WO2017036599A1 - Dual-polarisierte antenne - Google Patents

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WO2017036599A1
WO2017036599A1 PCT/EP2016/001472 EP2016001472W WO2017036599A1 WO 2017036599 A1 WO2017036599 A1 WO 2017036599A1 EP 2016001472 W EP2016001472 W EP 2016001472W WO 2017036599 A1 WO2017036599 A1 WO 2017036599A1
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antenna
dipole
slot
elements
slots
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PCT/EP2016/001472
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Vollmer
Manfred Stolle
Original Assignee
Kathrein-Werke Kg
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Priority to KR1020187008973A priority patent/KR20180040707A/ko
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    • 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
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/364—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith using a particular conducting material, e.g. superconductor

Definitions

  • the present invention relates to a dual-polarized antenna having four dipole elements, each of which is disposed on an associated support member.
  • the dipole elements may be dipole halves, of which two together form a dipole of the antenna.
  • two dipole elements lying opposite one another at the central axis of the antenna can each form a dipole, the polarization planes of these two dipoles being orthogonal to one another.
  • Such a dual-polarized antenna is known, for example, from EP 2 050 164 B1.
  • the dipole elements shown there are flat, with each dipole element occupying one quadrant of the antenna.
  • WO 00/39894 A1 and EP 1 772 929 A1 each disclose generic dual-polarized antennas, in which the dipole elements each consist of two separate sections arranged symmetrically to the plane of polarization of the dipole, which are arranged on a common support element and via to be fed this. Between the outer ends of the leg portions, a short gap is provided in some embodiments.
  • Documents US 6,034,649, EP 6 859 00 B1 and US 2013/0307743 A1 also show dual-polarized antennas with four dipole elements. According to US 2013/0307743 A1, a single dipole element can consist of two sections, which are held on a common support element and fed by it.
  • a dual-polarized antenna is also known in which the dipole elements are formed by flat, each one quadrant of the antenna making up metal sheets, which are supported on support elements. The feeding takes place via microstrip lines, which run crossed in the slots between the support elements.
  • the object of the present invention is to provide an improved dual-polarized antenna.
  • the broadband of the antenna is to be increased and the volume of the antenna to be better utilized.
  • the present invention comprises a dual-polarized antenna having four dipole elements, each of which is disposed on an associated support member.
  • the dipole elements may be dipole halves, of which two together form a dipole of the antenna.
  • a slot extends in the volume of the dipole elements, which slot is extended from the dipole element into the associated support element.
  • the inventors of the present invention have recognized that the slot running according to the invention in the volume of the dipole elements and associated support elements acts as an additional radiator, thereby increasing the broadbandness of the antenna and making better use of the volume.
  • the extension of the slot of the Dipole element in the support element thereby allows a sufficient length of the slot.
  • the present invention is used in particular in a dual-polarized antenna in which in each case two dipole elements lying opposite one another with respect to a central axis of the antenna form a dipole.
  • the four dipole elements are then four dipole halves, two of which together form a dipole of the antenna.
  • the polarization planes of the two dipoles of the antenna are orthogonal.
  • the support elements and / or the dipole elements may have a fourfold rotational symmetry with respect to a central axis of the antenna.
  • the support elements and / or the dipole elements may be arranged axially symmetrically with respect to a central axis of the antenna.
  • the antenna is preferably constructed so that the carrier elements extend upwards from a base of the antenna, with the dipole elements extending outward from the upper end of the carrier elements.
  • the dipole elements are arranged at a defined distance above the base of the antenna, wherein the antenna is usually attached to the base to a reflector.
  • the support elements in the region of the base are mechanically and / or galvanically connected to one another.
  • the support elements may preferably each extend substantially parallel to a central axis of the antenna.
  • the dipole elements preferably extend substantially along a plane which is perpendicular to the central axis of the antenna.
  • the slot arranged in each case in the volume of a dipole element and of the associated support element forms a slot radiator.
  • the antenna according to the invention be combined dipole radiators and slot radiators, wherein the slot radiators are arranged in the volume of the dipole radiator. This results in a very compact arrangement and effective use of the volume.
  • the polarization planes of the slot radiators are each perpendicular to the polarization plane of the dipole element, in the volume of which they are arranged.
  • the polarization plane of a slot radiator can run parallel to the plane of polarization of an adjacently arranged dipole element.
  • the inventive extension of the slot from the dipole element into the carrier element allows a length of the slot which is advantageous for the radiation properties.
  • the inventors of the present invention have recognized that the length of the slot in the dipole element and in the support element has a decisive influence on the radiation properties of the antenna according to the invention.
  • the extended in the support member portion of the slots each measured from the top edge of the antenna has a length of at least 0.1 ⁇ , wherein ⁇ is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the antenna.
  • the slot in the support element has a length of at least 0.15 ⁇ .
  • the slot in the support element terminates at a base region of the antenna, and therefore does not pass through the base region.
  • the lower end of the slot in the support element can be formed by a bottom region, which is adjoined by the base of the antenna.
  • the region of the slots extending in the volume of the support elements has a length between 0.1 ⁇ and 0.4 ⁇ measured from the upper edge of the antenna to the end of the slot. It is at ⁇ to the wavelength of the center frequency of the lowest resonance frequency range of the antenna.
  • the length is preferably between 0.15 ⁇ and 0.35 ⁇ .
  • the region of the slots extending in the volume of the dipole elements preferably has a length of between 0.1 ⁇ and 0.4 ⁇ , measured from an inner edge of the slot up to an outer end or up to the outer edge of the dipole elements.
  • ⁇ is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the antenna.
  • the length is preferably between 0.15 ⁇ and 0.35 ⁇ .
  • the slots extending in the volume of the support elements and the dipole elements may each have a total length between 0.3 ⁇ and 0.7 ⁇ measured along the radial outer edge of the support element and the upper edge of the dipole element.
  • ⁇ is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the antenna.
  • the slots each have a total length between 0.4 ⁇ and 0.6 ⁇ .
  • the four support elements are each separated by slots.
  • the slots between the support elements in each case from the end of the slot in a base region of the antenna up to the upper edge of the antenna have a length between 0.1 ⁇ and 0.4 ⁇ , preferably between 0.15 ⁇ and 0.35 ⁇ ⁇ , where ⁇ is the wavelength of the center frequency of the lowest resonance frequency range of the antenna.
  • the slots extending in the volume of the support elements and the slots running between the support elements have a length from their end in the base area of the antenna to the upper edge of the antenna which is maximally 0.15 ⁇ and maximum 0, 1 ⁇ is different.
  • ⁇ is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the antenna.
  • the distance between a lower side of the base and the upper side of the antenna can be between 0.3 ⁇ and 0.7 ⁇ , preferably between 0.4 ⁇ and 0.6 ⁇ , where ⁇ is the wavelength of the center frequency of the lowest Resonance frequency range of the antenna is.
  • the resonant frequency range of the antenna in the context of the present invention generally refers to a respective resonant frequency range of the antenna which has a return loss of better than 6 dB, preferably better than 10 dB, preferably better than 15 dB.
  • the center frequency is the arithmetic mean of the highest and the lowest frequency in the resonant frequency range.
  • the resonant frequency range and thus the center frequency are inventively preferably determined with respect to the impedance position in the Smith chart, assuming subsequent elements for optimal impedance matching and / or impedance transformation.
  • the slot running in the volume of a dipole element and of the associated support element respectively begins over a base region of the antenna and extends upwardly therefrom along the support element and further from the inner edge of the dipole element to the outside.
  • the slot in the dipole element and in the associated support element in each case extends in a plane which runs parallel to a central axis of the antenna, the central axis preferably lying in the plane defined by the slot.
  • the slot preferably passes through the dipole element in the height direction.
  • the dipole element is thereby divided into two sections.
  • the slot may be closed towards the inner edge and / or the outer edge of the dipole element.
  • the slot to the inner edge and / or outer edge of the dipole element is open.
  • the slot is open at least to the outside of the associated support element.
  • the slot extends through the support element at least over part of its extent in the radial direction.
  • the slot is at least in a region adjacent to the dipole element portion of its extension in the support member in the radial direction therethrough. At least one upper region of the support element is thereby divided into two sections.
  • the slot extending in the volume of a dipole element and the associated support element can have a substantially constant width over its extent.
  • the width of the slot can vary within a range which makes up at least 80% of its length by a maximum of 80% with respect to the maximum width.
  • the width in this range varies by a maximum of 50% with respect to the maximum width, more preferably by a maximum of 20% with respect to the maximum width.
  • the width of the slot can vary within a range which makes up at least 95% of its length by a maximum of 80% with respect to the maximum width.
  • the width in this range varies by a maximum of 50% with respect to the maximum width, more preferably by a maximum of 20% with respect to the maximum width.
  • the dipole elements form a dipole square whose diagonals are defined by the polarization planes of the dipoles.
  • the slots in the volume of the dipole elements each extend along the diagonal of the dipole square.
  • the respective dipole elements each occupy one quadrant of the dipole square, and are separated from each other by slots.
  • the dipole elements themselves are then separated along the diagonal into two sections by the slots extending in their volume.
  • the sections of the dipole elements are preferably symmetrical with respect to the diagonal.
  • the dipole square has a side length between 0.3 ⁇ and 0.7 ⁇ , where ⁇ is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the antenna.
  • the side length is between 0.4 ⁇ and 0.6 ⁇ .
  • the slots in the volume of the dipole elements and the support elements may be such that the portions of the dipole elements and / or the support elements separated by the slots are arranged radially about a central axis of the antenna.
  • the sections are arranged radially next to each other.
  • the slots in the volume of the dipole elements and / or the slots in the volume of the support elements each extend radially with respect to the central axis of the antenna.
  • the slots of opposite dipole elements and / or support elements run in the same plane.
  • the slots of adjacent dipole elements and / or support elements may extend in mutually orthogonal planes.
  • the slots in the volume of the dipole elements and / or in the volume of the support elements each extend along the polarization planes of the antenna.
  • a dual-polarized antenna according to the present invention preferably has a feed which extends at least partially into the slots arranged in the volume of the carrier elements.
  • the feed of the antenna according to the invention may comprise a conductor which extends at least partially in a slot arranged in the volume of a carrier element.
  • the feed of the antenna takes place on the feed side in the bottom region of the slot.
  • the feed has two separate conductors for feeding the two polarizations of the radiator.
  • the two conductors are crossed to each other.
  • orthogonal successive polarizations of the radiator can be fed separately.
  • the conductors preferably feed the dipole in each case, in the volume of which they are arranged.
  • the conductors preferably each feed the slot radiators which are formed by the slots in the volume of the dipole elements extending diagonally for this purpose.
  • the slot radiator formed by a slot in the volume of a dipole element is therefore not fed by the conductor which runs in the slot of the associated support element, but by a conductor which extends in a slot of a support element of an adjacent dipole element.
  • the feed conductor enters the feed side in a bottom portion of the slot and extends upwardly from the bottom portion in the slot.
  • the conductor may extend from a first slot in the volume of a first support element to an opposite second support element and preferably the slot arranged in the latter.
  • the conductor may extend from the first half of a dipole across the central axis of the antenna to the opposite second half of the dipole to feed the dipole formed by the two dipole halves.
  • the conductor may preferably extend upwardly in a first slot and then inwardly via an angled portion, from where the conductor extends into the second slot Slot extends. Preferably, the conductor extends over a further bend in the second slot down.
  • the conductor runs in the second slot either only over a relatively short distance down and then ends.
  • the conductor may extend downwards in the second slot over a length of less than 0.2 ⁇ , and preferably less than 0.1 ⁇ , where ⁇ is the wavelength of the center frequency of the lowest resonance frequency range of the radiator.
  • the conductor can also extend substantially down to the bottom area of the second slot and more preferably dip into a recess in the floor area.
  • the portions of the intersecting conductors for feeding the two polarizations in the region in which they intersect are shaped such that a certain distance is maintained between the two conductors.
  • the conductor within the first slot is guided substantially up to a plane of the dipole elements upwards, before they are guided over a bend to the opposite slot.
  • the conductor can be guided in each case in the first slot up to a position which is at most 0.2 ⁇ and preferably at most 0.1 ⁇ away from the top of the antenna formed by the dipole elements, wherein it at ⁇ to is the wavelength of the center frequency of the lowest resonant frequency range of the antenna.
  • the conductor may be held in the slot by a dielectric support in one possible embodiment.
  • the side walls of the slots in which the conductors extend may have recesses or elevations.
