EP3289633A1

EP3289633A1 - Antenne

Info

Publication number: EP3289633A1
Application number: EP16720046.8A
Authority: EP
Inventors: Roland Gabriel; Andreas Vollmer
Original assignee: Kathrein Werke KG
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2018-03-07
Also published as: US20180145400A1; CN107636892A; DE102015005468A1; WO2016173713A1

Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Antenne, insbesondere Antenne für eine Mobilfunk-Basisstation, mit einer Mehrzahl an Strahlern und mit mindestens zwei Sende- oder zwei Empfangszweigen, welche mit zwei Strahlern der Antenne in Verbindung stehen, die räumlich beabstandet sind und eine unterschiedliche Pola risation aufweisen, wobei es sich bei den Strahlern um dielektrische Strahler handelt und/oder wobei der Einzelstrahlerabstand zwischen den Strahlern kleiner als 0,6 λ ist, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigs ten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler handelt, und eine Antenne insbesondere Antenne für eine Mobilfunk-Basisstation, mit mindestens zwei Strahlern, die räumlich beabstandet sind und eine unterschiedliche Polarisation aufweisen und/oder mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden, wobei es sich bei den Strahlern um dielektrische Strahler mit mindestens zwei separaten Anschlüssen für mindestens zwei unterschiedliche Polarisationen handelt, wobei der Einzelstrahlerabstand zwischen den Strahlern bevorzugt kleiner als 0,6 λ ist, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler handelt.

Description

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Antenne

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne, insbesondere eine Antenne für eine Mobilfunk-Basisstation mit einer Mehrzahl von Strahlern.

Antennen für Basisstationen werden üblicherweise breitbandig ausgelegt, um möglichst viele Frequenzbänder sowie Empfangs- und Sendesignale mit einer Antenne und einem Antennenanschluss senden und empfangen zu können.

So zeigt die Druckschrift DE 10 2013 012 305 A1 ein Antennenarray mit breitbandigen Strahler, wobei zwischen zwei Spalten aus breitbandigen Strahlern mindestens ein Zusatzstrahler vorgesehen ist, welcher gegenüber den breitbandigen Strahlern in einem höheren Frequenzband strahlt.

Die Breitbandigkeit der Strahler führt jedoch zu großen Antennen und Filtern.

Aus der US 6211841 B1 ist es daher bekannt, für unterschiedliche Frequenzbänder unterschiedliche Strahler einzusetzen, welche in zwei nebeneinander angeordneten, vertikalen Ebenen angeordnet sind. Hierdurch soll der zur Verfügung stehende Bauraum besser genutzt werden, ohne dass sich die einzelnen Strahler gegenseitig beeinflussen sollen. Aus der US 2010/0227647 A1 ist weiterhin eine Basisstationsantenne bekannt, bei welcher zwei Blöcke von Strahlern in einer vertikalen Reihe abwechselnd angeordnet sind. Die beiden Blöcke von Antennen haben dabei unterschiedliche vertikale Ausrichtungen des Strahlungsdiagramms. In beiden Dokumenten werden dabei jeweils symmetrische, dual polarisierte Einzelstrahler eingesetzt. Aus der DE 10 2007 060 083 A1 ist weiterhin ein Mehrspalten-Multiband- Antennenarray mit einer ersten und zweiten Gruppe von Strahlern zum Senden und Empfangen in einem ersten und einem zweiten Frequenzband bekannt. Die US 2014/0368395 A1 zeigt den Einsatz von zwei Antennen-Arrays für unterschiedliche Frequenzbänder, welche in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

Aus der US 7808443 B2 ist weiterhin eine Basisstationantenne bekannt, bei welcher benachbarten Frequenzbändern zugeordnete, schmalbandige Antennen in einer vertikalen Reihe abwechselnd angeordnet sind. Bei den Strahlern kann es sich dabei um Strahler mit einem dielektrischen Resonator handeln. Die Strahler innerhalb der vertikalen Reihe von Strahlern können dabei einen Abstand zwischen 0,3 und 0,7 λ aufweisen. Weiterhin ist angegeben, dass die Sende- und die Empfangszweige mit unterschiedlichen Strahlern in Verbindung stehen können. Dabei können die Antennen über Filter mit niedriger Selektivität bzw. Flankensteilheit mit den Sende- und Empfangsverstärkern in Verbindung stehen. Ein Strahler mit einem dielektrischen Resonator, welcher zwei Frequenzbänder abdeckt, ist aus H. Rag- gad et al., "A Compact Dual Band Dielectric Resonator Antenna For Wireless Applications", International Journal of Computer Networks & Communications (IJCNC) Vol. 5, No. 3, Mai 2013, erschienen am 6. Juni 2013, bekannt.

Damit ist es bereits bekannt, dielektrische Einzelstrahler einzusetzen, und Inter- leaving-Verfahren einzusetzen, um das Volumen einer Antenne effizienter zu nutzen. Zudem ist bei Antennen mit Interleaving der Beamforming-Gewinn bei MIMO- Übertragungsverfahren niedriger als bei Antennen ohne Interleaving. Im Stand der Technik werden hierbei jedoch symmetrische, dual polarisierte Einzelstrahler eingesetzt. Asymmetrische Strahler sind beispielsweise aus mobilen Endgeräten bekannt. Hier werden jedoch Strahler mit einer hohen Bandbreite und einer geringen Entkopplung untereinander eingesetzt. Weiterhin unterliegen die Antennen von Endgeräten anderen Anforderungen als Antennen von Basisstationen.

Gemäß einer weiteren, jedoch nicht vorveröffentlichten Anmeldung der Anmelderin mit der Anmeldenummer GB 1413256.7 ist es weiterhin bekannt, für den Sende- und den Empfangszweig separate Antennen einzusetzen, und dabei für die unterschiedlicher Polarisationen in einem Frequenzband zwei separate, räumlich beab- standete Antennen einzusetzen. Zwischen vier solchen Antennen ist dabei eine fünfte Antenne angeordnet, wodurch sich große Systemabstände zwischen den einzelnen Antennen ergeben. Als Antennen werden dabei Dipol-Antennen oder Patchantennen eingesetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompakte Antenne insbesondere für den Einsatz in Mobilfunkbasisstationen zur Verfügung zu stellen, welche mit einem einfachen Aufbau unterschiedliche Übertragungstechniken unterstützt und/oder zur Trennung von Sende- und Empfangspfade beiträgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Antennen gemäß den Ansprüchen 1 , 2 und 4 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antennen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einem ersten Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung eine Antenne, insbesondere eine Antenne für eine Mobilfunk-Basisstation, mit einer Mehrzahl an Strahlern und mindestens zwei Sendezweigen und/oder mindestens zwei Empfangszweigen. Sind zwei Sendezweige vorgesehen, stehen diese mit zwei Strahlern in Verbindung, welche räumlich beabstandet sind und eine unterschiedliche Polarisation aufweisen. Sind zwei Empfangszweige vorgesehen, stehen diese mit zwei Strahlern in Verbindung, welche räumlich beabstandet sind und eine unterschiedliche Polarisation aufweisen.

Gemäß dem ersten Aspekt handelt es sich bei den Strahlern um dielektrische Strahler. Durch den Einsatz eines Dielektrikums kann die Größe der Antennen verringert werden. Bevorzugt weist ein dielektrischer Strahler gemäß der vorliegenden Erfindung dabei einen dielektrischen Resonator auf. Insbesondere kann es sich bei dem dielektrischen Strahler um eine Antenne aus einem dielektrischen Resonator (DRA) handeln. Bei solchen Antennen kann durch Einsatz eines Resonatormaterials mit hoher Dielektrizitätszahl eine sehr kleine Baugröße erreicht werden. Weiterhin weisen Antennen aus einem dielektrischen Resonator einen hohen Gütefaktor bzw. eine niedrige Bandbreite auf. Zudem weisen Antennen aus einem dielektrischen Resonator eine hohe Multi-Mode- und/oder Multi-Band-Fähigkeit auf und haben aufgrund ihrer geringen Apertur asymmetrische Fernfelder, welche zu einer Entkopplung zwischen den Strahlern beitragen.

Weiterhin ist gemäß dem ersten Aspekt der Einzelstrahlerabstand zwischen den Strahlern kleiner als 0,6 λ, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Strahler handelt. Dieser Systemanstand zwischen den einzelnen Strahlern der Antenne besteht dabei bevorzugt sowohl in vertikaler, als auch in horizontaler Richtung. Durch den geringen Einzelstrahlerabstand der Strahler wird eine sehr kompakte Antennenanordnung erreicht. Weiterhin ergeben sich Vorteile bei der Entkopplung und Beamforming- Anwendungen. Als Resonanzfrequenzbereich eines Strahler wird dabei bevorzugt jeweils ein zusammenhängender Bereich mit einer Rückflussdämpfung von besser 6 dB und bevorzugt besser 10 dB definiert.

Erfindungsgemäß werden damit dielektrische Strahler mit einem Einzelstrahlerabstand von weniger als 0,6 λ zueinander eingesetzt.

Eine erfindungsgemäße Antenne kann dabei in einem ersten Ausführungsbeispiel mindestens zwei Sendezweige und mindestens zwei Empfangszweige aufweisen, welche getrennt voneinander mit den Strahlern in Verbindung stehen. In einem zweiten Ausführungsbeispiel kann eine erfindungsgemäße Antenne nur Sendezweige oder nur Empfangszweige aufweisen, so dass ebenfalls eine Trennung zwischen den Sende- und den Empfangszweigen besteht.

Die erfindungsgemäße Trennung der Sende- und Empfangszweige, sowie die räumlich beabstandeten Antennen unterschiedlicher Polarisation erlauben dabei eine hohe MIMO-Funktionalität der Antenne, sowie den Einsatz mit unterschiedlichen Übertragungsverfahren und geringere Intermodulation zwischen Rx und Tx. Durch die Auftrennung der Sende- und Empfangszweige kann zudem auf hochselektive Filter zur Rx-Tx-Trennung verzichtet werden, d. h. zur Trennung der Sende- und Empfangssignale.

Bei den gemäß dem ersten Aspekt eingesetzten Strahlern kann es sich um Strahler mit nur einem Anschluss und/oder nur einer Polarisation handeln. Es können gemäß dem ersten Aspekt jedoch auch Strahler mit mindestens zwei separaten Anschlüssen für mindestens zwei unterschiedliche Polarisationen eingesetzt werden. Beim Einsatz von solchen Strahlern mit mindestens zwei separaten Anschlüssen für mindestens zwei unterschiedliche Polarisationen ergeben sich jedoch weitere Möglichkeiten, welche über den ersten Aspekt hinausgehen.

Die vorliegende Erfindung umfasst dabei in einem zweiten Aspekt eine Antenne, insbesondere eine Antenne für eine Mobilfunk-Basisstation, mit mindestens zwei Strahlern, die räumlich beabstandet sind und eine unterschiedliche Polarisation aufweisen und/oder mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden, wobei es sich bei den Strahlern um dielektrische Strahler mit mindestens zwei separaten Anschlüssen für mindestens zwei unterschiedliche Polarisationen handelt.

Der Einsatz solcher Strahler erlaubt dabei eine noch kompaktere Bauweise der Antenne.

Bevorzugt ist dabei der Einzelstrahlerabstand zwischen den Strahlern kleiner als 0,6 λ, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler handelt. Hierdurch ergeben sich die oben im Hinblick auf den ersten Aspekt dargestellten Vorteile.

Bevorzugte Ausgestaltungen gemäß dem ersten und dem zweiten Aspekt werden im folgenden näher dargestellt:

Bevorzugt ist der Einzelstrahlerabstand zwischen den Strahlern größer als 0,2 λ, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler handelt. Wird der Einzelstrahlerabstand zwischen den Strahlern noch geringer gewählt, ist keine ausreichende Entkopplung zwischen den einzelnen Strahlern erreichbar. Weiterhin bieten noch kleinere Abstände Nachteile im Hinblick auf die Möglichkeit von Beamforming-Anwendungen.

Im Hinblick auf Beamforming- oder Beamsteering-Anwendung ist der optimale Einzelstrahlerabstand zwischen den Strahlern kleiner oder gleich 0,25 λ, da sich dann für den Abstand zwischen zwei gleichartigen Strahlern innerhalb einer größeren Anordnung ein Gruppenabstand von kleiner gleich 0,5 λ ergibt, durch welchen besonders effektives Beamforming oder Beamsteering möglich wird. Allerdings kann der Abstand zwischen den Strahlern auch nicht beliebig klein gewählt werden, da ansonsten oftmals keine ausreichende Entkopplung zwischen den Strahlern erreicht werden kann.

Bevorzugt ist der Einzelstrahlerabstand der Strahler daher für die Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler kleiner gleich 0,30 λ, bevorzugt kleiner gleich 0,28 λ, weiter bevorzugt kleiner gleich 0,25 λ.

Bevorzugt liegt der Einzelstrahlerabstand der Strahler daher für die Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler zwischen 0,2 λ und 0,3 λ, weiter bevorzugt zwischen 0,2 λ und 0,28 λ, weiter bevorzugt zwischen 0,2 λ und 0,25 λ. Dabei können die Strahler für die Sendezweige und die Empfangszweige unterschiedliche Resonanzfrequenzbereiche aufweisen, und/oder die einzelnen Strahler können mehrere getrennte Resonanzfrequenzbereiche aufweisen, welche für unterschiedliche Mobilfunk-Frequenzbänder genutzt werden. Bevorzugt liegt dabei der Einzelstrahlerabstand der Strahler für die Mittenfrequenzen aller genutzten Resonanzfrequenzbereiche der Strahler zwischen 0,2 λ und 0,6 λ.

Weiterhin bevorzugt liegt der Einzelstrahlerabstand zwischen den Strahlern für die Mittenfrequenz des höchsten genutzten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler zwischen 0,4 λ und 0,6 λ.

Gemäß einem dritten Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung weiterhin eine Antenne, insbesondere eine Antenne für eine Mobilfunk-Basisstation, mit mindestens zwei sich wiederholenden Basiszellen aus einer Mehrzahl von Strahlern. Dabei umfasst jede Basiszelle jeweils eine Mehrzahl an Strahlern und mindestens zwei Sendezweige und/oder mindestens zwei Empfangszweige, wobei die mindestens zwei Sendezweige jeder Basiszelle mit zwei Strahlern in Verbindung stehen, welche räumlich beabstandet sind und unterschiedliche Polarisationen aufweisen, und/oder wobei die mindestens zwei Empfangszweige jeder Basiszelle mit zwei Strahlern in Verbindung stehen, welche räumlich beabstandet sind und eine unterschiedliche Polarisation aufweisen. Dabei handelt es sich bei den Strahlern um dielektrische Strahler.

Gemäß einem vierten Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung weiterhin eine Antenne, insbesondere eine Antenne für eine Mobilfunk-Basisstation, mit mindestens zwei sich wiederholenden Basiszellen aus einer Mehrzahl von Strahlern, wobei jede Basiszelle jeweils mindestens zwei Strahler umfasst, welche räumlich beabstandet sind und eine unterschiedliche Polarisation aufweisen und/oder mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden, wobei es sich bei den Strahlern um dielektrische Strahler mit mindestens zwei separaten Anschlüssen für mindestens zwei unterschiedliche Polarisationen handelt. Bevorzugte Aspekte einer solchen Antenne aus mehreren Basiszellen gemäß dem dritten und dem vierten Aspekt werden im folgenden beschrieben:

Bevorzugt sind die Basiszellen gleichartig aufgebaut, d. h. sie weisen Strahler mit den gleichen Polarisationen und/oder mit den gleichen Resonanzfrequenzbereichen auf und/oder die Strahler sind mit den gleichen Frequenzbändern betreibbar, wobei die Strahler innerhalb der Basiszellen bevorzugt jeweils die gleiche Anordnung aufweisen, wobei die Basiszellen weiter bevorzugt identisch aufgebaut sind. Insbesondere können die Basiszellen jeweils gleichartige und bevorzugt identische Sende- und/oder Empfangszweige und Strahler aufweisen, und/oder die Strahler in jeder Basiszelle gleich angeordnet sein.

Die erfindungsgemäße Antenne aus mehreren Basiszellen erlaubt dabei zum einen den Einsatz von Beamforming-Anwendungen, bei welchen die Strahler der einzelnen Basiszellen gemeinsam betrieben werden, als auch Anwendungen, bei welchen die Strahler der jeweiligen Basiszellen separat und/oder einzelnen betrieben werden.

Eine erfindungsgemäße Antenne kann dabei in einem ersten Ausführungsbeispiel aus Basiszellen bestehen, welche jeweils mindestens zwei Sendezweige und mindestens zwei Empfangszweige aufweisen, welche getrennt voneinander mit den Strahlern in Verbindung stehen. In einem zweiten Ausführungsbeispiel kann eine erfindungsgemäße Antenne auch aus mehreren Basiszellen bestehen, welche nur Sendezweige und bevorzugt jeweils vier Sendezweige aufweisen, oder aus mehreren Basiszellen bestehen, welche nur Empfangszweige und bevorzugt jeweils vier Empfangszweige aufweisen, so dass getrennte Antennen für die Sende- und die Empfangszweige vorliegen.

