EP2406851A1 - Verfahren zum betrieb einer phasengesteuerten gruppenantenne sowie einer phasenschieber-baugruppe und eine zugehörige phasengesteuerte gruppenantenne - Google Patents

Verfahren zum betrieb einer phasengesteuerten gruppenantenne sowie einer phasenschieber-baugruppe und eine zugehörige phasengesteuerte gruppenantenne

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EP2406851A1
EP2406851A1 EP10716474A EP10716474A EP2406851A1 EP 2406851 A1 EP2406851 A1 EP 2406851A1 EP 10716474 A EP10716474 A EP 10716474A EP 10716474 A EP10716474 A EP 10716474A EP 2406851 A1 EP2406851 A1 EP 2406851A1
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EP
European Patent Office
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phase
radiator
antenna
phase shifter
center
Prior art date
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EP10716474A
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English (en)
French (fr)
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EP2406851B1 (de
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Maximilian Goettl
Michael Boss
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Kathrein SE
Original Assignee
Kathrein Werke KG
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Publication date
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    • 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
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/22—Antenna units of the array energised non-uniformly in amplitude or phase, e.g. tapered array or binomial array
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a phased array antenna according to the preamble of claim 1 and a phase shifter assembly according to the preamble of claim 10 and an associated phased array antenna according to claim 17.
  • Phased array antennas are known, for example, from mobile communications technology.
  • mobile antennas which consist of one or more juxtaposed columns, in each of which a plurality of superposed radiator or subgroups of radiators are arranged.
  • the emitters may be simply polarized or dual polarized emitters.
  • the antennas can be formed as mono-band, dual-band or as MuIti band antennas, which comprise emitters that transmit and receive in multiple frequencies or frequency ranges (frequency bands) can.
  • the same frequencies are used again at certain intervals. Therefore, the range of a base station, whereby a so-called mobile radio cell is defined to be limited, so that the cells of the radio system do not interfere with each other, so that interference is avoided.
  • phase shifters namely phase shifter systems
  • phase shifters are preferably used in order to control the individual radiators with different phase angles, whereby a different downtilt angle can be set by electrical means.
  • an odd number of radiators or subgroups of radiators can be controlled via such a simple or a multiple phase shifter, wherein preferably a middle radiator or a central radiator group without phase shift is fed directly.
  • a differential phase shifter two emitters or emitter groups with different phase shifts can be triggered at the outputs thereof.
  • array antennas which comprise at least one radiator or a radiator group, which are operated without phase shift
  • group antennas into consideration which include an even number of radiators or radiator groups and / or have no radiator group, which is operated without phase shift.
  • WO 03/019723 A1 describes an adjustable antenna feed network with a phase shift device, which is built, that the same phase differences can be generated at the leading to the radiators terminals by a displaceable dielectric.
  • WO 02/35651 A1 also describes the use of phase shifters in which a dielectric is displaced in a stripline.
  • the sliding path is always the same.
  • the effective dielectric constants are different, it is possible to realize phase shifts at the radiator terminals which each have the same phase differences from one another. As a result, a substantially straight wavefront with different down-tilt angle can be generated.
  • phase shifter elements which can be used with the same aim as explained above are basically also known from WO 96/37922 A1 as known.
  • an antenna arrangement for lowering a down-tilt angle or also for setting the emission direction of the main lobe in the azimuth direction can also be taken as known from US 2005/0219133 A1.
  • This pre-publication initially describes an antenna arrangement having a phase shifter assembly using differential phase shifters, the outputs of a first phase shifter arrangement being connected to the inputs of a respective second phase shifter assembly for driving the radiator elements thereover.
  • a prior art phase shifter network comprising a phase shifter assembly comprising two part-circular ones Phase shifter Lei tungsabschni TTE which are arranged concentrically and are fed by a common feed arm which can be pivoted pointer-shaped around a common center around.
  • phase shifters whose respective two outputs are directly connected to radiator elements.
  • a single-stage construction is used, which is provided several times for each two radiator elements.
  • different phase shifters are used, which are controlled by means of a transmission gear so that different phase delays can be set for the individual radiator elements or radiator groups.
  • a certain ratio between the pivoting of the phase shifter to achieve a corresponding fixed predetermined phase delay value to be met namely, for example, 1: 3, 1: 3: 5, 1: 3: 5: 7 and so on.
  • Tolerances of +/- 5% can be accepted.
  • the situation may occur that, for example, the first side lobe above the main radiation direction with increasing lowering of
  • Cover area act as a disturber. Thus, a low sidelobe level would be desirable.
  • the antenna gain should be as high as possible in order to effectively guide the available transmission power to the desired coverage area.
  • a high antenna gain means a high concentration of energy.
  • the optimization of the antenna gain is often accompanied by an increase in sidelobe level.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved method for operating a phased array antenna and an improved phased array antenna itself, in which the first side lobe above or adjacent to the main lobe especially at large beam reduction (large down-tilt angle ) and / or large beam swivel has the lowest possible level (to suppress interference) and / or at low beam drop (ie, in a large cell expansion and -Eusleuchtung) or at a low beam swing generally has the highest possible antenna gain.
  • the object is achieved according to the invention with respect to the method according to the claim 1 and with respect to a phase shifter assembly according to the invention in claim 10 or 11 and with respect to a phased array antenna according to the features specified in claim 17.
  • Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
  • the principle of the invention is based on the fact that the farthest in a group antenna (in a group antenna, for example, the top and bottom arranged emitters or radiator subgroups) or driven with the largest phase difference emitters or radiator groups receive an additional contribution to the phase shift, in other words be driven with a disproportionately strong phase shift in contrast to conventional systems.
  • this does not take place with an additional device for generating an additional phase shift, but instead it becomes a corresponding one - S -
  • This principle basically applies to one Antenna systems with a straight or even odd
  • Emitter or emitter groups is then spoken, if at least one emitter or at least one emitter group is provided, which bypasses a differently adjustable phase shifter without changeable
  • Phase shift is fed (usually arranged in the central region of the array antenna), so that when Ve s s s c hwe nss the Haup t s t r ah 1 r i c h tung
  • An even-numbered radiator system is used when a group antenna with an even number of radiators or radiator subgroups (or here of course mixed system thereof) is provided, which are fed via the phase shifter system, ie in particular have no central system, which is driven without phase shift.
  • the pivot axis of the generally pointer-shaped, pivotable Phasenschiebereinstellelementes zoom closer to the usually teil Vietnamese- or partially arc-shaped strip lines, so that this pivot axis is closer to the strip lines than the center the part-circular strip lines. Also, this is due to the most distant part-circular strip line section a disproportionately strong maturity change to the opposite terminal points generated or at the innermost tei l Vietnamese shaped stripline sections the phase change and thus the term change proportionally reduced, thereby adjusting the success of the invention.
  • the invention is based on the fact that at least one radiator or at least two pairs of radiators or radiator subgroups fed via a differential phase shifter are operated with an additional phase shift relative to the other radiators or radiator subgroups with respect to the transmitted or received signal, which has a positive effect on an additional Beam shaping in the context of the invention has.
  • the amount of additional phase shift is dependent on the setting of the beam swing.
  • FIG. 1 shows a schematic front view of an array antenna with, for example, six vertically or superimposed radiators or radiator subgroups;
  • FIG. 2a shows a basically known phase shifter assembly for controlling a group antenna shown in FIG.
  • FIG. 2b shows a diagram for clarification of FIG
  • Figure 2c a derived from Figure 2b diagram for
  • FIG. 3 a e s e s t e s f rungsung s irrigated
  • Emitters and / or emitter subgroups include, ie in particular a group antenna, in which no emitter or no subgroup is set without phase shift when the downtilt angle is changed;
  • FIG. 3b shows a diagram corresponding to FIG. 2b for a phase shifter assembly according to the invention according to FIG. 3a;
  • FIG. 3c a diagram corresponding to FIG. 2c for a phase shifter assembly according to the invention according to FIG.
  • FIG. 4a shows four examples with a phase shifter assembly comprising two part-circle to 4d-shaped stripline arcs, FIG. 4a showing a phase shifter assembly according to the prior art and FIGS. 4b to 4d showing a phase shifter assembly according to the invention;
  • Figures 5a shows four examples of a phase shifter assembly comprising three subcircular to 5d: stripline arcs, Figure 5a showing a prior art phase shifter assembly and Figures 5b to 5d showing a phase shifter assembly according to the present invention
  • FIG. 6a shows four examples with a phase shifter assembly comprising four part-circle to six-dimensional stripline arcs, FIG. 6a showing a phase shifter assembly according to the prior art and FIGS. 6b to 6b Fig. 6d show a phase shifter assembly according to the invention;
  • FIG. 7a an example corresponding to FIG. 2a of a prior art phase shifter assembly belonging to the state of the art for controlling a corresponding group antenna with seven emitter assemblies arranged vertically one above the other in the vertical direction
  • Emitters and / or emitter groups can exist, with a central emitter array is driven phase-neutral in the center of the array, so learns no phase change with appropriate adjustment of the phase shifter assembly;
  • FIG. 7b shows a diagram corresponding to FIG. 2b with respect to an example known from the prior art, as shown in FIG. 7a;
  • FIG. 7c a diagram corresponding to FIG. 2c with respect to the example according to the state of FIG.
  • FIG. 8a shows four examples with a phase shifter assembly comprising two part-circle to 8d-shaped stripline arcs, FIG. 8a showing a phase shifter assembly according to the prior art and FIGS. 8b to 8d showing a phase shifter assembly according to the invention; Show assembly, wherein the phase shifter assemblies shown for feeding an antenna with an odd number of radiator arrangements as shown in Figure 7a is used;
  • FIG. 9a shows four examples with a phase shifter assembly comprising three partial circular to 9d: stripline arcs, FIG. 9a showing a phase shifter assembly according to the prior art and FIGS. 9b to 9d showing a phase shifter assembly according to the invention, with the phase shifter assemblies shown for feeding an antenna with an odd number of radiator arrangements as shown in Figure 7a;
  • FIG. 10a shows four examples with a phase shifter assembly comprising four part-circle to 10d-shaped stripline arcs, FIG. 10a showing a phase shifter assembly according to the prior art and FIGS. 10b to 10d showing a phase shifter assembly according to the invention, with the phase shifter assemblies shown for feeding an antenna with an odd number of radiator arrangements as shown in Figure 7a;
  • FIG. 11 a shows a diagram corresponding to FIG. 3 c with respect to a phase shifter assembly according to the invention, as shown in FIG is shown;
  • FIG. IIb a diagram corresponding to FIG. 3c with respect to a phase shifter assembly according to the invention, as reproduced with reference to FIG.
  • FIG. 12a shows four radiation diagrams to illustrate the level of the first side lobe above the main lobe without lowering, with a corresponding lowering and with a change in the ratio of the ring adapters of the invention according to the invention.
  • FIG. 13a shows four radiation diagrams to illustrate the level of the first side lobe above the main lobe without lowering, with a corresponding lowering and in the case of an inventively modified ratio of the ring edges of the phase shifters Assembly for a second embodiment
  • FIG. 14a shows two radiation diagrams for clarifying and FIG. 14b: monitoring of the level of the first side lobe above the main lobe in the case of an inventively changed ratio of the radii of the stripline sections of the phase shifter assembly for a third one Embodiment;
  • FIG. 15 a cross-sectional view through the
  • FIG. 1 shows, in a schematic front view, a group antenna which has a plurality of radiators 1 in front of a reflector 3.
  • the array antenna comprises six dual-polarized radiator or radiator arrangements Ia to If.
  • the emitters can consist of different emitters or emitter types, of dipole emitters, cross dipoles, so-called vector dipoles (known, for example, from WO 00/39894 A1), patch radiators or the like. It may be a mono-band antenna, a dual-band antenna or a multi-band antenna that transmits and / or receives in three or more frequency bands. Likewise, it may be simply polarized or dual polarized antennas. In this respect, reference is made to known solutions.
  • An antenna shown schematically on the basis of FIG. 1 can be used, for example, in the base station of a mobile radio system.
  • Tilt angle to be able to set different from the horizontal plane are mechanically actuated according to the illustrated embodiment Difference phase shifter used, as they are known in principle from EP 1 208 614 Bl. With regard to the detailed structure, reference is made in this respect to this prior publication.
  • an antenna shown in Figure 1 are operated with six vertically stacked radiators or radiator subgroups 1 with different Absenkwinkel can. It is a group antenna, in which an even number of spotlights or groups of spotlights can be controlled. In other words, it is a group antenna that has no radiator or no radiator group (usually in the middle), which is operated without phase change.
  • FIG. 2a which comprises three part-circular line sections 11 concentrically arranged about a center point 9, generally so-called stripline sections IIa.
  • a feed line 13 leads to the central feed point 9 of the tapping element 15, wherein the feed point 9 is provided in the region of the pivot axis 17 of the tapping element 15.
  • the pointer-shaped tapping element 15 can be adjusted about the pivot axis 17 over the part-circular, concentrically arranged line sections 11 away.
  • the feed signal is then transmitted to the respective opposite one of the terminals 19 at the end of the line sections 11, one connecting line 21 leads to the radiators or radiator groups 1.
  • a remotely controllable motor means automatically pivotable tapping element arise from the respective attack or crosspoint 23 (ie the respective attack or coupling region 23) between the Abgriffelement 15 and the coupled therewith portion of the part-circular strip lines IIa and the stripline sections 11, IIa opposite terminals 19 different lengths of travel, whereby upon adjustment of the Abf 15 iff element 15 fed on one side of the Abf 1 emen ts 15 emitters runtime shortening and connected to the other side emitters a Laufzeitverinrung or - delay according to the path length Experienced. If the tapping element 15 is in its neutral central position (in the horizontal direction in FIG.
  • the opposite connections 19 of a respective strip-line-shaped arc 11, IIa have the same phase position.
  • the tapping element 15 can be adjusted in the embodiment shown to the maximum vertical upper end position and the maximum extending in the vertical direction lower end position, between these two end or extreme positions then the maximum phase shift can be generated with the phase shifter.
  • FIG 2a is further, as mentioned, between the terminals 19 at the opposite terminal ends of the part-circular strip line sections 11 and a corresponding connecting line 21 is shown, which is used to feed in each case one suitable for a polarization plane radiator 1, for example, for the -45 ° aligned dipole-shaped or dipole-like radiator 1 ', for example, cross-shaped or dipolquadratähnlichen or vektordipolä Foundationen dipole radiator.
  • a corresponding second phase shifter assembly 7 must be provided for feeding the second polarization plane of, for example, + 45 °, ie for feeding the emitters 1 ", which are operated in a corresponding polarization plane rotated by 90 ° this is not shown in Figure 2.
  • all suitable radiators or radiator types can be used, for example also patch radiators, slot radiators, etc. There are no restrictions in this respect.
  • radiators 1, 1 'and 1 "shown in FIG. 1 or FIG. 2a are arranged at equal distances D to one another in the direction of attachment as shown by the arrow 26, ie in an equidistant manner
  • the distance S N from the phase-neutral center position Z (ie, the center Z of the antenna) and the most distant upper or far-lying lower radiator If or Ia is shown in FIG. 2a, as well as the distance S 1 , which corresponds to FIG distance from the phase-neutral center position (center) Z to the closest to this center Z above or below the neutral center layer Z provided emitters.
  • phase shifter assembly according to Figure 2a, concentrically arranged, part-circular line sections 11, in particular strip lines IIa whose radii R N : R 2 : R 1 in a ratio of 5: 3: 1 arranged are, with respect to the center 17 of the part-circular strip lines IIa, which at the same time with the pivot axis 17 of the phase shifts in a fixed ratio of, for example ⁇ , 3 ⁇ , 5 ⁇ etc., so that, for example, as shown in Figure 2b, phase angles of + 5 ⁇ , + 3 ⁇ , + 1 ⁇ , - ⁇ , -36, -5 ⁇ , where ⁇ represents a phase angle resulting from the position of the tapping element and the associated propagation delay or propagation delay.
  • Structure and operation of the phase shifter and the entire antenna arrangement is such that, for example, a feed signal to the central feed point 9 of the tap element 15 is guided and from there via the tap element 15 and the attack and coupling regions 23 then on the arcuate stripline sections in the radial Direction spreads. In this case, a part is decoupled to the innermost arc, a large part to the second arc, etc .. Since this propagation takes just as much time as the propagation on an arcuate stripline, these arches are also with different phases fed.
  • the tapping member 15 is in the middle position, the running times on the two pipe sections of a sheet are the same.
  • the bows 11, IIa according to their radii different maturities, ie the inner bow has in this respect again the shortest duration.
  • the group antenna in this central position of the phase shifters have a beam swivel of 0 ", then the phases must be brought to the emitter to the same value .This is done by lines of different length from the phase shifter connections 19 to the emitters 1a to If but you usually only one beam drop down, ie the adjustment range should not be eg +5 ° ... -5 ", but for example 0 ° ... - 10 °.
  • the line lengths 21 to the radiators Ia to If are thus selected so that the array antenna at central position of the phase shifter (ie at central position of the tap element 15) has a beam drop of 5 '.
  • This is synonymous with equal phases at the radiators, when the phase shifter in the extreme posi tions "minimum beam reduction" is.
  • the last column is normalized to the largest value, ie all other lamps require a correspondingly longer supply line.
  • FIG. 2b shows the phases of the radiators Ia to If for an example as described above.
  • FIG. 2b shows the phase positions Ph-L at the radiator connections 1a to If, for two different settings of the tapping element 15.
  • the one data series (characterized by the bright points) describes the phase positions at the radiator connections when the tapping element 15 is in its an extreme position is located.
  • the second data set (dark points) relates to the phase position Ph-L at the radiator ports Ia to If, when the tapping element 15 is adjusted to its opposite extreme position, in which the lowest radiator Ia the largest phase delay and the top radiator If the least phase delay.
  • this example is chosen so that when adjusting the Abgriffeleraentes 15 in the one extreme position (bright measuring points in Figure 2b) radiate all radiators in phase, with the adjustment of the tap element 15 in the other extreme position, a maximum phase difference and thus a maximum down- Tilt angle is adjustable.
  • FIG. 2c shows the differences Ph-D between the respective two phase values for the individual radiators 1a to If.
  • the phase difference (as shown in Figure 2c), ie the phase shift produced by adjustment of the tap element 15, could also be determined directly by measuring the phase of a respective radiator, e.g. minimal beam reduction and subsequent measurement of the phase of the radiator with maximum beam reduction.
  • Conventional measuring instruments offer the possibility of determining the first value as the reference value for the subsequent measurement. This would eliminate the subsequent calculation of the difference of the phase values.
  • the phase shifter assembly according to the invention is preferably used for an antenna or antenna supply (antenna group), in which the individual emitters or emitter groups, that is to say the emitter arrangement 1, in the same Distance D from each other are arranged (ie, for example, the centers of the corresponding radiator arrangement are arranged at the same distance D to each other, which distances may vary in part.)
  • the individual distances D between the radiator, radiator arrangements or radiator groups should be the same or a maximum of 15% or Preferably, the distances D should be equal to or less than 10%, in particular less than 8%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2% and in particular less than 1%. differ from each other.