  • the manager can talk about his Stretching have different diameters.
  • one or more dielectric elements may be arranged in the slot in which the conductor runs.
  • a matching circuit can be provided in a feed line to the antenna, for example sections with different widths when a microstrip line is inserted.
  • the feed is via the inner conductor of a coaxial cable and / or a Koaxialspeiseiatas, which extends within a slot in the volume of a support element.
  • the inner conductor is preferably guided by a bottom portion of the slot upwards.
  • the inner conductor runs in this case, as has already been described in more detail above with respect to the conductor.
  • the inner conductor can have a substantially circular cross section.
  • the base of the antenna in the bottom region of the slot on a recess for insertion of the coaxial cable or the Koaxialspeis is reiterates.
  • at least the inner conductor can be inserted into this recess with a dielectric sheath surrounding the inner conductor.
  • the recess may be a groove open to the side into which the coaxial cable and / or the coaxial feed element can be inserted laterally.
  • the groove may be shaped such that the coaxial cable and / or the coaxial feed element are laterally clipable, i. is held in the groove by an undercut.
  • the coaxial cable and / or the coaxial feed element preferably has an outer conductor in the region of the groove, the upper end of which electrically defines the bottom region of the slot.
  • the recess may comprise an axial bore into which the coaxial cable and / or a coaxial feed element are axially insertable.
  • the coaxial cable and / or the coaxial feed element in the region of the bore have an outer conductor.
  • the outer conductor can also be formed by the axial bore itself, so that coaxial cable and / or the coaxial feed element in the region of the bore need not have an outer conductor.
  • the inner conductor is surrounded in the recess of the base and in particular in the groove or axial bore of an insulation, in particular concentrically surrounded.
  • an outer conductor of the coaxial cable and / or the coaxial feed element can be coupled galvanically or capacitively to the base in the recess.
  • galvanic coupling insulation of the coaxial cable is removed or no external insulation is provided in the case of a coaxial feed element in this area, so that the outer conductor comes into contact with the recess.
  • capacitive coupling in contrast, the coupling takes place via the insulation of the outer conductor within the recess.
  • the base can also be coupled outside the recess with an outer conductor or with the ground.
  • the coupling can take place at the bottom of the base.
  • the feeding of the antenna can be effected via a coaxial cable, one end of which has no shield, the remaining inner conductor at least partially extending in a slot in the volume of a supporting element.
  • the inner conductor can be stripped in one possible embodiment in this area.
  • the inner conductor is pre-bent in this area, so that a simple mounting of the feed of the antenna is possible.
  • the coaxial cable can be laterally inserted into a groove of the base of the antenna which is open towards one side, in particular can be clipped in.
  • the cable has at least one insulation over which the inner conductor is guided in the groove.
  • the outer conductor or the shield is also provided in this area, which is preferably galvanically or capacitively coupled to the groove.
  • the feeding of the antenna can be effected via a coaxial feed element, one end of which has no shield, the inner conductor remaining in this region at least partially extending in a slot in the volume of a carrier element, and the other end comprising a connector for connecting a coaxial cable.
  • the inner conductor is preferably pre-bent.
  • the coaxial feed element is preferably laterally insertable into a groove of the base of the antenna which is open toward one side and can preferably be clipped in.
  • the coaxial feed element preferably has at least one insulation in the region in which it is arranged in the groove. Further preferably, it also has an outer conductor there, which is preferably galvanically or capacitively coupled to the groove.
  • the two last-mentioned embodiments of the present invention have the advantage that at least the inner conductor no longer has to be soldered when connecting the antenna. If there is an immediate coupling of the outer conductor in the groove, this also no longer needs to be soldered. In one possible embodiment, however, at least the outer conductor can be soldered to the antenna, preferably in the region of the base.
  • the feed of the antenna via a coaxial feed element can take place, one end of which has no shielding, wherein the remaining there inner conductor at least partially extends in a slot in the volume of a support member and the other end is soldered to a circuit board on which the antenna is arranged.
  • the inner conductor may preferably be pre-bent.
  • the coaxial feed element can preferably be inserted into an axial bore of the base.
  • the coaxial feed element has only the inner conductor and an insulation surrounding the inner conductor at least in the region of the axial bore, but no outer conductor.
  • the base of the antenna is separately coupled to a ground terminal of the board. The coupling takes place in particular on the underside of the base.
  • the coupling can take place, for example, capacitively with a ground plane arranged on the board.
  • the coupling can also be galvanic, for example by one or more solder pins, which are soldered to the ground of the board.
  • the solder pin or pins can also serve as a mechanical safeguard against rotation of the dipole during assembly.
  • the solder pin or pins passes through a hole in the board.
  • the solder pins can also serve electrical aspects such as port isolation and intermodulation.
  • the dual-polarized antenna according to the invention or the antenna body with the support arms and the dipole elements can be made structurally arbitrary.
  • the dipole elements can form separate components in a first embodiment, which are connected to the support elements.
  • the support members may form separate elements with each other, which are connected to each other and / or with a base.
  • the sections of the dipole elements and / or support elements formed by the slots can also be formed by separate elements.
  • the antenna body is made in one piece.
  • the base, the support elements and the dipole elements of the antenna body are made in one piece.
  • the antenna body of an antenna according to the invention can be produced, for example, by bending sheet metal sections.
  • the antenna body is made of plastic.
  • the antenna body can either consist of a conductive plastic, and / or with a conductive Be coated layer.
  • the antenna body is produced by an injection molding process. As a result, the complex geometry of the antenna body according to the invention can be produced easily.
  • the present invention further comprises an antenna arrangement with at least one and preferably a plurality of dual-polarized antennas according to the invention, as described in greater detail above.
  • the antenna arrangement may comprise a reflector on which the antenna is arranged with its base.
  • the reflector preferably has a base plate which extends in a plane which runs perpendicular to the central axis of the antenna.
  • the plane of the base plate of the reflector extends parallel to a plane in which the dipole elements extend.
  • the antenna arrangement may comprise a base plate, and / or a reflector frame, which is arranged around the antenna, and / or reflector walls.
  • the reflector frame and / or the reflector walls may have a substantially arbitrary shape and a substantially arbitrary distance from the antenna.
  • the distance between the base plate of the reflector and the plane of the dipole elements in particular the distance between the top of the reflector baseplate and the top of the antenna, may be between 0.3 ⁇ and 0.7 ⁇ between 0.4 ⁇ and 0.6 ⁇ , where ⁇ is the wavelength of the center frequency of the lowest frequency range of the antenna.
  • the antenna arrangement may comprise a board on which one and / or preferably a plurality of antennas according to the invention are arranged. If coaxial used dining elements, as described above, they can each be soldered to the microstrip lines on the board. Matching circuits may be provided on the board.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a dual polarized antenna according to the invention in a perspective view
  • FIG. 1 shows the embodiment shown in Fig. 1 in a plan view and a side view
  • FIG. 3 shows three sectional views through the support elements of the embodiment shown in Figure 1 along a plane which is perpendicular to the main axis of the antenna, in heights of 5 mm, 10 mm and 17 mm.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the proportion of the dipole radiators and the slot radiators for the supply via the first and the second port of the antenna, respectively;
  • FIG. 5 shows a diagram of the E-field distribution at 3.5 GHz at different phases for a supply of the antenna via the first port or the second port
  • FIG. 6 shows a diagram of the E-field distribution at 5.5 GHz at different phases for the feeding of the antenna via the first port or the second port,
  • FIG. 7 shows two diagrams of the S parameter as a function of the frequency, wherein the S parameter for an inventive device is shown above Antenna is shown with arranged in the dipole elements and support elements slots, and below the same diagram for a comparative example in which the slots have been blocked in the dipole elements of one of the two dipoles,
  • FIG. 8 shows four exemplary embodiments of an antenna according to the invention with slots of different lengths in the support elements
  • FIG. 9 shows Smith charts and diagrams of the S parameter as a function of the frequency for the four exemplary embodiments shown in FIG. 8, FIG.
  • FIGS. 1 to 3 are perspective views and a plan view of the first embodiment already shown in FIGS. 1 to 3, and a perspective view and a plan view of a second embodiment in which the shape of the dipole elements has been modified,
  • FIG. 11 on the left a diagram of the S parameter as a function of the frequency and on the right a Smith chart for the two exemplary embodiments shown in FIG. 10, FIG.
  • FIG. 12 shows the E-field distribution at 3.4 GHz at different phases for the two exemplary embodiments shown in FIG. 10, FIG.
  • FIG. 13 shows the E-field distribution at 5.9 GHz for different phases for the exemplary embodiments illustrated in FIG. 10, FIG.
  • FIGS. 1 to 3 wherein the feed and a holder for the feeders are shown separately on the right
  • 15a an embodiment of an antenna arrangement according to the invention, in which the antenna according to the invention is arranged on a printed circuit board
  • 16a shows an alternative embodiment of an antenna according to the invention, in which the slots in the support elements have a non-uniform width
  • FIG. 16b shows a further alternative embodiment of an antenna according to the invention, in which the feeders are guided in dielectric blocks in the slots, FIG.
  • Fig. 17 a third embodiment of an antenna according to the invention in a perspective view obliquely from above and obliquely below, in this embodiment, the feeders are mounted on a side open groove on the base of the antenna, and
  • FIGS. 18a and 18b show the mounting of the conductors in the third exemplary embodiment of an antenna according to the invention shown in FIG. 17.
  • a first embodiment of an antenna according to the invention is shown.
  • the general structure of the antenna shown in Figs. 1 to 3 is maintained also in the other embodiments.
  • the antenna has four dipole elements 1 to 4, which are each arranged on an associated support element 11 to 14.
  • dipole elements 1 to 4 In a lower area of the antenna ne are all supporting elements with a base 5 of the antenna in combination. From this common base, the support members 11 to 14 extend separately upwards.
  • the dipole elements 1 to 4 At the upper end of the support elements, the dipole elements 1 to 4 are arranged, which extend in a plane which is perpendicular to the central axis of the antenna.
  • the individual support elements and dipole elements are separated from each other by slots 25.
  • the slots 25 are perpendicular to each other and divide the antenna into four quadrants.
  • a slot 21 to 24 is now provided in the volume of each dipole element 1 to 4, which slot is extended from the respective dipole element into the associated support element 11 to 14.
  • the slots 21 to 24 pass in the height direction through the dipole elements 1 to 4 and divide them into two sections.
  • the dipole element 1 is thus separated into two sections 1 1 and 1 ", for example via the slot 21.
  • the extended into the support elements in the region of the slots is open to the outside of the support elements.
  • the slot also passes radially through the support elements, at least in a region 80 adjacent to the dipole elements, and therefore separates them into two sections.
  • the support member 11 is divided by the slot 21 into two sections 11 1 and 11 11 .
  • the region 80 in which the slits pass radially through the support elements does not extend completely to the bottom region 6, but ends in a step 81 above the bottom region 6 of the slits.
  • the length of the slot is measured from the bottom portion 6 and, as shown in more detail below, is of crucial importance to the Radiation properties of the antenna.
  • the length of region 80 may be used for fine tuning and / or bandwidth expansion.
  • the slots in the region of the support elements become somewhat narrower toward the inside of the support elements before they pass radially through the support elements, and therefore close the inner conductors on the inside of the support elements somewhat more strongly.
  • the regions of the slot in which the latter changes from the larger width to the smaller width are rounded off in a circular segment shape toward the inner conductor.
  • other embodiments are conceivable. Regardless of the shape of the side walls of the slots in the region of the support elements whose width b1 is measured on the radius on which also runs the conductor.
  • the slots 21 to 24 each extend diagonally in the support elements or dipole elements and thus along a plane which extends through the central axis of the antenna.
  • the antenna comprises eight dipole element sections, which are each separated from one another and are each arranged on the base 5 via a rag element section.
  • the dipole element sections and the support element sections of a dipole or support element are separated from one another by the slots 21 to 24, the dipole sections or support sections of adjacent dipoles or support elements through the slots 25.
  • the dipole elements 1 and 3 form a first dipole
  • the dipole elements 2 and 4 form a second dipole.
  • the first dipole is fed via the conductor 32, the second dipole via the conductor 31.
  • the polarization NEN of the two dipoles thereby extend diagonally to the dipole square formed by the dipole elements.
  • the slits 21 and 23 in the first dipole and the slits 22 and 24 in the second dipole are thus each along the plane of polarization of the associated dipoles.
  • the slots 21 to 24 in the dipoles and support elements act as slit radiators, so that there is an increase in the bandwidth with optimal use of the available volume.
