EP3329545B1

EP3329545B1 - Dual-polarisierte antenne

Info

Publication number: EP3329545B1
Application number: EP16759682.4A
Authority: EP
Inventors: Andreas Vollmer; Manfred Stolle
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2023-05-03
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: CN108352598A; DE102015011426A1; WO2017036599A1; US20180337462A1; KR20180040707A; EP3329545A1; CN108352598B; US11024980B2; AU2016316454B2; AU2016316454A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine dual-polarisierte Antenne mit vier Dipolelementen, von welchen jedes an einem zugehörigen Tragelement angeordnet ist. Dabei handelt es sich bei den Dipolelementen um Dipolhälften, von welchen jeweils zwei zusammen einen Dipol der Antenne bilden. Insbesondere können dabei jeweils zwei sich bezüglich an der Mittelachse der Antenne gegenüberliegender Dipolelemente einen Dipol bilden, wobei die Polarisationsebenen dieser beiden Dipole orthogonal zueinander verlaufen.
Eine solche Dual-polarisierte Antenne ist beispielsweise aus der EP 2 050 164 B1 bekannt. Die dort gezeigten Dipolelemente sind flächig ausgeführt, wobei jedes Dipolelement einen Quadranten der Antenne einnimmt.
Aus der WO 00/39894 A1 und der EP 1 772 929 A1 sind jeweils gattungsgemäße dual-polarisierte Antennen bekannt, bei welchem die Dipolelemente jeweils aus zwei separaten, symmetrisch zur Polarisationsebene des Dipols angeordneten Abschnitten bestehen, welche an einem gemeinsamen Tragelement angeordnet sind und über dieses gespeist werden. Zwischen den äußeren Enden der beinen Abschnitte ist in einigen Ausführungsbeispielen ein kurzer Spalt vorgesehen.
Druckschriften US 6,034,649 , EP 6 859 00 B1 und US 2013/0307743 A1 zeigen ebenfalls dual-polarisierte Antennen mit vier Dipolelementen. Gemäß der US 2013/0307743 A1 kann ein einzelnes Dipolelement aus zwei Abschnitten bestehen, welche an einem gemeinsamen Trageelement gehaltert sind und durch dieses gespeist werden.
Aus dem Artikel Mingjian, Li, et al., Magnetoelectric Dipole Antennas With Dual Polarization and Circular Polarization, IEEE Antennas and Propagation Magazine, Volume 57, Number 1, February 2015 ist weiterhin eine dual-polarisierte Antenne bekannt, bei welcher die Dipolelemente durch flächige, jeweils einen Quadranten der Antenne ausmachende Metallbleche gebildet werden, welche an Tragelementen gehaltert sind. Die Speisung erfolgt dabei über Mikrostreifenleitungen, welche gekreuzt in den Schlitzen zwischen den Tragelementen verlaufen.
Druckschrift EP 2 851 996 A1 zeigt eine Antenne mit vier Dipolen, welche jeweils aus zwei Dipolelementen gebildet sind, wobei jedes Dipolelement an einem zugehörigen Tragelement angeordnet ist. Die einzelnen Dipolelemente und Tragelemente eines Dipols werden durch einen Schlitz voneinander getrennt.
Aus der US 2002/163476 A1 ist eine weitere Antenne bekannt.
Die WO 2013/143364 A1 offenbart eine dualpolarisierte Dipolantenne. Die Antenne weist zwei Dipole auf, wobei jeder der Dipole zwei Dipolelemente und umfasst, die von Stützelementen getragen werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte dual-polarisierte Antenne zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll die Breitbandigkeit der Antenne vergrößert und das Volumen der Antenne besser genutzt werden.
In dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine dual-polarisierte Antenne gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine dual-polarisierte Antenne mit vier Dipolelementen, von welchen jedes an einem zugehörigen Tragelement angeordnet ist. Dabei handelt es sich bei den Dipolelementen um Dipolhälften, von welchen jeweils zwei zusammen einen Dipol der Antenne bilden. Erfindungsgemäß verläuft dabei im Volumen der Dipolelemente jeweils ein Schlitz, welcher von dem Dipolelement aus in das zugehörige Tragelement verlängert ist. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass der erfindungsgemäß im Volumen der Dipolelemente und zugehörigen Tragelemente verlaufende Schlitz als zusätzlicher Strahler wirkt und hierdurch die Breitbandigkeit der Antenne vergrößert und das Volumen besser genutzt werden kann. Die Verlängerung des Schlitzes von dem Dipolelement in das Trägerelement ermöglicht dabei eine hierfür ausreichende Länge des Schlitzes.
Die vorliegende Erfindung kommt insbesondere bei einer dual-polarisierten Antenne zum Einsatz, bei welcher jeweils zwei sich bezüglich einer Mittelachse der Antenne gegenüberliegende Dipolelemente einen Dipol bilden. Bei den vier Dipolelementen handelt es sich dann um vier Dipolhälften, von welchen jeweils zwei zusammen einen Dipol der Antenne bilden. Bevorzugt verlaufen die Polarisationsebenen der beiden Dipole der Antenne orthogonal.
In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung können die Tragelemente und/oder die Dipolelemente eine vier-zählige Drehsymmetrie gegenüber einer Mittelachse der Antenne aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die Tragelemente und/oder die Dipolelemente axialsymmetrisch gegenüber einer Mittelachse der Antenne angeordnet sein.
Bevorzugt ist die Antenne dabei so aufgebaut, dass sich die Tragelemente von einem Sockel der Antenne aus getrennt nach oben erstrecken, wobei sich die Dipolelemente vom oberen Ende der Tragelemente aus nach außen erstrecken. Durch die Tragelemente werden die Dipolelemente in einem definierten Abstand über dem Sockel der Antenne angeordnet, wobei die Antenne mit dem Sockel üblicherweise an einen Reflektor befestigt ist. Bevorzugt sind die Tragelemente im Bereich des Sockel mechanisch und/oder galvanisch miteinander verbunden.
Insbesondere können sich die Tragelemente dabei bevorzugt jeweils im Wesentlichen parallel zu einer Mittelachse der Antenne erstrecken. Die Dipolelemente erstrecken sich bevorzugt im Wesentlichen entlang einer Ebene, welche senkrecht zur Mittelachse der Antenne verläuft.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet der jeweils im Volumen eines Dipolelementes und des zugehörigen Tragelementes angeordnete Schlitz einen Schlitzstrahler. Gemäß der vorliegenden Erfindung können daher in der erfindungsgemäßen Antenne Dipolstrahlern und Schlitzstrahlern kombiniert sein, wobei die Schlitzstrahler im Volumen der Dipolstrahler angeordnet sind. Hierdurch eingibt sich eine sehr kompakte Anordnung und effektive Nutzung des Volumens.
Bevorzugt stehen die Polarisationsebenen der Schlitzstrahler jeweils senkrecht auf der Polarisationsebene des Dipolelementes, in dessen Volumen sie angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Polarisationsebene eines Schlitzstrahlers parallel zur Polarisationsebene eines benachbart angeordneten Dipolelementes verlaufen.
Wie bereits oben erläutert erlaubt die erfindungsgemäße Verlängerung des Schlitzes von dem Dipolelement in das Tragelement eine für die Strahlungseigenschaften vorteilhafte Länge des Schlitzes. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben dabei erkannt, dass die Länge des Schlitzes im Dipolelement sowie im Trageelement einen entscheidenden Einfluss auf die Strahlungseigenschaften der erfindungsgemäßen Antenne aufweist.
Bevorzugt weist der in das Tragelement verlängerte Bereich der Schlitze jeweils von der Oberkante der Antenne aus gemessen eine Länge von mindestens 0,1 λ auf, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt. Bevorzugt weist der Schlitz im Tragelement eine Länge von mindestens 0,15 λ auf.
Weiterhin bevorzugt endet der Schlitz im Tragelement an einem Sockelbereich der Antenne, und geht daher nicht durch den Sockelbereich hindurch. Insbesondere kann das untere Ende der Schlitzes im Tragelement durch einen Bodenbereich gebildet werden, an welchen der Sockel der Antenne anschließt.
Weiterhin bevorzugt weist der im Volumen der Tragelemente verlaufende Bereich der Schlitze jeweils von der Oberkante der Antenne bis zum Ende des Schlitzes gemessen eine Länge zwischen 0,1 λ und 0,4 λ auf. Dabei handelt es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne. Bevorzugt beträgt die Länge dabei zwischen 0,15 λ und 0,35 λ.
Weiterhin bevorzugt weist der im Volumen der Dipolelemente verlaufende Bereich der Schlitze jeweils von einer Innenkante des Schlitzes aus bis zu einem äußeren Ende bzw. bis zur Außenkante der Dipolelemente gemessen eine Länge zwischen 0,1 λ und 0,4 λ auf. Auch hier handelt es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne. Bevorzugt beträgt die Länge dabei zwischen 0,15 λ und 0,35 λ.
Alternativ oder zusätzlich können die im Volumen der Tragelemente und der Dipolelemente verlaufenden Schlitze jeweils eine entlang der radialen Außenkante des Tragelementes und der Oberkante des Dipolelementes gemessene Gesamtlänge zwischen 0,3 λ und 0,7 λ aufweisen. Auch hier handelt sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne. Bevorzugt weisen die Schlitze jeweils eine Gesamtlänge zwischen 0,4 λ und 0,6 λ auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind auch die vier Tragelemente jeweils durch Schlitze voneinander getrennt. Bevorzugt weisen dabei auch die Schlitze zwischen den Tragelementen jeweils von dem Ende des Schlitzes in einem Sockelbereich der Antenne ausgehend bis zur Oberkante der Antenne eine Länge zwischen 0,1 λ und 0,4 λ, bevorzugt zwischen 0,15 λ und 0,35 λ auf, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt.
Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die im Volumen der Tragelemente verlaufenden Schlitze und die zwischen den Tragelementen verlaufenden Schlitze von ihrem Ende im Sockelbereich der Antenne bis zur Oberkante der Antenne eine Länge aufweisen, welche sich maximal um 0,15 λ bevorzugt und maximal 0,1 λ unterscheidet. Auch hier handelt es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne.
Weiterhin kann der Abstand zwischen einer Unterseite des Sockels und der Oberseite der Antenne zwischen 0,3 λ und 0,7 λ betragen, bevorzugt zwischen 0,4 λ und 0,6 λ, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt.
Als Resonanzfrequenzbereich der Antenne im Sinne der vorliegenden Erfindung wird dabei allgemein ein jeweils zusammenhängender Resonanzfrequenzbereich der Antenne bezeichnet, welcher eine Rückflussdämpfung von besser 6 dB, bevorzugt besser 10 dB weiter bevorzugt besser 15 dB aufweist. Die Mittenfrequenz ist dabei das arithmetische Mittel der obersten und der untersten Frequenz im Resonanzfrequenzbereich.
Der Resonanzfrequenzbereich und damit die Mittenfrequenz werden erfindungsgemäß bevorzugt bezüglich der Impedanzlage im Smith-Chart bestimmt, unter Annahme nachfolgender Elemente zur optimalen Impedanzanpassung und/oder Impedanztransformation.
Bevorzugt beginnt der im Volumen eines Dipolelementes und des zugehörigen Tragelementes verlaufende Schlitz jeweils über einem Sockelbereich der Antenne und erstreckt sich von dort nach oben entlang des Tragelementes und weiter von der Innenkante des Dipolelementes nach außen. Insbesondere verläuft der Schlitz im Dipolelement und im zugehörigen Tragelement dabei jeweils in einer Ebene, welche parallel zu einer Mittelachse der Antenne verläuft, wobei die Mittelachse bevorzugt in der durch den Schlitz definierten Ebene liegt.
