EP2564509A1 - Senden und empfangen von funksignalen in verschiedenen frequenzbereichen - Google Patents

Senden und empfangen von funksignalen in verschiedenen frequenzbereichen

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Publication number
EP2564509A1
EP2564509A1 EP11719495A EP11719495A EP2564509A1 EP 2564509 A1 EP2564509 A1 EP 2564509A1 EP 11719495 A EP11719495 A EP 11719495A EP 11719495 A EP11719495 A EP 11719495A EP 2564509 A1 EP2564509 A1 EP 2564509A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
radio signal
radio
signals
antennas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11719495A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut Nast
Roland Heldt
Rainer Holz
Thomas Bartsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Molex CVS Dabendorf GmbH
Original Assignee
Funkwerk Dabendorf GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Funkwerk Dabendorf GmbH filed Critical Funkwerk Dabendorf GmbH
Publication of EP2564509A1 publication Critical patent/EP2564509A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/005—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges
    • H04B1/0064—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges with separate antennas for the more than one band
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/02—Transmitters
    • H04B1/04—Circuits
    • H04B1/0475—Circuits with means for limiting noise, interference or distortion
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
    • H04B1/403—Circuits using the same oscillator for generating both the transmitter frequency and the receiver local oscillator frequency
    • H04B1/406—Circuits using the same oscillator for generating both the transmitter frequency and the receiver local oscillator frequency with more than one transmission mode, e.g. analog and digital modes

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting and receiving radio signals, a method for operating the device and a manufacturing method for producing the device.
  • the radio signals are in particular radio signals in a cellular radio network such as UMTS, LTE and / or GSM. More particularly, the invention relates to the field of establishing and maintaining a radio link between a radio terminal and the radio network.
  • Wireless terminals cell phones, emergency transmitters, radio transmitters (eg, so-called USB sticks that are connected to the computer via a USB interface to connect to a UMTS network) for connecting computers to radio networks are commonplace capable of communicating directly with the radio network via a built-in transmit and receive antenna.
  • radio transmitters eg, so-called USB sticks that are connected to the computer via a USB interface to connect to a UMTS network
  • the connection quality is very poor or even a connection is not possible. For example, such situations often occur within buildings.
  • One reason for this is that
  • Radio signal connection between the additional antenna and the terminal can be realized via cables and / or radio links.
  • the terminal may be coupled via a wireless coupling of its transmitting and receiving antenna to a coupling antenna to the additional antenna, wherein the coupling antenna is in turn connected via an antenna cable with the additional antenna.
  • this is also possible directly via an antenna cable connector on the terminal.
  • the same protocols for transmitting signals eg Bluetooth, WLAN protocols, etc., can be used via the connection between the terminal and the additional antenna and between the additional antenna and the remote radio stations, although cables are used between the terminal and the additional antenna can.
  • Modern radio terminals are capable of establishing and maintaining radio communications in different frequency ranges and in different radio networks.
  • radio networks are operated according to the GSM (Global System for Mobile Communication) in frequency ranges around 900 MHz and also around 1800 MHz. Furthermore, radio networks are operated according to UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) at frequencies around 2100 MHz.
  • GSM Global System for Mobile Communication
  • UMTS Universal Mobile Telecommunication System
  • LTE Long Term Evolution
  • Frequencies around 800 MHz and around 2500 MHz are offered in cellular radio networks.
  • the network coverage, that is to say in particular the cell density, of the different radio networks is different. Radio networks that have been around for some time and that are being used by more subscribers typically have a higher cell density. If the communication to one cell of the radio network is not or not sufficiently good, there is usually another cell with better transmission quality available.
  • UMTS and LTE are designed for much higher maximum transmission rates than GSM. With low signal quality but the maximum transfer rates can not be achieved by far.
  • the device has a common connection for the coupling of the radio terminal, via which a plurality of antennas, each for communication in another
  • Frequency range is provided is connected.
  • the antennas are connected via a radio signal to the common connection.
  • a radio signal combiner can be a splitter / combiner.
  • a splitter In the case of splitting the radio signals transmitted from the radio terminal to the antennas, such a device is referred to as a splitter.
  • splitter In the case of
  • a combiner Transmission of radio signals received by the individual antennas to the radio terminal is referred to as such by a combiner.
  • Splitter / combiner has the advantage that at the same time a communication in different frequency ranges can take place and that the effort to operate the device is low, since no switching operations are required.
  • a disadvantage of the splitter function is that the radio signal strength in the individual radio signal paths from the splitter to the antennas is lower than at the common radio signal connection.
  • this reduction of the signal strength is compensated by a transmission amplifier at least in one of the radio signal paths.
  • the transmit signal amplifier can also compensate for or even overcompensate for losses (attenuation) that arise due to the coupling of the radio terminal to the respective transmit antenna as a whole.
  • losses attenuation
  • cable connections, radio links and the components used in the device contribute to such losses.
  • the attenuation caused thereby has a fixed value or a with respect to a particular wireless terminal, has unique adjustable or detectable value and that the antenna gain of the transmit signal amplifier is set according to the so from the outset or is adjustable that this attenuation is at least compensated, that is compensated.
  • signal transmission paths between the radio signal combiner and the individual antennas serving the transmission to radio networks or of radio networks with high cell density, that is to say in particular good signal quality can do without amplifiers.
  • Receiving amplifier is arranged.
  • the arrangement of the transmit signal amplifier or receiver signal amplifier in a radio signal path between a specific antenna and the radio signal switch has the advantage that the amplifier or the amplifier is designed specifically for the amplification of
  • Radio signals can be designed in the frequency range in which the antenna sends and / or receives signals.
  • Such a "single-band" amplifier can be designed in the frequency range in which the antenna sends and / or receives signals.
  • Signal transmission paths which are not equipped with a radio signal amplifier from the outset, can be optionally retrofitted. This is useful in situations in which a signal transmission with unexpectedly poor signal quality takes place in the respective signal transmission path. For example, in rural areas, a signal transmission path for GSM 900 can be retrofitted with such a retrofit amplifier.
  • Another aspect of the present invention relates to the trouble-free operation of the various antennas or radio signal paths simultaneously. Especially in the case of the above-mentioned splitter / combiner, feedback of antenna signals transmitted from one antenna may be feedbacked to another antenna of the device even if only one of the signal paths is to be operated.
  • the device should therefore be designed in particular so that such
  • the receiving antenna which can receive the transmitted signals, are arranged relative to each other and designed on the basis of their transmission and / or reception characteristic such that the transmitting antenna and the receiving antenna related to each other an attenuation (which also referred to as insulation can be), which is greater than the gain gain, the amplifier involved in such a possible feedback minus the
  • Attenuation exhibited by the radio signal combiner with respect to crosstalk of the signals between the radio signal paths is the sum of the attenuations for the crosstalk of signals between the antennas and for the crosstalk of the signals from the radio signal path of the receiving antenna to the radio signal path of the transmitting antenna greater than the gain gain of the participating amplifier.
  • the amplifiers involved are the transmit amplifiers in the radio signal path to the transmit antenna and any receive amplifier in the radio signal path of the receive antenna.
  • Radio signal path is understood in each case the signal path which extends between the antenna and the common radio signal pair.
  • the radio signal combiner does not have to be a single component. Rather, such a radio signal switch for more than two antennas can also be constructed of several components. For example, splitter / combiner devices can use two
  • Radio signals in particular radio signals in a cellular radio network such as UMTS, LTE and / or GSM, wherein
  • the apparatus has at least two antennas, of which a first antenna is a transmitting antenna for transmitting radio signals and at least one other, second antenna is a receiving antenna for receiving radio signals,
  • Each of the antennas is connected via a radio signal combiner to a common cable connection via which the device can be connected to a radio terminal,
  • the device has at least one radio signal amplifier, wherein
  • a first radio signal amplifier is arranged in a first radio signal path between the radio signal pair and the transmitting antenna and / or a second radio signal amplifier is arranged in a second radio signal path between the receiving antenna and the radio signal pair,
  • the transmit antenna and the receive antenna have an attenuation greater than the gain gain of the first and second wireless signal amplifier minus attenuation due to their arrangement relative to each other and due to their transmit and / or receive characteristic due to feedback from the transmit antenna to the receive antenna that the radio switch with respect to a crosstalk of the signals between the radio signal paths.
  • the transmission / reception is possible in particular in a cellular radio network such as UMTS, LTE and / or GSM.
  • a cellular radio network such as UMTS, LTE and / or GSM.
  • radio communications can be operated via the antennas, z. B. in a WLAN (Wireless Local Area Network) or
  • Microwave links Furthermore, any transmission protocols can be used.
  • the transmitting antenna may optionally also be a receiving antenna.
  • the receiving antenna can optionally also be a transmitting antenna. It can therefore optionally be spoken by a transmitting and receiving antenna.
  • the isolation with respect to the feedback preferably also applies to any other combination of transmitting antenna and receiving antenna of the device.
  • one of the signal paths between the signal splitter and the individual antennas may not have an amplifier.
  • the signal path in the receive path of the receive antenna may not have a signal amplifier.
  • the attenuation in terms of feedback i.e., crosstalk between the antennas and crosstalk between the radio signal paths
  • the gain gain of the radio signal amplifier in the other signal path is greater than the gain gain of the radio signal amplifier in the other signal path.
  • the oscillation can be effectively achieved by feedback even by a slightly lower attenuation, although the attenuation of the other components of the device, which are part of the potential feedback loop, is taken into account.
  • these components are, in particular, the signal lines in the signal paths between the signal splitter and the individual antennas in the transmission signal path and in the reception signal path. It is therefore sufficient if the attenuation achieved by the arrangement of the transmitting antenna and the receiving antenna relative to each other and on the basis of the transmission and / or reception characteristic of the antennas is greater than that Gain gain of the radio signal amplifiers in the transmit path and receive path minus the attenuation caused by the mentioned devices in the potential feedback loop.
  • One of the first and second antennas may be a directional antenna having an antenna gain of more than 5 dBi, preferably more than 7 dBi.
  • the other antenna is disposed outside the solid angle range of the directional antenna in which the antenna gain is more than 5 dBi and more than 7 dBi, respectively.
  • the other antenna is arranged outside a solid angle range of the directional antenna, in which an antenna gain of the directional antenna is effective at all.
  • Shield directional antenna An example or a specific embodiment with a reflector will be discussed in more detail. Generally, the use of a
  • Directional antenna with considerable antenna gain and the appropriate orientation of the directional antenna facilitates the achievement of the desired attenuation value or even causes alone.
  • the directional antenna in a preferred embodiment, may be an antenna having an electrically conductive layer applied to a flat surface of a carrier.
  • Such an antenna is easy to produce, requires in the direction transverse to the surface of the carrier very little space and can be shielded on one side of the carrier, in particular the side which forms the back of the electrically conductive layer, in particular provided with a reflector become.
