EP3025394A1 - Breitbandige omnidirektionale antenne - Google Patents

Breitbandige omnidirektionale antenne

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EP3025394A1
EP3025394A1 EP14736620.7A EP14736620A EP3025394A1 EP 3025394 A1 EP3025394 A1 EP 3025394A1 EP 14736620 A EP14736620 A EP 14736620A EP 3025394 A1 EP3025394 A1 EP 3025394A1
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EP
European Patent Office
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substrate
antenna according
feed
reflector
antenna
Prior art date
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EP14736620.7A
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English (en)
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EP3025394B1 (de
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Claudia Daurer
Manfred Stolle
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Kathrein SE
Original Assignee
Kathrein Werke KG
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Publication date
Application filed by Kathrein Werke KG filed Critical Kathrein Werke KG
Publication of EP3025394A1 publication Critical patent/EP3025394A1/de
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Publication of EP3025394B1 publication Critical patent/EP3025394B1/de
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    • H01Q21/20—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path
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    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
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    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
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    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/26—Turnstile or like antennas comprising arrangements of three or more elongated elements disposed radially and symmetrically in a horizontal plane about a common centre
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    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces

Definitions

  • the invention relates to a broadband omnidirectional antenna according to the preamble of claim 1.
  • Omnidirectional antennas are used, for example, as indoor antennas. They are multiband capable and can radiate in a vertical and / or horizontal polarization orientation. As a rule, they are arranged in front of a base or ground surface, which can be designed as disk-shaped, for example. The entire antenna arrangement is further arranged below a protective housing, ie an antenna cover (radome).
  • An omnidirectional and thereby vertically polarized antenna has become known, for example, from EP 1 695 416 B1.
  • the known monopole radiator rises vertically above a base plate or counterweight surface, from which it is galvanically isolated.
  • the vertically polarized monopole radiator thus, at least approximately comprises a conical or frusto-conical radiator portion (which with a diverging extension of the base plate or counterweight surface facing away) and / or a cylindrical or cup-shaped radiator portion.
  • the counterweight surface is adjoined first by the cone-shaped or frustoconical radiator section facing away from the counterweight surface with its divergent extension, which then merges into a tubular radiator section.
  • An omnidirectional indoor antenna comparable in this respect has become known, for example, from EP 2 490 296 A1.
  • EP 2 490 296 A1 does not use a disc-shaped reflector, but instead uses a cone-shaped reflector arrangement which also tapers conically in the direction of monopole-shaped radiators.
  • a broadband, dual-polarized omnidirectional antenna arrangement can also be taken from WO 2012/101633 AI as known. It can be mounted, for example, on a ceiling underside in a room. In front of a reflector, a dipole arrangement offset by 90 ° relative to each other is provided, which results in a square structure in plan view.
  • each at 90 ° on the sides of a square in front of a reflector rising dipole radiator is still an electrically conductive, vertically aligned to the reflector plane and in contrast uplifting monopoly provided as a vertically polarized radiator, which also again, as in the above-mentioned prior art, a reflector remote cylindrical section and the reflector closer and in the direction of the reflector conically tapered cone section comprises.
  • An omnidirectional antenna arrangement is also known from WO 2011/157172 A2 as known.
  • a generic omnidirectional and dual polarized antenna arrangement is finally shown and described in DE 10 2010 011 867 B4.
  • This generic broadband omnidirectional and thereby dualpolarized antenna has, in addition to a monopole-shaped radiator, which is vertically polarized, still a dual-polarized radiator arrangement.
  • the monopole is designed as a cylindrical radiator arrangement, in the cylinder jacket in the circumferential direction offset lying each vertically extending slots are formed.
  • the slots are excited in a preferred embodiment by means of Vivaldi antennas.
  • the Vivaldi antennas thus serve both as a stand-alone horizontally polarized radiator element and as a feed device for the vertical slots, which causes an increase in the bandwidth.
  • the object of the present invention is to provide a further improved omnidirectional and dual-polarized antenna on the basis of the aforementioned generic state of the art.
  • the present invention again achieves a clear improvement over the conventional omnidirectional antennas.
  • the omnidirectional antenna according to the invention is distinguished by the fact that it again has a much broader bandwidth with a total of reduced installation space required.
  • the vertically polarized radiator can be easily used in a frequency range of 790 MHz to 960 MHz and from 1710 MHz to 2700 MHz.
  • the horizontally polarized radiator device can be operated for example in a frequency range of 1710 MHz to 2700 MHz. But even these values are only exemplary, since the antenna according to the invention is not limited to these frequency ranges.
  • the present omnidirectional antenna is furthermore distinguished by the fact that at least two Vivaldi antennas which are offset in the circumferential direction about a central axis are arranged in front of a reflector plane, for example a disk-shaped flat reflector plane. Above the level of this virus valdi antennas are then positioned the raonopole-shaped and vertically polarized radiator.
  • the antenna according to the invention preferably comprises at least three or at least four Vivaldi antennas lying in the circumferential direction of the central axis. Vivaldi antennas are also known as tapered-slot antennas (TSA), which are fed via a slot line.
  • TSA tapered-slot antennas
  • the actual antenna is in this case a two-dimensional exponential horn, in which the slot-shaped structure running away from the feed point to the outside expands horn-like.
  • the Vivaldi antennas according to the invention have the peculiarity that the slot that merges into the exponential horn does not extend exclusively in a plane parallel to the reflector, but the remaining, electrically conductive and the slot and the exponential horn bounding surfaces arcuate or gradations (buckling ) in the direction of the reflector.
  • the monopole radiator may have any suitable shapes. Preferably, it is designed to be rotationally symmetrical about a central axis. In this case, it is preferably not only cylindrical, but at least slightly conical, so that its lateral surface is designed diverging from the side facing the reflector or the Vivaldi antennas toward its open side. It is also possible to use monopoles, which have a stepped or kinked outer contour, pass from a more divergent cone portion into a more easily diverging cone portion. Further modifications can be implemented.
  • the shape of the monopole, the shape of the Vivaldi radiators and the distance to the reflector influence the radiation characteristics of the V and H pole radiators.
  • Dual polarized antennas are mainly used for MIMO applications, which usually require the highest possible level of coverage in the far field. By a suitable choice of o.g. Parameter can be improved in this antenna, the congruence in the vertical diagrams.
  • the most important advantages of the solution according to the invention are the reduction in the size of the antenna arrangement in which ken and the double use of the radiator elements and in the special form of the horizontally polarized radiator.
  • the bandwidth of the vertically polarized radiator can also be increased by extending the counterweight surface to the reflector.
  • FIG. 1 shows a spatial representation of the omnidirectional, dual-polarized antenna according to the invention
  • a side view of the exemplary embodiment of Figure 1 three representations of a differently shaped monopole
  • a plan view of the antenna according to the invention shown in Figures 1 and 2 a bottom view of the antenna with a quasi-transparent reflector
  • an enlarged detail of Figure 5a an axial sectional view through the monopole and the central portion of the Vivalddi antennas to illustrate the feeding of the monopoly
  • Figure 7 a plan view of the reflector below
  • FIG. 8 shows a corresponding illustration to explain the feeding of the Vivaldi antennas
  • FIG. 9 shows a vertical similar to FIG.
  • FIG. 10 shows a corresponding illustration (side view) of FIG. 2, in which certain distances and heights are still drawn in, which serve for the description of dimension specifications with regard to the omnidirectional antenna explained.
  • FIG. 1 shows the omnidirectional dual-polarized antenna, namely with a reflector 1, which is designed flat in the exemplary embodiment shown and has a disc-shaped, ie circular, structure in plan view.
  • a reflector plane 1 ' is defined.
  • four Vivaldi antennas 5 are provided at a distance above the reflector plane 1 'and are arranged at an equidistant distance from one another about a central axis Z (in FIGS. 4 and 5) perpendicular to the reflector plane 1'.
  • the four Vivaldi antennas 5 used are each arranged offset by 90 ° about the central axis Z around.
  • the central axis Z is in the embodiment shown centrally and centrally to the reflector 1 and / or centrally and centrally positioned to the four Vivaldi antennas 5 and thereby aligned at right angles to the reflector plane 1 'extending.
  • the Vivaldi antennas 5 are arranged at a distance A ( Figure 9) in parallel alignment with the reflector plane 1 '.
  • the monopole radiator 11 is arranged, which in the following is sometimes also referred to as monopole or radiator monopole 11. It is rotationally symmetrical to a perpendicular to the reflector plane 1 'sitting axis formed and positioned. This axis is also referred to below as a vertical axis V, which in turn is also perpendicular to the reflector plane l 1 in the embodiment shown. As will be seen below, the vertical axis V and the central axis Z are arranged parallel to each other but with slight lateral offset.
  • the monopole radiator is - although it is cylindrical. may be designed in the form of a hollow or cylindrical shape - in the embodiment shown conical or formed in the manner of a truncated cone.
  • the radiator jacket 13 is formed from its mounting side or bottom region 14, facing the Vivaldi antennas, out of the open end 13a, which is remote from the reflector, preferably in a conically widened manner.
  • the monopole radiator 11 already shown in Figure 2 is again shown separately in its axial section. It can be seen that the monopole emitter 11 is closed at its lower, the Vivaldi antennas 5 facing end, by a flat bottom 12. The outer contour of the emitter monopoly 11 is in its bottom portion 14 even more towards Vivaldi antennas tapered, ie in the manner of a cone.
  • This monopole emitter 11 can be held by means of a holding device 15, which can consist of a cylinder 15 ', for example, adapted in the cylinder interior to the outer contour or the shell 15 "of the monopoly 11 in the bottom region 14, with the monopoly Emitter 11 is immersed in the holding device 15.
  • This holding device 15 is preferably electrically nonconductive, ie it consists of a dielectric material
  • the mentioned cylinder 15 ' is furthermore positioned and held (at least indirectly) on the Vivaldi antennas.
  • the monopole emitter 11 may also have other cross-sectional shapes.