Bevorzugt geht der Schlitz dabei in Höhenrichtung durch das Dipolelement hindurch. Das Dipolelement wird hierdurch in zwei Abschnitte geteilt.
In einer möglichen Ausführungsform kann der Schlitz zur Innenkante des Dipolelementes hin offen oder geschlossen sein. Erfindungsgemäß ist der Schlitz zur Außenkante des Dipolelementes offen.
Weiterhin erfindungsgemäß ist der Schlitz zumindest zur Außenseite des zugehörigen Tragelementes hin offen. In einer möglichen Ausführungsform geht der Schlitz dabei zumindest über einen Teil seiner Erstreckung in radialer Richtung durch das Tragelement hindurch. Bevorzugt geht der Schlitz dabei zumindest in einem an das Dipolelement angrenzenden Teilbereich seiner Erstreckung in das Tragelement in radialer Richtung durch dieses hindurch. Zumindest ein oberer Bereich des Tragelementes wird hierdurch in zwei Abschnitte geteilt.
In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der im Volumen eines Dipolelementes und des zugehörigen Tragelementes verlaufende Schlitz über seine Erstreckung eine im wesentlichen konstante Breite aufweisen. Insbesondere kann die Breite des Schlitzes dabei in einen Bereich, welcher mindestens 80% seiner Länge ausmacht, um maximal 80% bezüglich der Maximalbreite schwanken. Bevorzugt schwankt die Breite in diesem Bereich um maximal 50% bezüglich der Maximalbreite, weiter bevorzugt um maximal 20% bezüglich der Maximalbreite. Weiterhin bevorzugt kann die Breite des Schlitzes dabei in einen Bereich, welcher mindestens 95 % seiner Länge ausmacht, um maximal 80% bezüglich der Maximalbreite schwanken. Bevorzugt schwankt die Breite in diesem Bereich um maximal 50% bezüglich der Maximalbreite, weiter bevorzugt um maximal 20% bezüglich der Maximalbreite.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden die Dipolelemente ein Dipolquadrat, dessen Diagonalen durch die Polarisationsebenen der Dipole definiert werden. Bevorzugt verlaufen die Schlitze im Volumen der Dipolelemente jeweils entlang den Diagonalen des Dipolquadrates.
Insbesondere nehmen die jeweiligen Dipolelemente dabei jeweils einen Quadranten des Dipolquadrates ein, und sind durch Schlitze voneinander getrennt. Die Dipolelemente selbst sind dann entlang der Diagonalen durch die in ihrem Volumen verlaufenden Schlitze in zwei Abschnitte getrennt. Bevorzugt sind die Abschnitte der Dipolelemente dabei bezüglich der Diagonalen symmetrisch.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Dipolquadrat eine Seitenlänge zwischen 0,3 λ und 0,7 λ auf, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt. Bevorzugt beträgt die Seitenlänge dabei zwischen 0,4 λ und 0,6 λ.
Die Schlitze im Volumen der Dipolelemente und der Tragelemente können so verlaufen, dass die durch die Schlitze getrennten Abschnitte der Dipolelemente und/oder der Tragelemente radial um eine Mittelachse der Antenne angeordnet sind. Insbesondere sind die Abschnitte dabei radial nebeneinander angeordnet.
Weiterhin bevorzugt verlaufen die Schlitze im Volumen der Dipolelemente und/oder die Schlitze im Volumen der Tragelemente jeweils radial bezüglich der Mittelachse der Antenne.
Bevorzugt verlaufen dabei die Schlitze gegenüberliegender Dipolelemente und/oder Tragelemente in der gleichen Ebene. Alternativ oder zusätzlich können die Schlitze benachbarter Dipolelemente und/oder Tragelemente in orthogonal aufeinander stehenden Ebenen verlaufen.
Bevorzugt verlaufen die Schlitze im Volumen der Dipolelemente und/oder im Volumen der Tragelemente jeweils entlang der Polarisationsebenen der Antenne.
Eine dual-polarisierte Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt eine Speisung auf, die zumindest teilweise in den im Volumen der Tragelemente angeordneten Schlitzen verläuft.
Die Speisung der Antenne kann erfindungsgemäß einen Leiter umfassen, welcher zumindest teilweise in einem im Volumen eines Tragelementes angeordneten Schlitz verläuft. Bevorzugt erfolgt die Speisung der Antenne dabei auf der Speiseseite im Bodenbereich des Schlitzes. Anders als bei Antennen aus dem Stand der Technik, bei welchen die Speisung jeweils erst am oberen Ende der Tragelemente bzw. am inneren Ende der Dipolelemente erfolgte, wird hierdurch auch der Schlitz im Tragelement gespeist und trägt zum Strahlungsverhalten der Antenne bei.
Bevorzugt weist die Speisung dabei zwei getrennte Leiter für die Speisung der beiden Polarisationen des Strahlers auf. Bevorzugt verlaufen die beiden Leiter dabei gekreuzt zueinander. Durch die beiden Leiter können bevorzugt orthogonal aufeinander stehende Polarisationen des Strahlers getrennt gespeist werden.
Bevorzugt speisen die Leiter dabei zum einen jeweils den Dipol, in dessen Volumen sie angeordnet sind. Zum anderen speisen die Leiter bevorzugt jeweils die Schlitzstrahler, welche durch die Schlitze im Volumen der hierzu diagonal verlaufenden Dipolelemente gebildet werden. Der durch einen Schlitz im Volumen eines Dipolelementes gebildete Schlitzstrahler wird daher nicht durch den Leiter gespeist, welcher in dem Schlitz des zugehörigen Tragelementes verläuft, sondern durch einen Leiter, welcher in einem Schlitz eines Tragelementes eines benachbarten Dipolelementes verläuft.
Bevorzugt tritt der Leiter der Speisung auf der Speiseseite in einem Bodenbereich des Schlitzes in diesen ein und erstreckt sich vom Bodenbereich aus im Schlitz nach oben.
Alternativ oder zusätzlich kann sich der Leiter von einem ersten Schlitz im Volumen eines ersten Tragelementes zu einen gegenüberliegenden zweiten Tragelement und bevorzugt dem in diesem angeordneten Schlitz erstrecken. Der Leiter kann sich dabei von der ersten Hälfte eines Dipols über die Mittelachse der Antenne hinweg zur gegenüberliegenden zweiten Hälfte des Dipols erstrecken, um den durch die beiden Dipolhälften gebildeten Dipol zu speisen.
Der Leiter kann bevorzugt in einem ersten Schlitz nach oben und dann über eine Abwinkelung nach innen verlaufen, von wo aus der Leiter sich in den zweiten Schlitz erstreckt. Bevorzugt verläuft der Leiter dabei über eine weitere Abwinkelung in dem zweiten Schlitz nach unten.
Bevorzugt verläuft der Leiter dabei im zweiten Schlitz entweder nur über eine relativ geringe Strecke nach unten und endet dann. Beispielsweise kann der Leiter dabei im zweiten Schlitz über eine Länge von weniger als 0,2 λ und bevorzugt weniger als 0,1 λ nach unten verlaufen, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches des Strahlers handelt. Alternativ kann der Leiter auch im Wesentlichen bis zum Bodenbereich des zweiten Schlitzes nach unten verlaufen und weiter bevorzugt in eine Aussparung im Bodenbereich eintauchen.
Bevorzugt sind die Abschnitte der sich kreuzenden Leiter zur Speisung der beiden Polarisationen in dem Bereich, in welchem sie sich kreuzen, so geformt, dass ein gewisser Abstand zwischen den beiden Leitern eingehalten wird.
Weiterhin ist der Leiter innerhalb des ersten Schlitzes im Wesentlichen bis zur einer Ebene der Dipolelemente nach oben geführt, bevor er über eine Abwinkelung zum gegenüberliegenden Schlitz geführt sind. Insbesondere kann der Leiter dabei in dem ersten Schlitz jeweils bis zu einer Position nach oben geführt sein, welche maximal 0,2 X und bevorzugt maximal 0,1 λ von der durch die Dipolelemente gebildeten Oberseite der Antenne entfernt ist, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt.
Der Leiter kann in einer möglichen Ausführungsform durch eine dielektrische Halterung in dem Schlitz gehalten werden.
Erfindungsgemäß sind vielfältige Möglichkeiten denkbar, durch welche eine Anpassung der Eigenschaften der Antenne an die Antennenumgebung und insbesondere eine Anpassung der Impedanz der Antenne erfolgen kann. Beispielsweise können die Seitenwände der Schlitze, in welchen die Leiter verlaufen, Aussparungen oder Erhebungen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Leiter über seine Erstreckung unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Weiterhin können in dem Schlitz, in welchem der Leiter verläuft, ein oder mehrere dielektrische Elemente angeordnet sein. Weiterhin alternativ oder zusätzlich kann in einer Speiseleitung zur Antenne hin eine Anpassschaltung vorgesehen sein, beispielsweise beim Einsetzen einer Mikrostreifenleitung Abschnitte mit unterschiedlicher Breite.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Speisung über den Innenleiter eines Koaxialkabels und/oder eines Koaxialspeiseelementes, welcher sich innerhalb eines Schlitzes im Volumen eines Tragelementes erstreckt. Der Innenleiter ist dabei bevorzugt von einem Bodenbereich des Schlitzes nach oben geführt. Bevorzugt verläuft der Innenleiter dabei so, wie dies bereits oben im Hinblick auf den Leiter näher dargestellt wurde. Der Innenleiter kann dabei einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Sockel der Antenne im Bodenbereich des Schlitzes eine Aussparung zur Einfügung des Koaxialkabels oder des Koaxialspeiselementes auf. Insbesondere kann dabei zumindest der Innenleiter mit einer den Innenleiter umgebenden dielektrischen Hülle in diese Aussparung eingefügt werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der Aussparung um eine zur Seite hin offene Rille handeln, in welche das Koaxialkabel und/oder das Koaxialspeiseelement seitlich einschiebbar sind. Insbesondere kann die Rille dabei so geformt sein, dass das Koaxialkabel und/oder das Koaxialspeiseelement seitlich einklippsbar sind, d.h. in der Rille durch eine Hinterschneidung gehalten wird. Bevorzugt weist das Koaxialkabel und/oder das Koaxialspeiseelement in diesem Fall im Bereich der Rille einen Außenleiter auf, dessen oberes Ende elektrisch den Bodenbereich des Schlitzes definiert.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Aussparung eine Axialbohrung umfassen, in welche das Koaxialkabel und/oder ein Koaxialspeiseelement axial einschiebbar sind. In diesem Fall kann das Koaxialkabel und/oder das Koaxialspeiseelement im Bereich der Bohrung einen Außenleiter aufweisen. Der Außenleiter kann jedoch auch durch die Axialbohrung selbst gebildet werden, so dass Koaxialkabel und/oder das Koaxialspeiseelement im Bereich der Bohrung keinen Außenleiter aufweisen muss.
Bevorzugt ist der Innenleiter in der Aussparung des Sockels und insbesondere in der Rille oder Axialbohrung von einer Isolierung umgeben, insbesondere konzentrisch umgeben.
In einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung kann dabei ein Außenleiter des Koaxialkabels und/oder des Koaxialspeiseelementes in der Aussparung galvanisch oder kapazitiv mit dem Sockel gekoppelt sein. Bei der galvanischen Kopplung wird eine Isolierung des Koaxialkabels entfernt bzw. bei einem Koaxialspeiseelement in diesem Bereich keine Außenisolierung vorgesehen, so dass der Außenleiter mit der Aussparung in Kontakt kommt. Bei einer kapazitiven Kopplung erfolgt die Ankopplung dagegen über die Isolierung des Außenleiters innerhalb der Aussparung.
