WO2015010760A1 - Breitband-antennenarray - Google Patents

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WO2015010760A1
WO2015010760A1 PCT/EP2014/001732 EP2014001732W WO2015010760A1 WO 2015010760 A1 WO2015010760 A1 WO 2015010760A1 EP 2014001732 W EP2014001732 W EP 2014001732W WO 2015010760 A1 WO2015010760 A1 WO 2015010760A1
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WO
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antenna
radiator
radiators
antenna array
additional
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/001732
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English (en)
French (fr)
Inventor
Maximilian GÖTTL
Original Assignee
Kathrein-Werke Kg
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/10—Resonant antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays

Definitions

  • the invention relates to a broadband antenna array according to the preamble of claim 1.
  • Antenna arrays are used, for example, in mobile radio base stations. They serve to send and receive, so to handle the communication with a variety of staying in the respective image cell cell subscribers.
  • the antennas can have a suitable directional characteristic for this purpose.
  • the size of the mobile radio cell can be changed and / or adjusted, inter alia, by different setting of a lowering angle (down-tilt) in its directional characteristic.
  • a generic antenna array comprises, for example, two antenna columns, which usually extend in the vertical direction predominantly in the vertical direction and are arranged side by side in the horizontal direction. There may be other such pairs be provided by antenna columns in the context of the antenna array.
  • each antenna column a plurality of radiator groups are located one above the other in the vertical direction, wherein each radiator group comprises at least one radiator.
  • radiators can have a simple dipole structure or consist of a crossed dipole or a dipole square.
  • vector dipoles as known, for example, from WO 00/39894 A1 or WO 2004/100315 A1 are also known.
  • patch emitters should also be mentioned which can radiate simply or dual-polarized.
  • emitters which are used for array antennas, thus for example for dielectric emitters, aperture emitters, slot emitters etc. Restrictions do not exist in this respect.
  • Monoband antennas as well as dual-band antennas or multi-band antennas have become known in the prior art. Such dual-band antennas often operate in the so-called 900 MHz and 1800 MHz or 1900 MHz band, for example, in frequency ranges from about 800 MHz to 1000 MHz on the one hand and 1700 MHz to 2200 MHz on the other.
  • emitters are then provided which radiate, for example, in a lower frequency band around 900 MHz on the one hand and in addition emitters which emit in a higher frequency band, for example in a 1800 MHz or 1900 MHz band.
  • broadband radiators which are used in particular in a high-frequency range, that is, for example, in a range of more than 1700 MHz to, for example, 2700 MHz. These are therefore broadband radio frequency emitters which can transmit and / or receive in a wide continuous frequency band.
  • broadband antenna arrays which are operable in a range of 1710 MHz to 2690 MHz or, for example, in a range of 698 MHz to 960 MHz
  • broadband radiators can be used to cover continuous frequency ranges which, for example, in the former case, are a frequency - Can cover spectrum of 1100 MHz and in the latter case of 829 MHz.
  • radiators, radiator devices and / or radiator groups in at least two antenna gaps or more it is thus possible using such broadband ger radiators can be realized much higher data rates in mobile communications.
  • the individual radiators, radiator devices and / or radiator groups in the individual antenna columns are generally operated in two mutually perpendicular polarization planes, these polarization planes preferably at an angle of + 45 ° and -45 ° relative to the horizontal or vertical are aligned, that is send and / or received in these two orthogonal aligned polarization planes or are also circularly or elliptically circularly polarized right- or left-handed circularly.
  • the problem arises that the column spacing between two adjacent columns of the antenna array is predefined by the mechanical structure and the mechanical construction of the entire antenna arrangement.
  • the disadvantage here is that despite the fixed mechanical gap distance, the electrical gap between the columns provided in the individual columns or radiator groups increases with increasing frequency.
  • an improvement in the suppression of the sidelobes by optimizing the column spacing is made possible by the fact that additional radiators are provided in the at least two antenna columns arranged with a fixed mechanical gap spacing, ie in each case at least an additional radiator, which is operated only for a higher frequency band or frequency subband in the broadband frequency spectrum.
  • additional or additional radiator groups are arranged in a smaller (adapted for the higher frequencies) column spacing to each other, compared with the radiator or column spacing, with which the individual radiators and radiator groups in the individual antenna columns of Antenna arrays are otherwise arranged.
  • These additional radiators for the high-frequency band or subband or for the higher frequency range or frequency subrange are fed via filters which serve as high pass.
  • the broadband, in the antenna array provided in an antenna column radiators or groups of radiators and provided in the respective antenna column additional radiator in the contrast high-frequency sub-spectrum are fed together, optionally with the interposition of phase shifter devices o- of -Glieder for setting a different down-tilt angle.
  • the aforementioned filter for the additional radiators acts as a high-pass filter and incorporates additional radiators, for the higher frequencies only at the higher frequencies with a correspondingly adjustable or predetermined power distribution.
  • this leads to a more constant electrical emitter spacing over the entire frequency band being achieved with a fixed mechanical emitter spacing for the broadband emitters, that is to say that it does not vary so much for the different frequencies in the entire broadband frequency spectrum, as a result of which the undesired Side lobes are significantly reduced.
  • the mechanical gap spacing between two antenna gaps for example between 0.2 and 1.5 of the wavelength, can be used. speaking wavelength is related to the center frequency and the center of the respective radiators covering the entire broadband frequency range. This range is preferably between 0.4 to. 0.8 wavelengths.
  • the broadband radiators are radiators having a relative bandwidth of, as mentioned, 25% or more, preferably at least 35%, 40% or even 45%. Relative bandwidths up to 50% and more are quite possible and conceivable.
  • the invention is particularly suitable for high-frequency broadband antenna arrays.
  • the invention can therefore be used preferably in a range above about 1700 MHz.
  • the supply of the high-frequency additional radiator which are operated only a high frequency subband, can be selected or set differently, in particular in relation to the broadband base emitters. So all radiators can be fed with the same power. It is also possible, however, that, for example, the additional radiators radiating in a high subfrequency band are fed with twice as much power as the remaining beams. sis spotlight. This also allows different electrical gap distances pretend and generate.
  • the antenna arrays can be designed both for the transmitting and for the receiving operation.
  • individual emitters and emitter groups can be provided only for the transmitting and other emitters and emitter groups only for the receiving operation.
  • the emitters or emitter groups provided in each case for the transmission as well as for the reception mode can have the same design or else be constructed differently. This also applies to the number of antenna columns used.
  • DE 10 2007 060 083 A1 discloses a multi-slit multiband antenna array as known, which comprises, for example, two columns.
  • this prior publication does not deal with the suppression of side lobes in broadband antenna devices with a relative bandwidth of, for example, over 25%, in particular of, for example, over 30% or even more than 40%, but this is a dual band or multiple band.
  • a band antenna arrangement in which the radiator means are arranged for a lower band in a column spacing suitable for this band, whereas the additional radiators and radiator means provided for the higher frequency band are arranged in the more narrow horizontal spacing suitable for this band of frequencies.
  • the arrangements are such that the radiators for the higher frequency band are provided twice as many as the radiators for the lower frequency band, because, for example, the radiators in the lower frequency band in a 900 MHz band and the Emitters for the higher frequency band, for example, in the 1800 MHz band and / or receive, which is expressly referred to in this pre-publication.
  • the radiators in the higher or lower frequency band are also fed separately.
  • WO 2004/051796 A1 discloses a two-column antenna array as known, which is constructed as a mono-band array.
  • each column radiators for example, dual-polarized radiators are arranged one above the other in the vertical direction.
  • the column spacing ie the distance between the radiators or radiator groups between two adjacent columns, according to this prior publication is about K / 2 based on the average operating wavelength, the column spacing basically in a range of 0.25 ⁇ to 1.0 ⁇ of the operating wavelength , preferably the average operating wavelength can be.
  • radiators or radiator groups In order to lower the horizontal half-width of the radiator or radiator groups to values below 75 ° in such a mono-band antenna array, it is provided that, for example, at least one radiator, which is fed together with all remaining radiators in one antenna group, is not in the same antenna group Together with the other powered emitters, but is positioned in the other antenna gaps. Again, this is a different case.
  • the invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments.
  • FIG. 7 a an enlarged one compared to FIGS. 1 to 4
  • FIG. 7a Exemplary embodiment of two pairs of antenna columns (four antenna columns); an embodiment of FIG. 7a modified with respect to a four-column antenna array; a modified embodiment with respect to a four-column antenna array, each with four superposed broadband radiators and a plurality of additional emitters; an embodiment modified from FIG. 8a, in which the additional radiators are provided only in the two middle antenna gaps; an embodiment of FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a first embodiment of the invention is explained.
  • the mobile radio antenna 1 shown in FIG. 1 in the form of an antenna array 1 'comprises, for example, two antenna columns S, 5a, 5b which usually extend in the vertical direction or predominantly in the vertical direction.
  • the mobile radio antenna 1 for example, be aligned with respect to the vertical more or less slightly inclined.
  • phase shift devices are usually provided in order not only to predetermine a down-tilt angle mechanically, but to be able to adjust the angle differently and thus variably if necessary by changing the phase shifter elements. In this respect, reference is made to known solutions.
  • Such an antenna array 1 usually comprises a reflector 7 which then extends vertically or at least approximately vertically according to the preferred vertical orientation of the antenna array.
  • the radiators or radiator groups shown in FIG. 1 are arranged.
  • a radiator group 9 is provided in the left as well as in the right-hand antenna column 5, ie, 5a, 5b, each at a vertical distance above each other, which consists of at least one radiator 11 or at least comprises a radiator 11.
  • two radiator groups 9 are provided in each of the two antenna gaps 5, each of which includes a radiator 11, which may be designed, for example, as a simply polarized or dual-polarized radiator.
  • used vector emitters which are dual polarized operable.
  • Such vector emitters can be found, for example, in the prior publications WO 00/39894 A1 or WO 2004/190315 A1 as known.
  • These vector radiators can have at least approximately or partially a square shape in plan view, wherein the radiating elements or radiator surfaces extending in a square shape are arranged at a distance A from the reflector 7 and via a corresponding antenna base and / or a symmetry 13 as a rule anchored to the reflector, galvanic or capacitive ( Figure 2).
  • the reflector may also consist of a printed circuit board, which may be coated with a corresponding electrically conductive layer in the form of a metallization.
  • FIG. 2 a schematic side view of the antenna array according to FIG. 1 can be seen.