  • the lower he floor area 14 designed flat, so not only on its inside, but also on its outer bottom, so that there is an upwardly to the opening extended cup shape.
  • FIG. 3c shows a further modification of a monopole radiator 11 in a side view. It can be seen that its radiator jacket 13 may have multiple bends at different heights, so that the conical or conical shape can be formed from the bottom 14 of the monopole 11 to the opposite, in the illustrated embodiment open top 23a with diverging wall sections at different angles ,
  • FIG. 4 shows the upper side of the Vivaldi antennas and, on the basis of FIG. 5a, the underside of the Vivalvaldi antennas.
  • FIG. 5b shows an enlarged detailed representation of FIG. 5a.
  • Vivaldi antennas are so-called tape-red-slot antennas (TSA), ie so-called expanded slot antennas. These are broadband antennas. Often they are realized on a double-sided metallized substrate.
  • TSA tape-red-slot antennas
  • the power of the Vivaldi antennas is realized by means of microstrip lines.
  • a dielectric or substrate 23 is designed plate-shaped in the form of a printed circuit board 9. In top sees this substrate 23, dielectric 23 or this printed circuit board 9 in the illustrated embodiment has a square shape and generally a regular n-polygonal shape, where n is a natural number> 2. It is a regular n-polygonal.
  • the substrate may be made of any suitable materials. It is possible that the substrate is formed for example of a plastic body. In this case, the substrate itself may be more or less strong, ie inflexible or substantially non-flexible or deformable. But it is also possible that the substrate is formed of a flexible material, so that in total can be spoken of a flexible substrate. The conductive layers are then on this flexible substrate or in the form of coatings on said plastic body, when it forms the substrate.
  • the mentioned Vivaldi antennas 5 are provided and formed.
  • four Vivaldi antennas 5 are formed on this plate-shaped substrate 23 at a 90 ° distance in a circumferential direction offset from each other.
  • the Vivaldi or Vivaldi-like antenna devices 5, ie in general the "tapered slot” antennas 5, in the exemplary embodiment shown include the abovementioned carrier material or substrate 23 (dielectric 23), in which, for example, on the upper side 23a facing away from the counterweight or reflector surface 1 , So on the side of the substrate 23, on which the monopole emitter 11 is disposed, a conductive layer 27 is formed, which offset by 90 ° in the circumferential direction offset radial slot-shaped or groove-shaped recesses 29 (see Figure 4).
  • Each of the slot-shaped recesses 29 begins with a circular recess 33 usually adjacent to the vicinity of the center Z of the substrate 23, wherein of the four circular, also offset in the circumferential direction at 90 ° recesses 33 each outwardly funnel-shaped widening slot-shaped structure 29th goes out in the area of the substrate 23 is freed from a conductive layer.
  • the slot line 29 'formed by the slot-shaped recess 29 is completed in a broadband manner, this circular clearance 33 preferably being long by a quarter wavelength (based on an average operating wavelength).
  • the slot-shaped recesses 29, which widen outwards in the shape of a funnel extend in the radial direction, ie they are preferably symmetrical. metric to a through the center Z (through which the central axis Z extends) extending radial vector.
  • edges 29 "of the slot-shaped recess (structure) 29 delimiting the slot lines 29 ' can be designed differently to adapt the broadband nature of the antenna 'bounding edges 29' can follow an exponential function.
  • two slot feed lines 35a initially run in opposite directions initially with a radial line section 35a, to which two second line sections 35b extending at right angles and in opposite directions join at a further branch point 35 "in the embodiment shown.
  • a third, again at right angles angled line section 35c, which intersects the respective slot line 29 'transversely and preferably vertically, is possible, as well as other curved courses of the feed lines 35.
  • the strip line-shaped slot lines 35 on the substrate 23 are terminated with a corresponding surface element 35d which is triangular or circular-sector-shaped or a may be formed similar ( Figure 5b).
  • the respective multiple angled portions of the feed slot lines 35 can be made running in the same direction in the circumferential direction, so that a next slot line section 35b and so on adjoin each radial line section 35a in the circumferential direction continuously in the same direction, whereas in the exemplary embodiment shown, the point of intersection 35 in each case two oppositely extending feed line sections emanate, which then each branch off again at a subsequent branch point 35 "in respective further line sections which intersect the slot lines for feeding.
  • the slot feed lines 35 mentioned are formed lying on the lower side 23b of the substrate 23, that is to say facing the reflector 1, wherein the slot lines 29 'formed on the opposite upper side 23a of the substrate 23 are shown by dashed lines in FIGS. 5a and 5b ,
  • the peculiarity in the exemplary embodiment shown consists in the fact that the slot-shaped structure 29, which widens in a funnel shape from the inside to the outside, is not continuous in one plane, corresponding to the substrate plane 23 ', to one end, but rather that the conductive layer 27, which also can be formed as a sheet 127, on the boundary edges 23 "(longitudinal and transverse sides) of the printed circuit board 9, that are extended beyond the substrate 23 and now, as can be seen by way of example from Figure 1 or Figure 2, via arcuate and / or kinks 43 if applicable. varying tilt angle in the direction of reflector 1 run.
  • the slot width that the width of the funnel-shaped widening slot line 29 ', also in the transition region where the conductive layer 27 or the electrically conductive sheet 127, the printed circuit board plane 9 'leaves, maintained., that is, that the slots here also steadily un d continuously widen and the slot width is not distorted by the formation of corners or gradations. is continuously expanded.
  • the exponential form from the plane is "projected" onto the sheet, so to speak.
  • the plan view of the antenna shows a steady exponential curve.
  • the formation may also be such that the conductive layer or surface 27 is formed on the substrate 23 at the latest at the transition into the outwardly extending extension 27a, for example in the form of a sheet metal extension 127a.
  • the conductive layer 27 may be formed in the region of the substrate as a conductive layer on the substrate, and then on leaving the substrate 23 into a sufficient rigidity and load-bearing metal sheet 127 in the manner of a sheet metal extension 127a passes.
  • a support structure may be provided, for example, using a dielectric, on which the electrically conductive layer 27 via the central and / or dining area 123, ie beyond the central or dining area 123 as electrically conductive layer is formed.
  • the conductive surface 27, which may be formed as mentioned in the form of a conductive plate 127, down, ie inclined in the direction of reflector 1, the propagating through the slots 29 electromagnetic waves at the end of the slot (at the level of the substrate 23) (late testens) start to come off the conductive surface 27, 127. Specifically, however, the electromagnetic waves dissipate before they reach the plate. The location at which they detach is frequency-dependent and depends on the slot width of the site in question.
  • Vivaldi antenna is a tapered-slot antenna with a coplanar structure in which on a dielectric 23 on both sides an electrically conductive structure is applied, whereby a radiation of the electromagnetic waves in a direction parallel to the plane of the dielectric is generated.
  • the electromagnetic waves propagate in the respective slot-shaped structures 29 in the substrate plane 23 '(which is also referred to as the feed plane 123'), these electromagnetic waves then emerging from the conductive surfaces 27, 127 and replace, since the slot-shaped structures 29 delimiting electrically conductive surfaces 27 led out of the substrate or feed plane 23 ', 123' and aligned in the direction of reflector 1 aligned or carried away.
  • the monopole emitter 11 shaped accordingly, ie be shaped differently. Due to the sloping flanks of the conductive surface 27, it is obvious that the monopole radiator 11 widens conically in accordance with its lower feed and anchoring point to its open end 13a remote from the reflector, so that the lateral surfaces 13 direction rather perpendicular to the inclined plane 27 'of the conductive layer 27 is aligned outside of the substrate 9 or less deviates from a vertical. This shaping is therefore desirable and preferred in order to achieve the highest possible congruence of the radiation patterns of the V and H pole emitters. With reference to FIGS. 6, 7 and 8, further possible feeds of the antennas are shown.
  • the feed 45 for the monopole emitter 11 comprises a coaxial cable 45a, which extends through a hole la in the reflector 1 ( Figure 7) starting from the back of the reflector 1, wherein the bore la in axial extension the vertical axis V can be arranged, which represents the axis of rotation of the monopole radiator.
  • the coaxial line 45a extends through the bore la in the reflector 1 and z.
  • B. a subsequent, perpendicular to the reflector plane 1 'standing distance and then passes through a further hole 9a in the Leiterplati- ne 9 / substrate 23 and in the conductive layer 27.
  • the coaxial line in the axial extension so straight on to the lower Feeding point 11c led to the monopole emitter 11.
  • the inner conductor of the coaxial cable is connected there at the feed point IIa with the electrically conductive Monopolstrahier 11, usually soldered.
  • the monopole radiator 11 consist of electrically conductive material or of a dielectric material, which is then coated with an electrically conductive layer.
  • the outer conductor of the coaxial cable 45a is connected to the ground surface of the board of the Vivaldi radiator, ie with the conductive layer 27 and with the electrically conductive sheet 127.
  • the feed 47 for the Vivaldi radiators is here only by way of example by means of a coaxial line 47a, the through a second bore lb from the back of the reflector 1 leads, said second bore lb to the central axis Z, that is offset to the center of the disc-shaped reflector assembly, that is, at least slightly offset, as can be seen from Figure 7.
  • the coaxial cable will be continued in a vertical extension to the reflector plane 1 1 towards the substrate 23 where the coaxial cable 47a, the substrate 23 and the layer 27 in a second bore 23b passes off center (see Figure 7) and then above the conductive layer 27 via an arcuate return 47 b to be returned towards the substrate 23.
  • the cable should be routed as close as possible to the conductive layer in order not to influence the radiation characteristics of V-Pol-Strahlers. Since the slot feed line 35 below the printed circuit board / substrate (ie the reflector 1 facing) is provided, ie below the ground plane forming the conductive layer 27 to avoid interference by the conical monopole emitter 11, the coaxial feed cable 47a at its connection end from above through a bore 27b in the electrically conductive layer 27 or in the electrically conductive sheet 127 and a coaxial bore 27c in the printed circuit board, ie the substrate passed, ie the inner conductor is performed here to soldering the inner conductor at the branch point 37 of the Vivaldi antennas 5 from above, which thus represents the Anspei - ses.
