embodiment shown is arranged between the one output 19 ′ a of the hybrid coupler 19 and the assigned input 3.1 ′ of the radiator group 3.1.
  • the output signals Houtl and Hout2 are basically in phase or with a phase shift of 180 ° and that the signal intensities can ultimately be set differently by setting the phase shifters differently.
  • the circuit according to FIG. 8 now provides the possibility that an additional relative phase shift can be carried out between the signals H out1 and H out2 supplied to the two antenna columns 5.
  • phase shifter element 31 for example, a phase delay can be generated, with the result that then, for example, according to the output signals H outl and H out2 on the hybrid coupler 19, corresponding to the diagrams according to FIGS. 9 and 10 (which correspond in principle to the diagrams according to FIGS . 4 and 5) ) Horizontal diagrams can be generated as they can be generated with the help of FIGS. 11.1 to 11.6 corresponding to the different phase shifter settings, as they are represented with the numbers "1" to "7" in FIG. 9.
  • the horizontal diagrams according to FIGS. 11.1 to 11.6 can be achieved if the additional phase shift in the phase setting element 31 is 90 °. If other setting values for the phase shift are set in the phase setting element 31, a further horizontal diagram formation can be carried out. In the simplest case, this phase adjustment element 31 can consist of an additional line piece.
  • the four inputs A to D represent the inputs of a Butler matrix 119, which in principle consists of four hybrid circuits 19, namely two hybrid circuits each in two successively arranged stages, in each of which an output of an upstream hybrid circuit with the On - • Gang of a subsequent hybrid circuit in the same column and the respective other output of an upstream hybrid circuit is connected to the input of the second hybrid circuit in the second downstream stage.
  • a Butler matrix 119 which in principle consists of four hybrid circuits 19, namely two hybrid circuits each in two successively arranged stages, in each of which an output of an upstream hybrid circuit with the On - • Gang of a subsequent hybrid circuit in the same column and the respective other output of an upstream hybrid circuit is connected to the input of the second hybrid circuit in the second downstream stage.
  • the hybrid circuit comprising Butler matrix 119 are then connected to the four corresponding inputs of the radiator group 3, which lead to the radiators 13.1, 13.2, 13.3 and 13.4 in the four columns 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 and feed these radiator elements.
  • the in-phase signals H inA and H inB and the two signals H inC and H inD which differ in phase from one another, can now be generated at the inputs of the Butler matrix 119. All four signals have the same intensity, as shown in Figure 13.
  • phase settings can again be in total in-phase signals H out at the outputs I to IV, and thus to the corresponding column inputs of the antenna array produce that are in phase or having a different phase, -vorzugs- meadow a 180 ° ⁇ phase shift or 180 ° Have a phase jump, but the signals mentioned again have different intensities to one another, as is now illustrated with reference to FIGS. 15 and 16.
  • FIG. 15 the different intensity distribution of the output signals H out is shown for the different phase shifter settings between 90 ° to 180 ° of the input signals H inA and H inB , namely the signals H out ⁇ r H out2 , H out3 and H out4 as they are to the four outputs I to IV of the Butler matrix and thus to the inputs of the antenna columns.
  • the phase positions of the signals are shown in FIG.
  • the horizontal diagrams according to FIGS. 17.1 to 17.6 can then be realized in accordance with the positions as they are identified as numerals ⁇ 1 to 6 "in FIG. 15.
  • a further exemplary embodiment of the diagram formation is shown on the basis of FIG. 18, in which, in deviation from the exemplary embodiment according to FIG. 12, instead of the differential phase shifter 21 shown in FIG. 12 with subsequent power division, a multiple difference phase shifter 121 is used, as is basically the case from WO 01 / 13459 AI is known.
  • a phase shifter also referred to as a double-phase shifter 121, then has four outputs, a different phase position being able to be generated on the first pair of outputs, in contrast to the second pair of outputs.
  • a multi-phase shifter can also include an integrated power distribution, as is also known in principle from WO 01/13459 AI.
  • the input signals of the hybrid network can accordingly be set differently due to the different power distribution and / or the different volume length of the different phase shift using such a multi-phase shifter.
  • a plurality of single-phase shifters can also be used, which are connected to one another, for example, via a transmission gear.
  • a 1: 2 or, for example, a 1: 3 translation can be generated as desired, so that only one setting has to be made in order to work at the outputs of the plurality Phase shifters then generate different phase positions from home.
  • a further large number of different diagrams can be achieved by exchanging the connection between the outputs of the network I to IV and the inputs 3.1 'to 3.4' of the antenna 3.
  • Figure 19 describes a further embodiment in which two different diagram configurations with an antenna e.g. be generated for the transmission case and the reception case.
  • the network 17 upstream of the antenna 3 comprises a duplex filter 41, the input 41a of which is connected to the input 23 of the network.
  • the duplex filter also has two outputs 41b and 41c, each of which is connected to a reception network 43 (RX Network) and a transmission network 45 (TX Network) via one line each.
  • a transmission amplifier 46 can be arranged between the output 41c of the duplex filter 41 and the input 45c of the transmission network 45.
  • the transmission network 45 has four outputs 45.1 to 45.4, which are connected to four inputs of a duplex filter 47.
  • the duplex filter 47 is also connected via four outputs to corresponding four inputs 43.1 to 43.4 of the transmission network 43, a receiving amplifier 48 in turn being connected between the output 43a of the transmission network 43 and the corresponding input 41b of the duplex filter 41 can.
  • the four antenna inputs 3.1 'to 3.4' are connected to the input / output connections 47.1 to 47.4 via four lines.
  • This arrangement therefore enables a different horizontal diagram to be generated for the receiving and transmitting operations, as is shown with reference to FIGS. 20.1 to 20.3.
  • TX case In the case of transmission (TX case), e.g. with an azimuth angle of 0 ° (0 ° direction) produces a reduction in the power density. This would lead to an increase in the transmission power in the case of a cell phone located in this direction, since the base station would also receive a weaker signal in this direction with the same reception diagram (RX diagram) and informs the cell phone that Regulate transmission power high.
  • RX diagram reception diagram
  • FIG. 20.1 the horizontal diagram in transmit mode (TX pattern) is shown in FIG. 20.1, with the reduced transmit power at the azimuth angle 0 °.
  • TX pattern the horizontal diagram in transmit mode
  • the reception diagram is shown in FIG. 20.2.
  • FIGS. 20.1 and 20.2 is drawn in together in FIG. 20.3, from which it follows that both diagrams overlap in the main directions but as desired, in a potentially critical zone, which is shown in FIG. 20.1, the transmission power is set lower while the reception power is optimal.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Eine verbesserte Antennenanordnung weist folgende Merkmale auf: es ist ein Netzwerk (17) vorgesehen, worüber zu­mindest zwei Strahlergruppen.(3.1, 3.2) ein Signal (Ain1, Ain2) mit relativ zueinander verstellbarer Amplitude zuführbar ist, das Netzwerk (17) umfasst eine Phasenverstellein­ richtung (21, 121), worüber ein zugeführtes Ein­ gangssignal (psin) mit gleicher Intensität aber unterschiedlicher Phasenlage relativ zueinander auf zwei Ausgangssignale (PSout1; PSout2) aufteilbar ist, und dass ferner noch eine Hybridschaltung (19, 119) vorgesehen ist, worüber die Ausgangs­ signale (Psout1, PSout2) in Hybridausgangssignale (Houtl1, Hout2) wandelbar sind, die eine fest vorgege­ bene Phasenlage zueinander aufweisen und deren Amplitude in Abhängigkeit der unterschiedlichen Phasenlagen in der Phasenverstelleinrichtung (21,121) voneinander differieren.

