SE534968C2 - Antennarrangemang - Google Patents

Description

25 30 534 568 vara antenner gjorda för samma frekvensband, eller antenner gjorda för olika frekvensband.

Kombinerade antenner existerar redan och utvecklas i stor utsträckning idag. Vanligen är två eller fler antenner meka- niskt fastsatta vid varandra med en gemensam radom. Idag har de flesta antenner dubbel polarisation, med en polarisation orienterad +45 grader i förhållande till antennens vertikala axel, och den andra polarisationen orienterad -45 grader i förhållande till samma axel, men de nedan beskrivna problemen uppträder även vid antenner med en enda polarisation. En noggrant utformad antenn har en huvudlob som, i azimutplanet, pekar i en riktning som är vinkelrät mot antennens reflektor och som är symmetrisk i förhållande till en axel vinkelrät mot reflektorn, men när antennerna är placerade nära varandra kommer spridnings- och diffraktionsproblenx att uppträda på grund av den intilliggande antennen, och dessa fenomen kan ha en negativ effekt på antennens strålningsmönster, speciellt i azimutplanet. Lobens bredd i azimutplanet kan öka eller mins- ka, eller huvudloben kan peka i en riktning som inte är vin- kelrät mot reflektorn i azimutplanet, eller huvudloben kan bli icke-symmetrisk eller det kan uppkomma en kombination av dessa effekter. Antennens strålningsmönster i elevationspla- net är' mindre sannolikt att pâverkas av den intilliggande antennen.

Antennens lobbredd i azimutplanet är viktig eftersom den påverkar täckningen och antennförstärkningen. Det är ofta önskvärt att ha en så hög förstärkning som möjligt i en an- tenn eftersom detta ökar storleken på cellen, och ökar kapa- citeten på systemet. En smalare lob kommer att öka förstärk- ningen, men kan leda till en minskning av täckningen, En bredare lob kommer att minska förstärkningen, och kan leda 10 15 20 25 30 534 968 till interferensproblem eftersom signaler från en sektor kan läcka in i den intilliggande sektorn. Vid användning av kom- binerade antenner antas vanligen att antennloberna för de två kombinerade antennerna pekar i samma riktning, men om de två antennloberna pekar i olika riktningar beroende på sprid- nings- och diffraktionsproblem, kommer detta att leda till försämrad täckning eller ökad interferens i nätverket. Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkom- ma ett sätt att minska effekterna av spridning och diffrak- tion i. en gemensam antenn. Detta ändamål uppnås genom att anordna ett eller flera ledande element i form av trådar eller remsor mellan de diskreta antennerna anordnad vid sidan av varandra i en kombinerad antenn.

Föreliggande uppfinning hänför sig till en kombinerad bassta- tionsantenn innefattande två eller flera diskreta antenner.