  • the outer conductor is in turn connected to the ground surface, ie the conductive layer 27 (plate 127) galvanically connected, usually soldered. Since the cable routing underneath the Vivaldi spotlights has hardly any influence on the antenna characteristics, since this area is almost field-free, this simplified connection situation does not lead to a disadvantageous change the radiation characteristic of the omnidirectional, dual polarized antenna.
  • the feed line 45 or the coaxial cable 45a for the monopole 11 as well as for the feed line 47 with the coaxial cable 47a for the Vivaldi antennas 5 can also be done in a different way than described.
  • FIG. 9 in which the previously described Vivaldi antennas 5 are formed from a metal sheet 127, that is to say without the substrate or dielectric 23 mentioned in the previous exemplary embodiments. All Vivaldi antennas 5 of a corresponding antenna arrangement can be used to this extent consist of a common metal sheet 127, from which the entire assembly is punched and brought by edges and / or bending (generally deforming) in the desired shape.
  • the layer 27 described on the basis of the preceding exemplary embodiments is therefore part of the metal sheet 127 in the variant according to FIG. 9.
  • the reproduced monopole 11 and the associated feed or coaxial line 45 is and can also be formed in this embodiment of Figure 9 as explained with reference to the preceding embodiments.
  • Antennas not via micro-lines, but by means of coaxial cable 147 done, for example, in the field-free space between the metal plate 127 of the Vivaldi Antennas 5 and the reflector 1 run and can be merged, ie, that the coaxial cable 147 in particular in the field-free space between the reflector 1 and the central and / or dining area 123 extend, which also consists of a metal sheet 127 in this embodiment.
  • a common feed opening or feed 109 is provided at a corresponding opening in the reflector 1, through which a corresponding number of coaxial cables 147 are passed, wherein the outer conductor 147a in the feed plane 123 'with a sheet of metal 127th formed Vivaldi antennas (galvanic) are connected, and the inner conductor 147b (similar to the previous embodiments) to the feeders 35 leading or serve as feeders 35 and are formed accordingly, and thereby the recesses 29 in the form of the slot lines 29 'for feeding in the associated Vivaldi antennas 5, preferably perpendicular cross and thereby parallel to the feed plane 123 'run. Therefore, four coaxial cables 147 are provided in the embodiment shown when using four Vivaldi antennas.
  • the supply of the Vivalvadi antennas 5, ie the Vivaldi radiators can also be effected in a different way than by means of microstrip lines.
  • the level referred to in the preceding embodiments as the substrate level 23 1 is also referred to as a feed level 123 '.
  • the substrate 23 or the electrically conductive surface 27 located thereon is arranged at a distance A from the reflector surface 1 ', this distance A being for example between 30 mm and 60 mm, in particular between 35 mm and 55 mm or between 40 mm and 50 mm. Values around 45 mm appear suitable.
  • the overall height G of the entire dual-polarized omnidirectional antenna may be, for example, greater than 50 mm, in particular greater than 55 mm, 60 mm, 65 mm, 70 mm, 75 mm, 80 mm, 85 mm, 90 mm, 95 mm, 100 mm ,
  • the antenna according to the invention can be constructed very compact and in particular have a total height G which is smaller than 120 mm, in particular smaller than 115 mm, 110 mm, 105 mm, 100 mm, 95 mm, 90 mm.
  • the actual height M of the monopole emitter 11 above the electrically conductive layer 27, 127 and thus above the substrate 23 may, for example, vary between 20 mm to 60 mm, in particular greater than 25 mm, 30 mm, 35 mm, 40 mm, 45 mm. However, this height is preferably less than 55 mm, 50 mm, 45 mm or 40 mm, for example.
  • the opening width W of the monopole radiator 11 may, for example, be less than 60 mm, in particular less than 55 mm, 50 mm, 45 mm, 40 mm and in particular 35 mm. Values greater than 20 mm, in particular 25 mm, 30 mm or 35 mm prove to be favorable.
  • the opening width W can be between 75% and 125% of the width Wl in the base region 12, 14, in particular between 80% and 120%, 85% and 115% or 90% and 110% or 95% and 105% , in particular about twice as large as the width Wl in the ground area.
  • the length K that is, the edge length 23 'of the substrate 23, ie the printed circuit board 9, in the embodiment shown, between 30 mm and 70 mm preferably vary, so preferably greater than 35 mm, 40 mm, 45 mm. On the other hand, this edge length should be less than 65 mm, 60 mm or 55 mm to produce a compact antenna size. Values around 50 mm prove to be cheap.
  • a circular reflector 1 whose outer dimension RD is greater than 200 mm, in particular greater than 210 mm, 220 mm, 230 mm or 240 mm.
  • a compact antenna can be realized within the scope of the invention whose diameter dimension of the reflector 1 is less than 350 mm, in particular less than 330 mm, 310 mm, 300 mm, 290 mm, 280 mm, 270 mm and in particular less than 260 mm is. Values around 250 mm are possible.

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)

Abstract

Eine verbesserte Antenne zeichnet sich unter anderem durch folgende Merkmale aus: - mit einem Monopol-Strahler (11), der vertikal polarisiert ist, - mit zumindest zwei horizontal polarisierten und um eine Zentralachse (Z) in Umfangsrichtung versetzt zueinander liegenden Strahlern, - mit einem Reflektor (1), vor dem im Abstand (A) die zumindest beiden horizontal polarisierten Strahler und der Monopol-Strahler (11) angeordnet sind, - die zumindest beiden horizontal polarisierten Strahler umfassen jeweils eine Vivaldi-Antenne (5), - die Vivaldi-Antennen (5) weisen eine Zentral- und/oder Speise-Fläche (123) auf, die eine Speiseebene (123·) bildet, in der eine elektrisch leitfähige Schicht (27, 127) mit in Strahlungsrichtung sich weitenden Schlitzleitungen (29') ausgebildet oder vorgesehen ist, - die Speiseebene (123·) ist in einem Abstand (A) zum Reflektor (1) angeordnet, und - die elektrisch leitfähige Schicht (27, 127) ist unter Ausbildung von zumindest einer bogenförmigen und/oder abgeknickten Verlängerung (27a, 127a) aus der Speiseebene (123') herausgeführt.

Description

Breitbandige omnidirektionale Antenne
Die Erfindung betrifft eine breitbandige omnidirektionale Antenne nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Omnidirektionale Antennen werden beispielsweise als In- door-Antennen eingesetzt. Sie sind multibandfähig und können in einer vertikalen und/oder horizontalen Polarisationsausrichtung strahlen. In der Regel sind sie vor einer Grund- oder Massefläche angeordnet, die beispiels- weise scheibenförmig gestaltet sein kann. Die gesamte Antennenanordnung ist dabei ferner unterhalb eines Schutzgehäuses, d.h. einer Antennenabdeckung (Radom) angeordnet . Eine omnidirektionale und dabei vertikal polarisierte Antenne ist dabei beispielsweise aus der EP 1 695 416 Bl bekannt geworden. Der daraus bekannte monopolförmige Strahler erhebt sich senkrecht über einer Grundplatte oder Gegengewichtsfläche, von der er galvanisch getrennt ist. Der vertikal polarisierte monopolförmige Strahler umfasst also zumindest näherungsweise einen kegel- oder kegelstumpfförmigen Strahlerabschnitt (der mit einer divergierenden Erweiterung von der Grundplatte oder Gegengewichtsfläche weg weist) und/oder einen zylinder- oder topfförmigen Strahlerabschnitt. Vorzugsweise schließt sich an die Gegengewichtsfläche zunächst der von der Gegengewichtsfläche mit seiner divergierenden Erweiterung weg weisende kegel- oder kegelstumpfförmige Strahlerabschnitt an, der dann in einen rohrförmigen Strahlerabschnitt übergeht. Eine bevorzugte Speisung erfolgt über eine serielle Leitungskopplung, die in der Zentral- oder Symmetrieachse des Monopolstrahlers ausgebildet ist. Eine insoweit vergleichbare omnidirektionale Indoor-An- tenne ist beispielsweise aus der EP 2 490 296 AI bekannt geworden. Sie umfasst insoweit eine, mit dem zuvor erläuterten Stand der Technik vergleichbare, monopolförmi- ge Strahleranordnung. Im Gegensatz zu dem einleitend er- läuterten Stand der Technik wird bei der EP 2 490 296 AI kein scheibenförmiger Reflektor, sondern eine ebenfalls konisch in Richtung monopolförmigen Strahler zulaufende kegelförmige Reflektoranordnung verwendet. Eine breitbandige, dualpolarisierte omnidirektionale Antennenanordnung ist auch aus der WO 2012/101633 AI als bekannt zu entnehmen. Sie kann beispielsweise an einer Deckenunterseite in einem Raum montiert werden. Vor einem Reflektor ist um 90° jeweils versetzt zueinander liegend eine Dipolanordnung vorgesehen, die in Draufsicht eine quadratische Struktur ergibt. Mittig innerhalb dieser, jeweils um 90° an den Seiten eines Quadrates sich vor einem Reflektor erhebenden Dipolstrahler ist noch ein elektrisch leitfähiger, vertikal zur Reflektorebene ausgerichteter und sich demgegenüber erhebender Monopol als vertikal polarisierter Strahler vorgesehen, der ebenfalls wieder, wie bei dem eingangs ge- nannten Stand der Technik, einen dem Reflektor entfernt liegenden zylinderförmigen Abschnitt und einen dem Reflektor näher liegenden und in Richtung Reflektor konisch zulaufenden Kegelabschnitt umfasst. Eine omnidirektionale Antennenanordnung ist auch noch aus der WO 2011/157172 A2 als bekannt zu entnehmen.