Bevorzugt wiederholen sich die Basiszellen dabei mit einem Gruppenabstand zwischen 0,4 λ und 1 ,2 λ. Bei λ handelt es sich dabei wiederum um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Strahler. Bevorzugt ist der Abstand dabei kleiner als 1 ,0 λ. Weiterhin bevorzugt ist der Gruppenabstand für die Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler kleiner gleich 0,60 λ, bevorzugt kleiner gleich 0,56 λ, weiter bevorzugt kleiner gleich 0,50 λ.

Bevorzugt liegt der Gruppenabstand für die Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler zwischen 0,4 λ und 0,6 λ, bevorzugt zwischen 0,40 λ und 0,56 λ, weiter bevorzugt zwischen 0,40 λ und 0,50 λ.

Bevorzugt liegt der Gruppenabstand für die Mittenfrequenzen aller genutzten Resonanzfrequenzbereiche der Strahler zwischen 0,4 λ und 1 ,2 λ. Weiterhin kann der Gruppenabstand für die Mittenfrequenz des höchsten genutzten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler zwischen 0,8 λ und 1 ,2 λ liegen.

Weiterhin bevorzugt beträgt der Abstand zwischen zwei Basiszellen dabei das Doppelte des Abstands der Strahler innerhalb einer Basiszelle.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Strahler der Basiszellen dabei in einem ersten Betriebsmodus getrennt voneinander und/oder einzeln betrieben werden. Die Mehrzahl von Basiszellen stellt damit eine entsprechend höhere Anzahl von Übertragungskanälen zur Verfügung.

Weiterhin können die Strahler der einzelnen Basiszellen in einem zweiten Betriebsmodus in eine oder mehrere Gruppen zusammenschaltbar sein. Insbesondere können dabei gleichartige Strahler der Basiszellen, d. h. Strahler, welche jeweils die gleiche Polarisation und den oder die gleichen Resonanzfrequenzbereiche aufweisen und/oder in den gleichen Frequenzbändern betreibbar sind und/oder jeweils die gleiche Anordnung aufweisen, wobei die gleichartigen Strahler bevorzugt identisch aufgebaut oder angeordnet sind, zum Senden bzw. zum Empfangen zusammengeschaltet werden. Insbesondere können damit die Strahler der Sendezweige mehrerer Basiszellen, welche jeweils die gleiche Polarisation aufweisen, zu einer Sende- Gruppenantenne zusammengeschaltet werden. Weiterhin können die Strahler der Empfangszweige mehrerer Basiszellen, welche jeweils die gleiche Polarisation aufweisen, zu einer Empfangs-Gruppenantenne zusammengeschaltet werden. Hierdurch sind Beamforming-Anwendungen möglich. Die Signale, welche den einzelnen Strahlern innerhalb einer Gruppe zur Verfügung gestellt werden, können dabei zueinander phasenverschoben sein, um die Ausrichtung des Strahlungsdiagramms in vertikaler oder in horizontaler Richtung zu beeinflussen, und ggf. mit unterschiedlichen Amplituden angesteuert werden. Bevorugt erfolgt das Zusammenschalten dabei durch Zusammenschalten der Sende- bzw. Empfangszweige.

Erfindungsgemäß können mehrere Basiszellen in vertikaler Richtung übereinander angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können mehrere Basiszellen in horizontaler Richtung nebeneinander aufgereiht sein. Durch die vertikale Anordnung der Basiszellen wird damit vertikales Beamforming möglich. Durch die horizontale Anordnung wird horizontales Beamforming möglich. Durch die mehreren Basiszellen und das Zusammenschalten von einzelnen Strahlern zu Gruppen können dabei gegebenenfalls auch Asymmetrien im Strahlungsdiagramm der einzelnen Strahler, welche sich durch die räumliche Trennung der Polarisationen ergeben, ausgeglichen werden.

Die Antenne gemäß dem dritten und vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dabei bevorzugt gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgestaltet. Insbesondere können die einzelnen Basiszellen einer Antenne gemäß dem dritten und vierten Aspekt dabei gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgestaltet sein. Die einzelnen Aspekte der vorliegenden Erfindung können jedoch auch unabhängig voneinander zum Einsatz kommen.

Bevorzugte Ausgestaltungen einer Antenne gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden näher dargestellt. Wird dabei von Sende- und/oder Empfangszweigen gesprochen, so bezieht sich dies ohne anderweitige Erläuterung im Hinblick auf den dritten und/oder vierten Aspekt auf die Sende- und/oder Empfangszweigen innerhalb einer Basiszelle. Wird weiterhin von Strahlern gesprochen, so bezieht sich dies ohne anderweitige Erläuterung im Hinblick auf den dritten und/oder vierten Aspekt ebenfalls auf die Strahler innerhalb einer Basiszelle:

Bevorzugt ist eine Trennung zwischen den Sendezweigen und den Empfangszweigen vorgesehen, d. h. die Strahler stehen jeweils entweder mit einem oder mehreren Sendezweigen in Verbindung, oder mit einem oder mehreren Empfangszweigen, nicht aber sowohl mit einem Empfangszweig als auch einem Sendezweig.

Eine erfindungsgemäße Antenne und/oder Basiszelle kann dabei in einem ersten Ausführungsbeispiel mindestens zwei Sendezweige und mindestens zwei Empfangszweige aufweisen, welche getrennt voneinander mit den Strahlern in Verbindung stehen. Insbesondere kann eine Antenne und/oder Basiszelle mindestens zwei Empfangszweige und mindestens zwei Sendezweige aufweist, welche jeweils mit zwei räumlich beabstandeten Strahlern unterschiedlicher Polarisation in Verbindung stehen.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel kann eine erfindungsgemäße Antenne und/oder Basiszelle nur Sendezweige oder nur Empfangszweige aufweisen, so dass ebenfalls eine Trennung zwischen den Sende- und den Empfangszweigen besteht.

Weiterhin kann eine erfindungsgemäße Antenne und/oder Basiszelle mindestens vier Sende- oder vier Empfangszweige aufweisen, welche mit vier räumlich beabstandeten Strahlern unterschiedlicher Polarisation in Verbindung stehen.

Weiterhin kann die Antenne und/oder Basiszelle mindestens zwei Sende- und zwei Empfangszweige aufweisen, welche mit zwei räumlich beabstandeten Strahlern in Verbindung stehen, welche jeweils mindestens zwei Anschlüsse aufweisen. Bevorzugt stehen dabei die zwei Sendezweige mit zwei Anschlüssen eines ersten Strahlers und die zwei Empfangszweige mit zwei Anschlüssen eines zweiten Strahlers in Verbindung stehen. Dabei können die Polarisationen der beiden Strahler gleich o- der unterschiedlich ausgerichtet sein.

Bevorzugt bilden die Strahler eine zweidimensionale Antennenanordnung, und sind insbesondere mit einem vorgegebenen vertikalen und/oder horizontalen Einzelstrahlerabstand voneinander angeordnet. Insbesondere können die Strahler dabei in horizontal verlaufenden Reihen und / oder vertikal verlaufenden Spalten angeordnet sein, und sind insbesondere mit einem vorgegebenen vertikalen und/oder horizontalen Einzelstrahlerabstand voneinander angeordnet. Insbesondere können die Strahler dabei in horizontal verlaufenden Reihen und / oder vertikal verlaufenden Spalten mit jeweils mindestens zwei Strahlern angeordnet sein.

Bevorzugt weisen die beiden Strahler, welche mit den Sendezweigen in Verbindung stehen, orthogonale oder um 45° zueinander gedrehte Polarisationen auf.

Alternativ oder zusätzlich können die zwei Strahler, mit welchen die Empfangszweige in Verbindung stehen, orthogonale oder um 45° zueinander gedrehte Polarisationen aufweisen. Dabei sind die beiden Strahler räumlich voneinander getrennt angeordnet.

Hierdurch wird eine verbesserte Entkopplung und/oder MIMO-Funktionalität und/oder verschiedene Verschaltungsmöglichkeiten zur Verfügung gestellt. In einem ersten Ausführungsbeispiel können die beiden Strahler dabei jeweils entgegengesetzte, um 45° zur Vertikalen angeordnete Polarisationen aufweisen. In einem zweiten Ausführungsbeispiel kann der erste Strahler horizontal, der zweite Strahler vertikal polarisiert sein. Bevorzugt weisen die Strahler dabei jeweils nur eine Polarisation auf.

Werden dualpolarisierte Strahler eingesetzt, kann der erste Strahler vertikal und horizontal polarisiert sein, und der zweite Strahler zwei entgegengesetzte, um 45° zur Vertikalen angeordnete Polarisationen aufweisen. Weiterhin können gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die vier Strahler, mit welchen die mindestens vier Sendezweige in Verbindung stehen, jeweils um 90° oder um 45° zueinander gedrehte Polarisationen aufweisen, bzw. die vier Strahler, mit welchen die mindestens vier Empfangszweige in Verbindung stehen, jeweils um 90° oder um 45° zueinander gedrehte Polarisationen aufweisen

Bevorzugt beträgt die bei der erfindungsgemäßen Antenne erreichte Isolation zwischen den Sende- und Empfangszweigen mindestens 10 dB. Weiterhin bevorzugt beträgt die Isolation dabei mindestens 15 dB. Bevorzugt wird diese Isolation sowohl bei der getrennten Ansteuerung, als auch bei der Zusammenschaltung der Strahler erreicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform stehen die mindestens zwei Sendezweige und/oder die mindestens zwei Empfangszweige dabei jeweils mit zwei gleichartigen und bevorzugt identischen, relativ zueinander um einen vorgegeben Winkel gedrehten Strahlern in Verbindung. Insbesondere sind die zwei oder vier gleichartigen und bevorzugt identischen Strahler dabei um 45° oder um 90° gedreht und räumlich versetzt zueinander angeordnet. Gleichartige Strahler weisen dabei bevorzugt die gleichen Resonanzfrequenzbereiche auf und/oder sind in den gleichen Frequenzbändern betreibbar. Identische Strahler sind bevorzugt identisch aufgebaut und weisen weiter bevorzugt dielektrische Körper mit identischen Abmessungen und/oder identischen Speiseleitungen auf.

Dies erlaubt einen einfachen und kostengünstigen Aufbau und verhindert ungewollte Unterschiede zwischen den Sendezweigen oder zwischen den Empfangszweigen.

Der Aufbau aus mindestens zwei gleichartigen und bevorzugt identischen, relativ zueinander gedreht angeordneten Strahlern und/oder der Raumabstand zwischen den Strahlern garantiert insbesondere bei Multibandstrahlern eine hohe Winkeltreue und insbesondere Orthogonalität des Fernfeldes und/oder eine gute Entkopplung zwischen zwei gleichen Strahlern, da Richtungsabweichungen in der Polarisa- tion der einzelnen Feldmoden der Strahler keinen Einfluss auf die Winkellage der von den Strahlern ausgesendeten Felder zueinander haben.

Die Strahler sind dabei bevorzugt bezüglich einer Achse, welche senkrecht auf der Grundfläche der Antenne und/oder senkrecht auf der durch die Polarisationsvektoren der Strahler aufgespannten Ebene steht, um einen bestimmten Winkel zueinander gedreht angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dienen die je nach Ausführungsbeispiel mindestens zwei oder vier Sendezweige der erfindungsgemäßen Antenne bzw. der erfindungsgemäßen Basiszelle zum Senden von Signalen im gleichen Frequenzbereich und / oder Mobilfunkband. Alternativ oder zusätzlich können die mindestens zwei oder vier Sendezweige mit zwei Strahlern mit dem gleichen Resonanzfrequenzbereich in Verbindung stehen. Erfindungsgemäß werden damit in einem Frequenzbereich bzw. Mobilfunkband zum Senden zwei oder vier Strahler unterschiedlicher Polarisation eingesetzt, welche räumlich voneinander beabstandet sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform stehen die mindestens zwei oder vier Sendezweige dabei mit zwei oder vier gleichartigen und bevorzugt identischen, relativ zueinander um einen vorgegeben Winkel gedrehten Strahlern in Verbindung. Insbesondere sind die zwei oder vier gleichartigen und bevorzugt identischen Strahler dabei um 45° oder um 90° gedreht und räumlich versetzt zueinander angeordnet. Sind dabei vier Sendezweige vorgesehen, stehen diese bevorzugt mit vier gleichartigen und bevorzugt identischen, um einen Winkel von 0°, 90°, 180° und 270° gedrehten Strahlern in Verbindung. Dabei können die Strahler, welche um 180° zueinander gedreht sind, entweder gemeinsam oder getrennt betrieben werden. Bevorzugt sind die Strahler, welche um 180° zueinander gedreht sind, dabei auf den Diagonalen der Basiszelle angeordnet.

Weiterhin bevorzugt dienen auch die je nach Ausführungsbeispiel mindestens zwei oder mindestens vier Empfangszweige einer Antenne oder einer Basiszelle zum Empfangen von Signalen im gleichen Frequenzbereich und / oder Mobilfunkband. Alternativ oder zusätzlich können die mindestens zwei oder vier Empfangszweige mit zwei oder vier Strahlern mit dem gleichen Resonanzfrequenzbereich in Verbindung stehen. Weiterhin stehen auch die mindestens zwei oder vier Empfangszweige bevorzugt mit zwei oder vier gleichartigen und bevorzugt identischen, relativ zueinander um einen vorgegebenen Winkel gedreht angeordneten Strahlern in Verbindung. Insbesondere können die zwei oder vier Strahler, welche mit den zwei oder vier Empfangszweigen in Verbindung stehen, gleichartig und bevorzugt identisch ausgeführt und um 45° oder 90° gedreht und räumlich beabstandet angeordnet sein.

Sind dabei vier Empfangszweige vorgesehen, stehen diese bevorzugt mit vier gleichartigen und bevorzugt identischen, um einen Winkel von 0°, 90°, 180° und 270° gedrehten Strahlern in Verbindung. Dabei können die Strahler, welche um 180° zueinander gedreht sind, entweder gemeinsam oder getrennt betrieben werden. Bevorzugt sind die Strahler, welche um 180° zueinander gedreht sind, dabei auf den Diagonalen der Basiszelle angeordnet.

Weist die Antenne oder Basiszelle zwei Sendezweige und zwei Empfangszweige auf, so sind die beiden mit den Sendezweigen in Verbindung stehenden Strahler und die beiden mit den Empfangszweigen in Verbindung stehenden Strahler bevorzugt jeweils in einer Reihe oder einer Spalte angeordnet, nicht aber diagonal zueinander. Hierdurch kann innerhalb der Antenne die Elektronik für die Sendezweige und die Empfangszweige besser getrennt werden.

Weiterhin kann die Basiszelle und/oder Antenne mindestens zwei Sendezweige aufweisen, welche mit zwei Anschlüssen eines Strahlers in Verbindung stehen, welche unterschiedlichen Polarisationen entsprechen. Dabei können die beiden Sendezweige bevorzugt zum Senden von Signalen im gleichen Frequenzbereich und/oder Mobilfunkband dienen und/oder die beiden Anschlüsse des Strahlers den gleichen Resonanzfrequenzbereich und unterschiedliche Polarisationen aufweisen. Weiterhin kann die Basiszelle und/oder Antenne mindestens zwei Empfangszweige aufweisen, welche mit zwei Anschlüssen eines Strahlers in Verbindung stehen, welche unterschiedlichen Polarisationen entsprechen. Dabei können die beiden Empfangszweige dem Empfangen von Signalen im gleichen Frequenzbereich und/oder Mobilfunkband dienen und/oder die beiden Anschlüsse des Strahlers den gleichen Resonanzfrequenzbereich und unterschiedliche Polarisationen aufweisen.

Unabhängig vom konkreten Aufbau der Antenne sind die Strahler, welche mit den Sendezweigen in Verbindung stehen, und die Strahler welche mit den Empfangszweigen in Verbindung stehen, bevorzugt unterschiedlich aufgebaut, und / oder weisen unterschiedliche Sende- bzw. Empfangseigenschaften auf. Erfindungsgemäß können damit die einzelnen Antennen optimal auf ihre Aufgabe zum Senden bzw. zum Empfangen von Signalen abgestimmt werden.

Bevorzugt können dabei die Strahler, welche mit den Sendezweigen in Verbindung stehen, und die Strahler, welche mit den Empfangszweigen in Verbindung stehen, unterschiedliche Resonanzfrequenzbereiche aufweisen. Bevorzugt entsprechen die Resonanzfrequenzbereiche dabei jeweils einem Sendebereich bzw. einem Empfangsbereich eines Mobilfunkbandes. Insbesondere kann die Antenne dabei zum Senden und/oder Empfangen in mindestens einem Mobilfunkband eingesetzt werden, wobei die den Sende- bzw. Empfangszweigen zugeordneten Antennen jeweils auf die innerhalb eines solchen Mobilfunkbandes verwendeten, unterschiedlichen Frequenzbereiche für das Senden und Empfangen ausgelegt sind.