  • the embodiment according to FIG. 3a now shows an embodiment according to the invention in which the distance, that is to say the radius R N of the outermost stripline section IIa to the center 9 or the pivoting axis coinciding therewith and the feed point 17 of the tapping element 15 and above all to the innermost concentrically arranged stripline section IIa is located farther than in the prior art embodiment, as shown in Figure 2a.
  • the radii R N : R 2 : R 1 in the stripline sections IIa in conventional phase shifters, as shown in Figure 2a in a ratio of 5: 3: 1 (calculated from outside to inside towards the center) are arranged side by side, In the exemplary embodiment according to the invention according to FIG. 3 a, this ratio is selected to be 7: 3: 1, for example (the position of the outermost stripline section in the case of conventional design of the phase shifter, as in FIGS
  • phase shifter assembly is preferably used according to the invention, which according to the following embodiments, two or more stripline arcs to a corresponding number of radiators or To feed emitter groups.
  • a dif f erential phase shifter or a differential phase shifter assembly is also preferably used, in which by adjusting the Abgriffiatas the path length to the terminals 19 on the one side of the stripline sections are each smaller and the path length to the respective opposite terminals 19 on the various stripline arcs to a corresponding distance greater, in other words in one direction a term shortening and in the other direction a corresponding term extension is accomplished, whereby the different Phase adjustment or phase adjustment is effected.
  • each of the arcuate stripline sections 11 ultimately has an inner radius, an outer radius, due to a radial width and a mean radius can be defined.
  • the "middle radius” that comes to lie in the middle of each part-circular and strip-shaped line section 11. This average radius is decisive for the length of the arc and thus for the phase shift.
  • FIG. 3c shows the disproportionate phase change with respect to the two most distant radiators 1a or if.
  • this ratio should be chosen so that the radius ratio R N : R 1 between the outermost lying N-th stripline section and the innermost stripline section (ie, the center 9 and thus the feed point 17 of the tap element 15 is closest), about which the radiator or radiator subgroups are driven, using three stripline sections IIa without phase-neutral center control (ie at a even-numbered array antenna with an even number of radiators and / or radiator groups) has a value of
  • a group antennas is fed with a phase shifter arrangement, in which the antenna group comprises an even number of radiators or radiator subgroups.
  • a group antenna is used which does not comprise a central radiator arrangement or radiator group which is operated without phase shift if the radiators offset from the center are driven with a differently adjustable phase position.
  • FIG. 4d shows that, compared to the solution known from the prior art according to FIG. 4a, the outer radius R N has been increased and at the same time the inner radius R 1 has been reduced.
  • a ratio of, for example, R N : R 1 is 3.4: 0.9 or 3.78: 1.
  • the ratio between ultimate and innermost radius R N : R 1 should be greater than 3.4 and preferably greater than 3.5 or 3.6 or 3.8.
  • the maximum value of this ratio is a value of ⁇ 7, preferably ⁇ 6.5 or ⁇ 6.
  • the radius of the center innermost stripline section may in the illustrated embodiment of FIG 4b even also be increased (thus not remain unchanged or even decreased), as long as the ratio of R N: R 1 is greater than 3.4: 1 remains ,
  • the ratio of the radii is therefore crucial, since in this way the desired disproportionate phase shift for the farthest emitters is set or adjusted differently in a specific ratio of the phase shift of the emitter closest to the center of the antenna compared to conventional solutions according to the prior art, on the one hand to achieve the highest possible antenna gain and on the other to reduce when setting a different strong down-tilt angle, especially the first located above the main lobe side lobe in their level.
  • FIGS. 5a to 5d an example of a group antenna with six radiators 1 or radiator subgroups 1 arranged one above the other is shown, ie an even number of radiators or radiator subgroups, which are thus not fed with a phase-independent center feed.
  • the ratio between the radius R N of the outermost part-circular strip line section IIa to the innermost lying (ie the center 9 closest to) radius R 1 in this embodiment should be greater than 5.4: 1 and in particular greater than 5.5 or 5.6 or 5.6: 1. Maximum values are 9, preferably ⁇ 8.5 or ⁇ 8.
  • FIGS. 6b to 6d the position of the stripline sections according to the prior art is again shown in a stiched manner, the outer radius being enlarged in FIG. 6b, the innermost radius being reduced in FIG. 6c and the outer radius being increased in FIG. 6d and at the same time the innermost radius being reduced has been.
  • the corresponding data are reproduced in the annex in the attached table.
  • the ratio of the radius of the outermost stripline arc to the innermost should be a value of 7.4: 1 and more, preferably a value of 7.5, or 7.6 or 7.8: 1 and more.
  • the maximum ratio to the outermost and innermost radius should generally not exceed 10, preferably ⁇ 10.5 or ⁇ 10.
  • R N R 1 ⁇ 2n - 0, 6 where n represents a natural number 2, 3, 4... N, where n corresponds to the number of part-circular line sections used in the phase shifter assembly, ie stripline sections IIa.
  • the part-circular stripline sections located therebetween between the innermost and outermost segments are unchanged in their position as in the prior art.
  • these middle stripline sections can also have a slightly larger or smaller radius if required. The resulting changes are only of marginal importance. Decisive are the enlargements or reductions of the radius of the stripline section with the largest and / or the smallest radius.
  • Phase shifter assembly can be used, as shown in principle with reference to Figure 7a, in which therefore a central radiator or radiator subgroup Ix is always fed without phase shift. This results in the prior art a
  • Phase shifter assembly in which the drawn with reference to Figure 7a different phase changes can be achieved.
  • FIG. 7 a an exemplary embodiment is shown, which is reproduced similarly to FIG. 2.
  • a similar phase shifter assembly with three part-circular conductor tracks 11, ie strip line sections IIa used, which are arranged concentrically to one another, to a center point 9.
  • a pointer-shaped tapping element 15 is pivotable.
  • the central radiator Ix shown in FIG. 7a or a central radiator group, which may be provided not shown here, is supplied directly without phase shift via the feed line 13 and the following branch line 13a.
  • the radii R N : R 2 : R 1 from outside to inside behave here like 6: 4: 2 (or 3: 2: 1) if the corresponding ratios are taken into account in relation to the exemplary embodiments according to FIGS. 2 to 6, where the radii result in a ratio of 5: 3: 1 from outside to inside.
  • FIG. 7a it is possible, for example, to realize phase shifts of 3 ⁇ , 2 ⁇ , l ⁇ from the outermost to the innermost stripline section IIa, ie phase changes with respect to the radiators of 6 ⁇ , 4 ⁇ , 2 ⁇ , where ⁇ is a result of the position of the tapping element Represents phase angle.
  • FIG. 7b similar to FIG. 2b, the phase positions are reproduced in a phased array antenna operated in this way according to the prior art. ben.
  • FIG. 7c a diagram relating to the maximally achievable phase shifts at the individual contact phases is shown on the individual contact strip segments 11, 11a or at the connections of the radiators or radiator groups.
  • FIGS. 8a to 8d show exemplary embodiments with a phase shifter assembly which comprise two partially circular stripline sections arranged concentrically with one another, similarly to FIG. 7, where a central radiator or a central radiator subgroup without phase shift is actuated independently of the setting of the phase shifter assembly.
  • FIG. 8a again shows the arrangement of the prior art in which the radius R N of the outer arc to the radius R 1 of the inner arc is 4: 2 or 2: 1.
  • the outer radius R N is also increased in each case in the second FIG. 8 b, the inner radius R 1 is reduced in FIG. 8 c and shown in FIG.
  • both the outer radius R N and the inner radius R 1 have been reduced, as compared to the embodiments according to FIG. 9a.
  • the table shows the corresponding values for the ratios of the radii.
  • the improvements according to the invention can then be achieved if the ratio between extreme internal radius is greater than 2.2: 1, preferably greater than 2.3: 1, in particular 2.4: 1.
  • the maximum value of this ratio should be less than 4, preferably less than 3.5 or 3.
  • the corresponding ratios of the outermost and innermost radius are shown in the attached table.
  • the ratio of R N should be R 1 > 3.2, in particular> 3.3 or> 3.4.
  • the maximum value of this ratio should not be greater than 6, preferably not greater than 5.5, and in particular not greater than 5.
  • Phase shifter assembly with four part-circular strip conductor sections :
  • FIGS. 10a to 10d a corresponding exemplary embodiment of a phase shifter assembly with four partially circular stripline sections arranged concentrically with one another is shown, over which ultimately a group antenna with eleven radiators or radiator subgroups can be fed.
  • the ratio of the radii of the stripline sections should not have 4: 3: 2: 1, but deviating from this, the radius R N of the outermost stripline section should be increased, the radius R 1 of the innermost Stripline section reduces or both the outermost radius increases and the innermost radius can be reduced. Optimum values can be found in the attached table.
  • the ratio of R N : R 1 according to the invention should be greater than 4.2 and in particular greater than 4.3 or 4.4.
  • the maximum value of this ratio should not be greater than 6, in particular not greater than 5.5, and in particular not greater than 5.
  • R N R 1 > n + 0, 2
  • n represents a natural number 2, 3, 4,... N, corresponding to the number of partially circular pipe sections used, in particular stripline sections in a corresponding phase shifter assembly.
  • Ph N Ph 1 ⁇ S N : S 1 + 0.4
  • Ph N the phase shift, which is caused by two different phase shifter settings (for example also in the form of a maximum possible phase shift) at the at least one of the array antenna Z remote antenna array 1 and Ph 1
  • the phase shift, which also by two corresponding, ie the same Phase shifter settings is caused (for example, in the form of a maximum possible phase shift) at the closest to the center Z of the array antenna phased array 1 and S N the distance between the at least one farthest radiator array 1 and the center Z of the array and S 1 the distance between the at least one of the antenna array closest to the center Z of the array antenna 1 and the center Z of the array corresponds
  • the center Z of the array corresponds to the phase-neutral center layer, which is also at differently adjusted phase position unchanged remains.
  • Ph N Ph 1 > S N : S 1 + k
  • k corresponds to a value of 0.4, in particular 0.5, 0.6 or preferably 0.8.
  • the upper limit for the ratio of the phase shifts or distances of the radiators with respect to the center Z should also satisfy the following inequality:
  • Ph N Ph 1 > S N : S 1 + k
  • k is 0.2 and more preferably 0.25 or 0.30 or preferably 0.40.
  • Phase shifts or distances of the radiators related to the center Z also satisfy the following inequality:
  • the numerical value corresponds to 1 circular stripe line sections in a phase shifter assembly or the number of emitter assemblies 1 on one side of the center Z corresponds to the group antenna and m to a value of 4, 0 or preferably 3, 5 or 3, 0 can have.
  • FIG. 11a Similar to the diagram of FIG. 3c, a diagram is shown in FIG. 11a for the exemplary embodiment according to FIG. 9a, from which it can be seen that the terminals 19 of the largest stripline arc of the phase shifter experience a disproportionately large phase shift for the most distant radiator or radiator groups.
  • a phase shift with respect to the emitter or emitter groups closest to the center of the antenna is achieved by means of the smallest stripline arc which undergoes a disproportionate phase shift (shown in FIG. 11b).
  • FIGS. 12a to 12d there are radiation diagrams for a six-element comprehensive
  • Array (as generally described with reference to FIGS. 5a to 5d), ie a group antenna, which comprise an even number of radiators or radiator subgroups and are not fed with a phase position independent of the phase shifter setting for a central radiator or radiator group.
  • the mentioned six radiators 1 are positioned in the embodiment shown at a distance of 285 mm in the vertical direction.
  • FIG. 12a shows the radiation pattern without lowering the main lobe.
  • the first upper sidelobe points towards 16 'elevation and has a level of -13 dB.
  • FIG. 12 b shows a variant in which the phase shifter according to the prior art has a radii ratio of 1: 3: 5, ie that it generates a phase shift with respect to the individual radiators in this ratio. These phase shifts occur both at the phase shifter outputs and at the radiator terminals. Since there are differences between the phases of each emitter at two different settings, the values are independent of the respective supply line lengths of the individual emitters.
  • FIG. 12b shows a beam reduction according to the prior art. Neighboring emitters each have the same phase difference. If one chooses the center of the antenna as a reference, then the phases of the radiators are at -125 ', -75', -25 * , 25 ", 75 ', 125" (from bottom to top). One sees a main lobe lowered by 9 °, whereby the first upper side lobe is likewise lowered and now shows in elevation 7 °. The side lobe level has increased by 0, 6 dB to -12.4 dB.
  • the changed shape of the diagram reduces the gain of the antenna slightly by 0.2 dB or 0.3 dB compared to the prior art when the main beam direction is lowered to 9 °. This is tolerable because the coverage area is also correspondingly small. If no or the minimum beam reduction is set, the diagram has the same shape as in the prior art, and there are no profit losses.
  • FIGS. 13a to 13d which generally correspond to the variants according to FIGS. 9a to 9d
  • a 7-element array that is to say a group antenna with seven equally spaced radiators or radiator subgroups middle emitter or a central emitter subgroup is fed phase-neutral, so undergoes no phase change with different setting of the tap element of the phase shifter module.
  • FIGS. 13a to 13d The different steel sinkings shown in FIGS. 13a to 13d are shown in the following table:
  • Beam angle Angle 1 Level 1. Upper upper sidelobe Side lobe
  • FIG. 13 C 9 ' 4' -16, 2 dB The mentioned seven radiators are positioned at a distance of 285 mm in vertical direction.
  • FIG. 13a shows the radiation diagram without lowering the main lobe.
  • the first upper sidelobe points towards 14 * elevation and has a level of -13.1 dB.
  • a modified phase shifter is now used, with a radius ratio of 2: 4: 6 (1: 2: 3), or produces phase shifts per emitter in this ratio. These phase shifts occur both at the phase outbreaks and at the radiator terminals. Since these are differences of the phases of each emitter at two different settings, the values are independent of the respective supply line lengths of the individual emitters.
  • FIG. 13b shows a beam drop according to the prior art. Neighboring emitters each have the same phase difference. If one chooses the center of the antenna as a reference, then the phases of the radiators are at -150 ', -100 °, -50', 0 ", 50 °, 100 °, 150 ° (from bottom to top) 9 ° lowered main lobe, whereby the first upper side lobe is also lowered and now shows 4 ° in elevation The level of the side lobe has increased by 0.5 dB to -12.6 dB.
  • a modified phase shifter is now used, with a radius ratio of 2: 4: 7 (1: 2: 3.5).
  • the phases of the outer radiators now change amplified, and, again relative to the center of the antenna, they now lie at -157 °, -90 ', -45 ". , 0, 45 ', 90 °, 157 °.
  • the first upper side lobe in Figure 13c shows in elevation 4 °, the level now being at -16.2 dB, ie 3.6 dB lower than in the prior art.
  • FIG. 13d The effect is even more pronounced for a phase shifter with a ratio of 2: 4: 8 (1: 2: 4) or a similar phase shift ratio.
  • the result is shown in FIG. 13d. While the radiation pattern according to FIG. 13a also applies here for a beam reduction of 0 °, the outer radiators experience a further increased phase change. A dip of 9 ° is achieved when the centers of the radiators are at -164 °, -82 °, -41 °, 0 °, 41 °, 82 °, 164 °. The first upper sidelobe at 4 ° has now even dropped to a level of -21.7 dB, which is an improvement of 9.1 dB over the prior art.
  • the changed shape of the diagram reduces the gain of the antenna slightly by 0.2 dB or 0.3 dB compared to the prior art when the main beam direction is lowered to 9 °. This is tolerable because the coverage area is also correspondingly small. If no or the minimum beam reduction is set, the diagram has the same shape as leg
  • the corresponding ratios are reproduced when an antenna with a 7-element array is used, in which the wheel increases the outer edge strip section compared to conventional solutions, and at the same time the radius of the inner stripline section is reduced, as shown schematically in principle with reference to Figure 10d.
  • the radiator arrangement as in the previous example according to the figures 13a to 13d, also consists of seven radiators corresponds to the radiation pattern resulting in this embodiment without lowering that of Figure 13a, further comprising a radiation pattern with a beam reduction according to the prior art
  • This exemplary embodiment corresponds to that exemplary embodiment according to FIG. 13b.
  • the gain of the antenna slightly reduces by 0.2 dB or 0.3 dB compared to the prior art, when the main beam direction is lowered to 9 '. This is tolerable because the coverage area is also correspondingly small. Is no or the minimum beam reduction set, the diagram has the same shape as in the prior art, and there is no loss of profit.
  • phase shifter assembly which comprises two or more partially circularly arranged stripline sections over which a tapping element can be adjusted.
  • Such an assembly may, as explained, be used for an even-grouped or odd-numbered element antenna array, depending on whether or not a center radiator or a radiator group is driven without phase shifting.
  • strip lines may also be used which have different center points.
  • the outermost radius R N is increased relative to the other radii (ie no longer coincides with the center of the other radii), so that, for example, the outer radius becomes infinite in the extreme case and the stripline section progressively increases from a partial arc a straight line, ie in extreme cases exactly to a straight line. This ultimately leads to a shift of the coupling point 23 on the tapping element.
  • the ratio of the radii starting from a standard radii ratio of, for example, 1: 2: 3 (for example in the case of the odd number of radiators or radiator groups) or with a standard radii ratio of 1: 3: 5 (for example, in an antenna with an even number of radiators or Radiator groups) is maintained if, for example, the outermost stripline with the largest radius has one or preferably two (on opposite sides - ie up and down - relative to the stripline) dielectric intermediate layers. It is only essential that the chosen dielectric (ie deviating from air) reduces the phase velocity of the signal on the arcuate stripline.
  • the phase shifter according to the invention can be constructed with or without upper shield. In this case, the dielectric is most effective when it is between the arcuate stripline 11, IIa and their ground plane. Any dielectric material above the line that overlaps the line has less of an impact because it is only in the stray field of the microstrip line.
  • the mentioned one or more dielectric interlayers may, for example, also be formed only on a partial length of the arcuate strip lines, be provided with a different density over the length of the sheet or a partial length, decrease or increase over the length or a partial length or else a different dielectric constant exhibit.
  • the phase angles with adjustment of the phase shifter respect. of the outermost stripline arc to the innermost stripline arc non-linear, but disproportionately change.
  • a factor K can be defined. On the condition that the entire arc length is carried out in this way, the ratio of the maximum phase velocities at the phase shifter connections or at the radiator connections is then, for example: 1: 2: (3 / K)
  • phase shifter assembly with three strip lines, via which an antenna with odd-numbered radiators or groups of radiators (ie seven radiators or radiator groups) is fed.
  • N represents the number of stripline sections as outlined in an odd number of radiators or radiator groups.
  • the dielectric material may be chosen to have a relative dielectric constant ⁇ of 30.
  • K the maximum phase velocity
  • Particularly interesting are those cases where the radius of the outer stripline Arc 11, IIa is not enlarged compared to the standard case. This does not increase the overall space requirement of the phase shifter.
  • a radii ratio of 1: 3: 5 a phase shift ratio of 1: 3: 6 can thus be achieved, with a value for K of approx. 0.83. If the value of K were reduced to about 0.71 with the same radii ratio, a phase shift ratio of, for example, 1: 3: 7 would result. This illustrates how a comparable effect is achieved by using corresponding dielectrics, ie whether the radii of the individual stripline arcs are changed accordingly.