  • the slot radiators formed by the slots 22 and 24 in the dipole elements 2 and 4 have the same polarization as the first dipole formed by the dipole elements 1 and 3.
  • the slot radiators formed by the slots 21 and 23 in the dipole elements 1 and 3 have the same polarization as the second dipole formed by the dipole elements 2 and 4.
  • the slots in the volume of the second dipole thus have the same polarization as the first dipole and vice versa.
  • the slot radiators formed by the slots in the second dipole are fed by the feed of the first dipole and vice versa.
  • the antenna according to the invention thus corresponds to a combination of dipoles and slot radiators, wherein the slot radiators belonging to a dipole are each arranged in the volume of the other dipole. This results in a particularly compact arrangement.
  • FIG. 5 and 6 the E-field distributions of an antenna according to the invention in the control of port 1 or port 2, that is shown in power supply via the conductor 31 and the conductor 32 at different phases of the signal.
  • 5 shows the E field at 3.5 GHz
  • FIG. 6 the E field at 5.5 GHz.
  • the field is shown in a plane parallel to the plane of extension of the dipoles at the level of the dipoles.
  • the proportion of the dipoles and the slot radiators changes as a function of the frequency.
  • the proportion of di- Polstrahler on the overall performance in the illustrated in Fig. 6 control 5.5 GHz, however, the proportion of slot radiators.
  • Fig. 7 the embodiment of the invention, which is also shown in Fig. 1 to 3, together with a diagram of the S parameter as a function of the frequency is shown.
  • the solid line S1, 1 shows the S parameter for port 1, the dashed line S2,2 the S parameter for port 2.
  • the dotted lines S1, 2 and S2,1 show the crosstalk between the two ports.
  • the antenna has a wide frequency range of approximately 3.5 to 5.6 GHz for both ports, in which the S parameter is less than -10 dB.
  • the total width of the resonant frequency range for the two ports is essentially identical, the best values, however, shifted from each other. This is due to the slightly different leadership of the conductors 31 and 32 of the respective ports.
  • Fig. 7 shows the same S-diagram for an antenna in which the slot in the dipole fed via port 1 has been blocked.
  • the blockage of the slot for the radiation characteristic of this dipole has no major effect.
  • blocking the slots in the dipole fed via port 1 severely degrades the radiation pattern for the dipole running diagonally to the blocked slots, which is fed via port 2, see dashed line S2,2 in FIG. 7 below.
  • the diagram shows that the slots have a significant contribution to the radiation behavior of the antenna according to the invention.
  • the inventor of the present invention has further recognized that the length of the slots has a significant influence on the radiation behavior.
  • the antenna has a square base area, which is defined by the polarization planes running along the diagonal and the extension of the dipoles along these polarization planes.
  • the four dipoles 1 to 4 each occupy one quadrant of the base area.
  • the base has a side length K.
  • K 0.5 ⁇ ⁇ 0.1 ⁇ , where ⁇ is the wavelength of the center frequency of the resonant frequency range of the antenna.
  • the overall height of the antenna from a bottom 9 of the base to the top 8 of the dipole elements has a length L + X.
  • L + X Preferably applies
  • the slots 21 to 24 in the support elements extend in the embodiment of its end in the base region 5, ie from its bottom portion 6, to the top 8 of the antenna over a length L.
  • the height of the base portion to the beginning of the slots has a height X on.
  • the overall height of the antenna from a bottom 9 of the base to the top 8 accordingly has the length L + X.
  • the effective length of the slots is thus composed of the length of each slot in the region of the dipole element and the length L of the slot in the region of the associated support element. The influence of the length L of the slot in the support element is illustrated with reference to FIGS. 8 and 9.
  • the slits in the dipole elements extended into the support elements have a total length of 0.5 .lambda.. + -. 0.1 .lambda., Where .lambda. Is the wavelength of the center frequency of the resonant frequency range of the antenna.
  • This preferred length of the slots is also the reason for extending the slots into the support members, as the slots in the dipole member are only about 0.25 ⁇ in length and therefore the optimum overall length would exceed the length of the slots in the dipole members ,
  • Fig. 8 four embodiments are shown with different lengths slots.
  • the embodiments have a base of the dipole square with a side length K - 29 mm, and a total height of the antenna L + X of 23 mm.
  • the wavelength ⁇ of the center frequency of the antenna is about 64 mm.
  • the length of the slot in the support element is therefore preferably:
  • the width b1 of the slots 21 to 24 in the exemplary embodiment is 4.6 mm.
  • the width b2 of the slots 25 between the support elements is 2.5 mm.
  • the width b1 and b2 of the slots is less critical.
  • the width of the slots, in particular the maximum width is 0.15 ⁇ or less, preferably 0.1 ⁇ or less.
  • the dipole elements have a flat, essentially square basic shape, so that the dipole sections formed in each case by the slots 21 to 24 have essentially the shape of a triangle.
  • the inner sides 16 of the dipole sections in this case form the longer side of the triangle and lie opposite each other over the slot extending in the volume of the dipole element.
  • the two shorter legs 17 and 18 of the triangle are the same length and have an angle of 90 ° to each other.
  • the sides 18 of adjacent dipole elements lie opposite each other via the slots 25, the outer sides 17 face outward. In the embodiment, the corners between the shorter legs 17 and 18 are already cut off slightly.
  • FIG. 10 the embodiment of an antenna according to the invention already shown in FIGS. 1 to 3 is shown on the left, which was designated V001.
  • V002 On the right is shown a second embodiment V002, in which the dipole elements have a different shape.
  • the base and the supporting elements of the embodiment V002 are constructed identically to the first embodiment, as well as the inner sides 16 of the dipole elements and the slots forming these inner sides in the volume of the support elements and the dipole elements.
  • the Dipolelementabitese no longer have a triangular shape, but the shape of a truncated triangle or an equilateral trapezoid.
  • the base side of the trapezoid is formed by the inner sides 16 of the Dipolelementabitese, the legs through the sections 27, which face the outside of the antenna, and 28, over which the dipoles opposite each other via the slots 25 dipoles.
  • the upper side of the trapezoid is formed by a parallel to the base side 16 extending side 29.
  • FIG. 11 now shows an S diagram and a Smith chart for the two exemplary embodiments, in FIGS. 12 and 13 the field distribution at 3.4 GHz or 5.9 GHz.
  • FIGS. 12 and 13 the field distribution at 3.4 GHz or 5.9 GHz.
  • the antennas according to the invention continue to have a general shape, which will be described in more detail below. Depending on the exemplary embodiment, only some of the geometric features described below can be realized:
  • the base 5 extends from a ground plane 9 of the antenna, with which the antenna can be arranged for example on a printed circuit board or a reflector, upwards and is extended by the support members 11 to 14 upwards.
  • the dipole elements 1 to 4 form a dipole plane 8 of the antenna, which runs parallel to the ground plane 9.
  • the base 5 and the support elements 11 to 14 extend between the ground plane 9 and the dipole plane 8. Ren area are the support elements with the base 5 in conjunction. In the upper area they carry the dipole elements 1 to 4.
  • the individual support elements and dipole elements are separated by slots 25, which divides the antenna into four quadrants. Diagonally to the slots 25 between the support elements extend the slots 21 to 25, which extend in each case in the volume of the dipole elements and the support elements.
  • the crossing region of the slots 25 forms a central recess 10. In the exemplary embodiment, this also passes through the base. Alternatively, however, the base in the region of the central axis could also be closed.
  • the center cutout in the exemplary embodiment is a circular cylinder. Here, however, other forms are conceivable.
  • the support elements and the dipole elements are arranged radially around the center recess 10.
  • the conductors 31 and 32 of the feed run through the central recess 10 from a first slot of a support element to the opposite support elements and in particular into the slot arranged therein. In the area of the central recess, the conductors 31 and 32 of the supply cross each other.
  • the support elements run essentially parallel to the central axis of the antenna or perpendicular to the ground plane 9 and the dipole plane 8 upwards. From the support elements, the dipole elements extend radially outward.
  • the outer sides of the support elements form a cylinder interrupted by the slots.
  • the plate-shaped dipole elements which extend outward beyond the cylinder, are arranged on top of this cylinder.
  • other basic shapes for the support elements and the dipole elements are also conceivable here.
  • the body defined by the support elements and the intermediate slots and the central recess preferably has a cross-sectional area, which makes up at most 70% of the total base area of the antenna in the area of the dipole elements (including slots and center cutout), more preferably at most 60%, further preferably at most 50%.
  • the slots 25 between the individual support elements or dipole elements need not have a specific shape, since they are used only for electrical isolation. Also, the length of these slots in the head, i. in the dipole square between the dipole elements, not of crucial importance, as for example the comparison of the embodiments in Fig. 10 shows. In contrast, the length of the slots 25 in the base for the radiation properties of the dipole radiator ( ⁇ / 4 Symmetrieschlitz and / or balun) is significant.
  • the slots 21 to 24 have a decisive for the radiation characteristics of the antenna according to the invention role, so that in particular their length as discussed further above must be matched to the overall dimensions of the antenna or to the wavelength of the center frequency of the antenna.
  • the width b1 of the slots 21 to 24 thereby varies by more than 80% and more preferably 95% of its total extent by less than 50% with respect to the maximum width.
  • the slot has a comparable width in the area of the dipole elements and in the region of the support elements.
  • the support elements 11 to 14 have a certain thickness in the radial direction, just as the dipole elements have a certain thickness perpendicular to their plane of extension.
  • the ratio between the thickness of the support elements in the radial direction and the thickness of the dipole elements in the height direction is preferably between 1: 5 and 5: 1, preferably between 1: 3 and 3: 1.
  • the thickness of the support elements in the radial direction is greater than the thickness of the dipole elements in the height direction.
  • the dipole elements each have a planar shape.
  • the dipole elements could also be rod-shaped along the slots 21 to 24 extend, ie in each case be formed by running parallel to the diagonal bars.
  • the antenna body of the antenna according to the invention is made of plastic, in particular as an injection molded part.
  • the antenna body is provided with a conductive coating.
  • the dipole elements and / or the support elements can also be made of sheet metal elements and / or metal rods.
  • the casting of the antenna from a metallic material is conceivable.
  • the antenna body formed by the support elements and the dipole elements has a fourfold symmetry with respect to the central axis as the axis of symmetry. Furthermore, the antenna body is symmetrical with respect to the central axis.
  • the supply of the antenna takes place via the conductors 31 and 32 running in the slots of the support elements.
  • the supply used in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 will now be described in more detail again with reference to FIG.
  • the conductors 31 and 32 each have substantially the shape of an inverted L or U on.
  • the conductors 31 and 32 each extend from the feed side in the slot 23 or 24 from the bottom region thereof in the support element upwards. Approximately at the level of the dipole elements, a bending takes place inwards, so that the conductor runs in each case through the central recess 10 of the antenna into the slot 21 or 22 of the opposite support element. There is another bend, so that the conductor runs in the slot down. As can be seen from FIG. 14, the conductor section, which runs downwards in the opposite slot, is in FIG Embodiment relatively short. Alternatively, however, the conductor could also run completely down through the entire slot.
  • the two conductors 31 and 32 intersect in the center recess 10 of the antenna in the region of the central axis.
  • the conductor 31 has a downward bend, so that the conductor 32 can be passed over this bend.
  • the conductors are held in the slots via the dielectric support 35.
  • the dielectric holder 35 in this case has terminals 38, which are arranged in the slots 21 to 24 and in which the conductors 31 and 32 can be clipped. Furthermore, the holder 35 holding arms 37, via which it is held in the slots 25. The bracket 35 thus ensures the correct placement of the conductors 31 and 32 in the slots.
  • the slots in their bottom region 6 each have recesses 33, through which the conductors 31 and 32 are passed.
  • the recess 33 is an axial bore, i. around a bore extending parallel to the central axis of the antenna, which passes through the base 5 of the antenna.
  • the conductors 31 and 32 have an insulation 34 in the region in which they are passed through the recesses 33.
  • the conductors 31 and 32 in the exemplary embodiment are thus the inner conductors of a coaxial cable or of a coaxial feed element.
  • the inner conductor has in the embodiment, a constant, circular cross-section.
  • internal conductors for adapting the antenna which have a cross-section which changes over their extension and / or a cross-section which deviates from the circular shape.
  • the line modes are guided coaxially via the inner conductor 32 and the axial bore 33 acting as an outer conductor into the gap in the region of the axial bore 33. As it enters the gap, the line modes become radiation modes, so that the antenna feeds into the bottom of the slots.