  • the other antenna can be arranged on the back of the carrier beyond the shield or the reflector and / or the other arranged in the radio signal paths components (signal splitter, at least parts of the signal paths and / or amplifiers) are arranged. In this way, unwanted interference and
  • the directional antenna can have an electrically conductive layer structured in such a way that the electrically conductive layer has two strip conductors, each of which circulates around a region of the surface. Circumferential is understood that the strip conductors form the outer edge of the respective area, but a small part of the outer edge of the area can not be formed by the respective strip conductor, so that the strip conductor does not circulate the area closed.
  • the shape of such a nearly closed-loop area may vary.
  • the area may be, for example, a circular area, a rectangular area, or a polygonal area.
  • a reflector of electrically conductive material can be used.
  • a plate-shaped reflector which has two large surfaces corresponding to the plate shape, arranged such that the large-area surfaces parallel to the surface of the carrier, on which the electrically conductive layer of the directional antenna is applied.
  • Reflector seen from the electrically conductive layer on the back of the carrier On advantages of such an arrangement has already been discussed.
  • the other antenna can be arranged on the rear side of the reflector. If there are more than two antennas, further antennas of the device can also be arranged there.
  • the other antenna may, for example, be a rod antenna or another antenna which has a homogeneous reception and transmission characteristic at least in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the rod. It is even possible that the rod antenna or other antenna, which is arranged on the back of the reflector, projects beyond the edges of the reflector, so that it is visible from the front of the reflector. Due to the directional characteristic and due to the reflector nevertheless sufficient damping is effected with respect to feedback. Such protrusion over the edges of the reflector has the advantage that the rod antenna or other antenna can transmit and receive all around.
  • the large surface area of the reflector is preferably larger than that
  • the edge of the reflector projects beyond the edges of the carrier on all sides, as viewed from the front of the carrier.
  • a directional antenna with the mentioned antenna gain is well suited to establish and maintain a connection with a specific transmitting and receiving station of a radio cell of a radio network. It can thus be achieved even relatively far away stations of a radio network.
  • a remote radio station may, for example, be a UMTS radio station or an LTE radio station of a radio network with poor network coverage.
  • the radio signal path between the radio signal pair and the electrically conductive layer on the surface of the carrier preferably has one
  • Radio signal line which is passed through the reflector perpendicular to the large surface areas of the reflector. Due to the vertical implementation
  • the scope of the invention includes a method for transmitting and receiving radio signals, in particular using a device as described in this
  • the apparatus has at least two antennas, of which a first antenna is a transmitting antenna for transmitting radio signals and at least one other, second antenna is a receiving antenna for receiving radio signals,
  • the antennas transmit and / or receive radio signals in a different frequency range
  • Radio signals - if they are received at any given time - are transmitted from the respective antenna via a radio switch to a common cable connection of the antennas or - if they are sent at a specific time - transmitted from the common cable connection via the radio switch to the respective antenna become,
  • Radio signal splitter and the respective antenna are amplified, wherein
  • Radio signal switch and the transmitting antenna through a first
  • Radio signal amplifiers are amplified and / or
  • Receiving antenna and the radio switch are amplified by a second radio signal amplifier
  • the transmitting antenna and the receiving antenna for feedback of a radio signal transmitted from the transmitting antenna to the receiving antenna due to their arrangement relative to each other and due to their transmission and / or reception characteristic an attenuation of
  • the scope of the invention includes a method for producing a device for transmitting and receiving radio signals, in particular the device in one of the embodiments described in this description. Therefore, a method for manufacturing a device is proposed, wherein
  • At least two antennas are provided, of which a first antenna is a transmitting antenna for transmitting radio signals and at least one other, second antenna is a receiving antenna for receiving radio signals, and the antennas are connected directly and / or indirectly mechanically,
  • the antennas are designed to transmit and / or receive radio signals each in a different frequency range
  • Each of the antennas has a common signal via a radio signal combiner
  • Cable connection is connected, via which the device is connectable to a wireless terminal
  • a first radio signal amplifier is arranged in a first radio signal path between the radio signal pair and the transmitting antenna and / or a second radio signal amplifier is arranged in a second radio signal path between the receiving antenna and the radio signal pair,
  • the transmitting antenna and the receiving antenna with regard to a feedback of a radio signal transmitted by the transmitting antenna to the
  • Reception antenna can be arranged and configured so that they have an attenuation which is greater than the gain gain of the first and second radio signal amplifier, minus an attenuation, which comprises the radio signal pair with respect to a crosstalk of the signals between the radio signal paths.
  • Figure 1 is a circuit diagram of a device according to the invention and additionally one
  • Figure 2 shows a variant of the device shown in Figure 1, wherein a second
  • Antenna not, as in the embodiment in Figure 1, is fixedly disposed on the device, but is coupled via a cable connector to the device,
  • 3 shows a third variant of a device for transmitting and receiving
  • Figure 4 is a three-dimensional view of a concrete embodiment of the
  • FIG. 5 shows a three-dimensional representation of the device shown in FIG. 4 from an opposite side
  • Figure 6 is a side view of the device shown in Figure 4 and Figure 5, with parts of the device omitted to completely view the other parts, and
  • Figure 7 is a three-dimensional view from a similar angle as in Figure 5, on the device shown in Figure 4 to Figure 6, but also omitted as in Figure 6 parts.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of a device 1 for transmitting and receiving radio signals.
  • the device 1 has two antennas 3, 5, of which a first antenna 5 is a transmitting and receiving antenna for transmitting radio signals in a first frequency range, for example 2100 MHz for communication in a UMTS radio network.
  • the second antenna 3 is a transmitting and receiving antenna for transmitting and receiving radio signals in another frequency range, for example 900 MHz, to the communications in a GSM radio network.
  • a radio terminal can have a
  • Coupling device 18 a high-frequency cable (eg coaxial cable) 16 with corresponding connectors and an input line 17 with a radio signal crossover 14 of the device 1 are connected.
  • Coupling device 18 are designated by the reference numeral 20, the
  • connections of the cable 16 to the connecting line 17 with the reference numeral 19 Connections of the cable 16 to the connecting line 17 with the reference numeral 19.
  • Radio switch 14 or the cable connector of the connector 19 may be referred to as a common cable connection of the antennas 3.5.
  • the radio signal combiner 14 is connected to an amplifier circuit 7 via a first high-frequency line 12. Furthermore, another output of the radio signal combiner 14 is connected to a second radio-frequency line 15, which is connected to the second antenna 3. Between the radio switch 14 and the second antenna 3 no amplification of radio signals takes place in this embodiment.
  • Amplification circuit 7 in the radio signal path between the radio signal pair 14 and the first antenna 5 has a first amplifier 10 for amplifying signals to be transmitted and a second amplifier 1 1 for amplifying received signals.
  • a first filter 8 which allows the signals to be transmitted to pass into the branch with the transmission amplifier 10.
  • second filter 9 which allows the amplified signals to be transmitted to pass into a high-frequency connection line 13 to which the antenna 5 is connected ,
  • Signals received by the antenna 5 are also conducted via the connecting line 13 to the second filter 9. These received signals are carried by the second filter 9 in the branch of the amplification circuit 7, in which the second amplifier 1 1, the receiving amplifier is located.
  • the amplified received signals are supplied to the first filter 8, which allows them to pass in the line 12 to the radio signal combiner 14. There, they are conducted into the connection line 17 at the terminal-side connection of the device 1 and can reach the coupling device 18 via the cable 16.
  • the coupling device 18 may, for example, directly be the input of the radio terminal if it has a cable plug connection, for example a coaxial cable socket. However, the coupling device 18 may also be a coupling device for wirelessly coupling radio signals via one or more antennas, wherein one or more antennas are configured to be coupled in the near field to a transmitting and receiving antenna of the terminal.
  • the device 1 Due to the amplifier circuit 7, the device 1 enables a reliable
  • Radio network is relatively large.
  • a communication to another radio network with lower attenuation, for Example with higher cell density take place.
  • the communication can take place simultaneously in both radio networks.
  • image data transmission over the UMTS network is possible while a user is telephoning the terminal via a GSM network.
  • the invention is not limited to a device with only two antennas for the
  • Radio Communication is restricted in different radio networks. It may also happen that the radio communication via the first antenna 3 is more attenuated, so that a
  • Gain similar to the amplification circuit 7 in the signal path to the first antenna is desirable.
  • the variant shown in Figure 2 is suitable.
  • the same reference numerals denote the same elements as in FIG. 1.
  • the device 21, like the device 1 in FIG. 1, has a first antenna 5 and a second antenna 3.
  • an amplification circuit 7 is also arranged in the signal path between the first antenna 5 and the radio signal combiner 14.
  • a cable connector 25 is provided, which allows an intermediate use of an optional amplifier, similar to the amplifier circuit 7 in the other signal path.
  • the optionally present amplifier also preferably has a transmission amplifier and a reception amplifier as well as filters, as shown in FIG. 1 for the other signal path.
  • the amplifiers are designed for the frequency range in which the second antenna 3 transmits and receives radio signals.
  • the optional amplifier terminal side can be connected to the connection line 23 of the device 21, which connects him in this case with the radio signal crossover 14.
  • the antenna 3 can be connected on the radio network side to the amplifier.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a device 31 which is designed similarly to the devices 1, 21 in FIG. 1 and FIG. However, this device 31 has three antennas 3, 4, 5, which are each designed for communication in different frequency ranges in radio networks.
  • a connection of a terminal in particular via a cable possible.
  • the connection 19 leads to a radio signal switch 34, which, however, has three outputs on the radio network side.
  • This switch 34 splits the incoming radio signals from the terminal into three parts, whereby the split signals soften a lower signal strength than the input signal.
  • an amplifier circuit 37 In the signal path from the switch 34 to the first antenna 5 is an amplifier circuit 37, which is in particular constructed the same as the
  • Amplifier circuit 7 in Figure 1 Also located in the signal path from the switch 34 to the third antenna 4, an amplifier circuit 38, which in turn like the Amplifier circuit 7 may be constructed in Figure 1, wherein the amplifier, however, are designed for the frequency range of the third antenna 4. Similar to Figure 2, the second antenna 3 is connected via a connector 39 to the switch 34.
  • a different number of antennas can be connected via the switch. It is so after configuration at each signal path between the switch and the respective antenna possible, a
  • the turnout does not have to be a single component. Rather, it can also be a cascade of splinters / combiners.
  • FIGS. 4 to 7 A concrete exemplary embodiment of a device with two antennas will now be described with reference to FIGS. 4 to 7.
  • the principle of using a directional antenna with a high antenna gain with respect to an isotropic emitter and / or the principle of shielding the two antennas from one another can also be applied to other devices which, for example, can also have more than two antennas, similar to FIG 3, for example.