Alternativ kann der Sockel auch außerhalb der Aussparung mit einem Außenleiter oder mit der Masse gekoppelt sein. Beispielsweise kann die Kopplung dabei an der Unterseite des Sockels erfolgen.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Speisung der Antenne über ein Koaxialkabel erfolgen, dessen eines Ende keine Abschirmung aufweist, wobei der verbleibende Innenleiter zumindest teilweise in einem Schlitz im Volumen eines Tragelementes verläuft. Der Innenleiter kann dabei in einer möglichen Ausführungsform in diesem Bereich abisoliert sein. Bevorzugt ist der Innenleiter in diesem Bereich vorgebogen, sodass eine einfache Montage der Speisung der Antenne möglich wird.
Insbesondere kann das Koaxialkabel dabei in eine zu einer Seite hin offenen Rille des Sockels der Antenne seitlich einschiebbar sein, insbesondere einklippsbar. In diesem Bereich weist das Kabel dabei zumindest eine Isolierung auf, über welche der Innenleiter in der Rille geführt ist. Bevorzugt ist in diesem Bereich auch noch der Außenleiter bzw. die Abschirmung vorgesehen, welche bevorzugt mit der Rille galvanisch oder kapazitiv gekoppelt ist.
Alternativ kann die Speisung der Antenne über ein Koaxialspeiseelement erfolgen, dessen eines Ende keine Abschirmung aufweist, wobei der in diesem Bereich verbleibende Innenleiter zumindest teilweise in einem Schlitz im Volumen eines Tragelementes verläuft, und dessen anderes Ende ein Steckverbinder zum Anschluss eines Koaxialkabels umfasst. Der Innenleiter ist dabei bevorzugt vorgebogen. Weiterhin bevorzugt ist das Koaxialspeiselement bevorzugt in eine zu einer Seite hin offene Rille des Sockels der Antenne seitlich einschiebbar und bevorzugt einklippsbar. Bevorzugt weist das Koaxialspeiseelement dabei in dem Bereich, in welchem es in der Rille angeordnet ist, zumindest eine Isolierung auf. Weiterhin bevorzugt weist es dort auch einen Außenleiter auf, welcher bevorzugt mit der Rille galvanisch oder kapazitiv gekoppelt ist.
Die beiden zuletzt genannten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben den Vorteil, dass zumindest der Innenleiter bei dem Anschluss der Antenne nicht mehr gelötet werden muss. Erfolgt eine unmittelbare Kopplung des Außenleiters in der Rille, muss auch dieser nicht mehr gelötet werden. In einer möglichen Ausführungsform kann jedoch zumindest der Außenleiter mit der Antenne verlötet werden, bevorzugt im Bereich des Sockels.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Speisung der Antenne über ein Koaxialspeiseelement erfolgen, dessen eines Ende keine Abschirmung aufweist, wobei der dort verbleibende Innenleiter zumindest teilweise in einem Schlitz im Volumen eines Tragelementes verläuft und dessen anderes Ende mit einer Platine verlötet ist, auf welcher die Antenne angeordnet ist. Der Innenleiter kann dabei bevorzugt vorgebogen sein. Weiterhin kann das Koaxialspeiseelement bevorzugt in eine Axialbohrung des Sockels einschiebbar sein. Bevorzugt weist das Koaxialspeiseelement nur den Innenleiter und eine den Innenleiter zumindest im Bereich der Axialbohrung umgebende Isolierung auf, jedoch keinen Außenleiter.
Bevorzugt ist dabei der Sockel der Antenne separat mit einem Masseanschluss der Platine gekoppelt. Die Kopplung erfolgt dabei insbesondere an der Unterseite des Sockels. Die Kopplung kann dabei beispielsweise kapazitiv mit einer auf der Platine angeordneten Massefläche erfolgen. Alternativ kann die Kopplung auch galvanisch erfolgen, beispielsweise durch einen oder mehrere Lötstifte, welche mit der Masse der Platine verlötetet sind. Der oder die Lötstifte können auch als mechanische Sicherung gegen eine Verdrehung des Dipols bei der Montage dienen. Bevorzugt geht der oder die Lötstifte dabei durch eine Bohrung in der Platine hindurch. Die Lötstifte können dabei neben mechanischen Aspekten wie der Stabilität und Verdrehsicherung auch elektrischen Aspekten wie der Portisolation und der Intermodulation dienen.
Die erfindungsgemäße dual-polarisierte Antenne bzw. der Antennenkörper mit den Tragarmen und den Dipolelementen kann konstruktiv beliebig gefertigt sein.
Insbesondere können die Dipolelemente in einer ersten Ausführungsform separate Bauelemente bilden, welche mit den Tragelementen verbunden werden. Auch die Tragelemente können untereinander separate Elemente bilden, welche miteinander und/oder mit einem Sockel verbunden werden. Insbesondere können dabei auch die durch die Schlitze gebildeten Abschnitte der Dipolelemente und/oder Tragelemente durch separate Elemente gebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Antennenkörper dagegen einstückig ausgeführt. Insbesondere sind dabei der Sockel, die Tragelemente und die Dipolelemente des Antennenkörpers einstückig ausgeführt.
Die Herstellung des Antennenkörpers einer erfindungsgemäßen Antenne kann beispielsweise durch Abwinkeln von Blechabschnitten erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Antennenkörper jedoch aus Kunststoff gefertigt. Dabei kann der Antennenkörper entweder aus einem leitfähigen Kunststoff bestehen, und/oder mit einer leitfähigen Schicht beschichtet sein. Besonders bevorzugt ist der Antennenkörper durch ein Spritzgussverfahren hergestellt. Hierdurch lässt sich die komplexe Geometrie des erfindungsgemäßen Antennenkörpers problemlos herstellen.
Neben der erfindungsgemäßen dual-polarisierten Antenne als solcher umfasst die vorliegende Erfindung weiterhin eine Antennenordnung mit mindestens einer und bevorzugt mehreren erfindungsgemäßen dual-polarisierten Antennen, wie sie oben näher beschrieben wurden.
Die Antennenordnung kann dabei einen Reflektor umfassen, auf welchem die Antenne mit ihrem Sockel angeordnet ist. Bevorzugt weist der Reflektor dabei eine Basisplatte auf, welche sich in einer Ebene erstreckt, die senkrecht zur Mittelachse der Antenne verläuft. Insbesondere erstreckt sich dabei die Ebene der Basisplatte des Reflektors parallel zu einer Ebene, in welcher sich die Dipolelemente erstrecken.
Erfindungsgemäß kann die Antennenordnung dabei eine Basisplatte aufweisen, und/oder einen Reflektorrahmen, welcher um die Antenne herum angeordnet ist, und/oder Reflektorwände. Der Reflektorrahmen und/oder die Reflektorwände können eine im wesentlichen beliebige Form und einen im wesentlichen beliebigen Abstand zur Antenne aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Abstand zwischen der Basisplatte des Reflektors und der Ebene der Dipolelemente, insbesondere der Abstand zwischen der Oberseite der Basisplatte des Reflektors und der Oberseite der Antenne, zwischen 0,3 λ und 0,7 λ betragen, bevorzugt zwischen 0,4 λ und 0,6 λ, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des untersten Frequenzbereiches der Antenne handelt.
In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Antennenordnung eine Platine umfassen, auf welcher eine und/oder bevorzugt eine Mehrzahl erfindungsgemäßer Antennen angeordnet sind. Werden dabei Koaxialspeiseelemente eingesetzt, wie diese oben beschrieben werden, können diese jeweils mit Mikrostreifenleitungen auf der Platine verlötet sein. Auf der Platine können Anpassschaltungen vorgesehen sein.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels sowie Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1:: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen dualpolarisierten Antenne in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 2:: das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht und einer Seitenansicht,
Fig. 3:: drei Schnittdarstellungen durch die Tragelemente des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels entlang einer Ebene, welche senkrecht auf der Hauptachse der Antenne steht, in Höhen von 5 mm, 10 mm und 17 mm,
Fig. 4:: eine schematische Darstellung des Anteils der Dipolstrahler und der Schlitzstrahler für die Speisung über den ersten bzw. den zweiten Port der Antenne,
Fig. 5:: ein Diagramm der E-Feld-Verteilung bei 3,5 GHz bei unterschiedlichen Phasen für eine Speisung der Antenne über den ersten Port oder den zweiten Port,
Fig. 6:: ein Diagramm der E-Feld-Verteilung bei 5,5 GHz bei unterschiedlichen Phasen für die Speisung der Antenne über den ersten Port oder den zweiten Port,
Fig. 7:: zwei Diagramme des S-Parameters in Abhängigkeit von der Frequenz, wobei oben der S-Parameter für eine erfindungsgemäße Antenne mit in den Dipolelementen und Tragelementen angeordneten Schlitzen dargestellt ist, und unten das gleiche Diagramm für ein Vergleichsbeispiel, bei welchem die Schlitze in den Dipolelementen eines der beiden Dipole geblockt wurden,
Fig. 8:: vier Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Antenne mit unterschiedlich langen Schlitzen in den Tragelementen,
Fig. 9:: Smith-Charts sowie Diagramme des S-Parameters in Abhängigkeit von der Frequenz für die in Fig. 8 gezeigten vier Ausführungsbeispiele,
Fig. 10:: links eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht des bereits in Fig. 1 bis Fig. 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels und rechts eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei welchem die Form der Dipolelemente verändert wurde,
Fig. 11:: links ein Diagramm des S-Parameters in Abhängigkeit von der Frequenz und rechts ein Smith-Chart für die in Fig. 10 gezeigten bei-den Ausführungsbeispiele,
Fig. 12:: die E-Feld-Verteilung bei 3,4 GHz bei unterschiedlichen Phasen für die beiden in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiele,
Fig. 13:: die E-Feld-Verteilung bei 5,9 GHz für unterschiedliche Phasen für die in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiele,
Fig. 14:: links das bereits aus Fig. 1 bis Fig. 3 bekannte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne, wobei rechts die Speisung sowie eine Halterung für die Leiter der Speisung separat gezeigt ist,
Fig. 15a:: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung, bei welcher die erfindungsgemäße Antenne auf einer Leiterplatte angeordnet ist,
Fig. 15b:: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung, bei welcher eine erfindungsgemäße Antenne auf einem Reflektor angeordnet ist,
Fig. 16a:: ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne, bei welchem die Schlitze in den Tragelementen eine ungleichmäßige Breite aufweisen,
Fig. 16b:: ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne, bei welcher die Speiseleiter in dielektrischen Blöcke in den Schlitzen geführt sind,
Fig. 17:: ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne in einer perspektivischen Darstellung von schräg oben und schräg unten, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Speiseleiter über eine zur Seite hin offene Rille am Sockel der Antenne montierbar sind, und
Fig. 18a und 18b:: die Montage der Leiter bei dem in Fig. 17 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne.