Weiterhin bevorzugt sind die Strahler, welche insbesondere gemäß dem zweiten und dem vierten Aspekt mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden, unterschiedlich aufgebaut sind und/oder weisen unterschiedliche Resonanzfrequenzbereiche auf. Bevorzugt entsprechen die Resonanzfrequenzbereiche dabei jeweils einem Sendebereich bzw. einem Empfangsbereich eines Mobilfunkbandes, wobei die Resonanzfrequenzbereiche der Strahler bevorzugt nicht sowohl einen Sendebereich als auch einen Empfangsbereich eines Mobilfunkbandes abdecken. Bevorzug ist dabei auch unabhängig von der konkreten Ausführungsform mindestens einer der Strahler und bevorzugt alle Strahler schmalbandig ausgeführt. Die schmalbandige Ausführung der Strahler erlaubt dabei den Einsatz von Filtern niedriger Selektivität und/oder Flankensteilheit und damit geringen Abmaßen und Kosten.

Bevorzugt deckt dabei jeder Resonanzfrequenzbereich der Strahler nur entweder einen Sendefrequenzbereich oder nur einen Empfangsfrequenzbereich eines Mobilfunkbandes ab. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Resonanzfrequenzbereiche der Strahler bevorzugt nicht sowohl einen Sendebereich als auch einen Empfangsbereich eines Mobilfunkbandes abdecken.

Erfindungsgemäß kann jedoch mindestens einer der Strahler und bevorzugt alle Strahler mehrere, voneinander beabstandete Resonanzfrequenzbereiche aufweisen. Ein einzelner Strahler kann damit für das Senden bzw. Empfangen in mehreren Resonanzfrequenzbereichen und damit bevorzugt in mehreren Mobilfunkbändern eingesetzt werden. Beispielsweise kann dabei ein erster Resonanzfrequenzbereich ein erstes Mobilfunkband und / oder einen ersten Sende- bzw. Empfangsbereich eines ersten Mobilfunkbandes abdecken, und ein zweiter Resonanzfrequenzbereich ein zweites Mobilfunkband und / oder einen Sende- bzw. Empfangsfrequenzbereich eines zweiten Mobilfunkbandes abdecken. Bevorzugt besteht dabei ein größerer Abstand zwischen den beiden Resonanzfrequenzbereichen. Dies kann insbesondere durch die Verwendung einer harmonischen einer Grundfrequenz für den zweiten Resonanzfrequenzbereich erreicht werden. Werden dabei erfindungsgemäß dielektrische Strahler eingesetzt, könne die Resonanzfrequenzbereiche durch die Abmessungen des dielektrischen Resonators vorgegeben werden.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform können die Strahler auch drei oder mehr voneinander beabstandete Resonanzfrequenzbereiche aufweisen oder drei oder mehr unterschiedliche Mobilfunkbänder getrennt voneinander abdecken. Bevorzugt weisen die Strahler dabei genau zwei oder drei oder mehr voneinander beabstan- dete Resonanzfrequenzbereiche auf oder decken genau zwei oder drei oder mehr unterschiedliche Mobilfunkbänder getrennt voneinander ab.

In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die mindestens zwei Empfangszweige und die mindestens zwei Sendezweige gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel oder die mindestens vier Empfangszweige oder die mindestens vier Sendezweige gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel jeweils getrennt voneinander mit einem von vier räumlich getrennten Strahlern in Verbindung stehen. Erfindungsgemäß sind damit sowohl die Strahler, welche für das Senden bzw. das Empfangen eingesetzt werden, als auch die unterschiedlichen Polarisationen für das Senden und Empfangen räumlich voneinander beabstandet. Insbesondere können die vier Strahler dabei wie oben angegeben eine zweidimensionale Antennenanordnung bilden, und insbesondere in zwei Reihen und zwei Spalten angeordnet sein.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Antenne bzw. Basiszelle in einer ersten, bevorzugten Ausführungsform mindestens vier räumlich beabstandete Strahler aufweisen. Die Basiszelle weist dabei bevorzugt genau vier Strahler auf. Bevorzugt bilden diese eine zweidimensionale Antennenanordnung, d. h. die Positionen der Strahler spannen eine zweidimensionale Ebene auf. Bevorzugt ist diese Ebene dabei vertikal ausgerichtet.

Eine Basiszelle umfasst dabei bevorzugt mindestens vier und weiterhin bevorzugt genau vier Strahler. Insbesondere können für die Sendezweige zwei gleichartige und bevorzugt identische, räumlich beabstandete und gegeneinander um 45° oder 90° gedrehte Strahler eingesetzt werden. Weiterhin können für die Empfangszweige zwei gleichartige und bevorzugt identische, räumlich beabstandete und gegeneinander um 45° oder 90° gedrehte Strahler eingesetzt werden. Die Strahler für die Sendezweige und die Empfangszweige weisen dabei bevorzugt unterschiedliche Resonanzfrequenzbereiche auf. Alternativ können für die vier Sende- bzw. die vier Empfangszweige vier gleichartige und bevorzugt identische, räumlich beabstandete und gegeneinander jeweils um 90° gedrehte Strahler eingesetzt werden. Eine Basiszelle kann jedoch auch mindestens zwei und weiterhin bevorzugt genau zwei oder vier Strahler aufweisen, welche jeweils mindestens zwei separate Anschlüsse für unterschiedliche Polarisationen aufweisen.

Weist die Basiszelle zwei Strahler auf, so ist der erste Strahler bevorzugt mit zwei Sendezweigen und der zweite Strahler mit zwei Empfangszweigen verbunden, und die Polarisationen der Strahler sind gleich ausgerichtet, oder die beiden Strahler sind beide jeweils mit zwei Sendezweigen oder jeweils mit zwei Empfangszweigen verbunden und die Polarisationen der Strahler sind unterschiedlich ausgerichtet und insbesondere um 45° gedreht.

Eine Basiszelle mit vier Strahlern kann dabei aus zwei solchen Basiszellen mit zwei Strahlern bestehen, wobei die Anordnung der Strahler innerhalb der beiden kombinierten Basiszellen bevorzugt vertauscht und/oder gespiegelt ist. Die Ausrichtung der Polarisationen der Strahler innerhalb der Basiszelle kann dabei für alle Strahler gleich sein, oder für alle Strahler unterschiedlich, oder teilweise unterschiedlich und teilweise gleich.

Die Strahler können mit einem vorgegebenen vertikalen und horizontalen Abstand voneinander angeordnet sein. Bevorzugt ist der Abstand der Strahler in vertikaler und horizontaler Richtung dabei der oben angegebene Abstand, d. h. insbesondere zwischen 0,2 λ und 0,6 λ. Bevorzugt sind die Strahler dabei in horizontal verlaufenden Reihen und / oder in vertikal verlaufenden Spalten mit jeweils mindestens zwei Strahlern angeordnet. Insbesondere kann die Antenne dabei mindestens zwei Reihen und mindestens zwei Spalten von Strahlern aufweisen.

Wie bereits oben beschrieben kann mindestens ein Strahler zwei separate Eingänge aufweisen. Dabei kann die Funktionalität von vier Antennen mit nur einem Eingang durch zwei Antennen mit jeweils zwei separaten Eingängen zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin können alle Strahler der oben beschriebenen Antennen oder Basiszellen diesen Aufbau aufweisen. Bevorzugt entsprechen die zwei separaten Eingänge einer solchen Antenne dabei zwei unterschiedlichen Polarisationen des Strahlers. Bevorzugt weisen die durch die beiden Eingänge angesprochenen Feldverteilungen und/oder Moden jedoch den gleichen Resonanzfrequenzbereich auf. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der Strahler mit einem ersten Anschluss mit einem ersten Sendezweig und mit einem zweiten Anschluss mit einem zweiten Sendezweig in Verbindung steht, wobei die beiden Sendezweige bevorzugt dem Senden im gleichen Frequenzband dienen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Strahler mit einem ersten Anschluss mit einem ersten Empfangszweig und mit einem zweiten Anschluss mit einem zweiten Empfangszweig in Verbindung steht, wobei die beiden Empfangszweige bevorzugt dem Empfangen im gleichen Frequenzband dienen. Bevorzugt stehen die Empfangszweige und die Sendezweige dabei jeweils mit separaten Strahlern in Verbindung.

Werden dabei dielektrische Strahler eingesetzt, so werden die beiden Eingänge bevorzugt durch unterschiedliche Streifenleitungen, mit welchen der gleiche dielektrische Resonator in unterschiedlichen Polarisationen angeregt wird, zur Verfügung gestellt.

Dabei können in einer möglichen Ausführungsform mindestens vier Sendezweige der erfindungsgemäßen Antenne oder Basisstation mit den Anschlüssen zweier räumlich beabstandeter Strahler in Verbindung stehen, welche gleiche oder unterschiedliche Polarisationen aufweisen und weiter bevorzugt um 45° gegeneinander gedreht sind, und/oder mindestens vier Empfangszweige mit den Anschlüssen zweier räumlich beabstandeter Strahler in Verbindung stehen, welche gleiche oder unterschiedliche Polarisationen aufweisen und bevorzugt um 45° gegeneinander gedreht sind.

Die Antenne oder Basiszelle umfasst dabei bevorzugt mindestens vier Sende- und/oder vier Empfangszweige, welche mit zwei gleichartigen und bevorzugt identischen Strahlern in Verbindung stehen, wobei die beiden Strahler bevorzugt um einen bestimmten Winkel und weiter bevorzugt um 45° zueinander gedreht angeordnet sind. Alternativ kann die Antenne oder Basiszelle mindestens acht Sendezweige oder mindestens acht Empfangszweige aufweisen, welche mit vier gleichartigen und bevorzugt identischen Strahlern in Verbindung stehen, wobei die vier Strahler bevorzugt um einen bestimmten Winkel und weiter bevorzugt um 45° zueinander gedreht angeordnet sind.

Die Antenne oder Basiszelle umfasst dabei bevorzugt mindestens vier Sende- und vier Empfangszweige und mindestens zwei Strahler für die Sendezweige und mindestens zwei Strahler für die Empfangszweige. Dabei können jeweils zwei gleichartige und bevorzugt identische, räumlich beabstandete und gegeneinander um 45° gedrehte Strahler eingesetzt werden. Alternativ kann die Antenne oder Basiszelle mindestens acht Sendezweige oder acht Empfangszweige aufweisen.

Bevorzugt handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Antenne um eine aktive Antenne. Insbesondere können dabei in den Empfangs- und / oder Sendezweigen jeweils Verstärker angeordnet sein. Bevorzugt ist dabei jedem Empfangs- und / o- der Sendezweig mindestens ein separater Verstärker zugeordnet. Gegebenenfalls können einem Sendezweig und / oder einem Empfangszweig dabei auch mehrere Verstärker zugeordnet sein. Insbesondere kann dabei jedem Resonanzfrequenzbereich eines Strahlers ein Verstärker zugeordnet sein. Weist ein Strahler daher mehrere Resonanzfrequenzbereiche auf, können diesem bevorzugt mehrere Verstärker zugeordnet werden. Durch den Abstand der Resonanzfrequenzbereiche eines Strahlers ist wiederum der Einsatz von Filtern niedriger Selektivität und/oder Flankensteilheit möglich.

Weiterhin bevorzugt kann die Sendeleistung je Verstärker weniger als zwei Watt betragen.

Weiterhin können die Verstärker jeweils über Filter mit den Strahlern in Verbindung stehen. Bevorzugt kann es sich dabei um Filter niedriger Qualität handeln, insbe- sondere da eine Trennung der Sende- und Empfangszweige erfolgt und bevorzugt schmalbandige Strahler eingesetzt werden.

Die Strahler einer erfindungsgemäßen Antenne können dabei auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sein, wobei die Strahler bevorzugt über auf der Leiterplatte angeordnete Streifenleitungsabschnitte gespeist werden. Bevorzugt sind dabei alle Strahler der erfindungsgemäßen Antenne auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet.

Alternativ oder zusätzlich können die Strahler der erfindungsgemäßen Antenne und bevorzugt sämtliche Strahler der erfindungsgemäßen Antenne vor einem gemeinsamen Reflektor angeordnet sein.

Die Verstärker und / oder Filter können bei einer aktiven Ausführung der Antenne dabei in einer ersten Ausführungsform auf der gleichen Leiterplatte, auf welcher auch die Strahler angeordnet sind, angeordnet sein. Bevorzugt wird hierfür eine mehrlagige Leiterplatte eingesetzt. In einer zweiten Ausführungsform kann jedoch eine separate Baueinheit vorgesehen sein, auf welcher die Elektronik und insbesondere die Verstärker und / oder Filter angeordnet sind, und welche beispielsweise über Koaxialkabel mit der Baueinheit, welche die Strahler trägt, verbunden ist. Bevorzugt ist dabei jedem Strahler mindestens ein Wellenleiter zugeordnet.

Als Strahler können erfindungsgemäß dielektrische Körper mit oder ohne Metallisierung verwendet werden.

Weiterhin können die dielektrischen Körper auf einem Support angeordnet sein. Bei dem Support kann es sich zunächst um einen mechanischen Support für die Strahler handeln.

Weiterhin kann ein dielektrischer Support für die Strahler vorgesehen sein. Insbesondere kann die Antenne mit einer dielektrischen Platte ausgestattet sein, auf welcher die dielektrischen Resonatoren aufgebracht sind oder welche im Bereich der dielektrischen Resonatoren Aussparungen aufweist, durch welche die dielektrischen Resonatoren hindurchgehen. Die dielektrische Platte ist dabei bevorzugt parallel zu der Leiterplatte, auf welcher die Strahler und insbesondere die dielektrischen Resonatoren angeordnet sind, angeordnet. Die dielektrische Platte kann dabei zur Erweiterung der Bandbreite der dielektrischen Strahler eingesetzt werden. Das dielektrische Material der dielektrischen Platte hat dabei bevorzugt eine niedrigere relative Permittivität als das dielektrische Material der dielektrischen Resonatoren. Alternativ oder zusätzlich können auch Körper, insbesondere Resonatoren mit einer niedrigeren relativen Permittivität oder andere Techniken zur Bandbreitenerweiterung und/oder Erhöhen der Güte bzw. Flankensteilheit der dielektrischen Resonatoren eingesetzt werden.

Die dielektrischen Strahler der vorliegenden Erfindung weisen bevorzugt einen quaderförmigen dielektrischen Körper auf. Durch den Einsatz von quaderförmigen dielektrischen Körpern lassen sich die Polarisationen und die Frequenzbereiche des dielektrischen Strahlers leichter einstellen.

Alternativ oder zusätzlich kann der dielektrische Körper eines dielektrischen Strahlers über eine Streifenleitung und / oder einen unter dem dielektrischen Körper angeordneten Schlitz gespeist werden.

Die Antenne kann dabei ein Gehäuse aufweisen, insbesondere ein geschlossenes und / oder wetterfestes Gehäuse, um die Antenne im Freien für eine Mobilfunk-Basisstation einsetzen zu können.

Die Resonanzfrequenzbereiche der Strahler, welche erfindungsgemäß zum Einsatz kommen, sind zunächst nicht weiter beschränkt. Bevorzugt liegen der oder die Re- öonanzfrequenzbereiche der Strahler jedoch zwischen 1 GHz bis 35 GHz.

Weiterhin können der oder die Resonanzfrequenzbereiche bevorzugt in einem oder mehreren der folgenden Bereiche liegen: 1,650 GHz - 2,750 GHz; 3 GHz - 5 GHz; 4,5 GHz - 7,5 GHz und 21 GHz - 35 GHz. Bevorzugt weist ein einzelner Strahler dabei mindestens zwei Resonanzfrequenzbereiche auf, welche gemeinsam in einem dieser Bereiche liegen.

Insbesondere kann ein Strahler dabei mindestens zwei Resonanzfrequenzbereiche aufweisen, welche in einem gemeinsamen Frequenzbereich liegen, welcher nicht größer ist als 50 % seiner Mittenfrequenz.

Diese Frequenzbereiche werden von den Resonanzfrequenzbereichen eines einzelnen Strahlers jedoch bevorzugt nicht abgedeckt.

Vielmehr haben der oder die einzelnen Resonanzfrequenzbereiche der Strahler bevorzugt eine maximale Breite von weniger als 20 %, weiter bevorzugt von weniger als 10%, weiter bevorzugt von weniger als 5 % der jeweiligen Mittenfrequenz des Resonanzfrequenzbereichs.

In einer möglichen Weiterentwicklung der Erfindung kann die erfindungsgemäße Antenne zusätzlich zu den oben beschriebenen Strahlern weitere Strahler aufweisen, welche bevorzugt zwischen den oben beschriebenen Strahlern angeordnet sind. Die weiteren Strahler sind dabei bevorzugt zusammen mit den Strahlern auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet oder in eine Leiterplatte, welche die Strahler trägt, integriert.