Description

Antennenanordnung sowie Verfahren insbesondere zu deren Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung sowie ein Verfahren insbesondere zu deren Betrieb.
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. 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 zweier versetzt zueinander liegender Frequenzbänder. Auch sogenannte Triband-Antennen sind grundsätz- lieh bekannt.
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 Komponente strah- len, wodurch eine bestimmte Zellengröße festgelegt wird. Dieser Absenkwinkel wird bekanntermaßen auch als Downtilt- inkel bezeichnet.
Aus der WO 01/13459 AI ist von daher bereits eine Phasen- schieberanordnung vorgeschlagen worden, bei welcher bei einem einspaltigen Antennenarray mit mehreren übereinander angeordneten Strahlern der Downtilt-Winkel kontinuierlich unterschiedlich einstellbar ist. Gemäß dieser Vorveröffentlichung werden dazu Differenz-Phasenschieber verwen- det, die bei unterschiedlicher Einstellung bewirken, dass die Laufzeitlänge und damit die Phasenverschiebung an den beiden Ausgängen eines jeweiligen Phasenschiebers in unterschiedlicher Richtung verstellt werden, wodurch sich der Absenkwinkel einstellen lässt.
Dabei kann die Ein- und Verstellung des Phasenschieberwinkels manuell oder mittels einer fernsteuerbaren Nachrüst- Einheit durchgeführt werden, wie dies beispielsweise gemäß der DE 101 04 564 Cl bekannt ist.
Wenn sich die sogenannte Verkehrsdichte ändert oder beispielsweise benachbart zu einer Zelle eine weitere Basisstation zur Antenne hinzukommt, so kann durch bevorzugt fernsteuerbare Absenkung eines Downtilt-Winkels und Ver- kleinerung der Zelle eine nachträgliche Anpassung an veränderte Gegebenheiten vorgenommen werden. Eine derartige Veränderung eines Downtilt-Winkels ist aber nicht für alle Fälle die einzige oder ausreichende Lösung.
So weisen Mobilfunkantennen beispielsweise ein fest eingestelltes Horizontaldiagramm auf, beispielsweise mit einer Halbwertsbreite von 45°, 65°, 90° etc. Hier ist eine Anpassung an standortspezifische Gegebenheiten nicht möglich, da eine nachträgliche Diagrammänderung in horizontaler Richtung nicht realisiert werden kann.
Allerdings gibt es grundsätzlich auch Mobilfunk-Basisstationsantennen mit veränderbaren Diagrammen durch intelligente Algorithmen in der- Basisstation selbst. Dies erfordert beispielsweise die Verwendung einer sogenannten Butler-Matrix (worüber beispielsweise ein Antennenarray mit mehreren Einzelstrahlern angesteuert werden kann, die z.B. in vier Spalten übereinander mit Vertikalversatz angeordnet sind) . Derartige Antennenanordnungen umfassen jedoch einen enorm großen Aufwand an Antennenzuleitungen zwischen der Basisstation zum einen und der Antenne bzw. den Antennenelementen zum anderen, wobei für jede Spalte ein eigenes Speisekabel und bei + 45° und - 45° Grad polarisierten, sogenannten dualpolarisierten Antennen, in X- för iger Ausrichtung pro Spalte zwei hochwertige Antennen- kabel erforderlich sind. Dies führt zu einem hohen Grundpreis und einer teuren Montage. Schließlich werden sehr aufwendige Algorithmen-Schaltungen der Basisstation benötigt, wodurch sich die Gesamtkosten nochmals erhöhen.
Eine Antennenanordnung, bei der das Netzwerk aus einer Phasenschiebereinrichtung und einer Butler-Matrix besteht, ist beispielsweise auch aus der US 4 063 243 bekannt geworden. Dass aus dieser Vorveröffentlichung als bekannt zu entnehmende Speisenetzwerk dient zum Schwenken der Hauptstrahlrichtung einer Radarantenne. Die vorbekannte Antennenanordnung verwendet stark bündelnde Einzelstrahler, die über eine Kombination bestehend aus Phasenschiebern und einer Butler-Matrix einzeln angesteuert werden können.
Aus der Vorveröffentlichung JP 2 000 101 326 A ist ein Leistungs-Speiseschaltkreis für eine Basis-Mobilfunkantenne zu entnehmen. Es handelt sich dabei um eine Antennen- anordnung mit 4 Spalten, wobei das zugehörige Speisenetzwerk aus zwei in Serie geschalteten Butler-Matrizen in Form von Hybriden besteht. Zwischen den Butler-Matrizen sind Verstärker vorgesehen. Der Butler-Matrix selbst sind keine Phasenschieber, sondern eine Steuereinheit mit vier Ausgängen vorgeschaltet. Über dieses Speisenetzwerk soll letztlich eine Antennenanordnung bestehend aus vier auf einem Kreis angeordneten Rundstrahlern angespeist werden.
Eine Antennenanordnung mit nicht veränderbarer Strahlfor- ung ist grundsätzlich auch aus der WO 02/19 470 AI als bekannt zu entnehmen.
Eine gattungsbildende Antennenanordnung mit Möglichkeiten zur Leistungsaufteilung und zur Einstellung unterschiedli- eher Phasenlagen der den einzelnen Strahler zuführbaren Signalen ist grundsätzlich auch aus der WO 02/05383 AI bekannt geworden. Die Antenne umfasst ein zweidimensiona- les Antennenarray mit Strahlerelementen und einem Speisenetzwerk. Das Speisenetzwerk umfasst eine Downtilt-Phasen- einStelleinrichtung sowie eine Azimutphaseneinstelleinrichtung mit einer Einrichtung zur Einstellung der Strahlbreite (Keulenbreite) . Zur Änderung der Strahlbreite erfolgt eine entsprechende unterschiedliche Leistungsauf- teilung auf Strahlerelemente, die in horizontaler Richtung versetzt zueinander liegen. Zur Einstellung einer unterschiedlichen Azimutstrahlrichtung sind Phasenschiebereinrichtungen vorgesehen, um die Abstrahlrichtung entspre- chend einzustellen.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antennenanordnung sowie ein Verfahren zu deren Betrieb zu schaffen, die eine Diagrammformung, insbesondere in horizontaler Richtung ermöglicht, vor allem auch in Form einer nachträglich noch durchführbaren Diagrammänderung. Dies soll bevorzugt bei geringem Aufwand an den benötigten Speisekabeln möglich werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich der Antennenanordnung entsprechend den im Anspruch 1 bzw. 2 angegebenen Merkmalen und bezüglich des Verfahrens entsprechend dem im Anspruch 23 bzw. 24 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den ünteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Lösung geht also von dem Gedanken aus, dass die Antenne zumindest zwei Strahlergruppen mit jeweils zumindest einem Antennenstrahler, d.h. z.B. zu- mindest jeweils einem Antennenelement, umfasst, wobei nunmehr die gesamte Sendeenergie entweder nur einer der beiden Strahlergruppen zugeführt wird oder aber eine Leistungsteilung nunmehr unterschiedlich einstellbar ist, bis hin zu einer 50:50 Aufteilung der Leistungsenergie auf beide Strahlergruppen. In Abhängigkeit der unterschiedlichen Anteile der zugeführten Energie lässt sich dadurch die Diagrammformung vor allem in horizontaler Richtung verändern und die Halbwertsbreite an einer Antenne von beispielsweise 30° bis 100° verändern. Zusätzlich kann durch vorgesehene Phasenschieber die Phasenlage der Signale verändert werden, um eine spezielle Diagrammformung zu erreichen.