In Fig. 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne gezeigt. Der allgemeine Aufbau der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Antenne wird jedoch auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen beibehalten.
Die Antenne weist vier Dipolelemente 1 bis 4 auf, welche jeweils an einem zugehörigen Tragelement 11 bis 14 angeordnet sind. In einem unteren Bereich der Antenne stehen sämtliche Tragelemente mit einem Sockel 5 der Antenne in Verbindung. Von diesem gemeinsamen Sockel aus erstrecken sich die Tragelemente 11 bis 14 getrennt nach oben. Am oberen Ende der Tragelemente sind die Dipolelemente 1 bis 4 angeordnet, welche sich in einer Ebene, die senkrecht auf der Mittelachse der Antenne steht, erstrecken. Die einzelnen Tragelemente und Dipolelemente werden dabei durch Schlitze 25 voneinander getrennt. Die Schlitze 25 stehen senkrecht aufeinander und teilen die Antenne so in vier Quadranten.
Erfindungsgemäß ist nun im Volumen jedes Dipolelementes 1 bis 4 ein Schlitz 21 bis 24 vorgesehen, welcher von dem jeweiligen Dipolelement in das zugehörige Tragelement 11 bis 14 hinein verlängert ist.
Die Schlitze 21 bis 24 gehen in Höhenrichtung durch die Dipolelemente 1 bis 4 hindurch und teilen diese jeweils in zwei Abschnitte. Das Dipolelement 1 wird so beispielsweise über den Schlitz 21 in zwei Abschnitte 1^I und 1^II getrennt. Gleiches gilt für die übrigen Dipolelemente 2 bis 4, welche dementsprechend in Abschnitte 2^I bis 4^I und 2^II bis 4^II getrennt werden.
Der in die Tragelemente hinein verlängerte Bereich der Schlitze ist zur Außenseite der Tragelemente hin offen. Im Ausführungsbeispiel geht der Schlitz dabei zumindest in einem an die Dipolelemente angrenzenden Bereich 80 auch durch die Tragelemente radial hindurch und trennt diese daher in zwei Abschnitte. So wird das Tragelement 11 durch den Schlitz 21 in zwei Abschnitte 11^I und 11^II unterteilt. Gleiches gilt für die übrigen Tragelemente 12 bis 14, welche in Abschnitte 12^I bis 14^I und 12" bis 14" getrennt werden.
Der Bereich 80, in welchem die Schlitze radial durch die Tragelemente hindurch gehen, reicht im Ausführungsbeispiel jedoch nicht komplett bis zum Bodenbereich 6, sondern endet in einer Abstufung 81 oberhalb des Bodenbereiches 6 der Schlitze. Die Länge des Schlitzes wird von dem Bodenbereich 6 aus gemessen und ist, wie im folgenden noch näher dargestellt, von entscheidender Bedeutung für die Strahlungseigenschaften der Antenne. Die Länge des Bereiches 80 kann zur Feinabstimmung und/oder Bandbreitenerweiterung eingesetzt werden.
Wie weiterhin insbesondere in Fig. 2 und 14 erkennbar, werden die Schlitze im Bereich der Tragelemente zur Innenseite der Tragelemente hin etwas schmäler, bevor sie durch die Tragelemente radial hindurchgehen, und schließen die Innenleiter auf der Innenseite der Tragelemente daher etwas stärker ein. Im Ausführungsbeispiel sind die Bereiche des Schlitzes, in welchen dieser von der größeren Breite zur geringeren Breite wechselt, zum Innenleiter hin kreissegmentförmig abgerundet. Auch hier sind jedoch auch andere Ausgestaltungen denkbar. Unabhängig von der Form der Seitenwände der Schlitze im Bereich der Tragelemente wird deren Breite b1 auf dem Radius gemessen, auf welchem auch der Leiter verläuft.
Die Schlitze 21 bis 24 verlaufen dabei jeweils diagonal in den Tragelementen bzw. Dipolelemente und damit entlang einer Ebene, welche durch die Mittelachse der Antenne verläuft.
Da die Dipolelemente und zugehörigen Tragelemente durch die Schlitze in zwei Abschnitte geteilt werden, umfasst die Antenne acht Dipolelementabschnitte, welche jeweils voneinander getrennt sind und jeweils über einen.Tragelementabschnitt am Sockel 5 angeordnet sind. Die Dipolelementabschnitte und Tragelementabschnitte eines Dipols bzw. Tragelementes werden dabei durch die Schlitze 21 bis 24 voneinander getrennt, die Dipolabschnitte bzw. Tragabschnitte benachbarter Dipole bzw. Tragelemente durch die Schlitze 25.
Die Speisung der erfindungsgemäßen Antenne erfolgt über Leiter 31 und 32, welche sich in den Schlitzen 21 bis 24 im Volumen der Tragelemente 11 bis 24 erstrecken.
Elektrisch betrachtet bilden dabei die Dipolelemente 1 und 3 einen ersten Dipol, und die Dipolelemente 2 und 4 einen zweiten Dipol. Der erste Dipol wird dabei über den Leiter 32 gespeist, der zweite Dipol über den Leiter 31. Die Polarisationsebenen der beiden Dipole verlaufen dabei diagonal zu dem durch die Dipolelemente gebildeten Dipolquadrat. Die Schlitze 21 und 23 in dem ersten Dipol und die Schlitze 22 und 24 in dem zweiten Dipol verlaufen damit jeweils entlang der Polarisationsebene der zugehörigen Dipole.
Die Schlitze 21 bis 24 in den Dipolen und Tragelementen wirken dabei als Schlitzstrahler, so dass sich eine Erhöhung der Bandbreite bei optimaler Nutzung des zur Verfügung stehenden Volumens ergibt.
Wie in Fig. 4 näher dargestellt, weisen die durch die Schlitze 22 und 24 in den Dipolelementen 2 und 4 gebildeten Schlitzstrahler die gleiche Polarisation auf, wie der durch die Dipolelemente 1 und 3 gebildete erste Dipol. Umgekehrt weisen die durch die Schlitze 21 und 23 in den Dipolelementen 1 und 3 gebildeten Schlitzstrahler die gleiche Polarisation auf wie der durch die Dipolelemente 2 und 4 gebildete zweite Dipol. Die Schlitze im Volumen des zweiten Dipols weisen damit die gleiche Polarisation auf wie der erste Dipol und umgekehrt. Weiterhin werden die durch die Schlitze im zweiten Dipol gebildeten Schlitzstrahler durch die Speisung des ersten Dipols gespeist und umgekehrt.
Die erfindungsgemäße Antenne entspricht damit einer Kombination aus Dipolen und Schlitzstrahlern, wobei die zu einem Dipol gehörenden Schlitzstrahler jeweils im Volumen des anderen Dipols angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Anordnung.
In Fig. 5 und 6 sind die E-Feld-Verteilungen einer erfindungsgemäßen Antenne bei Ansteuerung von Port 1 bzw. Port 2, d.h. bei Speisung über den Leiter 31 bzw. den Leiter 32, bei unterschiedlichen Phasen des Signals dargestellt. Fig. 5 zeigt dabei des E-Feld bei 3,5 GHz, Fig. 6 das E-Feld bei 5,5 GHz. Dargestellt ist dabei jeweils das Feld in einer Ebene parallel zur Erstreckungsebene der Dipole auf Höhe der Dipole. Wie aus einem Vergleich der Fig. 5 und 6 deutlich erkennbar, verändert sich der Anteil der Dipole und der Schlitzstrahler in Abhängigkeit von der Frequenz. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ansteuerung mit 3,5 GHz überwiegt der Anteil der Dipolstrahler an der Gesamtleistung, bei der in Fig. 6 dargestellten Ansteuerung mit 5,5 GHz dagegen der Anteil der Schlitzstrahler.
Die erhebliche Bedeutung der Schlitze im Volumen der Dipolelemente für die Strahlungscharakteristik der erfindungsgemäßen Antenne wird durch den in Fig. 7 dargestellten Vergleich mit einer abgewandelten Antenne, bei welcher die Schlitze in einem der Dipole geblockt wurden, deutlich.
Oben in Fig. 7 ist das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel, welches auch in Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, zusammen mit einem Diagramm des S-Parameters in Abhängigkeit von der Frequenz dargestellt. Die durchgehende Linie S1,1 zeigt den S-Parameter für Port 1, die gestrichelte Linie S2,2 den S-Parameter für Port 2. Die gepunkteten Linien S1,2 und S2,1 zeigen das Übersprechen der beiden Ports untereinander. Wie in dem Diagramm in Fig. 7 oben deutlich zu erkennen, weist die Antenne für beide Ports einen breiten Frequenzbereich von ca. 3,5 bis 5,6 GHz auf, in welchem der S-Parameter weniger als -10 dB beträgt. Die Gesamtbreite des Resonanzfrequenzbereiches für die beiden Ports ist dabei im Wesentlichen identisch, die besten Werte dagegen gegeneinander verschoben. Dies ist durch die geringfügig unterschiedliche Führung der Leiter 31 und 32 der jeweiligen Ports bedingt.
Fig. 7 unten zeigt das gleiche S-Diagramm für eine Antenne, bei welcher der Schlitz in dem Dipol, welcher über Port 1 gespeist wird, blockiert wurde. Wie aus der durchgezogenen Linie S1,1 ersichtlich, hat die Blockade des Schlitzes für die Strahlungscharakteristik dieses Dipols keine größere Auswirkung. Dagegen wird durch die Blockade der Schlitze in dem Dipol, welcher über Port 1 gespeist wird, das Strahlungsdiagramm für den diagonal zu den geblockten Schlitzen verlaufenden Dipol, welcher über Port 2 gespeist wird, extrem verschlechtert, siehe die gestrichelte Linie S2,2 in Fig. 7 unten. Dies bestätigt, dass die Schlitze im Volumen des einen Dipols durch die Speisung des jeweils anderen Dipols angeregt werden. Zudem zeigt das Diagramm, dass den Schlitzen ein erheblicher Beitrag zum Strahlungsverhalten der erfindungsgemäßen Antenne zukommt.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat weiterhin erkannt, dass die Länge der Schlitze einen erheblichen Einfluss auf das Strahlungsverhalten hat.
Die allgemeinen Abmessungen einer erfindungsgemäßen Antenne werden dabei zunächst anhand von Fig. 2 dargestellt:
Die Antenne weist in der Draufsicht eine quadratische Grundfläche auf, welche durch die entlang der Diagonalen verlaufenden Polarisationsebenen und die Erstreckung der Dipole entlang dieser Polarisationsebenen definiert ist. Dabei nehmen die vier Dipole 1 bis 4 jeweils einen Quadranten der Grundfläche ein. Die Grundfläche weist eine Seitenlänge K auf. Bevorzugt gilt dabei $K = 0,5 λ \pm 0,1 λ,$
wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt.
Die Gesamthöhe der Antenne von einer Unterseite 9 des Sockels bis zur Oberseite 8 der Dipolelemente weist eine Länge L + X auf. Bevorzugt gilt dabei $L + X = 0,25 λ \pm 0,2 λ,$
wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt.
Die Schlitze 21 bis 24 in den Tragelementen erstrecken sich im Ausführungsbeispiel von ihrem Ende im Sockelbereich 5, d.h. von ihrem Bodenbereich 6 aus, bis zur Oberseite 8 der Antenne über eine Länge L. Die Höhe des Sockelbereiches bis zum Beginn der Schlitze weist dagegen eine Höhe X auf. Die Gesamthöhe der Antenne von einer Unterseite 9 des Sockels bis zur Oberseite 8 weist demgemäß die Länge L + X auf.
Die effektive Länge der Schlitze setzt sich damit aus der Länge jedes Schlitzes im Bereich des Dipolelementes und der Länge L des Schlitzes im Bereich des zugehörigen Tragelementes zusammen. Der Einfluss der Länge L des Schlitzes im Tragelement wird dabei anhand von Figuren 8 und 9 verdeutlicht.
Bevorzugt weisen die in die Tragelemente verlängerten Schlitze in den Dipolelementen eine Gesamtlänge von 0,5 λ ± 0,1 λ auf, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt. Diese bevorzugte Länge der Schlitze ist auch der Grund für die Verlängerung der Schlitze in die Tragelemente hinein, da die Schlitze in den Dipolelement lediglich eine Länge von ca. 0,25 λ aufweisen und die optimale Gesamtlänge daher die Länge der Schlitze in den Dipolelementen übersteigen würde.
In Fig. 8 sind vier Ausführungsbeispiele mit unterschiedlich langen Schlitzen dargestellt. Die Ausführungsbeispiele weisen dabei eine Grundfläche des Dipolquadrates mit einer Seitenlänge K = 29 mm auf, und eine Gesamthöhe der Antenne L + X von 23 mm. Die Wellenlänge λ der Mittenfrequenz der Antenne beträgt ca. 64 mm.
Für die als 000, 002, 005 und 010 bezeichneten vier Ausführungsbeispiele, welche in Fig. 8 dargestellt sind, gilt damit folgende Bemaßung:

Ausführungsbeispiel X [mm] L [mm]

000 5 18

002 7 15

005 10 13

010 15 8
Die entsprechenden Smith-Charts sowie S-Parameter-Diagramme für die unterschiedlichen Ports dieser vier Ausführungsbeispiele sind in Fig. 9 dargestellt. Wie deutlich erkennbar, ergibt sich eine starke Abhängigkeit von der Länge L des Schlitzes im Tragelement. Optimale Werte ergeben sich dabei für eine Länge L, welche ein Viertel der Wellenlänge λ der Mittenfrequenz entspricht, sowie dem angrenzenden Wellenlängenbereich. Diese entspricht einer in etwa hälftigen Verteilung der Gesamtlänge der Schlitze auf die Dipolelemente und die Tragelemente.
Bevorzugt beträgt die Länge des Schlitzes im Tragelement daher: $L = 0,25 λ \pm 0,1 λ .$
Die Breite b1 der Schlitze 21 bis 24 beträgt im Ausführungsbeispiel 4,6 mm. Die Breite b2 der Schlitze 25 zwischen den Tragelementen beträgt 2,5 mm. Die Breite b1 und b2 der Schlitze ist weniger kritisch. Bevorzugt beträgt die Breite der Schlitze, insbesondere die Maximalbreite, jedoch 0,15 λ oder weniger, bevorzugt 0,1 λ oder weniger.
Die Dipolelemente weisen bei dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eine flächige, im Wesentlichen quadratische Grundform auf, so dass die jeweils durch die Schlitze 21 bis 24 gebildeten Dipolabschnitte im Wesentlichen die Form eines Dreiecks besitzen. Die Innenseiten 16 der Dipolabschnitte bilden dabei die längere Seite des Dreiecks und liegen sich jeweils über den im Volumen des Dipolelementes verlaufenden Schlitz gegenüber. Die beiden kürzeren Schenkel 17 und 18 des Dreiecks sind gleichlang und weisen einen Winkel von 90° zueinander auf. Die Seiten 18 benachbarter Dipolelemente liegen sich dabei jeweils über die Schlitze 25 gegenüber, die Außenseiten 17 weisen nach außen. Im Ausführungsbeispiel sind die Ecken zwischen den kürzeren Schenkeln 17 und 18 bereits geringfügig abgeschnitten.
Wie anhand Fig. 10 bis 13 ersichtlich, hängen die Strahlungseigenschaften jedoch nicht in entscheidender Weise von der genauen Form der einzelnen Dipolelemente bzw. der Dipolelementabschnitte ab. In Fig. 10 ist dabei links das bereits in Fig. 1 bis 3 gezeigte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne gezeigt, welches mit V001 bezeichnet wurde. Rechts ist ein zweites Ausführungsbeispiel V002 gezeigt, bei welchem die Dipolelemente eine andere Form aufweisen.
Die Sockel und die Tragelemente des Ausführungsbeispiels V002 sind dabei identisch zum ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut, ebenso die Innenseiten 16 der Dipolelemente und die diese Innenseiten bildenden Schlitze im Volumen der Tragelemente und der Dipolelemente. Die Dipolelementabschnitte weisen jedoch keine dreieckförmige Form mehr auf, sondern die Form eines abgeschnittenen Dreiecks bzw. eines gleichseitigen Trapezes. Die Grundseite des Trapezes wird dabei durch die Innenseiten 16 der Dipolelementabschnitte gebildet, die Schenkel durch die Abschnitte 27, welche zur Außenseite der Antenne weisen, sowie 28, über welche die Dipole jeweils über die Schlitze 25 benachbarten Dipolen gegenüberliegen. Die obere Seite des Trapezes wird durch eine parallel zur Grundseite 16 verlaufende Seite 29 gebildet.
In Fig. 11 ist nun ein S-Diagramm sowie ein Smith-Chart für die beiden Ausführungsbeispiele dargestellt, in Fig. 12 und 13 die Feldverteilung bei 3,4 GHz bzw. bei 5,9 GHz. Wie deutlich erkennbar, bestehen nur relativ geringe Unterschiede zwischen den Strahlungseigenschaften der beiden unterschiedlichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antennen. Die Form der Außenseiten der Dipolelemente ist daher offenbar nicht entscheidend für die Strahlungseigenschaften der Antenne.
Die erfindungsgemäßen Antennen weisen dabei weiterhin eine allgemeine Form auf, welche im folgenden noch einmal näher beschrieben werden soll. Dabei können je nach Ausführungsbeispiel auch nur einzelne der im Folgenden beschriebenen geometrischen Merkmale verwirklicht sein:
Der Sockel 5 erstreckt sich von einer Grundebene 9 der Antenne, mit welcher die Antenne beispielsweise auf einer Leiterplatte oder einem Reflektor angeordnet werden kann, nach oben und wird durch die Tragelemente 11 bis 14 nach oben verlängert. Die Dipolelemente 1 bis 4 bilden eine Dipolebene 8 der Antenne, welche parallel zur Grundebene 9 verläuft. Der Sockel 5 und die Tragelemente 11 bis 14 erstrecken sich zwischen der Grundebene 9 und der Dipolebene 8. In ihrem unteren Bereich stehen die Tragelemente mit dem Sockel 5 in Verbindung. Im oberen Bereich tragen sie die Dipolelemente 1 bis 4.
Die einzelnen Tragelemente und Dipolelemente werden durch Schlitze 25 voneinander getrennt, welche die Antenne in vier Quadranten teilt. Diagonal zu den Schlitzen 25 zwischen den Tragelementen verlaufen die Schlitze 21 bis 25, welche jeweils im Volumen der Dipolelemente und der Tragelemente verlaufen. Entlang der Mittelachse der Antenne bildet der Kreuzungsbereich der Schlitze 25 eine Mittenaussparung 10. Im Ausführungsbeispiel geht diese auch durch den Sockel hindurch. Alternativ könnte der Sockel im Bereich der Mittelachse jedoch auch geschlossen sein. Die Mittenaussparung ist im Ausführungsbeispiel Kreiszylinderförmig. Hier sind jedoch auch andere Formen denkbar.
Die Tragelemente und die Dipolelemente sind radial um die Mittenaussparung 10 angeordnet. Die Leiter 31 und 32 der Speisung verlaufen durch die Mittenaussparung 10 von einem ersten Schlitz eines Tragelementes zum gegenüberliegenden Tragelemente und insbesondere in den dort angeordneten Schlitz hinein. Im Bereich der Mittelaussparung kreuzen sich dabei die Leiter 31 und 32 der Speisung.
Die Tragelemente verlaufen im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen parallel zur Mittelachse der Antenne bzw. senkrecht zur Grundebene 9 und der Dipolebene 8 nach oben. Von den Tragelementen aus verlaufen die Dipolelemente radial nach außen.
Im Ausführungsbeispiel bilden die Außenseiten der Tragelemente einen durch die Schlitze unterbrochenen Zylinder. Oben auf diesen Zylinder sind die plattenförmigen Dipolelemente angeordnet, welche sich über den Zylinder nach außen erstrecken. Hier sind jedoch auch andere Grundformen für die Tragelemente und die Dipolelemente denkbar.
Der von den Tragelementen und den dazwischen liegenden Schlitzen sowie der Mittenaussparung definierte Körper weist bevorzugt eine Querschnittsfläche auf, welche maximal 70% der gesamten Grundfläche der Antenne im Bereich der Dipolelemente (inklusive Schlitze und Mittenaussparung) ausmacht, weiter bevorzugt maximal 60%, weiterhin bevorzugt maximal 50%.
Die Schlitze 25 zwischen den einzelnen Tragelementen bzw. Dipolelementen müssen keine bestimmte Form aufweisen, da sie lediglich der elektrischen Trennung dienen. Auch die Länge dieser Schlitze im Kopf, d.h. im Dipolquadrat zwischen den Dipolelementen, nicht von entscheidender Bedeutung, wie beispielsweise der Vergleich der Ausführungsbeispiele in Fig. 10 zeigt. Dagegen ist die Länge der Schlitze 25 im Sockel für die Strahlungseigenschaften des Dipolstrahlers (λ/4-Symmetrieschlitz und/oder Balun) bedeutsam.
Die Schlitze 21 bis 24 weisen eine für die Strahlungscharakteristik der erfindungsgemäßen Antenne entscheidende Rolle auf, so dass insbesondere deren Länge wie weiter oben näher diskutiert auf die Gesamtabmessungen der Antenne bzw. auf die Wellenlänge der Mittenfrequenz der Antenne abgestimmt werden muss. Bevorzugt schwankt die Breite b1 der Schlitze 21 bis 24 dabei über 80% und weiter bevorzugt 95% ihrer gesamten Erstreckung um weniger als 50% bezüglich der Maximalbreite. Insbesondere weist der Schlitz dabei im Bereich der Dipolelemente und im Bereich der Tragelemente eine vergleichbare Breite auf.
Im Ausführungsbeispiel weisen die Tragelemente 11 bis 14 in radialer Richtung eine gewisse Dicke auf, ebenso wie die Dipolelemente senkrecht zu ihrer Erstreckungsebene eine gewisse Dicke aufweisen. Bevorzugt beträgt das Verhältnis zwischen der Dicke der Tragelemente in radialer Richtung und der Dicke der Dipolelemente in Höhenrichtung dabei zwischen 1:5 und 5:1, bevorzugt zwischen 1:3 und 3:1. Bevorzugt ist die Dicke der Tragelemente in radialer Richtung größer als die Dicke der Dipolelemente in Höhenrichtung.
Im Ausführungsbeispiel in Fig. 1 bis 3 weisen die Dipolelemente dabei jeweils eine flächige Form auf. Alternativ könnten die Dipolelemente jedoch auch stabförmig entlang der Schlitze 21 bis 24 verlaufen, d.h. jeweils durch parallel zu den Diagonalen verlaufende Stäbe gebildet sein.
Im Ausführungsbeispiel ist der Antennenkörper der erfindungsgemäßen Antenne aus Kunststoff gefertigt, insbesondere als Spritzgussteil. Der Antennenkörper ist dabei mit einer leitenden Beschichtung versehen. Erfindungsgemäß sind jedoch auch andere Konstruktionsprinzipien für die Antenne denkbar. Beispielsweise können die Dipolelemente und/oder die Tragelemente auch aus Blechelementen und/oder Metallstäben gefertigt sein. Auch der Guss der Antenne aus einem metallischen Material ist denkbar.
Im Ausführungsbeispiel weist der durch die Tragelemente und die Dipolelemente gebildete Antennenkörper eine vierzählige Symmetrie gegenüber der Mittelachse als Symmetrieachse auf. Weiterhin ist der Antennenkörper symmetrisch gegenüber der Mittelachse.
Wie bereits oben kurz angesprochen, erfolgt die Speisung der Antenne über die in den Schlitzen der Tragelemente verlaufenden Leiter 31 und 32. Die bei dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel eingesetzte Speisung wird nun noch einmal näher anhand von Fig. 14 dargestellt.
Die Speisung für den aus den Dipolelementen 1 und 3 gebildeten Dipol erfolgt über einen Leiter 32, die Speisung für den durch die Dipolelemente 2 und 4 gebildeten zweiten Dipol über einen Leiter 31. Die Leiter 31 und 32 weisen dabei jeweils im Wesentlichen die Form eines umgekehrten L oder U auf. Die Leiter 31 und 32 verlaufen jeweils von der Speiseseite aus gesehen in dem Schlitz 23 bzw. 24 von dessen Bodenbereich aus in dem Tragelement nach oben. Etwa auf Höhe der Dipolelemente erfolgt eine Abwinkelung nach innen, so dass der Leiter jeweils durch die Mittenaussparung10 der Antenne in den Schlitz 21 bzw. 22 des gegenüberliegenden Tragelementes hinein verläuft. Dort erfolgt eine weitere Abwinkelung, so dass der Leiter im Schlitz nach unten verläuft. Wie aus Fig. 14 ersichtlich ist der Leiterabschnitt, welcher im gegenüberliegenden Schlitz nach unten verläuft, im Ausführungsbeispiel relativ kurz. Alternativ könnte der Leiter jedoch auch komplett nach unten durch den kompletten Schlitz verlaufen.
Die beiden Leiter 31 und 32 kreuzen sich dabei in der Mittenaussparung 10 der Antenne im Bereich der Mittelachse. Um einen ausreichenden Abstand zwischen den Leitern zu erreichen, weist der Leiter 31 eine nach unten gerichtete Biegung auf, so dass der Leiter 32 über diese Biegung hinweggeführt werden kann.
Bei dem in Fig. 14 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Leiter über die dielektrische Halterung 35 in den Schlitzen gehalten. Die dielektrische Halterung 35 weist dabei Klemmen 38 auf, welche in den Schlitzen 21 bis 24 angeordnet sind und in welche die Leiter 31 und 32 einklipsbar sind. Weiterhin weist die Halterung 35 Haltearme 37 auf, über welche sie in den Schlitzen 25 gehaltert wird. Die Halterung 35 sorgt so für die korrekte Platzierung der Leiter 31 und 32 in den Schlitzen.