  • FIG. 15 shows a schematic cross section for such a phase shifter which has, for example, three stripline arcs 11 arranged in a standard radii ratio of 1: 2: 3, if in the center Z an additional radiator or an additional radiator group of the phase-neutral center layer the antenna is powered.
  • the outermost strip line in this case has the aforementioned two dielectric intermediate layers 55, which are arranged above and below the outermost stripline bow 11.
  • the bottom or the bottom plate 71 as well as an associated, likewise electrically conductive cover or housing cover 73 are drawn, from which it can also be seen that the dielectric intermediate layers 55 are fastened once to the bottom 71 or to the inside of the cover 73
  • the outermost stripline arcs 11, 11a are on the dielectric 55 positioned and held on the ground rests and is provided at a distance above the attached to the inside of the lid 73 dielectric 55, in such a distance to the outermost S t reindeer sheet 11, that even the tapping element on the stripline sheet 11, IIa between the two Dielectrics 55 can be adjusted.
  • phase shifter position Due to the mentioned use of dielectric material with a constant arc radius, the resulting phase shift is therefore ultimately increased. If the mentioned dielectric were not uniformly placed along the preferred outer stripline arc, the achievable phase shift would ultimately depend on the choice of the phase shifter position.
  • phase shifter assembly as discussed and described is used but, for example, individual phase shifters, e.g. a single differential phase shifter only a single part-circular line section and an associated tap element, about which only one emitter or one emitter group can be fed at the two terminal ends.
  • individual phase shifters e.g. a single differential phase shifter only a single part-circular line section and an associated tap element, about which only one emitter or one emitter group can be fed at the two terminal ends.
  • the principle according to the invention is based on simultaneously generating a disproportionate increase in the phase difference when driving an increasingly larger down-tilt angle, with which the farthest one Spotlights are fed in relation to the innermost radiators.
  • the invention has been described with reference to a group antenna, in particular for a mobile radio system, which is about the reduction of the down-tilt angle.
  • the invention can just as well for a horizontally oriented
  • Antenna array can be used in which the
  • Stripline section reproduces.

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Abstract

Ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer phasengesteuerten Gruppenantenne sowie eine zugehörige Phasenschieber-Baugruppe und Gruppenantenne zeichnen sich unter anderem durch folgende Merkmale aus: die Phasenschieber-Baugruppe ist so aufgebaut, dass zumindest eine der beiden folgenden Bedingungen erfüllt ist: RN : R1 ≥ n + k und/oder PhN : Ph1 ≥ n + k, wobei RN den größten Radius und R1 den kleinsten Radius eines Leitungsabschnittes (11) bzgl. der Phasenschieber-Baugruppe (7) darstellt, wobei k einem Wert von 0,2 und insbesondere 0,25, 0,30 oder vorzugsweise 0,40 entspricht.

Description

Verfahren zum Betrieb einer phasengesteuerten Gruppenantenne sowie einer Phasenschieber-Baugruppe und eine zugehörige phasengesteuerte Gruppenantenne
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer phasengesteuerten Gruppenantenne nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Phasenschieber-Baugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruches 10 sowie eine zugehörige phasengesteuerte Gruppenantenne nach Anspruch 17.
Phasengesteuerte Gruppenantennen sind beispielsweise aus der Mobilfunk-Technik bekannt.
Für Basisstationen werden üblicherweise Mobilfunk-Antennen eingesetzt, die aus einer oder mehreren nebeneinander angeordneten Spalten bestehen, in denen jeweils mehrere übereinander angeordnete Strahler oder Untergruppen von Strahlern angeordnet sind. Bei den Strahlern kann es sich dabei um einfach polarisierte oder dual polarisierte Strahler handeln. Die Antennen können als Mono-Band, Dual- Band oder auch als MuIti -Band Antennen ausgebildet sein, die Strahler umfassen, die in mehreren Frequenzen oder Frequenzbereichen (Frequenzbändern) senden und empfangen können. Es wird insoweit bezüglich des Aufbaus derartiger Gruppenantennen sowie Strahler und Strahleranordnungen auf vorbekannte Lösungen verwiesen, beispielsweise auf die Vorveröffentlichungen WO 00/39894 Al, DE 197 22 742 Al, DE 198 23 749 Al, DE 101 50 150 Al oder beispielsweise US 5,710,569.
Da in einem Mobilfunksystem die Anzahl der verfügbaren Kanäle begrenzt ist, werden in gewissen Abständen die gleichen Frequenzen wieder benutzt. Von daher soll die Reichweite einer Basisstation, wodurch eine sogenannte Mobilfunk-Zelle definiert wird, begrenzt sein, damit die Zellen des Funksystems sich nicht gegenseitig stören, damit also Interferenzen unterbleiben.
Von daher ist es bekannt, die Gruppenantennen für derartige Basisstationen je nach Bedarf mit einem unterschiedlichen Down-Tilt-Winkel einzustellen.
Während in den Anfängen der Mobilfunktechnik häufig dieser Down-Tilt-Winkel durch mechanische Maßnahmen unterschiedlich einstellbar war, werden heute Systeme bevorzugt, bei denen beispielsweise ein unterschiedlicher Down-Tilt-Winkel fernsteuerbar eingestellt werden kann, je nach Bedarf und Verkehrsdichte auch stets verändert werden kann.
Vor diesem Hintergrund werden bevorzugt Phasenschieber, und zwar Phasenschiebersysteme verwendet, um die einzelnen Strahler mit unterschiedlichen Phasenlagen anzusteuern, wodurch auf elektrischem Wege ein unterschiedlicher Down- Tilt-Winkel eingestellt werden kann. So ist es bekannt beispielsweise dif ferenzielle Phasenschieber zu verwenden, wie sie grundsätzlich aus der EP 1 208 614 Bl bekannt geworden sind. Dabei kann eine ungeradzahlige Anzahl von Strahlern oder Untergruppen von Strahlern über einen derartigen einfachen oder einen Mehr- fach-Phasenschieber angesteuert werden, wobei vorzugsweise ein mittlerer Strahler oder eine mittlere Strahlergruppe ohne Phasenverschiebung direkt angespeist wird. Z.B. über einen differentiellen Phasenschieber können an dessen Aus- gangen zwei Strahler oder Strahlergruppen mit unterschiedlicher Phasenverschiebung angesteuert werden. Sollen jeweils zwei weitere Strahler oder Untergruppen von Strahlern, mit nochmals verstärkten Laufzeitenänderungen und damit mit unterschiedlicher Phasenlage angesteuert werden, wird jeweils ein weiterer einfacher Phasenschieber benötigt, oder aber es wird ein Mehrfach- Phasenschieber verwendet, wie er gemäß der EP 1 208 614 Bl vorgeschlagen ist.
Anstelle von Gruppenantennen, die zumindest einen Strahler oder eine Strahlergruppe umfassen, die ohne Phasenverschiebung betrieben werden, kommen grundsätzlich auch Gruppenantennen in Betracht, die eine geradzahlige Anzahl von Strahler oder Strahlergruppen umfassen und/oder keine Strahlergruppe aufweisen, die ohne Phasenverschiebung betrieben wird.
Die Verwendung eines Einfach-Phasenschiebers zur Ansteuerung von Untergruppen von Strahlern ist beispielsweise aus der US 5,917,455 A zu entnehmen.
Die WO 03/019723 Al beschreibt ein einstellbares Antennen- Speise-Netzwerk mit Phasenschiebereinrichtung, das so auf- gebaut ist, dass durch ein verschiebbares Dielektrikum gleiche Phasendifferenzen an den zu den Strahlern führenden Anschlüssen erzeugbar sind.
Die WO 02/35651 Al beschreibt ebenfalls die Verwendung von Phasenschiebern, bei denen ein Dielektrikum in einer Streifenleitung verschoben wird. Der Schiebeweg ist dabei immer gleich. Da aber die effektiven Dielektrizitätszahlen unterschiedlich sind, lassen sich an den Strahler-An- Schlüssen Phasenverschiebungen realisieren, die jeweils gleiche Phasenunterschiede zueinander aufweisen. Dadurch lässt sich eine im Wesentlichen gerade Wellenfront mit unterschiedlichem Down-Tilt-Winkel erzeugen.
Die entsprechenden Phasenschieberelemente, die mit dem gleichen Ziel wie vorstehend erläutert eingesetzt werden können, sind dabei grundsätzlich ebenfalls aus der WO 96/ 37922 Al als bekannt zu entnehmen.
Schließlich ist eine Antennenanordnung zur Absenkung eines Down-Tilt-Winkels oder auch zur Einstellung der Abstrahlrichtung der Hauptkeule in Azimutrichtung auch aus der US 2005/0219133 Al als bekannt zu entnehmen. In dieser Vorveröffentlichung wird einleitend eine Antennenanordnung mit einer Phasenschieberbaugruppe unter Verwendung von differenziellen Phasenschiebern beschrieben, wobei die Ausgänge einer ersten Phasenschieber-Anordnung mit den Eingängen einer jeweils zweiten Phasenschieber-Baugruppe in Verbindung stehen, um darüber die Strahlerelemente anzusteuern. Ferner ist in dieser Vorveröffentlichung eine weitere Möglichkeit eines Phasenschieber-Netzwerkes nach dem Stand der Technik beschrieben, welches eine Phasenschieberbaugruppe umfasst, die zwei teilkreisförmige Phasenschieber- Lei tungsabschni tte umfasst, die konzentrisch angeordnet sind und von einem gemeinsamen Speisearm gespeist werden, der zeigerförmig um einen gemeinsamen Mittelpunkt herum verschwenkt werden kann.
Im Gegensatz dazu schlägt die vorstehend genannte Vorveröffentlichung als bessere Variante vor, Phasenschieber zu verwenden, deren jeweils beiden Ausgänge mit Strahlerelementen direkt verbunden sind. Mit anderen Worten wird also ein einstufiger Aufbau verwendet, der für jeweils zwei Strahlerelemente mehrfach vorgesehen ist. Für eine Antennenanordnung mit mehreren Strahlern, die mit unterschiedlichen Phasen gespeist werden sollen, werden von daher jeweils unterschiedliche Phasenschieber verwendet, die mittels eines Übersetzungsgetriebes so gesteuert werden, dass für die einzelnen Strahlerelemente oder Strahlergruppen unterschiedliche Phasenverzögerungen eingestellt werden können. Dabei soll entsprechend der Anzahl der verwendeten Phasenschieber und der Anordnung der Strahler ein bestimmtes Verhältnis zwischen der Verschwenkung der Phasenschieber zur Erzielung eines entsprechenden fest vorgegebenen Phasen-Verzögerungswertes eingehalten werden, nämlich beispielsweise von 1:3, 1:3:5, 1:3:5:7 und so weiter. Dabei können Toleranzen von +/- 5% in Kauf genommen werden. Um ein Strahlungsmuster beispielsweise in Form von Nebenkeulen zu optimieren wird ausgeführt, dass es in einer alternativen Ausführungsform wünschenswert sein könnte, die vorstehend genannten Verhältnisse zu variieren.
Die entsprechende unterschiedliche Einstellung eines Down- T i l t - W i nke l s z ur Ve rände rung de r Größe e i ne r entsprechenden Mobilfunk-Zelle führt aber nicht immer zu dem gewünschten Erfolg, da gleichwohl durch die Absenkung
(Down-Tilt) der Hauptstrahlungskeule auch die Nebenkeulen verschoben werden. Dabei kann die Situation eintreten, dass beispielsweise die erste Nebenkeule oberhalb der Hauptstrahlrichtung bei zunehmender Absenkung der
Hauptstrahlrichtung in die Nähe der Horizontal -Ebene (oder sogar darunter) gelangt, mit der Folge, dass dann
Mobilfunkgeräte sowie Basisstationen aus einem anderen
Abdeckungsbereich als Störer wirken. Somit wäre also ein niedriger Nebenkeulen- Pegel wünschenswert.
Zum anderen soll aber auch der Antennengewinn möglichst hoch sein, um die verfügbare Sendeleistung effektiv auf den gewünschten Abdeckungsbereich zu leiten. Ein hoher An- tennengewinn bedeutet eine hohe Bündelung der Energie. Aus der Fachliteratur bezüglich der Speisung von Gruppenantennen ist es allerdings bekannt, dass die Optimierung des Antennengewinns häufig mit einer Erhöhung des Nebenkeulen- Pegels einhergeht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer phasengesteuerten Gruppenantenne sowie eine verbesserte phasengesteuerte Gruppenantenne selbst zu schaffen, bei der die erste Ne- benkeule oberhalb der bzw. benachbart zur Hauptkeule insbesondere bei großer Strahlabsenkung (großem Down-Tilt - Winkel) bzw. großer StrahlSchwenkung einen möglichst niedrigen Pegel aufweist (um Interferenzen zu unterdrücken) und/oder die bei geringer Strahlabsenkung (also bei einer großen Zell -Ausdehnung und -Ausleuchtung) oder bei einer geringen Strahlschwenkung im Allgemeinen einen möglichst hohen Antennengewinn aufweist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich des Verfahrens entsprechend den im Anspruch 1 und bezüglich einer erfindungsgemäßen Phasenschieber-Baugruppe entsprechend den im Anspruch 10 bzw. 11 und bezüglich einer phasengesteuerten Gruppenantenne entsprechend den im Anspruch 17 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .
Es ist ausgesprochen überraschend, dass im Rahmen der Erfindung mit vergleichsweise einfachen Mitteln die vorstehend genannten Ziele realisiert werden können, die sich quasi gegenseitig ausschließen. Denn eine Pegelabsenkung der ersten Nebenkeule oberhalb der Hauptkeule bei stark abgesenktem Down-Tilt-Winkel hat häufig zur Folge, dass bei weniger starker Einstellung des Absenkwinkels der Antennengewinn nicht die gewünschte Größe aufweist oder umgekehrt bei Optimierung des Antennengewinns bei Absenkung der Hauptkeule des Strahlungsdiagramms der Antenne (Senkung des Down-Tilt-Winkels) dann der Pegel der ersten Nebenkeule oberhalb der Hauptkeule sich als zu groß herausstellt .
Bei der Strahlformung mit elektronischen Mitteln könnte nunmehr das Strahlungsdiagramm vergleichsweise flexibel geändert werden, und zwar bei freier Wahl der Amplituden und der Phasen. Insbesondere bei Basisstations -Antennen für ein Mobilfunksystem stellt jedoch der Wirkungsgrad und der Preis einen entscheidenden Faktor dar. Aus diesem Grund werden in der Regel für derartige Antennensysteme häufig mechanische Phasenschieber zur unterschiedlichen Einstellung des Down-Tilt-Winkels eingesetzt. Diese mechanischen Phasenschieber können direkt die Leitungslänge in einer Speiseleitung verlängern
(sogenanntes "Posaunen" -Prinzip, bei dem durch Verstellung eines Leitungsweges der gesamte Leitungsweg verkleinert oder vergrößert werden kann) . Möglich ist ebenso die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle auf einem Leitungsweg zu verändern, indem beispielsweise ein dielektrisches Material im Bereich des Leitungsweges eingeschoben wird und dadurch die elektrischen Bedingungen verändert werden, oder es kann eine bewegbare oder verschiebbare Koppelstelle verwendet werden, die längs einer feststehenden Leitung verschoben werden kann, um den Abgriffspunkt zu verlagern. Die Möglichkeiten zur gemeinsamen Veränderung der einzelnen Signale sind hierbei allerdings stark eingeschränkt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Weg vorgeschlagen, der mit minimalem Aufwand gleichwohl eine Möglichkeit eröffnet, im Sinne der Lösung der Aufgabenstellung zu einem deutlich verbesserten Ergebnis zu gelangen.
Das Prinzip der Erfindung basiert darauf, dass die in einer Gruppenantenne am entferntesten sitzenden (in einer Gruppenantenne beispielsweise die zuoberst und zuunterst angeordneten Strahler oder Strahleruntergruppen) oder die mit der größten Phasendifferenz angesteuerten Strahler oder Strahlergruppen einen zusätzlichen Anteil zur Phasenverschiebung erhalten, mit anderen Worten also mit einer überproportional starken Phasenverschiebung im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen angesteuert werden.
Dies erfolgt erfindungsgemäß insbesondere nicht mit einer zusätzlichen Einrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen Phasenverschiebung, sondern es wird eine entsprechend - S -
überproportionale Phasenverschiebung mit einem zusätzlichen Anteil zur Phasenverschiebung mit demselben Phasenschieber erzeugt, der auch sonst grundsätzlich für die Strahlsschwenkung zuständig ist.
Alternativ und ergänzend ist es genauso möglich, die in einer Gruppenantenne im mittleren Bereich am dichtesten zueinander sitzenden Strahler oder Strahlergruppen (die mit einer unterschiedlich einstellbaren Phasenlage angesteuert werden) im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen mit einer unterproportionalen Phasenverschiebung bei Einstellung eines Down-Tilt-Winkels oder eines veränderten Strahlwinkels zu betreiben, so dass insbesondere das Verhältnis der Phasenlage zwischen den Strahlern, die mit der größten Phasenverschiebung betrieben werden, zu den Strahlern, die mit der niedrigsten Phasenlagenänderung betrieben werden, durch einen überproportional großen Wert gekennzeichnet ist.
Dies kann bei Verwendung eines Mehrfach-Differenz- Phasenschiebers , wie er grundsätzlich beispielsweise aus der EP 1 208 614 Bl bekannt ist, dadurch erreicht werden, dass die zu äußerst liegende, in der Regel kreisbogenförmig gestaltete Streifenleitung zur Speisung der entferntest liegenden Strahler oder Strahler- Untergruppe vom konzentrischen Zentrum eines entsprechend verschwenkbaren, zeigerförmigen Abgriffelements entfernter liegt und/oder die dem Speiseleitungszentrum, d.h. der Verschwenkachse des Speiseleitungs-Arms am nächsten liegende, bogenförmige Streifenleitung dieser Verschwenkachse näher liegt.
Dieses Prinzip gilt grundsätzlich bei einem Antennensysteme mit einer geraden oder aber auch ungeraden
Anzahl von Strahlern und/oder Strahleruntergruppen. Von einem Antennensystem mit einer ungeraden Anzahl von
Strahler oder Strahlergruppen wird dann gesprochen, wenn zumindest ein Strahler oder zumindest eine Strahlergruppe vorgesehen ist, die unter Umgehung eines unterschiedlich einstellbaren Phasenschiebersystems ohne veränderbare
Phasenverschiebung gespeist wird (üblicherweise im mittleren Bereich der Gruppenantenne angeordnet) , so dass bei Ve r s c hwe nkung der Haup t s t r ah 1 r i c h t ung
(unterschiedliche Einstellung des Down-Tilt-Winkels) an diesem Strahler oder dieser Strahlergruppe keine
Phasenänderung vorgenommen wird.
Von einem geradzahligen Strahlersystem wird gesprochen, wenn eine Gruppenantenne mit einer geradzahligen Anzahl von Strahlern oder Strahleruntergruppen (oder auch hier natürlich gemischten System davon) vorgesehen ist, die über das Phasenverschiebersystem gespeist werden, also insbesondere kein mittleres System aufweisen, das ohne Phasenverschiebung angesteuert wird.