Eine gattungsbildende omnidirektionale und dabei dualpolarisierte Antennenanordnung ist schließlich in der DE 10 2010 011 867 B4 dargestellt und beschrieben. Diese gattungsbildende breitbandige omnidirektionale und dabei dualpolarisierte Antenne weist neben einem monopolförmi- gen Strahler, der vertikal polarisiert ist, noch eine dualpolarisierte Strahleranordnung auf. Der Monopol ist dabei als zylinderförmige Strahleranordnung ausgebildet, in deren Zylindermantel in Umfangsrichtung versetzt liegend jeweils vertikal verlaufende Schlitze ausgebildet sind. Für den monopolförmigen vertikal polarisierten Strahler wie auch für den horizontal polarisierten Strahler in Form der Schlitzantenne sind separate Speiseeinrichtungen vorgesehen. Dabei werden die Schlitze in einer bevorzugten Ausführungsform mittels Vivaldi -Antennen angeregt. Die Vivaldi -Antennen dienen somit sowohl als eigenständiges horizontal polarisiertes Strah- lerelement als auch als Speiseeinrichtung für die vertikalen Schlitze, was eine Erhöhung der Bandbreite bewirkt . Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ausgehend von dem vorstehend genannten gattungsbildenden Stand der Technik eine nochmals verbesserte omnidirektionale und dabei dualpolarisierte Antenne zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .
Durch die vorliegende Erfindung wird nochmals eine deutliche Verbesserung gegenüber den herkömmlichen omnidi- rektionalen Antennen erzielt. Dabei zeichnet sich die erfindungsgemäße omnidirektionale Antenne dadurch aus, dass sie bei insgesamt verringertem benötigtem Bauraum nochmals sehr viel breitbandi- ger ist. Beispielsweise kann der vertikal polarisierte Strahler problemlos in einem Frequenzbereich von 790 MHz bis 960 MHz und von 1710 MHz bis 2700 MHz eingesetzt werden. Die horizontal polarisierte Strahlereinrichtung kann beispielsweise in einem Frequenzbereich von 1710 MHz bis 2700 MHz betrieben werden. Aber auch diese Werte sind nur beispielhaft, da die erfindungsgemäße Antenne auf diese Frequenzbereiche nicht beschränkt ist.
Die vorliegende omnidirektionale Antenne zeichnet sich ferner dadurch aus, dass vor einer Reflektorebene, beispielsweise einer scheibenförmigen flachen Reflektorebe- ne im Abstand dazu mindestens zwei in Umfangsrichtung um eine Zentralachse versetzt zueinander liegende Vivaldi- Antennen angeordnet sind. Oberhalb der Ebene dieser Vi- valdi-Antennen ist dann der raonopolförmige und vertikal polarisierte Strahler positioniert.
Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Antenne für hori- zontal polarisierten Strahler zumindest drei oder zumindest vier in Umfangsriehtung der Zentralachse zueinander liegende Vivaldi-Antennen. Vivaldi-Antennen werden bekanntermaßen auch als Tapered-Slot-Antennen (TSA) bezeichnet, die über eine Schlitzleitung gespeist werden. Die eigentliche Antenne ist dabei ein zweidimensionales Exponentialhorn, bei welchem also die von der Einspeisestelle nach außen weg laufende schlitzförmige Struktur sich hornmäßig erweitert. Die erfindungsgemäßen Vivaldi -Antennen weisen die Besonderheit auf, dass der Schlitz, der in das Exponentialhorn übergeht, nicht ausschließlich in einer zum Reflektor parallelen Ebene verläuft, sondern die verbleibenden, elektrisch leitfähigen und den Schlitz sowie das Exponentialhorn begrenzenden Flächen bogenförmig oder über Abstufungen (Knickungen) in Richtung Reflektor verlaufen.
Durch dieses Konstruktionsprinzip ist es möglich, dass sich die in dem Schlitzhorn ausbreitenden Wellen am Ende des Schlitzes komplett von der leitenden Fläche lösen. Die den Schlitz und das Horn seitlich begrenzenden leitenden Flächen können von daher bis zum Reflektor verlängert werden. Diese leitenden Flächen der Vivaldi- Antennen dienen gleichzeitig dem Monopol als Gegengewichtsfläche. Die Möglichkeit der Verlängerung dieser leitenden Flächen bis zum Reflektor bietet ferner den Vorteil, dass die Gegengewichtsfläche des Monopols, der sich über die Vi aldi-Antennen erhebt, vergrößert wird. Dadurch lässt sich wiederum eine größere Bandbreite erzielen. Zudem wird die Montage der Vivaldi-Strahler hierdurch vereinfacht .
Der monopolförmige Strahler kann alle geeigneten Formen aufweisen. Bevorzugt ist er rotationssymmetrisch um eine Zentralachse herum verlaufend ausgebildet. Bevorzugt ist er dabei nicht nur zylinderförmig, sondern zumindest leicht kegelig gestaltet, so dass seine Mantelfläche von der dem Reflektor bzw. den Vivaldi-Antennen zugewandt liegenden Seite zu seiner offenen Seite hin divergierend ausgestaltet ist. Ebenso ist es möglich Monopole zu verwenden, die eine abgestufte oder geknickte Außenkontur aufweisen, von einem stärker divergierenden Kegelabschnitt in einen leichter divergierenden Kegelabschnitt übergehen. Weitere Abwandlungen können dabei umgesetzt werden.
Grundsätzlich wird durch die Form des Monopols, die Form der Vivaldi -Strahler und den Abstand zum Reflektor die Strahlungscharakteristik des V- und H-Pol -Strahlers be- einflusst . Dualpolarisierte Antennen werden vorwiegend für MIMO-Anwendungen genutzt, bei denen in der Regel eine möglichst hohe Deckungsgleichheit im Fernfeld gefordert wird. Durch geeignete Wahl der o.g. Parameter kann bei dieser Antenne die Deckungsgleichheit in den Vertikaldiagrammen verbessert werden.
Zusammenfassend kann also festgehalten werden, dass die wichtigsten Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung in der Verkleinerung der Antennenanordnung, in dem Zusammenwir- ken und der Doppelnutzung der Strahlerelemente sowie in der speziellen Form des horizontal polarisierten Strahlers liegen. Dabei lässt sich im Rahmen der Erfindung ferner die Bandbreite des vertikal polarisierten Strah- lers durch Verlängerung der Gegengewichtsfläche bis zum Reflektor ebenfalls vergrößern.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:
Figur 1: eine räumliche Darstellung der erfindungsgemäßen omnidirektionalen, dualpolarisierten Antenne; eine Seitenansicht des Ausführungsbei- spiels nach Figur 1; drei Darstellungen eines unterschiedlich geformten Monopols; eine Draufsicht auf die anhand von Figur 1 und 2 gezeigte erfindungsgemäße Antenne; eine Unteransicht der Antenne bei quasi durchsichtigem Reflektor; eine vergrößerte Detaildarstellung aus Figur 5a; eine axiale Schnittdarstellung durch den Monopol sowie den Zentralabschnitt der Vi- valdi -Antennen zur Verdeutlichung der Speisung des Monopols; Figur 7 : eine Draufsicht auf den Reflektor unter
Einzeichnung zweier Ausnehmungen, durch die die Speiseleitung für die vertikal polarisierten und die horizontal polarisierten Strahler durchgeführt sind;
Figur 8 : eine entsprechende Darstellung zur Erläuterung der Einspeisung der Vivaldi-Antennen;
Figur 9 : eine zu Figur 2 ähnliche vertikale
Schnittdarstellung durch die Antenne, wobei die horizontal polarisierten Strahler aus einem Blech bestehen und die Schlitze abweichend zu Figuren 7 und 8 über Kabel gespeist sind; und
Figur 10: eine entsprechende Darstellung (Seitendarstellung) zu Figur 2, in der noch gewisse Abstände und Höhen eingezeichnet sind, die der Beschreibung von Bemaßungsangaben bezüglich der erläuterten omnidirektionalen Antenne dienen.
In Figur 1 ist die omnidirektionale dualpolarisierte Antenne wiedergegeben, und zwar mit einem Reflektor 1, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eben gestaltet ist und in Draufsicht eine scheibenförmige, d.h. kreisförmige Struktur aufweist. Durch den Reflektor 1 ist eine Reflektorebene 1' definiert. Im Abstand oberhalb der Reflektorebene 1' sind im gezeigten Ausführungsbeispiel vier Vivaldi -Antennen 5 vorgesehen, die um eine senkrecht zur Reflektorebene 1' verlaufende Zentralachse Z (in Figur 4 und 5) in äqui- distanten Abständen zueinander angeordnet sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die vier verwendeten Vivaldi -Antennen 5 jeweils um 90° versetzt liegend um die Zentralachse Z herum angeordnet . Die Zentralachse Z ist dabei im gezeigten Ausführungsbeispiel zentral und mittig zum Reflektor 1 und/oder zentral und mittig zu den vier Vivaldi-Antennen 5 positioniert und dabei rechtwinklig zur Reflektorebene 1' verlaufend ausgerichtet. Die Vivaldi-Antennen 5 sind dabei in einem Abstand A (Figur 9) in Parallelausrichtung zur Reflektorebene 1' angeordnet .
Oberhalb der Vivaldi -Antennen 5 ist im gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel der monopolförmige Strahler 11 angeordnet, der nachfolgend teilweise auch als Monopol oder Strahler-Monopol 11 bezeichnet wird. Er ist rotationssymmetrisch zu einer senkrecht zur Reflektorebene 1' sitzenden Achse ausgebildet und positioniert. Diese Achse wird nachfolgend auch als Vertikalachse V bezeichnet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls wiederum senkrecht zur Reflektorebene l1 steht. Wie es sich nachfolgend noch ergibt, sind die Vertikalachse V und die Zentralachse Z parallel, aber mit leichtem Seitenversatz zu- einander angeordnet .
Wie sich bereits aus der Darstellung gemäß Figuren 1 und 2 ergibt, ist der Monopol-Strahler - obgleich er zylin- derförmig oder hohlzylinderförmig gestaltet sein kann - im gezeigten Ausführungsbeispiel kegelig oder nach Art eines Kegelstumpfes gebildet. Dabei ist der Strahlermantel 13 von seiner den Vivaldi-Antennen zugewandt liegen- den Montageseite oder Bodenbereich 14 aus zu dem zum Reflektor entfernt liegenden offenen Ende 13a hin bevorzugt konisch erweitert ausgebildet.