  • the device shown in Figure 4 to 7 has a bottom 55 on which a
  • Housing cover can be placed.
  • the lid is not shown in Figures 4 to 7.
  • FIG. 4 shows the interior of the device from a first side. It is a plate-shaped part recognizable, which extends across the interior of the
  • the plate-shaped part is a reflector 48 which is made of metal, for example, and reflects radio waves at least in a frequency range to which radio signals are transmitted and received by one of the antennas of the device.
  • the reflector 48 is designed for the reflection of radio waves, which are transmitted and received by the directional antenna to be described later, which is applied to the carrier 50 arranged at the rear in FIG. This plate-shaped carrier 50 extends parallel to the reflector 48.
  • a circuit board 52 in front of the reflector 48, a circuit board 52 can be seen, on which an electrical circuit is constructed with corresponding components, two of which are designated by the reference numeral 7, 14.
  • These reference numerals 7, 14 have the same meaning as in Figure 1, that is, the reference numeral 7 denotes the amplifier circuit and the reference numeral 14, the radio signal pair.
  • the reference numeral 17 denotes a connection cable, which is a terminal with the
  • Radio signal switch 14 connects. Unlike shown in Figure 1, however, the above
  • Amplification power of the amplifier circuit 7 can be tuned to this attenuation.
  • a cable 17 may have an attenuation of 20 dB, and the amplification power of the amplifier circuit 7 is respectively in the transmission path and in the transmission path
  • FIG. 4 also shows further parts 54, 56, 57, 58, which are preferably made of plastic, and serve for the mechanical fastening or support of the printed circuit board 52, the reflector 48 and the carrier 50. Further, in Figure 4, a strain relief 20 can be seen, which has a passage opening through which the connection cable 17 extends therethrough, the strain relief 20, the cable 17 clamped and in this way causes a strain relief.
  • FIG. 5 shows the structure of Figure 4 from another, opposite side of the reflector 48. It can therefore be seen in the foreground left of the reflector 48, the carrier 50, the conductor tracks 65a, 65b of electrically conductive material carries.
  • the interconnects 65a, 65b each circulate a circular area on the surface of the carrier 50. However, the circular area is not circulated closed by the interconnects 65a, 65b.
  • High frequency signals is connected, circulate the tracks 65a, 65b, the circular areas almost completely, but without closing the annulus. After the circulation they reach the second connection point 64, at which the shielding of the
  • Connecting line 61 is connected. Feeding point and connection point for the
  • Shielding can also be reversed.
  • the feed point 63 in the illustration of FIG. 5 is opposite an end region of the annular strip 65a, 65b, which is separated by a narrow region of non-conductive material, this insulating region being formed by the material of the carrier 50.
  • the two interconnects 65a, 65b are electrically connected to each other there, so that starting from the feed point 63 after one revolution around one of the circular areas, a transition to the other interconnect takes place, which circulates around the other circular area and leads back to the feed point 63.
  • they may also be differently shaped circumscribed areas.
  • the areas may be square.
  • the feed point 63 is, as mentioned, connected to a connecting line 61, which connects the feeding point 63 with the amplifier circuit 7 on the board 52.
  • Connecting line 61 leads through a through opening of the reflector 48 therethrough, wherein the connecting line 61 is perpendicular to the surface of the reflector 48. Since the surface of the carrier 50, on which the tracks 65 are applied, parallel to the surface of the reflector 48, a symmetrical arrangement results, which leads to a directional characteristic of the antenna, which is symmetrical to a vertical of the carrier surface, wherein the vertical approximately pierces the feeding point 63. This antenna is the antenna formed by the tracks 65. Due to the described configuration, the antenna has a pronounced directivity with an antenna gain of more than 5 dBi.
  • This antenna is the antenna which corresponds to the first antenna 5 in the device 1 according to FIG.
  • the second antenna 43 of FIG. 4 to FIG. 7 is the antenna which corresponds to the first antenna 5 in the device 1 according to FIG.
  • the second antenna 43 of FIG. 4 to FIG. 7 is the antenna which corresponds to the first antenna 5 in the device 1 according to FIG.
  • the second antenna 43 of FIG. 4 to FIG. 7 is the antenna which corresponds to the first antenna 5 in the device 1 according to FIG.
  • the second antenna 43 is a rod antenna having a rod longitudinal axis extending in a direction perpendicular and parallel to the surface of the reflector 48. It can be seen from FIG. 4 that the rod antenna 43 extends with its longitudinal axis in the plane of the board 52. Although the rod antenna 43 projects beyond the top edge of the reflector 48, the reflector 48 results in good isolation of the two antennas with respect to possible feedback. To the insulation also contributes to the pronounced directivity of the antenna 50 mounted on the antenna.
  • the basic principle of the combination of a directional antenna and a reflector can therefore be described as follows: If the directional antenna is mounted on a carrier with a flat surface, this has a direction with maximum antenna gain relative to the isotropic radiator, the direction preferably perpendicular to the plane Surface of the carrier runs. Since in this case, in principle, there is a maximum sensitivity of the antenna for received signals or the maximum antenna gain in both directions along the vertical, the reflector is on one side of the carrier arranged, the surface of which extends parallel to the surface of the carrier.
  • Half space from the perspective of the wearer beyond the reflector available. Furthermore, a part of the half-space is also available for the communication of the second antenna with a radio network.
  • connection line 61 extends through a passage opening in the reflector 48 to the circuit board 52, on which the elements of the amplifier circuit and the switch are constructed.
  • the rod antenna 43 extends from the upper edge of the board 52 upwards.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1, 21, 31) zum Senden und Empfangen von Funksignalen, insbesondere Funksignalen in einem zellulären Funknetz wie UMTS, LTE und/oder GSM, wobei • die Vorrichtung (1, 21, 31) zumindest zwei Antennen (3, 4, 5) aufweist, von denen eine erste Antenne (5) eine Sendeantenne zum Senden von Funksignalen und zumindest eine andere, zweite Antenne (3, 4) eine Empfangsantenne zum Empfangen von Funksignalen ausgestaltet ist, • die Antennen (3, 4, 5) ausgestaltet sind, Funksignale jeweils in einem anderen Frequenzbereich zu senden und/oder zu empfangen, • jede der Antennen (3, 4, 5) über eine Funksignalweiche (14) mit einem gemeinsamen Kabelanschluss (19) verbunden ist, über den die Vorrichtung (1, 21, 31) mit einem Funk-Endgerät verbindbar ist, • die Vorrichtung (1, 21, 31) zumindest einen Funksignalverstärker (7, 37, 38) aufweist, wobei - in einem ersten Funksignalpfad zwischen der Funksignalweiche (14, 34) und der Sendeantenne (5) ein erster Funksignalverstärker (7, 37) angeordnet ist und/oder - in einem zweiten Funksignalpfad zwischen der Empfangsantenne (4) und der Funksignalweiche (14) ein zweiter Funksignalverstärker (38) angeordnet ist, • die Sendeantenne (5) und die Empfangsantenne (3, 4) hinsichtlich einer Rückkopplung eines von der Sendeantenne (5) gesendeten Funksignals zu der Empfangsantenne (3, 4) aufgrund ihrer Anordnung relativ zueinander und aufgrund ihrer Sende- und/oder Empfangscharakteristik eine Dämpfung aufweisen, die größer ist als der Verstärkungsgewinn des ersten und zweiten Funksignalverstärkers (7, 37, 38), abzüglich einer Dämpfung, die die Funksignalweiche (14) bezüglich einem Übersprechen der Signale zwischen den Funksignalpfaden aufweist.

Description

Senden und Empfangen von Funksignalen in verschiedenen Frequenzbereichen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Funksignalen, ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung und ein Herstellungsverfahren zum Herstellen der Vorrichtung. Bei den Funksignalen handelt es sich insbesondere um Funksignale in einem zellulären Funknetz wie UMTS, LTE und/oder GSM. Die Erfindung betrifft insbesondere das Gebiet der Herstellung und Aufrechterhaltung einer Funkverbindung zwischen einem Funk- Endgerät und dem Funknetz.
Funk-Endgeräte, Mobiltelefone, Notrufsender, Funksender (z. B. so genannte USB-Sticks, die über eine USB-Schnittstelle mit dem Computer verbunden sind, um diesen mit einem UMTS Netz zu verbinden) zur Verbindung von Computern an Funknetze, sind üblicherweise dazu in der Lage, über eine eingebaute Sende- und Empfangsantenne direkt mit dem Funknetz zu kommunizieren. Es gibt jedoch Situationen, in denen die Verbindungsqualität sehr schlecht ist oder sogar eine Verbindung nicht möglich ist. Zum Beispiel treten solche Situationen häufig innerhalb von Gebäuden auf. Ein Grund hierfür liegt darin, dass
Gebäudeteile und/oder Nachbargebäude die Übertragung der Funksignale behindern.
Eine Möglichkeit, die Qualität der Funkverbindung zu verbessern oder eine Funkverbindung überhaupt möglich zu machen, ist die Verwendung zusätzlicher Antennen. Hat eine solche zusätzliche Antenne zum Beispiel einen höheren Antennengewinn als die in das Funk- Endgerät integrierte Antenne, kann die Kommunikation zwischen Endgerät und Funknetz verbessert werden. Außerdem ist es möglich, die zusätzliche Antenne an einem geeigneten Ort auszustellen, von dem aus eine bessere Funkverbindung zum Funknetz möglich ist als von vielen anderen Orten aus, z. B. von Orten weit im Innern des Gebäudes. Die
Funksignalverbindung zwischen der zusätzlichen Antenne und dem Endgerät kann über Kabel und/oder Funkstrecken realisiert werden. Zum Beispiel kann das Endgerät über eine drahtlose Ankopplung seiner Sende- und Empfangsantenne an eine Kopplungsantenne an die zusätzliche Antenne angekoppelt werden, wobei die Kopplungsantenne wiederum über ein Antennenkabel mit der zusätzlichen Antenne verbunden ist. Prinzipiell ist dies aber auch direkt über eine Antennenkabel-Steckverbindung an dem Endgerät möglich. In allen Fällen können über die Verbindung zwischen dem Endgerät und der zusätzlichen Antenne sowie zwischen der zusätzlichen Antenne und den entfernten Funkstationen dieselben Protokolle zum Übertragen von Signalen, z.B. Bluetooth, WLAN-Protokolle usw. genutzt werden, obwohl zwischen Endgerät und zusätzlicher Antenne Kabel verwendet werden können. Moderne Funk-Endgeräte sind dazu in der Lage, Funkverbindungen in verschiedenen Frequenzbereichen und in verschiedene Funknetze aufzubauen und aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel in Deutschland werden Funknetze gemäß dem GSM (Global System for Mobile Communication) in Frequenzbereichen um 900 MHz und außerdem um 1800 MHz betrieben. Ferner werden Funknetze gemäß UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) bei Frequenzen um 2100 MHz betrieben. Das für noch höhere Daten-Übertragungsraten geeignete LTE (Long Term Evolution) wird zum Beispiel in Deutschland künftig bei
Frequenzen um 800 MHz und um 2500 MHz in zellulären Funknetzen angeboten.
