FI122044B

FI122044B - Antenna

Info

Publication number: FI122044B
Application number: FI20055467A
Authority: FI
Inventors: Antti Isaennaeinen
Original assignee: Antti Isaennaeinen
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2011-07-29
Also published as: FI20055467A; FI20055467A0

Description

ANTENNIANTENNA

KEKSINNÖN ALAFIELD OF THE INVENTION

Esillä oleva keksintö liittyy antenneihin ja erityisesti, muttei yksinomaisesti, 5 matkaviestinverkon tukiasemien antenneihin.The present invention relates to antennas and in particular, but not exclusively, to antennas of base stations in a mobile network.

KEKSINNÖN TAUSTABACKGROUND OF THE INVENTION

Radioviestinnässä sähköinen teho muunnetaan sähkömagneettiseksi säteilyksi sopivalla johteella eli antennilla. Antennin muodosta ja mitoituksesta riippuen 10 antenni tuottaa tietyn säteilytehon jakauman ympäristöönsä eli keilan tai useita keiloja, joissa antennin lähetys on vastaanotettavissa tai joista antenni parhaiten pystyy vastaanottamaan radiolähetystä. Erilaisilla antenneilla on myös erilainen vahvistus eri taajuuksilla ja antennin on oltava kyllin laajakaistainen ja sähköiset ominaisuutensa riittävästi säilyttävä koko käytettävällä taajuusalueella. 15 Matkaviestinnässä on myös tavoiteltavaa tuottaa pystysuunnassa litteä säteilykuvio siten, että tukiaseman antennilla on maksimaalinen vahvistus maan pinnalla, missä matkaviestimiä käytetään.In radio communication, electrical power is converted into electromagnetic radiation by a suitable conductor, called an antenna. Depending on the shape and dimension of the antenna, the antenna 10 produces a given radiated power distribution around its surroundings, i.e., a beam or multiple beams where the antenna's transmission can be received or from which the antenna is best able to receive radio transmission. Different antennas also have different gain at different frequencies, and the antenna must be broadband enough and have sufficient electrical properties over the entire frequency range used. It is also desirable in mobile communications to produce a vertically flat radiation pattern such that the base station antenna has maximum gain on the ground where the mobile stations are used.

Tukiasemien antenneja voidaan sijoittaa asutuksen ja toimistotilojen yhteyteen 20 pienissä yksiköissä, jolloin käytetään pieniä tehoja ja saavutetaan pienten solujen ansiosta suuri kapasiteetti. Maaseudulla antennit voidaan asentaa korkeisiin antennimastoihin suurten solujen muodostamiseksi. Sijoituspaikasta riippumatta antennin on oltava mitoitukseensa nähden riittävän herkkä tai vahvistava haluttuun suuntaan tai suuntiin sekä mekaanisesti kestävä kohdatakseen tuulen, 25 sateen, lumen, jään, tärinän ja mahdollisesti antenniin osuvien lintujen aiheuttamat rasitukset. Mekaaninen kestävyys on myös tarpeen antennin käsittelyn helpottamiseksi sekä varastoinnin ja kuljettamisen aikana muodostuvien vaurioiden vähentämiseksi.Base station antennas can be located in connection with occupancy and office space 20 in small units, utilizing low power and achieving high capacity due to small cells. In rural areas, antennas can be mounted on high antenna masts to form large cells. Regardless of location, the antenna shall be sufficiently sensitive or reinforcing in the required direction or directions, and shall be mechanically durable to withstand the effects of wind, rain, snow, ice, vibration and any birds liable to be hit by the antenna. Mechanical durability is also necessary to facilitate handling of the antenna and to minimize damage during storage and transport.

30 Tukiaseman antenni voidaan toteuttaa yksinkertaisesti useilla toistensa toimintaa vahvistavilla dipolielementeillä mitoittamalla yksittäiset elementit sopivasti ja 2 asentamalle ne tarkoin mitoitetulla tavalla toisiinsa nähden. Tällainen järjestely voi kuitenkin edellyttää runsaasti työtä asennukselta ja / tai tuottaa mekaanisesti vikaantumisalttiin rakenteen tai vaihtoehtoisesti vaikeuttaa valmistusta, jos antenni joudutaan suojaamaan erityisesti. Toisaalta antennin muotoa ja rakennetta 5 on vaikea varioida, sillä pienetkin muutokset voivat aiheuttaa odottamattomia seurauksia antennin ominaisuuksiin kuten suuntakuvioon ja syöttöpisteen sovitukseen. Antenni on nimittäin passiivinen komponentti, missä vahvistusta saadaan aikaan sijoittamalla elementin osat keskenään siten, että antennielementin johteissa olevien jännitteiden ja virtojen muodostavat osasähkömagneettiset kentät 10 yhdessä valon kulkunopeuden väliaineessa määräämällä etäisyydellä toisistaan muodostavat järjestelmän, missä kenttien vaiheet ovat siinä suhteessa toisiinsa nähden, että osakentät vahvistavat toisiaan toivottuihin suuntiin ja vaimentavat toisiaan ei-toivottuihin suuntiin. Tätä voidaan verrata esim. taskulampun heijastimeen, mikä kerää valon lähes yhdensuuntaiseksi kimpuksi. Antennin 15 kohdalla suuntaukseen vaikuttavat kuitenkin muutkin tekijät kuin heijastus.The base station antenna can simply be implemented with a plurality of mutually reinforcing dipole elements by suitably dimensioning the individual elements and 2 positioning them in a precisely dimensioned manner relative to one another. However, such an arrangement may require a great deal of work on the installation and / or produce a mechanically susceptible structure or, alternatively, make the manufacture more difficult if the antenna needs special protection. On the other hand, it is difficult to vary the shape and structure of the antenna, since even small changes can have unexpected consequences on antenna characteristics such as directional pattern and feed point alignment. Namely, the antenna is a passive component in which amplification is achieved by positioning the elements of one another so that the partial electromagnetic fields 10 of the voltages and currents in the antenna element conductors at a distance determined by one of the speeds of light form a system where the phases of the fields unwanted directions and suppress each other in unwanted directions. This can be compared, for example, to a flashlight reflector, which collects light in a nearly parallel bundle. At antenna 15, however, the orientation is influenced by factors other than reflection.