In Figur 3a ist der bereits in Figur 2 gezeigte Monopol- Strahler 11 nochmals separat in seinem Axialschnitt dargestellt. Daraus ist zu ersehen, dass der Monopol- Strahler 11 an seinem unteren, den Vivaldi-Antennen 5 zugewandt liegenden Ende geschlossen ist, und zwar durch einen flachen Boden 12. Die Außenkontur des Strahler- Monopols 11 ist in seinem Bodenbereich 14 noch stärker in Richtung Vivaldi-Antennen konisch zulaufenden ausgebildet, d.h. nach Art eines Kegels.
Gehalten werden kann dieser Monopol-Strahler 11 mittels einer Halteeinrichtung 15, die beispielsweise aus einem Zylinder 15 ' bestehen kann, der beispielsweise im Zylinderinnenraum an die Außenkontur oder den Mantel 15" des Monopols 11 in dessen Bodenbereich 14 angepasst ist, mit dem der Monopol-Strahler 11 in die Halteeinrichtung 15 eintaucht. Diese Halteeinrichtung 15 ist bevorzugt elektrisch nicht leitfähig, besteht also aus einem dielektrischen Material. Der erwähnte Zylinder 15' ist ferner auf den Vivaldi-Antennen (zumindest mittelbar) positioniert und gehalten.
Anhand von Figur 3b ist nur gezeigt, dass der Monopol- Strahler 11 auch andere Querschnittsformen aufweisen kann. Bei der Variante gemäß Figur 3b ist auch der unte- re Bodenbereich 14 eben gestaltet, also nicht nur auf seiner Innenseite, sondern auch auf seiner außenliegenden Unterseite, so dass sich eine nach oben hin zur Öffnung erweiterte Becherform ergibt. Beliebige Abwandlun- gen sind hier denkbar, wie dies ferner beispielhaft gemäß Figur 3c gezeigt ist, die eine weitere Abwandlung eines Monopol-Strahlers 11 in Seitenansicht wiedergibt. Daraus ist zu ersehen, dass dessen Strahlermantel 13 in unterschiedlichen Höhen mehrfache Abwinklungen aufweisen kann, so dass die keglige oder konische Form von der Unterseite 14 des Monopols 11 ausgehend zur gegenüberliegenden, im gezeigten Ausführungsbeispiel offenen Oberseite 23a mit in unterschiedlichen Winkeln divergierenden Wandabschnitten ausgebildet sein kann.
Nachfolgend soll auf den Aufbau der Vivaldi-Antennen 5 eingegangen werden.
Anhand von Figur 4 ist dabei die Oberseite der Vivaldi- Antennen und anhand von Figur 5a die Unterseite der Vi- valdi-Antennen wiedergegeben. Figur 5b zeigt eine vergrößerte Detaildarstellung von Figur 5a.
Bekanntermaßen stellen Vivaldi-Antennen sogenannte Tape- red-Slot-Antennen dar (TSA) , also sogenannte aufgeweitete Schlitz-Antennen. Es handelt sich dabei um Breitband- Antennen. Häufig werden sie auf einem doppelseitig metallisierten Substrat realisiert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Speisung der Vivaldi-Antennen mittels Microstrip-Leitungen realisiert. Ein Dielektrikum oder Substrat 23 ist in Form einer Leiterplatine 9 plattenförmig gestaltet. In Drauf- sieht weist dieses Substrat 23, Dielektrikum 23 oder diese Leiterplatine 9 im gezeigten Ausführungsbeispiel eine quadratische Form und im Allgemeinen eine regelmäßige n-polygonale Form auf, wobei n eine natürliche Zahl >2 ist. Es handelt sich dabei um ein regelmäßiges n- Polygonal. Bei drei Vivaldi -Antennen, die um die Zentralachse Z angeordnet sind, würde sich also ein gleichseitiges Dreieck anbieten, bei welchem die einzelnen Vivaldi-Antennen jeweils um 120° versetzt zueinander aus- gerichtet sind. Bei vier Vivaldi Antennen ergibt sich die quadratische Form usw.
Das Substrat kann aus allen geeigneten Materialien bestehen. Möglich ist, dass das Substrat beispielsweise aus einem Kunststoff-Körper gebildet ist. Dabei kann das Substrat selbst mehr oder weniger fest sein, also unbiegsam oder im Wesentlichen nicht biegsam oder verformbar. Möglich ist aber auch, dass das Substrat aus einem flexiblen Material gebildet ist, so dass insgesamt von einem flexiblen Substrat gesprochen werden kann. Die leitenden Schichten befinden sich dann auf diesem flexiblen Substrat bzw. in Form von Beschichtungen auf dem erwähnten Kunststoff-Körper, wenn dieser das Substrat bildet.
Die Oberseite 23a des erwähnten Substrats 23, welches in Form einer Leiterplatine 9 gebildet ist, bildet somit eine Speiseebene 123' mit einer Zentral- und/oder Speise-Fläche 123, die wie erläutert bevorzugt nach Art ei- nes regelmäßigen n-Polygonals gebildet ist. In dieser Zentral- und/oder Speise-Fläche 123 sind die erwähnten Vivaldi-Antennen 5 vorgesehen und ausgebildet. Entsprechend Figuren 4, 5a und 5b sind auf diesem plat- tenförmigen Substrat 23 in einem 90° -Abstand in Umfangs- richtung versetzt zueinander liegend vier Vivaldi- Antennen 5 ausgebildet.
Die Vivaldi- oder Vivaldi-ähnlichen Antenneneinrichtungen 5, also allgemein die "tapered slot" -Antennen 5 umfassen in gezeigten Ausführungsbeispiel das erwähnte Trägermaterial oder Substrat 23 (Dielektrikum 23) , bei welchem z.B. auf der zur Gegengewichts- oder Reflektorfläche 1 abgewandt liegenden Oberseite 23a, also auf der Seite des Substrates 23, auf der auch der Monopol- Strahler 11 angeordnet ist, eine leitfähige Schicht 27 ausgebildet ist, die um 90° in Umfangsrichtung versetzt zueinander liegende radiale schlitz- oder nutförmige Ausnehmungen 29 aufweist (siehe Figur 4) . Jede der schlitzförmigen Ausnehmungen 29 beginnt mit einer kreisförmigen Ausnehmung 33 in der Regel benachbart zur Nähe des Zentrums Z des Substrates 23, wobei von den vier kreisförmigen, ebenfalls in 90° in Umfangsrichtung versetzt liegenden Ausnehmungen 33 jeweils die nach außen sich trichterförmig erweiternde schlitzförmige Struktur 29 ausgeht, in deren Bereich das Substrat 23 von einer leitfähigen Schicht befreit ist. Durch diesen kreisför- migen Freiraum 33 wird die durch die schlitzförmige Ausnehmung 29 gebildete Schlitzleitung 29' breitbandig abgeschlossen, wobei dieser kreisförmige Freiraum 33 bevorzugt um eine viertel Wellenlänge (bezogen auf eine mittlere Betriebswellenlänge) lang ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel verlaufen die sich nach außen hin trichterförmig erweiternden schlitzförmigen Ausnehmungen 29 in Radialrichtung, d.h. sie sind dabei bevorzugt sym- metrisch zu einem durch das Zentrum Z (durch welche die Zentralachse Z verläuft) verlaufenden Radialvektor.
Dabei ist in Figur 4 jeweils für zumindest einen Teil der Vivaldi-Antenne die kreisförmige Ausnehmung 33 und die von dort ausgehende Schlitzleitung 29' von der Oberseite her zu sehen, wobei diese Ausnehmungen von der auf der Oberseite (also auf der Seite des Monopol-Strahles 11) auf dem Substrat ausgebildeten leitfähigen Schicht 27 umgeben ist. Ob und was von der Oberseite aus zu sehen ist, kommt jedoch auf den Durchmesser des Kegels und den Abstand des Beginns der Vivaldi-Antennen zur Zentralachse an. Möglicherweise sind sie auch voll vom Kegel verdeckt. Bei der Darstellung gemäß Figur 5a und 5b sind die von der Unterseite her an sich nicht sichtbaren kreisförmigen Ausnehmungen 33 und die von dort aus beginnenden schlitzförmigen Strukturen 29 in Form der Schlitzleitung 29' nur strichliert eingezeichnet, da diese Strukturen auf der dem Monopol-Strahler 11 zugewandt liegenden Oberseite ausgebildet sind, bei der Unteransicht gemäß Figur 5a und 5b an sich nicht sichtbar sind.
Die die Schlitzleitungen 29' begrenzenden Ränder 29" der schlitzförmigen Ausnehmung (Struktur) 29 können zur Anpassung der Breitbandigkeit der Antenne unterschiedlich gestaltet sein. Bevorzugt sind diese Schlitzleitungen 29' nach außen hin trichterförmig sich erweiternd gestaltet, wobei der Kurvenverlauf der die Schlitzleitun- gen 29' begrenzenden Ränder 29" einer exponentialen Funktion folgen kann. Die Speisung jeder Schlitzleitung 29' erfolgt über jeweils eine Schlitz-Speiseleitung 35, die von einem Speisepunkt 37 (Verzweigung 37) im Zentrum Z des Substrats 23 sitzend ausgeht, der von der Zentral- und Symmetrie- achse Z durchsetzt wird. Davon ausgehend verlaufen von einer ersten Verzweigungsstelle 35' ausgehend zwei Schlitz-Speiseleitungen 35a gegensinnig zunächst mit einem radialen Leitungsabschnitt 35a, an den sich im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils zwei dazu rechtwink- lig und gegensinnig verlaufende zweite Leitungsabschnitte 35b an einer weiteren Verzweigungsstelle 35" anschließen, um dann in einen dazu dritten, nochmals rechtwinklig abgewinkelten Leitungsabschnitt 35c überzugehen, der die jeweilige Schlitzleitung 29' quer und be- vorzugt senkrecht schneidet. Andere, beispielsweise bogenförmige Verläufe der Speiseleitungen 35 sind ebenfalls möglich. Entscheidend ist, dass sie von einem Speisepunkt ausgehen und die Schlitzleitung 29 queren. Um die Breitbandigkeit dieser Vivaldi-Antennen 5 zu verbessern ist vorgesehen, dass die auf dem Substrat 23 streifenleitungsförmige Schlitzleitungen 35 mit einem entsprechenden Flächenelement 35d abgeschlossen sind, welches dreieck- oder kreissektorförmig oder ähnlich ausgebildet sein kann (Figur 5b) .