  • the antenna columns or the reflector 7 can be surrounded or bounded by webs 15 which rise relative to the reflector plane 7 'and are oriented perpendicular or inclined to the reflector plane 7'.
  • Such webs can also be formed as separating webs 15 'between the two antenna gaps 5a and 5b shown.
  • a web 17 lying at the top as well as at the bottom and horizontally delimiting the antenna gaps can also be provided.
  • the emitter groups or emitters 9, 11 in each antenna column 5 are arranged along a vertical mounting direction 19 at a predetermined vertical distance from one another, in particular the centers 9 'of the emitter groups. pen 9 or the centers 11 'of the radiator 11. These centers 9', 11 'are positioned centrally in the respective antenna gaps 5, which is preferred but not mandatory.
  • the width B of the two antenna columns is the same size.
  • the central web 15 'extending between the two antenna columns 5a, 5b simultaneously forms a plane of symmetry SE oriented perpendicular to the reflector plane 7', with respect to which the two antenna columns 5a, 5b are formed and arranged are, including the broadband radiator 11 and / or the broadband radiator groups 9 as well as the subsequently explained additional radiator 21.
  • the radiator groups 9 and / or provided in the radiator groups one or a plurality of radiators 11 can not always be arranged necessarily on a common contour line. With an appropriate distance from each other they can nevertheless be positioned offset in the vertical direction in the respective antenna gaps.
  • FIG. 3 merely serves to better illustrate the mode of action. From this it can be seen that the centers 9 ', 11' of the radiator groups 9 or the radiator 11, relative to lent the arranged in the respective adjacent antenna column heaters are positioned at a distance a, that are positioned at a horizontal distance a to each other in vertical alignment of the antenna columns, which is preferably between 0.25 ⁇ to 1.0 ⁇ , for example K / 2 based on the mean operating wavelength. In the following, this horizontal distance a between the centers of the radiator groups 9 or radiators 11 in the two adjacent antenna columns 5 is assumed, even if the centers of the radiator groups or radiators are not positioned exactly on the same contour but at a different altitude.
  • the column spacing i. as a distance of the centers between two radiators or radiator groups in two adjacent antenna columns
  • the optimum column spacing can not be achieved because it changes greatly over the large frequency range.
  • the relative column spacing relevant to the radiation pattern varies with respect to the wavelength ⁇ due to the very large bandwidth of the antenna.
  • radiators 11 shown in FIGS. 1 and 3, which are arranged in the left-hand antenna gap 5a, are fed together, as are the radiators 11 arranged in the right-hand antenna column 5b, which are also fed together, in each case fed together per polarization (whereby the individual radiators or radiator groups positioned above one another can also be differently adjusted in their phase position by phase members and variably adjustable phase members such as phase shifters, in order to be able to set different downtilt angles ,
  • per antenna column 5 at least one additional radiator 21, ie 21a or 21b is inserted, which is also single, dual, circular or elliptically polarized, according to the radiation 11, which are also single, dual, circular or elliptical polarized.
  • the additional radiator 21a in the first Antennenspal- te 5a is fed together with the other broadband radiators 11 in the first antenna column 5a, as well as the additional additional radiator 21b in the second antenna column 5b with the there in the second antenna column 5b provided broadband radiators 11 is fed together.
  • these additional radiators 21a and 21b are intended to transmit and / or receive only in a higher partial frequency range or partial frequency band, preferably of the broadband frequency range (frequency band), in which the radiators 11, which in some cases also act as broadband base frequencies. Emitters 11 are called, send and / or receive. In other words, these additional radiator 21, so the so-called auxiliary radiator 21 should not be fed at low frequencies.
  • Additional radiators 21 are each arranged at a closer distance, in particular horizontal distance b (b being the distance between the centers 21 'a and 21' b of the respective additional radiators 21a and 21b), with one Additional radiator 21 of the left antenna column 5a and the second additional radiator 21 of the right antenna column 5b is assigned or positioned there.
  • the broadband radiator 11 as well as the additional radiator 21 may be fed with the same power or the same amplitude.
  • the additional radiator are supplied to the broadband radiator with higher power or higher amplitudes, for example, twice as high performance. It would also be possible to supply low power or low amplitude with respect to the additional radiators with respect to the broadband radiators. In that case, however, the desired effect with regard to a reduction in the electrically effective gap between the antenna gaps would also be lower, which is generally undesirable.
  • these additional emitters 21 are preceded independently of one another in the respective antenna gaps 5a and 5b by a filter function or a filter F, as shown in principle in FIG.
  • the filter F acts in each case as a high-pass or bandpass filter or as a band-stop filter for lower frequencies and binds the additional radiator for the higher frequencies with a desired power distribution.
  • the filter function F ie in particular the mentioned filter F, in particular for feeding the additional radiator 21 in a higher frequency band or a higher partial frequency band compared to the broadband frequency band which is sent and / or received via the broadband radiator 11 are preferably part of a distribution network or distribution network N, wherein a distribution network Na for the jointly fed broadband emitter IIa and the at least one associated additional emitter 21a and a distribution network Nb for the jointly fed broadband emitter IIb and the at least one associated Additional radiator 21b is provided.
  • each distribution network Na and Nb can be formed separately again for the respective polarization of the preferably dual-polarized radiators. Reference is made in this respect to known and customary methods and solutions.
  • the mentioned broadband radiators 11, ie IIa and IIb are broadband radiators, with a relative bandwidth of preferably more than 25%, in particular more than 30%, 35%, 40% or even more than 45% (im Extreme case even more than 50%) can send and / or receive. Especially with such broadband radiators there is the problem of undesirable side lobe formation whose emergence or influence should be avoided in the invention or significantly reduced in the effect.
  • the Radiators 21 upstream filter group F ensures that these additional radiators 21a and 21b radiate only in a subfrequency band, for example, 2300 MHz to 2690 MHz (or, for example, only in a subfrequency band from 2500 MHz to 2690 MHz), ie send and / or received.
  • the emitters 9 'in each antenna column 5 are jointly supplied with the plane-associated single or multiple auxiliary emitters 21, whereby the above filter F, preferably in the form of a bandpass filter, causes the respective additional emitter 21 to have only a higher subfrequency band in the emitter zone. and / or receive mode is assigned.
  • 9 phase adjusting elements in particular variable phase actuators, can then be provided between the individual radiators 11 or radiator groups arranged one above the other in order to be able to set a different down-tilt angle in spite of the common supply of the radiators in the respective antenna group.
  • the frequency ranges emitted via the additional radiators are emitted at a center frequency f H which is higher than the center frequencies f T with respect to the broadband frequency range which is transmitted or received via the broadband radiators 11 ,
  • the frequency subband emitted with the higher center frequency f H overlaps with the one with a comparatively lower frequency Mid-frequency f H radiated broadband overall frequency band.
  • radiator groups 9 each having a radiator 11 are arranged in the left and right antenna gaps 5a, 5b, and likewise, as in the preceding exemplary embodiments, at a regular vertical distance v between them neighboring centers 9 'and 11' of the radiator groups 9 and the radiator 11 to each other.
  • an additional radiator 21, ie 21a is preferably centrally located between them and offset to the respectively adjacent antenna gaps and 21b which transmits and / or receives in the high-frequency sub-frequency band.
  • the antenna arrangement is such that the radiators or radiator groups 11, 9 in the two upper regions or halves 105a of the antenna columns 5 for the transmission mode TX and the radiators and radiator groups 11, 9 in the two lower regions or halves 105b the antenna columns 5 are provided for the receiving operation RX. Otherwise emitters for each half of the entire antenna array, the structure as explained with reference to Figures 1 to 4, wherein always the emitters 11 for the transmission operation in an antenna column 5 with the respectively provided there, at least one or more additional emitters 21 for each Polarization are fed together. With reference to FIG. 6, a modification has been made with respect to FIG.
  • the additional radiators 21 mentioned and explained are provided only in the upper half 105a for the transmission mode Tx for changing the effective horizontal distance between the antenna columns or the centers of the radiators are.
  • the broadband radiators 11 or radiator groups 9 with the broadband radiators 11
  • no additional auxiliary radiators 21 are provided in the reception mode Rx provided the antenna columns.
  • the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2 can also be doubled insofar as in each case two pairs of respectively two antenna columns 5a, 5b are provided adjacent to one another in the horizontal direction.
  • the mobile radio antenna according to the invention with the two antenna columns corresponding to the structure according to FIGS. 1 to 4 is formed and provided centrally, wherein in each case an additional antenna gap 5 'or 5 "is additionally provided on the outside, the conventional manner - as in FIG State of the art also - is operated without additional radiator 21.
  • FIG 8a now shows an embodiment in an expanded form, in which, for example, two pairs of antenna columns 5a, 5b are provided, which are arranged side by side in the horizontal direction.
  • four radiator groups 9 are arranged one above the other in the vertical direction in an angularly spaced arrangement in each antenna column.
  • each emitter group 9 comprises only one emitter 11, preferably a dual-polarized emitter, for example in the form of the vector dipole known from the prior art.
  • each radiator column 5 In each case between two (in front of an associated common reflector) arranged one above the other radiators or radiator groups 11, 9 is preferably in the middle between and on the respective adjacent antenna column 5 to shifted an additional radiator 21 is arranged. In the case of n radiators or radiator groups 11, 9 arranged one above the other, therefore, n-1 additional radiators 21 are provided in each antenna column 5. Otherwise, the mechanical structure is the same as the electrical mode of action with respect to the two left antenna columns 5a and 5b shown in FIG. 8a and the associated radiators, and the electrical mode of action with respect to the two antenna columns 5a and 5b located on the right in FIG. 8a with the broadband radiators provided there 11 and additional radiators 21 similar to the embodiment described with reference to Figures 1 to 4.
  • FIG. 8b shows a corresponding modification with respect to FIG. 8a, similar to the modification of FIG. 7b with respect to FIG. 7a.
  • the mentioned additional radiator 21 are arranged in accordance with the described structure only with respect to the two middle antenna columns accordingly. 8c, the corresponding structure is reproduced similarly to FIG.
  • the antenna array comprises only two antenna gaps 5, with the radiators or radiator groups 11, 9 positioned n-1 at a distance from each other, positioned along an attachment line 19 and in a corresponding cultivation line 19 'positioned in each antenna column additional radiators 21, these two attachment lines 19, 19' and thus the centers of these additional radiators 21 are arranged at a closer distance b to each other, ie asymmetric to the central longitudinal plane in a respective Antenna column.
  • the supply of the respective additional radiator 21 for each antenna column can also be effected inversely to the preceding exemplary embodiments.