Werden beispielsweise die zumindest beiden Antennenelemente mit Horizontalversatz nebeneinander bevorzugt an einem gemeinsamen Reflektor angeordnet, strahlen also in einer gemeinsamen Polarisationsebene, so lässt sich dadurch das Horizontaldiagramm der Antenne einstellen. Werden die Signale beispielsweise einem Antennenarray mit zumindest zwei Spalten und mehreren jeweils übereinander angeordneten .Strahlerelementen zugeführt, so können je nach Intensitäts- und Phasenaufteilung unterschiedliche Hori- zontaldiagramme für dieses Antennenarray erzielt werden.
Völlig überraschend ist jedoch, dass es mit der erfindungsgemäßen Antennenanordnung bzw. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer derartigen Antennen- anordnung, möglich wird, beispielsweise unsymmetrische Horizontaldiagramme zu erzeugen, und zwar sogar bei Fernfeldbetrachtung! Ferner ist es möglich, Horizontaldiagramme zu erzeugen, die zwar symmetrisch sind, die also zu einer vertikal zur Reflektorebene verlaufenden Ebene sym- metrisch angeordnet sind, bei denen allerdings in dieser vertikalen Symmetrieebene liegend die Sendesignale nur mit vergleichsweise geringer Energie ausgestrahlt werden. So ist es ferner möglich, zu dieser Ebene symmetrisch liegend zum Beispiel zwei, vier etc. Hauptkeulen zu erzeugen, die in winkeliger Ausrichtungslage eher nach links und eher nach rechts abstrahlen und dazwischenliegend vorzugsweise in der vertikal zur Reflektorebene befindlichen Ebene, die an sich der Hauptausstrahlungsebene im normalen Falle entsprechen würde, die Antennenanordnung mit deutlich geringerer Energie ausstrahlt !
Genauso sind aber Horizontaldiagramme erzeugbar, die bei- spielsweise eine ungerade Anzahl von Hauptkeulen aufweisen, und dabei gegebenenfalls symmetrisch zu einer senkrecht zur Reflektorebene verlaufenden Ebene angeordnet sind. Dabei kann eine Hauptkeulenrichtung bevorzugt in der vertikalen Symmetrieebene oder Ebene senkrecht zur Reflek- torebene liegen. Jeweils zumindest eine weitere Hauptkeule liegt auf der linken sowie der rechten Seite der senkrecht zur Reflektorebene stehenden Ebene. Die dazwischen befindlichen Intensitätsminimas können beispielsweise um nur weniger als 10 db, insbesondere 6 db und weniger als 3 db abfallen. Durch die erfindungsgemäße Antennenanordnung sowie deren Betrieb ist es also möglich, je nach den Besonderheiten vor Ort bestimmte Zonen mit höherer Sendeintensität auszuleuchten und dabei andere Bereiche eher "auszublenden" und nur mit geringerer Intensität zu be- strahlen. Dies bietet Vorteile beispielsweise dann, wenn in Bereichen, in denen sich Schulen, Kindergärten etc. befinden, das Horizontaldiagramm so angepasst wird, dass diese Bereiche nur sehr viel schwächer ausgeleuchtet werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist sogar vorgesehen, dass eine unterschiedliche Diagrammform.ung einer Antenne einmal für den Sendefall und davon abweichend für den Empfangsfall erzeugt wird. Mit anderen Worten sind die Horizontaldiagramme für den Sende- und Empfangsfall unterschiedlich gestaltet. So kann durch ein erfindungsgemäß optimal an die Umgebung angepasstes Horizontaldiagramm in Sendefall berücksichtigt sein, dass im Ausstrahlungsgebiet befindliche sensible Einrichtungen wie Kindergärten, Schulen,- Krankenhäuser etc. in einem Bereich oder Gebiet liegen, das von einer Mobilfunkantenne mit nur geringerer Intensität versorgt wird, wohingegen allerdings das Horizontaldiagramm für den Empfangsfall so ausgelegt ist, dass im gesamten Einzugsbereich einer entsprechenden Mobilfunkantenne in einer Zelle die eingehenden Signale mit entsprechend optimal ausgelegten Horizontaldiagrammen empfangen werden können.
Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Intensitäts- und Pha- senaufteilung durch Verwendung einer Phasenschieberanordnung, d.h. zumindest eines Phasenschiebers, vorzugsweise eines Differenzphasenschiebers, und einer nachfolgenden Hybridschaltung, insbesondere einem 90° Hybrid, realisiert. Dies hat zur Folge, dass beispielsweise ein einem Phasenschieber zugeführtes Signal vorgegebener Intensität an den beiden Ausgängen,, des Differenzphasenschiebers so aufgeteilt wird, dass die Intensitäten der Signale an beiden Ausgängen gleich, die Phase aber unterschiedlich ist. Werden diese beiden Signalen den beiden Eingängen eines nachgeschalteten 90°-Hybrids zugeführt, so hat dies am Ausgang des Hybrids zur Folge, dass nunmehr die Phasen wieder gleich sind, die Intensitäten oder Amplituden der Signale aber unterschiedlich sind. Dadurch lässt sich durch unterschiedliche Phaseneinstellungen am Phasenschieber die den zumindest beiden Phasenschiebern zugeführte Energie von beispielsweise 1:0 bis 1:1 aufteilen. Durch einen weiteren optionalen nachschaltbaren Phasenschieber lässt sich zusätzlich die Phasenlage beeinflussen und die Richtung des Diagramms verändern.