  • the slots, in which the inner conductors are guided thereby substantially the same width as the recess 33 in the bottom region of the slot, so that no excessive impedance jump occurs.
  • the width b1 of the slots is preferably between half and twice the diameter of the recess 23.
  • coaxial feed elements are used which consist only of the inner conductor 31 or 32 and the coaxial insulation 34 in the region of the recess 33.
  • the inner conductors 31 and 32 are extended beyond the lower end of the insulation 34 out and can pass with their lower ends through holes in a board, with which they are soldered.
  • the ground connection of the antenna takes place separately in this exemplary embodiment, for example, via a soldering pin which is arranged on the antenna body, in particular on the base, and which is soldered to the circuit board.
  • FIG. 15 a shows a corresponding exemplary embodiment of an antenna arrangement in which the antenna is connected to a circuit board 50 via the coaxial feed elements shown in FIG. 14.
  • the antenna lies with its bottom side 9, ie with the base 5, on the upper side of the board 50.
  • the Koaxialspeise shame 31 and 32 go with their supply-side ends through holes in the board and are soldered on the underside of the board with micro-rost Shape 51 and 52 respectively.
  • the antenna base preferably further comprises a ground pin, with which it is soldered to a ground surface of the board. The soldering can be done on the top of the board.
  • the conductors 31 and 32 terminate in an upper portion of the opposite sides of the feed side.
  • the opposite ends of the feed side of the Koaxialspeise shame could be passed down to the bottom portion 6 and there through holes 33 through the base. Accordingly, the inner conductors would also have on the opposite side of insulation 34 where they pass through the bore. The inner conductors can be soldered to the side opposite the feed side with a ground terminal of a circuit board.
  • the opposite ends of the feed side of the Koaxialspeise shame could also be galvanically coupled to the dipole elements or the support elements.
  • FIG. 15b shows an arrangement of an antenna according to the invention on a reflector 50.
  • the reflector 50 in this case has a base plate which is perpendicular to the central axis of the antenna and thus runs parallel to the main plane of the dipole elements.
  • the distance between the plane of the base plate of the reflector 50 and the top of the antenna formed by the dipoles is preferred in the exemplary embodiment:
  • X + L 0.25 ⁇ ⁇ 0.2 ⁇ , where ⁇ is the wavelength of the center frequency of the antenna.
  • ⁇ is the wavelength of the center frequency of the antenna.
  • the distance can also be chosen to be larger in order to achieve a different radiation characteristic.
  • the distance could also be at 0.5 ⁇ ⁇ 0.1 ⁇ .
  • the reflector further comprises a reflector frame 51 which is arranged around the antenna.
  • the reflector frame also has a square base, wherein the sides of the square frame 51 are aligned parallel to the outsides 17 of the dipole square.
  • the reflector frame 51 thus has the same orientation as the dipole square.
  • the reflector frame can also have a different shape or comprise further reflector elements, for example, wings arranged on the reflector frame.
  • FIGS. 15a and 15b of an antenna according to the invention on a circuit board or on the base plate of a reflector can be used independently of the specific structure of the antenna or power supply according to the invention.
  • the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 can be used here.
  • FIG. 15a and 15b two variations of this embodiment are already shown, in which several different ways of adapting the antenna are shown. These will be explained again with reference to FIGS. 16a and 16b.
  • taper elements 60 are arranged in the gap 23, which change the width of the gap.
  • the taper elements are arranged in the region of the feed slot in which the feed conductor 32 runs, i. between two sections of a support element. Due to the changing width of the gap, an adaptation of the antenna can take place.
  • Fig. 16b an alternative possibility is shown to guide the feeders 31 and 32 in the slots.
  • the conductors 31 and 32 extend through dielectric body 61, which are arranged in the volume of the slots of the support elements and fill them in the embodiment.
  • the dielectric bodies 61 On its underside, the dielectric bodies 61 have hollow cylindrical extensions 62, with which they. can be inserted into the recesses 33 at the bottom of the slots and over which the conductors are isolated from the base.
  • a coherent dielectric body is used, which fills in all four slots.
  • the shape of the conductors 31 and 32 may correspond to the shape shown in Fig. 14 and described above.
  • FIG. 17 and 18 a third embodiment of the invention antenna is shown.
  • the embodiment corresponds to the exemplary embodiment already shown in FIGS. 1 to 3, so that reference is made in this regard to the above description.
  • FIGS. 17 and 18 only the differences between the exemplary embodiment shown in FIGS. 17 and 18 and the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 will be discussed in more detail.
  • the embodiment shown in FIGS. 17 and 18 allows a different embodiment of the conductors 31 and 32 compared to the embodiment shown in FIGS. 1 to 3.
  • the conductors 31 and 32 are formed in a first variant of the pre-bent, freed from the outer conductor ends of coaxial cables 71 and 72, or are designed in a second variant as a pre-bent inner conductor of Koaxialspeiseimplantationn.
  • the conductors 31 and 32 each have outer conductors 73 and 74, respectively, whose upper end electrically forms the bottom of the slots 23 and 24, respectively.
  • the conductors 31 and 32 are the ends of the inner conductors of coaxial cables, in which the outer conductor or the shield of the coaxial cable has been removed.
  • the dielectric sheath was removed around the inner conductor.
  • the coaxial cable still has its outer conductor 73 or 74, which is preferably electrically coupled to the antenna body within the groove.
  • the outer conductor can be exposed in the region of the groove, and thus directly contact the inner surface of the groove 63. The coupling takes place galvanically in this case.
  • the coaxial cable in the region of the groove 63 further on its outer insulation and is there capacitively connected to the groove.
  • the outer conductor may also be otherwise coupled to the antenna body, for example by a solder joint.
  • feeder conductors 31 and 32 are the inner conductors of coaxial feed elements which each have a coaxial plug connector for connecting a coaxial cable on the feed side.
  • the coaxial feed elements may have the same structure as described above with respect to the first variant.
  • an outer conductor 73 or 74 of the coaxial feed element can be capacitively or galvanically coupled to the groove.
  • the conductors 31 and 32 may be mounted on the antenna body so as to be laterally inserted with the regions 73 and 74 into the grooves 63. As a result, an assembly of the feed is possible at least without soldering the inner conductor 31 and 32.
  • the outer conductor may be coupled to the antenna body by a solder connection.
  • the inner conductors 31 and 32 are pre-bent and are held in the gaps via the dielectric support 35.
  • the groove 63 extends the slots 23 and 24 downward through the socket.
  • the outer conductors 73 and 74 form the bottom portion 6 of the slot.
  • the length of the slot L is therefore determined in the in FIGS. 17 and 18, starting from the upper edge of the outer conductors 73 and 74 starting upwards.
  • An antenna arrangement according to the invention in this case comprises at least one, but preferably a plurality of antennas according to the invention, which are arranged on one or more reflectors.
  • a plurality of antennas according to the invention with the same orientation is preferably arranged on a common mounting plate and forms an antenna arrangement according to the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dual-polarisierte Antenne mit vier Dipolelementen, welche jeweils an einem zugehörigen Tragelement angeordnet sind, wobei im Volumen eines Dipolelementes jeweils ein Schlitz verläuft, welcher vom Dipolelement aus in das zugehörige Tragelement verlängert ist.

Description

Dual-polarisierte Antenne
Die vorliegende Erfindung betrifft eine dual-polarisierte Antenne mit vier Dipolelementen, von welchen jedes an einem zugehörigen Tragelement angeordnet ist. Dabei kann es sich bei den Dipolelementen um Dipolhälften handeln, von welchen jeweils zwei zusammen einen Dipol der Antenne bilden. Insbesondere können dabei jeweils zwei sich bezüglich an der Mittelachse der Antenne gegenüberliegender Dipolelemente einen Dipol bilden, wobei die Polarisationsebenen dieser beiden Dipole orthogonal zueinander verlaufen.
Eine solche Dual-polarisierte Antenne ist beispielsweise aus der EP 2 050 164 B1 bekannt. Die dort gezeigten Dipolelemente sind flächig ausgeführt, wobei jedes Dipolelement einen Quadranten der Antenne einnimmt.
Aus der WO 00/39894 A1 und der EP 1 772 929 A1 sind jeweils gattungsgemäße dual-polarisierte Antennen bekannt, bei welchem die Dipolelemente jeweils aus zwei separaten, symmetrisch zur Polarisationsebene des Dipols angeordneten Abschnitten bestehen, welche an einem gemeinsamen Tragelement angeordnet sind und über dieses gespeist werden. Zwischen den äußeren Enden der beinen Abschnitte ist in einigen Ausführungsbeispielen ein kurzer Spalt vorgesehen. Druckschriften US 6,034,649, EP 6 859 00 B1 und US 2013/0307743 A1 zeigen ebenfalls dual-polarisierte Antennen mit vier Dipolelementen. Gemäß der US 2013/0307743 A1 kann ein einzelnes Dipolelement aus zwei Abschnitten bestehen, welche an einem gemeinsamen Trageelement gehaltert sind und durch dieses gespeist werden.
Aus dem Artikel Mingjian, Li, et al., Magnetoelectric Dipole Antennas With Dual Po- larization and Circular Polarization, IEEE Antennas and Propagation Magazine, Volume 57, Number 1 , February 2015 ist weiterhin eine dual-polarisierte Antenne bekannt, bei welcher die Dipolelemente durch flächige, jeweils einen Quadranten der Antenne ausmachende Metallbleche gebildet werden, welche an Tragelementen gehaltert sind. Die Speisung erfolgt dabei über Mikrostreifenleitungen, welche gekreuzt in den Schlitzen zwischen den Tragelementen verlaufen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte dual-polarisierte Antenne zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll die Breitbandigkeit der Antenne vergrößert und das Volumen der Antenne besser genutzt werden.
In dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine dual-polarisierte Antenne gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine dual-polarisierte Antenne mit vier Dipolelementen, von welchen jedes an einem zugehörigen Tragelement angeordnet ist. Dabei kann es sich bei den Dipolelementen um Dipolhälften handeln, von welchen jeweils zwei zusammen einen Dipol der Antenne bilden. Erfindungsgemäß verläuft dabei im Volumen der Dipolelemente jeweils ein Schlitz, welcher von dem Dipolelement aus in das zugehörige Tragelement verlängert ist. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass der erfindungsgemäß im Volumen der Dipolelemente und zugehörigen Tragelemente verlaufende Schlitz als zusätzlicher Strahler wirkt und hierdurch die Breitbandigkeit der Antenne vergrößert und das Volumen besser genutzt werden kann. Die Verlängerung des Schlitzes von dem Dipolelement in das Trägerelement ermöglicht dabei eine hierfür ausreichende Länge des Schlitzes.
Die vorliegende Erfindung kommt insbesondere bei einer dual-polarisierten Antenne zum Einsatz, bei welcher jeweils zwei sich bezüglich einer Mittelachse der Antenne gegenüberliegende Dipolelemente einen Dipol bilden. Bei den vier Dipolelementen handelt es sich dann um vier Dipolhälften, von welchen jeweils zwei zusammen einen Dipol der Antenne bilden. Bevorzugt verlaufen die Polarisationsebenen der beiden Dipole der Antenne orthogonal.
In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung können die Tragelemente und/oder die Dipolelemente eine vier-zählige Drehsymmetrie gegenüber einer Mittelachse der Antenne aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die Tragelemente und/oder die Dipolelemente axialsymmetrisch gegenüber einer Mittelachse der Antenne angeordnet sein.
Bevorzugt ist die Antenne dabei so aufgebaut, dass sich die Tragelemente von einem Sockel der Antenne aus getrennt nach oben erstrecken, wobei sich die Dipolelemente vom oberen Ende der Tragelemente aus nach außen erstrecken. Durch die Tragelemente werden die Dipolelemente in einem definierten Abstand über dem Sockel der Antenne angeordnet, wobei die Antenne mit dem Sockel üblicherweise an einen Reflektor befestigt ist. Bevorzugt sind die Tragelemente im Bereich des Sockel mechanisch und/oder galvanisch miteinander verbunden.