  • the electrical interconnection of the emitters 11 and the emitter groups 9 or the positioning of the additional emitters 21 differs.
  • each of these radiator groups 9 can comprise more than one radiator 11, for example.
  • each emitter group 9 comprises, for example, two emitters 11 which are each fed together and in phase (although three or even more emitters may be provided in each emitter group or may be provided only in a part of the emitter groups, and in this case, the additional, belonging to a radiator groups 9 spotlights not only in the vertical cultivation direction one above the other but if necessary also additionally horizontally next to each other in a common antenna column can sit).
  • an additional radiator 21 is provided for each of the radiator groups 9; ter interposition of a filter F is also fed together with the respective same radiator group 9 belonging radiator 11, so also in-phase, unless an additional phase shift element is provided.
  • phase radiator devices 25, for example a double phase shifter 25a allow each emitter group 9, which is offset in the vertical direction, to be supplied with a different phase angle.
  • all emitters 11 and additional emitters 21 in each antenna column are fed together for each polarization, but this does not exclude that different phase positions can be set for the different emitters or emitter groups positioned one above the other in the vertical direction.
  • reference is made to known solutions for setting a downtilt angle for example, to the pre-publication EP 1 208 614 B1.
  • phase position can also be set differently for the second antenna gaps 5, 5b correspondingly for the emitters 11 and additional emitters 21 provided there.
  • the use of the auxiliary emitters results in a more constant realization of the radiation pattern, in particular by the desired sidelobe suppression which otherwise occurs in solutions according to the prior art.
  • the lateral offset of the positioning of the additional radiator 21 brings about a clear improvement in "beamforming". Operation, ie, the base station controls the two antenna columns 5, 5a, 5b so that even in the horizontal plane variable Strahlschwen- effect or change in the half-width is achieved.
  • the mentioned antenna array can consist of two columns or several, preferably in each case two columns comprehensive arrangements.
  • the antenna array has broadband radiator for the broadband range and radiators for a contrast higher and usually narrower frequency range, which overlap, partially overlap or do not overlap flush.
  • the antenna array includes one or more filters, the filters provided in particular for the additional radiators are integrated in a distribution network with a corresponding filter function.
  • the mentioned filters can be designed in the form of high-pass filters or band-stop filters, band-pass filters or by means of other suitable measures to select or suppress the desired frequencies.
  • the mechanical gap spacing between antenna columns can be, for example, 0.2 to 1.5 wavelengths relative to the center frequency or the middle of the broadband radiators, which cover the broadband frequency range, in particular in the form of the entire broadband frequency range.
  • the corresponding column spacing may therefore be preferably 0.4 to 0.8 wavelengths.
  • the radiators can be supplied and / or operated with the same power distribution or with unequal power distribution.
  • the broadband emitters with the same power distribution and the additional emitters for the higher frequency band or the higher partial frequency band with the same or higher power can be fed or operated.
  • the mentioned distribution network can be designed as a printed board (printed circuit board).
  • the distribution network can also be designed with cables and filters.
  • the distribution network may also be a hybrid design using a printed board and cables.
  • the antenna array may comprise broadband radiators and / or auxiliary radiators for transmission (Tx) and reception (Rx) operations separately and separately.
  • the antenna array can be designed to be the same or different for both transmit (Tx) and receive (Rx) operations.
  • the antenna array may comprise a different number or an equal number of columns for the transmit (Tx) and receive (Rx) operations.
  • the antenna array preferably comprises dual-polarized radiators which are designed and / or positioned in the manner of an X-polarization, so that the planes of polarization come to lie in a + 45 ° or -45 ° angle with respect to the horizontal plane or the vertical.
  • the additional emitters not only improve the radiation diagram in the horizontal plane, but also bring about a frequency-related approximation of the vertical radiation pattern.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

Ein verbessertes Antennenarray zeichnet sich u.a. durch folgende Merkmale aus : in zumindest zwei Antennenspalten (5; 5a, 5b) ist jeweils zumindest ein Zusatz -Strahler (21; 21a, 21b) vorgesehen, die zumindest beiden Zusatz -Strahler (21; 21a, 21b) sind so angeordnet, dass die Zentren (21 'a, 21 'b) der zumindest beiden Zusatz-Strahler (21; 21a, 21b) in einem horizontalen Seitenabstand (b) angeordnet sind, der kleiner ist als der Seitenabstand (a) zwischen den Zentren (9', 11') der Strahlergruppen (9) oder der Strahler (11) in den beiden Antennenspalten (5; 5a, 5b), die Breitband-Strahler (11; 11a, 11b) in einer jeweiligen Antennenspalte (5; 5a, 5b) werden zusammen mit dem zumindest einen Zusatz-Strahler (21; 21a, 21b) gemeinsam gespeist, und es ist ein Verteilnetzwerk (N; Na, Nb) für die zumindest eine Strahlergruppe (9; 9a, 9b) mit dem zumindest einen zugehörigen Strahler (11; 11a, 11b) mit einer zugehörigen Filterfunktion (F) für den zumindest einen zugehörigen Zusatz -Strahler (21; 21a, 21b) vorgesehen, die gegenüber den Breitband-Strahlern in einem höheren Frequenz-Teilband strahlen.

Description

Breitband-Antennenarray
Die Erfindung betrifft ein Breitband-Antennenarray nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Antennenarrays werden beispielsweise in Mobilfunk-Basis- stationen eingesetzt. Sie dienen zum Senden und Empfangen, also zum Abwickeln der Kommunikation mit einer Vielzahl von sich in der betreffenden Bildfunkzelle aufhaltenden Teilnehmern. Die Antennen können dazu eine ge- eignete Richtcharakteristik aufweisen. Die Größe der Mobilfunkzelle kann u.a. durch unterschiedliche Einstellung eines Absenkwinkels (Down-Tilt) in ihrer Richtcharakteristik verändert und/oder eingestellt werden. Ein gattungsbildendes Antennenarray umfasst beispielsweise zwei Antennenspalten, die üblicherweise in Vertikalrichtung ober überwiegend in Vertikalrichtung ausgerichtet verlaufen und in Horizontalrichtung nebeneinander angeordnet sind. Es können weitere derartige Paare von Antennenspalten im Rahmen des Antennenarrays vorgesehen sein.
Üblicherweise befinden sich in jeder Antennenspalte meh- rere Strahlergruppen in Vertikalrichtung beabstandet übereinander, wobei jede Strahlergruppe zumindest einen Strahler umfasst.
Es kann sich dabei um einfach polarisierte, um dualpola- risierte oder um zirkular-polarisierte Strahler handeln. Die Strahler selbst sitzen dabei in der Regel vor einem Reflektor. Es könnten die unterschiedlichsten Strahler und Strahlertypen eingesetzt werden, beispielsweise Dipolstrahler, wie sie grundsätzlich aus der DE 197 22 742 A oder der DE 196 27 015 A bekannt sind. Die Dipolstrahler können dabei eine einfache Dipolstruktur aufweisen oder aus einem Kreuzdipol oder einem Dipolquadrat bestehen. Bekannt sind insoweit vor allem auch sogenannte Vektordipole, wie sie beispielsweise aus der WO 00/39894 AI oder der WO 2004/100315 AI bekannt sind. Der Vollständigkeit halber sollen als weiteres mögliches Beispiel auch Patchstrahler erwähnt werden, die einfach o- der dualpolarisiert strahlen können. Ferner wird angemerkt, dass das erwähnte Prinzip für alle Strahlertypen einsetzbar ist, die für Gruppenantennen verwendet werden, somit also beispielsweise für dielektrische Strahler, Aperturstrahler, Schlitzstrahler, etc. Beschränkungen bestehen insoweit nicht. Im Stand der Technik sind dabei Monoband-Antennen wie aber auch Dualband-Antennen oder Multiband-Antennen bekannt geworden. Derartige Dualband-Antennen arbeiten häufig im sogenannten 900 MHz und 1800 MHz bzw. 1900 MHz -Band, beispielsweise also in Frequenzbereichen von etwa 800 MHz bis 1000 MHz einerseits und 1700 MHz bis 2200 MHz andererseits. Dazu sind dann Strahler vorgesehen, die beispielsweise in einem niedrigeren Frequenz - band um 900 MHz zum einen strahlen und zusätzlich Strahler die in einem höheren Frequenzband, beispielsweise in einem 1800 MHz oder 1900 MHz-Band strahlen.
Im Rahmen jüngster Entwicklungen ist es nun aber auch möglich geworden sogenannte breitbandige Strahler bereit zu stellen, die insbesondere in einem hochfrequenten Bereich eingesetzt werden, also beispielsweise in einem Bereich von über 1700 MHz bis beispielsweise 2700 MHz. Es handelt sich dabei also um breitbandige Hochfrequenz - Strahler, die in einem breiten durchgängigen Frequenzband senden und/oder empfangen können.
Die relativen Bandbreiten derartiger moderner Antennen- arrays mit beispielsweise zwei Antennenspalten betragen also inzwischen annähernd bis zu 50%. Werden beispielsweise breitbandige Antennenarrays eingesetzt, welche in einem Bereich von 1710 MHz bis 2690 MHz oder beispielsweise in einem Bereich von 698 MHz bis 960 MHz betreib- bar sind, so können mit derartigen breitbandigen Strahlern kontinuierliche Frequenzbereiche abgedeckt werden, die beispielsweise im erstgenannten Falle ein Frequenz- spektrum von 1100 MHz und im zweitgenannten Falle von 829 MHz abdecken können.
Mit derartigen Strahlern, Strahlereinrichtungen und/oder Strahlergruppen in zumindest zwei Antennenspalten oder mehr können also unter Verwendung derartiger breitbandi- ger Strahler sehr viel höhere Datenraten im Mobilfunk realisiert werden. Dies gilt umso mehr, wenn die einzelnen Strahler, Strahlereinrichtungen und/oder Strahlergruppen in den einzelnen Antennenspalten in der Regel in zwei senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen betrieben werden, wobei diese Polarisationsebenen bevorzugt in einem Winkel von +45° bzw. -45° gegenüber der Horizontalen oder Vertikalen ausgerichtet sind, also in diesen beiden orthogonal zueinander ausgerichteten Pola- risationsebenen senden und/oder empfangen oder auch rechts- oder linksdrehend zirkulär oder elliptisch zirkulär polarisiert sind.