Zusammengefasst lassen sich mit dem erfindungsgemäßen System beispielsweise folgende Vorteile realisieren:
Mit der erfindungsgemäßen Strahlergruppe lassen sich standortspezifische Antennendiagramme vor Ort erzeugen. Bei Bedarf kann das Antennendiagramm jederzeit' wieder geändert werden, beispielsweise dann, wenn eine neue Netzplanung vorgesehen wird, .ohne dass die Antenne selbst ausgetauscht werden muss. - Bei der Inbetriebnahme kann eine einfache Anpassung des Antennendiagramms beispielsweise durch Fernsteuerung in der Basisstation vorgenommen werden. Dabei sind keine manuellen Änderungen der Antenne am Mast, wie z.B. Ausrichtung der Antenne etc. notwendig, wodurch die Kosten drastisch verringert werden. Es lassen sich leicht voreingestellte Diagramme durch vorgebbare feste Parameter in der Steuerung realisieren. - Es sind ebenso auch zeitlich unterschiedliche Diagramme durch automatische Steuerung einstellbar (z.B. in Abhängigkeit gegebener Unterschiede in der Versorgung des jeweiligen Standortes in Abhängigkeit anderer Tageszeiten, wie beispielsweise morgens und abends etc.). Auch bei Nachrüstung des erfindungsgemäßen Systems können die Basisstationen weiter verwendet werden. Es muss lediglich nur ein einfacher Austausch der Antenne an der Basisstation durchgeführt werden. - Es lassen sich unterschiedliche Diagramme für den Sende- und Empfangsfall realisieren. Es lassen sich vor allem sensible Bereich mit eher geringerer Energie und andere Bereiche mit höherer Energie versorgen. Es lassen sich unsymmetrische Horizontaldiagramme erzeugen. Es lassen sich symmetrische Horizontaldiagramme erzeugen, die mit mehreren Hauptkeulen so überlagert sind, dass die Energieleistung der ersten, zweiten und beispielsweise dritten Keule in drei unterschiedlichen Azimutrichtungen in dem. Horizontaldiagramm sich von ihrer Energieleistung um we- niger als 50%, insbesondere weniger als 40%, 30% oder auch weniger als 20% oder gar 10% unterscheiden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:
Figur 1: eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung mit vorgeschaltetem Netzwerk zur Horizontaldia- gramm-Formung,•
Figur 2: Diagramm zur Erläuterung des Amplituden- werts der beiden Ausgangssignale - an den Ausgängen des in Figur 1 gezeigten Phasen- Schiebers;
Figur 3: ein Diagramm zur Verdeutlichung der unterschiedlichen Phasenlage der beiden Ausgangssignale an den beiden Ausgängen des in Figur 1 gezeigten Phasenschiebers;
Figur 4: ein Diagramm zur Verdeutlichung des jeweiligen Amplitudenwertes an den beiden Aus- gangen der Hybridschaltung in Figur 1;
Figur 5: Ein Diagramm zur Verdeutlichung der Phasenlage der Ausgangssignale an den beiden Ausgängen der Hybridschaltung in Figur 1;
Figur 6: verschiedene Horizontaldiagramme, die gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Figur 1 erzielbar sind, mit den in Figur 4 mit Ziffern bezeichneten Phasenschieberstellungen;
Figur 7: weitere Horizontaldiagramme, die mit der erfindungsgemäßen Antennenanordnung gemäß Figur 1 erzielbar sind, mit den in Figur 4 mit Buchstaben bezeichneten Phasenschieberstellungen;
Figur 8: ' ein zu Figur 1 abgewandeltes Ausführungs- beispiel mit einem zusätzlichen Phaseneinstellglied zwischen der Hybridschaltung und dem Antennenarray;
Figur 9: ein Diagramm zur Verdeutlichung der Am- plituden der beiden Ausgangssignale am Ausgang der Hybridschaltung in Figur 8;
Figur 10: ein Diagramm zur Verdeutlichung der Phasenlage der beiden Ausgangssignale am Aus- gang der Hybridschaltung in Figur 8;
Figur 11: verschiedene Horizontaldiagramme, die gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Figur 8 erzielbar sind, mit den in Figur 9 mit Ziffern bezeichneten Phasenschieberstellungen;
Figur 12: ein zu Figur 1 und Figur 8 nochmals abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 13: ein Diagramm zur Darstellung der Amplitu- - denwerte der Eingangssignale an der Butler-Matrix bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 12;
Figur 14: ein Diagramm zur Verdeutlichung der Pha- senlage der Eingangssignale an der Butler- Matrix;
Figur 15: ein Diagramm zur Verdeutlichung der Aus- .gangssignale am Ausgang der Butler-Matxix bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 12;
Figur 16: ein Diagramm zur Verdeutlichung der Phasenlage der Ausgangssignale an der Hybrid- schaltung bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 12;
Figur 17: sechs Horizontaldiagramme, die mit einer Antennenanordnung gemäß Figur 12 erzielbar sind, mit den in Figur 15 mit Ziffern bezeichneten Phasenschieberstellungen;
Figur 18: ein nochmals gegenüber Figur 12 abgewan- deltes Ausführungsbeispiel mit einer Doppelphasenschieber-Baugruppe;
Figur 19: ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Ver- deutlichung, wie eine Strahlformung vorgenommen werden kann, die sich im Empfangs- und Sendebetrieb unterscheidet; und
Figur 20: drei Diagramme zur Verdeutlichung einer Strahlformung für -den Sendefall, den Empfangsfall und bezüglich einer überlagerten Darstellung zur Verdeutlichung der Unterschiede für den Sende- und Empfangsfall.
In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel in schemati- scher Ansicht wiedergegeben.
Die Antennenanordnung gemäß Figur 1 umfasst dabei einen Reflektor 1, vor welchem zwei Strahlergruppen 3.1, 3.2 aufgebaut sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst dabei die Antennenanordnung zwei Spalten 5, d.h. eine Spalte 5.1 und eine Spalte 5.2, in der jeweils Strahler 13.1 und 13.2 angeordnet sind, die nachfolgend teilweise. auch als Strahlerelemente bezeichnet werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel können diese Strahler 13.1 und 13.2 beispielsweise aus jeweils fünf übereinander angeordneten und vertikal ausgerichteten Dipolstrahlern bestehen, die im gezeigten Ausführungsbeispiel in beiden Spalten in gleicher Höhe und mit einem vorwählbaren Seitenabstand d angeordnet sind. Dadurch wird eine Antennenanordnung beschrieben, die beispielsweise in einem Frequenzband in einer Polarisationsebene strahlt und empfängt. Die Antennenanordnung wird im gezeigten Ausführungsbei- spiel über ein Netzwerk 17 gespeist, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Hybridschaltung 19, d.h. im Konkreten einen 90°-Hybrid 19a und eine vorgeschaltete Phasenschieber- oder Phaseneinstellanordnung 21 umfasst, die im gezeigten Ausführungsbeispiel auch aus einem Differenzphasenschieber 21a besteht.
Dem Netzwerkeingang 23 wird beispielsweise ein Signal PSin zugeführt. Befindet sich der Phasenschieber in seiner neutralen Mittellage, so liegen an seinen beiden Ausgängen 21' und 21" die Signale PS0Utl und PSout2 in gleicher Phasenlage und in gleicher Intensität vor.
Die beiden Phasenschieberausgänge 21' und 21" sind über Leitungen 25' und 25" mit den Eingängen 19' und 19" der Hybridschaltung 19 verbunden. Die Ausgänge 19 'a und 19"a der Hybridschaltung 19 sind dann mit den beiden Antenneneingängen 3..1' und 3.2' verbunden.
Funktion und Wirkungsweise ist dabei derart, dass nunmehr durch Verstellung des Phasenschiebers den beiden Strahlergruppen 3.1 und 3.2, d.h. den Strahlern 13.1 und 13.2, die Signale in gleicher Intensität oder in unterschiedlichen Intensitätsanteilen zugeführt werden können, wobei in einer Extremsituation die gesamte Energie nur den Strahlern in einer Spalte zugeführt wird, wohingegen die andere Spalte völlig abgeschaltet ist.
Befindet sich der Phasenschieber 21 in seiner neutralen Ausgangsstellung, d.h. in Figur 1 gezeigter Mittelstellung, so sind natürlich die Signale am Ausgang des Phasenschiebers bei gleicher Intensität gleichphasig, so dass auch die Ausgangssignale Houtl und Hout2 ebenfalls gleichphasig bei gleicher Intensität vorliegen.
Wird aber nunmehr der Phasenschieber entsprechend der Pfeildarstellung 27 beispielsweise in die eine oder andere Richtung verstellt, so hat dies zur Folge, dass die Aus- gangssignale PSoutl und PS0Ut2 am Ausgang des Phasenschiebers nunmehr in unterschiedlicher Phasenlage aber in gleicher Intensität vorliegen. Dies wiederum hat durch den Hybrid- koppler 19 zur Folge, dass an dessen Ausgang 19 ' a und 19"a und damit an den Eingängen 3.1' und 3.2' der Strahler- gruppe die Signale nunmehr wieder mit gleicher ..Phasenlage aber mit unterschiedlichen (d.h. unterschiedlich einstellbaren) .mplituden vorliegen. Mit anderen Worten wird eine unterschiedliche Phaseneinstellung am Phasenschieber 21 in eine unterschiedliche Intensitätsaufteilung am Eingang der beiden Spalten der beiden Strahlergruppen 3.1, 3.2 konvertiert.