Die Verwendung einer einzigen zusätzlichen Antenne für die verschiedenen
Mobilfunknetzarten und -Frequenzbereiche ist jedoch aus verschiedenen Gründen nachteilig. Zum einen verändert sich der Antennengewinn mit der Frequenz, das heißt die Antenne ist in der Regel nicht für alle Frequenzbereiche geeignet oder gleich gut geeignet. Ferner ist die Netzabdeckung, das heißt insbesondere die Zelldichte, der verschiedenen Funknetze unterschiedlich. Funknetze, die schon seit längerer Zeit bestehen und die von mehr Teilnehmern genutzt werden, haben typischerweise eine größere Zelldichte. Ist die Kommunikation zu einer Zelle des Funknetzes nicht oder nicht mehr ausreichend gut, steht in der Regel eine andere Zelle mit besserer Übertragungsqualität zur Verfügung. Dagegen kommt es bei jüngeren Funknetzen, insbesondere bei UMTS und LTE-Netzen häufig vor, dass selbst die Funkverbindung zu der Zelle mit der besten Übertragungsqualität qualitativ sehr viel schlechter ist als in anderen Funknetzen am gleichen Ort. Außerdem sind UMTS und LTE für wesentlich höhere maximale Übertragungsraten als GSM ausgelegt. Bei geringer Signalqualität können aber die maximalen Übertragungsraten bei weitem nicht erreicht werden.
Eine Möglichkeit, diesen unterschiedlichen Verfügbarkeiten und Qualitäten der
verschiedenen Funknetze zu begegnen, ist die Verwendung von mehr als einer zusätzlichen Antenne. Mehrere verschiedene Ankopplungen des Funk-Endgeräts an die verschiedenen Antennen kann aber den technischen Aufwand und die Kosten derart erhöhen, dass nur eine geringe Anzahl von Nutzern daran interessiert ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, die bei geringem Aufwand für die Ankopplung des Funk-Endgerätes an eine zusätzliche Antenne oder mehrere zusätzliche Antennen eine Kommunikation zu den verschiedenen Funknetzen bei guter Qualität ermöglicht. Gemäß einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung einen gemeinsamen Anschluss für die Ankopplung des Funk-Endgerätes auf, über den eine Mehrzahl von Antennen, die jeweils für die Kommunikation in einem anderen
Frequenzbereich vorgesehen ist, angeschlossen ist. Insbesondere sind die Antennen über eine Funksignalweiche mit dem gemeinsamen Anschluss verbunden. Bei der
Funksignalweiche kann es sich zum Beispiel um einen Splitter/Combiner handeln. Im Fall der Aufteilung der Funksignale, die von dem Funk-Endgerät zu den Antennen übertragen werden, spricht man bei einer solchen Einrichtung von einem Splitter. Im Fall der
Übertragung von Funksignalen, die die einzelnen Antennen empfangen haben, zu dem Funk-Endgerät spricht man bei einer solchen Einrichtung von einem Combiner. Ein
Splitter/Combiner hat den Vorteil, dass gleichzeitig eine Kommunikation in verschiedenen Frequenzbereichen stattfinden kann und dass der Aufwand zum Betreiben der Einrichtung gering ist, da keine Schaltvorgänge erforderlich sind. Nachteilig an der Splitterfunktion ist jedoch, dass die Funksignalstärke in den einzelnen Funksignalpfaden von dem Splitter zu den Antennen geringer ist als an dem gemeinsamen Funksignalanschluss.
Gemäß einer weiteren Grundidee der Erfindung wird diese Reduktion der Signalstärke jedoch zumindest in einem der Funksignalpfade durch einen Sendeverstärker ausgeglichen. Der Sendesignalverstärker kann aber insbesondere auch Verluste (Dämpfung) ausgleichen oder sogar überkompensieren, die aufgrund der Ankopplung des Funk-Endgerätes an die jeweilige Sendeantenne insgesamt entsteht. Insbesondere tragen Kabelverbindungen, Funkstrecken und die verwendeten Bauteile der Vorrichtung zu solchen Verlusten bei. Im Fall einer Kabelverbindung und im Fall einer drahtlosen Ankopplung des Funk-Endgerätes über eine Antennen-Nahfeldkopplung an das Verbindungskabel zu der Vorrichtung oder direkt an den gemeinsamen Anschluss der Vorrichtung wird es bevorzugt, dass die dadurch bewirkte Dämpfung einen fest vorgegebenen Wert hat oder einen, im Bezug auf ein bestimmtes Funk-Endgerät, einmalig einstellbaren oder feststellbaren Wert hat und dass die Antennenverstärkung des Sendesignalverstärkers dem entsprechend so von vornherein eingestellt ist oder einstellbar ist, dass diese Dämpfung zumindest ausgeglichen wird, das heißt kompensiert wird. Andererseits können jedoch Signalübertragungspfade zwischen der Funksignalweiche und den einzelnen Antennen, die der Übertragung zu Funknetzen oder von Funknetzen mit hoher Zelldichte, das heißt insbesondere guter Signalqualität dienen, ohne Verstärker auskommen.
Wenn hier von einem Sendesignalverstärker die Rede ist, so wird es bevorzugt, dass in demselben Funksignalpfad zwischen Funksignalweiche und Antenne auch ein
Empfangsverstärker angeordnet ist. Die Anordnung des Sendesignalverstärkers bzw. Empfangssignalverstärkers in einem Funksignalpfad zwischen einer bestimmten Antenne und der Funksignalweiche hat den Vorteil, dass der Verstärker oder die Verstärker speziell für die Verstärkung von
Funksignalen in dem Frequenzbereich ausgelegt werden können, in dem die Antenne Signale sendet und/oder empfängt. Ein solcher "Single-Band"-Verstärker kann
kostengünstiger und/oder bei gleichem Aufwand leistungsstärker sein, als ein Verstärker für mehrere Frequenzbereiche oder besonders große Frequenzbereiche.
Gemäß einem weiteren Gedanken der vorliegenden Erfindung können
Signalübertragungspfade, die nicht von vornherein mit einem Funksignalverstärker ausgestattet sind, optional nachrüstbar sein. Dies bietet sich in Situationen an, in denen in dem jeweiligen Signalübertragungspfad eine Signalübertragung mit unerwartet schlechter Signalqualität stattfindet. Zum Beispiel kann im ländlichen Raum ein Signalübertragungspfad für GSM 900 mit einem solchen Nachrüstverstärker nachgerüstet werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft den störungsfreien Betrieb der verschiedenen Antennen bzw. Funksignalpfade gleichzeitig. Insbesondere im Fall des oben genannten Splitters/Combiners kann eine Rückkopplung von Antennensignalen stattfinden, die von einer Antenne gesendet wurden, auf eine andere Antenne der Vorrichtung, selbst wenn nur einer der Signalpfade betrieben werden soll.
Die Vorrichtung soll daher insbesondere so ausgestaltet sein, dass eine solche
Rückkopplung nicht zu einer Resonanzanregung führt, bei der die rückgekoppelten Signale wieder verstärkt und erneut rückgekoppelt werden, sodass es zu sehr hohen Amplituden kommt.
Es wird daher eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der die Sendeantenne, die die
möglicherweise rückgekoppelten Signale aussendet, und die Empfangsantenne, die die ausgesendeten Signale empfangen kann, derart relativ zueinander angeordnet sind und aufgrund ihrer Sende- und /oder Empfangscharakteristik derart gestaltet sind, dass die Sendeantenne und die Empfangsantenne aufeinander bezogen eine Dämpfung (die auch als Isolierung bezeichnet werden kann) aufweisen, die größer ist als der Verstärkungsgewinn, der bei einer solchen möglichen Rückkopplung beteiligten Verstärker, abzüglich der
Dämpfung, die die Funksignalweiche bezüglich einem Übersprechen der Signale zwischen den Funksignalpfaden aufweist. Anders ausgedrückt ist die Summe der Dämpfungen für das Übersprechen von Signalen zwischen den Antennen und für das Übersprechen der Signale von dem Funksignalpfad der Empfangsantenne auf den Funksignalpfad der Sendeantenne größer als der Verstärkungsgewinn der beteiligten Verstärker. Die beteiligten Verstärker sind insbesondere der Sendeverstärker in dem Funksignalpfad zu der Sendeantenne und ein etwaiger Empfangsverstärker in dem Funksignalpfad der Empfangsantenne. Unter
Funksignalpfad wird jeweils der Signalpfad verstanden, der sich zwischen Antenne und gemeinsamer Funksignalweiche erstreckt.
Bei der Funksignalweiche muss es sich nicht um ein einziges Bauteil handeln. Vielmehr kann eine solche Funksignalweiche für mehr als zwei Antennen auch aus mehreren Bauteilen aufgebaut sein. Zum Beispiel können Splitter-/Combiner- Einrichtungen mit zwei
antennenseitigen Anschlüssen für zwei Antennen und einem endgerätseitigen Anschluss für den gemeinsamen Signalanschluss kaskadiert werden, sodass mehr als zwei Antennen an den gemeinsamen Signalanschluss angeschlossen werden.
Insbesondere wird folgende Vorrichtung vorgeschlagen:
Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Funksignalen, insbesondere Funksignalen in einem zellulären Funknetz wie UMTS, LTE und/oder GSM, wobei
• die Vorrichtung zumindest zwei Antennen aufweist, von denen eine erste Antenne eine Sendeantenne zum Senden von Funksignalen und zumindest eine andere, zweite Antenne eine Empfangsantenne zum Empfangen von Funksignalen ausgestaltet ist,
• die Antennen ausgestaltet sind, Funksignale jeweils in einem anderen
Frequenzbereich zu senden und/oder zu empfangen,
• jede der Antennen über eine Funksignalweiche mit einem gemeinsamen Kabelanschluss verbunden ist, über den die Vorrichtung mit einem Funk- Endgerät verbindbar ist,
• die Vorrichtung zumindest einen Funksignalverstärker aufweist, wobei
in einem ersten Funksignalpfad zwischen der Funksignalweiche und der Sendeantenne ein erster Funksignalverstärker angeordnet ist und/oder in einem zweiten Funksignalpfad zwischen der Empfangsantenne und der Funksignalweiche ein zweiter Funksignalverstärker angeordnet ist,
• die Sendeantenne und die Empfangsantenne hinsichtlich einer Rückkopplung eines von der Sendeantenne gesendeten Funksignals zu der Empfangsantenne aufgrund ihrer Anordnung relativ zueinander und aufgrund ihrer Sende- und/oder Empfangscharakteristik eine Dämpfung aufweisen, die größer ist als der Verstärkungsgewinn des ersten und zweiten Funksignalverstärkers abzüglich einer Dämpfung, die die Funksignalweiche bezüglich einem Übersprechen der Signale zwischen den Funksignalpfaden aufweist.