Um möglichst hohe Datenraten erzielen zu können, ist es zudem wichtig, dass Interferenzen soweit als möglich gering gehalten werden. Dies erfordert, dass die an sich auftretenden Nebenkeulen im Rahmen der Strahlungscharakteristik des Antennenarrays soweit als möglich unterdrückt werden .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, eine verbesserte Antennenanordnung, d.h. ein verbessertes Antennenarray insbesondere für den Mobilfunk zu schaffen, welches eine verbesserte Strahlungscharakteristik durch eine hohe Unterdrückung störender Nebenkeulen über einen großen Frequenzbereich aufweist.
Die Erfindung wird entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Es muss als durchaus überraschend bezeichnet werden, dass mit vergleichsweise einfachen Mitteln auch bei sehr breitbandigen Antennenarrays (die eine relative Bandbreite von beispielsweise über 25% und mehr aufweisen) eine verbesserte Strahlungscharakteristik durch eine verbesserte Dämpfung und Unterdrückung von unerwünschten Nebenkeulen erzielt werden kann.
Es hat sich nunmehr gezeigt, dass die Unterdrückung unerwünschter Nebenkeulen ferner erfordert, dass die Spaltenabstände zwischen den Antennenspalten derartiger breitbandiger Antennen verbessert werden müssen.
Hier stellt sich insbesondere bei den angesprochenen breitbandigen Antennenarrays das Problem, dass der Spaltenabstand zwischen zwei benachbarten Spalten des Anten- nenarrays fest vorgegeben ist, und zwar durch den mechanischen Aufbau und die mechanische Konstruktion der gesamten Antennenanordnung. Nachteilig ist dabei, dass trotz des fest vorgegebenen mechanischen Spaltenabstandes der elektrische Spaltenabstand zwischen den in den einzelnen Spalten vorgesehen Strahlern oder Strahlergruppen mit der steigenden Frequenz zunimmt. Diese Zunahme stellt vor allem bei breitbandigen Strahlern ein zunehmend größer werdendes Problem dar. Erfindungsgemäß wird eine Verbesserung zur Unterdrückung der Nebenkeulen durch eine Optimierung der Spaltenabstände dadurch ermöglicht, dass zusätzliche Strahler in den zumindest beiden mit festem mechanischem Spaltenabstand angeordneten Antennenspalten vorgesehen sind, d.h. jeweils zumindest ein zusätzlicher Strahler, der lediglich für ein höheres Frequenzband oder Frequenzteilband in dem breitbandigen Frequenzspektrum betrieben wird. Diese lediglich in einem höheren Spektrum oder Teil- Spektrum des gesamten breitbandigen Spektrums betriebenen Zusatz -Strahler oder Zusatz -Strahlergruppen sind in einem geringeren (für die höheren Frequenzen angepass- ten) Spaltenabstand zueinander angeordnet, verglichen mit dem Strahler- oder Spaltenabstand, mit dem die einzelnen Strahler und Strahlergruppen in den einzelnen Antennenspalten des Antennenarrays ansonsten angeordnet sind. Diese Zusatz -Strahler für das hochfrequente Band oder Teilband oder für den höheren Frequenzbereich oder Frequenzteilbereich werden dabei über Filter gespeist, die als Hochpass dienen. Mit anderen Worten werden die breitbandigen, an sich im Antennenarray in einer Antennenspalte vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppen sowie die in der betreffenden Antennenspalte vorgesehenen zusätzlichen Strahler in dem demgegenüber hochfrequenten Teilspektrum gemeinsam gespeist, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Phasenschieber-Einrichtungen o- der -Gliedern zur Einstellung eines unterschiedlichen Down-Tilt-Winkels . Das erwähnte Filter für die zusätzli- chen Strahler wirkt als Hochpass und bindet zusätzliche Strahler, für die höheren Frequenzen auch nur bei den höheren Frequenzen mit einer entsprechend einstellbaren oder vorgegebenen Leistungsaufteilung ein. Dies führt im Rahmen der Erfindung dazu, dass bei fixem mechanischen Strahlerabstand für die breitbandigen Strahler ein konstanterer elektrischer Strahlerabstand über das komplette Frequenzband erreicht wird, also für die unterschiedlichen Frequenzen in dem gesamten breitbandigen Frequenz - spektrum nicht so stark variiert, wodurch die uner- wünschten Nebenkeulen deutlich verringert werden. Im Rahmen der Erfindung kann dabei der mechanische Spaltenabstand zwischen zwei Anntenspalten, beispielsweise zwischen 0,2 bis 1,5 der Wellenlänge liegen, wobei die ent- sprechende Wellenlänge bezogen ist auf die Mittenfrequenz und die Mitte der jeweiligen Strahler, die den gesamten breitbandigen Frequenzbereich abdecken. Dieser Bereich liegt bevorzugt zwischen 0,4 bis. 0,8 Wellenlän- gen.
Bei den breitbandigen Strahlern handelt es sich um Strahler, die eine relative Bandbreite von wie erwähnt 25% und mehr aufweisen, vorzugsweise von zumindest 35%, 40% oder sogar 45%. Relative Bandbreiten bis zu 50% und mehr sind durchaus möglich und denkbar.
Die Erfindung eignet sich vor allem für hochfrequente breitbandige Antennenarrays . Die Erfindung kann also bevorzugt in einem Bereich oberhalb von ca. 1700 MHz eingesetzt werden. Möglich ist aber auch die Erfindung in einem demgegenüber deutlich niedrigeren Frequenzbereich zu realisieren, beispielsweise in einem Frequenzband von 694 MHz bis 960 MHz, insbesondere von 790 MHz bis 960 MHz.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dabei ferner vorgesehen, dass die Speisung der hochfrequenten zusätzlichen Strahler, die lediglich einem hochliegenden Teilfrequenzband betrieben werden, unterschiedlich vorgewählt oder eingestellt werden kann, insbesondere in Relation zu den breitbandigen Basis- Strahlern. So können alle Strahler mit der gleichen Leistung gespeist werden. Möglich ist aber auch, dass beispielsweise die zusätzlichen, in einem hohen Teilfrequenz-Band strahlenden Strahler mit einer doppelt so hohen Leistung gespeist werden, wie die verbleibenden Ba- sis-Strahler . Auch dadurch lassen sich unterschiedliche elektrische Spaltenabstände vorgeben und erzeugen.
Die Antennenarrays können sowohl für den Sende- als auch für den Empfangsbetrieb ausgebildet sein. Dabei können einzelne Strahler und Strahlergruppen nur für den Sende- und andere Strahler und Strahlergruppen nur für den Empfangs-Betrieb vorgesehen sein. Die jeweils für den Sende- wie für den Empfangs-Betrieb vorgesehenen Strahler oder Strahlergruppen können gleich aufgebaut oder aber auch unterschiedlich aufgebaut sein. Dies gilt auch bezüglich der verwendeten Anzahl der Antennenspalten.
Grundsätzlich ist zwar auch aus der DE 10 2007 060 083 AI ein Mehrspalten-Multiband-Antennenarray als bekannt zu entnehmen, welches beispielsweise zwei Spalten um- fasst. Diese Vorveröffentlichung befasst sich aber nicht mit der Unterdrückung von Nebenkeulen in breitbandigen Antenneneinrichtungen mit einer relativen Bandbreite von beispielsweise über 25%, insbesondere von beispielsweise über 30% oder sogar über 40%, sondern es handelt sich hierbei um eine Dual -Band- oder Mehr-Band-Antennenanordnung, bei welcher die Strahlereinrichtungen für ein niedrigeres Band in einem für dieses Band geeigneten Spaltenabstand angeordnet sind, wohingegen die für das höhere Frequenzband vorgesehenen zusätzlichen Strahler und Strahlereinrichtungen in dem für dieses Frequenzband geeigneteren engen Horizontal-Abstand angeordnet sind. Die Anordnungen sind dabei derart, dass die Strahler für das höhere Frequenzband in einer doppelt so hohen Anzahl wie die Strahler für das niedrigere Frequenzband vorgesehen sind, weil beispielsweise die Strahler in dem niedrigeren Frequenzband in einem 900 MHz Band und die Strahler für das höhere Frequenzband beispielsweise in dem 1800 MHz Band senden und/oder empfangen, worauf ausdrücklich in dieser Vorveröffentlichung hingewiesen wird. Dazu werden die Strahler in dem höheren oder nied- rigeren Frequenzband auch separat gespeist.
Schließlich ist auch aus der WO 2004/051796 AI ein zweispaltiges Antennenarray als bekannt zu entnehmen, welches als Mono-Band-Array aufgebaut ist. In jeder Spalte sind in Vertikalrichtung übereinander liegend Strahler, beispielsweise dualpolarisierte Strahler angeordnet. Der Spaltenabstand, also der Abstand zwischen den Strahlern oder Strahlergruppen zwischen zwei benachbarten Spalten, soll gemäß dieser Vorveröffentlichung etwa K/2 bezogen auf die mittlere Betriebswellenlänge betragen, wobei der Spaltenabstand grundsätzlich in einem Bereich von 0,25 λ bis 1,0 λ der Betriebswellenlänge, vorzugsweise der mittleren Betriebswellenlänge liegen kann. Um bei einem derartigen Mono-Band-Antennenarray gegebenenfalls die horizontale Halbwärtsbreite der Strahler oder Strahlergruppen auf Werte unter 75° abzusenken, ist vorgesehen, dass z.B. jeweils zumindest ein Strahler, der gemeinsam mit allen verbleibenden Strahlern in einer Antennengruppe gespeist wird, nicht in derselben Antennengruppe ge- meinsam mit den anderen gespeisten Strahlern, sondern in der jeweils anderen Antennenspalte positioniert wird. Auch hier handelt es sich also um eine andere Fallgestaltung. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungs- beispielen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen: eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antennen- arrays mit zwei Antennenspalten; eine schematische horizontale Seitenansicht auf das in Vertikalrichtung verlaufende An- tennenarray; eine Darstellung basierend auf dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 2 zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele ; eine entsprechende Darstellung zu Figur 2 mit noch zusätzlich eingezeichneten Filtern, vorzugsweise in Form eines Bandpassfilters zur Speisung der in jeder Antennenspalte vorgesehenen Zusatz -Strahler lediglich in einem höheren Teilfrequenzband; ein erweitertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit getrennten Strahlern für den Sende- und Empfangsbetrieb; ein zu Figur 5 leicht abgewandeltes Ausführungsbeispiel ;
Figur 7a: ein gegenüber den Figuren 1 bis 4 erweitertes
Ausführungsbeispiel für zwei Paare von Antennenspalten (vier Antennenspalten) ; ein zu Figur 7a abgewandeltes Ausführungsbei- spiel bezüglich eines vier-spaltigen Anten- nenarrays ; ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel bezüglich eines vier-spalten Antennenarrays mit jeweils vier übereinander angeordneten Breitband-Strahlern und jeweils mehreren Zusatz- Strahlern; ein zu Figur 8a abgewandeltes Ausführungsbei- spiel, bei welchem die Zusatz-Strahler nur in den beiden mittleren Antennenspalten vorgesehen sind; ein zu Figur 8a abgewandeltes Ausführungsbei- spiel bezüglich eines lediglich zweispaltigen Antennenarrays; ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel , bei dem die elektrische Zusammenschaltung der einzelnen Antennengruppen gegenüber den anderen Ausführungsbeispielen unterschiedlich ausgestaltet ist; und ein weiteres Ausführungsbeispiel eines zweispaltigen Antennenarrays mit in jeder Spalte jeweils vorgesehenen vier Antennengruppen mit jeweils zwei Strahlern, einer Filtereinrichtung und einem Zusatz-Strahler, wobei diese Strahler ferner noch über Phasenschieber in ihrem Down-Tilt-Winkel unterschiedlich einstellbar sind. In Figur 1 ist in schematischer Draufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Die in Figur 1 gezeigte Mobilfunkantenne 1 in Form eines Anten- nenarrays 1' umfasst z.B. zwei AntennenspaltenS , 5a, 5b die üblicherweise in Vertikalrichtung oder überwiegend in Vertikalrichtung ausgerichtet verlaufen. Dabei kann die Mobilfunkantenne 1 beispielsweise auch gegenüber der Vertikalen mehr oder weniger leicht geneigt ausgerichtet sein. Zusätzlich sind üblicherweise Phasenschieberein- richtungen vorgesehen, um nicht nur in mechanischer Hinsicht einen Down-Tilt-Winkel fest vorzugeben, sondern um bei Bedarf durch Veränderung der Phasenschieber-Elemente den Winkel unterschiedlich und damit variabel einstellen zu können. Es wird insoweit auf bekannte Lösungen ver- wiesen.