Die Möglichkeiten, die sich dadurch eröffnen, werden anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. ■ ■
Anhand von Figur 2 ist für die unterschiedlichen Einstellungen des Phasenschiebers gezeigt, dass die relative Intensitätsaufteilung (also die relative Amplitude A) der beiden Ausgangssignale am Phasenschieber für alle Einstellungen gleich bleibt, also PSoutl und PSout2 stets gleich sind. Dies bedeutet, dass sich das am Eingang des Phasenschiebers 23 eingespeiste Signal 1:1 auf die beiden Aus- gänge des Phasenschiebers 21' und 21" aufteilt, jedoch je nach Stellung des Phasenschiebers 21 eine unterschiedlichePhasenlage aufweist. Entsprechend der unterschiedlichen Einstellung jedoch am Phasenschieber verändert sich die Phasenlage der Signale PSoutl und PSout2 gemäß der Darstellung nach Figur 3.
Diese unterschiedliche Phasenlage führt am Ausgang der Hybridschaltung 19 letztlich zu den Gegebenheiten, wie sie anhand von Figuren 4 und 5 dargestellt sind. Befindet sich der Phasenschieber in seiner neutralen Mittellage (bei der die Ausgangssignale in gleicher Phasenlage vorliegen) , so ist die mit der Ziffer 10 gekennzeichnete Situation in Figur 4 wiedergegeben. D.h. die Ausgangssignale an der Hybridschaltung 19 liegen wiederum in gleicher Intensität und gleicher Phasenlage vor.
Wird aber nunmehr eine Verstellung am Phasenschieber aus seiner neutralen Mittellage heraus vorgenommen, so nimmt beispielsweise die Intensität des Ausgangssignales Houtl am einen Ausgang 19 'a der Hybridschaltung 19 ab, wohingegen das andere Ausgangssignal Hout2 am anderen Ausgang der Hyb- ridschaltung 19 zunimmt. Die in Figur 4 gezeigten Intensitätsveränderungen und Verläufe liegen dabei auf einem Ausschnitt einer Sinus- bzw. einer Kosinuskurve. Durch kontinuierliche Weiterverstellung kann dabei das Signal beispielsweise von der mit der Position 10 gekennzeich- neten Position über die mit- der Ziffer 7 gekennzeichnete Position, dann die mit der Ziffer 4 gekennzeichnete Position bis zu der mit der Ziffer 1 gekennzeichnete Position verstellt werden, bei der das Signal Hout2 den Wert 0 und am anderen Ausgang das Signal Houtl den maximalen oder 100%en Wert einnimmt. Dabei ist während der Verstellung von der Position mit der Ziffer 10 bis zur Position mit der Ziffer 1 stets gewährleistet, dass die Ausgangssignale an der Hybridschaltung und damit die Eingangssignale am Antennen- array gleichphasig vorliegen.
Durch die erwähnten Schritte lassen sich beispielsweise die anhand von Figur 6.1, 6.4, 6.7 und 6.10 wiedergegebe- nen Horizontaldiagramme an der Antenneneinstellung realisieren. Dabei sind in den Zeichnungen nur die relativen Veränderungen der Horizontalbreite der Diagramme wiedergeben. Beliebige Zwischenpositionen sind durch die anderen Einstellmöglichkeiten des Phasenschiebers ebenso möglich und nur der Einfachheit halber nicht im Einzelnen dargestellt.
Nunmehr kann aber die Phasenschiebereinstellung noch- weiter verändert werden, nämlich in Figur 4 zu den Einstell- werten auf der linken Hälfte des Diagramms mit der Folge, dass hier ein Phasensprung von 180° auftritt (Figur 5) . Mit anderen Worten sind die Ausgangssignale am Ausgang der Hybridschaltung 19 nunmehr nicht mehr gleichphasig, sondern weisen eine 180° Phasenverschiebung zueinander auf. Wird der Phasenschieber nunmehr beispielsweise in die Position F, in die Position D oder in die Position A verstellt, so ergeben sich die Einstellwerte, wie diese anhand der Figuren 7.A, 7.D bzw. 7.F wiedergegeben sind. Auch hierdurch zeigt sich, dass durch extreme Variabilität mit einfachsten Mitteln eine an die örtlichen Gegebenheiten angepasste Horizontaldiagramm-Formung vorgenommen werden kann.
Nur der Vollständigkeit halber wird ergänzend erwähnt, dass die Antenne so aufgebaut sein kann, dass die in einer Spalte 5 angeordneten Strahlerelemente 13.1 und beispielsweise 13.2 so justiert sind, dass deren Hauptkeulen parallel zueinander ausgerichtet sind. Dies gilt insbesondere für eine planare Antennenanordnung mit einem planaren Reflektor. Prinzipiell ist es aber auch vorteilhaft, einen Antenne beispielsweise so aufzubauen, dass sie eine Vielzahl von Strahlern vor einem zylindrischen Reflektor um- fasst, so dass die Hauptstrahlrichtung der einzelnen Spalten in unterschiedlichen Azimutrichtungen ausgerichtet sind. Der Vorteil hierbei liegt gegenüber einer Strahleranordnung vor einem planaren Reflektor in einer größeren Azimutabdeckung des erzeugten Strahlungsdiagramms. Von daher kann die Antennenanordnung nicht nur mit einer oder mehreren Spalten vor einem planaren Reflektor angeordnet sein, sondern der Reflektor kann auch teil- oder voll- zylindrisch ausgebildet sein. Er kann im Querschnitt (insbesondere Horizontalquerschnitt) auch eine n-polygonale Form aufweisen, mit anderen Worten also so gebildet sein, dass mehrere vor allem vertikal ausgerichtete Spalten winklig zueinander ausgerichtet sind (winklig zu einer jeweils benachbarten Spalte) . Dadurch wird die Hauptstrahlrichtung der in den einzelnen Spalten sitzenden Strahler in unterschiedliche Azimutrichtungen ausgerichtet.
Das System kann aber noch mit weiteren Veränderungs- und Einstellmöglichkeiten versehen werden.