Das Senden/Empfangen ist insbesondere in einem zellulären Funknetz wie UMTS, LTE und/oder GSM möglich. Es können jedoch auch andere, zumindest teilweise nicht oder nicht ausschließlich für zelluläre Funknetze ausgelegte Funkverbindungen über die Antennen betrieben werden, z. B. in einem WLAN (Wireless Local Area Network) oder
Richtfunkverbindungen. Ferner können beliebige Übertragungsprotokolle verwendet werden.
Die Sendeantenne kann optional auch eine Empfangsantenne sein. Umgekehrt kann die Empfangsantenne optional auch eine Sendeantenne sein. Es kann daher optional auch von einer Sende- und Empfangsantenne gesprochen werden. Die Isolierung hinsichtlich der Rückkopplung gilt vorzugsweise auch für jede andere Kombination von Sendeantenne und Empfangsantenne der Vorrichtung.
Durch die Dämpfung der Rückkopplung wird zuverlässig verhindert, dass es aufgrund der Rückkopplung zu einem Aufschwingen, das heißt zu einer Resonanz aufgrund der rückgekoppelten, empfangenen Signale kommt. Der normale Sende-/Empfangsbetrieb ist daher nicht gestört.
Insbesondere kann, wie oben beschrieben, einer der Signalpfade zwischen der Signalweiche und den einzelnen Antennen keinen Verstärker aufweisen. Zum Beispiel kann der Signalpfad im Empfangsweg der Empfangsantenne keinen Signalverstärker aufweisen. In diesem Fall ist die Dämpfung hinsichtlich der Rückkopplung (d.h. Übersprechen zwischen den Antennen und Übersprechen zwischen den Funksignalpfaden) größer als der Verstärkungsgewinn des Funksignalverstärkers im anderen Signalpfad. Dies bezieht sich auf ein Paar von Antennen und Signalpfaden, nämlich auf eine Sendeantenne und eine Empfangsantenne mit einem Sende-Signalpfad und einem Empfangs-Signalpfad.
Insbesondere kann das Aufschwingen durch Rückkopplung auch durch eine etwas geringere Dämpfung noch wirksam erreicht werden, wenn auch die Dämpfung der weiteren Bauteile der Vorrichtung, die Teil der potenziellen Rückkopplungsschleife sind, berücksichtigt wird. Diese Bauteile sind außer der Signalweiche insbesondere die Signalleitungen in den Signalpfaden zwischen der Signalweiche und den einzelnen Antennen im Sende-Signalpfad und im Empfangs-Signalpfad. Es reicht daher aus, wenn die durch die Anordnung der Sendeantenne und der Empfangsantenne relativ zueinander und aufgrund der Sende- und/oder Empfangscharakteristik der Antennen erreichte Dämpfung größer ist als der Verstärkungsgewinn der Funksignalverstärker im Sendepfad und Empfangspfad abzüglich der durch die erwähnten Bauteile in der potenziellen Rückkopplungsschleife bewirkten Dämpfung.
Bei einer der ersten und zweiten Antenne, das heißt entweder bei der Sendeantenne oder bei der Empfangsantenne, kann es sich um eine Richtantenne mit einem Antennengewinn von mehr als 5 dBi, vorzugsweise mehr als 7 dBi handeln. In diesem Fall ist die andere Antenne außerhalb des Raumwinkelbereichs der Richtantenne angeordnet, in dem der Antennengewinn mehr als 5 dBi bzw. mehr als 7 dBi beträgt. Vorzugsweise ist die andere Antenne außerhalb eines Raumwinkelbereichs der Richtantenne angeordnet, in dem überhaupt ein Antennengewinn der Richtantenne wirksam ist. Es ist alternativ jedoch auch möglich, die andere Antenne in einem Raumwinkelbereich anzuordnen, in dem ein
Antennengewinn der Richtantenne besteht, jedoch die andere Antenne gegen die
Richtantenne abzuschirmen. Auf ein Beispiel bzw. eine konkrete Ausführungsform mit einem Reflektor wird noch näher eingegangen. Generell gilt, dass die Verwendung einer
Richtantenne mit erheblichem Antennengewinn und die entsprechende Ausrichtung der Richtantenne das Erreichen des angestrebten Dämpfungswertes erleichtert oder sogar allein bewirkt.
Bei der Richtantenne kann es sich bei einer bevorzugten Ausführungsform um eine Antenne handeln, die eine auf eine ebene Oberfläche eines Trägers aufgebrachte elektrisch leitende Schicht aufweist. Eine solche Antenne ist auf einfache Weise herzustellen, benötigt in der Richtung quer zur Oberfläche des Trägers sehr wenig Bauraum und kann auf einer Seite des Trägers, insbesondere der Seite, die die Rückseite der elektrisch leitenden Schicht bildet, abgeschirmt werden, insbesondere mit einem Reflektor versehen werden. Auf diese Weise kann auf der Rückseite des Trägers jenseits der Abschirmung bzw. des Reflektors die andere Antenne angeordnet werden und/oder können die sonstigen in den Funksignalwegen angeordneten Bauteile (Signalweiche, zumindest Teile der Signalpfade und/oder Verstärker) angeordnet werden. Auf diese Weise werden unerwünschte Interferenzen und
Wechselwirkungen oder Einwirkungen der von der Richtantenne gesendeten Funksignale auf die sonstigen Bauteile und Signalpfade vermieden.
In einer speziellen Ausgestaltung kann die Richtantenne eine derart strukturierte elektrisch leitende Schicht aufweisen, dass die elektrisch leitende Schicht zwei Streifen leiter aufweist, die jeweils einen Bereich der Oberfläche umlaufen. Unter Umlaufen wird verstanden, dass die Streifen leiter den Außenrand des jeweiligen Bereichs bilden, wobei jedoch ein kleiner Teil des Außenrandes des Bereichs nicht durch den jeweiligen Streifen leiter gebildet sein kann, sodass der Streifen leiter den Bereich nicht geschlossen umläuft. Je nach Art der Richtantenne kann die Form eines solchen nahezu geschlossen umlaufenen Bereichs variieren. Der Bereich kann zum Beispiel ein kreisrunder Bereich sein, ein rechteckiger Bereich sein oder ein polygonaler Bereich sein.
Wie bereits erwähnt, kann ein Reflektor aus elektrisch leitendem Material verwendet werden. In bevorzugter Ausgestaltung ist ein plattenförmiger Reflektor, der zwei entsprechend der Plattenform parallele großflächige Oberflächen aufweist, derart angeordnet, dass die großflächigen Oberflächen parallel zu der Oberfläche des Trägers verlaufen, auf der die elektrisch leitende Schicht der Richtantenne aufgebracht ist. Dabei befindet sich der
Reflektor von der elektrisch leitenden Schicht aus gesehen auf der Rückseite des Trägers. Auf Vorteile einer solchen Anordnung wurde bereits eingegangen. Insbesondere kann von dem Träger aus gesehen die andere Antenne auf der Rückseite des Reflektors angeordnet sein. Sind mehr als zwei Antennen vorhanden, können dort auch weitere Antennen der Vorrichtung angeordnet sein.
Bei der anderen Antenne kann es sich zum Beispiel um eine Stabantenne oder eine andere Antenne handeln, die zumindest in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Stabs eine homogene Empfangs- und Sendecharakteristik hat. Dabei ist es sogar möglich, dass die Stabantenne oder andere Antenne, die auf der Rückseite des Reflektors angeordnet ist, über die Ränder des Reflektors hinausragt, sodass sie von der Vorderseite des Reflektors sichtbar ist. Aufgrund der Richtcharakteristik und aufgrund des Reflektors wird dennoch eine ausreichende Dämpfung bezüglich Rückkopplung bewirkt. Ein solches Hinausragen über die Ränder des Reflektors hat den Vorteil, dass die Stabantenne oder andere Antenne rundum senden und empfangen kann.
Jedoch ist die großflächige Oberfläche des Reflektors vorzugsweise größer als die
Oberfläche des Trägers der elektrisch leitenden Schicht der Richtantenne. Ferner überragt vorzugsweise der Rand des Reflektors an allen Seiten, betrachtet von der Vorderseite des Trägers, die Ränder des Trägers.
Grundsätzlich ist eine Richtantenne mit dem erwähnten Antennengewinn gut dazu geeignet, eine Verbindung mit einer bestimmten Sende- und Empfangsstation einer Funkzelle eines Funknetzes herzustellen und aufrechtzuerhalten. Es können somit sogar verhältnismäßig weit entfernt liegende Stationen eines Funknetzes erreicht werden. In der Praxis kann eine solche weit entfernte Funkstation zum Beispiel eine UMTS-Funkstation oder eine LTE- Funkstation eines Funknetzes mit schlechter Netzabdeckung sein. Im Falle des Reflektors weist der Funksignalpfad zwischen der Funksignalweiche und der elektrisch leitenden Schicht auf der Oberfläche des Trägers vorzugsweise eine
Funksignalleitung auf, die senkrecht zu den großflächigen Oberflächen des Reflektors durch den Reflektor hindurchgeführt ist. Aufgrund der senkrechten Durchführung werden
Störungen der Richtantenne auf dem Träger vermieden.
Ferner gehört zum Umfang der Erfindung ein Verfahren zum Senden und Empfangen von Funksignalen, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung, wie sie in dieser
Beschreibung beschrieben ist. Insbesondere wird ein solches Verfahren vorgeschlagen, wobei
• die Vorrichtung zumindest zwei Antennen aufweist, von denen eine erste Antenne eine Sendeantenne zum Senden von Funksignalen und zumindest eine andere, zweite Antenne eine Empfangsantenne zum Empfangen von Funksignalen ausgestaltet ist,
• die Antennen Funksignale jeweils in einem anderen Frequenzbereich senden und/oder empfangen,
• Funksignale - falls sie zu einem bestimmten Zeitpunkt empfangen werden - von der jeweiligen Antenne über eine Funksignalweiche zu einem gemeinsamen Kabelanschluss der Antennen übertragen werden oder - falls sie zu einem bestimmten Zeitpunkt gesendet werden - von dem gemeinsamen Kabelanschluss über die Funksignalweiche zu der jeweiligen Antenne übertragen werden,
• Funksignale in zumindest einem Funksignalpfad zwischen der
Funksignalweiche und der jeweiligen Antenne verstärkt werden, wobei
Funksignale in einem ersten Funksignalpfad zwischen der
Funksignalweiche und der Sendeantenne durch einen ersten
Funksignalverstärker verstärkt werden und/oder
Funksignale in einem zweiten Funksignalpfad zwischen der
Empfangsantenne und der Funksignalweiche durch einen zweiten Funksignalverstärker verstärkt werden,
• die Sendeantenne und die Empfangsantenne hinsichtlich einer Rückkopplung eines von der Sendeantenne gesendeten Funksignals zu der Empfangsantenne aufgrund ihrer Anordnung relativ zueinander und aufgrund ihrer Sende- und/oder Empfangscharakteristik eine Dämpfung der
Funksignale bewirken, die größer ist als der Verstärkungsgewinn des ersten und zweiten Funksignalverstärkers, abzüglich einer Dämpfung, die die Funksignalweiche bezüglich einem Übersprechen der Signale zwischen den Funksignalpfaden aufweist.