Die jeweiligen mehrfachen Abwinklungen der Speiseschlitzleitungen 35 können in Umfangsrichtung jeweils im gleichen Sinne verlaufend erfolgen, so dass sich an je- den radialen Leitungsabschnitt 35a in Umfangsrichtung fortlaufend in gleicher Richtung ein nächster Schlitz - leitungsabschnitt 35b usw. anschließt, wohingegen im gezeigten Ausführungsbeispiel von dem Kreuzungspunkt 35 jeweils zwei entgegengesetzt verlaufende Speiseleitungs- abschnitte ausgehen, die sich dann jeweils nochmals an einem nachfolgenden Verzweigungspunkt 35" in jeweils weiter Leitungsabschnitte verzweigen, die die Schlitz- leitungen zur Einspeisung kreuzen.
Die erwähnten Schlitz -Speiseleitungen 35 sind dabei auf der unteren Seite 23b des Substrates 23, also dem Reflektor 1 zugewandt liegend ausgebildet, wobei die auf der gegenüberliegenden oberen Seite 23a des Substrats 23 ausgebildeten Schlitz-Leitungen 29' in Figur 5a und 5b strichliert dargestellt sind.
Die Besonderheit im gezeigten Ausführungsbespiel besteht nun darin, dass die sich von innen nach außen trichterförmig erweiternde Schlitzförmige Struktur 29 nicht durchgängig in einer Ebene, entsprechend der Substrat- ebene 23' bis zu einem Ende weitergeführt ist, sondern dass die leitfähige Schicht 27, die auch als Blech 127 ausgebildet sein kann, über die Begrenzungskanten 23" (Längs- und Querseiten) der Leiterplatine 9, d.h. über das Substrat 23 hinaus verlängert sind und dabei nunmehr, wie aus Figur 1 oder Figur 2 beispielhaft zu ersehen ist, über bogenförmige und/oder über Knickstellen 43 gegebenenfalls mit. unterschiedlichem Neigungswinkel in Richtung Reflektor 1 verlaufen. Dabei wird jedoch die Schlitzbreite, d.h. die Breite der trichterförmig sich erweiternden Schlitzleitung 29' auch in dem Übergangsbereich, wo die leitende Schicht 27 oder das elektrisch leitfähige Blech 127 die Leiterplattenebene 9' verlässt, beibehalten. D.h. dass hier die Schlitze auch stetig und kontinuierlich breiter werden und die Schlitzbreite nicht durch Ausbildung von Ecken oder Abstufungen dis- kontinuierlich erweitert wird. Die Exponentialform aus der Ebene wird sozusagen auf das Blech "projiziert". Bei der Draufsicht auf die Antenne ist eine stetige Exponentialkurve zu sehen. Die Ausbildung kann auch derart sein, dass die leitfähige Schicht oder Fläche 27 auf dem Substrat 23 spätestens beim Übergang in die nach außen hin verlaufende Verlängerung 27a z.B. in Form einer Metallblech-Verlängerung 127a gebildet ist. Mit anderen Worten kann die leitfähige Schicht 27 im Bereich des Substrates als leitfähige Schicht auf dem Substrat ausgebildet sein, wobei sie beim Verlassen des Substrates 23 dann in ein eine ausreichende Steifigkeit und Tragfähigkeit aufweisendes Metallblech 127 nach Art einer Metallblech-Verlängerung 127a übergeht. Ansonsten kann aber auch hier im Bereich der Verlängerung 27a eine Tragstruktur beispielsweise unter Verwendung eines Dielektrikums vorgesehen sein, auf welchem die elektrisch leitfähige Schicht 27 über die Zentral- und/oder Speise- Fläche 123, also über den Zentral- oder Speisebereich 123 hinaus als elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet ist .
Wie aus den Darstellungen zu ersehen ist, werden die schlitzförmigen Ausnehmungen 29 und damit die Schlitz- leitung 29' nach Verlassen des Substrates 23 zunehmend schneller breiter.
Da wie geschildert die leitende Fläche bzw. die leitende Schicht 27, die wie erwähnt in Form eines leitfähigen Bleches 127 ausgebildet sein kann, nach unten, also in Richtung Reflektor 1 geneigt verläuft, können die über die Schlitze 29 ausbreitenden elektromagnetischen Wellen am Ende des Schlitzes (in Höhe des Substrates 23) (spä- testens) beginnen, sich von der leitenden Fläche 27, 127 abzulösen. Im Konkreten lösen sich die elektromagnetischen Wellen allerdings schon ab, bevor sie das Blech erreichen. Die Stelle, an denen sie sich ablösen, ist frequenzabhängig und hängt von der Schlitzbreite der betreffenden Stelle ab. Denn bei einer Vivaldi-Antenne, so wie sie in üblicher Weise eingesetzt wird, handelt es sich um eine tapered-slot -Antenne mit einer koplanaren Struktur, bei welcher auf einem Dielektrikum 23 auf bei- den Seiten eine elektrisch leitfähige Struktur aufgebracht ist, wodurch eine Abstrahlung der elektromagnetischen Wellen in einer parallelen Richtung zur Ebene des Dielektrikums erzeugt wird. Auch im gezeigten Ausführungsbeispiel breiten sich die elektromagnetischen Wel- len in den jeweiligen schlitzförmigen Strukturen 29 in der Substrat-Ebene 23 ' aus (die auch als Speise-Ebene 123 ' bezeichnet wird) , wobei sich diese elektromagnetischen Wellen dann von den leitenden Flächen 27, 127 ablösen und ablösen müssen, da die die schlitzförmigen Strukturen 29 begrenzenden elektrisch leitfähigen Flächen 27 aus der Substrats- oder Speise-Ebene 23', 123' herausgeführt und in Richtung Reflektor 1 verlaufend ausgerichtet bzw. weggeführt werden. Die Ablösung der elektromagnetischen Wellen ist - wie bereits erwähnt - frequenzabhängig. Die größte Schlitzbreite am Ende des Blechs bestimmt damit die untere Grenzfrequenz . Bis zu dieser Stelle haben sich somit alle gewünschten Frequenzen vom Strahler gelöst. Da sich die elektromagnetischen Wellen also letztlich völlig von der leitenden Fläche 27 ablösen, da - wie erläutert - diese leitende Fläche 27 zunehmend weiter sich von der Leiterplatinenebene 9', d.h. der Substrat- oder Speise-Ebene 23', 123' in Richtung Reflektorebene 1' entfernt, ist es möglich, diese leitende Fläche 27 oder das leitfähige Blech 127 mittels einer Verlängerung 27a bzw. 127a zu versehen, die bis zum Reflektor 1 verlängert ist. D.h. mit anderen Worten, dass die leitfähige Schicht oder das leitfähige Blech am Ende direkt mit dem Reflektor mechanisch verbunden werden kann, gegebenenf lls sogar galvanisch dort angeschlossen ist. Dies hat zudem den weiteren Vorteil, dass sich die Gegengewichtsfläche des Monopols 11 hierdurch vergrößert. Der Monopol -Strahler 11 erfährt dadurch eine größere Bandbreite. Zum anderen vereinfacht sich dadurch die Montage der Vivaldi-Strahler .
Je nachdem, welche geometrische Form die leitende Fläche 27 mit der radialen Erweiterung 27a bzw. Form des leit- fähigen Bleche 127 mit einer entsprechenden Erweiterung 127a aufweist, die gleichzeitig dadurch die Gegengewichtsfläche für den Monopol-Strahler 11 bildet, kann der Monopol-Strahler 11 entsprechend geformt, d.h. unterschiedlich geformt sein. Durch die abfallenden Flan- ken der leitenden Fläche 27 bietet sich an, dass der mo- nopolförmige Strahler 11 entsprechend von seinen untenliegenden Speise- und Verankerungsstelle zu seinem dem Reflektor entfernt liegenden offenen Ende 13a sich konisch erweitert, so dass die Mantelflächen 13 in Erstre- ckungsrichtung eher senkrecht zur geneigten Ebene 27' der leitenden Schicht 27 außerhalb des Substrates 9 ausgerichtet ist oder weniger von einer Senkrechten abweicht . Diese Formgebung ist auch deshalb gewünscht und bevorzugt, um eine möglichst hohe Deckungsgleichheit der Strahlungsdiagramme der V- und H-Pol-Strahler zu erreichen. Anhand von Figur 6, 7 und 8 sind ferner noch mögliche Anspeisungen der Antennen gezeigt.