Onkin tavoiteltavaa kehittää uusia ja aiempaa vahvempia ja / tai herkempiä antennirakenteita ja ylipäätäänkin uusia vaihtoehtoja, jotka soveltuvat erilaisiin käyttötarpeisiin.It is therefore desirable to develop new and more robust and / or sensitive antenna structures and, more generally, new alternatives to suit different applications.

2020

KEKSINNÖN YHTEENVETOSUMMARY OF THE INVENTION

Keksinnön ensimmäisen aspektin mukaisesti tarjotaan antennielementti, joka käsittää, merkittävästi yhteisessä tasossa, kaksi sähköisesti symmetristä antenniosaa, joista kumpikin antenniosa käsittää toistensa läheisyydestä 25 syötettävät sähköisesti pitkänomaiset ja toisistaan erkanevat ensimmäiset elementit, jolle antennielementille on tunnusomaista se, että ensimmäisten elementtien syöttökohdalle merkittävästi vastakkaisten päiden kohdalta on liitetty V-kiqaimen muotoinen kaksihaarainen säteilijä siten, että säteilijän haarojen päät lähestyvät rinnakkaisen antenniosan säteilijän haarojen päitä.According to a first aspect of the invention there is provided an antenna element comprising, in a substantially common plane, two electrically symmetrical antenna sections, each antenna section comprising electrically elongated and divergent first elements fed in proximity to one another, characterized in that the antenna element a coupled V-kiqa-shaped bifurcated radiator such that the ends of the radiator arms approach the ends of the radiator arms of the parallel antenna portion.

3030

Koska kaksihaaraisten säteilijöiden päät lähestyvät toisiaan, ne ovat edullisesti 3 helposti tuettavissa ja / tai toistensa läheisyyteen tulevina merkittävästi säteilyominaisuuksiltaan optimoitujen rinnakkaisten dipoliantennien päitä vähemmän alttiina mekaaniselle vauriolle.Because the ends of the bifurcated radiators approach each other, they are preferably 3 easily supported and / or coming in proximity to each other with significantly optimized radiation properties of the ends of parallel dipole antennas less susceptible to mechanical damage.

5 Valmistamalla elementti tasomaiseksi, vältetään tai ainakin vähennetään mekaanisen vaurion riskiä ja tuennan ja suojauksen tarvetta ja voidaan yksinkertaisesti koostaa antenneja kerrostamalla näitä elementtejä, tai elementeistä rakennettuja elementtiryhmiä sekä vertikaalisesti että horisontaalisesti.By making the element planar, the risk of mechanical damage and the need for support and shielding is avoided or at least reduced, and simply antennas can be assembled by layering these elements, or groups of elements constructed from the elements, both vertically and horizontally.

1010

Antennielementti voi sinänsä jo toimia kahteen suuntaan vahvistavana antennina. Keksinnön ensimmäisen aspektin mukaiset antennielementit soveltuvat myös hyvin näistä antennielementeistä vaiheistettujen ryhmien muodostamiseen taajuuskaistaltaan ja vahvistukseltaan erilaisten käytännön antennien 15 toteuttamiseksi.The antenna element itself may already serve as a two-way amplifying antenna. The antenna elements according to the first aspect of the invention are also well suited for forming phased groups of these antenna elements to provide practical antennas 15 of different frequency band and gain.

Keksinnön etuna eräiden suoritusmuotojen mukainen rakenne voi merkittävästi kumota säteilyn antennin tasossa ja vahvistaa säteilyä kahteen suuntaan merkittävästi kohtisuoraan tätä tasoa vasten. Tällöin ensimmäisen aspektin 20 mukaisia antenneja voidaan ryhmittää rinnakkain ja / tai päällekkäin säteilysuunnasta katsoen antennien vaikuttamatta huomattavasti toisiinsa. Rakenteella voidaan myös saavuttaa merkittävästi symmetrinen säteilykuvio sekä horisontaali- että vertikaalitasossa.An advantage of the invention is that the structure according to some embodiments can significantly cancel radiation in the plane of the antenna and amplify radiation in two directions substantially perpendicular to this plane. Hereby, the antennas of the first aspect 20 may be grouped side by side and / or overlapping relative to the direction of radiation without significantly affecting each other. The structure can also achieve a significantly symmetrical radiation pattern in both horizontal and vertical planes.