Anhand von Figur 8 ist eine im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 vom Grundsatz her entsprechende Antennenanordnung mit einem vergleichbaren Netzwerk 17 gezeigt. In diesem Fall umfasst das Netzwerk 17 aber auch noch eine Phasen- einStelleinrichtung 31, die im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen dem einen Ausgang 19 'a des Hybridkopplers 19 und dem zugeordneten Eingang 3.1' der Strahlergruppe 3.1 angeordnet ist. Aus der Erläuterung des vorhergehenden Ausführungsbeispieles ist ersichtlich, dass das Ausgangssignal Houtl und Hout2 grundsätzlich gleichphasig oder mit einer Phasenverschiebung von 180° vorliegt und dass durch unterschiedli- ehe Einstellung der Phasenschieber letztlich die Signalintensitäten unterschiedlich eingestellt werden können. Durch die Schaltung gemäß Figur 8 ergibt sich nunmehr noch die Möglichkeit, dass eine zusätzliche relative Phasenverschiebung zwischen den den beiden Antennenspalten 5 zu- geführten Signalen Houtl und Hout2 vorgenommen werden kann. Durch dieses Phasenschieberelement 31 kann beispielsweise eine Phasenverzögerung erzeugt werden, mit der Folge, dass dann beispielsweise gemäß den Ausgangssignalen Houtl und Hout2 am Hybridkoppler 19 entsprechend den Diagrammen nach Figuren 9 und 10 (die vom Prinzip her den Diagrammen nach Figur 4 und 5 entsprechen) Horizontaldiagramme erzeugt werden können, wie sie anhand der Figuren 11.1 bis 11.6 entsprechend den unterschiedlichen Phasenschiebereinstellungen erzeugt werden können, wie diese anhand der Ziffern "1" bis "7" in Figur 9 wiedergeben sind. Die Horizontaldiagramme gemäß den Figuren 11.1 bis 11.6 lassen sich dann erzielen, wenn die zusätzliche Phasenverschiebung in dem Phaseneinstellelement 31 90° beträgt. Werden andere Einstellwerte für die Phasenverschiebung in dem Phasenein- Stellelement 31 eingestellt, so lässt sich eine weitere Horizontaldiagramm-Formung vornehmen. Im einfachsten Fall kann dieses Phaseneinstellelement 31 aus einem zusätzlichen Leitungsstück bestehen.
Anhand von Figur 12 ist nunmehr eine weitere Ausweitung einer Antenne 3 mit einem vierspaltigen Antennenarray beschrieben. Auch hier erfolgt die Horizontaldiagramm- Formung unter Verwendung lediglich eines einzigen Phasen- Schiebers 21, wobei nunmehr die am Ausgang 21' und 21" anstehenden Signale PSoutl und PS0Ut2 über eine nachgeschaltete Verzweigung oder Summierungsstelle 35' bzw.. 35" auf insgesamt vier Signale Hin aufgeteilt werden, so dass den beiden ersten Eingängen A, B das vom einen Phasenschieberausgang kommende Signal mit gleicher Phasenlage und entsprechend gleich aufgeteilter Leistung und den beiden anderen Eingänge C und D die von dem anderen Phasenschieberausgang kommenden Signale mit entsprechend gleicher Phasenlage und entsprechend aufgeteilter gleicher Energie zugeführt wird. Die vier Eingänge A bis D stellen in dieser Ausführungsform die Eingänge einer Butler-Matrix 119 dar, die vom Grundsatz her aus vier Hybridschaltungen 19 besteht, nämlich jeweils zwei Hybridschaltungen in zwei hintereinander angeordneten Stufen, bei der jeweils ein Ausgang einer vorgelagerten Hybridschaltung mit dem Ein- • gang einer nachfolgenden Hybridschaltung in der gleichen Spalte und der jeweils andere Ausgang einer vorgelagerten Hybridschaltung mit dem Eingang der zweiten Hybridschal- tung in der zweiten nachgeordneten Stufe verbunden ist.
Die vier Ausgänge I, II, III und IV der. die Hybridschaltung umfassenden Butler-Matrix 119 sind dann mit den vier entsprechenden Eingängen der Strahlergruppe 3 verbunden, die zu den Strahlern 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 in den vier Spalten 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 führen und diese Strahlerelemente speisen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist zur Vereinfachung wieder davon ausgegangen worden, dass alle Strahlerelemente 13 in einer vertikalen Polarisationsebene strahlen.
Durch unterschiedliche Einstellung des Phasenschiebers 21 lassen sich nunmehr entsprechend der Darstellung gemäß Figur 14 an den Eingängen der Butler-Matrix 119 die gleichphasigen Signale HinA und HinB sowie die beiden bezüglich der Phase davon abweichenden zueinander ebenfalls gleichphasigen Signale HinC und HinD erzeugen. Alle vier Signale weisen dabei die gleiche Intensität auf, wie dies in Figur 13 dargestellt ist.
Entsprechend den Phaseneinstellungen lassen sich dann wiederum insgesamt gleichphasige Signale Hout an den Ausgängen I bis IV und damit an den entsprechenden Spalteneingängen des Antennenarrays erzeugen, die gleichphasig sind oder eine unterschiedliche Phase aufweisen, -vorzugs- wiese eine 180°~Phasenverschiebung bzw. 180°-Phasen-sprung aufweisen, wobei die erwähnten Signale aber wiederum unterschiedliche Intensitäten zueinander aufweisen, wie dies nunmehr anhand der Figuren 15 und 16 dargestellt ist.
In Figur 15 ist nunmehr für die unterschiedlichen Phasen- schiebereinstellungen zwischen 90° bis 180° der Eingängssignale HinA bzw. HinBdie verschiedene Intensitätsverteilung der Ausgangssignale Hout wiedergegeben, nämlich der Signale H outιr Hout2, Hout3 und Hout4, wie sie an den vier Ausgängen I bis IV der Butler-Matrix und damit an den Eingängen der Antennenspalten anliegen. In Figur 16 sind dabei die Phasenlagen der Signale wiedergeben. Entsprechend den Positionen, wie sie als Ziffern ΛΛ1 bis 6" in Figur 15 gekennzeichnet sind, lassen sich dann die Horizontaldiagramme gemäß den Figuren 17.1 bis 17.6 realisieren.
Auch daraus ergibt sich, dass mit extremer Variabilität unterschiedlichste Horizontaldiagramme eingestellt werden können, die vielfache Anpassungsmöglichkeiten "erlauben. Auch beim zuletzt genannten Ausführungsbeispiel kann noch eine zusätzliche Phaseneinstellung oder Phasenverstellung an den unterschiedlichen Antenneneingängen I bis IV vorgesehen sein, um noch eine weitere Diagrammveränderung bzw. Diagrammformung vornehmen zu können.
Anhand von Figur 18 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel zu der Diagrammformung gezeigt, wobei in Abweichung zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 12 anstelle des in Figur 12 gezeigten Differenzphasenschiebers 21 mit anschließender Leistungsteilung gleich ein Mehrfachdifferenz-Phasenschieber 121 verwendet wird, wie er grundsätzlich aus der WO 01/13459 AI- bekannt ist. Ein derartiger auch als Doppelphasenschieber 121 bezeichneter Phasenschieber hat dann vier Ausgänge, wobei an dem ersten Paar von Ausgängen abweichend zu dem zweiten Paar von Ausgängen eine unterschiedliche Phasenlage erzeugbar ist. Darüber hinaus kann ein derartiger Mehrfachphasenschieber auch eine integrierte Leistungsaufteilung mit umfassen, wie auch dies grund- sätzlich aus der WO 01/13459 AI bekannt ist. Somit lassen sich also durch die unterschiedliche Leistungsaufteilung und/oder die unterschiedliche Volumenlänge der unterschiedlichen Phasenverschiebung unter Verwendung eines derartigen Mehrfachphasenschiebers die Eingangssignale des Hybrid-Netzwerkes entsprechend unterschiedlich einstellen.
Anstelle eines derartigen erläuterten Mehrfachphasenschiebers können auch mehrere Einzelphasenschieber verwendet werden, die beispielsweise über ein Übersetzungsgetriebe miteinander verbunden sind. Dadurch lässt sich beispielsweise wunschgemäß eine 1:2 oder beispielsweise auch eine 1:3 Übersetzung erzeugen, so dass nur eine Einstellung vorgenommen werden muss, um an den Ausgängen der mehreren Phasenschieber dann von Hause aus unterschiedliche Phasenlagen zu erzeugen. - -
Eine weitere Vielzahl verschiedener Diagramme kann durch Vertauschen der Verbindung zwischen den Ausgängen des Netzwerkes I bis IV und den Eingängen 3.1' bis 3.4' der Antenne 3 erzielt werden.