In Figur 6 ist zu ersehen, dass die Anspeisung 45 für den Monopol-Strahler 11 ein Koaxialkabel 45a umfasst, welches durch eine Bohrung la im Reflektor 1 (Figur 7) von der Rückseite des Reflektors 1 ausgehend verläuft, wobei die Bohrung la in axialer Verlängerung der Vertikalachse V angeordnet werden kann, die die Rotationsach- se des Monopol-Strahlers darstellt. Mit anderen Worten verläuft also die Koaxialleitung 45a durch die Bohrung la im Reflektor 1 und z. B. eine nachfolgende, senkrecht zur Reflektorebene 1 ' stehende Strecke und durchsetzt anschließend eine weitere Bohrung 9a in der Leiterplati- ne 9 / Substrat 23 und in der leitfähigen Schicht 27. Von dort ist die Koaxialleitung in axialer Verlängerung, also gerade weiterverlaufend bis zur unteren Einspeisestelle 11c am Monopol-Strahler 11 geführt. Der Innenleiter des Koaxialkabels ist dort an der Einspeisestelle IIa mit dem elektrisch leitfähigen Monopolstrahier 11 verbunden, in der Regel angelötet. Dabei kann der Monopol-Strahler 11 aus elektrisch leitfähigem Material bestehen oder aus einem dielektrischen Material, welches dann mit einer elektrisch leitfähigen Schicht überzogen ist. Der Außenleiter des Koaxialkabels 45a ist mit der Massefläche der Platine der Vivaldi-Strahler verbunden, also mit der leitfähigen Schicht 27 bzw. mit dem elektrisch leitfähigen Blech 127. Die Anspeisung 47 für die Vivaldi -Strahler erfolgt hier nur beispielhaft mittels einer Koaxialleitung 47a, die durch eine zweite Bohrung lb von der Rückseite des Reflektors 1 ausgehend führt, wobei diese zweite Bohrung lb zur Zentralachse Z, d.h. zum Mittelpunkt der scheibenförmigen Reflektoranordnung versetzt liegt, d.h. zumindest leicht versetzt liegt, wie aus Figur 7 zu ersehen ist. Von dort wird das Koaxialkabel in senkrechter Verlängerung zur Reflektorebene 11 in Richtung Substrat 23 weitergeführt, wo das Koaxialkabel 47a das Substrat 23 und die Schicht 27 in einer zweiten Bohrung 23b außermittig durchläuft (siehe Figur 7) , um dann oberhalb der leitfähigen Schicht 27 über eine bogenförmige Rück- führung 47b in Richtung Substrat 23 zurückgeführt zu werden. Dabei sollte das Kabel möglichst eng anliegend an der leitfähigen Schicht geführt werden, um die Strahlungscharakteristik von V-Pol -Strahlers nicht zu beeinflussen. Da die Schlitz-Speiseleitung 35 unterhalb der Leiterplatine/Substrat (also dem Reflektor 1 zugewandt liegend) vorgesehen ist, also unterhalb der die Masse- fläche bildenden leitenden Schicht 27, um Störungen durch den kegelförmigen Monopol -Strahler 11 zu vermeiden, wird das koaxiale Speisekabel 47a an seinem An- schlussende von oben her durch eine Bohrung 27b in der elektrisch leitfähigen Schicht 27 bzw. im elektrisch leitfähigen Blech 127 und eine dazu koaxiale Bohrung 27c in der Leiterplatine, also dem Substrat, hindurchgeführt, d.h. der Innenleiter wird hier durchgeführt, um den Innenleiter an dem Verzweigungspunkt 37 der Vivaldi- Antennen 5 von oben her anzulöten, der somit die Anspei - sestelle darstellt. Der Außenleiter wird wiederum mit der Massefläche, d.h. der leitenden Schicht 27 (Blech 127) galvanisch verbunden, in der Regel verlötet. Da die Kabelführung unterhalb der Vivaldi -Strahler kaum Ein- fluss auf die Antennen-Charakteristik hat, da dieser Bereich nahezu feldfrei ist, führt diese vereinfachte Anschlusssituation zu keiner nachteilhaften Veränderung der Strahlungscharakteristik der omnidirektionalen, dualpolarisierten Antenne.
Die Verlegung der Koaxialkabel, d.h. der Speiseleitung 45 bzw. des Koaxialkabels 45a für den Monopol 11 wie aber auch für die Speiseleitung 47 mit dem Koaxialkabel 47a für die Vivaldi-Antennen 5 kann aber auch auf einem anderen Weg als geschildert erfolgen. Nachfolgend wird auf Figur 9 Bezug genommen, in welcher die bisher geschilderten Vivaldi-Antennen 5 aus einem Metallblech 127 gebildet sind, also ohne das in den bisherigen Ausführungsbeispielen erwähnte Substrat oder Dielektrikum 23. Alle Vivaldi-Antennen 5 einer entspre- chenden Antennenanordnung können insoweit aus einem gemeinsamen Metallblech 127 bestehen, aus der die Gesamtanordnung ausgestanzt und durch Kanten und/oder Biegen (allgemein Verformen) in die gewünschte Form gebracht ist. Auch die anhand der vorausgegangenen Ausführungs- beispielen beschriebene Schicht 27 (bei den anderen Aus- führungsbeispielen auf der Oberseite 23a des Substrats 23 ausgebildet) ist also somit Teil des Metallbleches 127 bei der Variante gemäß Figur 9. Der wiedergegebene Monopol 11 sowie die zugehörige Speise- oder Koaxialleitung 45 ist und kann auch in diesem Ausführungsbeispiel nach Figur 9 so ausgebildet, wie dies anhand der vorausgegangenen Ausführungsbeispiele erläutert wurde. Abweichend jedoch zu den vorausgegange- nen Ausführungsbeispielen kann die Speisung der Vivaldi-
Antennen nicht über Micro-Leitungen, sondern mittels Koaxialkabel 147 erfolgen, die beispielsweise im feldfreien Raum zwischen dem Metallblech 127 der Vivaldi- Antennen 5 und dem Reflektor 1 verlaufen und zusammengeführt werden können, d.h., dass die Koaxialkabel 147 insbesondere in dem feldfreien Raum zwischen Reflektor 1 und der Zentral- und/oder Speise-Fläche 123 verlaufen, die in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls aus einem Metallblech 127 besteht.
In diesem Ausführungsbeispiel nach Figur 9 ist also eine gemeinsame Einspeiseöffnung oder -Zuführung 109 an einer entsprechenden Durchbrechung im Reflektor 1 vorgesehen, durch die eine entsprechende Anzahl von Koaxialkabeln 147 hindurchgeführt sind, wobei die Außenleiter 147a in der Speiseebene 123' mit den aus einem Metallblech 127 gebildeten Vivaldi-Antennen (galvanisch) verbunden sind, und die Innenleiter 147b (ähnlich wie in den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen) zu den Speiseleitungen 35 führend oder als Speiseleitungen 35 dienen und entsprechend ausgebildet sind, und dabei die Ausnehmungen 29 in Form der Schlitzleitungen 29' zur Einspeisung in den zugehörigen Vivaldi -Antennen 5 kreuzen, vorzugsweise senkrecht kreuzen und dabei parallel zur Speiseebene 123' verlaufen. Von daher sind im gezeigten Ausführungsbeispiel bei der Verwendung von vier Vivaldi -Antennen vier Koaxialkabel 147 vorgesehen.
Nachfolgend wird auf Figur 10 Bezug genommen, die eine Darstellung entsprechend Figur 2 wiedergibt.
Daraus ist also ersichtlich, dass die Speisung der Vi- valdi -Antennen 5, d.h. der Vivaldi-Strahler auch auf andere Weise als durch Microstrip-Leitungen erfolgen kann. Wie geschildet, ist es auch möglich, jede Schlitzleitung 35 mit einem Kabel zu speisen, das mit dem Innenleiter des zugehörigen Koaxialkabels 147 verbunden ist oder aus dem Innenleiter 147b des zugehörigen Koaxialkabels 147 besteht, wobei die einzelnen Koaxialkabel 147 dann an anderer Stelle zusammengeschaltet werden können, bei- spielsweise im feldfreien Raum zwischen dem Reflektor und dem Blech. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind sie im Bereich der Durchführung 109 oder sogar unterhalb des Reflektors 1 zusammengeschaltet. Dadurch ist es also möglich, dass die Vivaldi-Strahler komplett aus Blech geformt sind. Eine Platine ist hierbei nicht zwingend nötig. Wenn die Vivaldi-Strahler dann komplett aus einem Blech, also einem Metallblech 127 geformt sind, ist auch eine sogenannte Substrat-Ebene 23' nicht mehr vorgesehen, da ja das Substrat 23 selbst wegfällt. Von daher wird die in den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen als Substrat-Ebene 231 bezeichnete Ebene auch als Speise-Ebene 123' bezeichnet.
In dem geschilderten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 9 ist es dann auch möglich, den vertikal polarisierten Strahler, d.h. den Monopolstrahler 11 mittig auf dem Metallblech 127 in der Zentral- und/oder Speise-Fläche 123 zu positionieren, so dass die Zentralachse Z und die Vertikalachse V zusammenfallen, wie aus Figur 9 zu erse- hen ist.
Daraus ist zu ersehen, dass beispielsweise das Substrat 23 bzw. die sich darauf befindliche elektrisch leitfähige Fläche 27 in einem Abstand A gegenüber der Reflek- torfläche 1' angeordnet ist, wobei dieser Abstand A beispielsweise zwischen 30 mm und 60 mm, insbesondere zwischen 35 mm und 55 mm oder zwischen 40 mm und 50 mm liegen kann. Werte um 45 mm erscheinen geeignet. Die Gesamthöhe G der gesamten dualpolarisierten omnidi- rektionalen Antenne kann beispielsweise größer als 50 mm, insbesondere größer als 55 mm, 60 mm, 65 mm, 70 mm, 75 mm, 80 mm, 85 mm, 90 mm, 95 mm, 100 mm sein. Die erfindungsgemäße Antenne kann allerdings sehr kompakt aufgebaut sein und insbesondere eine Gesamthöhe G aufweisen, die kleiner ist als 120 mm, insbesondere kleiner ist als 115 mm, 110 mm, 105 mm, 100 mm, 95 mm, 90 mm.
Die eigentliche Höhe M des Monopol-Strahlers 11 oberhalb der elektrisch leitfähigen Schicht 27, 127 und damit oberhalb des Substrats 23 kann beispielsweise zwischen 20 mm bis 60 mm variieren, insbesondere größer sein als 25 mm, 30 mm, 35 mm, 40 mm, 45 mm. Bevorzugt ist diese Höhe jedoch kleiner als 55 mm, 50 mm, 45 mm oder beispielsweise 40 mm.