Ferner gehört zum Umfang der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Funksignalen, insbesondere der Vorrichtung in einer der Ausgestaltungen, die in dieser Beschreibung beschrieben werden. Daher wird ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung vorgeschlagen, wobei
• zumindest zwei Antennen bereitgestellt werden, von denen eine erste Antenne eine Sendeantenne zum Senden von Funksignalen und zumindest eine andere, zweite Antenne eine Empfangsantenne zum Empfangen von Funksignalen ausgestaltet ist, und die Antennen direkt und/oder indirekt mechanisch miteinander verbunden werden,
• die Antennen ausgestaltet sind, Funksignale jeweils in einem anderen Frequenzbereich zu senden und/oder empfangen,
• jede der Antennen über eine Funksignalweiche mit einem gemeinsamen
Kabelanschluss verbunden wird, über den die Vorrichtung mit einem Funk- Endgerät verbindbar ist,
• zumindest ein Funksignalverstärker bereitgestellt wird, wobei
in einem ersten Funksignalpfad zwischen der Funksignalweiche und der Sendeantenne ein erster Funksignalverstärker angeordnet wird und/oder in einem zweiten Funksignalpfad zwischen der Empfangsantenne und der Funksignalweiche ein zweiter Funksignalverstärker angeordnet wird,
• die Sendeantenne und die Empfangsantenne hinsichtlich einer Rückkopplung eines von der Sendeantenne gesendeten Funksignals zu der
Empfangsantenne derart relativ zueinander angeordnet und ausgestaltet werden, dass sie eine Dämpfung aufweisen, die größer ist als der Verstärkungsgewinn des ersten und zweiten Funksignalverstärkers, abzüglich einer Dämpfung, die die Funksignalweiche bezüglich einem Übersprechen der Signale zwischen den Funksignalpfaden aufweist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Bezeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen: Figur 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und zusätzlich einer
Einrichtung zum Ankoppeln eines Funk-Endgerätes über eine Kabelverbindung an die Vorrichtung,
Figur 2 eine Variante der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung, wobei eine zweite
Antenne nicht, wie bei der Ausführungsform in Figur 1 , fest an der Vorrichtung angeordnet ist, sondern über eine Kabel-Steckverbindung an die Vorrichtung angekoppelt ist,
Figur 3 eine dritte Variante einer Vorrichtung zum Senden und Empfangen von
Funksignalen,
Figur 4 eine dreidimensionale Darstellung einer konkreten Ausführungsform zum
Beispiel der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung,
Figur 5 eine dreidimensionale Darstellung der in Figur 4 gezeigten Vorrichtung von einer gegenüberliegenden Seite,
Figur 6 eine Seitenansicht auf die in Figur 4 und Figur 5 dargestellte Vorrichtung, wobei Teile der Vorrichtung weggelassen sind, um den Blick auf andere Teile vollständig freizugeben, und
Figur 7 eine dreidimensionale Ansicht aus einem ähnlichen Blickwinkel wie in Figur 5, auf die in Figur 4 bis Figur 6 dargestellte Vorrichtung, wobei jedoch ebenfalls wie in Figur 6 Teile weggelassen sind.
Figur 1 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Vorrichtung 1 zum Senden und Empfangen von Funksignalen. Die Vorrichtung 1 weist zwei Antennen 3, 5 auf, von denen eine erste Antenne 5 eine Sende- und Empfangsantenne zum Senden von Funksignalen in einem ersten Frequenzbereich ist, zum Beispiel um 2100 MHz zur Kommunikation in einem UMTS- Funknetz. Die zweite Antenne 3 ist eine Sende- und Empfangsantenne zum Senden und Empfangen von Funksignalen in einem anderen Frequenzbereich, zum Beispiel um 900 MHz zur Kommunikaten in einem GSM-Funknetz. Ein Funk-Endgerät kann über eine
Kopplungseinrichtung 18, ein Hochfrequenzkabel (z. B. Koaxialkabel) 16 mit entsprechenden Steckverbindern und über eine Eingangsleitung 17 mit einer Funksignalweiche 14 der Vorrichtung 1 verbunden werden. Die Steckverbindungen des Kabels 16 zu der
Kopplungseinrichtung 18 sind mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet, die
Steckverbindungen des Kabels 16 zu der Anschlussleitung 17 mit dem Bezugszeichen 19. Die Anschlussleitung 17 der Vorrichtung 1 oder der Eingang des Kabels 17 in die
Funksignalweiche 14 oder der Kabel-Steckanschluss der Steckverbindung 19 können als gemeinsamer Kabelanschluss der Antennen 3,5 bezeichnet werden. Die Funksignalweiche 14 ist über eine erste Hochfrequenzleitung 12 mit einer Verstärkerschaltung 7 verbunden. Ferner ist ein anderer Ausgang der Funksignalweiche 14 mit einer zweiten Hochfrequenzleitung 15 verbunden, die an die zweite Antenne 3 angeschlossen ist. Zwischen der Funksignalweiche 14 und der zweiten Antenne 3 findet in diesem Ausführungsbeispiel keine Verstärkung von Funksignalen statt. Die
Verstärkungsschaltung 7 in dem Funksignalpfad zwischen der Funksignalweiche 14 und der ersten Antenne 5 weist einen ersten Verstärker 10 zum Verstärken von zu sendenden Signalen auf und einen zweiten Verstärker 1 1 zum Verstärken von empfangenen Signalen auf. Aus Sicht der Funksignalweiche 14 am Eingang der Verstärkerschaltung 7 befindet sich ein erster Filter 8, der die zu sendenden Signale in den Zweig mit dem Sendeverstärker 10 passieren lässt. Aus Sicht des Sendeverstärkers 10 in Richtung der ersten Antenne 5, das heißt ausgangsseitig des ersten Verstärkers 10 befindet sich ein weiterer, zweiter Filter 9, der die verstärkten zu sendenden Signale in eine Hochfrequenz-Anschlussleitung 13 passieren lässt, an die die Antenne 5 angeschlossen ist.
Von der Antenne 5 empfangene Signale werden ebenfalls über die Anschlussleitung 13 zu dem zweiten Filter 9 geleitet. Diese empfangenen Signale werden von dem zweiten Filter 9 in den Zweig der Verstärkungsschaltung 7 durchgeführt, in dem sich der zweite Verstärker 1 1 , der Empfangsverstärker befindet. Die verstärkten empfangenen Signale werden dem ersten Filter 8 zugeführt, der diese in die Leitung 12 zu der Funksignalweiche 14 passieren lässt. Dort werden sie in die Anschlussleitung 17 am endgerätseitigen Anschluss der Vorrichtung 1 geleitet und können über das Kabel 16 zu der Kopplungseinrichtung 18 gelangen.
Bei der Kopplungseinrichtung 18 kann es sich zum Beispiel unmittelbar um den Eingang des Funk-Endgerätes handeln, wenn die eine Kabel-Steckverbindung aufweist, zum Beispiel eine Koxialkabelbuchse. Bei der Kopplungseinrichtung 18 kann es sich jedoch auch um eine Kopplungseinrichtung zum drahtlosen Koppeln von Funksignalen über eine oder mehrere Antennen handeln, wobei dies eine oder mehreren Antennen ausgestaltet sind, im Nahfeld an eine Sende- und Empfangsantenne des Endgeräts gekoppelt zu werden.
Aufgrund der Verstärkerschaltung 7 ermöglicht die Vorrichtung 1 eine zuverlässige
Kommunikation bei hoher Datenübertragungsrate zwischen dem Endgerät und einem Funknetz, das eine geringe Netzabdeckung aufweist bzw. in dem die Dämpfung der Funkübertragung zu der am besten erreichbaren Sende- und Empfangsstation des
Funknetzes verhältnismäßig groß ist. Dagegen kann über die zweite Antenne 3 ohne Verstärkung eine Kommunikation zu einem anderen Funknetz mit geringerer Dämpfung, zum Beispiel mit größerer Zelldichte stattfinden. Insbesondere kann die Kommunikation in beide Funknetze gleichzeitig stattfinden. So ist zum Beispiel eine Bilddatenübertragung über das UMTS-Netz möglich, während ein Benutzer mit dem Endgerät über ein GSM-Netz telefoniert.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Vorrichtung mit lediglich zwei Antennen für die
Kommunikation in verschiedenen Funknetzen beschränkt. Auch kann es vorkommen, dass die Funkkommunikation über die erste Antenne 3 stärker gedämpft ist, sodass eine
Verstärkung ähnlich der Verstärkungsschaltung 7 in dem Signalpfad zu der ersten Antenne wünschenswert ist. Für eine solche Situation ist die in Figur 2 dargestellte Variante geeignet. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente wie in Figur 1 .
Die Vorrichtung 21 weist wie die Vorrichtung 1 in Figur 1 eine erste Antenne 5 und eine zweite Antenne 3 auf. Wie in Figur 1 dargestellt ist ebenfalls eine Verstärkungsschaltung 7 in dem Signalpfad zwischen der ersten Antenne 5 und der Funksignalweiche 14 angeordnet. Jedoch ist in dem Signalpfad zwischen der Funksignalweiche 14 und der zweiten Antenne 3 eine Kabel-Steckverbindung 25 vorgesehen, die ein Zwischenschalten eines optional eingesetzten Verstärkers, ähnlich der Verstärkerschaltung 7 in dem anderen Signalpfad ermöglicht. In diesem Fall weist der optional vorhandene Verstärker vorzugsweise ebenfalls einen Sendeverstärker und einen Empfangsverstärker sowie Filter auf, wie in Figur 1 für den anderen Signalpfad dargestellt. Allerdings sind die Verstärker für den Frequenzbereich ausgelegt, in dem die zweite Antenne 3 Funksignale sendet und empfängt. Ferner kann der optionale Verstärker endgeräteseitig an die Verbindungsleitung 23 der Vorrichtung 21 angeschlossen werden, die ihn in diesem Fall mit der Funksignalweiche 14 verbindet. Ferner kann die Antenne 3 funknetzseitig mit dem Verstärker verbunden werden.