In einer ergänzenden oder alternativen Ausführungsform der Erfindung ist es dabei ebenfalls möglich, die Verschwenkachse des in der Regel zeigerförmigen, verschwenkbaren Phasenschiebereinstellelementes näher an die in der Regel teilkreis- oder teilbogenförmig gestalteten Streifenleitungen heranzusetzen, so dass diese Verschwenkachse zu den Streifenleitungen näher liegt als der Mittelpunkt der teilkreisförmigen Streifenleitungen. Auch hierdurch wird durch den entferntest liegenden teilkreisförmigen Streifenleitungsabschnitt eine überproportional starke Laufzeitveränderung an den gegenüberliegenden Anschlussstellen erzeugt bzw. an den zuinnerst liegenden tei lkreis förmigen Streifenleitungsabschnitten die Phasenlagenveränderung und damit die Laufzeitenveränderung proportional verringert, wodurch sich der erfindungsgemäße Erfolg einstellt.
Die Erfindung basiert nämlich insbesondere darauf, dass mindestens ein Strahler oder zumindest zwei über einen differenziellen Phasenschieber angespeiste Paare von Strahlern oder Strahleruntergruppen gegenüber den anderen Strahlern oder Strahleruntergruppen mit einer zusätzlichen Phasenverschiebung bezüglich des Sende- oder Empfangssignals betrieben werden, was einen positiven Einfluss auf eine zusätzliche Strahlformung im Sinne der Erfindung hat. Dabei ist der Betrag der zusätzlichen Phasenverschiebung abhängig von der Einstellung der Strahlschwenkung. Durch die einfachst zu erzielende zusätzliche Strahlverformung wird gewährleistet, dass bei zunehmend stärkerer Absenkung der Hauptkeule einer Gruppenantenne die Größe der darüber befindlichen Nebenkeule verglichen mit einem nicht-erfindungsgemäßen System im abgesenkten Zustand geringer ist (dadurch also Interferenzen mit benachbarten Zellen eher vermieden werden) und/oder dass bei eher in Horizontalrichtung ausgerichteter Hauptkeule (also bei nicht so starkem Absenk- oder Schwenk-Winkel) der Antennengewinn dieser Hauptkeule vergleichsweise größer ausfällt als bei herkömmlichen Antennensystemen.
Die Erfindung soll nachfolgen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dabei zeigen im Einzelnen: Figur 1 : eine schematische frontseitige Ansicht auf eine Gruppenantenne mit beispielsweise sechs in Vertikalrichtung übereinander an- g e o r d n e t e n S t r a h l e r n o d e r Strahleruntergruppen;
Figur 2a : eine vom Grundsatz her bekannte Phasenschieber-Baugruppe zur Ansteuerung einer anhand von Figur 1 gezeigten Gruppenantenne;
Figur 2b : ein Diagramm zur Verdeutlichung der
Phasenlagen an den Anschlüssen der g e s p e i s t e n S t r a h l e r o d e r Strahleranordnungen einer Gruppenantenne gemäß Figur 1 oder Figur 2a bei zwei unterschiedlichen Phasenschieber- Einstellungen;
Figur 2c : ein aus Figur 2b abgeleitetes Diagramm zur
Verdeutlichung der Phasenverschiebungen, die sich für die einzelnen Strahler aus den beiden E i ns t e 11 we r t e n des Phasenschiebers gemäß Figur 2b ergeben;
Figur 3a : e i n e r s t e s e r f i ndung s gemäße s
Ausführungsbeispiel einer Phasenschieber- Baugruppe zur Ansteuerung einer Gruppenantenne mit einer geradzahligen Anzahl von Strahleranordnungen, die
Strahler und/oder Strahleruntergruppen umfassen, also insbesondere einer Gruppenantenne, bei der kein Strahler oder k e i n e S t r a h l e r u n t e r g rupp e n o h n e Phasenverschiebung bei Veränderung des Down-Tilt -Winkels eingestellt wird;
Figur 3b : ein zu Figur 2b entsprechendes Diagramm für eine erfindungsgemäße Phasenschieber- Baugruppe gemäß Figur 3a;
Figur 3c : ein zu Figur 2c entsprechendes Diagramm für eine erfindungsgemäße Phasenschieber- Baugruppe gemäß Figur 3a,-
Figuren 4a vier Beispiele mit einer zwei teilkreisbis 4d : förmige Streifenleitungsbögen umfassenden Phasenschieber-Baugruppe, wobei Figur 4a eine Phasenschieber-Baugruppe nach dem Stand der Technik und die Figuren 4b bis 4d eine erfindungsgemäße Phasenschieber- Baugruppe zeigen;
Figuren 5a vier Beispiele mit einer drei teilkreisbis 5d : förmige Streifenleitungsbögen umfassenden Phasenschieber-Baugruppe, wobei Figur 5a eine Phasenschieber-Baugruppe nach dem Stand der Technik und die Figuren 5b bis 5d eine erfindungsgemäße Phasenschieber- Baugruppe zeigen;
Figuren 6a vier Beispiele mit einer vier teilkreisbis 6d : förmige Streifenleitungsbögen umfassenden Phasenschieber-Baugruppe, wobei Figur 6a eine Phasenschieber-Baugruppe nach dem Stand der Technik und die Figuren 6b bis 6d eine erfindungsgemäße Phasenschieber- Baugruppe zeigen;
Figur 7a : ein zu Figur 2a entsprechendes Beispiel einer zum Stand der Technik gehörenden vorbekannten Phasenschieber-Baugruppe zur Ansteuerung einer entsprechenden Gruppenantennen mit in Vertikalrichtung sieben übereinander sitzenden Strahleranordnungen, die jeweils aus
Strahlern und/oder Strahlergruppen bestehen können, wobei eine mittlere Strahleranordnung im Zentrum der Gruppenantenne phasenneutral angesteuert wird, also keine Phasenlagenänderung bei entsprechender Verstellung der Phasenschieber-Baugruppe erfährt;
Figur 7b : ein zu Figur 2b entsprechendes Diagramm bezüglich eines nach dem Stand der Technik bekannten Beispieles, wie in Figur 7a dargestellt ;
Figur 7c : ein zu Figur 2c entsprechendes Diagramm bezüglich des Beispiels nach dem Stand der
Technik, wie in Figur 7a dargestellt;
Figuren 8a vier Beispiele mit einer zwei teilkreis- bis 8d : förmige Streifenleitungsbögen umfassenden Phasenschieber-Baugruppe, wobei Figur 8a eine Phasenschieber-Baugruppe nach dem Stand der Technik und die Figuren 8b bis 8d eine erfindungsgemäße Phasenschieber- Baugruppe zeigen, wobei die gezeigten Phasenschieber-Baugruppen zur Speisung einer Antenne mit einer ungeraden Anzahl von Strahleranordnungen entsprechend der Darstellung nach Figur 7a dient;
Figuren 9a vier Beispiele mit einer drei teilkreisbis 9d : förmige Streifenleitungsbögen umfassenden Phasenschieber-Baugruppe, wobei Figur 9a eine Phasenschieber-Baugruppe nach dem Stand der Technik und die Figuren 9b bis 9d eine erfindungsgemäße Phasenschieber- Baugruppe zeigen, wobei die gezeigten Phasenschieber-Baugruppen zur Speisung einer Antenne mit einer ungeraden Anzahl von Strahleranordnungen entsprechend der Darstellung nach Figur 7a dient;
Figuren 10a vier Beispiele mit einer vier teilkreisbis 10d : förmige Streifenleitungsbögen umfassenden Phasenschieber-Baugruppe, wobei Figur 10a eine Phasenschieber-Baugruppe nach dem Stand der Technik und die Figuren 10b bis 10d eine erfindungsgemäße Phasenschieber- Baugruppe zeigen, wobei die gezeigten Phasenschieber-Baugruppen zur Speisung einer Antenne mit einer ungeraden Anzahl von Strahleranordnungen entsprechend der Darstellung nach Figur 7a dient;
Figur IIa ein zu Figur 3c entsprechendes Diagramm bezüglich einer erfindungsgemäßen Phasenschieber-Baugruppe, wie sie in Figur IIa gezeigt ist;
Figur IIb : ein zu Figur 3c entsprechendes Diagramm bezüglich einer erfindungsgemäßen Phasenschieber-Baugruppe, wie sie anhand von Figur IIb wiedergegeben ist;
Figuren 12a vier Strahlungsdiagramme zur Verdeutlibis 12d : chung des Pegels der ersten Nebenkeule oberhalb der Hauptkeule ohne Absenkung, bei einer entsprechenden Absenkung und bei einem erf indungsgemäß veränderten V e r h ä l t n i s d e r R a d i e n d e r S t r e i f e n 1 e i t ung s ab - s c hn i 11 e der Phasenschieber-Baugruppe für ein erstes Ausführungsbeispiel ;
Figuren 13a vier Strahlungsdiagramme zur Verdeutlibis 13d : chung des Pegels der ersten Nebenkeule oberhalb der Hauptkeule ohne Absenkung, bei einer entsprechenden Absenkung und bei einem erfindungsgemäß veränderten V e r h ä l t n i s d e r R a d i e n d e r S t r e i f e n 1 e i t ung s ab - s c hn i 11 e der Phasenschieber -Baugruppe für ein zweites Ausführungsbeispiel ;
Figuren 14a zwei Strahlungsdiagramme zur Verdeutliund 14b : chung des Pegels der ersten Nebenkeule oberhalb der Hauptkeule bei einem erfindungsgemäß veränderten Verhältnis der Radien der Streifenleitungsab- schnitte der Phasenschieber-Baugruppe für ein drittes Ausführungsbeispiel ; und
Figur 15 : e ine Querschnittsdarstellung durch die
P h a s e n s c h i e b e r - B a u g r u p p e u n t e r zusätzlicher Verwendung von Schichten aus
Dielektrikum .
In Figur 1 ist in schematischer Frontansicht eine Gruppenantenne gezeigt, die mehrere Strahler 1 vor einem Reflektor 3 aufweist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Gruppenantenne sechs dual polarisierte Strahler oder Strahleranordnungen Ia bis If.
Die Strahler können dabei aus unterschiedlichen Strahlern oder Strahlertypen bestehen, aus Dipolstrahlern, Kreuzdipolen, sogenannten Vektordipolen (bekannt beispielsweise aus der WO 00/39894 Al) , Patchstrahlern oder dergleichen. Es kann sich dabei um eine Mono-Band- Antenne, eine Dual -Band-Antenne oder MuIti -Band-Antenne handeln, die in drei oder Mehrfrequenzbändern sendet und/oder empfängt. Ebenso kann es sich um einfach polarisierte oder dual polarisierte Antennen handeln. Es wird insoweit auf bekannte Lösungen verwiesen.
Eine anhand von Figur 1 schematisch gezeigte Antenne kann beispielsweise in der Basisstation einer Mobilfunk-Anlage eingesetzt werden.
Um einen Schwenkkwinkel im Allgemeinen oder einen Absenkwinkel im Besonderen, also den sogenannten Down-
Tilt-Winkel, gegenüber der horizontalen Ebene unterschiedlich einstellen zu können, werden gemäß dem erläuterten Ausführungsbeispiel mechanisch betätigbare Differenz- Phasenschieber verwendet, wie sie grundsätzlich aus der EP 1 208 614 Bl bekannt sind. Bezüglich des Detailaufbaus wird insoweit auf diese Vorveröffentlichung verwiesen.
Anhand von Figur 2a ist eine derartige, aus der vorstehend genannten Vorveröffentlichung EP 1 208 614 Bl bekannte Phas ens chieber - Baugruppe dargestellt, mit der beispielsweise eine in Figur 1 gezeigte Antenne mit sechs in Vertikalrichtung übereinander angeordneten Strahlern oder Strahleruntergruppen 1 mit unterschiedlichem Absenkwinkel betrieben werden kann. Es handelt sich dabei um eine Gruppenantenne, bei der eine gerade Anzahl von Strahlern oder Strahlergruppen angesteuert werden kann. Mit anderen Worten handelt es sich um eine Gruppenantenne, die keinen Strahler oder keine Strahlergruppe (in der Regel in der Mitte) aufweist, die ohne Phasenlagenänderung betrieben wird.
Anhand von Figur 2a ist also eine vorbekannte Phasenschieber-Anordnung oder -Baugruppe 7 gezeigt, die drei um einen Mittelpunkt 9 konzentrisch angeordnete, teilkreisförmige Leitungsabschnitte 11, in der Regel sogenannte Streifenleitungsabschnitte IIa umfasst. Eine Speiseleitung 13 führt zur zentralen Speisestelle 9 des Abgriffelements 15, wobei die Speisestelle 9 im Bereich der Schwenkachse 17 des Abgriffelements 15 vorgesehen ist. Das zeigerförmige Abgriffelement 15 kann um dessen Verschwenkachse 17 über die teilkreisförmigen, konzentrisch angeordneten Leitungsabschnitte 11 hinweg verstellt werden kann. Über kapazitive Kopplungen zwischen dem Abgriffselememt 15 und den Leitungsabschnitten 11 wird dann das Speisesignal übertragen, wobei an den jeweils gegenüber 1 iegenden Anschlüssen 19 am Ende der Leitungsabschnitte 11 je eine Verbindungsleitung 21 zu den Strahlern oder Strahlergruppen 1 führt .
Je nach Stellung des beispielsweise über eine fernsteuerbare motorische Einrichtung automatisch verschwenkbaren Abgriffelements ergeben sich dabei von dem jeweiligen Angriffs- oder Koppelpunkt 23 (also dem jeweiligen Angriffsoder Koppelbereich 23) zwischen dem Abgriffelement 15 und dem damit gekoppelten Abschnitt der teilkreisförmigen Streifenleitungen IIa und den zu den Streifenleitungsabschnitten 11, IIa gegenüberliegenden Anschlüssen 19 unterschiedlich lange Wegstrecken, wodurch bei Verstellung des Abgr i f f element es 15 die auf einer Seite des Abgr i f f e 1 emen t s 15 gespeisten Strahler eine Laufzeitverkürzung und die auf der anderen Seite angeschlossenen Strahler eine Laufzeitverlängerung oder - Verzögerung entsprechend der Weglänge erfahren. Befindet sich das Abgriffelement 15 in seiner neutralen Mittellage (in Figur 2a in Horizontalrichtung) , so weisen die gegenüberliegenden Anschlüsse 19 eines jeweiligen streifenleitungsförmigen Bogens 11, IIa die gleiche Phasenlage auf. Demgegenüber kann das Abgriffelement 15 im gezeigten Ausführungsbeispiel bis in die maximale vertikale obere Endlage bzw. die maximale in Vertikalrichtung verlaufende untere Endlage verstellt werden, wobei zwischen diesen beiden End- oder Extremlagen dann die maximale Phasenverschiebung mit der Phasenschiebereinrichtung erzeugt werden kann.
In Figur 2a ist ferner, wie erwähnt, zwischen den Anschlüssen 19 an den gegenüberliegenden Anschlussenenden der teilkreisförmigen Streifenleitungsabschnitte 11 und einem jeweiligen Strahler oder einer Strahlergruppe 1 eine entsprechende Verbindungsleitung 21 eingezeichnet, die zur Speisung jeweils eines für eine Polarisationsebene geeigneten Strahlers 1 verwendet wird, beispielsweise für die im -45° ausgerichteten dipolförmigen oder dipolähnlichen Strahler 1' der beispielsweise kreuzförmigen oder dipolquadratähnlichen oder vektordipolähnlichen Dipolstrahler 1. Von daher muss eine entsprechende zweite Phasenschieber-Baugruppe 7 für die Speisung der zweiten Polaristionsebene von z.B. +45° vorgesehen sein, also zur Speisung der Strahler 1", die in einer entsprechenden, um 90° gedrehten Polarisationsebene betrieben werden. Der Einfachheit halber ist dies in Figur 2a nicht mit dargestellt. Grundsätzlich können dabei alle geeigneten Strahler oder Strahlertypen verwendet werden, beispielsweise auch Patch-Strahler, Schlitz-Strahler, etc.. Einschränkungen bestehen insoweit nicht.
Üblicherweise sind die in Figur 1 bzw. Figur 2a dargestellten Strahler 1, 1' bzw. 1" in Anbaurichtung gemäß Pfeildarstellung 26 in gleichen Abständen D zueinander angeordnet, also in einer äquidistanten
Anordnung zu einander. Diese Abstände D können aber bei
Bedarf durchaus auch zwischen einigen der in Anbaurichtung 26 nebeinander oder übereinander sitzenden Strahler variieren, müssen also nicht zwangsweise stets einen festen gleichen Abstand D zueinander aufweisen.
Ferner ist in Figur 2a jeweils der Abstand SN von der phasenneutralen Mittellage Z (also dem Zentrum Z der Antenne) und dem davon entferntest liegenden oberen bzw. entferntest liegenden unteren Strahler If bzw. Ia eingezeichnet, ebenso wie der Abstand S1, der dem Abstand von der phasenneutralen Mittellage (Zentrum) Z bis zu dem diesem Zentrum Z am nächsten liegenden oberhalb bzw. unterhalb von der neutralen Mittellage Z vorgesehenen Strahler 1.
Somit wird eine derartige Gruppenantennen üblicherweise mit einer Phasenschieber-Baugruppe gemäß Figur 2a betrieben, die konzentrisch zueinander angeordnete, teilkreisförmige Leitungsabschnitte 11, insbesondere Streifenleitungen IIa umfasst, deren Radien RN : R2 : R1 in einem Verhältnis von 5:3:1 angeordnet sind, und zwar auf das Zentrum 17 der teilkreisförmigen Streifenleitungen IIa bezogen, welches gleichzeitig mit der Verschwenkachse 17 des Phasenverschiebungen in einem festen Verhältnis von beispielsweise Φ, 3Φ, 5Φ etc. , so dass sich beispielsweise, wie in Figur 2b gezeigt, Phasenlagen von +5Θ, +3θ, +1Θ, -lθ, -36, -5Θ erzielen lassen, wobei θ einen sich durch die Stellung des Abgriffelements und durch die damit verbundene Laufzeitverlängung oder Laufzeitverzögerung ergebenden Phasenwinkel darstellt.
Aufbau und Funktionsweise des Phasenschiebers sowie der gesamten Antennenanordnung ist dabei derart, dass beispielsweise ein Speisesignal zur zentralen Speisestelle 9 des Abgriffelements 15 geführt wird und sich von dort aus über das Abgriffelement 15 und die Angriffs- und Koppelbereiche 23 dann über die bogenförmigen Streifenleitungsabschnitte weiter in radialer Richtung ausbreitet. Dabei wird ein Teil auf den innersten Bogen ausgekoppelt, ein weiter Teil auf den zweiten Bogen, usw.. Da diese Ausbreitung genauso Zeit beansprucht wie die Ausbreitung auf einer bogenförmigen Streifenleitung, werden diese Bögen auch mit unterschiedlichen Phasen gespeist. Wenn das Abgriffelement 15 in Mittelposition steht, sind die Laufzeiten auf den zwei Leitungsabschnitten eines Bogens gleich. Trotzdem haben aber die Bögen 11, IIa entsprechend ihrer Radien unterschiedliche Laufzeiten, d.h. der innere Bogen hat auch diesbezüglich wieder die kürzeste Laufzeit. Insgesamt kann man also bei Mittelstellung Phasenunterschiede an den Anschlüssen der verschiedenen Bögen feststellen von z.B. 200' . Soll dann die Gruppenantenne in dieser Mittelposition der Phasenschieber eine StrahlSchwenkung von 0" aufweisen, dann müssen die Phasen an den Strahler auf den gleichen Wert gebracht werden. Dies geschieht durch unterschiedlich lange Leitungen von den Phasenschieberanschlüssen 19 zu den Strahlern Ia bis If. Bei Mobilfunksystemen benötigt man aber üblicherweise nur eine Strahlabsenkung nach unten, d.h. der Einstellbereich soll nicht z.B. +5° ... -5" sein, sondern z.B. 0° ... - 10°. In dem Fall werden die Leitungslängen 21 zu den Strahlern Ia bis If also so gewählt, dass die Gruppenantenne bei Mittelposition der Phasenschieber (also bei Mittelposition des Abgriff elements 15) eine Strahlabsenkung von 5' aufweist. Das ist gleichbedeutend mit gleichen Phasen an den Strahlern, wenn sich der Phasenschieber in der Extremposi t ions "minimale Strahlabsenkung" befindet. Da ein Stück Leitung natürlich immer eine Phasenverzögerung bedeutet, ist die letzten Spalte auf den größten Wert normiert, d.h. alle anderen Strahler benötigen eine entsprechend längere Zuleitung.