25 Ensimmäisen aspektin mukainen antennielementti on luonnostaan erityisen sopiva tukiasemakäyttöön, koska antennielementillä saavutetaan kahteen vastakkaiseen suuntaan vahvistavat säteilykeilat. Tarvittaessa lisätä antennin vahvistusta, voidaan elementtien lukumäärää kasvattaa. Antennielementti on myös erityisen sovelias televisiovastaanottoon varsinkin heikkoja signaaleja vastaanotettaessa, 30 esimerkiksi kaukana lähetinantenneista tai katvealueilla ja UHF-alueilla (digilähetykset). Johtuen antennielementin kolmiulotteisesta rakenteesta, kasvaa 4 kuitenkin antennin vaatima tila aallonpituuden kasvaessa. Siksi antennielementti soveltuu parhaiten UHF-alueille.The antenna element according to the first aspect is inherently particularly suitable for base station operation because the antenna element achieves two opposite directions of amplifying radiation beams. If the antenna gain is increased, the number of elements may be increased. The antenna element is also particularly suitable for television reception, especially when receiving weak signals, for example, far away from transmitting antennas or in shadows and UHF (digital broadcasts). However, due to the three-dimensional structure of the antenna element, the space required by the antenna increases as the wavelength increases. Therefore, the antenna element is best suited to UHF areas.

Säteilijöiden haarat on saatettu jäljestää toisiinsa nähden kulmaan, joka on 5 vähintään 90 astetta mutta alle 180 astetta. Edullisesti mainittu kulma on merkittävästi 120 astetta, jolloin haarat lähestyvät mainittua rinnakkaista antenniosaa puolella kunkin haaran pituudesta.The radiators' legs may be aligned with each other at an angle of at least 90 degrees but less than 180 degrees. Preferably, said angle is substantially 120 degrees, with the arms approaching said parallel antenna portion at half the length of each leg.

Edullisesti mainittu V-kiijaimen muotoinen kaksihaarainen säteilijä on liitetty 10 ensimmäiseen elementtiin sen syöttökohdan vastakkaisen pään kohdalta. Vaihtoehtoisesti ensimmäinen elementti voi jatkua kaksihaaraisen säteilijän ohi.Preferably, said V-kite-shaped bifurcated radiator is connected to the first 10 elements at the opposite end of its feed point. Alternatively, the first element may extend past the bifurcated radiator.

Edullisesti haarat ovat sähköiseltä pituudeltaan merkittävästi sähköisen puoliaallon mittaiset antennin käyttötaajuuteen tai taajuuskaistaan nähden ja 15 ensimmäiset elementit ovat sähköiseltä pituudeltaan neljännesaallon mittaiset eli vastaavat näin dipoliantennin haaroja.Preferably, the branches have a substantially electric half-wave length relative to the antenna's operating frequency or frequency band, and the first elements have a quarter-length electrical length, thus corresponding to the branches of the dipole antenna.

Antennielementin symmetrisyyden ja kaksisuuntaisuuden ansiosta voidaan toteuttaa esimerkiksi liikenneväylän tukiasema yhdellä elementillä. Tästä seuraa 20 vähäinen tuulikuorma ja hyvä toimintavarmuus muun muassa kytkentäpisteiden vähäisyyden ansiosta.Due to the symmetry and bidirectional nature of the antenna element, for example, a traffic base station can be implemented with one element. This results in 20 low wind loads and good operational reliability due, among other things, to the low number of switching points.

Antennielementin ylä- ja alapäissä päiden jännitteet ovat vastakkaisvaiheiset. Haarat voidaan päistään jättää auki rinnakkaisen säteilijän haaroihin nähden tai 25 haarat voidaan helpoimmin liittää yhteen neljännesaallon oikosuljetulla stubilla (engl. stub). Rinnakkaisten säteilijöiden haarojen vastaavien päiden mekaaninen yhdistäminen edullisesti tukevoittaa antennielementin ja vähentää haarojen taipumis- ja taittumisriskiä. Stubi vähentää myös herkkyyttä yhteismuotoiselle kohinalle, jota esimerkiksi ilmakehän sähköinen häiriö voi aiheuttaa.The voltages at the top and bottom ends of the antenna element are in the opposite phase. The limbs may be left open at their ends relative to those of the parallel radiator, or the limbs may most easily be joined by a quarter-wave short-circuited stub. The mechanical connection of the respective ends of the branches of the parallel radiators advantageously strengthens the antenna element and reduces the risk of bending and bending of the branches. Stubi also reduces the sensitivity to common noise, which can be caused, for example, by an electrical disturbance in the atmosphere.

3030

Edullisesti ensimmäiset elementit on sijoitettu yhteiseen tasoon ja vielä 5 edullisemmin siten, että ensimmäiset elementit ovat merkittävästi samassa linjassa.Preferably, the first elements are disposed on a common plane, and even more preferably, the first elements are substantially in alignment.

Ensimmäiset elementit voivat olla toiminnaltaan tai sekä toiminnaltaan että 5 rakenteeltaan merkittävästi erilliset. Ensimmäiset elementit voivat myös olla yhteenliitetyt sopivasti siten, että ne yhdessä muodostavat kummallekin kaksihaaraiselle säteilijälle oman syötön.The first elements may be substantially separate in function or both in function and structure. The first elements may also be suitably interconnected so that together they form their own feed to each of the two-branch radiators.

