SE1350119A1

SE1350119A1 - Antennarrangemang och basstation

Info

Publication number: SE1350119A1
Application number: SE1350119A
Authority: SE
Inventors: Stefan Jonsson; Dan Karlsson
Original assignee: Cellmax Technologies Ab
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-08-01
Also published as: US20150372397A1; AU2014213078A1; WO2014120063A1; EP2951887A1; EP2951887A4; CN104981939A; SE536854C2

Description

konfiguration (Fig. 1a). Dessa två antenner kan användas för två olika frekvensband (tex. PCS 1900 och UMTS 2100 eller LTE 2600). En annan konfiguration som används är en integrerad antenn. I denna konfiguration används två dubbelbandsstrålande element 113 som består av en kombinerad lågbandsstrålare och högbandsstrålare som beskrivs i WO2006/058658-A1, tillsammans med en enbandslågbands- 111 och högbandsstrålare 112 (Fig. 1b). -\. _ v. u. _ _ . v* ~ _ ~_\\*\>\\*\-\\\\~\\~§\\ \\\\\~\~§ .NW ~~\\\\\\'\~\\~\§ç\ç§~-š\\ .l\.§.§.§.§.=.§x<$ššxssàmšknxš; X9» šS§š$>§x_:.§.=.§§nššäušš Uppfinnarna till föreliggande uppfinning har funnit nackdelar associerade med tidigare kända flerbandsantennarrangemang dä högbandsantennen inte utnyttjar hela den tillgängliga vertikala aperturen hos reflektorn. Då smartphones används i högre och högre utsträckning, har fokus för utvecklingen av cellulära nät skiftat från att tillhandahålla samtal till datatrafik. Operatörer har ett omedelbart behov av att tillhandahålla mer kapacitet för datatrafik, ofta i kombination med nya cellulära system såsom LTE.

Cellulära standarder såsom CDMA och LTE är designade på ett sådant sätt att högre mottagen effekt kommer att ge en högre genomströmning av datatrafik. Ett sätt att åstadkomma högre mottagen effekt är att öka förstärkningen hos basstationens antenn, detta kan uppnås genom att öka antennaperturen.

Ett problem med att öka aperturen hos högbandsantennen har varit förluster i ett konventionellt matningsnät baserat på att smala flexibla kablar ökar med antalet strålare vid höga frekvenserjämfört med vid låga frekvenser och därför har en del av eller hela den ökade förstärkningen som åstadkoms med ökningen av antennaperturen förlorats i matningsnätet. Nyare cellulära standarder såsom LTE standarden innefattar användningen av MIMO-, ”Multiple Input Multiple Output”- antenner med syfte att öka datagenomströmningen genom att använda ett flertal antenner som tar emot signaler som har en låg korrelation. Därför kan det vara fördelaktigt att addera fler antenner i ett ﬂerbandsantennarrangemang.

Ett problem med att använda dubbelbandsdipoler som beskriv i WO2006/058658-A1 är att då högbandsdipolen påverkar prestandan hos lågbandsdipolerna är det svårt att optimera prestandan hos både lågbandet och högbandet samtidigt.

Om separata strålare används för lågbandet och högbandet i en flerbandsantenn måste strålare för olika frekvensband arbeta i närheten av varandra. De kan då påverka varandras strålningsmönster negativt eller koppla oönskade signaler mellan varandra.

Syftet med föreliggande uppfinning är att förbättra prestandan hos ett flerbandsantennarrangemang.

Ovan nämnda syften med föreliggande uppfinning uppnås genom att tillhandahålla ett antennarrangemang för mobil kommunikation, vilket antennarrangemang innefattar ett flertal strålare för åtminstone två olika frekvensband, vilket flertal strålare är placerade på en reflektor, varvid flertalet strålare innefattar en första grupp strålare som är anordnad att arbeta i ett första frekvensband av de åtminstone två frekvensbanden, varvid flertalet strålare innefattar en andra grupp strålare som är anordnad att arbeta i ett andra frekvensband av de åtminstone två frekvensbanden, vilken första grupp med strålare bildar en första antenn och vilken andra grupp strålare bildar en andra antenn, varvid strålarna är kors-polariserade, varvid strålarna i den första gruppen är av korstyp och varvid strålarna i den andra gruppen är av fyrbladstyp.