Bereits an dieser Stelle wird angemerkt, dass die nachfolgend im Detail erläuterte Erfindung grundsätzlich unabhängig ist von konstanten Laufzeiten oder Phasen an einzelnen Strahlern. Dies gilt nicht nur bzgl . der Verschiebung des Schwenkwinkelbereichs (beispielsweise von +5' bis -5' hin zu einem Verschwenkbereich von - wie oben dargestellt - von 0' bis -10" etc.), sondern auch weitere Maßnahmen zur Diagrammformung, wie beispielsweise einer Nul l s t e l l enauf fül lung unte rha lb de r Hauptkeulenstrahlrichtung. Erfindungsrelevant sind die variablen Phasenverschiebungen des Phasenschiebers bezogen auf die Positionen der Strahler oder Strahlergruppen.
Figur 2b zeigt die Phasen der Strahler Ia bis If für ein Beispiel, wie es oben beschrieben ist. Figur 2b zeigt dabei die Phasenlagen Ph-L an den Strahleranschlüssen Ia bis If, und zwar für zwei unterschiedliche Einstellungen des Abgriffelementes 15. Die eine Datenreihe (gekennzeichnet durch die hellen Punkte) beschreibt die Phasenlagen an den Strahleranschlüssen, wenn das Abgriffelement 15 sich in seiner einen Extremposition befindet. Die zweite Datenreihe (dunkle Punkte) betrifft die Phasenlage Ph-L an den Strahleranschlüssen Ia bis If, wenn das Abgriffelement 15 in seine gegenüberliegende Extremposition verstellt ist, in welcher der unterste Strahler Ia die größte Phasenverzögerung und der oberste Strahler If die geringste Phasenverzögerung erfährt . Dazu sind in dem Diagramm gemäß Figur 2b die entsprechenden Messpunkte für die Strahler Ia bis If von links nach rechts verlaufend eingetragen.
Mit anderen Worten ist dieses Beispiel so gewählt, dass bei Verstellung des Abgriffeleraentes 15 in die eine Extremposition (helle Messpunkte in Figur 2b) alle Strahler gleichphasig strahlen, wobei bei Verstellung des Abgriffelementes 15 in die andere Extremposition eine maximale Phasendifferenz und damit ein maximaler Down-Tilt -Winkel einstellbar ist.
Figur 2c zeigt demgegenüber die Differenzen Ph-D zwischen den jeweiligen beiden Phasenwerten für die einzelnen Strahler Ia bis If. Die Phasendifferenz (wie in Figur 2c gezeigt) , also die Phasenverschiebung, die durch Verstellung des Abgriffelementes 15 erzeugt wird, könnte auch direkt durch Messen der Phase eines betreffenden Strahlers ermittelt werden, bei z.B. minimaler Strahlabsenkung und anschließender Messung der Phase des Strahlers bei maximaler Strahlabsenkung. Übliche Messgeräte bieten die Möglichkeit, den ersten Wert als Referenzwert für die nachfolgende Messung zu bestimmen. Damit würde die nachträgliche Berechnung der Differenz der Phasenwerte wegfallen.
Da die in dem Diagramm gemäß Figur 2c eingezeichneten Werte unabhängig von der Kabellänge zwischen den Phasenschieber-Anschlüssen 19 und den Strahlern 1 sind, treten die gleichen Werte insbesondere auch den Phasenschieber- Anschlüssen auf.
Es wird ferner angemerkt, dass in den Figuren 2b und 2c auf der X-Achse die Positionen der einzelnen Strahler oder Strahlergruppen Ia bis If dargestellt sind, die jeweils in einem vertikalen Abstand von beispielsweise 300 mm zueinander angeordnet sind. Somit ergeben sich vom untersten Strahler Ia in Figur 2a bis zum zuoberst liegenden Strahler If die in Figur 2b auf der X-Achse angegebenen Abstände zwischen den Strahlern in Millimetern. Aus Figur 2c ist also zu ersehen, dass bei gleichen Abständen der Strahler zueinander durch eine entsprechende Phasenschieber-Baugruppe gleichmäßige Phasenlagenänderungen zwischen den einzelnen Strahler herstellbar sind. Die Mitte oder das Zentrum Z der Gruppenantennen wird dabei durch die phasenneutrale Mittellage definiert, die also bei Einstellung einer Phasenlagenänderung (Einstellung eines Verschwenk- oder Down-Tilt -Winkels) keine Phasenlagenänderung erfährt oder erfahren würde.
Bevor nunmehr auf die erfindungsgemäße Ausführungsform unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren eingegangen wird, wird angemerkt, dass die erfindungsgemäße Phasenschieber-Baugruppe bevorzugt für eine Antenne oder Antennenanorgung (Antennengruppe) verwendet wird, bei der die einzelnen Strahler oder Strahlergruppen, also die Strahleranordnung 1 im gleichen Abstand D zueinander angeordnet sind (also beispielsweise die Zentren der entsprechenden Strahleranordnung im gleichen Abstand D zueinander angeordnet sind, wobei diese Abstände zum Teil auch variieren können. Die einzelnen Abstände D zwischen den Strahlern, Strahleranordnungen oder Strahlergruppen sollen dabei gleich sein oder maximal 15% oder weniger als 15% voneinander abweichen. Bevorzugt sollen die Abstände D gleich sein oder weniger als 10%, insbesondere weniger als 8%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2% und insbesondere weniger als 1% voneinander abweichen.
Im Gegensatz dazu zeigt nunmehr die Ausführungsform gemäß Figur 3a eine erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der der Abstand, also der Radius RN des äußersten Streifenleitungsabschnittes IIa zum Zentrum 9 bzw. der damit zusammenfallenden Verschwenkachse und der Speisestelle 17 des Abgriffelementes 15 und dabei vor allem zu dem innersten konzentrisch angeordneten Streifenleitungsabschnitt IIa entfernter liegt als bei dem Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik, wie in Figur 2a gezeigt ist. Während die Radien RN : R2 : R1 bei den Streifenleitungsabschnitten IIa bei herkömmlichen Phasenschiebern, wie anhand von Figur 2a gezeigt ist, in einem Verhältnis von 5:3:1 (von außen nach innen zum Zentrum hin berechnet) nebeneinander angeordnet sind, ist bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3a dieses Verhältnis beispielsweise zu 7:3:1 gewählt (wobei die Lage des äußersten Streifenleitungsabschnittes bei üblicher Gestaltung des Phasenschiebers, wie in Figur
2a gezeigt, in Figur 3a strichliert eingezeichnet ist) .
Obgleich grundsätzlich die erfindungsgemäße Lösung auch durch Verschaltung und Verkopplung (mechanische Übersetzung etc.) von mehreren separaten Phasenschiebern möglich ist, wird erfindungsgemäß eine Phasenschieber- Baugruppe bevorzugt verwendet, die entsprechend den nachfolgenden Ausführungsbeispielen zwei oder mehrere Streifenleitungsbögen aufweist, um eine entsprechende Anzahl von Strahlern oder Strahlergruppen zu speisen.
Dabei wird ferner bevorzugt ein dif f erenzieller Phasenschieber bzw. eine differenzielle Phasenschieber- Baugruppe verwendet, bei welcher durch Verstellung des Abgriffelementes die Weglänge zu den Anschlüssen 19 auf der einen Seite der Streifenleitungsabschnitte jeweils kleiner und die Weglänge zu den jeweils gegenüberliegenden Anschlüssen 19 an den diversen Streifenleitungsbögen um ein entsprechendes Wegstück größer werden, mit anderen Worten in der einen Richtung eine Laufzeitverkürzung und in der anderen Richtung eine entsprechende Laufzeitverlängerung bewerkstelligt wird, wodurch die unterschiedliche Phasenverstellung oder Phaseneinstellung bewirkt wird.
Zur Definition der gewählten Länge der Radien RN, R2 bzw. R1 (wie aber auch bei den folgenden Ausführungsbeispielen) soll angemerkt werden, dass jede der bogenförmigen Streifenleitungsabschnitte 11 aufgrund einer in Radialrichtung verlaufenden Breite letztlich durch einen inneren Radius, einen äußeren Radius und einen mittleren Radius definiert werden kann. Für die Erläuterung der Erfindung wird stets von dem "mittleren Radius" ausgegangen, der also in der Mitte des jeweils teilkreisförmig und streifenförmig gestalteten Leitungsabschnittes 11 zu liegen kommt. Dieser mittlere Radius ist entscheidend für die Länge des Bogens und damit für die Phasenverschiebung.
Die entsprechenden maximal erzielbaren Phasen-Differenzen bezüglich einer ansonsten unveränderten Gruppenantennen sind anhand von Figur 3c wiedergegeben, wobei in Figur 3b die überproportionale Phasenlagenänderung bezüglich der beiden entferntest liegenden Strahler Ia bzw. If zu ersehen ist.
Allgemein sollte dieses Verhältnis so gewählt sein, dass das Radiusverhältnis RN : R1 zwischen dem zuäußerst liegenden N-ten Streifenleitungsabschnitt und dem zuinnerst liegenden Streifenleitungsabschnitt (der also dem Mittelpunkt 9 und damit dem Speisepunkt 17 des Abgriffelementes 15 am nächsten liegt) , worüber die Strahler oder Strahleruntergruppen angesteuert werden, bei Verwendung von drei Streifenleitungsabschnitten IIa ohne phasenneutrale Mittenansteuerung (also bei einer geradzahligen Gruppenantenne mit einer geradzahligen Anzahl von Strahlern und/oder Strahlergruppen) einen Wert von
>- 5,4 : 1
aufweist .
Die erfindungsgemäßen Lösungen im Gegensatz zum Stand der Technik sollen nachfolgend in einem systematischen Überblick wiedergegeben werden, wobei verschiedene Beispiele nachfolgend erörtert werden. Dabei werden zunächst Beispiele gezeigt, bei denen eine Gruppenantennen mit einer Phasenschieberanordnung gespeist wird, bei der die Antennengruppe eine gerade Anzahl von Strahlern oder Strahleruntergruppen umfasst. Mit anderen Worten wird eine Gruppenantenne verwendet, die keine mittlere Strahleranordnung oder Strahlergruppe umfasst, die ohne Phasenverschiebung betrieben wird, wenn die zum Zentrum versetzt liegenden Strahler mit einer unterschiedlich einstellbaren Phasenlage angesteuert werden.
Aus f ührungsbeispie 1 mit zwei konzentrischen
Streifenleitungen :
Anhand von Figur 4a ist eine Lösung nach dem Stand der Technik und in den Figuren 4b bis 4d eine davon abweichende erfindungsgemäße Lösung gezeigt. Bei dem zwei Bögen umfassenden Beispiel nach dem Stand der Technik gemäß Figur 4a weist der Radius RN, also der äußerste Radius der teilkreisförmigen Streifenleitung IIa, zum inneren Radius R1 ein Verhältnis von 3 : 1 auf .
Eine Erhöhung des Antennengewinns bei eher horizontaler Ausrichtung der Hauptkeule und eine Verringerung und Dämpfung der ersten oberhalb der Hauptkeule befindlichen Nebenkeule bei stärkerer Absenkung der Hauptkeule lässt sich dann erzielen, wenn der Radius der äußeren Streifenleitung vergrößert (gezeigt in Figur 4b) , oder der innere Radius R1 der zuinnerst liegenden teilkreisförmigen Streifenleitung verringert (gezeigt in Figur 4c) , oder sowohl der äußere Radius RN der äußeren Streifenleitung vergrößert und gleichzeitig der innere Radius R1 zu zuinnerst liegenden Streifenleitung verkleinert wird.
Dabei ist in den Figuren 4b bis 4d (wie auch in allen weiteren Figuren) strichliert die Lage der teilkreisförmigen und konzentrisch zueinander angeordneten Streifenleitungsabschnitte IIa eingezeichnet, wenn sie wie bei Stand der Technik nach Figur 4a positioniert wären. Der in Figur 4b strichliert eingezeichnete Teilkreis entspricht also jener Lage, bei der die in Figur 4a zuäußerst liegende teilkreisförmige Streifenleitung mit dem Radius RN angeordnet ist.
Bei der ersten erfindungsgemäßen Lösung gemäß Figur 4b ist der Radius RN des zuäußerst liegenden Streifenleitungsabschnittes vergrößert worden, so dass sich ein Verhältnis des Radius RN zum inneren Radius R1 von z.B. 3,8 : 1 ergibt .
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4c ist der innerste Radius der inneren Streifenleitung verkleinert worden, so dass sich ein Verhältnis von RN : R1 zu 3 : 0,7, also umgerechnet von 4,29 : 1 ergibt.
In Figur 4d ist gezeigt, dass gegenüber der nach dem Stand der Technik bekannten Lösung gemäß Figur 4a der äußere Radius RN vergrößert und gleichzeitig der innere Radius R1 verkleinert wurde. Hier ergibt sich ein Verhältnis von beispielsweises RN : R1 von 3,4 : 0,9 oder umgerechnet von 3,78 : 1.
Allgemein sollte das Verhältnis zwischen äußerstem und innerstem Radius RN : R1 größer sein als 3,4 und vorzugsweise größer sein als 3,5 oder 3,6 bzw. 3,8. Als maximaler Wert dieses Verhältnisses bietet sich ein Wert von < 7, vorzugsweise ≤ 6,5 oder ≤ 6 an.
Grundsätzlich könnte bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel nach Figur 4b sogar der Radius des im Zentrum zuinnerst liegenden Streifenleitungsabschnittes ebenfalls vergrößert werden (also nicht unverändert bleiben oder sogar verringert werden) , solange nur das Verhältnis von RN : R1 größer als 3,4 : 1 bleibt. Das Verhältnis der Radien ist somit also entscheidend, da hierdurch die gewünschte überproportionale Phasenverschiebung für die entferntest liegenden Strahler in einem bestimmten Verhältnis der Phasenverschiebung der dem Zentrum der Antenne am nächsten liegenden Strahler gegenüber herkömmlichen Lösungen nach dem Stand der Technik unterschiedlich eingestellt oder verstellt wird, um zum einen einen möglichst hohen Antennengewinn zu realisieren und zum anderen bei Einstellung eines unterschiedlich starken Down-Tilt-Winkels vor allem die erste oberhalb der Hauptkeule befindliche Nebenkeule in ihrem Pegel zu verringern.
Aus f ührungsbeispiel unter Verwendung von drei Streifenleitungsböqen :
Anhand der Figuren 5a bis 5d ist nunmehr ein Beispiel einer Gruppenantenne mit sechs übereinander angeordneten Strahlern 1 oder Strahleruntergruppen 1 gezeigt, also wiederum eine gerade Anzahl von Strahlern oder Strahleruntergruppen, die also nicht mit einer phasenunabhängigen Mitteneinspeisung gespeist werden.
In Figur 5a ist wiederum das Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik gezeigt (RNIR2IR1 = 5:3 il) und in den Figuren 5b bis 5d Varianten, bei denen einmal der äußerste Radius RN des zuäußerst liegenden Streifenleitungsabschnitts vergrößert, bei Figur 5c der Radius R1 des zuinnerst liegenden Streifenleitungsabschnitts verringert und bei Figur 5d der äußerste Radius RN vergrößert und der innerste Radius R1 verkleinert wurde. Das Verhältnis zwischen dem Radius RN des zuäußerst liegenden teilkreisförmigen Streifenleitungsabschnittes IIa zum zuinnerst liegenden (also dem Mittelpunkt 9 am nächsten liegenden) Radius R1 sollte bei diesem Ausführungsbeispiel größer als 5,4 : 1 und insbesondere größer als 5,5 oder 5,6 oder 5,6 : 1 betragen. Maximale Werte liegen bei 9, vorzugsweise <8,5 oder <8. Die entsprechenden Daten sind in der Anlage in der beigefügten Tabelle wiedergegeben. Ausführunqsbeispiel mit vier Streifenleitungsbögen:
In den Figuren 6a bis 6d sind die entsprechenden Verhältnisse bezüglich der Speisung von maximal acht Strahlern oder Strahleruntergruppen mittels vier konzentrischen teilkreisförmigen Streifenleitungsbögen gezeigt, wobei Figur 6a wiederum die Lösung nach dem Stand der Technik (RN : R3 : R2 : R1 = 7:5:3:1) und die anderen Figuren die erfindungsgemäßen Lösungen beschreiben. In den Figuren 6b bis 6d ist stichliert wieder die Lage der Streifenleitungsabschnitte nach dem Stand der Technik gezeigt, wobei in Figur 6b der äußere Radius vergrößert, in Figur 6c der innerste Radius verkleinert und in Figur 6d der äußere Radius vergrößert und gleichzeitig der innerste Radius verringert wurde. Die entsprechenden Daten sind in der Anlage in der beigefügten Tabelle wiedergegeben .
Auch in diesem Ausführungsbeispiel sollte das Verhältnis des Radius der äußersten Streifenleitungsbogens zum innersten einen Wert von 7,4 : 1 und mehr betragen, vorzugsweise einen Wert von 7,5 bzw. 7,6 oder 7,8 : 1 und mehr. Das maximale Verhältnis zum äußersten und zum innersten Radius sollte in der Regel den Wert 10 nicht übersteigen, vorzugsweise <10,5 oder <10 sein.
Allgemein lassen sich die Verhältnisse für eine Phasenschieber-Baugruppe so beschreiben, dass das Verhältnis des zuäußerst liegenden Radius RN : R1 so gewählt sein soll, dass die folgende Ungleichung gilt:
RN : R1 ≥ 2n - 0 , 6 wobei n eine natürliche Zahl 2, 3, 4 ... N wiedergibt, und dabei n der Anzahl der in der Phasenschieber-Baugruppe verwendeten teilkreisförmigen Leitungsabschnitte, also Streifenleitungsabschnitte IIa, entspricht.