Keksinnön toisen aspektin mukaisesti taijotaan moniantenni, joka käsittää ainakin 10 kahden ensimmäisen aspektin mukaisen antennielementin ryhmän.According to another aspect of the invention, a multi-antenna is provided comprising a group of at least 10 antenna elements according to the first aspects.

Mainittu ryhmä voi käsittää (ainakin) kaksi elementtiä säteilysuunnassa peräkkäin antennin vahvistuksen kasvattamiseksi haluttuun suuntaan. Mainitun peräkkäisten antennien ryhmä voidaan järjestää logaritmisperiodiseksi moniantennin 15 vahvistuksen kasvattamiseksi. Vaihtoehtoisesti ryhmä voi käsittää ainakin kaksi antennia toisistaan erillään säteilysuunnassa. Tällöin voidaan sijoittaa eri ryhmän eri antennit eri suuntiin ja muodostaa suuntakuvioita eri elementeillä haluttuihin eri suuntiin, koska antennien keskinäinen vaikutus toistensa sähköisiin ominaisuuksiin on vähäinen tai olematon.Said group may comprise (at least) two elements in the radiation direction successively to increase the gain of the antenna in the desired direction. Said group of successive antennas may be arranged in a logarithmic period to increase the gain of the multi-antenna 15. Alternatively, the array may comprise at least two antennas spaced apart in the radiation direction. Hereby, different antennas of different groups can be positioned in different directions and directional patterns can be formed with different elements in the desired different directions, since the antennas have little or no interaction with each other's electrical properties.

2020

Muodostamalla antennielementeistä esim. logaritmis-periodinen elementtiryhmä, saadaan toteutettua esimerkiksi TV-katvealueille laajakaistainen ja suuren vahvistuksen omaava TV-vastaanotinantenni.By forming, for example, a logarithmic periodic array of antenna elements, a broadband and high gain TV antenna can be implemented, for example, in TV shadows.

25 Keksinnön erään kolmannen aspektin mukaisesti taijotaan kiinteä tukiasema, joka käsittää keksinnön ensimmäisen aspektin mukaisen antennin sekä sovitusvälineet tukiaseman radiolähettimen ja / tai radiovastaanottimen sovittamiseksi sähköisesti antennin ominaisuuksiin.According to a third aspect of the invention, there is provided a fixed base station comprising an antenna according to the first aspect of the invention and matching means for electrically adapting the radio transmitter and / or radio receiver of the base station to antenna characteristics.

30 Keksinnön erään kolmannen aspektin mukaisesti taijotaan antennirakenne, joka käsittää viisi säteilevää komponenttia, jotka ovat sähköisesti puolen aallon 6 mittaisia, joista osista yksi on keskeltä katkaistu puoliaaltodipoli ja neljä osaa on ryhmitelty kahdeksi V-kiijaimen muotoon toisiinsa ja puoliaaltodipolin ulompaan päähän liitetyksi antennipuolikkaaksi siten, että osien ja puoliaaltodipolin välillä on 60 asteen kulmat, ja jossa teho antennipuolikkaille on sovitettu syötettäväksi S keskeltä katkaistun puoliaaltodipolin sisempien päiden kautta, ja jossa antennipuolikkaat ovat merkittävästi yhdessä tasossa ja antennin sivuilla sijaitsevat osien toiset päät ovat toistensa läheisyydessä siten, että niiden päiden väliset jännitteet ovat 180 asteen vaihesiirrossa keskenään.taijotaan According to a third aspect of the antenna structure 30 of the invention, which comprises a five-emitting components which are electrically half-wave six lengths, of which parts one is a middle truncated half-wave dipole and four parts are grouped into two V-kiijaimen shape to each other and a half-wave dipole outer end joined to antennipuolikkaaksi such that having 60 degree angles between the parts and the semiconductor dipole, wherein power to the antenna halves is adapted to be supplied through S through the inner ends of the center-truncated semiconductor dipole, and wherein the antenna halves are substantially flush with the ends of the degree phase shift with each other.

10 Kolmannen aspektin mainitut toistensa läheisyydessä olevat osien päät voidaan joko jättää avoimiksi tai yhdistää pareittain (toinen pari ylhäällä ja toinen alhaalla) stubilla siten, että vaiheistus säilyy oikeana.In the third aspect, the adjacent ends of the parts mentioned may be either left open or joined in pairs (one pair up and the other down) on the stub so that the phasing remains correct.

Kolmannen aspektin keskeltä katkaistu dipoliantenni on ymmärrettävä 15 dipoliantennina, joka vastaa keskeltä katkaistua, vaikka osa onkin saatettu muodostaa kahdesta ennalta sopivan mittaiseksi tehdystä kappaleesta katkaisematta dipoliantennia.The center cut off dipole antenna of the third aspect is to be understood as the 15 cut off dipole antenna, although a portion may be formed of two pre-sized pieces without breaking the dipole antenna.

Keksinnön minkä tahansa aspektin mukaisia suoritusmuotoja voidaan yhdistää 20 soveltuvin osin muiden aspektien kanssa, vaikkei näitä olekaan erikseen kirjoitettu hakemuksen pitämiseksi lyhyenä ja selkeänä.Embodiments of any aspect of the invention may be combined, mutatis mutandis, with other aspects, although not specifically written to keep the application brief and clear.

PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

25 Keksinnön suoritusmuotoja selostetaan seuraavassa esimerkinomaisesti viitaten oheisiin piirustuksiin, joista: kuviossa 1 on esitetty keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukainen avoin antenni; kuviossa 2 on esitetty keksinnön toisen suoritusmuodon mukainen suljettu 30 antenni; kuvioissa 3 ja 4 on esitetty keksijän rakentama koejärjestely kuvion 1 ja 2 7 mukaisten antennien mittaamiseksi; kuviossa 5 on esitetty kuvioihin 3 ja 4 tarkoitettu virtamittausjäijestely; ja kuviossa 6 on esitetty esimerkinomainen logaritmis-periodinen moniantenni.Embodiments of the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows an open antenna according to a first embodiment of the invention; Figure 2 illustrates a closed antenna 30 according to another embodiment of the invention; Figures 3 and 4 show an experimental arrangement constructed by the inventor for measuring the antennas of Figures 1 and 2 7; Fig. 5 is a view showing the current measurement step for Figures 3 and 4; and Figure 6 shows an exemplary logarithmic periodic antenna.

5 KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUSDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukainen avoin antenni (10). Avoin antenni (10) käsittää kaksi symmetristä antennipuolikasta (11), joista kumpikin on muodostettu kahdesta sadankahdenkymmenen asteen 10 kulmassa yhteen liitetystä sähköisesti puoliaallon pituisesta haarasta (12) sekä haarojen liitokseen (13) kytketystä, haarojen tasossa olevasta, sähköisesti neljännesaallon pituisesta ensimmäisestä säteilijästä (14) (jota voidaan myös kutsua dipoli- tai syöttöosaksi). Ensimmäisen säteilijän vapaassa päässä on antennipuolikkaan syöttöpiste (15). Antennipuolikkaat (11) on tuettu yhteiseen 15 tasoon antennitekniikasta tunnetuilla luennoilla, esimerkiksi eristävillä muovin, keraamin tai bakeliitin kappaleilla tai sopivasti mitoitetuilla johtavilla kappaleilla. Antennipuolikkaiden välissä voi olla merkittävästi yhtä suuri väli haarojen vapaiden päiden sekä syöttöpisteiden väleissä. Edullisesti kuitenkin vapaiden (ylä-ja ala-) päiden välinen etäisyys, eli eristeväli, on merkittävästi suurempi kuin 20 eristeväli antennipuolikkaiden syöttöpisteessä, koska impedanssi päissä on suurempi kuin syöttöpisteessä. Tällöin myös jännite vapaissa päissä kasvaa käytetystä tehosta riippuvaisesti oleellisesti suuremmaksi, muttei kuitenkaan äärettömäksi, koska elementti säteilee tehoa ympäristöön eikä impedanssi ole todellisilla kappaleilla ääretön. Eristevälin pidentämiseksi haarojen vapaiden 25 päiden välillä verrattuna syöttöpisteiden väliin voidaan haarojen välistä kulmaa hieman kasvattaa tai haarojen mekaanista pituutta lyhentää pidentämällä haarojen sähköistä pituutta antennitekniikasta tunnetulla tavalla, esimerkiksi sovittamalla helikaalielementti haaran osaksi.Figure 1 shows an open antenna (10) according to a first embodiment of the invention. The open antenna (10) comprises two symmetrical antenna halves (11), each of which is formed by two half-wave branches (12) electrically connected at an angle of 100 degrees and a first beam (14) electrically connected to the branch connection (13) ) (which can also be called a dipole or feeder). At the free end of the first radiator is a feed point (15) for the antenna half. The antenna halves (11) are supported on a common 15 level by antennas known from antenna technology, for example insulating pieces of plastic, ceramic or bakelite or suitably sized conductive pieces. There may be a substantially equal spacing between the antenna halves between the free ends of the branches and the feed points. Preferably, however, the distance between the free (upper and lower) ends, i.e. the dielectric distance, is significantly greater than the dielectric distance at the feed point of the antenna halves, since the impedance at the ends is greater than at the feed point. Here, too, the voltage at the free ends, depending on the power used, increases substantially higher, but not infinitely, because the element radiates power to the environment and the impedance on the actual bodies is not infinite. To extend the insulating distance between the free ends of the branches relative to the feed points, the angle between the branches may be slightly increased or the mechanical length of the branches may be shortened by extending the electrical length of the branches by antenna technology.

30 Avoimen antennin (10) mitoituksen havainnollistamiseksi kuvioon 1 on merkitty apumitat B, jotka kukin vastaavan neljännesaallon sähköistä pituutta.To illustrate the dimensioning of the open antenna (10), Fig. 1 shows auxiliary dimensions B, each corresponding to an electrical length of a quarter wave.