Die Öffnungsweite W des Monopol-Strahlers 11 kann bei- spielsweise kleine als 60 mm, insbesondere kleiner als 55 mm, 50 mm, 45 mm, 40 mm und insbesondere 35 mm sein. Werte größer als 20 mm, insbesondere 25 mm, 30 mm oder 35 mm erweisen sich als günstig. Dabei kann die Öffnungsweite W zwischen 75 % und 125 % der Weite Wl im Bo- denbereich 12, 14 sein, insbesondere zwischen 80 % und 120 %, 85 % und 115 % oder 90 % und 110 % bzw. 95 % und 105 % schwanken, insbesondere ungefähr doppelt so groß sein wie die Weite Wl im Bodenbereich. Die Länge K, d.h. die Kantenlänge 23' des Substrats 23, also der Leiterplatine 9, kann im gezeigten Ausführungs- beispiel zwischen 30 mm und 70 mm bevorzugt variieren, also vorzugsweise größer sein als 35 mm, 40 mm, 45 mm. Andererseits sollte diese Kantenlänge zur Herstellung einer kompakten Antennengröße kleiner als 65 mm, 60 mm oder 55 mm sein. Werte um 50 mm erweisen sich als günstig.
Unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Daten ist es möglich, beispielsweise einen kreisförmigen Reflektor 1 zu verwenden, dessen Außenmaß RD größer als 200 mm, insbesondere größer als 210 mm, 220 mm, 230 mm oder 240 mm ist. Vor allem lässt sich aber eine kompakte Antenne im Rahmen der Erfindung realisieren, deren Durchmessermaß des Reflektors 1 kleiner als 350 mm, insbesondere kleiner als 330 mm, 310 mm, 300 mm, 290 mm, 280 mm, 270 mm und insbesondere kleiner als 260 mm ist. Werte um 250 mm sind möglich.

Claims

Patentansprüche :
1. Breitbandige, omnidirektionale Antenne, mit folgenden Merkmalen :
mit einem Monopol -Strahler (11) , der vertikal polarisiert ist,
- mit zumindest zwei horizontal polarisierten und um eine Zentralachse (Z) in Umf ngsrichtung versetzt zueinander liegenden Strahlern,
mit einem Reflektor (1) , vor dem im Abstand (A) die zumindest beiden horizontal polarisierten Strahler und der Monopol-Strahler (11) angeordnet sind,
gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale: die zumindest beiden horizontal polarisierten Strahler umfassen jeweils eine Vivaldi -Antenne (5) , die Vivaldi -Antennen (5) weisen eine Zentral - und/oder Speise-Fläche (123) auf, die eine Speiseebene (123·) bildet, in der eine elektrisch leitfähige Schicht (27, 127) mit in Strahlungsrichtung sich weitenden Schlitzleitungen (29') ausgebildet oder vorgesehen ist,
- die Speiseebene (123') ist in einem Abstand (A) zum Reflektor (1) angeordnet, und die elektrisch leitfähige Schicht (27, 127) ist unter Ausbildung von zumindest einer bogenförmigen und/oder abgeknickten Verlängerung (27a, 127a) aus der Speiseebene (123 ') vorzugsweise zumindest mit einer Komponente in Richtung Reflektor (1) herausgeführt .
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (27) auf einem Sub- strat (23) , vorzugsweise auf der den Monopol (11) zugewandt liegenden Oberseite (23a) des Substrats (23) , ausgebildet ist.
3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Zentral- und/oder Speise- Fläche (123) und damit die Speiseebene (123') hinausgeführten Verlängerungen (27a, 127a) in Form eines Metallbleches (127) gebildet sind.
4. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vivaldi-Antennen (5) in der Zentral- und/oder Speise-Fläche (123) sowie die darüber überstehenden Verlängerungen (127a) insgesamt aus einem Metallblech (127) gebildet sind oder ein Metallblech (127) umfassen.
5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Schlitzleitungen (29') begrenzende elektrisch leitfähige Schicht (27, 127) sowie die davon ausgehenden Verlängerungen (27a, 127a) bis zum Reflektor (1) führen und vorzugsweise mit dem Reflektor (1) mechanisch fest und elektrisch-galvanisch verbunden sind, vorzugsweise an diesem angelötet sind.
6. Antenne nach einem der Ansprüche 2 , 3 oder 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zentral- und/oder Speise-Fläche (123) mit der in diesem Bereich ausgebildeten elektrisch leitfähigen Schicht (27, 127) auf der Oberseite (23a) des Substrates (23) ausgebildet ist.
7. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentral- und/oder Speise-Fläche (123) in senkrechter Draufsicht eine regelmäßige n- polygonale Form aufweist, wobei n eine Zahl >2 ist und dabei n der Anzahl der Vivaldi-Antennen (5) entspricht.
8. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Monopol-Strahler (11) direkt oder zumindest mittelbar auf der Zentral- und/oder Speise- Fläche (123) angeordnet und/oder gehalten ist, die aus der elektrisch leitfähigen Schicht (27) auf der Oberseite des Substrats (23) oder aus einem Metallblech (127) gebildet ist.
9. Antenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Monopol -Strahler (11) mittels einer elektrisch nicht- leitfähigen und/oder dielektrischen Halteeinrichtung (15) zumindest mittelbar auf der Zentral- und/oder Speise-Fläche (123) angeordnet ist.
10. Antenne nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Monopol -Strahler (11) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
11. Antenne nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Monopol -Strahler (11) vom Reflektor (1) bzw. vom Substrat (23) weglaufend konisch erweitert ist oder konisch erweiterte Abschnitte aufweist .
12. Antenne nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Monopol-Strahler (11) von seiner dem Substrat (23) zugewandt liegenden Montageseite ausgehend zu seinem freien Ende (13a) hin mit unterschiedlichem Neigungswinkel ausgebildete, aufeinander folgende konische Abschnitte umfasst.
13. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Monopol-Strahler (11) einen Strahlermantel (13) umfasst und im Innenbereich des Strahlermantels (13) von seiner der Montageseite gegen- überliegenden Seite aus hohl ausgebildet ist.
1 . Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , dadurch gekennzeichnet, dass die schlitzförmige Struktur (29) der Vivaldi-Antennen (5) auf der dem Monopol-Strahler (11) zugewandt liegenden Seite des Substrats (23) ausgebildet ist.
15. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Reflektor (1) zugewandt liegenden Seite des Substrats (23) die Schlitz- Speiseleitungen (35, 35a, 35b, 35c) ausgebildet sind.
16. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzleitungen (29 ') von je- weils einem vorzugsweise kreisförmigen Freiraum (33) ausgehen.
17. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die sich erweiternden Schlitzleitungen (29') der Vivaldi-Antennen (5) in der Zentral- und/oder Speise-Fläche (123) beginnen und nach dem Ver- lassen dieser Zentral- und/oder Speise-Fläche (123) und insbesondere nach dem Verlassen des Substrats (23) durch Luft geführt sind.
18. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vivaldi -Antennen (5) um eine das Substrat (23) zentral durchsetzende Zentralachse (Z) in Umfangsrichtung in gleichen Abständen versetzt zueinander angeordnet sind, und dass der Monopol-Strahler (11) mit seiner zur Zentralachse (Z) parallelen Verti- kalachse (V) außermittig dazu versetzt angeordnet ist.
19. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Monopol-Strahler (11) über eine koaxiale Speiseleitung (47, 47a) gespeist wird, deren Innenleiter mit der Unterseite des Monopol-Strahlers (11) und deren Außenleiter mit elektrisch leitfähigen Flächen (27) auf dem Substrat (23) elektrisch-galvanisch verbunden ist.
20. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine koaxiale Speiseleitung (47, 47a) für die Vivaldi-Antennen (5) über eine außermittige Bohrung im Substrat (23) auf die Oberseite des Substrats (23) und über eine bogenförmige Rückführung (47b) und eine weitere Bohrung (27b, 27c) in der Leiterplatine geführt ist, worüber der Innenleiter mit den Schlitzspeiseleitungen (35) auf der Unterseite des Substrats (23) und der Außenleiter mit der elektrisch leitfähigen Schicht (27) auf der Oberseite des Substrats (23) elektrisch-galvanisch verbunden ist.
21. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass für die Vivaldi -Antennen (5) koaxiale Speiseleitungen (147) vorgesehen sind, die im Bereich zwischen dem Reflektor (1) und der Zentralsbereichs- und/oder Speisebereichs-Fläche (123) durch Luft geführt sind, wobei die zugehörigen Innenleiter (147b) dieser Koaxialkabel (147) mit der jeweiligen Schlitz- Speiseleitung (35) einer zugehörigen Vivaldi-Antenne (5) elektrisch verbunden oder gekoppelt sind oder die zugehörige Schlitz-Speiseleitung (35) bilden.
22. Antenne nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die der Speisung der Vivaldi-Antennen (5) dienenden Koaxialkabel (147) auf der zum Monopol-Strahler (11) abgewandt liegenden Seite des Reflektors (1) zusammengeführt oder zusammengeschaltet sind.
23. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei Draufsicht auf die Antenne die die Schlitzleitungen (29') der Vivaldi-Antennen (5) begrenzenden Ränder (29") eine stetige, vorzugsweise expo- nentiale Kurve in dem Bereich bilden, in dem die elektrisch leitfähige Schicht (27, 127) die Zentral- und/oder Speise-Fläche (123) , insbesondere in Form der Oberseite (123a) des Substrats (23) , verlässt und in die Verlängerungen (27a, 127a) übergeht.
24. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungen (27a, 127a) zu- mindest abschnittsweise und insbesondere zu über 75% ihrer Länge in einem Winkelbereich von mehr als 10°, insbesondere mehr als 20°, 30° oder 40° und insbesondere in einem Winkelbereich von weniger als 80°, 70°, 60° oder weniger als 50°, insbesondere um 45° in Richtung Reflektor (1) aus der Speiseebene (123') herausgeführt sind.
25. Antenne nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass sich die leitfähige Schicht (27) auf einem flexib- len Substrat (23) befindet und/oder die leitfähige Schicht (27) als Beschichtung auf einem Substrat ausgebildet ist, welches aus einem Kunststoff-Körper besteht oder diesen umfasst.
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