Um die Leiter auf der Speiseseite von unten in die Schlitze einführen zu können, weisen die Schlitze in ihrem Bodenbereich 6 jeweils Aussparungen 33 auf, durch welche die Leiter 31 bzw. 32 hindurchgeführt sind. Bei dem in Fig. 14 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Aussparung 33 um eine Axialbohrung, d.h. um eine parallel zur Mittelachse der Antenne verlaufende Bohrung, welche durch den Sockel 5 der Antenne hindurch geht. Die Leiter 31 und 32 weisen dabei in dem Bereich, in welchem sie durch die Aussparungen 33 hindurchgeführt sind, eine Isolation 34 auf.
Bei den Leitern 31 und 32 handelt es sich im Ausführungsbeispiel damit um die Innenleiter eines Koaxialkabels bzw. eines Koaxialspeiseelementes. Der Innenleiter weist dabei im Ausführungsbeispiel einen gleichbleibenden, kreisrunden Querschnitt auf. Es wäre jedoch auch denkbar, zur Anpassung der Antenne Innenleiter heranzuziehen, welche einen über ihre Erstreckung wechselnden Querschnitt und/oder einen von der kreisrunden Form abweichenden Querschnitt aufweisen.
Die Leitungsmoden werden bei der in Fig. 14 dargestellten Speisung im Bereich der Axialbohrung 33 koaxial über den Innenleiter 32 und die als Außenleiter wirkende Axialbohrung 33 in den Spalt geführt. Mit dem Eintritt in den Spalt werden die Leitungsmoden zu Strahlungsmoden, so dass die Speisung der Antenne im Bodenbereich der Schlitze erfolgt.
Bevorzugt weisen die Schlitze, in welchen die Innenleiter geführt sind, dabei im Wesentlichen die gleiche Breite auf wie die Aussparung 33 im Bodenbereich des Schlitzes, so dass kein allzu großer Impedanzsprung auftritt. Insbesondere beträgt die Breite b1 der Schlitze bevorzugt zwischen der Hälfte und dem Doppelten des Durchmessers der Aussparung 23.
Bei dem in Fig. 14 dargestellten Ausführungsbeispiel werden Koaxialspeiseelemente eingesetzt, welche nur aus dem Innenleiter 31 bzw. 32 sowie der koaxialen Isolierung 34 im Bereich der Aussparung 33 bestehen. Die Innenleiter 31 und 32 sind dabei über das untere Ende der Isolierung 34 hinaus verlängert und können mit ihren unteren Enden durch Bohrungen in einer Platine hindurchgehen, mit welcher sie verlötet werden. Der Masseanschluss der Antenne erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel separat beispielsweise über einen am Antennenkörper, insbesondere am Sockel angeordneten Lötstift, welcher mit der Platine verlötet wird.
In Fig. 15a ist ein entsprechendes Ausführungsbeispiel einer Antennenanordnung dargestellt, bei welchem die Antenne über die in Fig. 14 dargestellten Koaxialspeiseelemente mit einer Platine 50 in Verbindung steht. Die Antenne liegt dabei mit ihrer Unterseite 9, d.h. mit dem Sockel 5, auf der Oberseite der Platine 50 auf. Die Koaxialspeiseelemente 31 und 32 gehen mit ihren speiseseitigen Enden durch Bohrungen in der Platine hindurch und sind auf der Unterseite der Platine mit Mikrostreifenleitungen 51 bzw. 52 verlötet. Der Antennensockel weist bevorzugt weiterhin einen Massestift auf, mit welchem er mit einer Massefläche der Platine verlötet ist. Die Verlötung kann dabei auf der Oberseite der Platine erfolgen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel enden die Leiter 31 und 32 in einem oberen Bereich der der Speiseseite gegenüberliegenden Schlitze.
In einem alternativen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel könnten jedoch auch die der Speiseseite gegenüberliegenden Enden der Koaxialspeiseelemente nach unten zum Bodenbereich 6 und dort durch Bohrungen 33 durch den Sockel hindurchgeführt werden. Demgemäß würden die Innenleiter auch auf der gegenüberliegenden Seite Isolierungen 34 aufweisen, wo sie durch die Bohrung hindurchgehen. Die Innenleiter können dabei auf der der Speiseseite gegenüberliegenden Seite mit einem Masseanschluss einer Platine verlötet werden.
In einem weiteren alternativen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel könnten die der Speiseseite gegenüberliegenden Enden der Koaxialspeiseelemente auch mit den Dipolelementen oder den Tragelementen galvanisch gekoppelt sein.
In Fig. 15b ist eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Antenne auf einem Reflektor 50 gezeigt. Der Reflektor 50 weist dabei eine Basisplatte auf, welche senkrecht auf der Mittelachse der Antenne steht und damit parallel zur Hauptebene der Dipolelemente verläuft. Der Abstand zwischen der Ebene der Basisplatte des Reflektors 50 und der durch die Dipole gebildeten Oberseite der Antenne beträgt im Ausführungsbeispiel bevorzugt: $X + L = 0,25 λ \pm 0,2 λ,$
wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz der Antenne handelt. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Abstand jedoch auch größer gewählt werden, um eine andere Strahlungscharakteristik zu erreichen. Beispielsweise könnte der Abstand auch bei 0,5 λ ± 0,1λ liegen.
Bei dem in Fig. 15b gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Reflektor weiterhin einen Reflektorrahmen 51 auf, welcher um die Antenne herum angeordnet ist. Der Reflektorrahmen weist dabei ebenfalls eine quadratische Grundfläche auf, wobei die Seiten des quadratischen Rahmens 51 parallel zu den Außenseiten 17 des Dipolquadrates ausgerichtet sind. Der Reflektorrahmen 51 weist damit die gleiche Ausrichtung auf wie das Dipolquadrat. In anderen Ausführungsformen kann der Reflektorrahmen auch eine andere Form aufweisen oder weitere Reflektorelemente umfassen, beispielsweise am Reflektorrahmen angeordnete Flügel.
Die in Fig. 15a und 15b gezeigten Anordnungen einer erfindungsgemäßen Antenne auf einer Platine bzw. auf der Basisplatte eines Reflektors können dabei unabhängig von dem konkreten Aufbau der erfindungsgemäßen Antenne bzw. der Speisung eingesetzt werden. Insbesondere kann hier das in Fig. 1 bis 3 gezeigte Ausführungsbeispiel zum Einsatz kommen.
In Fig. 15a und 15b sind jedoch bereits zwei Abwandlungen dieses Ausführungsbeispiels dargestellt, bei welchen mehrere unterschiedliche Möglichkeiten der Anpassung der Antenne dargestellt sind. Diese werden noch einmal anhand von Fig. 16a und 16b näher erläutert.
Bei dem in Fig. 16a gezeigten Ausführungsbeispiel einer Antenne, welches auch in Fig. 15a zum Einsatz kommt, sind in dem Spalt 23 Verjüngungselemente 60 angeordnet, welche die Breite des Spaltes verändern. Die Verjüngungselemente sind dabei in dem Bereich des Speiseschlitzes angeordnet, in welchem der Speiseleiter 32 verläuft, d.h. zwischen zwei Abschnitten eines Tragelementes. Durch die sich ändernde Breite des Spaltes kann eine Anpassung der Antenne erfolgen.
In Fig. 16b ist dagegen eine alternative Möglichkeit gezeigt, die Speiseleiter 31 und 32 in den Schlitzen zu führen. Dabei verlaufen die Leiter 31 und 32 durch dielektrischen Körper 61, welche im Volumen der Schlitze der Tragelemente angeordnet sind und diese im Ausführungsbeispiel ausfüllen. An ihrer Unterseite weisen die dielektrischen Körper 61 hohlzylinderförmige Verlängerungen 62 auf, mit welchen sie, in die Aussparungen 33 am Boden der Schlitze eingefügt werden können und über welche die Leiter gegenüber dem Sockel isoliert werden. Im Ausführungsbeispiel wird dabei ein zusammenhängender dielektrischer Körper eingesetzt, welcher alle vier Schlitze ausfüllt. Hier sind jedoch auch vielfältige alternative Ausgestaltungen denkbar. Die Form der in Leiter 31 und 32 kann der in Fig. 14 gezeigten und oben beschrieben Form entsprechen.
In Fig. 17 und 18 ist ein drittes Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßen Antenne gezeigt. Das Ausführungsbeispiel entspricht im Hinblick auf seinen allgemeinen Aufbau dem bereits in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, sodass diesbezüglich auf die obige Beschreibung verwiesen wird. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede des in Fig. 17 und 18 gezeigten Ausführungsbeispiels gegenüber dem Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel näher diskutiert. Das in Fig. 17 und 18 gezeigte Ausführungsbeispiel ermöglicht eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eine andere Montage der Leiter 31 und 32.
Hierfür weisen die Schlitze 23 und 24 der Tragelemente 13 und 14, in welchen die Leiter 31 und 32 auf der Speiseseite verlaufen, in ihrem Bodenbereich nach außen offene Rillen 63 auf, in welche die Leiter 31 und 32 seitlich eingeschoben werden können.
Beim dritten Ausführungsbeispiel werden die Leiter 31 und 32 dabei in einer ersten Variante von den vorgebogenen, von dem Außenleiter befreiten Enden von Koaxialkabeln 71 und 72 gebildet, oder sind in einer zweiten Variante als vorgebogene Innenleiter von Koaxialspeiseelementen ausgeführt. Im Bereich der Rillen 63 weisen die Leiter 31 und 32 dabei jeweils Außenleiter 73 bzw. 74 auf, deren oberes Ende elektrisch den Boden der Schlitze 23 bzw. 24 bildet.
Gemäß der ersten Variante handelt es sich bei den Leitern 31 und 32 um die Enden der Innenleiter von Koaxialkabeln, bei welchen der Außenleiter bzw. die Abschirmung des Koaxialkabels entfernt wurde. Im Ausführungsbeispiel wurde auch die dielektrische Hülle um die Innenleiter entfernt.
Im Bereich der Rille 63 weist das Koaxialkabel noch seinen Außenleiter 73 bzw. 74 auf, welcher bevorzugt innerhalb der Rille elektrisch mit dem Antennenkörper gekoppelt ist. In einer ersten Ausführungsform kann hierfür der Außenleiter im Bereich der Rille freigelegt werden, und somit unmittelbar die Innenfläche der Rille 63 kontaktieren. Die Kopplung erfolgt in diesem Fall galvanisch. In einer zweiten Variante weist das Koaxialkabel im Bereich der Rille 63 weiterhin seine Außenisolierung auf und steht dort kapazitiv mit der Rille in Verbindung. Alternativ kann der Außenleiter jedoch auch anderweitig mit dem Antennenkörper gekoppelt sein, bspw. durch eine Lötverbindung.
Gemäß der zweiten Variante handelt es sich bei Speiseleitern 31 und 32 um die Innenleiter von Koaxialspeiseelementen, welche auf der Speiseseite jeweils einen Koaxial-Steckverbinder zum Anschluss eines Koaxialkabels aufweisen. Ansonsten können die Koaxialspeiseelemente den gleichen Aufbau haben, welcher oben im Hinblick auf die erste Variante beschrieben wurde. Insbesondere kann auch in diesem Fall ein Außenleiter 73 bzw. 74 des Koaxialspeiseelementes mit der Rille kapazitiv oder galvanisch gekoppelt sein.
Wie in Fig. 18a und 18b gezeigt, können die Leiter 31 und 32 am Antennenkörper montiert werden, dass sie mit den Bereichen 73 und 74 in die Rillen 63 seitlich eingeschoben werden. Hierdurch ist eine Montage der Speisung zumindest ohne eine Lötung der Innenleiter 31 und 32 möglich. Gegebenenfalls kann wie oben beschrieben auch bei dem Außenleiter auf eine Lötung verzichtet werden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann jedoch der Außenleiter durch einen Lötanschluss mit dem Antennenkörper gekoppelt werden. Bevorzugt sind die Innenleiter 31 und 32 dabei vorgebogen und werden über die dielektrische Haltung 35 in den Spalten gehalten.
Bei dem in Fig. 17 und 18 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel verlängert die Rille 63 die Schlitze 23 und 24 zwar durch den Sockel hindurch nach unten. Im montierten Zustand der Speisung bilden jedoch die Außenleiter 73 und 74 den Bodenbereich 6 des Schlitzes. Die Länge des Schlitzes L bestimmt sich daher bei dem in Fig. 17 und 18 dargestellten Ausführungsbeispiel von der Oberkante der Außenleiter 73 bzw. 74 ausgehend nach oben hin.
Unabhängig von dem konkreten Ausführungsbeispiel der Antenne kann diese insbesondere in einer Antennenanordnung zum Einsatz kommen. Eine erfindungsgemäße Antennenanordnung umfasst dabei mindestens eine, bevorzugt jedoch eine Mehrzahl an erfindungsgemäßen Antennen, welche auf einem oder mehreren Reflektoren angeordnet sind. Bevorzugt wird dabei eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Antennen mit der gleichen Ausrichtung auf einer gemeinsamen Montageplatte angeordnet und bildet eine erfindungsgemäße Antennenanordnung.