88

Avoin antenni (10) siis käsittää kaksi säteilijää (12), joista kumpikin koostuu 120 asteen V-kiijäimistä, joilla on puoliaallon mittaiset haarat, ja näiden säteilijöiden väliseen kulmaan sisäpuolelta ensimmäisestä päästään liittyvistä sähköisesti 5 pitkänomaisista ensimmäistä säteilijöistä (14), joiden toisessa päässä on syöttöpisteet (15). Ensimmäiset säteilijät ovat yhteisessä tasossa ja kohdistettuna siten, että syöttöpisteet ovat rinnakkain samoin kuin säteilijöiden haarojen erillään olevat päät. Sähköisesti pitkänomaisten säteilyosien sähköinen pituus vastaa säteilijöiden symmetria-akselin suuntaista säteilijöiden projektiota.Thus, the open antenna (10) comprises two radiators (12), each consisting of 120 degree V-beamers with half-wavelength branches, and electrically elongated first radiators (14) connected at one end to an angle between these radiators from the inside to the first end. feed points (15). The first radiators are in a common plane and aligned so that the feed points are parallel, as well as the spaced ends of the radiator arms. The electrical length of the electrically elongated radiation portions corresponds to the projection of the radiators along the axis of symmetry of the radiators.

1010

Ensimmäiset säteilijät muodostavat edullisesti keskeltä avoimen (puoliaalto-) dipolin, mutta vaihtoehtoisesti ensimmäiset säteilijät voivat olla yhteenliitetyt ja muodostaa suljetun dipolin esimerkiksi delta- tai gammasovituksella (engl. match).Preferably, the first radiators form a center (open-wave) dipole in the center, but alternatively the first radiators may be interconnected and form a closed dipole, for example by delta or gamma matching.

1515

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön toisen suoritusmuodon mukainen suljettu antenni (20), joka eroaa kuvion 1 avoimesta antennista (10) siten, että suljettu antenni (20) käsittää kaksi neljännesaallon mittaista oikosuljettua stubia (21) liittämään haarojen (12) päät yhteen. Stubit (21) voivat olla esimerkiksi 20 neljännesaallon pituisen U-kirjaimen muotoiset.Fig. 2 shows a closed antenna (20) according to another embodiment of the invention, which differs from the open antenna (10) of Fig. 1 in that the closed antenna (20) comprises two quarter-wave shorted stubs (21) to connect the ends of the legs (12). For example, the stubs (21) may be in the form of a 20-quarter-wave U-letter.

Neljännesaallon kerrannaisetkin soveltuvat, mutta parillisten kerrannaisten tapauksessa haarojen pitää olla päistään avoimia ja parittomien kerrannaisten tapauksessa toisesta päästä suljettuja oikean muuntosuhteen saavuttamiseksi. 25 Neljännesaallon pituus on edullinen siksi, että se ei vielä yllä yli dipolin syöttöpisteen (15), kun stubi sijoitetaan antennin (20) tasoon ja syöttöpistettä kohti. Vaihtoehtoisesti stubi voidaan sijoittaa muutenkin syöttöpistettä kohti, joskin tällöin antennin (20) ulkomitat ja mekaaninen altistus kasvaisivat.Quarter-wave multiples are also suitable, but in the case of even multiples, the branches must be open at their ends and, in the case of odd multiples, closed at one end to achieve the correct conversion ratio. The quarter-wave length is advantageous because it does not yet extend beyond the dipole feed point (15) when the stub is positioned in the plane of the antenna (20) and toward the feed point. Alternatively, the stub may also be positioned toward the feed point, although this would increase the external dimensions and mechanical exposure of the antenna (20).

30 Kuvioissa 3 ja 4 on esitetty keksijän rakentama koejäqestely (30) kuvioiden 1 ja 2 mukaisten antennien mittaamiseksi. Koejäqestely käsittää puisen jalustan (31).Figures 3 and 4 show an experimental test (30) constructed by the inventor for measuring the antennas of Figures 1 and 2. The test bed comprises a wooden stand (31).

99

Jalustan (31) pystyosa käsittää puisen ristikon, mihin neljään kulmaan on sijoitettu muoviset (PVC ja akryylimuovia), säädettävät tukipisteet (35). Antennielementin mittaukset on suoritettu kahdella eri taajuusalueella; 145 MHz (eli 2 m radioamatöörialue) ja 432 MHz (70 cm radioamatöörialue). Mittauslähettimenä on 5 käytetty MFJ:n antennianalysaattoria (36) malli 269 ja vastaanottimena kenttävoimakkuusmittaria (34) BIRD, malli 4041. Johtuen mittalaitteiden vaatimattomuudesta ja mittausympäristön rajoituksista, ei mittaustuloksia voi tarkkuuden suhteen verrata varsinaisten antennien mittauslaboratorioiden tuloksiin. Saavutettu tulosten toistuvuus antaa kuitenkin varmuuden siitä, että 10 saadut suuruusluokat ovat hyväksyttäviä. Suuntakuviomittauksessa on suoritettu ainoastaan antennielementin vahvistuksen mittaus kahteen suuntaan, pystysuunnassa ja vaakasuunnassa. Jalustana on tällöin ollut asteikoilla varustettu käännettävä ja kallistettava jalusta. Kääntämällä on etsitty maksimikenttävoimakkuudesta kääntämällä 3 dB:in kentän vaimennuspisteet 15 molempiin suuntiin sekä horisontaali- että vertikaalisuunnassa. Näin saaduista kulmista voidaan laskea antennin vahvistus dipoliantenniin verrattuna. Saatu tulos, noin 11 dBd (eli vahvistus dipoliin verrattuna) johtuu pääasiassa tämän antennielementin vaikutuksesta vertikaaliseen säteilykulmaan.The vertical portion of the stand (31) comprises a wooden grid with plastic (PVC and acrylic) adjustable support points (35) at four corners. The antenna element measurements have been made in two different frequency ranges; 145 MHz (2 m radio amateur area) and 432 MHz (70 cm radio amateur zone). The MFJ antenna analyzer (36) model 269 was used as the transmitter and the field strength meter (34) BIRD model 4041 was used as the transmitter. However, the achieved repeatability of the results gives assurance that the magnitudes obtained are acceptable. In directional pattern measurement, only the gain of the antenna element is measured in two directions, vertical and horizontal. The base has then been a rotatable and tiltable base with scales. Rotation has been used to search for maximum field strength by rotating the 3 dB field attenuation points 15 in both directions, both horizontally and vertically. From this angle, the gain of the antenna relative to the dipole antenna can be calculated. The result, about 11 dBd (i.e. gain relative to Dipole) is mainly due to the effect of this antenna element on the vertical radiation angle.