Diese weiteren Strahler weisen bevorzugt einen höheren Resonanzfrequenzbereich auf als die oben beschriebenen Strahler, wobei weiter bevorzugt die Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereichs der weiteren Strahler größer als die Mittenfrequenz des obersten genutzten Resonanzfrequenzbereiches der erfindungsgemäßen Strahler ist und bevorzugt mehr als 1 ,2, weiter bevorzugt mehr als 1 ,5, weiter bevorzugt mehr als 1 ,8, weiter bevorzugt mehr als 2,0 der Mittenfrequenz des obersten genutzten Resonanzfrequenzbereiches der Strahler beträgt.

Bei den weiteren Strahlern kann es sich in einer möglichen Ausführungsform um dielektrische Resonatoren mit einem geringeren Volumen handelt, wobei bevorzugt das Volumen der weiteren Strahler kleiner 40%, weiter bevorzugt kleiner 20%, weiter bevorzugt kleiner 10% der größten Strahler beträgt.

Alternativ oder zusätzlich können die weiteren Strahler als Leiterplattenstrahler ausgeführt sein, wobei es sich insbesondere um Patchantennen und/oder Schlitzantennen und/oder in die Leiterplatte, welche die Strahler speist, integrierte strahlende Strukturen handeln kann.

Neben der erfindungsgemäßen Antenne umfasst die vorliegende Erfindung weiterhin eine Basisstation mit einer Antenne, wie sie oben dargestellt wurde. Insbesondere kann die Antenne dabei gemäß dem ersten und / oder dem zweiten Aspekt und/oder gemäß dem ersten oder dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgestaltet sein.

Die erfindungsgemäße Basisstation umfasst dabei bevorzugt eine Steuerung mit mindestens zwei Betriebsmodi, wobei die Strahler in einem ersten Betriebsmodus getrennt voneinander und/oder einzeln betreibbar sind und in einem zweiten Betriebsmodus in eine oder mehrere Gruppen zusammenschaltbar sind. Bevorzugt erfolgt der Betrieb im ersten und zweiten Betriebsmodus dabei so, wie dies bereits oben im Hinblick auf eine Antenne gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt wurde.

Insbesondere können die Strahler unterschiedlicher Basiszellen in dem ersten Betriebsmodus für unterschiedliche Kommunikationskanäle und / oder separate Hochfrequenzsignale nutzbar sein. Alternativ oder zusätzlich können die Strahler unterschiedlicher Basiszellen mit gleicher Polarisation in dem zweiten Betriebsmodus für den gleichen Kommunikationskanal und / oder mit einem gemeinsamen, gegebenenfalls phasenverschobenen Hochfrequenzsignal nutzbar sein. Weiterhin kann auch die Amplitude für die einzelnen Strahler innerhalb einer Gruppe einzeln angesteuert werden. Der erste Betriebsmodus stellt damit eine Vielzahl von unterschiedlichen Kommunikationskanälen zur Verfügung. Im zweiten Betriebsmodus sind dagegen Beamforming- oder Beamsteering-Anwendungen möglich. Die erfindungs- gemäßen System- und Gruppenabstände sind dabei sowohl für den Betrieb im ersten, als auch für den Betrieb im zweiten Betriebsmodus optimal ausgelegt. Bevorzugt weist die Steuerung der Basisstation dabei eine Vielzahl unterschiedlicher Betriebsmodi auf. Weiterhin bevorzugt sehen die Betriebsmodi dabei unterschiedliche Zusammenschaltungen der einzelnen Strahler vor.

Bevorzugt ist die Antenne der Basisstation dabei so ausgestaltet, wie dies bereits oben im Hinblick auf die erfindungsgemäßen Antennen näher dargestellt wurde. Weiterhin bevorzugt implementiert die Steuerung der Basisstation dabei die bereits oben dargestellten Funktionalitäten.

Die Steuerung der Basisstation steht dabei bevorzugt mit den Verstärkern der erfindungsgemäßen Antenne in Verbindung. Die Ansteuerung der Betriebsmodi erfolgt dabei bevorzugt über digitales Beamforming.

Weiterhin kann die Basisstation eine erste und eine zweite Antenne umfassen. Bevorzugt weist dabei die erste Antenne nur Sendezweige und die zweite Antenne nur Empfangszweige auf. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Antenne eine und bevorzugt mehrere Basiszellen mit vier Sendezweigen und die zweite Antenne eine und bevorzugt mehrere Basiszellen mit vier Empfangszweigen umfassen. Insbesondere sind die Antennen und/oder Basiszellen dabei so aufgebaut, wie dies oben näher beschrieben wurde.

Neben der erfindungsgemäßen Antenne und der erfindungsgemäßen Basisstation umfasst die vorliegende Erfindung weiterhin ein Set mit mindestens einer Antenne, wie sie oben dargestellt wurde. Insbesondere kann das Set dabei eine erste und eine zweite Antenne umfassen. Bevorzugt weist dabei die erste Antenne nur Sendezweige und die zweite Antenne nur Empfangszweige auf. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Antenne eine und bevorzugt mehrere Basiszellen mit vier Sendezweigen und die zweite Antenne eine und bevorzugt mehrere Basiszellen mit vier Empfangszweigen umfassen. Insbesondere sind die Antennen und/oder Basiszellen dabei so aufgebaut, wie dies oben näher beschrieben wurde. Neben der erfindungsgemäßen Antenne und der Basisstation umfasst die vorliegende Erfindung weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Antenne und / oder einer Basisstation, wie sie oben dargestellt wurden. Bevorzugt werden dabei in einem ersten Betriebsmodus einer oder mehrere Strahler, und insbesondere einer oder mehrere Strahler unterschiedlicher Basiszellen getrennt voneinander und/oder einzeln betrieben, und in einem zweiten Betriebsmodus in einer oder mehreren Gruppen zusammengeschaltet.

Bevorzugt erfolgt das erfindungsgemäße Verfahren dabei so, wie dies bereits oben im Hinblick auf die erfindungsgemäße Antenne und die erfindungsgemäße Basisstation näher dargestellt wurde.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen sowie Zeichnungen näher beschrieben.

Dabei zeigen:

Fig. 1 : zwei Varianten eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antenne bzw. einer erfindungsgemäßen Basiszelle in einer Prinzipdarstellung im Vergleich zu einer entsprechenden Basiszelle bzw. Antenne gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne mit mehreren Basiszellen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer Prinzipdarstellung im Vergleich zu einer entsprechenden Antenne mit mehreren Basiszellen gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 3: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne mit mehreren Basiszellen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, welche sowohl horizontal als auch vertikal nebeneinander angeordnet sind, in einer Prinzipdarstellung, im Vergleich zu entsprechenden Antennen gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 4: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne mit mehreren Basiszellen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, in einer Prinzipdarstellung, wobei die relevanten Systemabstände eingezeichnet sind,

Fig. 5: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne bzw. Basiszelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer Prinzipdarstellung mit den Fernfeld-Strahlungsdiagrammen der einzelnen Strahler,

Fig. 6: eine Prinzipdarstellung zweier Betriebsmodi eines erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiels einer Antenne mit mindestens zwei Basiszellen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Strahler der Basiszellen im ersten Betriebsmodus separat betrieben werden und im zweiten Betriebsmodus zu Gruppen zusammengeschaltet werden,

Fig. 7: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne mit mehreren Basiszellen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, in einer Prinzipdarstellung, wobei die spaltenweise Anordnung der Elektronik für die Sende- und die Empfangszweige dargestellt ist,

Fig. 8: vier Varianten eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antenne bzw. einer erfindungsgemäßen Basiszelle in einer Prinzipdarstellung,

Fig. 9: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne mit mehreren Basiszellen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Prinzipdarstellung, wobei für die Sende- und die Empfangszweige zwei separate Antennen eingesetzt werden, eme perspektivische Darstellung eines ersten konkreten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antenne,

Fig. 11 : das in Fig. 10 gezeigte Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht und in einer Seitenansicht,

Fig. 12: eine perspektivische Darstellung eines zweiten konkreten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antenne,

Fig. 13: das in Fig. 12 gezeigte Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht und in einer Seitenansicht, ein Frequenzdiagramm (S-Parameter) zweier erfindungsgemäßer Strahler mit jeweils zwei voneinander getrennten Resonanzfrequenzbereichen, und ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne bzw. einer erfindungsgemäßen Basiszelle, bei welchem dual polarisierte Strahler eingesetzt werden, in einer Prinzipdarstellung, im Vergleich zu einer Antenne gemäß dem Stand der Technik und einer Antenne gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne bzw. einer erfindungsgemäßen Basiszelle, bei welchem dual polarisierte Strahler eingesetzt werden, in einer Prinzipdarstellung.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Multi-Port-Antenne bzw. eine Multi-Port- Basiszelle für eine Mehrspaltenantenne zur Verfügung, welche die bei herkömmlichen Antennen notwendige Komplexität im Hinblick auf die eingesetzten Filter bzw. Duplexer und die damit verbundenen Verluste vermeidet und zudem einen flexiblen Einsatz im Hinblick auf die Zusammenschaltung der einzelnen Strahler ermöglicht. Fig. 1 zeigt dabei zwei Varianten eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Multi-Port-Antenne bzw. Multi-Portbasiszelle im Vergleich zu einer entsprechenden Basiszelle gemäß dem Stand der Technik. In der oberen Reihe ist dabei die Verwendung von X-Pol-Strahlern gezeigt, in der unteren Reihe die Verwendung von vertikal und horizontal polarisierten Strahlern. Gepunktet sind dabei die Empfangsfrequenzen 5 dargestellt, als gestrichelte Linie die Sendefrequenzen 6.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird dabei anstelle eines einzelnen dual polarisierten Strahlers 1 bzw. 2, bei welchem die beiden Polarisationen 3 bzw. 3' und 4 bzw. 4' den gleichen Mittelpunkt aufweisen, und jeweils zum Senden und zum Empfangen eingesetzt werden, eine Multi-Port-Antenne 10 bzw. 20 eingesetzt. Diese weist vier Einzelstrahler 11 bis 14 bzw. 21 bis 24 auf, wobei für das Empfangen zwei Strahler 11 und 12 bzw. 21 und 22 eingesetzt werden, und für das Senden zwei Strahler 13 und 14 bzw. 23 und 24. Die beiden für das Senden eingesetzten Strahler 11 und 12 bzw. 21 und 22 weisen dabei zueinander orthogonale Polarisationen auf und sind beabstandet voneinander angeordnet. In gleicher weise sind auch die für das Senden eingesetzten Strahler 13 und 14 bzw. 23 und 24 voneinander beabstandet angeordnet, und weisen orthogonale Polarisationen auf. Insbesondere weisen dabei die Mittelpunkte der jeweiligen Strahler einen definierten Abstand voneinander auf.

Bei der in der oberen Spalte 10 dargestellten Antenne weisen die Strahler 11 bis 14 dabei jeweils Polarisationen auf, welche einen Winkel von 45° zur Vertikalen aufweisen. Bei der in der unteren Zeile dargestellten Multi-Port-Antenne ist dagegen der erste Strahler 21 für die Empfangsfrequenzen vertikal polarisiert, der zweite Strahler 22 für die Empfangsfrequenzen horizontal polarisiert. In gleicher Weise ist der erste Strahler 23 für die Sendefrequenzen horizontal, der zweite Strahler 24 für die Sendefrequenzen vertikal polarisiert.

Die erfindungsgemäßen Multi-Port-Antennen bzw. Multi-Portbasiszellen 10 und 20 weisen dabei ungefähr das gleiche Volumen auf, wie die Antennen bzw. Basiszel- len gemäß dem Stand der Technik. Erfindungsgemäß handelt es sich damit nicht einfach um eine Strahlerverkleinerung. Vielmehr wird eine neue Grundzelle mit zwei Elementen zum Senden und zwei Elementen zum Empfangen eingesetzt.

Die beiden Strahler 11 und 12 bzw. 21 und 22 für das Empfangen weisen dabei bevorzugt die gleichen Resonanzfrequenzen auf bzw. werden zum Empfangen im gleichen Band eingesetzt. Insbesondere können dabei für die beiden Strahler gleichartige und bevorzugt identische Strahler eingesetzt werden, welche lediglich um 90° verdreht zueinander angeordnet sind. Die beiden Strahler weisen damit bis auf die orthogonalen Polarisationen gleichartige und bevorzugt identische Empfangseigenschaften auf.

In gleicher Weise können die beiden Strahler 13 und 14 bzw. 23 und 24 für das Senden die gleichen Resonanzfrequenzen aufweisen bzw. zum Senden im gleichen Band eingesetzt werden. Auch hier können bevorzugt gleichartige und bevorzugt identische Strahler eingesetzt werden, welche lediglich um 90° zueinander verdreht angeordnet sind.

Der erfindungsgemäße Einsatz unterschiedlicher Strahler für die Sende- und Empfangspfade erlaubt es weiterhin, die entsprechenden Strahler auf das Senden bzw. auf das Empfangen hin zu optimieren. Insbesondere können die Strahler, welche den Sendefrequenzen zugeordnet sind, dabei einen anderen Resonanzfrequenzbereich aufweisen als die Strahler, welche den Empfangsfrequenzen zugeordnet sind.

Die voneinander beabstandete Anordnung aller vier Strahler ermöglicht zudem verbesserte MIMO- und Beamforming-Eigenschaften der Antenne bzw. der Basiszelle.

Bevorzugt handelt es sich bei der Antenne um eine aktive Antenne, bei welcher jedem Strahler mindestens ein eigener Verstärker zugeordnet ist. Insbesondere weist dabei jeder Sendezweig mindestens eine Sendestufe auf, und jeder Empfangszweig mindestens einen Empfangsverstärker. Bevorzugt werden dabei Frequenz-spezifische bzw. schmalbandige Strahler eingesetzt, sodass die Verstärker über einfache Bandpässe oder Hochpässe oder Tiefpässe mit geringer Selektion mit den Strahlern verbunden werden können. Hierdurch kann auf hochselektive Filter mit entsprechender Baugröße und Kosten verzichtet werden.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung werden dabei dielektrische Strahler eingesetzt, um einen geringen Einzelstrahlerabstand zwischen den einzelnen Strahlern zu ermöglichen. Bevorzugt beträgt dabei der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Strahler sowohl in horizontaler, als auch in vertikaler Richtung 0,2 bis 0,6 λ, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbandes der beteiligten Strahler handelt. Bevorzugt beträgt der Einzelstrahlerabstand dabei von 0,2 bis 0,3 λ bezüglich der Wellenlänge der Mittenfrequenz λ des niedrigsten Resonanzfrequenzbandes der beteiligten Strahler. Als Strahler werden dabei bevorzugt Strahler mit einem dielektrischen Resonator eingesetzt. Bei den erfindungsgemäßen dielektrischen Strahlern kann es sich jedoch auch um mithilfe von Dielektrika verkleinerte Dipole, Patches, Monopole oder PIFA-Antennen handeln.

Gemäß dem dritten Aspekt, welcher im Ausführungsbeispiel mit dem ersten Aspekt kombiniert ist, können mehrere Multi-Portbasiszellen, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, zu einer Antenne kombiniert werden. Eine solche erfindungsgemäße Mul- ti-Port-Antenne 30 aus mehreren erfindungsgemäßen Multi-Portbasiszellen 10 ist in Fig. 2 wiederum im Vergleich zu einer entsprechenden Antenne 7 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind dabei mehrere Basiszellen 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel vertikal übereinander angeordnet. Die Basiszellen sind so aufgebaut, wie dies bereits im Hinblick auf die in Fig. 1 dargestellte Basiszelle 10 beschrieben wurde. Erfindungsgemäß wiederholen sich damit in vertikaler Richtung die Strahleranordnungen der jeweiligen Basiszellen in identischer Art und Weise.

In Fig. 2 ist dabei in der Mitte weiterhin eine perspektivische Darstellung der Basiszellen 1 gemäß dem Stand der Technik und der Basiszellen 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei hier auch der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung verwirklicht ist. Die Basiszelle 10 gemäß der vorliegenden Erfindung weist dabei vier dielektrische Strahler 1 bis 14 auf, welche vor einem gemeinsamen Reflektor 18 angeordnet sind. Als dielektrische Strahler werden dabei im Ausführungsbeispiel Strahler mit einem dielektrischen Resonator eingesetzt.

In Fig. 3 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele 40 und 50 einer erfindungsmäßen Multi-Port-Antenne aus einer Mehrzahl an erfindungsgemäßen Mul- ti-Portbasiszellen 10 bzw. 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Antenne dabei eine Anordnung der Basiszellen sowohl in vertikaler, als auch in horizontaler Richtung auf. In der oberen Spalte sind dabei wiederum die erfindungsgemäßen Mul- ti-Portbasiszellen 10 mit X-Pol-Strahlem dargestellt, in der unteren Zeile erfindungsgemäße Basiszellen 20 mit vertikal und horizontal polarisierten Strahlern.

Im Ausführungsbeispiel weist die Antenne zwei Spalten und zwei Zeilen, welche jeweils aus Basiszellen gebildet werden, auf. Selbstverständlich sind dabei auch Antennen mit entsprechend mehr Spalten bzw. entsprechend mehr Zeilen denkbar. Der Vergleich zu den entsprechenden Strahlern 8 und 9 gemäß dem Stand der Technik zeigt wiederum, dass die erfindungsgemäßen Basiszellen die gemäß dem Stand der Technik eingesetzten Strahler im Hinblick auf deren Bauraum ersetzen.