Ein derartiges Antennenarray 1' umfasst üblicherweise einen Reflektor 7, der entsprechend der bevorzugten vertikalen Ausrichtung des Antennenarrays dann vertikal o- der zumindest näherungsweise vertikal verläuft. Vor diesem Reflektor 7 sind dann die in Figur 1 gezeigten Strahler oder Strahlergruppen angeordnet .
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist in der linken wie aber auch in der rechten Antennenspalte 5, d.h. 5a, 5b jeweils im Vertikalabstand übereinander eine Strahlergruppe 9 vorgesehen, die aus zumindest einem Strahler 11 besteht oder zumindest einen Strahler 11 umfasst. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind in beiden Antennenspal- ten 5 jeweils zwei Strahlergruppen 9 vorgesehen, die jeweils um einen Strahler 11 beinhalten, der beispielsweise als einfach polarisierter oder dualpolarisierter Strahler ausgebildet sein kann. Bevorzugt werden söge- nannte Vektor-Strahler eingesetzt, die dualpolarisiert betreibbar sind. Derartige Vektor-Strahler sind beispielsweise aus den Vorveröffentlichungen WO 00/39894 AI oder WO 2004/190315 AI als bekannt zu entnehmen. Diese Vektor-Strahler können in Draufsicht zumindest näherungsweise oder ansatzweise eine quadratische Form aufweisen, wobei die in quadratischer Form verlaufenden Strahlerelemente oder Strahlerflächen in einem Abstand A gegenüber dem Reflektor 7 angeordnet sind und über einen entsprechenden Antennenfuß und/oder eine Symmetrie 13 in der Regel auf dem Reflektor verankert sind, galvanisch oder kapazitiv (Figur 2) . Der Reflektor kann dabei auch aus einer Leiterplatine bestehen, die mit einer entsprechenden elek-trisch leitfähigen Schicht in Form einer Metallisierung überzogen sein kann.
In Figur 2 ist dabei eine schematische Seitenansicht des Antennenarrays gemäß Figur 1 zu ersehen. Dabei ist auch zu entnehmen, dass die Antennenspalten bzw. der Reflek- tor 7 von sich gegenüber der Reflektorebene 7' erhebenden Stegen 15 umgeben bzw. begrenzt sein können, die senkrecht oder geneigt zur Reflektorebene 7 ' ausgerichtet sind. Derartige Stege können auch als Trenn-Stege 15 ' zwischen den beiden gezeigten Antennenspalten 5a und 5b ausgebildet sein. Ebenfalls kann auch ein oben sowie unten liegender, die Antennenspalten horizontal begrenzender Steg 17 vorgesehen sein.
Aus Figuren 1 und 2 ist ferner zu ersehen, dass die Strahlergruppen oder Strahler 9, 11 in jeder Antennenspalte 5 längs einer vertikalen Anbaurichtung 19 in einem vorgegebenen Vertikalabstand zueinander angeordnet sind, insbesondere also die Zentren 9' der Strahlergrup- pen 9 bzw. die Zentren 11' der Strahler 11. Dabei sind diese Zentren 9', 11' mittig in der jeweiligen Antennenspalte 5 positioniert, was bevorzugt aber nicht zwingend ist .
Aus Figur 1 ist auch zu ersehen, dass die Breite B der beiden Antennenspalten gleich groß ist . Ferner ist aus Figur 1 zu entnehmen, dass der mittlere in einer Vertikalebene verlaufende Steg 15' zwischen den beiden Anten- nenspalten 5a, 5b gleichzeitig eine senkrecht zur Reflektorebene 7' ausgerichtete Symmetrieebene SE bildet, bezüglich der die beiden Antennenspalten 5a, 5b ausgebildet und angeordnet sind, und zwar einschließlich der breitbandigen Strahler 11 und/oder der breitbandigen Strahlergruppen 9 wie auch der nachfolgend noch erläuterte Zusatz -Strahler 21. Dabei wird allerdings schon an dieser Stelle angemerkt, dass die Strahlergruppen 9 und/oder die in den Strahlergruppen vorgesehenen einen oder mehreren Strahler 11 (wie aber auch die nachfolgend noch erörterten Zusatz-Strahler 21) nicht immer zwingend auf einer gemeinsamen Höhenlinie angeordnet sein können. Bei entsprechendem Abstand zueinander können sie gleichwohl in Vertikalrichtung versetzt liegend in der jeweiligen Antennenspalte positioniert sein.
Nachfolgend wird auf Figur 3 Bezug genommen, in der die jeweiligen Strahlergruppen und/oder breitbandigen Strahler ähnlich zu dem vorausgegangenen Ausführungsbeispiel eingezeichnet sind (jedoch ohne Darstellung der einzel- nen Antennenspalten oder deren Begrenzung) . Figur 3 dient lediglich dazu, die Wirkungsweise besser zu veranschaulichen. Daraus ist zu ersehen, dass die Zentren 9', 11' der Strahlergruppen 9 bzw. der Strahler 11, bezüg- lieh der in der jeweils benachbarten Antennenspalte angeordneten Strahler, in einem Abstand a positioniert sind, bei Vertikalausrichtung der Antennenspalten also in einem horizontalen Abstand a zueinander positioniert sind, der bevorzugt zwischen 0,25 λ bis 1,0 λ liegt, z.B. um K/2 bezogen auf die mittlere Betriebswellenlänge. Im Folgenden wird von diesem Horizontalabstand a zwischen den Zentren der Strahlergruppen 9 oder Strahler 11 in den beiden benachbarten Antennenspalten 5 ausge- gangen, selbst wenn die Zentren der Strahlergruppen oder Strahler nicht exakt auf gleicher Höhenlinie, sondern in unterschiedlicher Höhenlage positioniert sind.
Geht man davon aus, dass die erwähnten breitbandigen Strahler 11 beispielsweise in einem Frequenzbereich von 1710 MHz bis 2690 MHz strahlen sollen, kann als Spaltenabstand, d.h. als Abstand der Zentren zwischen zwei Strahlern oder Strahlergruppen in zwei benachbarten Antennenspalten ein Wert a = 85 mm gewählt werden, der in Figur 3 eingezeichnet ist. Dieser Wert liegt, wie allgemein üblich, in einem bevorzugten Bereich von 0,25 λ bis 1,0 λ.
Betrachtet man dabei diesen durch die mechanische Ausgestaltung der Mobilfunkantenne vorgegebenen Spaltenabstand (horizontaler Abstand a zwischen den Zentren der Strahlergruppen 9 bzw. der Strahler 11 zwischen zwei benachbarten Antennenspalten 5 ) , so ergeben sich die nachfolgenden Werte: Spaltenabstand 85 mm bei verschiedenen Frequenzen:
Figure imgf000018_0001
Daraus erkennt man, dass bei derartigen breitbandigen Strahlern 11 der optimale Spaltenabstand nicht erzielt werden kann, da er sich über den großen Frequenzbereich stark ändert. Mit anderen Worten variiert der für das Strahlungsdiagramm relevante relative Spaltenabstand bezogen auf die Wellenlänge λ aufgrund der sehr großen Bandbreite der Antenne.
Dabei ist ferner davon auszugehen, dass die in den Figuren 1 bzw. 3 gezeigten Strahler 11, die in der linken Antennenspalte 5a angeordnet sind, gemeinsam gespeist werden, ebenso wie die in der rechten Antennenspalte 5b angeordneten Strahler 11, die ebenfalls gemeinsam gespeist werden, und zwar jeweils gemeinsam gespeist pro Polarisation (wobei die einzelnen übereinander positionierten Strahler oder Strahlergruppen auch über Phasen- glieder und variabel einstellbare Phasenglieder wie Phasenschieber in ihrer Phasenlage trotz der gemeinsamen Speisung unterschiedlich einstellbar sein können, um unterschiedliche Down-Tilt-Winkel einstellen zu können) . Um nunmehr die unerwünschten Nebenkeulen zu verringern ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass pro Antennenspalte 5 zumindest ein Zusatz -Strahler 21, d.h. 21a bzw. 21b eingefügt wird, der ebenfalls einfach-, dual-, zirkulär- oder elliptisch polarisiert ist, entsprechend den Strah- lern 11, die ebenfalls einfach-, dual-, zirkulär- oder elliptisch polarisiert sind.