Figur 3 zeigt eine Ausgestaltung einer Vorrichtung 31 , die ähnlich wie die Vorrichtungen 1 , 21 in Figur 1 und Figur 2 ausgestaltet ist. Diese Vorrichtung 31 hat jedoch drei Antennen 3, 4, 5, die jeweils für die Kommunikation in verschiedenen Frequenzbereichen in Funknetze ausgelegt sind. Wiederum ist über eine Kabel-Steckverbindung 19 am endgeräteseitigen Eingang der Vorrichtung 31 ein Anschluss eines Endgeräts insbesondere über ein Kabel möglich. Der Anschluss 19 führt zu einer Funksignalweiche 34, die jedoch funknetzseitig drei Ausgänge hat. Diese Weiche 34 splittet die von dem Endgerät eingehenden Funksignale in drei Teile auf, wobei die aufgeteilten Signale eine geringere Signalstärke aufweiden als das Eingangssignal. In dem Signalpfad von der Weiche 34 zu der ersten Antenne 5 befindet sich eine Verstärkerschaltung 37, die insbesondere genauso aufgebaut ist, wie die
Verstärkerschaltung 7 in Figur 1. Ebenfalls befindet sich in dem Signalpfad von der Weiche 34 zu der dritten Antenne 4 eine Verstärkerschaltung 38, die wiederum wie die Verstärkerschaltung 7 in Figur 1 aufgebaut sein kann, wobei die Verstärker jedoch für den Frequenzbereich der dritten Antenne 4 ausgelegt sind. Ähnlich wie in Figur 2 ist die zweite Antenne 3 über eine Steckverbindung 39 an die Weiche 34 angeschlossen.
Weitere Varianten der Vorrichtung sind möglich. Insbesondere kann über die Weiche eine andere Anzahl von Antennen angeschlossen sein. Dabei ist es ja nach Ausgestaltung bei jedem Signalpfad zwischen der Weiche und der jeweiligen Antenne möglich, eine
Verstärkerschaltung vorzusehen oder nicht vorzusehen. Wenn keine Verstärkerschaltung in einem Signalpfad vorgesehen ist, kann dieser optional mit einem Verstärker nachgerüstet werden, insbesondere wenn die Antenne über eine Steckverbindung an die Weiche angeschlossen ist. Bei der Weiche muss es sich nicht um ein einziges Bauteil handeln. Vielmehr kann es sich auch um eine Kaskade von Splittern/Combinern handeln.
Anhand der Figuren 4 bis 7 wird nun ein konkretes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung mit zwei Antennen beschrieben. Das darin dargestellte Prinzip der Verwendung einer Richtantenne mit hohem Antennengewinn bezogen auf einen Isotropenstrahler und/oder das Prinzip der Abschirmung der beiden Antennen gegeneinander kann aber auch bei anderen Vorrichtungen angewendet werden, die zum Beispiel auch mehr als zwei Antennen haben können, ähnlich wie in Figur 3 beispielsweise dargestellt.
Die in Figur 4 bis 7 dargestellte Vorrichtung weist einen Boden 55 auf, auf dem ein
Gehäusedeckel aufgesetzt werden kann. Um den Blick auf die weitere Konstruktion der Vorrichtung freizugeben, ist der Deckel jedoch in den Figuren 4 bis 7 nicht dargestellt.
Die dreidimensionale Darstellung in Figur 4 zeigt das Innere der Vorrichtung von einer ersten Seite. Es ist ein plattenförmiges Teil erkennbar, das sich quer durch das Innere der
Vorrichtung erstreckt, wobei die großflächigen Oberflächen des plattenförmigen Teils mit ihren Normalen in horizontale Richtung ausgerichtet sind. Die horizontale Richtung bezieht sich jedoch lediglich auf die Darstellung in den Figuren 4 bis 7. Im Gebrauch kann die Vorrichtung auch anders orientiert sein. Bei dem plattenförmigen Teil handelt es sich um einen Reflektor 48, der zum Beispiel aus Metall besteht und Funkwellen zumindest in einem Frequenzbereich reflektiert, der von einer der Antennen der Vorrichtung Funksignale gesendet und empfangen werden. Insbesondere ist der Reflektor 48 für die Reflexion von Funkwellen ausgelegt, die von der noch näher zu beschreibenden Richtantenne gesendet und empfangen werden, die auf dem hinten in Figur 4 angeordneten Träger 50 aufgebracht ist. Dieser plattenförmige Träger 50 erstreckt sich parallel zu dem Reflektor 48. Im Vordergrund der Darstellung von Figur 4, vor dem Reflektor 48, ist eine Platine 52 erkennbar, auf der eine elektrische Schaltung mit entsprechenden Bauteilen aufgebaut ist, von denen zwei mit dem Bezugszeichen 7, 14 bezeichnet sind. Diese Bezugszeichen 7, 14 haben die gleiche Bedeutung wie in Figur 1 , das heißt das Bezugszeichen 7 bezeichnet die Verstärkerschaltung und das Bezugszeichen 14 die Funksignalweiche. Ferner ist mit dem Bezugszeichen 17 ein Anschlusskabel bezeichnet, das ein Endgerät mit der
Funksignalweiche 14 verbindet. Anders als in Figur 1 dargestellt ist jedoch das über
Steckverbindungen 19, 20 anzuschließende Kabel 16 weggelassen und geht das Kabel 17 von der Funksignalweiche 14 bis zu der Kopplungseinrichtung 18 des Endgeräts durch. Dies hat den Vorteil, dass die Dämpfung des Anschlusskabels 17 feststeht und die
Verstärkungsleistung der Verstärkerschaltung 7 auf diese Dämpfung abgestimmt werden kann. Zum Beispiel kann ein solches Kabel 17 eine Dämpfung von 20 dB haben und beträgt die Verstärkungsleistung der Verstärkerschaltung 7 jeweils im Sendepfad und im
Empfangspfad 22 dB.
In Figur 4 sind noch weitere, vorzugsweise aus Kunststoff gefertigte Teile 54, 56, 57, 58 dargestellt, die der mechanischen Befestigung bzw. Abstützung der erwähnten Platine 52, des Reflektors 48 und des Trägers 50 dienen. Ferner ist in Figur 4 eine Zugentlastung 20 erkennbar, die eine Durchgangsöffnung aufweist, durch die sich das Anschlusskabel 17 hindurch erstreckt, wobei die Zugentlastung 20 das Kabel 17 festklemmt und auf diese Weise eine Zugentlastung bewirkt.
Die dreidimensionale Darstellung in Figur 5 zeigt den Aufbau aus Figur 4 von einer anderen, gegenüberliegenden Seite des Reflektors 48. Man erkennt daher im Vordergrund links von dem Reflektor 48 den Träger 50, der Leiterbahnen 65a, 65b aus elektrisch leitfähigem Material trägt. Die Leiterbahnen 65a, 65b umlaufen jeweils einen kreisrunden Bereich auf der Oberfläche des Trägers 50. Dabei wird der kreisrunde Bereich jedoch von den Leiterbahnen 65a, 65b nicht geschlossen umlaufen. Ausgehend von dem Speisepunkt 63, an dem die Leiterbahnen 65 über eine Anschlussleitung 61 zur Zuführung und Ableitung von
Hochfrequenzsignalen angeschlossen ist, umlaufen die Leiterbahnen 65a, 65b die kreisrunden Bereiche nahezu vollständig, jedoch ohne den Kreisring zu schließen. Nach dem Umlauf erreichen sie den zweiten Anschlusspunkt 64, an dem die Abschirmung der
Anschlussleitung 61 angeschlossen ist. Speisepunkt und Anschlusspunkt für die
Abschirmung können auch vertauscht sein. Anders ausgedrückt steht dem Speisepunkt 63 in der Darstellung von Figur 5 oberhalb jeweils ein Endbereich der kreisringförmigen Leiterbahn 65a, 65b gegenüber, der durch einen schmalen Bereich aus nicht leitfähigem Material getrennt ist, wobei dieser isolierende Bereich durch das Material des Trägers 50 gebildet ist. Die beiden Leiterbahnen 65a, 65b sind jedoch dort elektrisch miteinander verbunden, sodass ausgehend von dem Speisepunkt 63 nach einem Umlauf um einen der kreisrunden Bereiche ein Übergang auf die andere Leiterbahn stattfindet, die den anderen kreisrunden Bereich umläuft und wieder zu dem Speisepunkt 63 zurückführt. Anders als bei der Ausgestaltung der Figur 5 und 7 kann es sich statt um kreisrunde umlaufene Bereiche auch um anders geformte umlaufene Bereiche handeln. Zum Beispiel können die Bereiche quadratisch sein.
Der Speisepunkt 63 ist, wie erwähnt, an eine Anschlussleitung 61 angeschlossen, die den Speisepunkt 63 mit der Verstärkerschaltung 7 auf der Platine 52 verbindet. Diese
Anschlussleitung 61 führt durch eine Durchgangsöffnung des Reflektors 48 durch diesen hindurch, wobei die Anschlussleitung 61 senkrecht zu der Oberfläche des Reflektors 48 verläuft. Da auch die Oberfläche des Trägers 50, auf der die Leiterbahnen 65 aufgetragen sind, parallel zu der Oberfläche des Reflektors 48 verläuft, entsteht eine symmetrische Anordnung, die zu einer Richtcharakteristik der Antenne führt, die symmetrisch zu einer Senkrechten der Trägeroberfläche ist, wobei die Senkrechte ungefähr den Speisepunkt 63 durchstößt. Bei dieser Antenne handelt es sich um die durch die Leiterbahnen 65 gebildete Antenne. Aufgrund der beschriebenen Konfiguration hat die Antenne eine ausgeprägte Richtwirkung mit einem Antennengewinn von mehr als 5 dBi.
Bei dieser Antenne handelt es sich um die Antenne, die bei der Vorrichtung 1 gemäß Figur 1 der ersten Antenne 5 entspricht. Die zweite Antenne 43 der in Figur 4 bis Figur 7
dargestellten Vorrichtung entspricht der zweiten Antenne 3 in Figur 1. Diese zweite Antenne 43 ist eine Stabantenne mit einer Stab-Längsachse, die sich in senkrechter Richtung und parallel zu der Oberfläche des Reflektors 48 erstreckt. Aus Figur 4 ist erkennbar, dass die Stabantenne 43 mit ihrer Längsachse in der Ebene der Platine 52 verläuft. Obwohl die Stabantenne 43 über die Oberkante des Reflektors 48 hinausragt, führt der Reflektor 48 zu einer guten Isolierung der beiden Antennen bezüglich einer möglichen Rückkopplung. Zu der Isolierung trägt außerdem die ausgeprägte Richtwirkung der auf dem Träger 50 aufgebauten Antenne bei.