De diskreta antennerna kan vara utformade för samma frekvens- band, eller för olika frekvensband. Antennerna kan ha fast eller variabel tilt och båda typerna av tilt kan användas i samma kombinerade antenn. En typisk icke-begränsande utfö- ringsform av en sådan antenn visas i Fig. l där två likadana dubbelpolariserade antenner har kombinerats. Förstärkningen och lobbredden i azimutplanet för en diskret antenn fungerar väl över frekvensen såsom framgår av Fig. 3 som visar för- stärkningen för båda polarisationerna. När de två diskreta antennerna kombineras mekaniskt ökar dock lobbredden i azi- mutplanet från 67 till 73 grader vid lägre frekvenser, vilket resulterar i förluster i förstärkningen av i storleksordning- en 0,5 dB såsom framgår av Fig. 4, en mycket märkbar förlust i prestanda. 10 15 20 25 30 534 968 Ett eller flera ledande element i form av trådar eller remsor anordnade parallellt med antennens längdriktning, mellan de två diskreta antennerna anordnad vid sidan av varandra, kom- mer att fungera som en reflektor, och kommer att minska eller nästan eliminera försämringen av antennens förstärkning för- orsakad av den intilliggande antennen såsom framgår av Fig. 5. Ledande element såsom trådar eller remsor har också be- skrivits att användas i basstationsantenner, t.ex. i US-A- 5,952,983, men användningen har då bara varit begränsad till att minska korskoppling mellan de två polarisationerna i en diskret dubbelpolariserad antenn. Funktionssättet är då an- norlunda, trådarna är typiskt placerade i en riktning vinkel- rätt mot antennens längdaxel, och längden på trådarna är typiskt i storleksordningen av en halv våglängd, medan i föreliggande uppfinning trådarna kan löpa längs hela längden I US 2006/0038736 Al används en upphängd tråd för att minska koppling mellan två av antennen längs antennens längdaxel. antenner delande samma grundplan i en mobiltelefon. En tråd med en längd typiskt i storleksordningen en halv våglängd är placerad ovanför det gemensamma grundplanet. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att minska effekter- na av spridning och diffraktion, och använder ledande element såsom trådar eller remsor orienterade i en riktning parallell med antennens längdaxel och har längder som väsentligt över- stiger en halv våglängd.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas i närmare detalj i sam- band med ett antal icke-begränsande utföringsexempel av upp- finningen visade på de bifogade ritningarna, där Fig. 1 visar en perspektivvy av en kombinerad antenn enligt uppfinningen med en ledande tråd upphängd mellan två diskreta antenner anordnade vid sidan av varandra, Fig. 2 visar ett schematiskt 10 15 20 25 30 534 968 tvärsnitt av en utföringsform av en kombinerad antenn med en gemensam radom bestående av tre delar, där en ledande tråd har integrerats i den mellersta delen, och visande denna senare del i en förstorad vy, Fig. 3 visar antennförstärk- ningen för båda polarisationerna i en av de två diskreta antennerna som en ensam antenn, Pig. 4 visar antennförstärk- ningen för båda polarisationerna i en av de två diskreta antennerna i en kombinerad antenn enligt känd teknik, Fig. 5 visar antennförstärkningen för båda polarisationerna i en av de två diskreta antennerna i en kombinerad antenn efter det att en ledande tråd har anordnats mellan de två diskreta antennerna anordnade vid sidan av varandra och bildande den kombinerade antennen visad i Fig. 2, Fig. 6 visar ett schema- tiskt tvärsnitt av en kombinerad antenn i en utföringsform användande en radom i ett stycke med en integrerad ledande tråd, och visande den ledande tråden i en förstorad vy, Fig. 7 visar en vy motsvarande den i Fig. 6 men med en radom med en ledande remsa fastsatt på insidan av radomen, Fig. 8 visar ett schematiskt tvärsnitt av en kombinerad antenn i en utfö- ringsform med två separata antennreflektorer utformade i ett stycke och med en radom med en integrerad ledande tråd, och visande den ledande tråden i en förstorad vy, Pig. 9 visar ett schematiskt tvärsnitt av en kombinerad antenn i en utfö- ringsform där en ledande tråd är upphängd genom användning av icke ledande hållare som är fastsatta vid antennens reflekto- rer, Fig. 10 visar ett schematiskt tvärsnitt av en utförings- form där en ledande remsa är upphängd genom användning av icke ledande hållare fastsatta vid antennens reflektorer, Fig. 11 visar en schematisk planvy av en utföringsform med två likadana diskreta antenner och en ledande tråd mellan de två diskreta antennerna, Fig. 12 visar en schematisk planvy av en utföringsform med två likadana diskreta antenner och flera ledande trådar placerade mellan de två diskreta anten- 10 15 25 30 534 958 nerna, och Fig. 13 visar en schematisk planvy av en utfö- ringsform av en trebandsantenn med en lång diskret antenn för lägre frekvenser och två korta diskreta antenner för högre frekvenser.

Principerna för föreliggande uppfinning visas i Fig. 1. Två diskreta antenner 1, 2 är kombinerade, och en ledande tråd 3 är upphängd mellan de två antennerna på en förbestämd höjd över antennens reflektorer 4, 5.

Diametern på tråden, dess läge relativt antennens reflektorer 4, 5, och dess längd bestäms lämpligen experimentellt.

I en första utföringsform visad i Fig. 2 är två bredbandiga antenner l, 2 av samma typ kombinerade, men uppfinningen är inte begränsad till användning av antenner av samma typ, frekvensband eller storlek. Likaså kan mer än två antenner kombineras till en kombinerad antenn 6. Antennerna 1, 2 är kombinerade genom mekanisk fastsättning av dem exempelvis med hjälp av konsoler, men även andra sätt att mekaniskt kombine- ra antennerna kan också användas. Typiskt kommer antennerna 1, 2 att vara placerade tätt intill varandra, men i vissa fall kan det vara av fördel att separera antennerna. I denna första utföringsform består antennradomen av tre strängspru- tade delar, de två yttre delarna 7, 8 har samma form men är spegelvända kring antennens och de är längdriktning L-L, ihopsatta vid varandra genom användning av en tredje del 9.