Nachfolgend wird auf Figur 19 Bezug genommen. Figur 19 beschreibt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem zwei unterschiedliche Diagrammformungen mit einer Antenne z.B. für den Sendefall und dem Empfangsfall erzeugt werden.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das der Antenne 3 vorgelagerte Netzwerk 17 einen Duplexfilter 41, dessen Eingang 41a mit dem Eingang 23 des Netzwerkes in Verbindung steht. Der Duplex-Filter weist zudem zwei Ausgänge 41b und 41c auf, die jeweils mit einem Empfangsnetzwerk 43 (RX Network) und einem Sendenetzwerk 45 (TX Network) über je eine Leitung in Verbindung stehen. Dabei kann zwischen dem Ausgang 41c des Duplex-Filters 41 und dem Eingang 45c des Sendenetzwerkes 45 ein Sendeverstärker 46 angeordnet sein.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Sendenetzwerk 45 vier Ausgänge 45.1 bis 45.4 auf, die mit vier Eingängen eines Duplex-Filters 47 in Verbindung stehen. Im anderen Zweig steht das Duplex-Filter 47 ebenfalls über vier Ausgänge mit entsprechenden vier Eingängen 43.1 bis 43.4 des Sendenetzwerkes 43 in Verbindung, wobei zwischen dem Ausgang 43a des Sendenetzwerkes 43 und dem entsprechenden Eingang 41b des Duplex-Filters 41 wiederum ein Empfangsverstärker 48 geschaltet sein kann. Die vier Antenneneingänge 3.1' bis 3.4' sind über vier Leitungen mit den Eingangs-/Ausgangs-Anschlüssen 47.1 bis 47.4 verbunden.
Durch diese Anordnung lässt sich also ein unterschiedliches Horizontaldiagramm für den Empfangs- und den Sendebetrieb erzeugen, wie dies anhand der Figuren 20.1 bis 20.3 gezeigt ist.
Im Sendefall (TX Fall) wird z.B. mit einem Azimutwinkel von 0° (0°-Richtung) eine Reduzierung der Leistungsdichte erzeugt. Dies würde bei einem Handy, das sich in dieser Richtung befindet, zu einer Erhöhung der Sendeleistung führen, da die Basisstation bei einem gleichen Empfangs- diagramm (RX-Diagra m) in dieser Richtung ebenfalls ein schwächeres Signal empfangen würde und dem Handy mitteilt, die Sendeleistung hoch zu regeln.
Dies kann jedoch durch die erläuterte erfindungsgemäße Schaltung dadurch vermieden werden, dass ein zweites Diagramm für den Empfangsfall (auch RX Fall) verwendet wird, welches eine hohe Empfindlichkeit aufweist. In Figur 20.1 ist beispielsweise das Horizontaldiagramm in Sendebetrieb (TX Muster) wiedergegeben, mit der verringerten Sendelei- stung bei dem Azimutwinkel 0°. Es wird hier eine zur 0° Ebene symmetrische Diagrammdarstellung erzeugt, die zwei Hauptkeulen aufweist, die zur gemeinsamen vertikalen Mittelebene (= 0° Azimutwinkel) nach außen ausgerichtet verlaufen. In Figur 20.2 ist beispielsweise das Empfangs- diagramm wiedergegeben. In Figur 20.3 ist schließlich das aus den Figuren 20.1 und 20.2 ersichtliche überlappte Diagramm gemeinsam eingezeichnet, woraus sich ergibt, dass beide Diagramme in den Hauptrichtungen überlappen, dass aber wunschgemäß in einer möglicherweise kritischen Zone, die in Figur 20.1 eingezeichnet ist, die Sendeleistung bei gleichwohl optimaler Empfangsleistung niedriger eingestellt ist.

Claims

Patentansprüche:
1. Antennenanordnung mit den folgenden Merkmalen: es sind zumindest zwei Strahlergruppen (3.1, 3.2) vorgesehen, die jeweils zumindest ein Strahlerelement (13; 13.1, 13.2) umfassen, die zumindest in Horizontalrichtung versetzt zueinander angeord- net sind, die zumindest beiden Strahlergruppen (3.1, 3.2) strahlen zumindest in einer gemeinsamen Polarisationsebene, es ist ein Netzwerk (17) vorgesehen, worüber den zumindest beiden Strahlergruppen (3.1, 3.2) ein Signal (Ainl, Ain2) mit relativ zueinander verstellbarer Amplitude zuführbar ist, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale: das Netzwerk (17) umfasst eine Phasenverstellein- richtung (21, 121), worüber ein zugeführtes Eingangssignal (pSin) mit gleicher Intensität aber unterschiedlicher Phasenlage relativ zueinander auf zwei Ausgangssignale (PSoutl; PSout2) aufteilbar ist, und dass ferner noch eine Hybridschaltung (19, 119) vorgesehen ist, worüber die Ausgangssignale (PSoutl, PSout2) in Hybridausgangssignale (Houtl, Hout2) wandelbar sind, die eine fest vorgegebene Phasenlage zueinander aufweisen und deren Amplitude in Abhängigkeit der unterschiedlichen Phasenlagen in der Phasenverstelleinrichtung (21, 121) voneinander differieren.
2. Antennenanordnung mit den folgenden Merkmalen: es sind zumindest zwei Strahlergruppen (3.1, 3.2) vorgesehen, die jeweils zumindest ein Strahlerelement (13; 13.1, 13.2) umfassen, die zumindest in Horizontalrichtung versetzt zueinander angeord- net sind, die zumindest beiden Strahlergruppen. (3.1, 3.2) strahlen zumindest in einer gemeinsamen Polarisationsebene, es ist ein Netzwerk (17) vorgesehen, worüber den zumindest beiden Strahlergruppen (3.1, 3.2) ein Signal (Ainl, Ain2) mit relativ zueinander verstellbarer Amplitude zuführbar ist, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale: mittels des zumindest einen Netzwerkes (17) wird beim Empfang von Signalen für die zumindest beiden Strahlergruppen (3.1, 3.2) eine Amplituden- und Phasenverteilung und damit eine Richtcharakteristik der Antennenanordnung erzeugt, die unterschiedlich ist zu der Amplituden- und Phasenver- teilung und damit zur Richtcharakteristik beim Senden von Signalen über die zumindest beiden Strahlergruppen (3.1, 3.2).
3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Hybrid-Ausgangssignale (Houtl, Hout2) die gleiche Phasenlage aufweisen oder einen Phasensprung von 180°.
4. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest einem Ausgang (19 'a) der Hybridschaltung (19) und zumindest einem Eingang (I) der Strahlergruppe (3) ein zusätzliches, die Phasenlage veränderndes Phaseneinstellglied (31) vorgesehen ist.
5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Phaseneinstellglied (21) aus einem Differenzphasenschieber (21') besteht.
6. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest beiden Strahlergruppen (Strahlergruppe, 3.2) Strahlerelemente (lStrah- lergruppe, 13.2) umfassen, die mit horizontalem Seitenversatz zur entsprechenden Strahlergruppe angeordnet sind.
7. Antennenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Antennenspalten (5.1, 5.2) vor- gesehen sind, wobei in einer Spalte die Strahlerelemente (13.1) der einen Strahlergruppe (3.1) und in der anderen Spalte (5.2) die Strahlerelemente (13.2) der weiteren Strahlergruppe (3.2) vorgesehen sind.
8. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridschaltung (19) aus einem 90°-Hybrid (19') besteht.
9. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest vier Hybridschaltungen (19) vorgesehen sind, die zu einer Butler-Matrix (119) zusammengefasst sind, worüber ein vierspaltiges Antennenarray speisbar ist, wobei ein dem Eingang der Phasenschiebereinstelleinrichtung (21) zuführbares Speisesignal (Psin) auf zwei Phasenausgangssignale (PSoutl, PS0Ut2) aufteilbar ist, und dass über eine jeweils nachgeordnete Verzweigungs- oder Summierstelle (35', 35") jeder Ausgang (21', 21") der Phaseneinstelleinrichtung (21) mit zwei Eingängen (A, B, C, D) der Butler-Matrix (119) verbunden ist.
10. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest vier Hybridschaltungen (19) vorgesehen sind, die zu einer Butler-Matrix (119) zusammengefasst sind, worüber ein vierspaltiges
Antennenarray speisbar ist,- wobei eine Doppel- oder Mehrfach-Phasenschieber-Anordnung vorgesehen ist, so dass das dem Eingang (23) des Netzwerkes (17) und damit der Phasenschiebereinstellungs-Einrichtung (121) zuführba e Speisesignal (PSin) in vier Phasenschieberausgangssignale teilbar ist, die den vier Eingängen (A, B, C, D) der Butler-Matrix (119) zuführbar sind.
11. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in einer Spalte (5) angeordneten Strahlerelemente (13; 13.1, 13.2) so justiert sind, dass deren Hauptkeulen parallel zueinander ausge- richtet sind, vorzugsweise vor einem planaren Reflektor oder einem teil- oder vollzylindrischen Reflektor oder einem im Querschnitt n-polygonalen Reflektor, dessen dadurch gebildeten Spalten in horizontaler Richtung winkelig zueinander ausgerichtet sind, wodurch die Hauptstrahl- richtung der einzelnen Spalten in unterschiedliche Azimutrichtungen ausgerichtet sind.
12. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlergruppen (3.1, 3.2) vorzugsweise vor einer gemeinsamen Reflektoranordnung (1) angeordnet sind.
13. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strahlergruppen (3.1, 3.2) vorgesehen sind, die zum Teil in einer Polarisation und zum Teil in einer zweiten, zur ersten Polarisation senkrechten Polarisationsebene strahlen.
14. Antennenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ' dualpolarisierten Strahlerelemente (13.1, 13.2) in +45° bzw. -45° Ausrichtung gegenüber der Horizontalen ausgerichtet sind.
15. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlergruppen (3.1, 3.2) vorgesehen sind, die nur in einem Frequenzband strah- len.
16. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strahlergruppen (3.1, 3.2) vorgesehen sind, die in zumindest zwei Frequenzbän- dern, vorzugsweise in zumindest zwei Polarisationsebenen strahlen.
17. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitungen zwischen den Ausgängen (I, II, III, IV) der Hybridschaltung (119) und den Eingängen (3.1', 3.2', 3.3', 3.4') der Antennenanordnung zur Erzielung unterschiedlicher Horizontaldiagramme vertauschbar sind.
18. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung zwischen den Ausgängen (I, II, III, IV) des Netzwerkes (119) vorzugsweise in Form einer Hybridschaltung und den Ein- gangen (3.1', 3.2', 3.3', 3.4') der Antennenanordnung zumindest teilweise unterschiedlich lang sind.
19. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk (17) einen Empfangs- und einen Sendezweig mit zumindest einem Empfangsnetzwerk (43) und einem Sendenetzwerk (45) umfasst, wobei im Empfangsnetzwerk (43) eine Amplituden- und Phasenverteilung -und damit letztlich eine Richtcharakteristik der Antennenanordnung realisiert ist, die unterschiedlich ist von der Amplituden- und Phasenverteilung und damit von der Richtcharakteristik der Antennenanordnung, die in dem Sendenetzwerk (45) realisiert ist.
20. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlformung variabel einstellbar ist.
21. Verfahren zum Betrieb einer Antennenanordnung insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeich- net durch die folgenden Merkmale: ein Sendesignal wird über eine Phasenverstellein- richtung (21, 121) und ein nachfolgendes Netzwerk (17) so verändert, dass das Sendesignal am Ausgang des Netzwerkes (17) und damit an den zumindest beiden Eingängen (3.1', 3.2') mit gleicher Phase und einstellbaren Amplituden oder mit unterschiedlicher Phase, vorzugsweise mit einer 180°-Phasen- verschiebung, vorliegt, worüber Horizontal-Strah- lungsdiagramme . in Abhängigkeit der unterschiedlichen realisierten Phasen-/Amplitudenverteilung erzeugbar sind, (a) die unsymmetrisch sind, und/oder (b) die symmetrisch sind und zumindest zwei Hauptkeulen umfassen, die bevorzugt symmetrisch zu einer senkrecht zur Reflektorebene stehenden Vertikalebene liegen, und/oder (c) die zumindest drei Hauptkeulen oder eine ungerade Anzahl von Hauptkeulen aufweisen, deren maximale Intensität sich um weniger als 50% voneinander unterscheiden.
22. Verfahren zum Betrieb einer Antennenanordnung insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: es wird eine Antennenanordnung mit zumindest zwei Strahlergruppen (3.1, 3.2) verwendet, die zumin- dest jeweils ein Strahlerelement. (13.1, 13.2) umfassen, es werden zwei Strahlergruppen (3.1, 3.2) verwendet, die Strahlerelemente (13.1, 13.2) umfassen, die zumindest in einer gemeinsamen Polarisations- ebene strahlen, und beim Empfang von Signalen wird für die zumindest beiden Strahlergruppen (3.1, 3.2) eine Amplituden- und Phasenverteilung und damit eine Richtcharakteristik der Antennenanordnung erzeugt, die unter- schiedlich ist zu der Amplituden- und Phasenverteilung und damit zu der Richtcharakteristik beim Senden von Signalen über die zumindest beiden . .Strahlergruppen (3.1, 3.2).
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Sendebetrieb ein Horizontaldiagramm erzeugt wird, welches sich mit dem für den Empfangsbetrieb ' erzeugten Horizontaldiagramm überlappt, wobei das für den Sendebetrieb erzeugte Horizontaldiagramm einen Flächenbereich mit geringerer Leistungsdichte aufweist.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Netzwerk (17) mit einem Empfangsnetzwerk (43) und einem Sendenetzwerk (45) verwendet- wird, worüber ein Horizontaldiagramm einstellbar ist, welches über den Sende- und den Εmpfangsbetrieb unterschiedlich ist .
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest vor einem Eingang (3.1' bis 3.4') das der Antenne zugeführte Signal einer zusätzlichen Phasenverschiebung unterzogen wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest vier Hybridschaltungen (19) verwendet werden und hierüber ein vierspaltiges Antennenarray gespeist wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Ausgängen einer Phasenschiebereinstelleinrichtung (21) jeweils zwei Phasenschieberausgangssignale (PSoutl, PSout2) abgegriffen werden, und dass die so erzeugten vier Signale den vier Eingängen (A, B, C, D) einer Butler-Matrix (119) zugeführt werden.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Doppel-Phasenschieber-Anordnung (121) verwendet wird, an deren vier Ausgängen vier Ausgangssignale erzeugbar sind, die den vier Eingängen (A, B, C, D) einer Butler-Matrix (119) zugeführt werden.
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