Insbesondere können sich die Tragelemente dabei bevorzugt jeweils im Wesentlichen parallel zu einer Mittelachse der Antenne erstrecken. Die Dipolelemente erstrecken sich bevorzugt im Wesentlichen entlang einer Ebene, welche senkrecht zur Mittelachse der Antenne verläuft.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet der jeweils im Volumen eines Dipolelementes und des zugehörigen Tragelementes angeordnete Schlitz einen Schlitzstrahler. Gemäß der vorliegenden Erfindung können daher in der erfindungsgemäßen Antenne Dipolstrahlern und Schlitzstrahlern kombiniert sein, wobei die Schlitzstrahler im Volumen der Dipolstrahler angeordnet sind. Hierdurch eingibt sich eine sehr kompakte Anordnung und effektive Nutzung des Volumens.
Bevorzugt stehen die Polarisationsebenen der Schlitzstrahler jeweils senkrecht auf der Polarisationsebene des Dipolelementes, in dessen Volumen sie angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Polarisationsebene eines Schlitzstrahlers parallel zur Polarisationsebene eines benachbart angeordneten Dipolelementes verlaufen.
Wie bereits oben erläutert erlaubt die erfindungsgemäße Verlängerung des Schlitzes von dem Dipolelement in das Tragelement eine für die Strahlungseigenschaften vorteilhafte Länge des Schlitzes. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben dabei erkannt, dass die Länge des Schlitzes im Dipolelement sowie im Trageelement einen entscheidenden Einfluss auf die Strahlungseigenschaften der erfindungsgemäßen Antenne aufweist.
Bevorzugt weist der in das Tragelement verlängerte Bereich der Schlitze jeweils von der Oberkante der Antenne aus gemessen eine Länge von mindestens 0,1 λ auf, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt. Bevorzugt weist der Schlitz im Tragelement eine Länge von mindestens 0,15 λ auf.
Weiterhin bevorzugt endet der Schlitz im Tragelement an einem Sockelbereich der Antenne, und geht daher nicht durch den Sockelbereich hindurch. Insbesondere kann das untere Ende der Schlitzes im Tragelement durch einen Bodenbereich gebildet werden, an welchen der Sockel der Antenne anschließt.
Weiterhin bevorzugt weist der im Volumen der Tragelemente verlaufende Bereich der Schlitze jeweils von der Oberkante der Antenne bis zum Ende des Schlitzes gemessen eine Länge zwischen 0,1 λ und 0,4 λ auf. Dabei handelt es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne. Bevorzugt beträgt die Länge dabei zwischen 0,15 λ und 0,35 λ.
Weiterhin bevorzugt weist der im Volumen der Dipolelemente verlaufende Bereich der Schlitze jeweils von einer Innenkante des Schlitzes aus bis zu einem äußeren Ende bzw. bis zur Außenkante der Dipolelemente gemessen eine Länge zwischen 0,1 λ und 0,4 λ auf. Auch hier handelt es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne. Bevorzugt beträgt die Länge dabei zwischen 0,15 λ und 0,35 λ.
Alternativ oder zusätzlich können die im Volumen der Tragelemente und der Dipolelemente verlaufenden Schlitze jeweils eine entlang der radialen Außenkante des Tragelementes und der Oberkante des Dipolelementes gemessene Gesamtlänge zwischen 0,3 λ und 0,7 λ aufweisen. Auch hier handelt sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne. Bevorzugt weisen die Schlitze jeweils eine Gesamtlänge zwischen 0,4 λ und 0,6 λ auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind auch die vier Tragelemente jeweils durch Schlitze voneinander getrennt. Bevorzugt weisen dabei auch die Schlitze zwischen den Tragelementen jeweils von dem Ende des Schlitzes in einem Sockelbereich der Antenne ausgehend bis zur Oberkante der Antenne eine Länge zwischen 0,1 λ und 0,4 λ, bevorzugt zwischen 0,15 λ und 0,35 λ auf, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt.
Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die im Volumen der Tragelemente verlaufenden Schlitze und die zwischen den Tragelementen verlaufenden Schlitze von ihrem Ende im Sockelbereich der Antenne bis zur Oberkante der Antenne eine Länge aufweisen, welche sich maximal um 0,15 λ bevorzugt und maximal 0,1 λ unterscheidet. Auch hier handelt es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne. Weiterhin kann der Abstand zwischen einer Unterseite des Sockels und der Oberseite der Antenne zwischen 0,3 λ und 0,7 λ betragen, bevorzugt zwischen 0,4 λ und 0,6 λ, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt.
Als Resonanzfrequenzbereich der Antenne im Sinne der vorliegenden Erfindung wird dabei allgemein ein jeweils zusammenhängender Resonanzfrequenzbereich der Antenne bezeichnet, welcher eine Rückflussdämpfung von besser 6 dB, bevorzugt besser 10 dB weiter bevorzugt besser 15 dB aufweist. Die Mittenfrequenz ist dabei das arithmetische Mittel der obersten und der untersten Frequenz im Resonanzfrequenzbereich.
Der Resonanzfrequenzbereich und damit die Mittenfrequenz werden erfindungsgemäß bevorzugt bezüglich der Impedanzlage im Smith-Chart bestimmt, unter Annahme nachfolgender Elemente zur optimalen Impedanzanpassung und/oder Impedanztransformation.
Bevorzugt beginnt der im Volumen eines Dipolelementes und des zugehörigen Tragelementes verlaufende Schlitz jeweils über einem Sockelbereich der Antenne und erstreckt sich von dort nach oben entlang des Tragelementes und weiter von der Innenkante des Dipolelementes nach außen. Insbesondere verläuft der Schlitz im Dipolelement und im zugehörigen Tragelement dabei jeweils in einer Ebene, welche parallel zu einer Mittelachse der Antenne verläuft, wobei die Mittelachse bevorzugt in der durch den Schlitz definierten Ebene liegt.
Bevorzugt geht der Schlitz dabei in Höhenrichtung durch das Dipolelement hindurch. Das Dipolelement wird hierdurch in zwei Abschnitte geteilt.
In einer möglichen Ausführungsform kann der Schlitz zur Innenkante und/oder zur Außenkante des Dipolelementes hin geschlossen sein. Bevorzugt ist der Schlitz zur Innenkante und/oder Außenkante des Dipolelementes jedoch offen. Weiterhin bevorzugt ist der Schlitz zumindest zur Außenseite des zugehörigen Tragelementes hin offen. In einer möglichen Ausführungsform geht der Schlitz dabei zumindest über einen Teil seiner Erstreckung in radialer Richtung durch das Tragelement hindurch. Bevorzugt geht der Schlitz dabei zumindest in einem an das Dipolelement angrenzenden Teilbereich seiner Erstreckung in das Tragelement in radialer Richtung durch dieses hindurch. Zumindest ein oberer Bereich des Tragelementes wird hierdurch in zwei Abschnitte geteilt.
In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der im Volumen eines Dipolelementes und des zugehörigen Tragelementes verlaufende Schlitz über seine Erstreckung eine im wesentlichen konstante Breite aufweisen. Insbesondere kann die Breite des Schlitzes dabei in einen Bereich, welcher mindestens 80% seiner Länge ausmacht, um maximal 80% bezüglich der Maximalbreite schwanken. Bevorzugt schwankt die Breite in diesem Bereich um maximal 50% bezüglich der Maximalbreite, weiter bevorzugt um maximal 20% bezüglich der Maximalbreite. Weiterhin bevorzugt kann die Breite des Schlitzes dabei in einen Bereich, welcher mindestens 95 % seiner Länge ausmacht, um maximal 80% bezüglich der Maximalbreite schwanken. Bevorzugt schwankt die Breite in diesem Bereich um maximal 50% bezüglich der Maximalbreite, weiter bevorzugt um maximal 20% bezüglich der Maximalbreite.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden die Dipolelemente ein Dipolquadrat, dessen Diagonalen durch die Polarisationsebenen der Dipole definiert werden. Bevorzugt verlaufen die Schlitze im Volumen der Dipolelemente jeweils entlang den Diagonalen des Dipolquadrates.
Insbesondere nehmen die jeweiligen Dipolelemente dabei jeweils einen Quadranten des Dipolquadrates ein, und sind durch Schlitze voneinander getrennt. Die Dipolelemente selbst sind dann entlang der Diagonalen durch die in ihrem Volumen verlaufenden Schlitze in zwei Abschnitte getrennt. Bevorzugt sind die Abschnitte der Dipolelemente dabei bezüglich der Diagonalen symmetrisch. ln einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Dipolquadrat eine Seitenlänge zwischen 0,3 λ und 0,7 λ auf, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt. Bevorzugt beträgt die Seitenlänge dabei zwischen 0,4 λ und 0,6 λ.
Die Schlitze im Volumen der Dipolelemente und der Tragelemente können so verlaufen, dass die durch die Schlitze getrennten Abschnitte der Dipolelemente und/oder der Tragelemente radial um eine Mittelachse der Antenne angeordnet sind. Insbesondere sind die Abschnitte dabei radial nebeneinander angeordnet.
Weiterhin bevorzugt verlaufen die Schlitze im Volumen der Dipolelemente und/oder die Schlitze im Volumen der Tragelemente jeweils radial bezüglich der Mittelachse der Antenne.
Bevorzugt verlaufen dabei die Schlitze gegenüberliegender Dipolelemente und/oder Tragelemente in der gleichen Ebene. Alternativ oder zusätzlich können die Schlitze benachbarter Dipolelemente und/oder Tragelemente in orthogonal aufeinander stehenden Ebenen verlaufen.
Bevorzugt verlaufen die Schlitze im Volumen der Dipolelemente und/oder im Volumen der Tragelemente jeweils entlang der Polarisationsebenen der Antenne.
Eine dual-polarisierte Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt eine Speisung auf, die zumindest teilweise in den im Volumen der Tragelemente angeordneten Schlitzen verläuft.
Die Speisung der Antenne kann erfindungsgemäß einen Leiter umfassen, welcher zumindest teilweise in einem im Volumen eines Tragelementes angeordneten Schlitz verläuft. Bevorzugt erfolgt die Speisung der Antenne dabei auf der Speiseseite im Bodenbereich des Schlitzes. Anders als bei Antennen aus dem Stand der Technik, bei welchen die Speisung jeweils erst am oberen Ende der Tragelemente bzw. am inneren Ende der Dipolelemente erfolgte, wird hierdurch auch der Schlitz im Tragelement gespeist und trägt zum Strahlungsverhalten der Antenne bei.
Bevorzugt weist die Speisung dabei zwei getrennte Leiter für die Speisung der beiden Polarisationen des Strahlers auf. Bevorzugt verlaufen die beiden Leiter dabei gekreuzt zueinander. Durch die beiden Leiter können bevorzugt orthogonal aufeinander stehende Polarisationen des Strahlers getrennt gespeist werden.
Bevorzugt speisen die Leiter dabei zum einen jeweils den Dipol, in dessen Volumen sie angeordnet sind. Zum anderen speisen die Leiter bevorzugt jeweils die Schlitzstrahler, welche durch die Schlitze im Volumen der hierzu diagonal verlaufenden Dipolelemente gebildet werden. Der durch einen Schlitz im Volumen eines Dipolelementes gebildete Schlitzstrahler wird daher nicht durch den Leiter gespeist, welcher in dem Schlitz des zugehörigen Tragelementes verläuft, sondern durch einen Leiter, welcher in einem Schlitz eines Tragelementes eines benachbarten Dipolelementes verläuft.
Bevorzugt tritt der Leiter der Speisung auf der Speiseseite in einem Bodenbereich des Schlitzes in diesen ein und erstreckt sich vom Bodenbereich aus im Schlitz nach oben.
Alternativ oder zusätzlich kann sich der Leiter von einem ersten Schlitz im Volumen eines ersten Tragelementes zu einen gegenüberliegenden zweiten Tragelement und bevorzugt dem in diesem angeordneten Schlitz erstrecken. Der Leiter kann sich dabei von der ersten Hälfte eines Dipols über die Mittelachse der Antenne hinweg zur gegenüberliegenden zweiten Hälfte des Dipols erstrecken, um den durch die beiden Dipolhälften gebildeten Dipol zu speisen.
Der Leiter kann bevorzugt in einem ersten Schlitz nach oben und dann über eine Abwinkelung nach innen verlaufen, von wo aus der Leiter sich in den zweiten Schlitz erstreckt. Bevorzugt verläuft der Leiter dabei über eine weitere Abwinkelung in dem zweiten Schlitz nach unten.
Bevorzugt verläuft der Leiter dabei im zweiten Schlitz entweder nur über eine relativ geringe Strecke nach unten und endet dann. Beispielsweise kann der Leiter dabei im zweiten Schlitz über eine Länge von weniger als 0,2 λ und bevorzugt weniger als 0,1 λ nach unten verlaufen, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches des Strahlers handelt. Alternativ kann der Leiter auch im Wesentlichen bis zum Bodenbereich des zweiten Schlitzes nach unten verlaufen und weiter bevorzugt in eine Aussparung im Bodenbereich eintauchen.