Genom antennarrangemangent enligt föreliggande uppfinning kan prestandan hos ett flerbandsantennarrangemang förbättras.

Reflektorn kan vara tillverkad av ett konduktivt material, företrädesvis av metall eller en metallsammansättning, men andra elektriskt konduktiva material kan också användas. Strålarna är företrädesvis dipoler men andra strålare som patchar kan också användas. Strålare kan ha olika polarisationer såsom horisontell, vertikal eller plus 45 grader eller minus 45 grader, eller vilken annan polarisation som helst. Två polarisationer kan kombinaras i samma strålande element för att bilda en dubbelpolariserande dipol. De strålande elementen i varje rad och för varje polarisation kan matas från en anslutning via matningsnätet. I synnerhet för högre frekvenser såsom 1800 MHz eller 2600 MHz kan förluster i matningsnätet vara signifikanta när hela antennaperturen används och det är fördelaktigt att använda matningsnät med låga förluster t.ex. såsom visas i WO 2005/101566-A1 men med beaktande av att lågband ofta används för täckning är ett matningsnät med låga förluster också fördelaktigt för lågbandet.

Syftet med distributionsnätet är att distribuera signalen från gemensamma anslutningar till strålarna. Fasen och amplituden hos signalerna som matas från strålarna är definierade på ett sådant sätt att det önskade strålningsmönstret uppnås i det vertikala diagrammet. Mönstret kan ha en lutning i det vertikala planet och kan optimeras i termer av noll-fyllning och lobnedtryckning på den övre sidan på ett sätt som är välkänt för en fackman inom området. På samma sätt kan varierbara fasskiftare användas i matningsnätet för att tillhanda justerbar lutning.

När hela aperturen används för en högbandsantenn kan den vertikala strålningsbredden bli så liten att den blir opraktisk på grund av t.ex. problem med att korrekt justera antennens vertikala lutning. Det kan då vara fördelaktigt att optimera matningsnätet för att vidare optimera antennens sidolober för att förbättre täckningen av den täckta cellen och för att reducera signaler som sänds i oönskade riktningar och således reducera interferens i det cellulära systemet. Sådan optimering av sidolobsmönster kommer vanligtvis att öka strålningsbredden på bekostnad av antennförstärkning men kommer att förbättra den övergripande cellulära prestandan då interferens minskar.

Med nya cellulära standarder såsom LTE innefattande MIMO är det fördelaktigt att tillhandahålla antennarrangemang som innefattar flera antennerför samma frekvensband. Med t.ex. två antennkolumner med dubbelpolariserande strålare kan 4 gånger MIMO åstadkommas. MIMO erfordrar att signalen som tas emot på varje kanal (svarande mot t.ex. en polarisation i en antenn) har en låg korrelation. Låg korrelation kan åstadkommas t.ex. genom att använda ortogonal polarisation eller genom att separera antennerna eller genom en kombination av båda. För optimal de- korrelation genom antennseparation erfordras en separation med flera våglängder och såldes kommer två antenner med samma frekvens anordnade sida vid sida inter att vara optimalt. En bättre lösning i ett flerbandsantennarrangemang är att placera en antenn för ett annat frekvensband mellan de två antennerna med samma frekvens som används för MIMO.

Tänkbara strålare som kan användas för flerbandsantennarrangemang är dipoler.