Bei den erläuterten Ausführungsbeispielen mit mehr als zwei Streifenleitungsbögen sind die zwischen dem innersten und äußersten S t rei f enle i tungsbogen dazwischen befindlichen teilkreisförmigen Streifenleitungsabschnitte in ihrer Lage, wie beim Stand der Technik, unverändert geblieben. Auch diese mittleren Streifenleitungsabschnitte können aber bei Bedarf einen etwas größeren oder kleineren Radius aufweisen. Die dadurch verursachten Änderungen sind aber nur von marginaler Bedeutung. Entscheidungserheblich sind die Vergrößerungen bzw. Verkleinerungen des Radius des Streifenleitungsabschnittes mit dem größten und/oder mit dem kleinsten Radius.
Wenn beispielsweise ein Antennenarray mit einer ungeradzahligen Anzahl von Strahlern oder
Strahleruntergruppen gespeist werden soll, kann eine
Phasenschieber-Baugruppe verwendet werden, wie sie grundsätzlich anhand von Figur 7a gezeigt ist, bei der also ein mittlerer Strahler oder Strahleruntergruppe Ix stets ohne Phasenverschiebung gespeist wird. Dadurch ergibt sich nach dem Stand der Technik eine
Phasenschieber-Baugruppe bei der die anhand von Figur 7a eingezeichneten unterschiedlichen Phasenlagenänderungen erzielbar sind.
Die erfindungsgemäßen Lösungen im Gegensatz zum Stand der Technik für unterschiedliche Anzahlen von Streifenlei - tungsbogen sind nunmehr anhand der nachfolgend erörterten Beispiele gezeigt.
Anhand von Figur 7a ist dazu ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das ähnlich zu Figur 2 wiedergegeben ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine ähnliche Phasenschieber-Baugruppe mit drei teilkreisförmigen Leiterbahnen 11, d.h. Streifenleitungsabschnitten IIa verwendet, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, und zwar zu einem Mittelpunkt 9. Um die damit zusammenfallende Verschwenkachse und Speisestelle 17 ist ein zeigerförmiges Abgriffelement 15 verschwenkbar. Dadurch werden die in Rede stehenden Laufzeitverzögerungen bzw. -Verkürzungen realisiert, entsprechend denen die einzelnen Strahler für jede Polarisation getrennt ange- steuert werden. Der in Figur 7a mittlere Strahler Ix oder eine eventuell hier vorgesehene, nicht näher gezeigte mittlere Strahlergruppe wird ohne Phasenverschiebung direkt über die Speiseleitung 13 und die nachfolgende Zweigleitung 13a gespeist. Die Radien RN : R2 : R1 von außen nach innen verhalten sich hier wie 6:4:2 (bzw. 3:2:1) wenn die entsprechenden Verhältnisse in Relation zu den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2 bis 6 berücksichtigt werden, wo die Radien sich in einem Verhältnis von 5:3:1 von außen nach innen ergeben. Bei dem Beispiel nach Figur 7a lassen sich beispielsweise von dem zuäußerst liegenden zu dem zuinnerst liegenden Streifenleitungsabschnitt IIa Phasenverschiebungen von 3φ, 2φ, lφ realisieren, also Phasenlagenänderungen bezüglich der Strahler von 6Θ, 4Θ, 2Θ, wobei θ einen sich durch die Stellung des Abgriffelements ergebenden Phasenwinkel darstellt. In Figur 7b sind dabei, ähnlich zu Figur 2b, die Phasenlagen bei einer derart nach dem Stand der Technik betriebenen phasengesteuerten Gruppenantenne wiedergege- ben .
In Figur 7c ist dazu ein Diagramm bezüglich der maximal erzielbaren Phasenverschiebungen an den einzelnen An- S c hlü s s en 1 9 de r t e i l k re i s f örmi ge n Streifenleitungsabschnitte 11, IIa bzw. an den Anschlüssen der Strahler oder Strahlergruppen wiedergegeben.
Phasenschieber mit zwei teilkreisf örmigen Streifenleitungen :
In den Figuren 8a bis 8d sind Ausführungsbeispiele mit einer Phasenschieber-Baugruppe gezeigt, die zwei konzentrisch zueinander angeordnete teilkreisförmige Streifenleitungsabschnitte umfassen, wobei ähnlich wie in Figur 7 ein mittlerer Strahler oder eine mittlere Strahleruntergruppe ohne Phasenverschiebung unabhängig von der Einstellung der Phasenschieber-Baugruppe angesteuert wird. Figur 8a zeigt dabei wieder die Anordnung des Standes der Technik, bei welchem der Radius RN des äußeren Bogens zum Radius R1 des inneren Bogens 4 : 2 oder 2 : 1 beträgt .
Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen auch ist jeweils in der zweiten Figur 8b der äußere Radius RN vergrößert, in Figur 8c der innere Radius R1 verringert und in Figur
8d sowohl der äußere Radius RN vergrößert als auch der innere Radius R1 verringert worden, und zwar im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen nach Figur 9a. Aus der Tabelle sind die entsprechenden Werte für die Verhältnisse der Radien wiedergegeben.
Die erfindungsgemäßen Verbesserungen lassen sich dann erzielen, wenn das Verhältnis zwischen äußerstem zu inners- tem Radius größer als 2,2 : 1, vorzugsweise größer als 2,3 : 1, insbesondere 2,4 : 1 ist. Der maximale Wert dieses Verhältnisses sollte unter 4, vorzugsweise unter 3,5 oder 3 liegen.
Aus f ühr ung s be i sp i e 1 mit drei konzentrischen teilkreisförmiqen Streifenleitungsabschnitten :
In den Figuren 9a bis 9d sind die entsprechenden Verhältnisse wiedergegeben (mit RN : R2 : R1 = 3 : 2 : 1 bei Figur 9d nach dem Stand der Technik) , wenn sieben Strahler oder Strahleruntergruppen mit einer Phasenschieber-Baugruppe mit drei konzentrisch zueinander angeordneten, teilkreisförmigen Leitungsabschnitten betrieben werden, wobei in den Figuren wieder die entsprechenden äußeren Radien im Rahmen der Erfindung vergrößert, die inneren Radien verringert, oder sowohl der äußere Radius vergrößert als auch der innere Radius verringert wird. Die entsprechenden Verhältnisse des äußersten und innersten Radius ergeben sich aus der beigefügten Tabelle. Erfindungsgemäß sollte das Verhältnis von RN : R1 > 3,2 ausmachen, insbesondere > 3,3 oder > 3,4. Der maximale Wert dieses Verhältnisses sollte nicht größer als 6 sein, vorzugsweise nicht größer als 5,5, und insbesondere nicht größer als 5.
Phasenschieber-Baugruppe mit vier teilkreisförmigen Strei- fenleituncrsabschnitten :
Schließlich ist anhand der Figuren 10a bis 10d ein entsprechendes Ausführungsbeispiel einer Phasenschieber- Baugruppe mit vier konzentrisch zueinander angeordneten teilkreisförmigen Streifenleitungsabschnitten gezeigt, worüber letztlich eine Gruppenantenne mit elf Strahler oder Strahleruntergruppen gespeist werden kann.
Bei einer derartigen ungeradzahligen Anzahl von Strahlern oder Strahleruntergruppen sollte abweichend zum Stand der Technik das Verhältnis der Radien der Streifenleitungsabschnitte nicht 4:3:2:1 aufweisen, sondern davon abweichend sollte der Radius RN des äußersten Streifenleitungsabschnittes vergrößert, der Radius R1 des innersten Streifenleitungsabschnittes verringert oder sowohl der äußerste Radius vergrößert als auch der innerste Radius verkleinert werden. Optimale Werte sind der beigefügten Tabelle zu entnehmen.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel sollte das Verhältnis von RN : R1 erfindungsgemäß größer als 4,2 und insbesondere größer als 4,3 oder 4,4 sein. Der maximale Wert dieses Verhältnisses sollte nicht größer als 6 sein, insbesondere nicht größer als 5,5, und insbesondere nicht größer als 5 sein.
Für Antennenarrays mit ungeradzahl iger Anzahl von Strahlern und/oder Strahlergruppen , also mit e iner mittleren Strahleranordnung oder Strahlergruppe , die ke iner Phasenlagenveränderung be i Verste l lung de s Abgrif f elements in der Phasenschieber-Baugruppe unterzogen wird, gelten allgemein folgende Verhältnisse zwischen dem äußersten Radius RN und dem innersten Radius R1 der S t re i f enl e i tungsabs chni t te in der Phas ens chi ebe r - Baugruppe :
RN : R1 > n + 0 , 2 wobei n eine natürliche Zahl 2, 3, 4, .. N darstellt, und zwar entsprechend der Anzahl der verwendeten teilkreisf örraigen Leitungsabschnitte, insbesondere Streifenleitungsabschnitte in einer entsprechenden Phasenschieber-Baugruppe.
Betrachtet man das nach dem Stand der Technik gemäß Figur 2a bekannte Beispiel und die sich daran anschließenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele, so kann die erfindungsgemäße Lösung durch die nachfolgenden Ungleichungen beschrieben werden:
PhN : Ph1 ≥ SN : S1 + 0,4
wobei PhN die Phasenverschiebung, die durch zwei unterschiedliche Phasenschiebereinstellungen verursacht ist (beispielsweise auch in Form einer maximal möglichen Phasenverschiebung) an der zumindest einen vom Zentrum Z der Gruppenantenne entferntesten Strahleranordnung 1 und Ph1 die Phasenverschiebung, die ebenfalls durch zwei entsprechende, also gleich unterschiedliche Phasenschiebereinstellungen verursacht ist (beispielsweise auch in Form einer maximal möglichen Phasenverschiebung) an der dem Zentrum Z der Gruppenantenne am nächsten liegenden phasengesteuerten Strahleranordnung 1 und SN dem Abstand zwischen der zumindest einen entferntest liegenden Strahleranordnung 1 und dem Zentrum Z der Gruppenantenne und S1 dem Abstand zwischen der zumindest einen dem Zentrum Z der Gruppenantenne am nächsten liegenden Strahleranordnung 1 und dem Zentrum Z der Gruppenantenne entspricht, und wobei das Zentrum Z der Gruppenantenne der phasenneutralen Mittellage entspricht, die auch bei unterschiedlich eingestellter Phasenlage unverändert bleibt.
Diese Verhältnisse können wie folgt bezüglich der Ausführungsbeispiele wiedergegeben werden:
Figuren 4a bis 4d: SN : S1 = 3:1 und PhN : Ph1 > 3,4
Figuren 5a bis 5d: SN : S1 = 5:1 und PhN : Ph1 > 5,4
Figuren 6a bis 6d: SN : S1 = 7:1 und PhN : Ph1 > 7,4
Bei diesen Ausführungsbeispielen sollte folgende Ungleichung bezüglich der Phasenverschiebungen realisiert sein, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu realisieren:
PhN : Ph1 > SN : S1 + k
wobei k einem Wert von 0,4, insbesondere 0,5, 0,6 oder vorzugsweise 0,8 entspricht.
Dabei soll als Obergrenze für das Verhältnis der Phasenverschiebungen bzw. Abstände der Strahler bezogen auf das Zentrum Z ebenfalls folgende Ungleichung genügen:
n + m > PhN : Ph1 > SN : S1
wobe i n der Anzahl der teilkreisf örmigen Streifenleitungsabschnitte in einer Phasenschieber- Baugruppe oder die Anzahl der Strahleranordnungen 1 auf einer Seite des Zentrums Z der Gruppenantenne entspricht und m dem Wert 2, 0 oder vorzugsweise 1, 5 oder 1, 0 entspricht. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 7a ff mit einer ungeraden Anzahl von Strahlern oder Strahlergruppen mit einer phasenneutralen Mittelspeisung ergeben sich folgende Abstandsverhältnisse zwischen den zuäußerst liegenden Strahlern Ia bis If und dem in der Mitte phasenneutral gespeisten Strahler Ix:
Figuren 8a bis 8d: SN : S1 = 2:1 und PhN : Ph1 > 2,2
Figuren 9a bis 9d: SN : S1 = 3 : 1 und PhN : Ph1 > 3,2
Figuren 10a bis 10d: SN : S1 = 4 : 1 und PhN : Ph1 > 4,2
Bei diesen Ausführungsbeispielen sollte folgende Ungleichung bezüglich der Phasenverschiebungen realisiert sein, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu realisieren:
PhN : Ph1 > SN : S1 + k
wobei k dem Wert 0,2 und insbesondere dem Wert 0,25 oder 0,30 oder vorzugsweise 0,40 entspricht.
Dabei soll als Obergrenze für das Verhältnis der
Phasenverschiebungen bzw. Abstände der Strahler bezogen auf das Zentrum Z ebenfalls folgende Ungleichung genügen:
n + m > PhN : Ph1 > SN : S1
w o b e i n d e r A n z a h l d e r t e i 1 k r e i s f ö r m i g e n Strei f enleitungsabschnitte in einer Phasenschieber - Baugruppe oder die Anzahl der Strahleranordnungen 1 auf einer Seite des Zentrums Z der Gruppenantenne entspricht und m einem Wert von 4 , 0 oder bevorzugt 3 , 5 oder 3 , 0 aufweisen kann.
Die jeweils maximalen Werte für die Verhältnisse der Phasenverschiebungen können aus den in der Anlage beigefügten Tabellen bezüglich der Beispiele nach den Figuren 4a bis 6d, bzw. 8a bis 10d entnommen werden.
Die erfindungsgemäßen Vorteile sollen anhand einzelner exakter Beispiele belegt werden.
Ähnlich zu der Diagramm-Darstellung nach Figur 3c ist für das Ausführungsbeispiel entsprechend Figur 9b ein Diagramm in Figur IIa wiedergegeben, woraus ersichtlich ist, dass die Anschlüsse 19 des größten Streifenleitungsbogens des Phasenschiebers für die am entferntest liegenden Strahler oder Strahlergruppen eine überproportional große Phasenverschiebung erfahren. In dem Beispiel gemäß Figur 9c wird eine Phasenverschiebung bezüglich der dem Zentrum der Antenne am nächsten liegenden Strahler oder Strahlergruppen durch den kleinsten Streifenleitungsbogen erzielt, die eine unterproportionale Phasenverschiebung erfahren (in Figur IIb wiedergegeben) .
Anhand von Figur 12a bis 12d sind dabei Strahlungsdiagramme für ein sechs Elemente umfassendes
Array (wie anhand der Figuren 5a bis 5d allgemein beschrieben) , also eine Gruppenantenne, gezeigt, die eine gerade Anzahl von Strahlern oder Strahleruntergruppen umfassen und nicht mit einer von der Einstellung des Phasenschiebers unabhängigen Phasenlage für einen mittleren Strahler oder Strahlergruppe gespeist werden.
Aus der nachfolgenden Tabelle ist für die Figuren 12a bis 12d die jeweilige Strahlabsenkung, der Winkel der ersten oberen Nebenkeule sowie der Pegel der ersten oberen Nebenkeule zu entnehmen.
Strahlabsen Winkel 1. Pegel 1. kung obere obere Nebenkeule Nebenkeule
Fig. 12 a 0' 16* -13, 0 dB
Fig. 12 b 9' 7" -12,4 dB
Fig. 12 C 9' 6' -15,9 dB
Fig. 12 d ST 7° -20, 1 dB
Die erwähnten sechs Strahler 1 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel in einem Abstand von je 285 mm in Vertikal -Richtung positioniert. Figur 12a zeigt dabei das Strahlungsdiagramm ohne Absenkung der Hauptkeule . Die erste obere Nebenkeule zeigt in Richtung 16' Elevation und hat einen Pegel von -13 dB.
Figur 12b zeigt eine Variante, bei der der Phasenschieber nach dem Stand der Technik ein Radienverhältnis von 1:3:5 aufweist, d.h. dass er eine Phasenverschiebungen bezüglich der einzelnen Strahler in diesem Verhältnis erzeugt. Diese Phasenverschiebungen treten sowohl an den Phasenschieber- Ausgängen als auch an den Strahleranschlüssen auf. Da es sich um Differenzen der Phasen je eines Strahlers bei zwei verschiedenen Einstellungen handelt, sind die Werte unab- hängig von den jeweiligen Zuleitungslängen der einzelnen Strahler. Figur 12b zeigt eine Strahlabsenkung nach dem Stand der Technik. Benachbarte Strahler haben jeweils die gleiche Phasendifferenz. Wählt man als Referenz das Zentrum der Antenne, dann liegen die Phasen der Strahler bei -125', -75', -25*, 25", 75', 125" (von unten nach oben) . Man sieht eine um 9° abgesenkte Hauptkeule, wobei die erste obere Nebenkeule ebenfalls abgesenkt ist und jetzt in Elevation 7° zeigt. Der Pegel der Nebenkeule ist um 0 , 6 dB gestiegen auf -12,4 dB.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren - wie in Figur 12c dargestellt - wird nun ein modifizierter Phasenschieber eingesetzt, und zwar mit einem Radienverhältnis von 1:3:6. Bei einer Strahlabsenkung von 0" ergibt sich unverändert das Strahlungsdiagramm von Figur 12a. Bei einer Absenkung der Hauptstrahlrichtung auf 9° verändern sich nun die Phasen der äußeren Strahler verstärkt, und, wiederum bezogen auf das Zentrum der Antenne, liegen diese jetzt bei -135°, -67,5*, -22,5°, 22,5°, 67,5*, 135°. Die erste obere Nebenkeule in Figur 12c zeigt in Elevation 6°, wobei der Pegel jetzt bei -15,9 dB liegt, also um 2,9 dB niedriger als beim Stand der Technik.
Noch deutlicher wird der Effekt bei einem Phasenschieber mit einem Radienverhältnis von 1:3:7 bzw. einem ebensolchen Phasenverschiebungsverhältnis, wobei das Ergebnis anhand von Figur 12d wiedergegeben ist. Während auch hier für eine Strahlabsenkung von 0° weiterhin das Strahlungsdiagramm gemäß Figur 12a gilt, erfahren die äußeren Strahler eine nochmals verstärkte Phasenänderung. Eine Absenkung von 9° wird erreicht, wenn die auf das Zentrum bezogenen Phasen der Strahler bei -133°, -57', - 19°, 19", 57°, 133' liegen. Die erste obere Nebenkeule bei 7' ist jetzt sogar auf einen Pegel von -20,1 dB abgesunken, das ist eine Verbesserung von 7,7 dB gegenüber dem Stand der Technik.
Durch die geänderte Diagramm- Form verringert sich der Gewinn der Antenne geringfügig um 0,2 dB bzw. 0,3 dB gegenüber dem Stand der Technik, wenn die Hauptstrahlrichtung auf 9° absenkt wird. Dies ist tolerierbar, da das Versorgungsgebiet auch entsprechend klein ist. Ist keine bzw. die minimale Strahlabsenkung eingestellt, so hat das Diagramm die gleiche Form wie beim Stand der Technik, und es gibt keine Gewinneinbußen.
Weitere Darstellungen sind anhand der beigefügten Figuren 13a bis 13d wiedergegeben (die den Varianten gemäß den Figuren 9a bis 9d allgemein entsprechen) , und zwar für ein 7-Element -Array, also eine Gruppenantenne mit sieben in gleichem Abstand angeordneten Strahlern oder Strahleruntergruppen, wobei ein mittlerer Strahler oder eine mittlere Strahleruntergruppe phasenneutral gespeist wird, also keine Phasenlagenänderung bei unterschiedlicher Einstellung des Abgriffelements der Phasenschieber- Baugruppe erfährt .