In Fig. 4 ist nochmals die bereits in Fig. 2 gezeigte Multi-Port-Antenne 30 mit mehreren vertikal übereinander angeordneten Basiszellen 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Jede Basiszelle besteht dabei aus vier Strahlern 11 bis 14, wobei hier wie oben beschrieben jeweils die Sende- und Empfangszweige sowie die Polarisationen getrennt sind. In Fig. 4 sind nun die erfindungsgemäßen Systemabstände näher dargestellt.

Zwischen den einzelnen Strahlern beträgt der vertikale Abstand 31 dabei zwischen 0,2 λ und 0,6 λ, wobei der Abstand zwischen den Mittelpunkten der jeweiligen Strahler gemessen wird und es sich bei λ zumindest um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Frequenzbandes der beteiligten Strahler und bevorzugt um die Wellenlängen der Mittenfrequenzen aller genutzten Resonanzfrequenzbereiche aller beteiligten Strahler handelt. Der gleiche Abstand gilt auch in horizontaler Richtung. Gleichartige bzw. identische Strahler benachbarter Basiszellen weisen dabei den doppelten Einzelstrahlerabstand auf, d. h. einen Abstand 32 zwischen 0,4 λ und 1,2 λ. Der Abstand gleichartiger bzw. identischer Strahler benachbarter Basiszellen ist in Fig. 4 in vertikaler Richtung aufgezeigt. Werden in horizontaler Richtung mehrere Basiszellen nebeneinander angeordnet, beträgt der Abstand ebenfalls bevorzugt das Doppelte des Einzelstrahlerabstands, d. h. zwischen 0,4 λ und 1 ,2 λ.

Wie in Fig. 5 näher dargestellt, weisen die Fernfelddiagramme der Einzelstrahler 11 bis 14 einer erfindungsgemäßen Basiszelle 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufgrund der unsymmetrischen Metallumgebung eine etwas unterschiedliche Form auf. Fig. 5 zeigt dabei die erfindungsgemäße Basiszelle 10 mit zwei Strahlern 11 und 12 für die Empfangsfrequenzen, und zwei Strahlern 13 und 14 für die Sendefrequenzen. Wie in Fig. 5 angegeben, werden die beiden Strahler 11 und 12 dabei für das gleiche Frequenzband von 1.710 bis 1.785 MHz eingesetzt. Die beiden Sendestrahler 13 und 14 werden für das gleiche Frequenzband zwischen 1.805 und 1.880 MHz eingesetzt. Dabei werden für die beiden Strahler 11 und 12 gleichartige und bevorzugt identische, um 90° verdreht angeordnete Strahler eingesetzt, und für die beiden Sendestrahler 13 und 14 ebenfalls gleichartige und bevorzugt identische, um 90° gegeneinander verdrehte Strahler eingesetzt. Die Strahler für das Empfangen (Rx1 und Rx2) und die Strahler für das Senden (Tx1 und Tx2) weisen damit unterschiedliche, auf die jeweiligen Frequenzen optimierte Resonanzfrequenzbereiche auf. Insbesondere sind die Resonanzfrequenzbereiche der Tx- Strahler und der Rx-Strahler dabei so eng, dass sie zwar den Sendefrequenzbereich bzw. den Empfangsfrequenzbereich eines Mobilfunk-Frequenzbandes abdecken, nicht aber beide Bereiche. Weiterhin sind die jeweiligen Mittenfrequenzen der Resonanzfrequenzbereiche gegeneinander verschoben.

Rechts in Fig. 5 sind die jeweiligen Strahlungsdiagramme 11' bis 14' für die Strahler 11 bis 14 dargestellt, wobei es sich jeweils um das Fernfeld der Strahler handelt. Durch die unterschiedlichen Strahlungsdiagramme ergibt sich eine bessere Entkoppelung zwischen den Einzelstrahlern 11 bis 14 der Basiszelle 0. Die Erfindung verwendet diese Entkoppelung, d. h. die Asymmetrie des Fernfeldes bzw. das Schielen des Fernfeldes, um bessere Entkoppelungswerte zwischen den Einzelstrahlern zu erzielen. Insbesondere ergibt sich dabei eine verbesserte Entkoppelung zwischen benachbarten Einzelstrahlern, bei welchen die Entkoppelung ansonsten durch den geringen Abstand und die Polarisation limitiert ist. Dies geschieht auf Kosten der Fernfeldsymmetrie bzw. bei MIMO-Anwendungen auf Kosten von Leistungsunterschiede zwischen den Signalpfaden.

Werden dabei gemäß dem dritten und vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung mehrere Basiszellen eingesetzt, können diese über das Speisenetzwerk sowohl einzeln gespeist, als auch beliebig zusammengeschaltet werden. Insbesondere ist dabei bei einer Gruppenanordnung, bei welcher gleichartige bzw. identische Strahler benachbarter Basiszellen zusammengeschaltet werden, ein vertikales und / oder horizontales Beamforming und/oder Beamsteering möglich. Weiterhin kann durch eine geschickte Zusammenschaltung auch ein Ausgleich der Fernfeldasymmetrie der einzelnen Strahler der Basiszellen erreicht werden. Insbesondere kann hier eine entsprechende Speisung der Einzelelemente mit unterschiedlichen Phasen und / oder Amplituden erfolgen.

Erfindungsgemäß trägt die Asymmetrie der Basiszelle damit bei Einzelspeisung der Einzelstrahler zur Entkoppelung benachbarter Strahler bei, kann jedoch bei Zusammenschaltung (z. B. Beamforming oder Interleaving) durch geschickte Speisung ausgeglichen werden. Dies ist insbesondere bei 4G und 5G Übertragungsverfahren von Vorteil, da dort je nach Umgebung (Stadt oder Land) und Auslastung (capacity or coverage) die Elemente einzeln gespeist werden oder zusammengeschaltet werden sollen.

Zwei solche Betriebsmodi A und B sind dabei in Fig. 6 anhand einer erfindungsgemäßen Antenne aus zwei Basiszellen 20 dargestellt. Jede der Basiszellen weist dabei wiederum vier Strahler 21 bis 24 auf. Bei der Basiszelle 20 handelt es sich dabei um die in Fig. 1 dargestellte Basiszelle 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit vertikal und horizontal polarisierten Strahlern. In gleicher Weise könnte auch eine Basiszelle 0 mit X-Pol-Strahlern eingesetzt werden.

Bei dem in Fig. 6 links gezeigten Betriebsmodus A werden die nicht näher dargestellten Sendezweige 27 und 28 und Empfangszweige 25 und 26, welche den Strahlern 23 und 24 bzw. 21 und 22 jeder Basiszelle zugeordnet sind, separat betrieben. Ein solcher Betriebsmodus kann dabei insbesondere dann eingesetzt werden, wenn mehr Übertragungskapazität (capacity) benötigt wird, und ist daher typisch für Stadtgebiete.

Bei dem rechts in Fig. 6 dargestellten zweiten Betriebsmodus B werden dagegen gleichartige bzw. identische Strahler benachbarter Basiszellen in Gruppen zusammengeschaltet. Wie in Fig. 6 rechts gezeigt sind dabei jeweils die Empfangszweige 25 benachbarter Basiszellen zu einem gemeinsamen Empfangszweig 35 verbunden, und die Empfangszweige 26 zu einem gemeinsamen Empfangszweig 36. In gleicher Weise sind die Sendezweige 27 benachbarter Basiszellen zu einem gemeinsamen Sendezweig 37 verbunden, und die Sendezweige 28 zu einem gemeinsamen Sendezweig 38. Durch eine solche Verschachtelung ist insbesondere Beamforming möglich, wobei hierfür die einzeln zusammengeschalteten Sendebzw. Empfangszweige bevorzugt mit unterschiedlichen Phasen und ggf. unterschiedlichen Amplituden betrieben werden. Insbesondere kann ein solcher Betriebsmodus dabei eingesetzt werden, wenn die Mobilfunknetze mehr Reichweite (coverage) benötigen, typischerweise auf dem Land.

Selbstverständlich sind dabei noch erheblich komplexere Verschachtelungen der einzelnen Elemente denkbar, insbesondere wenn eine Antenne mit mehreren sowohl in horizontaler, als auch in vertikaler Richtung aneinander gereihten Basiszellen eingesetzt wird. Dabei kann eine Vielzahl unterschiedlicher Betriebsmodi vorgesehen sein, in welchen die Strahler jeweils in unterschiedlichen Konstellationen zusammengeschaltet betrieben werden. Der für die beiden in Fig. 6 dargestellten Betriebsmodi optimale Einzelstrahlerabstand zwischen den Einzelstrahlern beträgt dabei kleiner gleich 0,25 λ, sodass sich zwischen gleichartigen bzw. identischen Strahlern benachbarter Basiszellen ein effektiver Abstand von kleiner gleich 0,5 λ ergibt. Der Abstand von kleine gleich 0,25 λ ist dabei für die Einzelspeisung von Vorteil, während der Abstand von kleiner gleich 0,5 λ für Beamforming oder Beamsteering optimal ist.

Allerdings kann ein so geringer Abstand zu einer zu schlechten Isolation zwischen den einzelnen Strahlern führen. Der erfindungsgemäße Einzelstrahlerabstand zwischen 0,2 λ und 0,6 λ zwischen zwei benachbarten Strahlern bzw. der erfindungsgemäße Gruppenabstand zwischen 0,4 λ und 1 ,2 λ zwischen den Strahlern benachbarter Basiszellen stellt dabei einen Kompromiss zwischen den optimalen Systemabständen für Einzelspeisung, Beamforming, Beamsteering und einer ausreichenden Entkoppelung der Strahler dar. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Strahler wie unten näher dargestellt nicht nur ein Frequenzband bedienen.

Bevorzugt beträgt der vertikale und horizontale Einzelstrahlerabstand zwischen den Strahlern dabei zwischen 0,2 λ und 0,3 λ, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Frequenzbandes der beteiligten Strahler handelt, und bevorzugt beträgt der vertikale und horizontale Gruppenabstand gleichartiger bzw. identischer Strahler benachbarter Basiszellen zwischen 0,4 λ und 0,6 λ, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Frequenzbandes der beteiligten Strahler handelt.

Weisen die Strahler wie unten näher beschrieben mehrere Resonanzfrequenzbänder auf, welcher zur Abdeckung unterschiedlicher Mobilfunk-Frequenzbänder eingesetzt werden, so liegt bevorzugt der vertikale und horizontale Einzelstrahlerabstand zwischen den Strahlern für die Mittenfrequenzen aller genutzten Resonanzfrequenzbänder der Strahler zwischen 0,2 λ und 0,6 λ, und der vertikale und horizontale Gruppenabstand gleichartiger bzw. identischer Strahler benachbarter Basiszellen zwischen 0,4 λ und 1 ,2 λ. Weiterhin bevorzugt kann dabei der vertikale und horizontale Einzelstrahlerabstand zwischen den Strahlern für die Mittenfrequenz des höchsten genutzten Resonanzfrequenzbandes der Strahler zwischen 0,4 λ und 0,6 λ, und der vertikale und horizontale Gruppenabstand gleichartiger bzw. identischer Strahler benachbarter Basiszellen zwischen 0,8 λ und 1 ,2 λ.

Erfindungsgemäß liegt dabei bevorzugt eine Isolation von mindestens 10 dB, weiterhin bevorzugt von 15 dB zwischen benachbarten Strahlern vor. Insbesondere kann dabei eine Isolation von 10 dB und bevorzugt 15 dB zwischen den Empfangsund den Sendezweigen vorgesehen sein, und zwar sowohl bei der Einzelspeisung, als auch bei der Zusammenschaltung. Weiterhin kann die Isolation zwischen benachbarten Strahlern und/oder zwischen Empfangs- und den Sendezweigen auch mehr als 20 dB oder 25 dB betragen.

Das Speisenetzwerk kann dabei die einzelnen Antennenports bzw. Strahler mit beliebiger Phase und Amplitude einzeln speisen und / oder zusammenschalten. Der jeweilige Betriebsmodus kann dabei in einer möglichen Ausführungsform digital, z. B. über digitales Beamforming und/oder über einen digitalen Beamforming- Prozessor angesteuert werden. Hierdurch kann die Antenne je nach den aktuellen Anforderungen für die Basisstation mit einem entsprechenden Betriebsmodus betrieben werden.

Bevorzugt sind die beiden Rx-Strahler 11 und 12 bzw. 21 und 22 einer erfindungsgemäßen Basiszelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer Spalte oder einer Reihe der Basiszelle angeordnet, ebenso wie die beiden Tx-Strahler 13 und 14 bzw. 23 und 24. Bevorzugt erfolgt die Anordnung wie in Fig. 1 bis 6 gezeigt dabei jeweils spaltenweise. Wie in Fig. 7 dargestellt, hat dies den Vorteil, dass die Rx- Antennen 21 , 22 und sowie deren Anschlüsse und/oder Elektronik 46 und die Tx- Antennen 23, 24 und sowie deren Anschlüsse und/oder Elektronik 47 ebenfalls spaltenweise in sich abwechselnden Spalten 44 und 45 der Antenne angeordnet werden kann. Hierdurch wird eine verbesserte Entkopplung der Sende- und Empfangszweige und ein vereinfachter Aufbau der Antenne erreicht.

In Fig. 8 ist in der rechten Bildhälfte ein zweites Ausführüngsbeispiel einer erfindungsgemäßen Basiszelle, durch welches eine noch stärkere räumliche Trennung der Sendezweige und der Empfangszweige ermöglicht wird, im Vergleich zu dem links dargestellten ersten Ausführungsbeispiel in mehreren Varianten dargestellt.

Anders als die links dargestellten ersten Ausführungsbeispiele einer Basiszelle 10 bzw. 20 mit zwei Rx-Strahlern 11 , 12 bzw, 21 , 22 und zwei Tx-Strahlern 13, 14 bzw. 23, 24 weisen die Basiszellen 10' bzw. 20' nur Rx-Strahler 71 bis 74 bzw. 81 bis 84 auf, und die Basiszellen 10" bzw. 20" nur Tx-Strahler 75 bis 78 bzw. 85 bis 88.

Insbesondere weist eine Basiszelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel damit entweder vier Tx-Strahler oder vier Rx-Strahler auf. Damit weisen die Basiszellen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entweder nur Sendezweige, oder nur Empfangszweige auf und sind damit entweder als eine Empfangs-Basiszelle 10' bzw. 20' oder als eine Sende-Basiszelle 10" bzw. 20" ausgestaltet.

Eine Empfangs-Basiszelle 10' bzw. 20' weist dabei mindestens vier Empfangszweige auf, welche mit den vier Rx-Strahlern 71 bis 74 bzw. 81 bis 84 in Verbindung stehen. Eine Sende-Basiszelle 10" bzw. 20" weist dagegen mindestens vier Sendezweige auf, welche mit den vier Tx-Strahlern 75 bis 78 bzw. 85 bis 88 in Verbindung stehen. Ein Rx-Strahler kann dabei wie beim ersten Ausführungsbeispiel jedoch auch mit mehreren Empfangszweigen in Verbindung stehen und ein Tx- Strahler mit mehreren Sendezweigen, insbesondere wenn Strahler mit mehreren genutzten Resonanzfrequenzbändem eingesetzt werden.

Die vier Strahler weisen dabei jeweils um 90° gegeneinander gedrehte Polarisationen auf. Die Polarisationen jeweils zweier Strahler, welche sich im Ausführungsbeispiel auf den Diagonalen gegenüberliegen, sind damit um 180° gegeneinander gedreht. Dies ermöglicht es, die Basiszellen in einem ersten Betriebsmodus wie eine Basiszelle gemäß dem Stand der Technik zu betreiben, indem die Paare an Strahlern mit um 180° gegeneinander gedrehten Polarisationen zusammengeschaltet werden. In einem zweiten Betriebsmodus können diese Paare an Strahlern dagegen separat betrieben bzw. separat mit Strahlern anderer Basiszellen zusammenschaltet werden.

Die Polarisationen der Rx-Strahler 71 bis 74 der Empfangs-Basiszelle 10' und die Tx-Strahler 75 bis 78 der Sende-Basiszelle 10" weisen dabei jeweils einen Winkel von 45° zur vertikalen und/oder horizontalen auf, die Polarisationen der Rx-Strahler 81 bis 84 der Empfangs-Basiszelle 20' und die Tx-Strahler 85 bis 88 der Sende- Basiszelle 20" sind dagegen entweder horizontal oder vertikal ausgerichtet.

Die für das zweite Ausführungsbeispiel eingesetzten Rx-Strahler entsprechen dabei bevorzugt den auch im ersten Ausführungsbeispiel eingesetzten Rx-Strahlern, und die für das zweite Ausführungsbeispiel eingesetzten Tx-Strahler entsprechen bevorzugt den auch im ersten Ausführungsbeispiel eingesetzten Tx-Strahlern, wobei in einer Basiszelle statt zwei Rx-Strahlern und zwei Tx-Strahlern vier Rx-Strahlern oder vier Tx-Strahler eingesetzt werden.