Claims

Dual-polarisierte Antenne mit vier Dipolelementen (1-4), von welchen jedes an einem zugehörigen Tragelement (11-14) angeordnet ist, wobei es sich bei den Dipolelementen (1-4) um Dipolhälften handelt, von welchen jeweils zwei zusammen einen Dipol der Antenne bilden,
wobei,
im Volumen der Dipolelemente (1-4) jeweils ein Schlitz (21-24) verläuft welcher von dem Dipolelement (1-4) aus in das zugehörige Tragelement (11- 14) verlängert ist,

dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (21-24) zumindest zur Außenseite des zugehörigen Tragelementes (11-14) hin offen ist und/oder dass der Schlitz (21-24) zur Außenkante des Dipolelementes (1-4) hin offen ist.
Dual-polarisierte Antenne nach Anspruch 1, wobei jeweils zwei sich bezüglich einer Mittelachse der Antenne gegenüberliegende Dipolelemente (1-4) einen Dipol bilden, wobei die Polarisationsebenen der beiden Dipole der Antenne orthogonal verlaufen,
und/oder wobei die Tragelemente (11-14) und/oder Dipolelemente (1-4) eine vierzählige Drehsymmetrie gegenüber einer Mittelachse der Antenne aufweisen und/oder wobei die Tragelemente (11-14) und/oder Dipolelemente (1-4) axialsymmetrisch gegenüber einer Mittelachse der Antenne angeordnet sind, und/oder wobei sich die Tragelemente (11-14) von einem Sockel (5) der Antenne aus getrennt nach oben erstrecken, und sich die Dipolelemente (1-4) vom oberen Ende der Tragelemente (11-14) aus nach außen erstrecken,

und/oder wobei sich die Tragelemente (11-14) jeweils im wesentlichen parallel zu einer Mittelachse der Antenne erstrecken und/oder wobei sich die Dipolelemente (1-4) im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur einer Mittelachse der Antenne erstrecken.
Dual-polarisierte Antenne nach Anspruch 1 oder 2, wobei der jeweils im Volumen eines Dipolelementes (1-4) und des zugehörigen Tragelementes (11- 14) angeordnete Schlitz (21-24) einen Schlitzstrahler bildet, wobei die Polarisationsebene des Schlitzstrahlers bevorzugt senkrecht auf der Polarisationsebene des Dipolelementes (1-4) steht, in dessen Volumen er angeordnet ist und/oder parallel zur Polarisationsebene eines benachbart angeordneten Dipolelementes (1-4).
Dual-polarisierte Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der in das Tragelement (11-14) verlängerte Bereich der Schlitze (21-24) jeweils von der Oberkante (8) der Antenne aus gemessen eine Länge von mindestens 0,1 λ aufweist, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt, bevorzugt eine Länge von mindestens 0,15 λ,
und/oder wobei der Schlitz (21-24) im Tragelement (11-14) an einem Sockelbereich (5) der Antenne endet, wobei das untere Ende der Schlitzes im Tragelement (11-14) bevorzugt durch einen Bodenbereich (6) gebildet wird, an welchen der Sockel (5) der Antenne anschließt,

wobei bevorzugt der im Volumen der Tragelemente (11-14) verlaufende Bereich der Schlitze (21-24) jeweils von der Oberkante (8) der Antenne aus bis zum Ende des Schlitzes (21-24) gemessen eine Länge zwischen 0,1 λ und 0,4 λ aufweist, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt, bevorzugt eine Länge zwischen 0,15 λ und 0,35 λ,

und/oder wobei der im Volumen der Dipolelemente verlaufende Bereich der Schlitze (21-24) jeweils von einer Innenkante des Schlitzes (21-24) aus bis zu einem äußeren Ende bzw. bis zur Außenkante der Dipolelemente gemessen eine Länge zwischen 0,1 λ und 0,4 λ aufweist, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt, bevorzugt eine Länge zwischen 0,15 λ und 0,35 λ,

und/oder wobei die im Volumen der Tragelemente (11-14) und der Dipolelemente (1-4) verlaufenden Schlitze (21-24) jeweils eine entlang der radialen Außenkante des Tragelementes und der Oberkante (8) des Dipolelementes (1-4) gemessene Gesamtlänge zwischen 0,3 λ und 0,7 λ aufweisen, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt, bevorzugt eine Gesamtlänge zwischen 0,4 λ und 0,6 λ,