Auch der Zusatz-Strahler 21a in der ersten Antennenspal- te 5a wird mit den weiteren Breitband-Strahlern 11 in der ersten Antennenspalte 5a gemeinsam gespeist, wie auch der weitere Zusatz-Strahler 21b in der zweiten Antennenspalte 5b mit den dort in der zweiten Antennenspalte 5b vorgesehenen Breitband-Strahlern 11 gemeinsam gespeist wird. Diese Zusatz-Strahler 21a bzw. 21b sollen aber lediglich in einem höheren Teil-Frequenzbereich o- der Teil-Frequenzband vorzugsweise des breitbandigen Frequenzbereiches (Frequenzbandes) senden und/oder empfangen, in dem auch die Strahler 11, die teilweise auch als breitbandige Basis-Strahler 11 bezeichnet werden, senden und/oder empfangen sollen. Mit anderen Worten sollen diese zusätzlichen Strahler 21, also die sogenannten Zusatz-Strahler 21 bei niedrigen Frequenzen nicht gespeist werden. Diese Zusatz-Strahler 21 sind je- weils in einem engeren Abstand, insbesondere Horizontal- Abstand b (wobei b den Abstand zwischen den Zentren 21 'a und 21 'b der jeweiligen Zusatz-Strahler 21a und 21b angibt) zueinander angeordnet, wobei der eine Zusatz- Strahler 21 der linken Antennenspalte 5a und der zweite Zusatz-Strahler 21 der rechten Antennenspalte 5b zugeordnet bzw. dort positioniert ist.
Dieser Abstand b kann beispielsweise Werte von 70 mm bis 30 mm aufweisen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist z.B. von einem Wert b = 50 mm ausgegangen worden.
Diese in jeder Spalte mit den dort vorgesehen Strahlern 11 gemeinsam gespeisten Zusatz-Strahler 21 bewirken nun- mehr eine Verschiebung der Phasenzentren beider Spalten in Richtung der Zusatz-Strahler 21, d.h. jeweils nach innen aufeinander zu. Von daher sind die entsprechenden Verhältnisse, wie sie grundsätzlich anhand von Figur 4 geschildert sind, nochmals in der Darstellung gemäß Figur 3 wiedergegeben, wobei in Figur 3 die einzelnen Antennenspalten zur Erzielung einer besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Die resultierenden Phasenzentren befinden sich bei dem erläuterten Ausfüh- rungsbeispiel dann auf der in Figur 3 strichliert eingezeichneten Linien ResPh, wobei dieser Abstand in Figur 3 mit c bezeichnet ist. Dieser Abstand c wird also bestimmt durch die geometrischen Abstände zwischen den Zentren der Strahler 11 oder der Strahlergruppen 9 in den jeweils benachbarten Antennenspalten 5, der Anzahl der jeweiligen Strahler 11 und Zusatz-Strahler 21 sowie der Leistung der jeweiligen Strahler 11 bzw. Zusatz- Strahler 21. Welchen Einfluss die zusätzlich unterschiedlich vornehmbare oder unterschiedlich vorgebbare oder einstellbare Leistung für die einzelnen Strahler auf die resultierenden Phasenzentren hat, ergibt sich beispielsweise aus der nachfolgenden Tabelle:
Abstand der Phasenzentren mit zusätzlichen Strahlern bei der höchsten Frequenz ;
LeistungsAbstand der Phasenzentren f = 2690 MHz aufteilung
1:1:1 (50mm + 2 x 85mm) / 3 = 73,7mm 0, 65 λ
1:2:1 (2 x 50mm + 2 x 85mm) / 3 = 0,55 λ
61,7 mm Daraus ist also zu ersehen, dass auch eine unterschiedliche Leistungsaufteilung bezüglich der Speisung der Zusatz-Strahler 21 im Verhältnis zu den Breitband- Strahlern 11 ebenfalls zu einer Veränderung der elektri- sehen Halbwertsbreite der im gezeigten Ausführungsbei- spiel zwei -spaltigen Antennenarrays beiträgt. So können beispielsweise die breitbandigen Strahler 11 wie auch die Zusatz-Strahler 21 mit gleicher Leistung oder gleicher Amplitude gespeist sein. Möglich ist beispielsweise auch, dass die Zusatz-Strahler gegenüber dem Breitband- Strahler mit höherer Leistung oder höheren Amplituden versorgt werden, beispielsweise mit doppelt so großer Leistung. Auch eine Speisung mit niedriger Leistung oder niedriger Amplitude bezüglich der Zusatz-Strahler gegen- über den Breitband-Strahlern wäre möglich. Dann würde allerdings der gewünschte Effekt bezüglich einer Verringerung des elektrisch wirksamen Spaltenabstandes zwischen den Antennenspalten ebenfalls geringer ausfallen, was in der Regel nicht gewünscht ist.
Um also die Nebenkeulenunterdrückung durch Verwendung der erläuterten Zusatz-Strahler 21 zu bewirken, werden diesen Zusatz-Strahlern 21 unabhängig voneinander in der jeweiligen Antennenspalte 5a bzw. 5b eine Filterfunktion bzw. ein Filter F vorgeschaltet, wie dies grundsätzlich in Figur 4 dargestellt ist. Dabei wirkt das Filter F jeweils als Hochpass oder Bandpass oder als Bandsperre für tiefere Frequenzen und bindet den Zusatz-Strahler für die höheren Frequenzen mit einer gewünschten Leistungs- aufteilung ein. Dadurch lässt sich bei fest vorgegebenem mechanischen Strahlerabstand a für die Breitband-Strahler ein konstanterer elektrischer Strahlerabstand über das komplette Frequenzband erreichen und somit über das Frequenzband konstantere kleinere Nebenkeulen generieren, die eine bessere Interferenzreduktion ergeben und somit eine höhere Datenrate erzeugen. Die Filterfunktion F, d.h. insbesondere das erwähnte Filter F, insbesondere zur Speisung der Zusatz -Strahler 21 in einem höheren Frequenzband oder einem höheren Teil-Frequenzband verglichen mit dem breitbandigen Frequenzband, welches über die Breitband-Strahler 11 gesen- det und/oder empfangen wird, sind bevorzugt Teil eines Verteilnetzes oder Verteilnetzwerkes N, wobei ein Verteilnetzwerk Na für die gemeinsam gespeisten Breitband- Strahler IIa und den zumindest einen zugehörigen Zusatz - Strahler 21a und ein Verteilnetzwerk Nb für die gemein- sam gespeisten Breitband-Strahler IIb und den zumindest einen zugehörigen Zusatz-Strahler 21b vorgesehen ist. Dabei kann für jede der vorstehend erwähnten Gruppen von breitbandigen Strahlern und Zusatz-Strahlern jedes Verteilnetzwerk Na und Nb für die jeweilige Polarisation der bevorzugt dualpolarisierten Strahler nochmals getrennt ausgebildet sein. Es wird insoweit auf bekannte und übliche Verfahren und Lösungen verwiesen.
Bei den erwähnten breitbandigen Strahlern 11, d.h. IIa und IIb handelt es sich um Breitband-Strahler, die mit einer relativen Bandbreite von bevorzugt mehr als 25%, insbesondere mehr als 30%, 35%, 40% oder sogar mehr als 45% (im Extremfall sogar mehr als 50%) senden und/oder empfangen können. Gerade bei derartigen breitbandigen Strahlern besteht das Problem der unerwünschten Nebenkeulen-Bildung, deren Entstehen oder Einfluss im Rahmen der Erfindung vermieden oder in der Wirkung deutlich verringert werden soll. Geht man beispielsweise bei dem erläuterten Ausführungs - beispiel davon aus, dass die Breitband- Strahler IIa, IIb in der ersten und zweiten Antennenspalte 5a, 5b jeweils in einem Frequenzband von 1710 MHz bis 2690 MHz strah- len, so ist durch die den Zusatz -Strahlern 21 vorgeschaltete Filtergruppe F sichergestellt, dass diese Zusatz-Strahler 21a bzw. 21b nur in einem Teilfrequenzband von beispielsweise 2300 MHz bis 2690 MHz (oder beispielsweise nur in einem Teilfrequenzband von 2500 MHz bis 2690 MHz) strahlen, d.h. senden und/oder empfangen. Dabei werden die Strahler 9' in jeder Antennenspalte 5 mit den ebenen zugeordneten einzigen oder mehreren Zusatz-Strahlern 21 gemeinsam gespeist, wobei durch den erwähnten Filter F vorzugsweise in Form eines Bandpass- filters dem jeweiligen Zusatz-Strahler 21 nur ein höheres Teilfrequenzband im Sende- und/oder Empfangsbetrieb zugeordnet ist. Trotz der gemeinsamen Speisung können dann aber zwischen den einzelnen übereinander angeordneten Strahlern 11 oder Strahlergruppen 9 Phasenstellglie- der, insbesondere variable Phasenstellglieder vorgesehen sein, um trotz der gemeinsamen Speisung der Strahler in der jeweiligen Antennengruppe insbesondere einen unterschiedlichen Down-Tilt-Winkel einstellen zu können. Aus den geschilderten Verhältnissen ist zu entnehmen, dass die über die Zusatz -Strahler ausgestrahlten Frequenzbereiche mit einer Mittenfrequenz fH ausgestrahlt werden, die höher liegt als die Mittenfrequen fT bezüglich des breitbandigen Frequenzbereiches, der über die Breitband-Strahler 11 ausgestrahlt bzw. empfangen wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel überlappt sich dabei das mit der höheren Mittenfrequenz fH ausgestrahlte Frequenzteilband mit dem mit einer demgegenüber niedrigeren Mittenf equenz fH ausgestrahlten breitbandigen Gesamt- Frequenzband .