Bevorzugt sind die Abschnitte der sich kreuzenden Leiter zur Speisung der beiden Polarisationen in dem Bereich, in welchem sie sich kreuzen, so geformt, dass ein gewisser Abstand zwischen den beiden Leitern eingehalten wird.
Weiterhin ist der Leiter innerhalb des ersten Schlitzes im Wesentlichen bis zur einer Ebene der Dipolelemente nach oben geführt, bevor er über eine Abwinkelung zum gegenüberliegenden Schlitz geführt sind. Insbesondere kann der Leiter dabei in dem ersten Schlitz jeweils bis zu einer Position nach oben geführt sein, welche maximal 0,2 λ und bevorzugt maximal 0,1 λ von der durch die Dipolelemente gebildeten Oberseite der Antenne entfernt ist, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des untersten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt.
Der Leiter kann in einer möglichen Ausführungsform durch eine dielektrische Halterung in dem Schlitz gehalten werden.
Erfindungsgemäß sind vielfältige Möglichkeiten denkbar, durch welche eine Anpassung der Eigenschaften der Antenne an die Antennenumgebung und insbesondere eine Anpassung der Impedanz der Antenne erfolgen kann. Beispielsweise können die Seitenwände der Schlitze, in welchen die Leiter verlaufen, Aussparungen oder Erhebungen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Leiter über seine Er- Streckung unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Weiterhin können in dem Schlitz, in welchem der Leiter verläuft, ein oder mehrere dielektrische Elemente angeordnet sein. Weiterhin alternativ oder zusätzlich kann in einer Speiseleitung zur Antenne hin eine Anpassschaltung vorgesehen sein, beispielsweise beim Einsetzen einer Mikrostreifenleitung Abschnitte mit unterschiedlicher Breite.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Speisung über den Innenleiter eines Koaxialkabels und/oder eines Koaxialspeiseelementes, welcher sich innerhalb eines Schlitzes im Volumen eines Tragelementes erstreckt. Der Innenleiter ist dabei bevorzugt von einem Bodenbereich des Schlitzes nach oben geführt. Bevorzugt verläuft der Innenleiter dabei so, wie dies bereits oben im Hinblick auf den Leiter näher dargestellt wurde. Der Innenleiter kann dabei einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Sockel der Antenne im Bodenbereich des Schlitzes eine Aussparung zur Einfügung des Koaxialkabels oder des Koaxialspeiselementes auf. Insbesondere kann dabei zumindest der Innenleiter mit einer den Innenleiter umgebenden dielektrischen Hülle in diese Aussparung eingefügt werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der Aussparung um eine zur Seite hin offene Rille handeln, in welche das Koaxialkabel und/oder das Koaxialspeiseelement seitlich einschiebbar sind. Insbesondere kann die Rille dabei so geformt sein, dass das Koaxialkabel und/oder das Koaxialspeiseelement seitlich einklippsbar sind, d.h. in der Rille durch eine Hinterschnei- dung gehalten wird. Bevorzugt weist das Koaxialkabel und/oder das Koaxialspeiseelement in diesem Fall im Bereich der Rille einen Außenleiter auf, dessen oberes Ende elektrisch den Bodenbereich des Schlitzes definiert.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Aussparung eine Axialbohrung umfassen, in welche das Koaxialkabel und/oder ein Koaxialspeiseelement axial einschiebbar sind. In diesem Fall kann das Koaxialkabel und/oder das Koaxialspeiseelement im Bereich der Bohrung einen Außenleiter aufweisen. Der Außenleiter kann jedoch auch durch die Axialbohrung selbst gebildet werden, so dass Koaxialkabel und/oder das Koaxialspeiseelement im Bereich der Bohrung keinen Außenleiter aufweisen muss.
Bevorzugt ist der Innenleiter in der Aussparung des Sockels und insbesondere in der Rille oder Axialbohrung von einer Isolierung umgeben, insbesondere konzentrisch umgeben.
In einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung kann dabei ein Außenleiter des Koaxialkabels und/oder des Koaxialspeiseelementes in der Aussparung galvanisch oder kapazitiv mit dem Sockel gekoppelt sein. Bei der galvanischen Kopplung wird eine Isolierung des Koaxialkabels entfernt bzw. bei einem Koaxialspeiseelement in diesem Bereich keine Außenisolierung vorgesehen, so dass der Außenleiter mit der Aussparung in Kontakt kommt. Bei einer kapazitiven Kopplung erfolgt die Ankopp- lung dagegen über die Isolierung des Außenleiters innerhalb der Aussparung.
Alternativ kann der Sockel auch außerhalb der Aussparung mit einem Außenleiter oder mit der Masse gekoppelt sein. Beispielsweise kann die Kopplung dabei an der Unterseite des Sockels erfolgen.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Speisung der Antenne über ein Koaxialkabel erfolgen, dessen eines Ende keine Abschirmung aufweist, wobei der verbleibende Innenleiter zumindest teilweise in einem Schlitz im Volumen eines Tragelementes verläuft. Der Innenleiter kann dabei in einer möglichen Ausführungsform in diesem Bereich abisoliert sein. Bevorzugt ist der Innenleiter in diesem Bereich vorgebogen, sodass eine einfache Montage der Speisung der Antenne möglich wird.
Insbesondere kann das Koaxialkabel dabei in eine zu einer Seite hin offenen Rille des Sockels der Antenne seitlich einschiebbar sein, insbesondere einklippsbar. In diesem Bereich weist das Kabel dabei zumindest eine Isolierung auf, über welche der Innenleiter in der Rille geführt ist. Bevorzugt ist in diesem Bereich auch noch der Außenleiter bzw. die Abschirmung vorgesehen, welche bevorzugt mit der Rille galvanisch oder kapazitiv gekoppelt ist.
Alternativ kann die Speisung der Antenne über ein Koaxialspeiseelement erfolgen, dessen eines Ende keine Abschirmung aufweist, wobei der in diesem Bereich verbleibende Innenleiter zumindest teilweise in einem Schlitz im Volumen eines Tragelementes verläuft, und dessen anderes Ende ein Steckverbinder zum Anschluss eines Koaxialkabels umfasst. Der Innenleiter ist dabei bevorzugt vorgebogen. Weiterhin bevorzugt ist das Koaxialspeiselement bevorzugt in eine zu einer Seite hin offene Rille des Sockels der Antenne seitlich einschiebbar und bevorzugt einklipps- bar. Bevorzugt weist das Koaxialspeiseelement dabei in dem Bereich, in welchem es in der Rille angeordnet ist, zumindest eine Isolierung auf. Weiterhin bevorzugt weist es dort auch einen Außenleiter auf, welcher bevorzugt mit der Rille galvanisch oder kapazitiv gekoppelt ist.
Die beiden zuletzt genannten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben den Vorteil, dass zumindest der Innenleiter bei dem Anschluss der Antenne nicht mehr gelötet werden muss. Erfolgt eine unmittelbare Kopplung des Außenleiters in der Rille, muss auch dieser nicht mehr gelötet werden. In einer möglichen Ausführungsform kann jedoch zumindest der Außenleiter mit der Antenne verlötet werden, bevorzugt im Bereich des Sockels.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Speisung der Antenne über ein Koaxialspeiseelement erfolgen, dessen eines Ende keine Abschirmung aufweist, wobei der dort verbleibende Innenleiter zumindest teilweise in einem Schlitz im Volumen eines Tragelementes verläuft und dessen anderes Ende mit einer Platine verlötet ist, auf welcher die Antenne angeordnet ist. Der Innenleiter kann dabei bevorzugt vorgebogen sein. Weiterhin kann das Koaxialspeiseelement bevorzugt in eine Axialbohrung des Sockels einschiebbar sein. Bevorzugt weist das Koaxialspeiseelement nur den Innenleiter und eine den Innenleiter zumindest im Bereich der Axialbohrung umgebende Isolierung auf, jedoch keinen Außenleiter. Bevorzugt ist dabei der Sockel der Antenne separat mit einem Masseanschluss der Platine gekoppelt. Die Kopplung erfolgt dabei insbesondere an der Unterseite des Sockels. Die Kopplung kann dabei beispielsweise kapazitiv mitjeiner auf der Platine angeordneten Massefläche erfolgen. Alternativ kann die Kopplung auch galvanisch erfolgen, beispielsweise durch einen oder mehrere Lötstifte, welche mit der Masse der Platine verlötetet sind. Der oder die Lötstifte können auch als mechanische Sicherung gegen eine Verdrehung des Dipols bei der Montage dienen. Bevorzugt geht der oder die Lötstifte dabei durch eine Bohrung in der Platine hindurch. Die Lötstifte können dabei neben mechanischen Aspekten wie der Stabilität und Verdrehsicherung auch elektrischen Aspekten wie der Portisolation und der Intermodu- lation dienen.
Die erfindungsgemäße dual-polarisierte Antenne bzw. der Antennenkörper mit den Tragarmen und den Dipolelementen kann konstruktiv beliebig gefertigt sein.
Insbesondere können die Dipolelemente in einer ersten Ausführungsform separate Bauelemente bilden, welche mit den Tragelementen verbunden werden. Auch die Tragelemente können untereinander separate Elemente bilden, welche miteinander und/oder mit einem Sockel verbunden werden. Insbesondere können dabei auch die durch die Schlitze gebildeten Abschnitte der Dipolelemente und/oder Tragelemente durch separate Elemente gebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Antennenkörper dagegen einstückig ausgeführt. Insbesondere sind dabei der Sockel, die Tragelemente und die Dipolelemente des Antennenkörpers einstückig ausgeführt.
Die Herstellung des Antennenkörpers einer erfindungsgemäßen Antenne kann beispielsweise durch Abwinkein von Blechabschnitten erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Antennenkörper jedoch aus Kunststoff gefertigt. Dabei kann der Antennenkörper entweder aus einem leitfähigen Kunststoff bestehen, und/oder mit einer leitfähigen Schicht beschichtet sein. Besonders bevorzugt ist der Antennenkörper durch ein Spritzgussverfahren hergestellt. Hierdurch lässt sich die komplexe Geometrie des erfindungsgemäßen Antennenkörpers problemlos herstellen.
Neben der erfindungsgemäßen dual-polarisierten Antenne als solcher umfasst die vorliegende Erfindung weiterhin eine Antennenordnung mit mindestens einer und bevorzugt mehreren erfindungsgemäßen dual-polarisierten Antennen, wie sie oben näher beschrieben wurden.
Die Antennenordnung kann dabei einen Reflektor umfassen, auf welchem die Antenne mit ihrem Sockel angeordnet ist. Bevorzugt weist der Reflektor dabei eine Basisplatte auf, welche sich in einer Ebene erstreckt, die senkrecht zur Mittelachse der Antenne verläuft. Insbesondere erstreckt sich dabei die Ebene der Basisplatte des Reflektors parallel zu einer Ebene, in welcher sich die Dipolelemente erstrecken.
Erfindungsgemäß kann die Antennenordnung dabei eine Basisplatte aufweisen, und/oder einen Reflektorrahmen, welcher um die Antenne herum angeordnet ist, und/oder Reflektorwände. Der Reflektorrahmen und/oder die Reflektorwände können eine im wesentlichen beliebige Form und einen im wesentlichen beliebigen Abstand zur Antenne aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Abstand zwischen der Basisplatte des Reflektors und der Ebene der Dipolelemente, insbesondere der Abstand zwischen der Oberseite der Basisplatte des Reflektors und der Oberseite der Antenne, zwischen 0,3 λ und 0,7 λ betragen, bevorzugt zwischen 0,4 λ und 0,6 λ, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des untersten Frequenzbereiches der Antenne handelt.