Die in den Figuren 13a bis 13d gezeigten unterschiedlichen Stahlabsenkungen sind anhand der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben :
Strahlabse Winkel 1. Pegel 1. nkung obere obere Nebenkeule Nebenkeule
Fig. 13 a (T 14- -13 ,1 dB
Fig. 13 b 9' 4° -12 ,6 dB
Fig . 13 C 9' 4' -16 ,2 dB Die erwähnten sieben Strahler sind in einem Abstand von je 285 mm in Vertikal -Richtung positioniert. Figur 13a zeigt das Strahlungsdiagramm ohne Absenkung der Hauptkeule . Die erste obere Nebenkeule zeigt in Richtung 14 * Elevation und hat einen Pegel von -13,1 dB.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nunmehr ein modifizierter Phasenschieber eingesetzt, und zwar mit einem Radienverhältnis von 2:4:6 (1:2:3), bzw. er erzeugt Phasenverschiebungen je Strahler in diesem Verhältnis. Diese Phasenverschiebungen treten sowohl an den Pha s ens ch i ebe r - Aus gangen als auch an den Strahleranschlüssen auf. Da es sich sich um Differenzen der Phasen je eines Strahlers bei zwei verschiedenen Einstellungen handelt, sind die Werte unabhängig von den jeweiligen Zuleitungs-Längen der einzelnen Strahler.
Figur 13b zeigt eine Strahlabsenkung nach dem Stand der Technik. Benachbarte Strahler haben jeweils die gleiche Phasendifferenz. Wählt man als Referenz das Zentrum der Antenne, dann liegen die Phasen der Strahler bei -150', -100°, -50', 0", 50°, 100°, 150° (von unten nach oben) . Man sieht eine um 9° abgesenkte Hauptkeule, wobei die erste obere Nebenkeule ebenfalls abgesenkt ist und jetzt in Elevation 4° zeigt. Der Pegel der Nebenkeule ist um 0,5 dB gestiegen auf -12,6 dB.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nunmehr ein modifizierter Phasenschieber eingesetzt, und zwar mit einem Radienverhältnis von 2:4:7 (1:2:3,5) . Bei einer Strahlabsenkung von 0' ergibt sich unverändert das Strahlungsdiagramm von Fig. 13a. Bei einer Absenkung der Hauptstrahlrichtung auf 9°, wie in Figur 13c dargestellt, verändern sich nun die Phasen der äußeren Strahler verstärkt, und, wiederum bezogen auf das Zentrum der Antenne, liegen diese jetzt bei -157°, -90', -45", 0, 45', 90°, 157°. Die erste obere Nebenkeule in Figur 13c zeigt in Elevation 4°, wobei der Pegel jetzt bei -16,2 dB liegt, also um 3,6 dB niedriger als beim Stand der Technik.
Noch deutlicher wird der Effekt bei einem Phasenschieber mit einem Verhältnis von 2:4:8 (1:2:4) bzw. einem ebensolchen Phasenverschiebungsverhältnis. Das Ergebnis ist in Figur 13d wiedergegeben. Während auch hier für eine Strahlabsenkung von 0° weiterhin das Strahlungsdiagramm gemäß Figur 13a gilt, erfahren die äußeren Strahler eine nochmals verstärkte Phasenänderung. Eine Absenkung von 9° wird erreicht, wenn die auf das Zentrum bezogenen Phasen der Strahler bei -164°, -82°, -41°, 0°, 41°, 82°, 164° liegen. Die erste obere Nebenkeule bei 4° ist jetzt sogar auf einen Pegel von -21,7 dB abgesunken, das ist eine Verbesserung von 9,1 dB gegenüber dem Stand der Technik.
Durch die geänderte Diagramm- Form verringert sich der Gewinn der Antenne geringfügig um 0,2 dB bzw. 0,3 dB gegenüber dem Stand der Technik, wenn die Hauptstrahlrichtung auf 9° absenkt wird. Dies ist tolerierbar, da das Versorgungsgebiet auch entsprechend klein ist. Ist keine bzw. die minimale Strahlabsenkung eingestellt, so hat das Diagramm die gleiche Form wie bein
Stand der Technik, und es gibt keine Gewinneinbußen.
Anhand der Figuren 14a und 14b sind in Fortführung der vorausgegangenen beiden Ausführungsbeispiele die entsprechenden Verhältnisse wiedergegeben, wenn eine Antenne mit einem 7- Element -Array verwendet wird, bei der de r Rad iu s de s z u äuße r s t en l i egende n Streifenleitungsabschnittes gegenüber herkömmlichen Lösungen vergrößert und gleichzeitig der Radius des zu innerst liegenden Streifenleitungsabschnittes verringert wird, wie dies grundsätzlich anhand der Figur 10d schematisch dargestellt wurde. Da die Strahleranordnung, wie in dem vorausgegangenen Beispiel gemäß den Figuren 13a bis 13d, ebenfalls aus sieben Strahlern besteht, entspricht das bei diesem Ausführungsbeispiel sich ergebende Strahlungsdiagramm ohne Absenkung jenem nach Figur 13a, wobei ferner ein Strahlungsdiagramm mit einer Strahlabsenkung nach dem Stand der Technik bei diesem vorliegenden Ausführungsbeispiel jenem Ausführungsbeispiel nach Figur 13b entspricht.
Von daher sind bezügl ich dieses weiteren Ausführungsbeispieles nur die Figuren 14a und 14b beigefügt, die Diagramme mit den folgenden Bedingungen wiedergeben:
Abweichend vom Stand der Technik ist jetzt der innere Bo- genradius verkleinert und das Verhältnis der Radien beträgt 1,4:4:6 (0,7:2:3) . Der mittlere Strahler erhält keine variable Phasenverschiebung. Die zweiten Strahler von innen sind vom innersten Bogen des Phasenschiebers gespeist und erhalten gegenüber dem Stand der Technik also eine verringerte Phasenschiebung.
Bei einer Absenkung der Hauptstrahlrichtung auf 9' verändern sich nun die Phasen der äußeren Strahler verstärkt, und, wiederum bezogen auf das Zentrum der Antenne, diese liegen jetzt bei -150', -100*, -35°, 0, 35', 100', 150'. Die erste obere Nebenkeule in Figur 14a zeigt in Elevation 4', wobei der Pegel jetzt bei -15,6 dB liegt, also um 3 dB niedriger als beim Stand der Technik.
Noch deutlicher wird der Effekt bei einem Phasenschieber mit einem Radienverhältnis von 1:4:8 (0,5:2:4) bzw. einem ebensolchen Phasenverschiebungsverhältnis. Die entsprechenden Ergebnisse sind in Figur 14b wiedergegeben.
Während auch hier für eine Strahlabsenkung von 0" weiterhin das Strahlungsdiagramm gemäß Figur 13a gilt, erfahren die zweiten Strahler von innen eine nochmals verringerte Phasenänderung. Eine Absenkung von 9° wird erreicht, wenn die auf das Zentrum bezogenen Phasen der
Strahler bei -150', -100', -25', 0', 25', 100' , 150' liegen. Die erste obere Nebenkeule bei 4' ist jetzt weiter auf einen Pegel von -17,8 dB abgesunken, das ist eine
Verbesserung von 5,2 dB gegenüber dem Stand der Technik.
Durch die geänderte Diagramm-Form veringert sich der Gewinn der Antenne geringfügig um 0,2 dB bzw. 0,3 dB gegenüber dem Stand der Technik, wenn die Hauptstrahlrichtung auf 9' absenkt wird. Dies ist tolerierbar, da das Versorgungsgebiet auch entsprechend klein ist. Ist keine bzw. die minimale Strahlabsenkung eingestellt, so hat das Diagramm die gleiche Form wie beim Stand der Technik, und es gibt keine Gewinneinbußen.
Die Erfindung ist für den Fall erläutert worden, dass je- weils eine Phasenschieber-Baugruppe verwendet wird, die zwei- oder mehrere teilkreisförmig zueinander angeordnete Streifenleitungsabschnitte umfasst, über die hinweg ein Abgriffelement verstellt werden kann. Eine derartige Baugruppe kann, wie erläutert, für eine geradzahlige Elemente oder ungeradzahlige Elemente umfassende Antennengruppe verwendet werden, je nachdem ob ein mittlerer Strahler oder eine Strahlergruppe ohne Phasenverschiebung angesteuert wird oder nicht .
So können beispielsweise abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen auch Streifenleitungen verwendet werden, die verschiedene Mittelpunkte aufweisen. So ist es z.B. denkbar, dass der äußerste Radius RN gegenüber den anderen Radien vergrößert wird (also mit dem Mittelpunkt der anderen Radien nicht mehr zusammenfällt) , so dass beispielsweise der äußere Radius im Extremfall unendlich wird und der Streifenleitungsabschnitt von einem Teilkreisbogen ausgehend zunehmend zu einer Geraden wird, d.h. im Extremfall exakt zu einer Geraden. Dies führt letztlich auch zu einer Verschiebung der Koppelstelle 23 auf dem Abgriffelement .
Schließlich können vergleichbare Ergebnisse auch dann erzielt werden, wenn beispielsweise das Verhältnis der Radien ausgehend von einem Standard-Radienverhältnis von beispielsweise 1:2:3 (beispielsweise bei der ungeraden Anzahl von Strahlern oder Strahlergruppen) oder mit einem Standard-Radienverhältnis von 1:3:5 (beispielsweise bei einer Antenne mit einer geraden Anzahl von Strahlern oder Strahlergruppen) beibehalten wird, wenn beispielsweise die äußerste Streifenleitung mit dem größten Radius eine oder vorzugsweise zwei (an gegenüberliegenden Seiten - also oben und unten - auf die Streifenleitung bezogen) dielektrische Zwischenlagen aufweist . Wesentlich ist dabei lediglich, dass das gewählte Dielektrikum (also abweichend von Luft) die Phasengeschwindigkeit des Signals auf der bogenförmigen Streifenleitung erniedrigt. Der erfindungsgemäße Phasenschieber kann mit oder ohne obere Abschirmung aufgebaut sein. In diesem Fall ist das Dielektrikum dann am effektivsten, wenn es sich zwischen der bogenförmigen Streifenleitung 11, IIa und deren Massefläche befindet. Ein etwaiges dielektrisches Material oberhalb der Leitung, welches die Leitung überlappt, hat einen geringeren Einfluss, da es sich nur im Streufeld der Mikrostreifenleitung befindet.
Die erwähnte eine oder die mehreren dielektrischen Zwischenlagen können beispielsweise auch nur auf einer Teillänge der bogenförmigen Streifenleitungen ausgebildet sein, über die Länge des Bögen oder eine Teillänge mit einer unterschiedlichen Dichte versehen sein, über die Länge oder eine Teillänge abnehmen oder zunehmen oder auch eine unterschiedliche Dielektrizitätskonstante aufweisen. Hier sind in weiteren Bereichen Einwirkungsmöglichkeiten gegeben, um im Sinne der Erfindung die Phasenlagen bei Verstellung des Phasenschiebers bzgl . des äußersten Streifenleitungsbogens zum innersten Streifenleitungsbogen nicht- linear, sondern überproportional zu ändern.
Für das Verhältnis der Phasengeschwindigkeit mit bzw. ohne eingefügtes zusätzliches Dielektrikum kann ein Faktor K definiert werden. Unter der Voraussetzung, dass die gesamte Bogenlänge derartig ausgeführt ist, ist das Verhältnis der maximalen Phasengeschwindigkeiten an den Phasenschieberanschlüssen oder an den Strahleranschlüssen dann beispielsweise: 1 : 2 : (3/K)
wenn es sich um eine Phasenschieber-Baugruppe mit drei Streifenleitungen handelt, worüber eine Antenne mit ungeradzahligen Strahlern oder Strahlergruppen (also sieben Strahlern oder Strahlergruppen) gespeist wird.
Bezüglich des Verhältnisses vom innersten zum äußersten Radius könnte die Formel also heißen:
1 : (N/K)
wobei N die Anzahl der Streifenleitungsabschnitte bzw. -bögen darstellt, wie ausgeführt bei einer ungeradzahligen Anzahl von Strahlern oder Strahlergruppen.
Im Fall einer Antenne mit geradzahliger Anzahl von Strahlern oder Strahlergruppen würde die Formel allgemein bezüglich des Verhältnisses des innersten zum äußersten Streifenleitungsabschnitts lauten :
1 : (2N/K)
Das dielektrische Material kann beispielsweise so gewählt werden, dass es eine relative Dielektrizitätszahl ε von 30 aufweist. Damit lässt sich die Phasengeschwindigkeit maximal um einen Faktor K von 0,18 gegenüber Luft als Dielektrikum erniedrigen. Besonders interessant sind solche Fälle, wo der Radius des äußeren Streifenleitungs- Bogens 11, IIa nicht vergrößert wird gegenüber dem Standardfall. Hiermit wird der gesamte Platzbedarf des Phasenschiebers nicht vergrößert. Bei einem Radienverhältnis von 1:3:5 lässt sich somit ein Phasenverschiebungs -Verhältnis von 1:3:6 erzielen, und zwar mit einem Wert für K von ca. 0,83. Würde man den Wert von K bei gleichem Radienverhältnis auf ca. 0,71 erniedrigen, ergäbe sich ein Phasenverschiebungsverhältnis von beispielsweise 1:3:7. Dies verdeutlicht, wie durch Verwendung entsprechender Dielektrika eine vergleichbare Wirkung erzielt wird, also ob die Radien der einzelnen Streifenleitungsbögen entsprechend verändert werden.
Anhand von Figur 15 ist ein schematischer Querschnitt für einen derartigen Phasenschieber wiedergegeben, der beispielsweise drei Streifenleitungsbögen 11 aufweist, die in einem Standard-Radienverhältnis von 1:2:3 angeordnet sind, wenn im Zentrum Z ein zusätzlicher Strahler oder eine zusätzliche Strahlergruppe der phasenneutralen Mittellage der Antenne gespeist wird. Die äußerste Streifenleitung weist dabei die erwähnten beiden dielektrischen Zwischenlagen 55 auf, die oberhalb und unterhalb des äußersten Streifenleitungsbogens 11 angeordnet sind.
Ferner ist in Figur 15 auch noch der Boden oder die Bodenplatte 71 sowie ein zugehöriger, elektrisch ebenfalls leitfähiger Deckel oder Gehäusedeckel 73 eingezeichnet, woraus auch ersichtlich ist, dass die dielektrischen Zwischenlagen 55 einmal auf dem Boden 71 bzw. an der Innenseite des Deckels 73 befestigt sind, der äußerste Streifenleitungsbögen 11, IIa beispielsweise auf dem auf dem Boden positionierten und gehaltenen Dielektrikum 55 aufliegt und im Abstand oberhalb das an der Innenseite des Deckels 73 befestigte Dielektrikum 55 vorgesehen ist, und zwar in einem solchen Abstand zum äußersten S t re i f enle i tungsbogen 11, dass auch noch das Abgriffelement über den Streifenleitungsbogen 11, IIa hinweg zwischen den beiden Dielektrika 55 verstellt werden kann.
Durch den erwähnten Einsatz von dielektrischem Material bei gleichbleibendem Bogenradius wird also letztlich die resultierende Phasenverschiebung erhöht. Würde das erwähnte Dielektrikum nicht gleichförmig entlang des bevorzugt äußeren Streifenleitungsbogens platziert werden, würde die erzielbare Phasenverschiebung letztlich von der Wahl der Phasenschieberposition abhängen.
Letztlich lässt sich durch Verwendung von dielektrischem Material bei in herkömmlichen Standard-Verhältnissen angeordneten Streifenleitungsabschnitten 11 eine Situation realisieren, also ob beispielsweise der zu äußerst liegende bogenförmige Streifenleitungsabschnitt überproportional entfernter vom Mittelpunkt und/oder ein zuinnerst und dem Mittelpunkt am nächsten liegender Streifenleitungsabschnitt diesem Mittelpunkt näher liegt. Gerade der zuletzt genannte Gedanke lässt sich dadurch realisieren, dass beispielsweise nur der innerste oder kleinste Streifenleitungsbogen keine dielektrischen Schichten aufweist, wohingegen die zwischen dem innersten und dem äußersten Streifenleitungsbogen vorgesehenen Streifenleitungsabschnitte mit einem Dielektrikum versehen und/oder beispielsweise der äußerste Streifenleitungsbogen mit einem Dielektrikum mit noch höherer Dielektrizitätskonstante ausgestattet ist. Dadurch lassen sich Verhältnisse realisieren, wie sie beispielsweise in den Figuren 4d, 5d, 6d, 8d, 9d oder 10d erläutert wurden.
Die erfindungsgemäßen Vorteile lassen sich aber mit jedweder Konstruktion erzielen, die letztlich zu einer gleichen oder ähnlichen Phasenlagenänderung beiträgt.
So lässt sich die Erfindung genauso umsetzen, wenn nicht eine Mehrfach- Phasenschieber-Baugruppe, wie erörtert und beschrieben, verwendet wird, sondern beispielsweise einzelne Phasenschieber, z.B. ein einzelner differenzieller Phasenschieber nur einem einzigen teilkreisförmigen Leitungsabschnitt und einem zugeordneten Abgriffelement , worüber nur an den beiden Anschlussenden jeweils ein Strahler oder eine Strahlergruppe gespeist werden kann.
Weisen die einzelnen Phasenschieber nicht unterschiedlich d i m e n s i o n i e r t e L e i t u n g s a b s c h n i t t e
(Streifenleitungsabschnitte) mit unterschiedlichen Radien auf, sondern sind gleich konzipiert, müssten dann, wie an sich bekannt, entsprechende Übersetzungsgetriebe verwendet werden, um die unterschiedlichen Phasenschieber unterschiedlich stark zu verstellen. Mit anderen Worten könnte also ein Übersetzungsgetriebe verwendet werden, das für die Speisung der zuäußerst liegenden Strahler, also der entferntest liegenden Strahler, zu einer stärkeren oder überproportionalen Phasenlagenänderung beiträgt. Das Gleiche gilt für die zuinnerst liegenden Strahler oder Strahlergruppen .
Allgemein basiert das erfindungsgemäße Prinzip darauf, bei der Ansteuerung eines zunehmend größeren Down-Tilt-Winkels gleichzeitig eine überproportionale Vergrößerung der Phasendifferenz zu erzeugen, mit der die entferntesten Strahler gespeist werden im Verhältnis zu den am innersten liegenden Strahlern.
Die Erfindung ist anhand einer Gruppenantenne insbesondere für eine Mobilfunkanlage beschrieben worden, bei der es um die Absenkung des Down-Tilt-Winkels geht. Die Erfindung kann genauso auch für ein horizontal ausgerichtetes
Antennenarray verwendet werden, bei welchem der
Ver schwenkwinkel in einer Horizontalebene oder mit einer Komponente in Horizontalrichtung anstelle in
Vertikalrichtung oder mit einer Komponente in
Vertikalrichtung verschwenkt werden sollen.
Anhand der beigefügten Tabellen sind für verschiedene Phasenschieber-Baugruppen mit einer unterschiedlichen
Anzahl von Streifenleitungsabschnitten erfindungsgemäße und bevorzugte Verhältnisse der Radien des jeweils äußersten und innersten Radius wiedergegeben, wobei diese
Verhältnisse letztlich auch die erzielbaren Phasenverschiebungen bezüglich des äußersten
S t r e i f e n 1 e i t u ng s a b s c hn i t t e s zum innersten
Streifenleitungsabschnittes wiedergibt .