Das Grundprinzip der Kombination einer Richtantenne und eines Reflektors kann daher wie folgt beschrieben werden: Wenn die Richtantenne auf einem Träger mit ebener Oberfläche aufgebracht ist, weist dieser eine Richtung mit maximalem Antennengewinn bezogen auf den isotropen Strahler auf, wobei die Richtung vorzugsweise senkrecht zu der ebenen Oberfläche des Trägers verläuft. Da in diesem Fall prinzipiell in beide Richtungen entlang der Senkrechten eine maximale Empfindlichkeit der Antenne für Empfangssignale bzw. der maximale Antennengewinn besteht, ist auf der einen Seite des Trägers der Reflektor angeordnet, dessen Oberfläche sich parallel zu der Oberfläche des Trägers erstreckt.
Hierdurch besteht die maximale Empfangsempfindlichkeit der Antenne bzw. der maximale Antennengewinn nur noch auf einer Seite entlang der Senkrechten auf die ebene Oberfläche des Trägers. Nun steht für die Kommunikation zu der zweiten Antenne der gesamte
Halbraum aus Sicht des Trägers jenseits des Reflektors zur Verfügung. Ferner steht auch noch ein Teil des Halbraumes für die Kommunikation der zweiten Antenne mit einem Funknetz zur Verfügung.
Aus der Seitenansicht der Figur 6 kann nochmals der Aufbau der Vorrichtung erkannt werden. Die Blickrichtung der Darstellung in Figur 6 ist horizontal und die Senkrechte der Figurenebene verläuft parallel zu der ebenen Oberfläche des Trägers 50 und parallel zu den großflächigen Oberflächen des Reflektors 48. Rechts ist der Träger 50 erkennbar, wobei die Leiterbahnen 65 auf der rechts in Figur 6 liegenden Oberfläche des Trägers 50 aufgebracht sind. Von dem Speisepunkt 63 aus erstreckt sich die Anschlussleitung 61 durch eine Durchgangsöffnung in dem Reflektor 48 hindurch bis zu der Platine 52, auf der die Elemente der Verstärkerschaltung und der Weiche aufgebaut sind. Die Stabantenne 43 erstreckt sich vom oberen Rand der Platine 52 nach oben.
Die Gestaltung der Leiterbahnen 65a, 65b, die anhand von Figur 5 bereits beschrieben wurde, ist sehr gut aus Figur 7 erkennbar, die den Blick auf die Oberfläche des Trägers 50 vollständig freigibt.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (1 , 21 , 31 ) zum Senden und Empfangen von Funksignalen, wobei
• die Vorrichtung (1 , 21 , 31 ) zumindest zwei Antennen (3, 4, 5) aufweist, von denen eine erste Antenne (5) zumindest zum Senden von Funksignalen und zumindest eine andere, zweite Antenne (3, 4) zumindest zum Empfangen von Funksignalen ausgestaltet ist,
• die Antennen (3, 4, 5) ausgestaltet sind, Funksignale jeweils in einem anderen Frequenzbereich zu senden bzw. zu empfangen,
• jede der Antennen (3, 4, 5) über eine Funksignalweiche (14, 34) mit einem gemeinsamen Kabelanschluss (19) verbunden ist, über den die Vorrichtung (1 , 21 , 31 ) mit einem Funk-Endgerät verbindbar ist,
• die Vorrichtung (1 , 21 , 31 ) zumindest einen Funksignalverstärker (7, 37, 38) aufweist, wobei
in einem ersten Funksignalpfad zwischen der Funksignalweiche (14, 34) und der ersten Antenne (5) ein erster Funksignalverstärker (7, 37) angeordnet ist und/oder
in einem zweiten Funksignalpfad zwischen der zweiten Antenne (4) und der Funksignalweiche (14) ein zweiter Funksignalverstärker (38) angeordnet ist,
• die erste Antenne (5) und die zweite Antenne (3, 4) hinsichtlich einer Rückkopplung eines von der ersten Antenne (5) gesendeten Funksignals zu der zweiten Antenne (3, 4) aufgrund ihrer Anordnung relativ zueinander und aufgrund ihrer Sende- bzw. Empfangscharakteristik eine Dämpfung aufweisen, die größer ist als der Verstärkungsgewinn des ersten und zweiten Funksignalverstärkers (7, 37, 38), abzüglich einer Dämpfung, die die Funksignalweiche (14, 34) bezüglich einem Übersprechen der Signale zwischen den Funksignalpfaden aufweist.
2. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei nur entweder der erste (7) oder der zweite Funksignalverstärker vorhanden ist, sodass die Dämpfung größer ist als der Verstärkungsgewinn des vorhandenen Funksignalverstärkers (7), abzüglich die Dämpfung, die die Funksignalweiche (14, 34) bezüglich einem Übersprechen der Signale zwischen den Funksignalpfaden aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der ersten und zweiten Antenne eine Richtantenne (65) mit einem Antennengewinn von mehr als 5 dBi, vorzugsweise mehr als 7 dBi ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der ersten und zweiten Antenne eine Antenne (65) ist, die eine auf eine ebene Oberfläche eines Trägers (50) aufgebrachte elektrisch leitende Schicht aufweist.
5. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die elektrisch leitende
Schicht zwei Streifenleiter (65a, 65b) aufweist, die jeweils einen Bereich der
Oberfläche umlaufen.
6. Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei ein
plattenförmiger Reflektor (48) aus elektrisch leitendem Material zwei entsprechend der Plattenform parallele großflächige Oberflächen aufweist, die parallel zu der Oberfläche des Trägers (50) verlaufen, wobei der Reflektor (48) von der elektrisch leitenden Schicht aus gesehen auf der Rückseite des Trägers (50) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei von dem Träger (50) aus gesehen die andere (43) der ersten und zweiten Antenne auf der Rückseite des Reflektors angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die andere Antenne (43) eine Stabantenne ist, die auf der Rückseite des Reflektors (48) über die Ränder des Reflektors (48) hinausragt, sodass sie von der Vorderseite des Reflektors (48) sichtbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei von dem Träger (50) aus gesehen die Funksignalweiche (14) sowie der oder die Funksignalverstärker (7) auf der Rückseite des Reflektors (48) angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Funksignalpfad
zwischen der Funksignalweiche (14) und der elektrisch leitenden Schicht auf der Oberfläche des Trägers (50) eine Funksignalleitung (61 ) aufweist, die senkrecht zu den großflächigen Oberflächen des Reflektors (48) durch den Reflektor
hindurchgeführt ist.
1 1 . Verfahren zum Senden und Empfangen von Funksignalen, wobei
• eine Vorrichtung (1 , 21 , 31 ) verwendet wird, die zumindest zwei Antennen (3, 4, 5) aufweist, von denen eine erste Antenne (5) zumindest zum Senden von Funksignalen und zumindest eine andere, zweite Antenne (3, 4) zumindest zum Empfangen von Funksignalen ausgestaltet ist,
• die Antennen (3, 4, 5) Funksignale jeweils in einem anderen Frequenzbereich senden bzw. empfangen,
• Funksignale - falls sie zu einem bestimmten Zeitpunkt empfangen werden - von der jeweiligen Antenne (3, 4, 5) über eine Funksignalweiche (14, 34) zu einem gemeinsamen Kabelanschluss (19) der Antennen (3, 4, 5) übertragen werden oder - falls sie zu einem bestimmten Zeitpunkt gesendet werden - von dem gemeinsamen Kabelanschluss (19) über die Funksignalweiche (14, 34) zu der jeweiligen Antenne (3, 4, 5) übertragen werden,
• Funksignale in zumindest einem Funksignalpfad zwischen der
Funksignalweiche (14, 34) und der jeweiligen Antenne (5) verstärkt werden, wobei
Funksignale in einem ersten Funksignalpfad zwischen der Funksignalweiche (14, 34) und der ersten Antenne (5) durch einen ersten Funksignalverstärker (7, 37) verstärkt werden und/oder
Funksignale in einem zweiten Funksignalpfad zwischen der zweiten Antenne und der Funksignalweiche durch einen zweiten Funksignalverstärker verstärkt werden,
• die erste Antenne (5) und die zweite Antenne (3, 4) hinsichtlich einer
Rückkopplung eines von der ersten Antenne (5) gesendeten Funksignals zu der zweiten Antenne (3, 4) aufgrund ihrer Anordnung relativ zueinander und aufgrund ihrer Sende- bzw. Empfangscharakteristik eine Dämpfung der Funksignale bewirken, die größer ist als der Verstärkungsgewinn des ersten (7, 37) und zweiten Funksignalverstärkers, abzüglich einer Dämpfung, die die Funksignalweiche (14, 34) bezüglich einem Übersprechen der Signale zwischen den Funksignalpfaden aufweist.
12. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung (1 , 21 , 31 ) nach einem der Ansprüche 1 - 10 zum Senden und Empfangen von Funksignalen, wobei
• zumindest zwei Antennen (3, 4, 5) bereitgestellt werden, von denen eine erste Antenne (5) zumindest zum Senden von Funksignalen und zumindest eine andere, zweite Antenne (3, 4) zumindest zum Empfangen von Funksignalen ausgestaltet ist, und die Antennen (3, 4, 5) direkt und/oder indirekt
mechanisch miteinander verbunden werden,
• die Antennen (3, 4, 5) ausgestaltet sind, Funksignale jeweils in einem anderen Frequenzbereich zu senden bzw. empfangen,
• jede der Antennen (3, 4, 5) über eine Funksignalweiche (14, 34) mit einem gemeinsamen Kabelanschluss (19) verbunden wird, über den die Vorrichtung (1 , 21 , 31 ) mit einem Funk-Endgerät verbindbar ist,
• zumindest ein Funksignalverstärker (7, 37) bereitgestellt wird, wobei
in einem ersten Funksignalpfad zwischen der Funksignalweiche und der ersten Antenne (5) ein erster Funksignalverstärker (7, 37) angeordnet wird und/oder
in einem zweiten Funksignalpfad zwischen der zweiten Antenne und der Funksignalweiche ein zweiter Funksignalverstärker angeordnet wird,
• die erste Antenne (5) und die zweite Antenne (3, 4) hinsichtlich einer
Rückkopplung eines von der ersten Antenne (5) gesendeten Funksignals zu der zweiten Antenne (3, 4) derart relativ zueinander angeordnet und ausgestaltet werden, dass sie eine Dämpfung aufweisen, die größer ist als der Verstärkungsgewinn des ersten (7, 37) und zweiten Funksignalverstärkers, abzüglich einer Dämpfung, die die Funksignalweiche (14, 34) bezüglich einem Übersprechen der Signale zwischen den Funksignalpfaden aufweist.
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