Idag används nästan enbart dubbelpolariserande element i cellulära system och vanligtvis i en plus/minus 45 graderkonfiguration. Grundläggande T-formade dipoler harfördelen i att tillhandahålla utmärkt strålningseffektivitet men har en rätt dålig bandbredd. Dipolbandbredden kan förbättras genom att tillhandahålla en mer avancerad struktur. En sådan struktur för en dubbelpolariserande dipol är fyrklöverkonstruktionen som visas i Fig. 4 vilken också har en utmärkt bandbreddsprestanda. Denna dipol ger ett utmärkt resultat i ett flerbandsantennarrangemang när den används för högbandsantennen men om den används för lågbandsantennen kommer den att bli mycket stor. Dessutom kommer avståndet mellan dipolen och reflektorn typiskt att vara i storleksordningen av en kvarts våglängd och såldes kommer stora lågbandsdipoler att delvis täcka högbandsdipolerna och medföra oönskad koppling mellan dipolerna för olika frekvensband. Uppfinnarna har funnit att det för lågbandsantennen därför är fördelaktigt att använda en dipol av korstyp såsom visas i Fig. 5. Det bör understrykas att formen som visas i Fig. 4 inte är den enda som kan vara fördelaktig att använda för högbandsdipolen utan andra konfigurationer är möjliga såsom att tillhandahålla en fyrkantig ram som beskrivs i WO2005/060049-A1 eller som har dipoler formade med fyrkantiga plattor som visas i WO 2008/017386-A1 eller triangulära plattor. Genom att tillhandahålla strålare med stor bandbredd som täcker t.ex. frekvensbandet 1700 till 2200 MHz kan ﬂera antenner i antennarrangemanget ha samma dipol men fungera i olika cellulära system vid olika frekvensband t.ex.

PCS 1900 och UMTS 2100 eller de olika antennerna kan användas för MIMO för ett cellulärt system t.ex. LTE.

Enligt en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning är strålarna i den första gruppen är lågbandsstrålare och strålarna i den andra gruppen är högbandsstrålare.

Enligt en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning är strålarna i den första gruppen är anordnade i en första rad och strålarna i den andra gruppen är anordnade i en andra rad.

Enligt en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning innefattar antennarrangemanget reflektorn, t.ex. en elektriskt konduktiv reflektor, av att reflektorn har en utsträckning längs en longitudinell axel och av att den första och den andra raden är parallella med den longitudinella axeln.

Enligt en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning innefattar flertalet strålare en tredje grupp strålare som bildar en tredje antenn, av att strålarna i den tredje gruppen är anordnad i en tredje rad parallellt med den första och andra raden.

Enligt en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning är strålarna i den tredje gruppen anordnade att arbeta i ett tredje frekvensband som skiljer sig från det första och andra frekvensbandet.

Enligt en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning är strålarna i den tredje gruppen är av fyrlövstyp. Med fördel kan strålarna i den tredje gruppen vara högbandsstrålare.

Enligt en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning är den första gruppen strålare lokaliserad mellan den andra och tredje gruppen.

Enligt en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning har strålarna iden första gruppen samma antennapertur, t.ex. samma antennaperturlängd, som strålarna i den andra gruppen. Strålarna i den första gruppen kan ha samma antennapertur, t.ex. samma antennaperturlångd, i riktningen längs med den longitudinella axeln hos reflektorn som strålarna i den andra gruppen.

Enligt en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning har den tredje gruppen eller raden strålare har samma antennapertur, t.ex. samma antennaperturlångd, som den första och andra gruppen eller raden strålare.

Enligt en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning har strålarna i den första gruppen kan ha samma vertikala apertur som strålarna i den andra gruppen när reflektorn är monterad så att den sträcker sig i en vertikal riktning.

Enligt en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning är förhållandet mellan åtminstone två av frekvensbanden är av ordningen två eller högre.

Enligt en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning innefattar antennarrangemanget reflektorn, t.ex. en elektriskt konduktiv reflektor, av att reflektorn har en longitudinell utsträckning utefter en longitudinell axel och av att var och en av grupperna strålare utnyttjar hela antennaperturen som görs tillgänglig av reflektorn i riktningen för den longitudinella axeln.