Anhand von Figur 5 ist eine Variante gezeigt, bei der in der linken und in der rechten Antennenspalte 5a, 5b jeweils vier Strahlergruppen 9 mit jeweils einem Strahler 11 angeordnet sind, und zwar ebenfalls, wie in den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen, in regelmäßigem Vertikalabstand v zwischen den benachbarten Zentren 9 ' bzw. 11' der Strahlergruppen 9 bzw. der Strahler 11 zueinander. Für die beiden oberen Strahlergruppen 9 wie für die beiden unteren Strahlergruppen 9 (die im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils nur einen dualpolarisierten Strahler 11 umfassen) , ist jeweils bevorzugt mittig zwischen diesen und auf die jeweils benachbarte Antennenspalte zu versetzt liegend ein Zusatz -Strahler 21, d.h. 21a bzw. 21b vorgesehen, der in dem hochfrequenten Teil-Frequenzband sendet und/oder empfängt. Dabei ist die Antennenanordnung bei diesem Ausführungs- beispiel derart, dass die Strahler oder Strahlergruppen 11, 9 in den beiden oberen Bereichen oder Hälften 105a der Antennenspalten 5 für den Sendebetrieb TX und die Strahler und Strahlergruppen 11, 9 in den beiden unteren Bereichen oder Hälften 105b der Antennenspalten 5 für den Empfangsbetrieb RX vorgesehen sind. Ansonsten Strahler für jede Hälfte des gesamten Antennenarrays der Aufbau wie anhand von Figuren 1 bis 4 erläutert, wobei immer die Strahler 11 für den Sendebetrieb in einer Anten- nenspalte 5 mit dem jeweils dort vorgesehene, zumindest einen oder den mehreren Zusatz -Strahlern 21 für jede Polarisation gemeinsam gespeist werden. Anhand von Figur 6 ist eine Abwandlung insoweit gegenüber Figur 5 vorgenommen, als hier nur in der oberen Hälfte 105a für den Sendebetrieb Tx zur Veränderung des wirksamen Horizontalabstandes zwischen den Antennenspal- ten bzw. den Zentren der Strahler die erwähnten und erläuterten Zusatz-Strahler 21 vorgesehen sind. Bezüglich der in Figur 6 in dem unteren Bereich, d.h. der unteren Hälfte 105b in den beiden Antennenspalten 5a, 5b vorgesehenen Breitband-Strahler 11 (oder Strahlergruppen 9 mit den Breitband-Strahlern 11) sind für den Empfangsbetrieb Rx keine weiteren Zusatz-Strahler 21 in den Antennenspalten vorgesehen.
Anhand von Figur 7a ist lediglich erläutert, dass das Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 1 und 2 auch insofern verdoppelt werden kann, als jeweils zwei Paare von jeweils zwei Antennenspalten 5a, 5b nebeneinander liegenden in Horizontalrichtung erweitert vorgesehen sind. Bei der Variante gemäß Figur 7b ist die erfindungsgemäße Mobilfunkantenne mit den beiden Antennenspalten entsprechend dem Aufbau nach Figur 1 bis Figur 4 mittig ausgebildet und vorgesehen, wobei jeweils außenliegend noch eine zusätzliche Antennenspalte 5' bzw. 5" vorgesehen ist, die herkömmlicher Weise - wie im Stand der Technik auch - ohne Zusatz-Strahler 21 betrieben wird.
Figur 8a zeigt nunmehr ein Ausführungsbeispiel in erweiterter Form, bei welchem beispielsweise zwei Paare von Antennenspalten 5a, 5b vorgesehen sind, die in Horizontalrichtung nebeneinander angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind in jeder Antennenspalte vier Strahlergruppen 9 in Vertikalrichtung in eckdistanter Anordnung übereinander angeordnet . Auch bei dieser Variante umfasst jede Strahlergruppen 9 nur einen Strahler 11, vorzugsweise einen dualpolarisierten Strahler, beispielsweise in Form des nach dem Stand der Technik bekannten Vektordipols .
Jeweils zwischen zwei (vor einem zugehörigen gemeinsamen Reflektor) übereinander angeordnete Strahlern oder Strahlergruppen 11, 9 ist jeweils bevorzugt mittig dazwischen und auf die jeweils benachbarte Antennenspalte 5 zu verschoben ein Zusatz-Strahler 21 angeordnet. Bei n übereinander angeordneten Strahlern oder Strahlergruppen 11, 9 sind somit also n-1 Zusatz-Strahler 21 in jeder Antennenspalte 5 vorgesehen. Ansonsten ist der mechanische Aufbau wie die elektrische Wirkungsweise bezüglich der beiden in Figur 8a gezeigten linken Antennenspalten 5a und 5b und den zugehörigen Strahler sowie die elekt - rische Wirkungsweise bezüglich der in Figur 8a gezeigten rechts liegenden beiden Antennenspalten 5a und 5b mit dem dort vorgesehenen breitbandigen Strahlern 11 und Zusatz-Strahlern 21 ähnlich zu dem anhand der Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Figur 8b zeigt eine entsprechende Abwandlung gegenüber Figur 8a, ähnlich der Abwandlung von Figur 7b gegenüber Figur 7a. Hier sind also die erwähnten Zusatz-Strahler 21 in dem geschilderten Aufbau nur bezüglich der beiden mittleren Antennenspalten entsprechend zusätzlich angeordnet . In Figur 8c ist der entsprechende Aufbau ähnlich zu Figur 8a wiedergegeben, wobei in diesem Ausführungsbei- spiel das Antennenarray nur zwei Antennenspalten 5 um- fasst, und zwar mit den n-1 beabstandet zueinander, längs einer Anbaulinie 19 positionierten Strahlern oder Strahlergruppen 11, 9 und den in einer entsprechenden Anbaulinie 19' in jeder Antennenspalte positionierten Zusatz-Strahlern 21, wobei diesen beiden Anbaulinien 19, 19' und damit die Zentren dieser Zusatz-Strahler 21 in einem engeren Abstand b zueinander angeordnet sind, also asymmetrisch zur Mittellängsebene in einer jeweiligen Antennenspalte .
Anhand von Figur 9 ist lediglich gezeigt, dass die Spei- sung des jeweiligen Zusatz-Strahlers 21 für jede Antennenspalte auch umgekehrt zu den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen erfolgen kann. Bei der Variante gemäß Figur 9 unterscheidet sich die elektrische Zusammenschaltung der Strahler 11 und der Strahlergruppen 9 bzw. die Positionierung der Zusatz-Strahler 21. Denn bei diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die zusammen mit den in den Figuren 9 links liegenden (in der linken Antennenspalte 5a) vorgesehenen Breitband-Strahler 11 mit dem Zusatz-Strahler 21a, wie in den anderen Ausführungsbeispiel auch, gemeinsam gespeist wird, wobei dieser gemeinsam gespeiste Zusatz-Strahler 21a jedoch in der anderen Antennenspalte, nämlich in der Antennenspalte 5b positioniert ist (wobei die Filtereinrichtungen zum Sicherstellen, dass die Zusatz-Strahler nur in einem Teil-Frequenzbereich des gesamten breitbandigen Frequenzbereiches senden und/oder empfangen können, nicht eingezeichnet sind) . Das gleiche gilt umgekehrt für den in Figur 9 links liegenden Zusatz-Strahler 21b, der in der linken Antennenspalte 5a sitzt, obgleich er zusammen mit den in der rechten Antennenspalte 5b sitzenden Breitband-Strahler gemeinsam gespeist wird. Durch den anhand von Figur 9 erläuterten resultierenden großen Seitenversatz zwischen den Zusatz-Strahlern 21 in den beiden Antennenspalten 5, 5a, 5b wird eine entsprechend große Verschiebung des Phasenzentrums bewirkt . Abschließend wird noch auf ein Ausführungsbeispiel gemäß Figur 10 Bezug genommen.
Es handelt sich hierbei um ein Antennenarray 1', vorzugsweise für eine Mobilfunkantenne 1, bei der in den beiden vorgesehenen Antennenspalten 5, 5a, 5b jeweils vier Strahlergruppen 9 in Anbaurichtung 19 in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind. Anhand dieses Beispieles ist gezeigt, dass jede dieser Strahlergruppen 9 beispielsweise mehr als einen Strahler 11 umfassen kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Figur 11 umfasst jede Strahlergruppe 9 beispielsweise zwei Strahler 11, die jeweils gemeinsam und dabei gleichphasig gespeist werden (wobei aber auch drei oder noch mehr Strahler in jeder Strahlergruppen vorgesehen sein können oder auch nur in einem Teil der Strahlergruppen vorgesehen sein können und in diesem Fall die zusätzlichen, zu einer Strahlergruppen 9 gehörenden Strahler nicht nur in vertikaler Anbaurichtung übereinander sondern bei Bedarf auch noch zusätzlich horizontal nebeneinander in einer gemeinsamen Antennenspalte sitzen können) .
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist für jede der Strahlergruppen 9 ein Zusatz -Strahler 21 vorgesehen, der un- ter Zwischenschaltung eines Filters F ebenfalls gemeinsam mit den zur jeweils gleichen Strahlergruppe 9 gehörenden Strahler 11 gespeist wird, also insoweit ebenfalls gleichphasig, sofern nicht noch ein zusätzliches Phasenverschiebungsglied vorgesehen ist.
Ferner ist anhand von Figur 10 auch angedeutet, dass durch Phasenschiebereinrichtungen 25, beispielsweise ein Doppel-Phasenschieber 25a, jede in Vertikalrichtung ver- setzt liegende Strahlergruppe 9 mit einer unterschiedlichen Phasenlage gespeist werden kann. Mit anderen Worten werden also alle Strahler 11 und Zusatz-Strahler 21 in jeder Antennenspalte für jede Polarisation gemeinsam gespeist, was aber nicht ausschließt, dass für die unter- schiedlichen in Vertikalrichtung übereinander positionierten Strahler oder Strahlergruppen jeweils unterschiedliche Phasenlagen einstellbar sind. Es wird insoweit auf bekannt Lösungen zur Einstellung eines Down- Tilt-Winkels verwiesen, beispielsweise auf die Vorveröf- fentlichung EP 1 208 614 Bl .
Ein entsprechender Aufbau unter Verwendung eines Phasenschiebers 25, d.h. 25b kann auch für die Zweit- Antennenspalte 5, 5b die Phasenlage entsprechend für die dort vorgesehenen Strahler 11 und Zusatz -Strahler 21 unterschiedlich eingestellt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann also zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Lösung eine variable Strahlabsen- kung eingestellt werden.
Grundsätzlich lassen sich also im Rahmen der erläuterten Erfindung die Einzeldiagramme und damit auch die Diver- sität und die MimO-Anwendungen gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich verbessern. Die Verwendung der Zusatz- Strahler führt zu einer konstanteren Realisierung des Strahlungsdiagramms, insbesondere durch die erwünschte Nebenkeulen-Unterdrückung, wie sie ansonsten bei Lösungen nach dem Stand der Technik auftritt. Der seitliche Versatz der Positionierung der Zusatz-Strahler 21 (wobei jeweils die entsprechenden, in den Antennenspalten definierten Zusatz-Strahler 21 in einem dichteren Abstand b zueinander angeordnet sind als die anderen Strahler oder Strahlergruppen 11, 9) bewirkt eine deutliche Verbesserung im "Beamforming" -Betrieb, d.h. die Basisstation steuert die beiden Antennenspalten 5, 5a, 5b so an, dass auch in der Horizontal -Ebene eine variable Strahlschwen- kung oder Änderung der Halbwertsbreite erzielt wird.