Gerade Anzahl von Strahlern/Strahlergruppen (keine Mitteneinspeisung ohne Phasenverschiebung) Ungerade Anzahl von Strahlern/ Strahlergruppen (mit Mitteneinspeisung ohne Phasenverschiebung) Ill

Claims

Patentansprüche ;
1. Verfahren zum Betrieb einer phasengesteuerten
Gruppenantenne, die mehrere in einer Anbaurichtung (26) angeordnete Strahleranordnungen (1) mit jeweils zumindest einem Strahler (I1) oder zumindest einer Strahlergruppe
(1") mit mehreren Einzelstrahlern umfasst, wobei die
Abstände (D) zwischen zwei benachbarten
Strahleranordnungen (1) gleich sind oder weniger als 15% voneinander abweichen und alle oder ein Teil der Strahleranordnungen (1) über einen oder mehrere
Phasenschieber (7) zur Strahlschwenkung angesteuert werden, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren
Merkmale : zumindest eine in Anbaurichtung (26) der Strahleran- Ordnung (1) von einem Zentrum (Z) der Gruppenantenne entferntest liegende äußerste Strahleranordnung (1) wird in Abhängigkeit von der Einstellung der Strahlschwenkung mit einer relativ überproportional größeren Phasenverschiebung und/oder zumindest eine zum Zentrum (Z) der Gruppenantenne am nächsten liegenden phasengesteuerte Strahleranordnung (1) wird mit einer relativ überproportional niedrigen Phasenverschiebung derart gespeist, dass die folgende Ungleichung erfüllt ist: PhN : Ph1 > SN : S1 + 0 , 2
wobei PhN und Ph1 die durch zwei unterschiedliche Phasenschiebereinstellungen verursachten Phasenverschiebungen darstellen, wobei PhN die von der Phasenschiebereinstellung abhängige Phasenverschiebung an der zumindest einen vom Zentrum (Z) der Gruppenantenne entferntesten Strahleranordnung (1) und Ph1 die Phasenverschiebung an der dem Zentrum (Z) der Gruppenantenne am nächsten liegenden Strahleranordnung (1) sowie SN dem Abstand zwischen der zumindest einen entferntest liegenden Strahleranordnung (1) und dem Zentrum (Z) der Gruppenantenne und S1 dem Abstand zwischen der zumindest einen dem Zentrum (Z) der Gruppenantenne am nächsten liegenden Strahleranordnung
(1) und dem Zentrum (Z) der Gruppenantenne entspricht, und wobei das Zentrum (Z) der Gruppenantenne der phasenneutralen Mittellage entspricht, die auch bei unterschiedlich eingestellter Phasenlage unverändert bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei einem Antennenarray mit einer geraden Anzahl von Strahleranordnungen (1) und/oder ohne phasenneu- tral angesteuerte mittlere Strahleranordnung (Ix) die folgende Ungleichung erfüllt ist:
PhN : Ph1 > SN : S1 + 0,4
3 . Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass i n s be s onde r e be i e i ne r unge ra de n An z ah l vo n Strahleranordnungen ( 1 ) und/oder einer phasenneutral angesteuerten mittleren Strahleranordnung ( Ix ) die nachfolgende Ungleichung gilt:
PhN : Ph1 > SN : S1 + k
wobei k 0,25 oder vorzugsweise 0,30 und insbesondere 0,40 ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei einer geraden Anzahl von Strahleranordnungen (1) und/oder ohne phasenneutral angesteuerte mittlere Strahleranordnung (Ix) die nachfolgende Ungleichung gilt:
PhN : Ph1 > SN : S1 + k
wobei k 0,5 oder vorzugsweise 0,6 und insbesondere 0,8 beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei einer ungeraden Anzahl von Strahleranordnungen (1) und/oder einer phasenneutral angesteuerten mittleren Strahleranordnung (Ix) folgende Ungleichung gilt:
PhN : Ph1 < n + m
beträgt, wobei n eine natürliche Zahl 2, 3, 4 .. N ist, entsprechend der Anzahl der auf einer Antennenarray-Hälfte oberhalb oder unterhalb des Zentrums (Z) des
Antennenarrays vorgesehenen Anzahl von Strahleranordnungen
(1), und m 2,0 oder insbesondere 1,5 oder 1,0 entspricht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei einer geraden Anzahl von Strahleranordnungen (1) und/oder ohne phasenneutrale Mittenanspeisung einer zentrumnahen Strahleranordnung (Ix) die folgende Ungleichung gilt:
PhN : Ph1 < 2n + m
beträgt, wobei n eine natürliche Zahl 2, 3, 4 .. N ist, entsprechend der Anzahl der auf einer Antennenarray-Hälfte oberhalb oder unterhalb des Zentrums (Z) des Antennenarrays vorgesehenen Anzahl von Strahleranordnungen (1) entspricht und m 3,0 oder vorzugsweise 2,5 oder vorzugsweise 2,0 entspricht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenschieber-Baugruppe (7) mit teilkreisförmigen Streifenleitungsabschnitten (11, IIa) verwendet wird, deren Radien (RN bis R1) insbesondere im Falle einer Gruppenantenne mit einer ungeraden Anzahl von Strahleranordnungen (1) und/oder einer phasenneutral angesteuerten mittleren Strahleranordnung (Ix) folgende Bedingungen erfüllen:
RN : R1 > n + k
wobei n einer Zahl 2, 3, 4 .. N entspricht, und zwar entsprechend der Anzahl der von der verwendeten Phasen- schieber-Baugruppe (7) umfassten Zahl von Leitungsabschnitten (11) , wobei k einem Wert von 0,2 und insbesondere 0,25, 0,30 oder vorzugsweise 0,40 entspricht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine Phasenschieber-Baugruppe (7) mit teilkreisförmigen Streifenleitungsabschnitten (11, IIa) verwendet wird, deren Radien (RN bis R1) insbesondere im Falle einer Gruppenantenne mit einer geraden Anzahl von Strahleranordnungen (1) und/oder ohne phasenneutral angesteuerte mittlere Strahleranordnung (Ix) folgende Bedingungen erfüllen:
RN : R1 ≥ 2n - k
wobei n einer Zahl 2, 3, 4 .. N entspricht, und zwar entsprechend der Anzahl der von der verwendeten Phasenschieber-Baugruppe (7) umfassten Zahl von Leitungsabschnitten (11) , und wobei ferner k einem Wert 0,6, insbesondere 0,5, 0,4 oder vorzugsweise 0,2 entspricht .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenschieber-Baugruppe (7) verwendet wird, bei der zumindest der Streifenleitungsabschnitt (11, IIa) mit dem größten Radius (RN) auf der ganzen oder zumindest auf einer Teillänge des Streifenleitungsabschnittes (11, IIa) auf zumindest einer oder vorzugsweise auf beiden gegenüberliegenden Seiten mit einem von Luft abweichenden Dielektrikum (55) versehen ist, wobei das Dielektrikum auf der Länge oder Teillänge mit gleicher oder unterschiedlicher Dicke und/oder mit gleicher Dielektrizitätskonstante versehen ist.
10. Phasenschieber-Baugruppe mit mehreren konzentrisch um einen Mittelpunkt (9) angeordneten teilkreisförmigen Leiterbahnen (11) insbesondere in Form von Streifenleitungsabschnitten (IIa) , wobei zumindest ein Abgriffelement (15) über die Leitungsabschnitte (11) hinweg verschiebbar ist, wodurch an den gegenüberliegenden Anschlüsse (19) an den Leitungsabschnitten (11) ein Signal mit unterschiedlicher Phasenlage erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenschieber-Baugruppe bei Verwendung mit einer Gruppenantenne mit einer ungeraden Anzahl von Strahleranordnungen (1) mit zumindest einem Strahler (I1) oder zumindest einer Strahlergruppe (1") oder einer phasenneutral angesteuerten mittleren Strahleranordnung (Ix) zumindest eine der beiden nachfolgenden Bedingungen erfüllt ist:
RN : R1 > n + k oder PhN : Ph1 > n + k
wobei RN den größten Radius und R1 den kleinsten Radius eines Leitungsabschnittes (11) bzgl . der Phasenschieber- Baugruppe (7) darstellt und n einer Zahl 2, 3, 4 .. N entspricht, und zwar entsprechend der Anzahl der von der verwendeten Phasenschieber-Baugruppe (7) umfassten Zahl von Leitungsabschnitten (11), wobei k einem Wert von 0,2 und insbesondere 0,25, 0,30 oder vorzugsweise 0,40 entspricht und PhN und Ph1 die durch die Leitungsabschnitte (11) mit dem größten Radius RN bzw. den kleinsten Radius R1 realisierten Phasenverschiebungen darstellen, die durch zwei unterschiedliche Phasenschiebereinstellungen verursacht sind.
11. Phasenschieber-Baugruppe mit mehreren konzentrisch um einen Mittelpunkt (9) angeordneten teilkreisförmigen Leiterbahnen (11) insbesondere in Form von Streifenleitungsabschnitten (IIa) , wobei zumindest ein Abgriffelement (15) über die Leitungsabschnitte (11) hinweg verschiebbar ist, wodurch an den gegenüberliegenden Anschlüsse (19) an den Leitungsabschnitten (11) ein Signal mit unterschiedlicher Phasenlage erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenschieber-Baugruppe bei Verwendung einer Gruppenantenne mit einer geraden Anzahl von Strahleranordnungen (1) oder ohne phasenneutrale Mitteneinspeisung zumindest eine der beiden folgenden Bedingungen erfüllt:
RN : R1 > 2n - k oder
PhN : Ph1 > 2n - k
wobei Rn den größten Radius und R1 den kleinsten Radius eines Leitungsabschnittes (11) bezüglich der Phasenschieber-Baugruppe (7) darstellt und n einer Zahl 2, 3, 4 .. N entspricht, und zwar entsprechend der Anzahl der von der verwendeten Phasenschieber-Baugruppe (7) umfassten Zahl von Leitungsabschnitten (11) , wobei k einem Wert von 0,6, insbesondere 0,5, 0,4 oder vorzugsweise 0,2 entspricht, und PhN und Ph1 die durch die Leitungsabschnitte (11) mit dem größten Radius RN bzw. den kleinsten Radius R1 realisierten Phasenverschiebungen darstellen, die durch zwei unterschiedliche Phasenschiebereinstellungen verursacht sind.
12. Phasenschieber-Baugruppe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei einer zusätzlich zur Phasenschieber-Baugruppe (7) vorgesehenen phasenneutralen Mitteneinspeisung für eine Gruppenantenne die Phasenschieber-Baugruppe (7) folgende Bedingungen erfüllt:
PhN : Ph1 < n + m
beträgt , wobei n eine natürliche Zahl 2 , 3 , 4 . . N ist , ent sp re c he nd de r Anz ahl de r t e i l k re i s f örm i gen Leitungsabschnitte (11) und m 2, 0 oder insbesondere 1,5 oder vorzugsweise 1, 0 entspricht.
13. Phasenschieber-Baugruppe nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenschieber- Baugruppe (7 ) insbesondere ohne phasenneutrale Mitteneinspeisung für eine Gruppenantenne folgende Bedingung erfüllt:
PhN : Ph1 < 2n + m
beträgt, wobei n eine natürliche Zahl 2, 3, 4 . . N ist, entsprechend der Anzahl der teilkreisförmigen Leitungsabschnitte (11) und m 3, 0 oder vorzugsweise 2, 5 oder vorzugsweise 2, 0 entspricht.
14. Phasenschieber-Baugruppe nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Radien (RN bis R1) der teilkreisförmigen Leitungsabschnitte (11) insbesondere im Falle der Speisung einer Gruppenantenne mit einer phasenneutrale Mitteneinspeisung folgende Bedingung erfüllt:
RN : R1 > n + k
wobei n einer Zahl 2, 3, 4 .. N entspricht, und zwar entsprechend der Anzahl der von der verwendeten Phasenschieber-Baugruppe (7) umfassten Zahl von Leitungsabschnitten (11) , wobei k einem Wert von 0,2 und insbesondere 0,25, 0,30 oder vorzugsweise 0,40 entspricht.
15. Phasenschieber-Baugruppe nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Radien (RN bis R1) der teilkreisförmigen Leitungsabschnitte (11) insbesondere im Fall einer Gruppenantenne ohne phasenneutrale Mitteneinspeisung folgende Bedingung erfüllt:
RN : R1 > 2n - k
wobei n einer Zahl 2, 3, 4 .. N entspricht, und zwar entsprechend der Anzahl der von der verwendeten Phasenschieber-Baugruppe (7) umfassten Zahl von Leitungsabschnitten (11) , und wobei ferner k einem Wert 0,6, insbesondere 0,5, 0,4 oder vorzugsweise 0,2 entspricht.
16. Phasenschieber-Baugruppe nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifenleitungsabschnitt (11, IIa) mit dem größten Radius
(RN) an einer Seite und vorzugsweise an beiden gegenüberliegenden Seiten über seine Gesamtlänge oder eine
Teillänge mit einem von Luft abweichenden Dielektrikum versehen ist, welche vorzugsweise mit gleicher oder unterschiedlicher Dicke und/oder mit gleicher oder unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante versehen ist.
17. Phasengesteuerte Gruppenantenne mit folgenden Merkmalen: die Gruppenantenne umfasst mehrere in einer
Anbaurichtung (26) vorzugsweise in gleichen Abständen
(D) zueinander vorgesehene Strahleranordnungen (1) , die aus zumindest einem Strahler (I1) oder einer Strahleruntergruppe (1") bestehen oder diese umfassen, die Gruppenantenne enthält einen oder mehrere Phasenschieber (7) zur Strahlschwenkung, zumindest eine in Anbaurichtung (26) der Strahleran- ordnung (1) von einem Zentrum (Z) der Gruppenantenne entferntest liegende äußerste Strahleranordnung (1) erhält in Abhängigkeit von der Einstellung der Strahl Schwenkung eine relativ überproportional größere Phasenverschiebung und/oder zumindest eine dem Zentrum der Gruppenantenne am nächsten liegende phasenschiebergesteuerte Strahleranordnung (1) erhält eine re lat iv überproport ional niedrige Phasenverschiebung derart, dass die folgende Ungleichung erfüllt ist,
PhN : Ph1 > SN : S1 + 0,2
wobei PhN und Ph1 Phasenverschiebungen, die durch zwei unterschiedliche Phasenschiebereinstellungen verursacht sind, oder die maximale Phasenverschiebung darstellen und dabei PhN die Phasenverschiebung an der zumindest einen vom Zentrum (Z) der Gruppenantenne entferntesten Strahleranordnung (1) und Ph1 die Pha- senverSchiebung an der dem Zentrum (Z) der Gruppenantenne am nächsten liegenden phasengesteuerten Strahleranordnung (1) sowie SN dem Abstand zwischen der zumindest einen entferntest liegenden Strahleranordnung (1) und dem Zentrum (Z) der Grup- penantenne und S1 dem Abstand zwischen der zumindest einen dem Zentrum (Z) der Gruppenantenne am nächsten liegenden Strahleranordnung (1) und dem Zentrum (Z) der Gruppenantenne entspricht, und wobei das Zentrum (Z) der Gruppenantenne der phasenneutralen Mittellage entspricht, die auch bei unterschiedlich eingestellter Phasenlage unverändert bleibt.
18. Phasengesteuerte Gruppenantenne nach Anspruch 17, da- durch gekennzeichnet, dass insbesondere bei einem Antennenarray mit einer geraden Anzahl von Strahleranordnungen (1) und/oder ohne phasenneutral angesteuerte mittlere Strahleranordnung (Ix) die folgende Ungleichung erfüllt ist:
PhN : Ph1 >- SN : S1 + 0 , 4
19. Phasengesteuerte Gruppenantenne nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppenantenne aus einer geraden Anzahl von Strahleranordnungen (1) besteht und/oder keine phasenneutral angesteuerte, im Bereich des Zentrums (Z) der Gruppenantenne vorgesehene Strahleranordnung (Ix) umfasst.
20. Phasengesteuerte Gruppenantenne nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppenantenne insbesondere eine ungerade Anzahl von Strahleranordnungen (1) mit einer zentrumsnah oder im Zentrum (Z) der Gruppenantenne sitzenden phasenneutral angesteuerten Strahleranordnung (Ix) ausgestattet ist.
21. Phasengesteuerte Gruppenantenne nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei einer ungeraden Anzahl von Strahleranordnungen (1) und/oder einer phasenneutral angesteuerten mittleren Strahleranordnung (Ix) die nachfolgende Ungleichung gilt:
PhN : Ph1 >- SN : S1 + k
wobei k 0,25 oder vorzugsweise 0,30 und insbesondere 0,40 ist.
22. Phasengesteuerte Gruppenantenne nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei einer geraden Anzahl von Strahleranordnungen (1) und/ oder ohne phasenneutral angesteuerte mittlere Strahleranordnung (Ix) die nachfolgende Ungleichung gilt:
PhN : Ph1 >- SN : S1 + k
wobei k 0, 5 oder vorzugsweise 0, 6 und insbesondere 0,8 beträgt .
23. Phasengesteuerte Gruppenantenne nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei einer ungeraden Anzahl von
Strahleranordnungen (1) und/oder einer phasenneutral angesteuerten mittleren Strahleranordnung (Ix) folgende Ungleichung gilt:
PhN : Ph1 < n + m
beträgt, wobei n eine natürliche Zahl 2, 3, 4 .. N ist, entsprechend der Anzahl der auf einer Antennenarray-Hälfte oberhalb oder unterhalb des Zentrums (Z) des Antennenarrays vorgesehenen Anzahl von Strahleranordnungen (1), und m 2,0 oder insbesondere 1,5 oder 1,0 entspricht.
24. Phasengesteuerte Gruppenantenne nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei einer geraden Anzahl von Strahleranordnungen (1) und/ oder ohne phasenneutrale Mittenanspeisung einer zentrumnahen Strahleranordnung (Ix) die folgende Ungleichung gilt: PhN : Ph1 < 2n + m
beträgt, wobei n eine natürliche Zahl 2, 3, 4 .. N ist, entsprechend der Anzahl der auf einer Antennenarray-Hälfte oberhalb oder unterhalb des Zentrums (Z) des Antennenarrays vorgesehenen Anzahl von Strahleranordnungen (1) entspricht und m 3,0 oder vorzugsweise 2,5 oder vorzugsweise 2,0 entspricht.
25. Phasengesteuerte Gruppenantenne nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Streifenleitungsabschnitt (11, IIa) mit dem größten Radius (RN) auf einer oder vorzugsweise auf beiden Seiten mit einem von Luft abweichenden Dielektrikum versehen ist, welches sich über die gesamte Länge des Streifenleitungsabschnittes oder über eine oder über mehrere Teillängen mit gleicher oder unterschiedlicher oder variierender Dicke vorgesehen ist.
26. Phasengesteuerte Gruppenantenne nach einem der Ansprüche 17 bis 24, gekennzeichnet durch eine Phasenschieber-Baugruppe nach einem der Ansprüche 10 bis 16.
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