20 Lyhyemmälle aaltoalueelle (70 cm) kaikki elementin osat on tehty 1,8 mm kuparilangasta ja pidemmälle aaltoalueelle (2 m) dipoliosa (14) on 4 mm messinkitankoa ja muu osat stubit mukaanlukien 1,8 mm kuparilankaa.20 For the shorter waveband (70 cm) all elements of the element are made of 1.8 mm copper wire and for the longer waveband (2 m) the dipole part (14) is made of 4 mm brass rod and other parts including 1.8 mm copper wire.

Syöttöpisteeseen on kytketty sovituspiiri (33), mikä koostuu 200 ohmin 25 avolinjasta (33.1), siihen liukuvasti kiinnitetystä, säädettävästi oikosuljetusta stubista (33.2) sekä koaksikaapelista valmistetusta symmetrointi-/sovitusbalunista (50 ohm/200 ohm) (33.3), joiden avulla antennielementti on oikein (säädön jälkeen) sovitettu mittauslaitteen (MFJ-269) liityntäimpedanssiin. Testattavan antennielementin (32) eteen, muutaman aallonpituuden etäisyydelle on sijoitettu 30 kenttävoimakkuusmittari BIRD 4041 (34).Connected to the feed point is a matching circuit (33) consisting of 200 ohms of 25 open lines (33.1), a slidably mounted adjustable short-circuit stub (33.2) and a coaxial cable symmetry / matching balloon (50 ohm / 200 ohm) (33.3) which properly (after adjustment) fitted to the interface impedance of the measuring instrument (MFJ-269). In front of the antenna element (32) to be tested, a field intensity meter BIRD 4041 (34) is placed 30 a few wavelengths away.

1010

Kuvio 5 esittää virtamittausjäqestelyksi keksijän muodostaman 150MHz:in taajuusalueelle sopivan femittitoroidin (51) (Philipsin violetti) ympärille RF-virtamuuntajan ja välittömästi sen yhteyteen liitetyn ilmaisimen ja suodatuksen, (52). Tätä mittauspäätä ei kalibroitu absoluuttiarvoille, joten sillä oli 5 tunnistettavissa virtaminimit ja -maksimit. Mittauspää oli kiinnitetty pitkähkön muoviputken päähän, siis eristävän putken, minkä läpi oli parijohto millivolttimittaria varten. Rengasmainen virtamuuntaja oli pujotettavissa mihin tahansa antennielementin haaraan ja liikuteltavissa eristeputken toisesta päästä elementin osien eri kohtiin. Täten magneettikentän jakautuma eri kohdissa oli 10 tunnistettavissa.Fig. 5 illustrates an RF current transformer and a detector and filter directly connected thereto, for the purpose of measuring current flow around a femittoroid (51) (Philips purple) suitable for the frequency band of the inventor and formed by the inventor (52). This probe was not calibrated to absolute values, so it had 5 recognizable current minima and maxima. The probe was attached to the end of an elongated plastic tube, i.e. an insulating tube through which there was a pair of conductors for the millivolt meter. The annular current transformer was slidable into any branch of the antenna element and movable from one end of the dielectric tube to various parts of the element. Thus, the distribution of the magnetic field at different locations was 10 identifiable.

Kuviossa 6 on esitetty esimerkinomainen logaritmis-periodinen moniantenni. Moniantenni käsittää neljä elementtiä (61-64). Nelielementtisen moniantennin kautta voidaan tuoda moniantennin keskinäiset tekijät havainnollisesti esiin. Näitä 15 ovat elementtien keskinäinen koon ja etäisyyden muuttuminen logaritmisesti tarkastelua elementistä toiseen siirrettäessä. Tässä antennityypissä jokainen elementti on aktiivinen. Toisin sanoen kukin on yhdistetty syöttävään siirtolinjaan (65). Kukin elementti (61-64) syötetään 180 asteen vaihesiirrossa viereiseen elementtiin nähden. Tämä toteutetaan kiertämällä siirtolinja (65) pituussuunnassa 20 180 astetta jokaisen elementin välillä. Antennin etu- takasuhteeseen vaikutetaan siirtolinjan päähän (takasuunta) sijoitetulla stubilla (66), jonka pituus on noin 1/8 aallon pituutta.Figure 6 shows an exemplary logarithmic periodic antenna. The multi-antenna comprises four elements (61-64). Through the four-element multi-antenna, the mutual factors of the multi-antenna can be illustrated. These include the logarithmic change in size and distance of the elements as they move from one element to another. In this type of antenna, each element is active. In other words, each is connected to an input transmission line (65). Each element (61-64) is fed in a 180 degree phase shift relative to the adjacent element. This is accomplished by rotating the transmission line (65) in the longitudinal direction between 180 and 180 degrees between each element. The antenna front ratio is affected by a stub (66) located at the end (rear) of the transmission line, which is about 1/8 wavelength.