Enligt en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning innefattar antennarrangemanget ett antennmatningsnät som är anslutet till strålarna och av att antennmatningsnätet innefattar ett flertal luftfyllda koaxialledningar.

Enligt en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning är antennarrangemanget ett flerbandsantennarrangemang_ Enligt ytterligare en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning är en första vertikal kolumn strålare för ett frekvensband anordnad väsentligen utefter antennreflektorns hela höjd och en andra vertikal kolumn med strålare för ett andra frekvensband är anordnad väsentligen utefter hela höjden för samma antenn.

Enligt ytterligare en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning är en första vertikal kolumn strålare för ett frekvensband anordnad väsentligen utefter antennreflektorns hela höjd och en andra vertikal kolumn med strålare för ett andra frekvensband är anordnad väsentligen utefter hela höjden för samma antennreflektor och en tredje vertikal kolumn med strålare för ett andra frekvensband är anordnad väsentligen utefter hela höjden för samma antennreﬂektor.

Enligt ytterligare en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning är en första vertikal kolumn strålare för ett frekvensband anordnad väsentligen utefter antennreflektorns hela höjd och en andra vertikal kolumn med strålare för ett andra frekvensband är anordnad väsentligen utefter hela höjden för samma antennreflektor och en tredje vertikal kolumn med strålare för ett tredje frekvensband är anordnad väsentligen utefter hela höjden för samma antennreﬂektor.

Enligt ytterligare en fördelaktig utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning är en första vertikal kolumn strälare för ett frekvensband anordnad väsentligen utefter antennreflektorns hela höjd, vilka strålare är kors- formade, och en andra vertikal kolumn med strålare för ett andra frekvensband är anordnad väsentligen utefter hela höjden för samma antennreflektor, vilka strålare är fyrklöverformade, och en tredje vertikal kolumn med strälare för ett tredje frekvensband är anordnad väsentligen utefter hela höjden för samma antennreflektor, vilka strålare är fyrklöverformade.

Ovan nämnda syften med föreliggande uppfinning uppnås också genom att tillhandahålla en basstation för mobilkommunikation, varvid basstationen innefattar åtminstone ett antennarrangemang enligt något av kraven 1 till 16 och/eller åtminstone ett antennarrangemang enligt någon av de utföringsformer av apparat som visas i denna ansökan. Positiva tekniska effekter hos basstationen enligt föreliggande uppfinning och dess utföringsformer svarar mot de tekniska effekter som har nämnts i anslutning till det antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning och dess utföringsformer.

Ovan nämnda särdrag och utföringsformer hos antennarrangemanget och basstationen kan kombineras på olika tänkbara sätt och tillhandahålla ytterligare fördelaktiga utföringsformer.

Ytterligare fördelaktiga utföringsformer hos anordningen enligt föreliggande uppfinning och ytterligare fördelar med föreliggande uppfinning framgår ur den detaljerade beskrivningen av utföringsformer.

Sw ~ ~\\\\ \\~~§ * ~\:~w~,\-\\\~\«§~ ~_\\_\ \--*\\\\\\-\-~~_\\«\\\\~_\ .mms i kt~&..§.\§ O» xxxmg-w en- x xmxkxxxšieaš nå; Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas, i exemplifierande syften, i mer detalj genom utföringsformer med hänvisning till bifogade ritningar, där: Fig. 1a är en schematisk sidovy av en flerbandsantenn enligt prior art som har en Iågbandsantenn och två överlagrade högbandsantenner; Fig. 1b är en schematisk vy över en integrerad flerbandsantenn enligt prior art med en lågbands- och en högbandsantenn; Fig. 2 är en schematisk vy över en utföringsform av flerbandsantennen med en lågbands- och en högbandsantenn; Fig. 3 är en schematisk vy över en utföringsform av flerbandsantennen med en Iågbandsantenn i mitten och två högbandsantenner på vardera sida av Iågbandsantennen; Fig. 4 är en schematisk sidovy över en utföringsform av flerbandsantennen med en Iågbandsantenn i mitten och två högbandsantenner på vardera sida av Iågbandsantennen; Fig. 5 är en utföringsform av en dipol av fyrklövertyp; och Fig. 6 är en utföringsform av dipol av korstyp.