Zusammenfassend können spezifische Merkmale der Erfindung sowie bevorzugte Varianten folgende Merkmale und/oder Bereiche umfassen, nämlich:
Das erwähnte Antennenarray kann aus zwei Spalten o- der mehreren, vorzugsweise jeweils zwei Spalten umfassenden Anordnungen bestehen. - Das Antennenarray besitzt Breitband-Strahler für den Breitband-Bereich und Strahler für einen demgegenüber höher liegenden und in der Regel schmäleren Frequenzbereich, die sich überlappen, teilweise überlappen oder sich nicht bündig überlappen.
Das Antennenarray beinhaltet einen oder mehrere Filter, wobei die vorgesehenen Filter insbesondere für die Zusatz -Strahler in einem Verteilnetzwerk mit entsprechender Filterfunktion integriert sind.
Die erwähnten Filter können in Form von Hochpassfil- tern oder Bandsperren, Bandpassfiltern oder mittels anderen geeigneten Maßnahmen ausgebildet sein, um die gewünschten Frequenzen zu selektieren oder zu unterdrücken .
Der mechanische Spaltenabstand zwischen Antennenspalten kann beispielsweise 0,2 bis 1,5 Wellenlängen bezogen auf die Mittenfrequenz bzw. die Mitte der Breitband-Strahler betragen, die den Breitband- Frequenzbereich insbesondere in Form des gesamten breitbandigen Frequenzbereiches abdecken. Der entsprechende Spaltenabstand kann von daher bevorzugt 0,4 bis 0,8 Wellenlängen liegen.
In dem erwähnten Verteilnetzwerk können die Strahler mit gleicher Leistungsaufteilung oder mit ungleicher Leistungsaufteilung versorgt und/oder betrieben werden.
Mittels des Verteilnetzwerkes und/oder der Filterfunktionen können die Breitband-Strahler mit gleicher Leistungsaufteilung und die Zusatz -Strahler für das höhere Frequenzband oder das höhere Teil- Frequenzband mit gleicher oder höherer Leistung angespeist oder betrieben werden.
Das erwähnte Verteilnetzwerk kann als Printed Board (Leiterplatine) ausgebildet sein. Das Verteilnetzwerk kann auch mit Kabeln und Filtern ausgeführt sein.
Das Verteilnetzwerk kann ebenso in hybrider Bauweise unter Verwendung eines Printed Boards und unter Verwendung von Kabeln ausgeführt sein.
Das Antennenarray kann Breitband-Strahler und/oder Zusatz -Strahler für den Sendebetrieb (Tx) und für den Empfangsbetrieb (Rx) separat und getrennt ausgeführt umfassen.
Das Antennenarray kann sowohl für den Sende- (Tx) als auch für den Empfangsbetrieb (Rx) gleich oder unterschiedlich ausgeführt sein.
Das Antennenarray kann für den Sende- (Tx) und den Empfangsbetrieb (Rx) eine verschiedene Anzahl oder eine gleichen Anzahl von Spalten umfassen.
Das Antennenarray umfasst bevorzugt dualpolarisierte Strahler die nach Art einer X-Polarisation ausgebildet und/oder positioniert sind, so dass die Polarisationsebenen in einem +45° bzw. -45°- Winkel gegenüber der Horizontalben bzw. der Vertikalen zu liegen kommen .
Die Zusatz -Strahler bewirken nicht nur in der Horizontal-Ebene eine Verbesserung des Strahlungsdia- gramms, sondern auch eine frequenzmäßige Angleichung des vertikalen Strahlungsdiagramms .

Claims

Patentansprüche ;
1. Antennenarray, insbesondere für den Mobilfunk, mit folgenden Merkmalen:
mit zumindest einem Paar von Antennenspalten (5; 5a, 5b) , die in Vertikalrichtung oder überwiegend in
Vertikalrichtung verlaufend ausgerichtet und in Horizontalrichtung nebeneinander positioniert sind, in zumindest zwei Antennenspalten (5; 5a, 5b) ist jeweils zumindest eine Strahlergruppe (9) mit zumin- dest einem Strahler (11) angeordnet, der einfachpolarisiert, dualpolarisiert oder zirkulär- bzw. elliptisch polarisiert sendet und/oder empfängt, der zumindest eine Strahler (11; IIa, IIb) ist als Breitband-Strahler (11; IIa, IIb) so ausgebildet, dass er mit einer relativen Bandbreite ^ 25% HF-
Signale senden und/oder empfangen kann,
gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale: in zumindest zwei Antennenspalten (5; 5a, 5b) ist jeweils zumindest ein Zusatz-Strahler (21; 21a, 21b) vorgesehen,
die zumindest beiden Zusatz-Strahler (21; 21a, 21b) sind so angeordnet, dass die Zentren (21 'a, 21 'b) der zumindest beiden Zusatz -Strahler (21; 21a, 21b) in einem horizontalen Seitenabstand (b) angeordnet sind, der kleiner ist als der Seitenabstand (a) zwischen den Zentren (9', 11') der Strahlergruppen (9) oder der Strahler (11) in den beiden Antennenspalten (5; 5a, 5b) ,
die Breitband-Strahler (11; IIa, IIb) in einer jeweiligen Antennenspalte (5; 5a, 5b) werden zusammen mit dem zumindest einen Zusatz -Strahler (21; 21a, 21b) gemeinsam gespeist, und
- es ist ein Verteilnetzwerk (N; Na, Nb) für die zumindest eine Strahlergruppe (9; 9a, 9b) mit dem zumindest einen zugehörigen Strahler (11; IIa, IIb) mit einer zugehörigen Filterfunktion (F) für den zumindest einen zugehörigen Zusatz-Strahler (21; 21a, 21b) vorgesehen, welches so ausgestaltet ist, dass der zumindest eine Breitband-Strahler (11; IIa, IIb) in einem breitbandigen Frequenzbereich sendet und/oder empfängt, und zwar mit einer Mittenfrequenz (fT) , die niedriger ist als ein demgegenüber höher liegendes Frequenzband oder Frequenzteilband mit einer Mittenfrequenz (fH) , welches über den jeweiligen Zusatz -Strahler (21; 21a, 21b) gesendet oder empfangen wird.
2. Antennenarray nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (F) als Hochpassfilter, als Bandsperre oder als Bandpassfilter ausgebildet ist.
3. Antennenarray nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekenn- zeichnet, dass die Filterfunktion (F) insbesondere in Form eines Hochpassfilters, einer Bandsperre oder eines Bandpassfilters eine Anpassschaltung zur Anpassung der Strahlerimpedanz an das Speisenetzwerk umfasst.
4. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilnetzwerk (N; Na, Nb) so aufgebaut ist, dass die Amplitudenverteilung bezüglich des zumindest einen Zusatz-Strahlers (21; 21a, 21b) oder der mehreren Zusatz -Strahler (21; 21a, 21b) für den oberen Frequenz- oder Teilfrequenzbereich gleichmäßig an die Amplitudenverteilung der Breitband- Strahler (11; IIa, IIb) bezüglich des gesamten Frequenzbereiches angepasst ist.
5. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilnetzwerk (N; Na, Nb) so aufgebaut ist, dass der zumindest eine Zusatz - Strahler (21; 21a, 21b) in jeder Antennenspalte (5a, 5b) mit einer höheren Amplitude oder Leistung gespeist oder betrieben wird als die Breitband-Strahler (11; IIa, IIb) .
6. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilnetzwerk (N; Na,
Nb) so aufgebaut ist, dass der zumindest eine Zusatz - Strahler (21; 21a, 21b) in jeder Antennenspalte (5a, 5b) mit einer kleineren oder gleichen Amplitude oder Leistung gespeist oder betrieben wird als die Breitband- Strahler (11; IIa, IIb) .
7. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Breitband-Strahler (11; IIa, IIb) in den zumindest beiden Antennenspalten (5; 5a, 5b) in gleicher Höhenlage oder in Vertikalrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
8. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Spaltenabstand (a) zwischen der Mitte zweier benachbarter Antennenspalten (5; 5a, 5b) 0,2 λ bis 1,2 λ beträgt, bezogen auf die mittlere Frequenz der Breitband-Strahler (11; IIa, IIb) für den gesamten Frequenzbereich, vorzugsweise 0, 4 λ bis 0,8 λ.
9. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitband-Strahler (11;
IIa, IIb) so aufgebaut sind, dass sie in einem Frequenzband von 1650 MHz bis 2900 MHz, insbesondere in einem Frequenzband von 1710 MHz bis 2690 MHz senden und/oder empfangen können.
10. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatz-Strahler (21; 21a, 21b) so aufgebaut sind, dass sie in einem Frequenzband von 2300 MHz bis 2600 MHz senden und/oder empfangen könne .
11. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitband-Strahler (11; IIa, IIb) so aufgebaut sind, dass sie in einem Frequenz - band von 698 MHz bis 960 MHz, insbesondere in einem Frequenzband von 790 MHz bis 960 MHz oder 880 MHz bis 960 MHz senden und/oder empfangen können.
12. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitband-Strahler (11;
IIa, IIb) so ausgebildet sind, dass sie mit einer relativen Bandbreite größer 25%, insbesondere größer als 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% oder vorzugsweise mit einer relativen Bandbreite größer als 100% oder zumindest bis zu 100% betreibbar sind.
13. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilnetzwerk (N; Na, Nb) auf einer Leiterplatine ausgebildet ist.
14. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilnetzwerk (N; Na, Nb) mittels Kabel und Filter ausgebildet ist.
15. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenarray Strahlergruppen (9) und Strahler (11) umfasst, die für den Sende- und den Empfangsbetrieb (Tx, Rx) gleich, unterschiedlich und/oder separat ausgebildet sind.
16. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da- durch gekennzeichnet, dass sich das über die Zusatz - Strahler (21; 21a, 21b) empfangene und/oder gesendete höhere Frequenzband mit einer höheren Mittenfrequenz (fH) mit dem Breitband-Frequenzband mit einer demgegenüber niedrigeren Mitten-Frequenz (fT) ganz oder nur teilweise überlappt oder getrennt und insbesondere versetzt zueinander liegt.
17. Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilnetzwerk (N; Na, Nb) einstellbare Phasenschieber (25; 25a, 25b) umfasst.
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