In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Antennenordnung eine Platine umfassen, auf welcher eine und/oder bevorzugt eine Mehrzahl erfindungsgemäßer Antennen angeordnet sind. Werden dabei Koaxial- speiseelemente eingesetzt, wie diese oben beschrieben werden, können diese jeweils mit Mikrostreifenleitungen auf der Platine verlötet sein. Auf der Platine können Anpassschaltungen vorgesehen sein.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels sowie Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 : ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen dualpolarisierten Antenne in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 2: das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht und einer Seitenansicht,
Fig. 3: drei Schnittdarstellungen durch die Tragelemente des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels entlang einer Ebene, welche senkrecht auf der Hauptachse der Antenne steht, in Höhen von 5 mm, 10 mm und 17 mm,
Fig. 4: eine schematische Darstellung des Anteils der Dipolstrahler und der Schlitzstrahler für die Speisung über den ersten bzw. den zweiten Port der Antenne,
Fig. 5: ein Diagramm der E-Feld-Verteilung bei 3,5 GHz bei unterschiedlichen Phasen für eine Speisung der Antenne über den ersten Port oder den zweiten Port,
Fig. 6: ein Diagramm der E-Feld-Verteilung bei 5,5 GHz bei unterschiedlichen Phasen für die Speisung der Antenne über den ersten Port oder den zweiten Port,
Fig. 7: zwei Diagramme des S-Parameters in Abhängigkeit von der Frequenz, wobei oben der S-Parameter für eine erfindungsgemäße Antenne mit in den Dipolelementen und Tragelementen angeordneten Schlitzen dargestellt ist, und unten das gleiche Diagramm für ein Vergleichsbeispiel, bei welchem die Schlitze in den Dipolelementen eines der beiden Dipole geblockt wurden,
Fig. 8: vier Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Antenne mit unterschiedlich langen Schlitzen in den Tragelementen,
Fig. 9: Smith-Charts sowie Diagramme des S-Parameters in Abhängigkeit von der Frequenz für die in Fig. 8 gezeigten vier Ausführungsbeispiele,
Fig. 10: links eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht des bereits in Fig. 1 bis Fig. 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels und rechts eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei welchem die Form der Dipolelemente verändert wurde,
Fig. 11 : links ein Diagramm des S-Parameters in Abhängigkeit von der Frequenz und rechts ein Smith-Chart für die in Fig. 10 gezeigten beiden Ausführungsbeispiele,
Fig. 12: die E-Feld-Verteilung bei 3,4 GHz bei unterschiedlichen Phasen für die beiden in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiele,
Fig. 13: die E-Feld-Verteilung bei 5,9 GHz für unterschiedliche Phasen für die in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiele,
Fig. 14: links das bereits aus Fig. 1 bis Fig. 3 bekannte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne, wobei rechts die Speisung sowie eine Halterung für die Leiter der Speisung separat gezeigt ist, Fig. 15a: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung, bei welcher die erfindungsgemäße Antenne auf einer Leiterplatte angeordnet ist,
Fig. 15b: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung, bei welcher eine erfindungsgemäße Antenne auf einem Reflektor angeordnet ist,
Fig. 16a: ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne, bei welchem die Schlitze in den Tragelementen eine ungleichmäßige Breite aufweisen,
Fig. 16b: ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne, bei welcher die Speiseleiter in dielektrischen Blöcke in den Schlitzen geführt sind,
Fig. 17: ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne in einer perspektivischen Darstellung von schräg oben und schräg unten, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Speiseleiter über eine zur Seite hin offene Rille am Sockel der Antenne montierbar sind, und
Fig. 18a und 18b: die Montage der Leiter bei dem in Fig. 17 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne.
In Fig. 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne gezeigt. Der allgemeine Aufbau der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Antenne wird jedoch auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen beibehalten.
Die Antenne weist vier Dipolelemente 1 bis 4 auf, welche jeweils an einem zugehörigen Tragelement 11 bis 14 angeordnet sind. In einem unteren Bereich der Anten- ne stehen sämtliche Tragelemente mit einem Sockel 5 der Antenne in Verbindung. Von diesem gemeinsamen Sockel aus erstrecken sich die Tragelemente 11 bis 14 getrennt nach oben. Am oberen Ende der Tragelemente sind die Dipolelemente 1 bis 4 angeordnet, welche sich in einer Ebene, die senkrecht auf der Mittelachse der Antenne steht, erstrecken. Die einzelnen Tragelemente und Dipolelemente werden dabei durch Schlitze 25 voneinander getrennt. Die Schlitze 25 stehen senkrecht aufeinander und teilen die Antenne so in vier Quadranten.
Erfindungsgemäß ist nun im Volumen jedes Dipolelementes 1 bis 4 ein Schlitz 21 bis 24 vorgesehen, welcher von dem jeweiligen Dipolelement in das zugehörige Tragelement 11 bis 14 hinein verlängert ist.
Die Schlitze 21 bis 24 gehen in Höhenrichtung durch die Dipolelemente 1 bis 4 hindurch und teilen diese jeweils in zwei Abschnitte. Das Dipolelement 1 wird so beispielsweise über den Schlitz 21 in zwei Abschnitte 11 und 1" getrennt. Gleiches gilt für die übrigen Dipolelemente 2 bis 4, welche dementsprechend in Abschnitte 21 bis 41 und 2" bis 4" getrennt werden.
Der in die Tragelemente hinein verlängerte Bereich der Schlitze ist zur Außenseite der Tragelemente hin offen. Im Ausführungsbeispiel geht der Schlitz dabei zumindest in einem an die Dipolelemente angrenzenden Bereich 80 auch durch die Tragelemente radial hindurch und trennt diese daher in zwei Abschnitte. So wird das Tragelement 11 durch den Schlitz 21 in zwei Abschnitte 111 und 1111 unterteilt. Gleiches gilt für die übrigen Tragelemente 12 bis 14, welche in Abschnitte 121 bis 141 und 12" bis 14" getrennt werden.
Der Bereich 80, in welchem die Schlitze radial durch die Tragelemente hindurch gehen, reicht im Ausführungsbeispiel jedoch nicht komplett bis zum Bodenbereich 6, sondern endet in einer Abstufung 81 oberhalb des Bodenbereiches 6 der Schlitze. Die Länge des Schlitzes wird von dem Bodenbereich 6 aus gemessen und ist, wie im folgenden noch näher dargestellt, von entscheidender Bedeutung für die Strahlungseigenschaften der Antenne. Die Länge des Bereiches 80 kann zur Feinabstimmung und/oder Bandbreitenerweiterung eingesetzt werden.
Wie weiterhin insbesondere in Fig. 2 und 14 erkennbar, werden die Schlitze im Bereich der Tragelemente zur Innenseite der Tragelemente hin etwas schmäler, bevor sie durch die Tragelemente radial hindurchgehen, und schließen die Innenleiter auf der Innenseite der Tragelemente daher etwas stärker ein. Im Ausführungsbeispiel sind die Bereiche des Schlitzes, in welchen dieser von der größeren Breite zur geringeren Breite wechselt, zum Innenleiter hin kreissegmentförmig abgerundet. Auch hier sind jedoch auch andere Ausgestaltungen denkbar. Unabhängig von der Form der Seitenwände der Schlitze im Bereich der Tragelemente wird deren Breite b1 auf dem Radius gemessen, auf welchem auch der Leiter verläuft.
Die Schlitze 21 bis 24 verlaufen dabei jeweils diagonal in den Tragelementen bzw. Dipolelemente und damit entlang einer Ebene, welche durch die Mittelachse der Antenne verläuft.
Da die Dipolelemente und zugehörigen Tragelemente durch die Schlitze in zwei Abschnitte geteilt werden, umfasst die Antenne acht Dipolelementabschnitte, welche jeweils voneinander getrennt sind und jeweils über einen ragelementabschnitt am Sockel 5 angeordnet sind. Die Dipolelementabschnitte und Tragelementabschnitte eines Dipols bzw. Tragelementes werden dabei durch die Schlitze 21 bis 24 voneinander getrennt, die Dipolabschnitte bzw. Tragabschnitte benachbarter Dipole bzw. Tragelemente durch die Schlitze 25.
Die Speisung der erfindungsgemäßen Antenne erfolgt über Leiter 31 und 32, welche sich in den Schlitzen 21 bis 24 im Volumen der Tragelemente 11 bis 24 erstrecken.
Elektrisch betrachtet bilden dabei die Dipolelemente 1 und 3 einen ersten Dipol, und die Dipolelemente 2 und 4 einen zweiten Dipol. Der erste Dipol wird dabei über den Leiter 32 gespeist, der zweite Dipol über den Leiter 31. Die Polarisationsebe- nen der beiden Dipole verlaufen dabei diagonal zu dem durch die Dipolelemente gebildeten Dipolquadrat. Die Schlitze 21 und 23 in dem ersten Dipol und die Schlitze 22 und 24 in dem zweiten Dipol verlaufen damit jeweils entlang der Polarisationsebene der zugehörigen Dipole.
Die Schlitze 21 bis 24 in den Dipolen und Tragelementen wirken dabei als Schlitzstrahler, so dass sich eine Erhöhung der Bandbreite bei optimaler Nutzung des zur Verfügung stehenden Volumens ergibt.
Wie in Fig. 4 näher dargestellt, weisen die durch die Schlitze 22 und 24 in den Dipolelementen 2 und 4 gebildeten Schlitzstrahler die gleiche Polarisation auf, wie der durch die Dipolelemente 1 und 3 gebildete erste Dipol. Umgekehrt weisen die durch die Schlitze 21 und 23 in den Dipolelementen 1 und 3 gebildeten Schlitzstrahler die gleiche Polarisation auf wie der durch die Dipolelemente 2 und 4 gebildete zweite Dipol. Die Schlitze im Volumen des zweiten Dipols weisen damit die gleiche Polarisation auf wie der erste Dipol und umgekehrt. Weiterhin werden die durch die Schlitze im zweiten Dipol gebildeten Schlitzstrahler durch die Speisung des ersten Dipols gespeist und umgekehrt.
Die erfindungsgemäße Antenne entspricht damit einer Kombination aus Dipolen und Schlitzstrahlern, wobei die zu einem Dipol gehörenden Schlitzstrahler jeweils im Volumen des anderen Dipols angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Anordnung.
In Fig. 5 und 6 sind die E-Feld-Verteilungen einer erfindungsgemäßen Antenne bei Ansteuerung von Port 1 bzw. Port 2, d.h. bei Speisung über den Leiter 31 bzw. den Leiter 32, bei unterschiedlichen Phasen des Signals dargestellt. Fig. 5 zeigt dabei des E-Feld bei 3,5 GHz, Fig. 6 das E-Feld bei 5,5 GHz. Dargestellt ist dabei jeweils das Feld in einer Ebene parallel zur Erstreckungsebene der Dipole auf Höhe der Dipole. Wie aus einem Vergleich der Fig. 5 und 6 deutlich erkennbar, verändert sich der Anteil der Dipole und der Schlitzstrahler in Abhängigkeit von der Frequenz. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ansteuerung mit 3,5 GHz überwiegt der Anteil der Di- polstrahler an der Gesamtleistung, bei der in Fig. 6 dargestellten Ansteuerung mit 5,5 GHz dagegen der Anteil der Schlitzstrahler.
Die erhebliche Bedeutung der Schlitze im Volumen der Dipolelemente für die Strahlungscharakteristik der erfindungsgemäßen Antenne wird durch den in Fig. 7 dargestellten Vergleich mit einer abgewandelten Antenne, bei welcher die Schlitze in einem der Dipole geblockt wurden, deutlich.
Oben in Fig. 7 ist das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel, welches auch in Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, zusammen mit einem Diagramm des S-Parameters in Abhängigkeit von der Frequenz dargestellt. Die durchgehende Linie S1 ,1 zeigt den S-Parameter für Port 1 , die gestrichelte Linie S2,2 den S-Parameter für Port 2. Die gepunkteten Linien S1 ,2 und S2,1 zeigen das Übersprechen der beiden Ports untereinander. Wie in dem Diagramm in Fig. 7 oben deutlich zu erkennen, weist die Antenne für beide Ports einen breiten Frequenzbereich von ca. 3,5 bis 5,6 GHz auf, in welchem der S-Parameter weniger als -10 dB beträgt. Die Gesamtbreite des Resonanzfrequenzbereiches für die beiden Ports ist dabei im Wesentlichen identisch, die besten Werte dagegen gegeneinander verschoben. Dies ist durch die geringfügig unterschiedliche Führung der Leiter 31 und 32 der jeweiligen Ports bedingt.