Insbesondere können sämtliche Rx-Strahler einer Basiszelle für die gleichen Frequenzen eingesetzt werden, und insbesondere die gleichen Resonanzfrequenzbänder und/oder den gleichen Aufbau aufweisen. Insbesondere können für die Rx- Strahler einer Basiszelle vier gleichartige und bevorzugt identische Strahler eingesetzt werden, welche lediglich um jeweils 90° gedreht zueinander auf der Grundplatte der Antenne angeordnet werden.

Ebenso können sämtliche Tx-Strahler einer Basiszelle für die gleichen Frequenzen eingesetzt werden, und insbesondere die gleichen Resonanzfrequenzbänder und/oder den gleichen Aufbau aufweisen. Dabei können für die Tx-Strahler einer Basiszelle vier gleichartige und bevorzugt identische Strahler eingesetzt werden, welche lediglich um jeweils 90° gedreht zueinander auf der Grundplatte der Antenne angeordnet werden. Wie schon für das erste Ausführungsbeispiel dargestellt kann es sich bei den Strahlern, welche als Tx- bzw. Rx-Strahler eingesetzt werden, um Strahler mit einem dielektrischen Resonator (DRA) handeln. Bevorzugt sind die dielektrischen Resonatoren und die Speiseleitungen für die Resonatoren innerhalb einer Basiszelle für de vier Strahler jeweils um 90° gedreht angeordnet sind. Bevorzugt werden auch hier quaderförmige dielektrische Resonatoren eingesetzt.

Bevorzugt entspricht dabei der Einzelstrahlerabstand der Strahler untereinander für das zweite Ausführungsbeispiel dem für das erste Ausführungsbeispiel näher erläuterten Einzelstrahlerabstand, ebenso wie der Gruppenabstand gleichartiger bzw. identischer Strahler in benachbarten Basiszellen.

Eine Antenne gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst bevorzugt wie beim ersten Ausführungsbeispiel mehrere vertikal und/oder horizontal nebeneinander angeordnete gleichartige und bevorzugt identische Basiszellen.

Wie in Fig. 9 dargestellt, ergeben sich so entweder eine Empfangsgruppenantenne 100 aus einer Mehrzahl von Empfangs-Basiszellen 20', oder eine Sendegruppenantenne 110 aus mehreren Sende-Basiszellen 20". Bevorzugt ist dabei die Elektronik der Empfangszweige 46 zusammen mit den Empfangs-Basiszellen 20' in einer ersten Baueinheit verbaut, die Elektronik der Sendezweige 47 zusammen mit den Sende-Basiszellen 20" in einer zweiten Baueinheit. Durch diese räumliche Trennung der Sende- und der Empfangszweige mit der entsprechenden Elektronik und den zugehörigen Strahlern ergibt sich eine nochmals verbesserte Isolation der Sende- und der Empfangszweige. Dabei können die Empfangsgruppenantenne 100 und die Sendegruppenantenne 110 als separate Antennen ausgeführt sein, welche ggf. auch ein separates Gehäuse aufweisen können.

In Fig. 10 und 11 ist nun ein erstes konkretes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Basiszelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit vier Strahlern 21 bis 24 näher dargestellt. Bei den Strahlern handelt es sich dabei um vertikal und horizontal polarisierte Strahler, sodass die Basiszelle der in Fig. 1 dargestellten Basiszelle 20 entspricht. Eine X-Pol-Basiszelle ergibt sich dabei einfach durch drehen der gesamten Anordnung um 45°.

Als Strahler 21 bis 24 werden dabei dielektrische Resonatoren eingesetzt, wobei es sich bei den dielektrischen Resonatoren im Ausführungsbeispiel um Qua- der-förmige dielektrische Körper handelt. Die Speisung der dielektrischen Resonatoren erfolgt über Streifenleitungen 61 , welche wiederum mit Koaxialanschlüssen 63 in Verbindung stehen. Die Strahler bzw. dielektrischen Resonatoren sind dabei auf einer gemeinsamen Leiterplatte 60 angeordnet. Die Oberseite der Leiterplatte 60 weist eine Metallbeschichtung 64 mit unterhalb der dielektrischen Resonatoren angeordneten Schlitzen 62 auf. Die Streifenleitungsabschnitte 61, welche die Eingänge der jeweiligen Resonatoren bilden, sind auf der Unterseite bzw. in einer anderen Ebene der Leiterplatte 60 angeordnet. Die Streifenleitungsabschnitte 61 und die Schlitze 62 in der metallisierten Oberfläche 64 stehen senkrecht aufeinander, wobei die Schnittpunkte jeweils direkt unterhalb eines dieleketrischen Resonators angeordnet sind.

Die Resonanzfrequenzen der dielektrischen Strahler hängen dabei von den Dimensionen der dielektrischen Körper ab, und werden im Folgenden noch näher beschrieben. Die dielektrischen Körper können dabei eine Höhe, Breite und Länge aufweisen, welche jeweils beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,02 λ und 0,2 λ liegen, wobei es sich bei λ wiederum um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbandes des jeweiligen Strahlers handelt. Bevorzugt beträgt dabei die Summe aus Länge und Breite weniger als 0,2 λ, sodass die dielektrischen Resonatoren problemlos mit dem erfindungsgemäßen Einzelstrahlerabstand nebeneinander angeordnet werden können.

Für die beiden Strahler 21 und 22, welche für den Empfang eingesetzt werden, werden dabei identische dielektrische Resonatoren eingesetzt, d. h. dielektrische Körper mit identischen Abmessungen. Die beiden dielektrischen Körper sind jedoch um 90° zueinander verdreht, ebenso wie ihre Anspeisungen. Hierdurch werden zum Empfangen zwei Strahler mit identischem Resonahzfrequenzbereich, jedoch orthogonalen Polarisationen eingesetzt. In gleicher Weise werden für die beiden Strahler 23 und 24, welche zum Senden eingesetzt werden, identische dielektrische Körper eingesetzt, d. h. dieleketrische Körper mit identischen Abmessungen. Auch hier sind die beiden dielektrischen Körper sowie ihre Anspeisungen jeweils um 90° versetzt zueinander angeordnet, sodass sich wiederum identische Resonanzfrequenzbereiche, jedoch orthogonale Polarisationen ergeben. Die Resonanzfrequenzbereiche der dielektrischen Resonatoren 21 , 22 bzw. 23, 24 unterscheiden sich jedoch, und sind dabei bevorzugt auf die Sende- bzw. Empfangsfrequenzbereiche hin optimiert.

In Fig. 12 und 13 ist ein weiteres konkretes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Basiszelle dargestellt, welches auf dem in Fig. 10 und 11 dargestellten Ausführungsbeispiel basiert und zusätzlich einen gemeinsamen Reflektor 66 sowie eine dielektrische Platte 65 aufweist. Der Reflektor 66 ist dabei über Abstandselemente 67 unterhalb der Leiterplatte 60 angeordnet und verläuft parallel zu dieser. Die dielektrische Platte 65 ist auf der Oberseite der Leiterplatte angeordnet und die dielektrischen Resonatoren sind darauf aufgebracht. Die dielektrische Platte sorgt dabei für eine Aufweitung der Resonanzfrequenzbänder der dielektrischen Resonatoren. Die Verbindung mit der Leiterplatte erfolgt über Verbindungselemente 68.

Bei den Ausführungsbeispielen in Fig. 10 bis 13 ist dabei jeweils nur eine einzelne Basiszelle dargestellt. Die Basiszellen können jedoch, wie bereits oben dargestellt, mehrfach nebeneinander angeordnet werden. Insbesondere werden dabei mehrere gleichartige und bevorzugt identische Basiszellen mit dem gleichen Einzelstrahlerabstand, welcher auch innerhalb einer Basiszelle eingesetzt wird, nebeneinander angeordnet. Die Basiszellen können dabei sowohl vertikal, als auch horizontal nebeneinander angeordnet werden.

Werden dabei mehrere Basiszellen eingesetzt, so werden diese bevorzugt nicht durch einzelne Elemente, wie sie in Fig. 10 bis 13 dargestellt sind, gebildet. Vielmehr sind die Strahler unterschiedlicher Basiszellen bevorzugt auf der gleichen Lei- terplatte angeordnet und weisen, soweit vorhanden, den gleichen Reflektor und / oder eine zusammenhänge dielektrische Platte auf. Bei den Basiszellen handelt es sich damit erfindungsgemäß bevorzugt um abstrakte Konstruktionselemente, welche innerhalb einer Antenne ohne eine Trennung untereinander miteinander kombiniert werden.

Bei den Ausführungsbeispielen in Fig. 10 bis 13 handelt es sich dabei um Ausführungsbeispiele einer Antenne bzw. einer Basiszelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Antenne bzw. Basiszelle zwei Sendezweige Und zwei Empfangszweige bzw. zwei Rx-Strahler und zwei Tx- Strahler aufweist.

Exakt der gleiche konkrete Aufbau, wie er anhand der Fig. 10 bis 13 für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann auch für eine Antenne bzw. Basiszelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zum Einsatz kommen, bei welchem eine Antenne bzw. Basiszelle vier Sendezweige oder vier Empfangszweige und damit vier Rx-Strahler oder vier Tx-Strahler aufweist. In diesem Fall werden lediglich anstelle zweier unterschiedlicher dielektrischer Resonatoren für die Rx und die Tx-Strahler, wie sie in Fig. 10 bis 13 vorgesehenen waren, für alle Strahler identische dielektrische Resonatoren eingesetzt, welche dann je nach Ausgestaltung alle Rx-Strahler oder alle Tx-Strahler sind und die entsprechenden Resonanzfrequenzbereiche aufweisen.

Die vier dielektrischen Resonatoren und ihre Speiseleitungen sind dabei genau so, wie dies auch in Fig. 10 bis 13 vorgesehen ist, jeweils um 90° gedreht zueinander angeordnet, so dass eine Basiszelle vier identische Strahler aufweist, welche jeweils mit einem Winkel 0°, 90°, 180° und 270° angeordnet sind. Damit ergeben sich in einer solchen Basiszelle zwei Strahler-Paare mit um 180° gegeneinander gedrehten Strahlern, wobei die beiden Strahler-Paare untereinander um 90° versetzt sind. Die beiden Strahler innerhalb einer solchen Paarung können dabei in einem ersten Betriebsmodus zusammengeschaltet werden und entsprechen dann im we- sentlichen einem Dipol-Strahler gemäß dem Stand der Technik, können aber auch separat betrieben werden.

In einer möglichen Weiterentwicklung, welche in den Figuren nicht näher dargestellt ist, können auf der Leiterplatte 60 neben den Strahlern 21 bis 24 weitere Strahler vorgesehen und insbesondere zwischen den Strahlern 21 bis 24 angeordnet sein.

Diese weiteren Strahler können zum Senden und/oder Empfangen in einem höheren Mobilfunk-Frequenzband eingesetzt werden. Durch den hohen Frequenzabstand beeinflussen die weiteren Strahler die erfindungsgemäßen Strahler 21 bis 24 nur wenig.

Bei den weiteren Strahlern kann es sich in einer möglichen Ausführungsform ebenfalls um dielektrische Resonatoren handeln, welche jedoch bevorzugt ein deutlich geringeres Volumen aufweisen als die erfindungsgemäßen Strahler 21 bis 24. Das Volumen kann dabei insbesondere unterhalb von 10% des Volumens der Strahler 21 bis 24 betragen.

Alternativ oder zusätzlich können die weiteren Strahler auch als Leiterplattenstrahler ausgeführt sein, wobei es sich insbesondere um Patchantennen und/oder Schlitzantennen und/oder in die Leiterplatte 60 integrierte strahlende Strukturen handeln kann.

Wie bereits dargelegt handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Antenne unabhängig vom Ausführungsbeispiel bevorzugt um eine aktive Antenne, sodass die Sende- und die Empfangszweige jeweils Verstärker aufweisen. Weiterhin können die Sende- und Empfangszweige Filter aufweisen. Die Elektronik der Sende- und Empfangszweige kann dabei in einer möglichen Ausführungsform auf der gleichen Leiterplatte angeordnet werden, auf welcher auch die Strahler angeordnet sind. Insbesondere kann hierfür eine mehrlagige Leiterplatte eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Elektronik dabei auf der Rückseite der Leiterplatte vorgesehen werden. Alternativ kann für die Elektronik mit den Verstärkern und / oder Filtern je- doch auch eine separate Baueinheit, insbesondere eine separate Leiterplatte, vorgesehen werden. Diese wird dann wie auch bei den in Fig. 10 bis 13 dargestellten Basiszellen über Koaxialleitungen mit den Strahlern verbunden. Bevorzugt ist dabei jedem Strahler mindestens und bevorzugt genau ein Anschluss bzw. eine Koaxialleitung zugeordnet.

Die Elektronik, welche das Zusammenschalten bzw. separate Betreiben der Sende- und Empfangszweige ansteuert, kann dabei entweder getrennt zur Elektronik der aktiven Antenne gesehen werden, oder in die gleiche Baueinheit integriert werden. Bevorzugt erfolgt die Ansteuerung digital, z.B. über digitales Beamforming und/oder über einen digitalen Beamforming-Prozessor.

Wie bereits oben beschrieben, handelt es sich bei den erfindungsgemäß eingesetzten dieleketrischen Strahlern um schmalbandige Strahler. Durch den Einsatz solcher separaten schmalbandigen Strahler für Rx und Tx wird die Intermodulation verringert, sowie eine zusätzliche Dämpfung in den Duplex-Filtern vermieden. Daher kann anstelle hochselektiver Filter auf einfache Filter mit geringer Selektion gesetzt werden. Strahler mit einem dielektrischen Resonator weisen dabei von Natur aus sehr schmale Bandbreiten auf. Diese können, insbesondere da für jede Polarisation ein separater dielektrischer Strahler verwendet wird, durch den Einsatz einer dielektrischen Platte etwas verbreitert werden, um den kompletten Sende- bzw. Empfangsbereich eines Mobilfunkbandes abzudecken.

Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, den einzelnen Strahlern ein weiteres Band hinzuzufügen, insbesondere eine weitere Mode- bzw. Feldverteilung. Hierfür bieten sich insbesondere höhere Frequenzen / Modi an.

Insbesondere kann ein einzelner Strahler dabei zwei relativ weit auseinanderliegende Resonanzfrequenzbereiche aufweisen, um über die beiden Resonanzfrequenzbereiche zwei Mobilfunkbänder bzw. deren jeweilige die Sende- bzw. Empfangsbereiche abzudecken. ln Fig. 14 ist das Frequenzdiagramm zweier beispielhafter Strahler, von welchen der erste für das Empfangen (Rx) und der zweite für das Senden (Tx) eingesetzt wird, dargestellt. Das Diagramm gibt dabei die S-Parameter wieder. Der zum Empfangen eingesetzte Strahler Rx weist dabei einen ersten Resonanzfrequenzbereich auf, welcher den Empfangsbereich zwischen 1.710 und 1.785 MHz des Bandes 3 abdeckt, und einen zweiten Empfangsfrequenzbereich, welcher den Empfangsfrequenzbereich zwischen 2.500 und 2.570 MHz von Band 7 abdeckt. Der zum Senden eingesetzte Strahler Tx weist dagegen einen ersten Resonanzfrequenzbereich auf, welcher den Sendefrequenzbereich zwischen 1.805 und 1.880 MHz von Band 3 abdeckt, und einen zweiten Resonanzfrequenzbereich, welcher den Sendefrequenzbereich zwischen 2.620 und 2.690 MHz von Band 7 abdeckt. Erfindungsgemäß weisen die Rx-Strahler und der Tx-Strahler damit schmale Resonanzfrequenzbereiche auf, welche jeweils entweder den Empfangsfrequenzbereich (Rx- Strahler) oder den Sendefrequenzbereich (Tx-Strahler) eines oder mehrerer Mobilfunk-Frequenzbänder abdecken, nicht aber beides.

Gegebenenfalls können dabei auch Strahler mit mehr als zwei Resonanzfrequenzbereichen eingesetzt werden, beispielsweise mit drei Resonanzfrequenzbereichen.

Die oben genannten Resonanzfrequenzbereiche sind dabei lediglich ein Beispiel für die Anwendung der vorliegenden Erfindung. Die Resonanzfrequenzbereiche der Strahler, welche erfindungsgemäß zum Einsatz kommen, können dabei auch in anderen Frequenzbändern insbesondere im Bereich zwischen 1 GHz bis 35 GHz liegen. Insbesondere ist es ebenfalls denkbar, Frequenzbereiche um 4GHz und/oder 6GHz und oder 28GHz zu nutzen. Die genutzten Bereiche können dabei insgesamt jeweils eine Breite von weniger als 50% bezüglich dieser Frequenzen aufweisen, wobei die Resonanzfrequenzbereiche jeweils schmalbandig in diesen größeren Bereichen liegen.