Radomdelarna är lämpligen gjorda av ett polymermaterial, och kan vara förstärkta genom användning av t.ex. glasfiber. En möjlig framställningsmetod är strängsprutning, men även andra En ledande tråd 10 är integrerad i den tredje delen 9 hos radomen. Om radomdelen 9 framställningsmetoder kan användas. är strängsprutad kan tråden 10 integreras i radomen under strängsprutningsprocessen. 10 15 20 25 30 534 968 I en annan utföringsform, icke visad, är en ledande remsa fastsatt vid den tredje delen 9 av radomen.

Strålningsegenskaperna för en av de två diskreta antennerna använd i en av de utföringsformer som beskrivits ovan mättes när antennen inte var kombinerad med någon annan antenn och förstärkningen vs frekvens visas i Fig. 3. Det framgår att förstärkningen ökar med frekvensen såsom kan förväntas. Det maximala uppmätta riktningsfelet uppgår till 1,5 grader.

Sedan kombinerades två antenner i enlighet med känd teknik.

Den uppmätta förstärkningen för en sådan kombinerad antenn visas i Fig. 4, och det framgår att förstärkningen har mins- kats med 0,5 dB vid lägre frekvenser, och det maximala upp- mätta riktningsfelet är 3,8 grader. Sedan mättes en kombine- rad antenn enligt uppfinningen och utföringsformen visad i Fig. 2. Det framgår av Fig. 5 att antennförstärkningen åter- igen är nära den som uppmättes för den diskreta antennen enbart, och det maximala uppmätta riktningsfelet har minskats till 2,0 grader, vilket är nära det ursprungliga riktningsfe- let.

En annan utföringsform av uppfinningen visas i Fig. 6. Två diskreta antenner l, 2 är anordnade vid sidan av varandra och monterade på en konsol 13 för att bilda den kombinerade an- tennen 6. Den kombinerade antennen 6 använder en gemensam radom för de diskreta antennerna l, 2. Radomen 14 är gjord i ett stycke. Ett ledande element i form av en tråd 10 är in- tegrerat i radomen 14 och sträcker sig huvudsakligen längs hela längden av den kombinerade antennen 6 och är beläget vid överdelen av radomen längs en separeringslinje separerande de Det är emellertid diskreta antennerna l, 2 från varandra. 10 15 25 30 534 958 inte nödvändigt att de diskreta antennerna 1, 2 ligger an mot varandra, utan de kan vara på något avstånd från varandra.

I en annan utföringsform visad i Fig. 7 är två diskreta an- tenner 1% 2 kombinerade och använder en gemensam radom 14 gjord i ett stycke och en ledande remsa 10 är fastsatt vid insidan av radomen 14 genom användning av ett bindemedel eller annat fastsättningsorgan. Med ledande remsa avses ett huvudsakligen långsträckt element med annan form än en tråd, såsom t.ex. kvadratisk eller rektangulär form.

I en annan utföringsform. visad i använder de två Fig. 8 diskreta antennerna reflektorer gjorda i. ett stycke 17 för dipolerna 15, 16 hos de två diskreta antennerna 1, 2. Hållare 18 gjorda av ett icke-ledande material såsom ett polymermate- rial är fastsatta vid en central längsgående fläns 19, sepa- Hállarna 18 kan också vara fastsatta vid antennreflektorn, eller någon rerande de diskreta antennerna 1, 2 från varandra. annan del av antennen.

I en annan utföringsform visad i Fig. 10, liknande den i Fig. 9, använder en kombinerad antenn med gemensam reflektor 17 hållare 18 för att hålla upp en ledande remsa 10.

Fig. 11 visar hur ett ledande element 10 som används i anten- nen sträcker sig längs hela längden av de kombinerade anten- nen som består av två liknande antenner 1, 2 anordnade vid sidan av varandra, men en ledare som inte sträcker sig längs hela längden av den kombinerade antennen kan också användas.

Det är också möjligt att använda ett antal diskreta ledande elementdelar 20 av en kortare längd, såsom visas i Fig. 12. 10 15 20 25 30 534 968 Fig. 13 visar ett utföringsexempel med en lågfrekvensantenn 21, t.ex. för GSM 900 MHz bandet, kombinerad med två liknande antenner 22, placerad vid sidan av och 23 för högre fre- DCS 1800 MHz bandet och UMTS 2100 MZ bandet. kvenser, t.ex.