Figurer 2 - 4 visar schematiskt aspekter av utföringsformer av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning innefattande en reflektor 204 och strålare 202 och 203.

I Fig. 2 är en första kolumn med lågbandsstrålare 203 placerad på en reflektor 204.

En andra kolumn högbandsstrålare 202 är placerad bredvid den första kolumnen.

Högbandsstrålarna 202 är mindre än lågbandsstrålarna 203 och separationen mellan strålarna är mindre än för lågbandsstrålarna och således behövs fler högbandsstrålare för att kunna täcka den fulla längden hos reflektorn. I Fig. 3 är en första kolumn lågbandsstrålare 203 placerad i mitten av reflektorn 204. En andra kolumn med högbandsstrålare 202 är placerad vid en sida av den första kolumnen och en tredje kolumn högbandsstrålare 202 är placerad på andra sidan av den första kolumnen. Alla tre kolumner täcker fulla höjden hos reflektorn 204. Fig. 4 visar en schematisk sidovy av en utföringsform av antennarrangemanget enligt föreliggande uppfinning. Lågbandsdipolen 210 hos lågbandsstrålaren 203 är lokaliserad approximativt en kvarts våglängd, i relation till högbandet, från reflektorn 204. Det kan ses att lågbandsdipolen 210 kommer att sträcka sig ovanför högbandsdipolen 211 och det är därförfördelaktigt att använda en lågbandsdipol som sträcker sig så lite som möjligt över högbandsdipolen med syfte att reducera påverkan av lågbandsdipolen på högbandets strålningskarakteristik. En skärm 206 är placerad mellan högbandsstrålarna och lågabndsstrålarna med syfte att reducera kopplingen mellan banden och för att reducera azimuth-strålningsbredden hos lågbands- och högbandsloberna.

Fig. 5 visar en utföringsform av en högbandsdipolstrålare av fyrlövstyp 230, t.ex. i form av en högbandsdipolstrålare av fyrklövertyp 230. Den består av fyra väsentligen idetiska dipolhalvor 213. Två motstående dipolhalvor 213 bildar en första dipol. De andra två motstående dipolhalvorna 213 bildar en andra dipol som har en polarisation som är ortogonal till den första dipolen. Dipolstödet 215 positionerar dipolerna vid approximativt en kvarts våglängd från reflektorn och används också för att bilda två baluner, en för varje dipol.

Fig. 6 visar en utföringsform av en lågbandsdipol 231 av korstyp. Den består av fyra väsentligen identiska dipolhalvor 214. Två motstående dipolhalvor 214 bildar en första dipol. De andra två motstående dipolhalvorna 214 bildar en andra dipol som har en polarisation som är ortogonal mot den första dipolen. Dipolstödet 216 positionerar dipoierna vid approximativt en kvarts våglängd från reflektorn och används också för att bilda två baluner, en för varje dipol.

Varje strålare kan definieras som ett strålandelement eller ett strålande antennelement. Varje strålare kan innefatta ett elektriskt ledande antennelement.

Särdragen hos de olika utföringsformerna av antennarrangemanget som har visats ovan kan kombineras på olika tänkbara sätt för att tillhandahålla ytterligare fördelaktiga utföringsformer.

Uppfinningen ska inte se som begränsad av de illustrerade utföringsformerna utan kan modifieras och ändras på många sätt av fackmannen inom området utan att frångå omfattningen av de bifogade kraven.