Beispielsweise können die Strahler dabei Resonanzfrequenzbereiche aufweisen, welche in einem oder mehreren der folgenden Bereiche liegen: 1 ,650 GHz - 2,750 GHz; 3 GHz - 5 GHz; 4,5 GHz - 7,5 GHz und 21 GHz - 35 GHz. Bevorzugt weist ein einzelner Strahler dabei mindestens zwei Resonanzfrequenzbereiche auf, welche gemeinsam in einem dieser Bereiche liegen.

Weist die Antenne dabei wie oben beschrieben neben den erfindungsgemäßen Strahlern weitere Strahler auf, so weisen diese bevorzugt einen oder mehrere höhere Resonanzfrequenzbereiche auf. Bspw. können der oder die Resonanzfrequenzbereiche der erfindungsgemäßen Strahler in einem ersten der oben genannten Bereiche und der oder die Resonanzfrequenzbereiche der weiteren Strahler in einem höheren der oben genannten Bereiche liegen.

Bevorzugt stehen die Strahler für jenen Resonanzfrequenzbereich mit einem separaten Verstärker in Verbindung. Insbesondere sind dann, wenn mehrere Resonanzfrequenzbereiche vorgesehen sind, mehrere Verstärker über einen Fre- quenz-Multiplexer mit dem Strahler verbunden. Aufgrund er schmalbandigen Ausführung der Resonanzfrequenzbereiche und dem breiten Abstand zwischen den Resonanzfrequenzbereichen können als Multiplexer jedoch einfache Bandpassfilter mit geringer Selektion verwendet werden.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden sowohl für die Sende- und Empfangszweige, als auch für die orthogonalen Polarisationen jeweils separate Strahler eingesetzt. Jeder Strahler wird damit nur zum Senden in einer Polarisation, und entweder für das Senden oder das Empfangen eingesetzt. Die Basiszelle weist in diesem Fall vier Strahler auf, welche bevorzugt eine zweidimensionale Strahleranordnung bilden, und insbesondere mit einem vorgegebenen vertikalen und horizontalen Abstand zueinander angeordnet sind.

In einem dritten, vierten und fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welche anhand von Fig. 15 und Fig. 16 näher beschrieben werden, können dagegen dual-polige Strahler 91 bis 94 bzw. 91' bis 94' eingesetzt werden. Auch die Ausführungsformen der Figuren 1 bis 14 können mit dual-polarisierten Strahlern umgesetzt werden. Bevorzugt handelt es sich auch bei den dual-poligen Strahlern um dielektrische Strahler und insbesondere Strahler mit einem dielektrischen Re- sonator, welche jedoch zwei separate Eingänge aufweisen, über welche zwei unterschiedliche Strahlungsmodi angesprochen werden können. Die beiden Strahlungsmodi der einzelnen Strahler unterscheiden sich dabei im Hinblick auf die Polarisation und/oder Frequenz. Die beiden durch die Anschlüsse angeregten Strahlungsmodi weisen dabei bevorzugt den gleichen Resonanzfrequenzbereich auf. Ggf. können sich die beiden Strahlungsmodi jedoch auch im Hinblick auf die Frequenz unterscheiden, so dass die beiden Anschlüsse eines Strahlers bspw. für zwei unterschiedliche Mobilfunk-Frequenzbänder eingesetzt werden können.

Wie in Fig. 15 näher dargestellt, kann eine Basiszelle 1 oder 2 gemäß dem Stand der Technik dabei wiederum durch eine erfindungsgemäße Basiszelle 90 ersetzt werden, welche ungefähr das gleiche Volumen aufweist, und dabei durch vier Strahler 91 und 92 sowie 93 und 94 gebildet wird. Bei den Strahlern 91 und 94 handelt es sich dabei um X-Pol-Strahler, bei den Strahlern 92 und 93 um Strahler sowohl mit vertikaler, als auch mit horizontaler Polarisation.

Die Basiszelle weist dabei zwei Rx-Strahler 91 und 92 auf, welche jeweils zwei orthogonale Polarisationen aufweisen, wobei die Polarisationen der beiden Strahler 91 und 92 um 45° zueinander gedreht sind. Dabei können wiederum identische Strahler eingesetzt werden, welche auf der Grundplatte der Antenne um 45° zueinander gedreht angeordnet sind.

Die Basiszelle weist weiterhin zwei Tx-Strahler 93 und 94 auf, welche jeweils zwei orthogonale Polarisationen aufweisen, wobei die Polarisationen der beiden Strahler 93 und 94 um 45° zueinander gedreht sind. Dabei können wiederum identische Strahler eingesetzt werden, welche auf der Grundplatte der Antenne um 45° zueinander gedreht angeordnet sind.

Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht in seinem Aufbau damit dem ersten Ausführungsbeispiel, nur dass die Strahler statt einer zwei Polarisationen aufweisen und um 45° statt um 90° zueinander gedreht angeordnet sind. ln einem nicht dargestellten vierten Ausführungsbeispiel könnte eine Basiszelle auch aus vier dual-polarisierten Rx-Strahlern oder vier dual-polarisierten Tx- Strahlern bestehen, wobei es sich bevorzugt wieder um identische, jeweils um 45° zueinander gedrehte Strahler handelt. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht damit dem zweiten Ausführungsbeispiel, nur dass die Strahler statt einer zwei Polarisationen aufweisen und um 45° statt um 90° zueinander gedreht angeordnet sind.

Eine Antenne kann dabei aus mehreren Basiszellen gemäß dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel bestehen, welche bevorzugt vertikal und/oder horizontal über- bzw. nebeneinander angeordnet werden.

Fig. 16 zeigt nun zwei Varianten eines fünften Ausführungsbeispiels einer Antenne, bei welchen dual-polarisierte Tx-Strahler 121 und dual-polarisierte Rx-Strahler 122 eingesetzt werden. Die Strahler 121 und 122 weisen damit jeweils zwei Anschlüsse auf, welche unterschiedlichen, orthogonal aufeinander stehenden Polarisationen entsprechen. Die Polarisationen der Strahler 121 und 122, aus welchen die Antenne besteht, sind jedoch anders als im dritten und vierten Ausführungsbeispiel jeweils identisch ausgerichtet. Dabei handelt es sich bei den Strahlern 121 und 122 im Ausführungsbeispiel jeweils um X-Pol-Strahler, es könnten jedoch auch Strahler mit einer vertikalen und einer horizontalen Polarisation eingesetzt werden. Alle Tx- Strahler 121 können dabei identisch ausgeführt und/oder identisch ausgerichtet sein. Weiterhin können alle Rx-Strahler 122 identisch ausgeführt und/oder identisch ausgerichtet sein. Die Tx-Strahler 121 weisen jedoch bevorzugt andere Resonanzfrequenzbereiche auf als die Rx-Strahler 122. Insbesondere können dabei die dielektrischen Resonatoren unterschiedliche Abmessungen aufweisen.

Die links in Fig. 16 dargestellte Antenne 120 umfasst dabei jeweils abwechselnd vertikal übereinander angeordnete Tx-Strahler 121 und Rx-Strahler 122, wobei im Ausführungsbeispiel nur eine Spalte vorgesehen ist. Die Basiszelle 140 besteht bei dieser Antenne aus nur zwei Strahlern, einem Tx-Strahler 121 und Rx-Strahler 122. Dabei sind mehrere solche Basiszellen übereinander angeordnet. Die rechts in Fig. 16 dargestellte Antenne 130 umfasst jeweils abwechselnd vertikal übereinander und horizontal nebeneinander angeordnete Tx-Strahler 121 und Rx- Strahler 122, wobei im Ausführungsbeispiel zwei Spalten vorgesehen sind. Die Basiszelle 150 besteht bei dieser Antenne damit aus vier Strahlern, zwei Tx-Strahlern 121 und zwei Rx-Strahlern 122. Die Rx-Strahler 122 und die Tx-Strahler 121 sind dabei jeweils auf den Diagonalen der Basiszelle einander gegenüberliegend angeordnet. Dabei sind mehrere Basiszellen 150 übereinander angeordnet.

Die Basiszelle 150 ist damit im wesentlichen aus zwei Basiszellen 140 aufgebaut, wobei die Strahleranordnung der beiden zusammengefügten Basiszellen 140 jedoch gespiegelt ist. Alternativ könnte man die in Fig. 16 dargestellte Antenne 130 auch als aus Basiszellen 140 mit nur zwei Strahlern aufgebaut betrachten, wobei die Basiszellen in nebeneinander liegenden Spalten jeweils um einen Einzelstrahlerabstand in vertikaler Richtung gegeneinander verschoben sind.

Die Einzelstrahlerabstände der Strahler in der Basiszelle bspw. die Gruppenabstände gleichartiger Strahler benachbarter Basiszellen können dabei die oben im Hinblick auf das erste und das zweite Ausführungsbeispiel angegebenen Werte aufweisen. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Einzelstrahlerabstand dabei 0,25 λ, der Gruppenabstand 0,5 λ mit Bezug auf die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereichs der beteiligten Strahler.

Insbesondere für 3D-Beamforming Anwendungen können Einzelstrahlerabstände von kleiner gleich 0,25 λ bzw. Gruppenabstände von kleiner gleich 0,5 λ dabei von Vorteil sein, um z.B. bei der Kanalschätzung den Einfallswinkel (d. h. die Position) des mobilen Terminals („user equipment" kurz UE) zu berechnen und das Antennendiagramm der Basisstation darauf auszurichten.

Auch bei dem dritten, vierten und fünften Ausführungsbeispiel können die Strahler über das Speisenetzwerk sowohl einzeln gespeist, als auch beliebig zusammengeschaltet werden. Insbesondere ist dabei bei einer Gruppenanordnung, bei welcher gleichartige bzw. identische Strahler benachbarter Basiszellen zusammengeschal- tet werden, ein vertikales und / oder horizontales Beamforming und/oder Beamstee- ring möglich. Werden die Strahler dagegen einzeln betrieben, wird die Kapazität der Antenne erhöht. Insbesondere können dabei die einzelnen Anschlüsse der Strahler einzeln gespeist, als auch beliebig zusammengeschaltet werden.

Die anhand von Fig. 6 erläuterten Betriebsmodi A und B können dabei in identischer Art und Weise bspw. auch bei dem in Fig. 16 gezeigten Ausführungsbeispiel eingesetzt werden. Selbstverständlich sind dabei auch hier noch erheblich komplexere Verschachtelungen der einzelnen Elemente denkbar.

Weiterhin können die in Fig. 16 gezeigten Antennen auch um weitere Basiszellen ergänzt werden, insbesondere indem eine Antenne mit mehreren sowohl in horizontaler, als auch in vertikaler Richtung aneinander gereihten Basiszellen eingesetzt wird. Dabei kann eine Vielzahl unterschiedlicher Betriebsmodi vorgesehen sein, in welchen die Strahler jeweils in unterschiedlichen Konstellationen zusammengeschaltet betrieben werden.

Die Ausgestaltung der Strahler, der System- und Gruppenabstände und der Antennen aus mehreren Basiszellen gemäß dem dritten, vierten und dem fünften Ausführungsbeispiel entspricht dabei bevorzugt dem bereits oben im Hinblick auf das erste bzw. das zweite Ausführungsbeispiel Erläuterten.

Wichtige Aspekte der vorliegenden Erfindung werden im folgenden noch einmal überblicksmäßig dargestellt:

Die vorliegende Erfindung stellt dabei eine kompakte Multi-Portbasiszelle insbesondere für Mehrspaltenantennen zur Verfügung, wobei ein Einzelstrahlerabstand von 0,2 bis 0,6 λ zwischen den Einzelstrahlern in horizontaler und vertikaler Richtung durch den Einsatz von dielektrischem Material ermöglicht wird. Dabei werden bei Zusammenschaltung an den Sendestufen und Empfangsverstärkern der verschiedenen Bänder herkömmliche Komplexität und Verluste vermieden. Durch den Einsatz mehrerer Basiszellen, welche entweder separat betrieben oder zusammen- geschaltet werden, ist gleichermaßen horizontales wie vertikales Beamforming und/oder Beamsteering möglich, um so beispielsweise bei 4G oder zukünftigen 5G Übertragungstechniken 3D-Beamforming und/oder Beamsteering und höhere Datenraten zu erreichen.

Dabei wird eine Basiszelle mit mindestens vier separaten Einzelstrahlern eingesetzt, welche bevorzugt vor einem gemeinsamen Reflektor angeordnet sind. Dabei werden für unterschiedliche Polarisationen des gleichen Frequenzbandes separate Strahler eingesetzt. Weiterhin werden für das Senden und Empfangen separate Strahler eingesetzt. Insbesondere sind dabei mindestens zwei Sendezweige im gleichen Band und/oder zwei Empfangszweige im gleichen Band vorgesehen, oder vier Sendezweige im gleichen Band oder vier Empfangszweige im gleichen Band vorgesehen. Die Strahler für das Senden und die Strahler für das Empfangen sind dabei auf die jeweiligen Frequenzbereiche optimiert, d. h. die Sendestrahler und die Empfangsstrahler haben unterschiedliche Resonanzfrequenzen. Die einzelnen Strahler sind dabei mit dem erfindungsgemäßen Einzelstrahlerabstand räumlich voneinander beabstandet angeordnet, und insbesondere vertikal und horizontal voneinander beabstandet.

Die neue Basiszelle ermöglicht dabei eine Entkopplung von mehr als 10 dB, sowohl bei Einzelspeisung als auch bei Gruppenspeisung der Strahler. Bevorzugt kann dabei eine Entkopplung von besser 15 dB erreicht werden.

Durch den niedrigen Einzelstrahlerabstand von 0,2 bis 0,6 λ in vertikale und horizontale Richtung wird der MIMO-Gewinn, insbesondere der Beamforming-Gewinn, z. B. bei 4G und 5G Übertragungsverfahren verbessert.

Durch die Verwendung von separaten schmalbandigen Strahlern für Rx und Tx wird die Intermodulation verringert sowie zusätzlich Dämpfungen in den nun nicht mehr notwendigen Duplexfiltern für Rx und Tx vermieden. Weiterhin kann anstelle hochselektiver Filter auf einfache Bandpässe mit geringer Selektion zurückgegriffen werden. Durch die schmalbandige oder auf schmalbandige Bereiche ausgelegte Ausführung der einzelnen Strahler können diese in sehr geringer Bauhöhe für die üblichen Mobilfunkbänder realisiert werden.

Die räumlich getrennte Anordnung der Strahler unterschiedlicher Polarisation verbessert dabei die Entkopplung zwischen benachbarten Strahlern. Gleiches gilt für den Einsatz separater Strahler für die Sende- und Empfangsbänder. Durch den Einsatz dielektrischer Strahler wird dabei ein niedriger Einzelstrahlerabstand von 0,2 bis 0,6 λ in horizontale und vertikale Richtung erreicht, welcher sowohl für die Einzelspeisung, als auch für die Gruppenspeisung geeignete Systemabstände zur Verfügung stellt.

Die Antenne wird dabei aus sich wiederholenden Clustern aus mehreren dielektrischen Einzelstrahlern, insbesondere aus mehreren sich in vertikaler und / oder horizontaler Richtung wiederholenden gleichartigen und bevorzugt identischen Basiszellen gebildet. Bevorzugt beträgt der Abstand gleichartiger bzw. identischer Strahler benachbarter Basiszellen dabei zwischen 0,4 λ und 1 ,2 λ.

Die Sendeleistung der eingesetzten Verstärker kann dabei unterhalb von 2 Watt liegen.

Claims

Antenne

Ansprüche

Antenne (10, 20, 30, 40, 50, 90), insbesondere Antenne für eine Mobilfunk- Basisstation, mit einer Mehrzahl an Strahlern (11 - 14; 21 - 24; 91- 94) und mit mindestens zwei Sende- oder zwei Empfangszweigen, welche mit zwei Strahlern (11 , 12; 13, 14; 21 , 22; 23, 24; 91 , 92, 93 ,94) der Antenne in Verbindung stehen, die räumlich beabstandet sind und eine unterschiedliche Polarisation aufweisen, wobei es sich bei den Strahlern (11 - 14; 21 - 24; 91- 94) um dielektrische Strahler handelt und wobei der Einzelstrahlerabstand zwischen den Strahlern (11 - 14; 21 - 24; 91- 94) kleiner als 0,6 λ ist, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler handelt.

Antenne (90, 120, 130), insbesondere Antenne für eine Mobilfunk- Basisstation, mit mindestens zwei Strahlern (91- 94; 121 , 122), die räumlich beabstandet sind und eine unterschiedliche Polarisation aufweisen und/oder mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden, wobei es sich bei den Strahlern (91- 94; 121, 122) um dielektrische Strahler mit mindestens zwei separaten Anschlüssen (123, 124) für mindestens zwei unterschiedliche Polarisationen handelt, wobei der Einzelstrahlerabstand zwischen den Strahlern (91- 94; 121, 122) bevorzugt kleiner als 0,6 λ ist, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler handelt.