De två antennerna 22, 23 är belägna vid änden av varandra, men med en av deras làngsidor längs en av lángsidorna på làgfrekvensantennen 21. Det ledande elementet 10 sträcker sig längs separeringslinjen mellan lågfrekvensantennen 21 och de tvâ antennerna 22, 23, men placeringen av det ledande elemen- tet måste bestämmas experimentellt, och den optimala placer- ingen behöver inte vara längs separeringslinjen mellan de två antennerna, utan snarare med en förskjutning i förhållande till denna separeringslinje.

I en annan utföringsform, icke visad, behöver de kombinerade antennerna inte peka i samma riktning, utan i riktningar som skiljer sig med en förbestämd vinkel i azimutplanet. I en sådan utföringsform kan anordningen för mekanisk fastsättning av de diskreta antennerna vara utförd på så sätt att antenn- reflektorerna för de diskreta antennerna inte är parallella med varandra.

I de presenterade utföringsformerna har den kombinerade an- tennen en gemensam radom, men uppfinningen är inte begränsad till antenner med en gemensam radom, utan det är också möj- ligt att kombinera en eller flera antenner där var och en har sin egen radom.

Flera utföringsformer har beskrivits, men uppfinningen är inte begränsad till dessa utföringsformer. Andra kombinatio- ner av de beskrivna utföringsformerna kan också användas. 10 534 958 10 Användningen av en radom i tre delar 7, 8, 9 såsom visas i Fig. 2 kan vara fördelaktig också i det fall när något ledan- de element inte används. En strängsprutad stor radom 14 såsom visas i Fig. 7 kräver en stor maskin för framställning, och detta reducerar antalet möjliga tillverkare. Verktygskostna- derna är höga, och på grund av det begränsade antalet till- verkare, kan ledtiderna bli långa. Den tredelade radom som visas i. Fig. 2 ger möjlighet till större flexibilitet och reducerar kostnader och ledtid för tillhandahållande av rado- mer för antenner av olika storlekar.

Claims (11)

10 15 20 25 30 534 968 ll Patentkrav

1. Antennarrangemang innefattande åtminstone två diskreta som är mekaniskt fastsatta vid varandra för (6), i nämnda kombinerade bas- antenner (1, 2), att bilda en kombinerad basstationsantenn varvid åtmin- stone två diskreta antenner (1, 2) stationsantenn (6) är belägna vid sidan av varandra, k ä n - (10) nat mellan de vid sidan av varandra belägna diskreta anten- n e t e c k n a t av att ett ledande element är anord- nerna (1, 2).

2. Antennarrangemang enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att de diskreta antennerna (1, 2) i den kombinerade basstationsantennen (6) är anordnade på separerade reflekto- rer (11, 12).

3. Antennarrangemang enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att de diskreta antennerna (1, 2) i den kombinerade basstationsantennen (6) är anordnade på reflektorer gjorda i ett stycke (17).

4. Antennarrangemang enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att det ledande elementet (10) är integrerat i en antennradom (7, 8, 9; 14), som täcker den kombinerade bassta- tionsantennen (6).

5. Antennarrangemang enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att det ledande elementet (10) är fastsatt vid en antennradom (14), tennen (1, 2). som täcker den kombinerade basstationsan- 10 15 20 25 534 568 12

6. Antennarrangemang enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att det ledande elementet (10) är anordnat på icke- ledande hållare (18), (17) hos den kombinerade basstationsantennen som är fastsatta vid en reflektor (6)-

7. Antennarrangemang enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att det ledande elementet (10) är i form av en tråd.

8. Antennarrangemang enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att det ledande elementet (10) är i form av en remsa.

9. Antennarrangemang enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att det ledande elementet (10) har en längd, som huvudsakligen motsvarar längden på den kombinerade bassta- tionsantennen (6).

10. Antennarrangemang k ä n n e t e c k - enligt krav l, n a t av att det ledande elementet är uppdelat i ett antal diskreta ledande elementdelar (20). k ä n n e t e c k - 2) i är anordnad i en

11. Antennarrangemang enligt krav 1, n a t av att reflektorer för de diskreta antennerna (1, den kombinerade basstationsantennen (6) vinkel i förhållande till varandra.