Claims

1. š\\.\. ..\'§'. \.~~_\\ 3\\\ .\\._\ _\ .t <.§:.x..=_u.š\s=.:\» 1 . Antennarrangemang för mobil kommunikation, vilket antennarrangemang innefattar ett flertal strålare för åtminstone två olika frekvensband, vilket flertal strålare är placerade på en reflektor, varvid flertalet strålare innefattar en första grupp strålare som är anordnad att arbeta i ett första frekvensband av de åtminstone två frekvensbanden, varvid flertalet strålare innefattar en andra grupp strålare som är anordnad att arbeta i ett andra frekvensband av de åtminstone två frekvensbanden, vilken första grupp med strålare bildar en första antenn och vilken andra grupp strålare bildar en andra antenn, varvid strålarna (203) i den första gruppen är av korstyp och varvid strålarna (202) i den andra gruppen är av fyrbladstyp. Antennarrangemang enligt krav 1, kännectecknat av att strålarna (203) i den första gruppen är lågbandsstrålare och av att strålarna (202) i den andra gruppen är högbandsstrålare. Antennarrangemang enligt krav 1 eller 2, kännectecknat av att strålarna i den första gruppen är anordnade i en första rad och av att strålarna i den andra gruppen är anordnade i en andra rad. Antennarrangemang enligt krav 3, kännectecknat av att antennarrangemanget innefattar reflektorn, t.ex. en elektriskt konduktiv reflektor, av att reflektorn har en utsträckning längs en longitudinell axel och av att den första och den andra raden är parallella med den longitudinella axeln. Antennarrangemang enligt krav 3 eller 4, kännectecknat av att flertalet strålare innefattar en tredje grupp strålare som bildar en tredje antenn, av att strålarna i den tredje gruppen är anordnad i en tredje rad parallellt med den första och andra raden. Antennarrangemang enligt krav 5, kännectecknat av att strålarna i den tredje gruppen är anordnade att arbeta i ett tredje frekvensband som skiljer sig från det första och andra frekvensbandet. Antennarrangemang enligt krav 5 eller 6, kännectecknat av att strålarna (202) i den tredje gruppen är av fyrlövstyp. Antennarrangemang enligt krav 7, kännectecknat av att strålarna (202) i den tredje gruppen är högbandsstrålare. Antennarrangemang enligt något av kraven 5 till 8, kännectecknat av att den första gruppen strålare är lokaliserad mellan den andra och tredje gruppen. 10.Antennarrangemang enligt något av kraven 1 till 9, kännectecknat av att strålarna i den första gruppen har samma antennapertur, t.ex. samma antennaperturlångd, som strålarna i den andra gruppen. 11.Antennarrangemang enligt krav 10, kännectecknat av att strålarna i den första gruppen har samma vertikala apertur som strålarna i den andra gruppen när reflektorn är monterad så att den sträcker sig i en vertikal riktning. 12.Antennarrangemang enligt krav 10 eller 11, kännectecknat av att den tredje gruppen eller raden strålare har samma antennapertur, t.ex. samma antennaperturlängd, som den första och andra gruppen eller raden strålare. 13.Antennarrangemang enligt något av kraven 1 till 12, kännectecknat av att förhållandet mellan åtminstone två av frekvensbanden är av ordningen två eller högre. 14.Antennarrangemang enligt något av kraven 1 till 13, kännectecknat av att antennarrangemanget innefattar reflektorn, t.ex. en elektriskt konduktiv reflektor, av att reflektorn har en longitudinell utsträckning utefter en longitudinell axel och av att var och en av grupperna strålare utnyttjar hela antennaperturen som görs tillgänglig av reflektorn i riktningen för den longitudinella axeln. 15.Antennarrangemang enligt något av kraven 1 till 14, kännectecknat av att antennarrangemanget innefattar ett antennmatningsnät som är anslutet till strålarna och av att antennmatningsnätet innefattar ett flertal luftfyllda koaxialledningar. 16.Antennarrangemang enligt något av kraven 1 till 15, kännectecknat av att antennarrangemanget är ett flerbandsantennarrangemang. 17. Basstation för mobilkommunikation, varvid basstationen innefattar åtminstone ett antennarrangemang enligt något av kraven 1 till 16.