Antenne nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Einzelstrahlerabstand zwischen den Strahlern (11 - 14; 21 - 24; 91- 94; 121 , 122) größer als 0,2 λ ist, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler (11 - 14; 21 - 24; 91- 94; 121 , 122) handelt, wobei der Einzelstrahlerabstand zwischen den Strahlern (11 - 14; 21 - 24; 91- 94; 121 , 122) bevorzugt für die Mittenfrequenzen aller genutzten Resonanzfrequenzbereiche der Strahler zwischen 0,2 λ und 0,6 λ liegt, und/oder wobei der Abstand zwischen den Strahlern (11 - 14; 21 - 24; 91- 94; 121 , 122) bevorzugt für die Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler kleiner gleich 0,30 λ, bevorzugt kleiner gleich 0,28 λ, weiter bevorzugt kleiner gleich 0,25 λ beträgt und/oder wobei der Abstand zwischen den Strahlern (11 - 14; 21 - 24; 91- 94; 121 , 122) bevorzugt für die Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler zwischen 0,2 λ und 0,3 λ liegt und für die Mittenfrequenz des höchsten genutzten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler zwischen 0,4 λ und 0,6 λ liegt.

Antenne (30, 40, 50, 120, 130), insbesondere Antenne für eine Mobilfunk- Basisstation, insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit mindestens zwei sich wiederholenden Basiszellen (10, 20, 90) aus einer Mehrzahl von Strahlern (11 - 14; 21 - 24; 91- 94), wobei jede Basiszelle (10, 20, 90) jeweils eine Mehrzahl an Strahlern (11 - 14; 21 - 24; 91 - 94) und mindestens zwei Sende- oder zwei Empfangszweige aufweist, wobei die mindestens zwei Sende- oder zwei Empfangszweige jeder Basiszelle mit zwei Strahlern (11 , 12; 13, 14; 21, 22; 23, 24; 91 , 92, 93, 94) in Verbindung stehen, wel- che räumlich beabstandet sind und eine unterschiedliche Polarisation aufweisen, wobei es sich bei den Strahlern um dielektrische Strahler handelt, und/oder

mit mindestens zwei sich wiederholenden Basiszellen (90, 140, 150) aus einer Mehrzahl von Strahlern (91 - 94; 121 , 122), wobei jede Basiszelle (90, 140, 150) jeweils mindestens zwei Strahler (91 , 92, 93, 94; 121 , 122) umfasst, welche räumlich beabstandet sind und eine unterschiedliche Polarisation aufweisen und/oder mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden, wobei es sich bei den Strahlern (91 , 92, 93, 94; 121 , 122) um dielektrische Strahler mit mindestens zwei separaten Anschlüssen (123, 124) für mindestens zwei unterschiedliche Polarisationen handelt.

Antenne nach Anspruch 3, wobei sich die Basiszellen (10, 20, 90, 140 ,150) mit einem Gruppenabstand zwischen 0,4 λ und 1,2 λ wiederholen, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler (11 - 14; 21 - 24; 91 - 94; 121 , 122) handelt, wobei der Gruppenabstand bevorzugt für die Mittenfrequenzen aller genutzten Resonanzfrequenzbereiche der Strahler zwischen 0,4 λ und 1 ,2 λ liegt, und/oder wobei der Gruppenabstand bevorzugt für die Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler kleiner gleich 0,60 λ beträgt, bevorzugt kleiner gleich 0,56 λ, weiter bevorzugt kleiner gleich 0,50 λ, und/oder wobei der Gruppenabstand bevorzugt für die Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler zwischen 0,4 λ und 0,6 λ liegt und für die Mittenfrequenz des höchsten genutzten Resonanzfrequenzbereichs der Strahler zwischen 0,8 λ und 1 ,2 λ liegt, und/oder wobei gleichartige bzw. identische Strahler benachbarter Basiszellen (10, 20, 90, 130, 140) den doppelten Abstand aufweisen wie die Strahler (11 - 14; 21 - 24; 91 - 94; 121 , 122) innerhalb einer Basiszelle.

Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Trennung zwischen den Sendezweigen und den Empfangszweigen vorgesehen ist, wobei eine Antenne und/oder Basiszelle bevorzugt mindestens zwei Empfangs- zweige und mindestens zwei Sendezweige aufweist, welche jeweils mit zwei räumlich beabstandeten Strahlern (11 , 12; 13, 14; 21 , 22; 23, 24; 91 , 92, 93 ,94) unterschiedlicher Polarisation in Verbindung stehen, und/oder wobei die Antenne (100, 110) und/oder Basiszelle (10', 10", 20', 20") mindestens vier Sende- oder vier Empfangszweige aufweist, welche mit vier räumlich beabstandeten Strahlern (71-74; 75-78; 81-84; 85-88) unterschiedlicher Polarisation in Verbindung stehen, und/oder wobei die Antenne (120, 130) und/oder Basiszelle (140, 150) mindestens zwei Sende- und zwei Empfangszweige aufweist, welche mit zwei räumlich beabstandeten Strahlern (121 , 122) in Verbindung stehen, welche jeweils mindestens zwei Anschlüsse (123, 124) aufweisen, wobei bevorzugt die zwei Sendezweige mit zwei Anschlüssen eines ersten Strahlers (121) und die zwei Empfangszweige mit zwei Anschlüssen eines zweiten Strahlers (122) in Verbindung stehen und/oder wobei bevorzugt die Polarisationen der beiden Strahler gleich oder unterschiedlich ausgerichtet sind.

7. Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zwei Strahler (13, 14; 23, 24; 93, 94), mit welchen die mindestens zwei Sendezweige in Verbindung stehen, orthogonale oder um 45° zueinander gedrehte Polarisationen aufweisen, und/oder

wobei die zwei Strahler (11 , 12; 21, 22; 91 , 92), mit welchen die mindestens zwei Empfangszweige in Verbindung stehen, orthogonale oder um 45° zueinander gedrehte Polarisationen aufweisen, und/oder

wobei die vier Strahler (75-78; 85-88), mit welchen die mindestens vier Sendezweige in Verbindung stehen, jeweils um 90° oder um 45° zueinander gedrehte Polarisationen aufweisen, und/oder

wobei die vier Strahler (71-74; 81-84), mit welchen die mindestens vier Empfangszweige in Verbindung stehen, jeweils um 90° oder um 45° zueinander gedrehte Polarisationen aufweisen,

und/oder wobei die Isolation zwischen den Sende- und den Empfangszweigen mindestens 10 dB beträgt, bevorzugt mindestens 15 dB, und/oder wobei die Strahler mit einem vorgegebenen vertikalen und horizontalen Abstand voneinander angeordnet sind, insbesondere in horizontal verlaufenden Reihen und/oder in vertikal verlaufenden Spalten mit jeweils mindestens zwei Strahlern.

8. Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die mindestens zwei Sendezweige zum Senden von Signalen im gleichen Frequenzbereich und/oder Mobilfunkband dienen und/oder mit zwei Strahlern (13, 14; 23, 24) mit dem gleichen Resonanzfrequenzbereich in Verbindung stehen, wobei die mindestens zwei Sendezweige bevorzugt mit zwei gleichartigen und bevorzugt identischen, relativ zueinander um einen vorgegebenen Winkel gedreht angeordneten Strahlern (13, 14; 23, 24) in Verbindung stehen, und/oder wobei die mindestens zwei Empfangszweige zum Empfangen von Signalen im gleichen Frequenzbereich und/oder Mobilfunkband dienen und/oder mit zwei Strahlern (11 , 12; 21 , 22) mit dem gleichen Resonanzfrequenzbereich in Verbindung stehen, wobei die mindestens zwei Empfangszweige bevorzugt mit zwei gleichartigen und bevorzugt identischen, relativ zueinander um einen vorgegebenen Winkel gedreht angeordneten Strahlern (11 , 12; 21 , 22) in Verbindung stehen,

und/oder mit mindestens zwei Sendezweigen, welche mit zwei Anschlüssen (123, 124) eines Strahlers (93, 94, 121) in Verbindung stehen, wobei die beiden Sendezweige bevorzugt zum Senden von Signalen im gleichen Frequenzbereich und/oder Mobilfunkband dienen und/oder wobei die beiden Anschlüsse des Strahlers (93, 94, 121) den gleichen Resonanzfrequenzbereich und unterschiedliche Polarisationen aufweisen, und/oder mit mindestens zwei Empfangszweigen, welche mit zwei Anschlüssen eines Strahlers (91 , 92, 122) in Verbindung stehen, wobei die beiden Empfangszweige dem Empfangen von Signalen im gleichen Frequenzbereich und/oder Mobilfunkband dienen und/oder wobei die beiden Anschlüsse des Strahlers (91 , 92, 122) den gleichen Resonanzfrequenzbereich und unterschiedliche Polarisationen aufweisen,

und/oder wobei die Strahler (13, 14; 23, 24), welche mit den Sendezweigen in Verbindung stehen, und die Strahler (11 , 12; 21 , 22), welche mit den Empfangszweigen in Verbindung stehen, unterschiedlich aufgebaut sind und/oder unterschiedliche Resonanzfrequenzbereiche aufweisen, wobei die Resonanzfrequenzbereiche bevorzugt jeweils einem Sendebereich bzw. einem Empfangsbereich eines Mobilfunkbandes entsprechen, wobei die Resonanzfrequenzbereiche der Strahler bevorzugt nicht sowohl einen Sendebereich als auch einen Empfangsbereich eines Mobilfunkbandes abdecken

und/oder wobei die Strahler (93, 94, 121 ; 91 , 92, 122), welche mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden, unterschiedlich aufgebaut sind und/oder unterschiedliche Resonanzfrequenzbereiche aufweisen, wobei die Resonanzfrequenzbereiche bevorzugt jeweils einem Sendebereich bzw. einem Empfangsbereich eines Mobilfunkbandes entsprechen, wobei die Resonanzfrequenzbereiche der Strahler bevorzugt nicht sowohl einen Sendebereich als auch einen Empfangsbereich eines Mobilfunkbandes abdecken.

9. Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Antenne und/oder Basiszelle mindestens zwei Empfangszweige und mindestens zwei Sendezweige aufweist, welche jeweils getrennt voneinander mit einem von vier räumlich getrennten Strahlern (11 - 14; 21 - 24) in Verbindung stehen, wobei die zwei Strahler der Empfangszweige bevorzugt jeweils um 45° oder 90° gegeneinander gedrehte Polarisationen und die zwei Strahler der Sendezweige bevorzugt jeweils um 45° oder 90° gegeneinander gedrehte Polarisationen aufweisen,

und/oder

wobei die Antenne (100, 110) und/oder Basiszelle (10', 10", 20', 20") mindestens vier Empfangszweige oder mindestens vier Sendezweige aufweist, welche jeweils getrennt voneinander mit einem von vier räumlich getrennten Strahlern (71-74; 75-78; 81-84; 85-88) in Verbindung stehen, wobei die vier Strahler (71-74; 75-78; 81-84; 85-88) bevorzugt jeweils um 90° gegeneinander gedrehte Polarisationen aufweisen,

und/oder wobei die Antenne und/oder Basiszelle mindestens zwei Empfangszweige und mindestens zwei Sendezweige aufweist, welche jeweils getrennt voneinander mit den Anschlüssen von zwei räumlich getrennten Strahlern (91 - 94; 121 , 122) in Verbindung stehen, wobei bevorzugt die beiden Strahler gleiche oder um 45° oder 90° gegeneinander gedrehte Polarisationen aufweisen, und/oder

wobei die Antenne und/oder Basiszelle mindestens vier räumlich beabstande- te Strahler (11 - 14; 21 - 24) aufweist, welche bevorzugt eine 2-dimensionale Antennenanordnung bilden, wobei die Strahler (11 - 14; 21 - 24) bevorzugt mit einem vorgegebenen vertikalen und horizontalen Abstand voneinander angeordnet sind, insbesondere in horizontal verlaufenden Reihen und/oder in vertikal verlaufenden Spalten mit jeweils mindestens zwei Strahlern.

Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei mindestens einer der Strahler und bevorzugt alle Strahler schmalbandig ausgeführt sind, wobei bevorzugt ein oder jeder Resonanzfrequenzbereich nur einen Sendeoder einen Empfangsbereich eines Mobilfundband abdeckt, und/oder wobei mindestens einer der Strahler und bevorzugt alle Strahler mehrere, voneinander beabstandete Resonanzfrequenzbereiche aufweisen und/oder den Sende- oder den Empfangsbereich unterschiedlicher Mobilfunkbänder über unterschiedliche Resonanzfrequenzbereiche abdecken, wobei der oder die Strahler bevorzugt 2 oder 3 oder mehr voneinander beabstandete Resonanzfrequenzbereiche aufweisen und/oder die Sende- oder einen Empfangsbereiche von 2 oder 3 oder mehr unterschiedlichen Mobilfunkbändern getrennt voneinander abdecken.

Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei es sich um eine aktive Antenne handelt, wobei in den Empfangs- und/oder Sendezweigen Verstärker angeordnet sind, wobei bevorzugt jeder Empfangs- und/oder Sendezweig mindestens einen separaten Verstärker aufweist, und/oder wobei die Sendeleistung der Verstärker jeweils weniger als 2 Watt beträgt, und/oder wobei alle Empfangs- und/oder Sendezweige separat ansteuerbar sind.

12. Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Antennen auf einer gemeinsamen Leiterplatte (60) angeordnet sind, wobei bevorzugt die Verstärker und/oder Filter zusammen mit den Strahlern auf der gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind, wobei es sich vorteilhafterweise um eine Multi- Layer-Leiterplatte handelt, und/oder wobei die Antenne einen Reflektor (66) aufweist, insbesondere einen gemeinsamen Reflektor für alle Strahler, und/oder wobei dielektrische Körper mit oder ohne Metallisierung als Strahler verwendet werden und/oder wobei die dielektrischen Körper auf einem Support angeordnet sind und/oder wobei ein dielektrischer Support, insbesondere eine dielektrische Platte, und/oder andere Techniken zum Verringern der relativen Permittivität und/oder Erhöhen der Bandbreite und/oder Erhöhen der Güte bzw. Flankensteilheit der dielektrischen Körper vorgesehen sind, und/oder wobei die dielektrischen Strahler einen quaderförmigen dielektrischen Körper aufweisen und/oder über eine Streifenleitung (61) und/oder einen unter dem dielektrischen Körper angeordneten Schlitz (62) gespeist werden.

13. Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der oder die Resonanzfrequenzbereiche der Strahler zwischen 1 GHz bis 35 GHz liegen, wobei der oder die Resonanzfrequenzbereiche bevorzugt in einem oder mehreren der folgenden Bereiche liegen: 1,650 GHz - 2,750 GHz; 3 GHz - 5 GHz; 4,5 GHz - 7,5 GHz und 21 GHz - 35 GHz, wobei die Strahler bevorzugt mindestens zwei Resonanzfrequenzbereiche aufweisen, welche in einem dieser Bereiche liegen, und/oder wobei der oder die Resonanzfrequenzbereiche bevorzugt eine maximale Breite von weniger als 20 %, weiter bevorzugt von weniger als 10%, weiter bevorzugt von weniger als 5 % der jeweiligen Mittenfrequenz des Resonanzfrequenzbereichs aufweisen, und/oder wobei und/oder wobei zwischen den Strahlern weitere Strahler angeordnet sind, wobei die weiteren Strahler bevorzugt einen oder mehrere höhere Resonanzfrequenzbereiche aufweisen, wobei weiter bevorzugt die Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereichs der weiteren Strahler größer als die Mittenfrequenz des obersten genutzten Resonanzfrequenzbereiches der Strahler ist und bevorzugt mehr als 1 ,2, weiter bevorzugt mehr als 1 ,5, weiter bevorzugt mehr als 1 ,8, weiter bevorzugt mehr als 2,0 der Mittenfrequenz des obersten genutzten Resonanzfrequenzbereiches der Strahler beträgt, und/oder wobei es sich bevorzugt bei den weiteren Strahlern um dielektrische Resonatoren mit einem geringeren Volumen handelt, wobei bevorzugt das Volumen der weiteren Strahler kleiner 40%, weiter bevorzugt kleiner 20%, weiter bevorzugt kleiner 10% der größten Strahler beträgt,

und/oder wobei die weiteren Strahler als Leiterplattenstrahler ausgeführt sind, wobei es sich insbesondere um Patchantennen und/oder Schlitzantennen und/oder in die Leiterplatte, welche die Strahler speist, integrierte strahlende Strukturen handelt.

14. Basisstation oder Set mit einer Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Basisstation oder das Set bevorzugt eine erste und eine zweite Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche umfassen, wobei die erste Antenne (110) nur Sendezweige und die zweite Antenne (100) nur Empfangszweige aufweist und/oder wobei die erste Antenne (110) eine und bevorzugt mehrere Basiszellen (20") mit vier Sendezweigen und die zweite Antenne (100) eine und bevorzugt mehrere Basiszellen mit vier Empfangszweigen (20') umfasst.

15. Verfahren zum Betrieb einer Antenne und/oder einer Basisstation nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei bevorzugt in einem ersten Betriebsmodus einer oder mehrere Strahler getrennt voneinander und/oder jeweils einzeln betrieben werden und in einem zweiten Betriebsmodus in einer oder mehreren Gruppen zusammengeschaltet betrieben werden.