Kaksielementtiselle moniantennille tarjotaan esimerkiksi sovellus (ei piirretty), 25 jossa kytketään kaksi elementtiä ’’seläkkäin” ja syötetään ja vaiheistetaan elementit siten, että vaimennusvaikutus on näiden elementtien välissä ja vahvistus ’’ulospäin”. Näin saadaan tukiasemakäytössä kahteen suuntaan toimiva antenniratkaisu, jonka vahvistus yhteen elementtiin verrattuna lisääntyy, ja on molempiin suuntiin on vielä noin 3 dB korkeampi kuin yksittäisellä elementillä. 30 Dipoliin verrattuna vahvistukseksi saadaan yhteensä noin 14 dB. Toisin sanoen vahvistus dipoliin verrattuna on noin 25-kertainen ja silti kahteen vastakkaiseen 11 suuntaan.For example, a two-element multi-antenna is provided with an application (not shown) in which two elements are "biased" and the elements are fed and phased so that the damping effect is between these elements and the gain is "outward". This results in a two-way antenna solution for base station operation with increased gain relative to one element and still about 3 dB higher in both directions than a single element. Compared to the dipole, the gain is about 14 dB in total. In other words, the gain over Dipol is about 25 times and still in two opposite 11 directions.

Esitetyssä muodossa, missä syöttävä dipoli on vaakasuorassa, on antennin polarisaatio horisontaalinen (esim. TV). Matkaviestiliikenne on kuitenkin 5 polarisaatioltaan vertikaalista, mutta antenni voidaan kääntää tasonsa suunnassa 90 astetta, eli siten, että syöttävä dipoli on pystysuunnassa.In the form shown, where the supplying dipole is horizontal, the polarization of the antenna is horizontal (e.g., TV). However, mobile communication has 5 vertical polarizations, but the antenna can be rotated 90 degrees in its plane, i.e. with the feed dipole vertical.

Edellä on kuvattu keksinnön erityisiä toteutuksia ja suoritusmuotoja. Alan ammattihenkilölle on selvää, ettei keksintö rajoitu yllä esitettyjen 10 suoritusmuotojen yksityiskohtiin, vaan että keksintö voidaan toteuttaa muissa suoritusmuodoissa ekvivalentteja välineitä käyttäen poikkeamatta keksinnön tunnuspiirteistä. Keksinnön suojapiiriä rajoittavat vain oheiset patenttivaatimukset.Specific embodiments and embodiments of the invention have been described above. It will be apparent to one skilled in the art that the invention is not limited to the details of the above embodiments, but that the invention may be practiced in other embodiments using equivalent means without departing from the features of the invention. The scope of the invention is limited only by the appended claims.

Claims

Antenna elements (10, 20), consisting of noticeably at common level, two electrically symmetrical antenna parts (11), of both antenna members comprise mutually feeding electric elongated and deviating first elements (14), characterized in that: the first element's dining room 5 (15) noticeably opposite to the ends (13) has been connected to the V-shaped two-arm beam portion (12) in such a way that the arm end of the beam members comes close to each other

Antenna element (10, 20) according to claim 1, characterized in that the arms (12) of the beam part are arranged between each other at an angle which is between 90 and 180 degrees, for example noticeably 120 degrees so as to approach said parallel antenna part ( 11), of half the length of the arms.

Antenna element according to any of the preceding claims, characterized in that the beams (12) of the beam part are noticeably halfway at the frequency used and first elements (14) are of electrical length halfway and thus correspond to the arms of the dipole antenna. 15

Antenna element (10) according to any of the preceding claims, characterized in that the arms of the radiator have open ends towards the ends (11) of the parallel radiator.

Antenna element (20) according to any of the preceding claims, characterized in that the ends of the radiator arms have been connected to a stub (21 stub) (21).

Antenna element (10) according to any of the preceding claims, characterized in that the distances between the arms ends of the proximal radiator are longer apart than said food points.

Antenna element (10, 20) according to any of the preceding claims, characterized in that the first elements (14) are located at common level (61 - 64), for example, that first elements are noticeable on the same line.

Antenna element according to any of the preceding claims, characterized in that 30 first elements have been connected (65).

A poly antenna (61 - 66), characterized in that the poly antenna comprises at least two of which heist according to the preceding claim, provided for the group of the antenna elements (10, 20).

A single-poly antenna (61-66) according to claim 9, characterized in that said subgroup may comprise two, or several elements in a row in a radial direction in order to strengthen the antenna's amplification in the requested direction or at least two separate antennas in the beam direction.

Antenna element (10,20) or poly antenna (61 - 66) according to any of the preceding claims, characterized in that it is adapted for use in television or mobile telephone use.

12. A fixed base station, characterized in that, according to any of the preceding claims, the base station comprises poly antenna (61 - 66) or antenna element (10,20) and adaptive means for adjusting station radio transmitters and / or radio receivers electrically according to the characteristics of the antenna.