und/oder wobei die vier Tragelemente (11-14) durch Schlitze (21-24) voneinander getrennt sind, wobei die im Volumen der Tragelemente verlaufenden Schlitze (21-24) und die zwischen den Tragelementen verlaufenden Schlitze (21-24) von ihrem Ende in einem Sockelbereich (5) der Antenne ausgehend bis zur Oberkante (8) der Antenne eine Länge aufweisen, welche sich maximal um 0,15 λ und bevorzugt um maximal 0,1 λ unterscheidet, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt.
Dual-polarisierte Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der im Volumen eines Dipolelementes (1-4) und des zugehörigen Tragelementes (11-14) verlaufende Schlitz (21-24) jeweils über einem Sockelbereich der Antenne beginnt und sich von dort nach oben entlang des Tragelementes (11-14) und weiter von einer Innenkante des Dipolelementes (1-4) nach außen erstreckt,
und/oder wobei der Schlitz (21-24) in Höhenrichtung durch das Dipolelement (1-4) hindurchgeht,

wobei der Schlitz (21-24) bevorzugt zumindest über einen Teil seiner Erstreckung in radialer Richtung durch das Tragelement (11-14) hindurchgeht und/oder wobei der Schlitz (21-24) zur Innenkante des Dipolelementes (1-4) hin offen ist,

und/oder wobei der im Volumen eines Dipolelementes (1-4) und des zugehörigen Tragelementes (11-14) verlaufende Schlitz (21-24) über seine Erstreckung eine im wesentlichen konstante Breite aufweist, und/oder wobei die Breite des Schlitzes (21-24) in einem Bereich, welcher mindestens 80% und bevorzugt 95% seiner Länge ausmacht, um maximal 80% bezüglich der Maximalbreite schwankt, bevorzugt um maximal 50%, weiter bevorzugt um maximal 20% bezüglich der Maximalbreite.
Dual-polarisierte Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Dipolelemente (1-4) ein Dipolquadrat bilden, dessen Diagonalen durch die Polarisationsebenen der Dipole definiert werden, wobei die Schlitze (21-24) im Volumen der Dipolelemente (1-4) bevorzugt entlang der Diagonalen des Dipolquadrates verlaufen,
wobei das Dipolquadrat bevorzugt eine Seitenlänge zwischen 0,3 λ und 0,7 λ aufweist, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt, bevorzugt eine Seitenlänge zwischen 0,4 λ und 0,6 λ,

und/oder wobei die durch die Schlitze (21-24) getrennten Abschnitte der Dipolelemente (1-4) und/oder der Tragelemente (11-14) radial um eine Mittelachse der Antenne angeordnet sind,

und/oder wobei die Schlitze (21-24) im Volumen der Dipolelemente (1-4) und/oder die Schlitze (21-24) im Volumen der Tragelemente (11-14) jeweils radial bezüglich der Mittelachse der Antenne verlaufen, wobei die Schlitze (21-24) gegenüberliegender Dipolelemente (1-4) und/oder Tragelemente (11-14) bevorzugt in der gleichen Ebene verlaufen und/oder wobei die Schlitze (21-24) benachbarter Dipolelemente (1-4) und/oder Tragelemente (11-14) bevorzugt in orthogonal aufeinander stehenden Ebenen verlaufen,

und/oder wobei die Schlitze (21-24) im Volumen der Dipolelemente (1-4) und/oder die Schlitze (21-24) im Volumen der Tragelemente (11-14) jeweils entlang der Polarisationsebenen der Antenne verlaufen.
Dual-polarisierte Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Speisung der Antenne einen Leiter (31, 32) umfasst, welcher zumindest teilweise in einem im Volumen eines Tragelementes (11-14) angeordneten Schlitz (21-24) verläuft, wobei die Speisung bevorzugt auf der Speiseseite im Bodenbereich (6) des Schlitzes (21-24) erfolgt.
Dual-polarisierte Antenne nach Anspruch 7, wobei die Speisung bevorzugt zwei getrennte Leiter (31, 32) für die Speisung der beiden Polarisationen des Strahlers umfasst, welche gekreuzt zueinander verlaufen,
wobei die Leiter (31, 32) jeweils zum einen den Dipol speisen, in dessen Volumen sie angeordnet sind, sowie zum anderen die Schlitzstrahler, welche durch die Schlitze (21-24) im Volumen der hierzu diagonal verlaufenden Dipolelemente (1-4) gebildet werden.
Dual-polarisierte Antenne nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Leiter (31, 32) der Speisung auf der Speiseseite in einem Bodenbereich (6) des Schlitzes (23, 24) in diesen eintritt und sich vom Bodenbereich (6) aus im Schlitz (23, 24) nach oben erstreckt,
und/oder wobei der Leiter (31, 32) sich von einem ersten Schlitz (23, 24) im Volumen eines ersten Tragelementes (13, 14) zu einen gegenüberliegenden zweiten Tragelement (11, 12) und bevorzugt dem in diesem angeordneten Schlitz (21, 22) erstreckt,

wobei der Leiter (31, 32) bevorzugt zunächst in dem ersten Schlitz (23, 24) nach oben und dann über eine Abwinkelung nach innen verläuft, von wo aus der Leiter sich in den zweiten Schlitz (21, 22) erstreckt und bevorzugt über eine weitere Abwinklung in dem zweiten Schlitz (21, 22) noch unten verläuft,

und/oder wobei der Leiter (31, 32) bevorzugt durch eine dielektrische Halterung (35) in dem Schlitz (21-24) gehalten wird.
Dual-polarisierte Antenne nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Seitenwände des Schlitzes (21-24), in welchem der Leiter (31, 32) verläuft, Aussparungen oder Erhebungen aufweisen, und/oder wobei der Leiter über seine Erstreckung unterschiedliche Durchmesser aufweist und/oder wobei in dem Schlitz (21-24), in welchem der Leiter verläuft, ein oder mehrere dielektrische Elemente (61) angeordnet sind, und/oder wobei eine Speiseleitung (51, 52) zur Antenne hin eine Anpassschaltung aufweist, insbesondere Abschnitte unterschiedlicher Breite.
Dual-polarisierte Antenne nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Speisung über den Innenleiter eines Koaxialkabels und/oder eines Koaxialspeiselementes erfolgt, welcher sich innerhalb eines Schlitzes (23, 24) in einem Tragelement erstreckt, wobei der Innenleiter bevorzugt von einem Bodenbereich des Schlitzes (23, 24) nach oben geführt ist, wobei der Sockel (5) der Antenne im Bodenbereich des Schlitzes (23, 24) bevorzugt eine Aussparung (33) zur Einfügung des Koaxialkabels oder des Koaxialspeiselementes aufweist, wobei die Aussparung (33, 63) bevorzugt eine zu einer Seite hin offene Rille (63) umfasst, in welche das Koaxialkabel und/oder das Koaxialspeiselement seitlich einschiebbar und bevorzugt einklipsbar ist, oder wobei die Aussparung (33, 63) bevorzugt eine Axialbohrung (33) umfasst, in welche das Koaxialkabel und/oder ein Koaxialspeiselementes axial einschiebbar ist.
Dual-polarisierte Antenne nach Anspruch 11, wobei der Innenleiter und/oder der Außenleiter (73, 74) in der Aussparung des Sockels (5) von einer Isolierung umgeben ist, wobei bevorzugt ein Außenleiter (73, 74) in der Aussparung (33, 63) galvanisch oder kapazitiv mit dem Sockel (5) gekoppelt ist, und/oder wobei bevorzugt der Sockel (5) außerhalb der Aussparung (33, 63) mit einem Außenleiter (73, 74) oder Masse gekoppelt ist, insbesondere an seiner Unterseite.
Dual-polarisierte Antenne nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
wobei die Speisung der Antenne über ein Koaxialkabel erfolgt, dessen eines Ende keine Abschirmung aufweist, wobei der dort verbleibende Innenleiter zumindest teilweise in einem Schlitz (21-24) im Volumen eines Tragelementes (11-14) verläuft, wobei der Innenleiter bevorzugt vorgebogen ist und/oder das Koaxialkabel bevorzugt in eine zu einer Seite hin offene Rille (63) des Sockels (5) der Antenne seitlich einschiebbar und bevorzugt einklipsbar ist, wobei der Außenleiter (73, 74) weiterhin bevorzugt mit der Rinne (63) galvanisch oder kapazitiv gekoppelt ist, oder

wobei die Speisung der Antenne über ein Koaxialspeiseelement erfolgt, dessen eines Ende keine Abschirmung aufweist, wobei der dort verbleibende Innenleiter zumindest teilweise in einem Schlitz (21-24) im Volumen eines Tragelementes (11-14) verläuft, und dessen anderes Ende einen Steckverbinder zum Anschluss eines Koaxialkabels umfasst, wobei der Innenleiter bevorzugt vorgebogen ist und/oder das Koaxialspeiseelement bevorzugt in eine zu einer Seite hin offene Rille (63) des Sockels (5) der Antenne seitlich einschiebbar und bevorzugt einklipsbar ist, wobei der Außenleiter weiterhin bevorzugt mit der Rinne galvanisch oder kapazitiv gekoppelt ist,

oder

wobei die Speisung der Antenne über ein Koaxialspeiseelement erfolgt, dessen eines Ende keine Abschirmung aufweist, wobei dort der verbleibende Innenleiter zumindest teilweise in einem Schlitz (21-24) im Volumen eines Tragelementes (11-14) verläuft, und dessen anderes Ende mit einer Platine (50) verlötet ist, auf welcher die Antenne angeordnet ist, wobei der Innenleiter bevorzugt vorgebogen ist und/oder das Koaxialspeiseelement bevorzugt in eine Axialbohrung (33) des Sockels (5) einschiebbar ist, wobei der Sockel (5) der Antenne bevorzugt separat mit einem Masseanschluss der Platine (50) gekoppelt ist, insbesondere an seiner Unterseite und/oder kapazitiv mit einer auf der Platine (50) angeordneten Massefläche und/oder galvanisch durch einen oder mehrere durch die Platine (50) hindurchgehende Lötstifte der Antenne.
Dual-polarisierte Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Antennenkörper einstückig ausgeführt ist, und/oder
wobei der Antennenkörper aus Kunststoff gefertigt ist, wobei der Antennenkörper aus einem leitfähigen Kunststoff besteht und/oder mit einer leitfähigen Schicht beschichtet ist, wobei der Antennenkörper bevorzugt durch ein Spritzgussverfahren hergestellt ist.
Antennenanordnung mit mindestens einer und bevorzugt mehreren dual-polarisierten Antennen gemäß einem der vorangegangenen Ansprüchen, wobei der Sockel der Antenne bevorzugt auf einem Reflektor angeordnet ist, wobei der Reflektor bevorzugt eine Basisplatte aufweist, welche sich in einer Ebene erstreckt, die senkrecht zur Mittelachse der Antenne verläuft, und/oder einen Reflektorrahmen und/oder Reflektorwände.