Fig. 7 unten zeigt das gleiche S-Diagramm für eine Antenne, bei welcher der Schlitz in dem Dipol, welcher über Port 1 gespeist wird, blockiert wurde. Wie aus der durchgezogenen Linie S1 ,1 ersichtlich, hat die Blockade des Schlitzes für die Strahlungscharakteristik dieses Dipols keine größere Auswirkung. Dagegen wird durch die Blockade der Schlitze in dem Dipol, welcher über Port 1 gespeist wird, das Strahlungsdiagramm für den diagonal zu den geblockten Schlitzen verlaufenden Dipol, welcher über Port 2 gespeist wird, extrem verschlechtert, siehe die gestrichelte Linie S2,2 in Fig. 7 unten. Dies bestätigt, dass die Schlitze im Volumen des einen Dipols durch die Speisung des jeweils anderen Dipols angeregt werden. Zudem zeigt das Diagramm, dass den Schlitzen ein erheblicher Beitrag zum Strahlungsverhalten der erfindungsgemäßen Antenne zukommt. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat weiterhin erkannt, dass die Länge der Schlitze einen erheblichen Einfluss auf das Strahlungsverhalten hat.
Die allgemeinen Abmessungen einer erfindungsgemäßen Antenne werden dabei zunächst anhand von Fig. 2 dargestellt:
Die Antenne weist in der Draufsicht eine quadratische Grundfläche auf, welche durch die entlang der Diagonalen verlaufenden Polarisationsebenen und die Er- streckung der Dipole entlang dieser Polarisationsebenen definiert ist. Dabei nehmen die vier Dipole 1 bis 4 jeweils einen Quadranten der Grundfläche ein. Die Grundfläche weist eine Seitenlänge K auf. Bevorzugt gilt dabei
K = 0,5 λ ± 0,1 λ, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt.
Die Gesamthöhe der Antenne von einer Unterseite 9 des Sockels bis zur Oberseite 8 der Dipolelemente weist eine Länge L + X auf. Bevorzugt gilt dabei
L + X = 0,25 Ä ± 0,2 λ, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt.
Die Schlitze 21 bis 24 in den Tragelementen erstrecken sich im Ausführungsbeispiel von ihrem Ende im Sockelbereich 5, d.h. von ihrem Bodenbereich 6 aus, bis zur Oberseite 8 der Antenne über eine Länge L. Die Höhe des Sockelbereiches bis zum Beginn der Schlitze weist dagegen eine Höhe X auf. Die Gesamthöhe der Antenne von einer Unterseite 9 des Sockels bis zur Oberseite 8 weist demgemäß die Länge L + X auf. Die effektive Länge der Schlitze setzt sich damit aus der Länge jedes Schlitzes im Bereich des Dipolelementes und der Länge L des Schlitzes im Bereich des zugehörigen Tragelementes zusammen. Der Einfluss der Länge L des Schlitzes im Tragelement wird dabei anhand von Figuren 8 und 9 verdeutlicht.
Bevorzugt weisen die in die Tragelemente verlängerten Schlitze in den Dipolelementen eine Gesamtlänge von 0,5 λ ± 0,1 λ auf, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt. Diese bevorzugte Länge der Schlitze ist auch der Grund für die Verlängerung der Schlitze in die Tragelemente hinein, da die Schlitze in den Dipolelement lediglich eine Länge von ca. 0,25 λ aufweisen und die optimale Gesamtlänge daher die Länge der Schlitze in den Dipolelementen übersteigen würde.
In Fig. 8 sind vier Ausführungsbeispiele mit unterschiedlich langen Schlitzen dargestellt. Die Ausführungsbeispiele weisen dabei eine Grundfläche des Dipolquadrates mit einer Seitenlänge K - 29 mm auf, und eine Gesamthöhe der Antenne L + X von 23 mm. Die Wellenlänge λ der Mittenfrequenz der Antenne beträgt ca. 64 mm.
Für die als 000, 002, 005 und 010 bezeichneten vier Ausführungsbeispiele, welche in Fig. 8 dargestellt sind, gilt damit folgende Bemaßung:
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Die entsprechenden Smith-Charts sowie S-Parameter-Diagramme für die unterschiedlichen Ports dieser vier Ausführungsbeispiele sind in Fig. 9 dargestellt. Wie deutlich erkennbar, ergibt sich eine starke Abhängigkeit von der Länge L des Schlitzes im Tragelement. Optimale Werte ergeben sich dabei für eine Länge L, welche ein Viertel der Wellenlänge λ der Mittenfrequenz entspricht, sowie dem an- grenzenden Wellenlängenbereich. Diese entspricht einer in etwa hälftigen Verteilung der Gesamtlänge der Schlitze auf die Dipolelemente und die Tragelemente.
Bevorzugt beträgt die Länge des Schlitzes im Tragelement daher:
L = 0,25 λ ± 0,1 λ.
Die Breite b1 der Schlitze 21 bis 24 beträgt im Ausführungsbeispiel 4,6 mm. Die Breite b2 der Schlitze 25 zwischen den Tragelementen beträgt 2,5 mm. Die Breite b1 und b2 der Schlitze ist weniger kritisch. Bevorzugt beträgt die Breite der Schlitze, insbesondere die Maximalbreite, jedoch 0,15 λ oder weniger, bevorzugt 0,1 λ oder weniger.
Die Dipolelemente weisen bei dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eine flächige, im Wesentlichen quadratische Grundform auf, so dass die jeweils durch die Schlitze 21 bis 24 gebildeten Dipolabschnitte im Wesentlichen die Form eines Dreiecks besitzen. Die Innenseiten 16 der Dipolabschnitte bilden dabei die längere Seite des Dreiecks und liegen sich jeweils über den im Volumen des Dipolelementes verlaufenden Schlitz gegenüber. Die beiden kürzeren Schenkel 17 und 18 des Dreiecks sind gleichlang und weisen einen Winkel von 90° zueinander auf. Die Seiten 18 benachbarter Dipolelemente liegen sich dabei jeweils über die Schlitze 25 gegenüber, die Außenseiten 17 weisen nach außen. Im Ausführungsbeispiel sind die Ecken zwischen den kürzeren Schenkeln 17 und 18 bereits geringfügig abgeschnitten.
Wie anhand Fig. 10 bis 13 ersichtlich, hängen die Strahlungseigenschaften jedoch nicht in entscheidender Weise von der genauen Form der einzelnen Dipolelemente bzw. der Dipolelementabschnitte ab. In Fig. 10 ist dabei links das bereits in Fig. 1 bis 3 gezeigte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne gezeigt, welches mit V001 bezeichnet wurde. Rechts ist ein zweites Ausführungsbeispiel V002 gezeigt, bei welchem die Dipolelemente eine andere Form aufweisen. Die Sockel und die Tragelemente des Ausführungsbeispiels V002 sind dabei identisch zum ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut, ebenso die Innenseiten 16 der Dipolelemente und die diese Innenseiten bildenden Schlitze im Volumen der Tragelemente und der Dipolelemente. Die Dipolelementabschnitte weisen jedoch keine dreieckförmige Form mehr auf, sondern die Form eines abgeschnittenen Dreiecks bzw. eines gleichseitigen Trapezes. Die Grundseite des Trapezes wird dabei durch die Innenseiten 16 der Dipolelementabschnitte gebildet, die Schenkel durch die Abschnitte 27, welche zur Außenseite der Antenne weisen, sowie 28, über welche die Dipole jeweils über die Schlitze 25 benachbarten Dipolen gegenüberliegen. Die obere Seite des Trapezes wird durch eine parallel zur Grundseite 16 verlaufende Seite 29 gebildet.
In Fig. 11 ist nun ein S-Diagramm sowie ein Smith-Chart für die beiden Ausführungsbeispiele dargestellt, in Fig. 12 und 13 die Feldverteilung bei 3,4 GHz bzw. bei 5,9 GHz. Wie deutlich erkennbar, bestehen nur relativ geringe Unterschiede zwischen den Strahlungseigenschaften der beiden unterschiedlichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antennen. Die Form der Außenseiten der Dipolelemente ist daher offenbar nicht entscheidend für die Strahlungseigenschaften der Antenne.
Die erfindungsgemäßen Antennen weisen dabei weiterhin eine allgemeine Form auf, welche im folgenden noch einmal näher beschrieben werden soll. Dabei können je nach Ausführungsbeispiel auch nur einzelne der im Folgenden beschriebenen geometrischen Merkmale verwirklicht sein:
Der Sockel 5 erstreckt sich von einer Grundebene 9 der Antenne, mit welcher die Antenne beispielsweise auf einer Leiterplatte oder einem Reflektor angeordnet werden kann, nach oben und wird durch die Tragelemente 11 bis 14 nach oben verlängert. Die Dipolelemente 1 bis 4 bilden eine Dipolebene 8 der Antenne, welche parallel zur Grundebene 9 verläuft. Der Sockel 5 und die Tragelemente 11 bis 14 erstrecken sich zwischen der Grundebene 9 und der Dipolebene 8. In ihrem unte- ren Bereich stehen die Tragelemente mit dem Sockel 5 in Verbindung. Im oberen Bereich tragen sie die Dipolelemente 1 bis 4.
Die einzelnen Tragelemente und Dipolelemente werden durch Schlitze 25 voneinander getrennt, welche die Antenne in vier Quadranten teilt. Diagonal zu den Schlitzen 25 zwischen den Tragelementen verlaufen die Schlitze 21 bis 25, welche jeweils im Volumen der Dipolelemente und der Tragelemente verlaufen. Entlang der Mittelachse der Antenne bildet der Kreuzungsbereich der Schlitze 25 eine Mittenaussparung 10. Im Ausführungsbeispiel geht diese auch durch den Sockel hindurch. Alternativ könnte der Sockel im Bereich der Mittelachse jedoch auch geschlossen sein. Die Mittenaussparung ist im Ausführungsbeispiel Kreiszylinderför- mig. Hier sind jedoch auch andere Formen denkbar.
Die Tragelemente und die Dipolelemente sind radial um die Mittenaussparung 10 angeordnet. Die Leiter 31 und 32 der Speisung verlaufen durch die Mittenaussparung 10 von einem ersten Schlitz eines Tragelementes zum gegenüberliegenden Tragelemente und insbesondere in den dort angeordneten Schlitz hinein. Im Bereich der Mittelaussparung kreuzen sich dabei die Leiter 31 und 32 der Speisung.
Die Tragelemente verlaufen im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen parallel zur Mittelachse der Antenne bzw. senkrecht zur Grundebene 9 und der Dipolebene 8 nach oben. Von den Tragelementen aus verlaufen die Dipolelemente radial nach außen.
Im Ausführungsbeispiel bilden die Außenseiten der Tragelemente einen durch die Schlitze unterbrochenen Zylinder. Oben auf diesen Zylinder sind die plattenförmi- gen Dipolelemente angeordnet, welche sich über den Zylinder nach außen erstrecken. Hier sind jedoch auch andere Grundformen für die Tragelemente und die Dipolelemente denkbar.
Der von den Tragelementen und den dazwischen liegenden Schlitzen sowie der Mittenaussparung definierte Körper weist bevorzugt eine Querschnittsfläche auf, welche maximal 70% der gesamten Grundfläche der Antenne im Bereich der Dipolelemente (inklusive Schlitze und Mittenaussparung) ausmacht, weiter bevorzugt maximal 60%, weiterhin bevorzugt maximal 50%.
Die Schlitze 25 zwischen den einzelnen Tragelementen bzw. Dipolelementen müssen keine bestimmte Form aufweisen, da sie lediglich der elektrischen Trennung dienen. Auch die Länge dieser Schlitze im Kopf, d.h. im Dipolquadrat zwischen den Dipolelementen, nicht von entscheidender Bedeutung, wie beispielsweise der Vergleich der Ausführungsbeispiele in Fig. 10 zeigt. Dagegen ist die Länge der Schlitze 25 im Sockel für die Strahlungseigenschaften des Dipolstrahlers (λ/4- Symmetrieschlitz und/oder Balun) bedeutsam.
Die Schlitze 21 bis 24 weisen eine für die Strahlungscharakteristik der erfindungsgemäßen Antenne entscheidende Rolle auf, so dass insbesondere deren Länge wie weiter oben näher diskutiert auf die Gesamtabmessungen der Antenne bzw. auf die Wellenlänge der Mittenfrequenz der Antenne abgestimmt werden muss. Bevorzugt schwankt die Breite b1 der Schlitze 21 bis 24 dabei über 80% und weiter bevorzugt 95% ihrer gesamten Erstreckung um weniger als 50% bezüglich der Maximalbreite. Insbesondere weist der Schlitz dabei im Bereich der Dipolelemente und im Bereich der Tragelemente eine vergleichbare Breite auf.
Im Ausführungsbeispiel weisen die Tragelemente 11 bis 14 in radialer Richtung eine gewisse Dicke auf, ebenso wie die Dipolelemente senkrecht zu ihrer Erstre- ckungsebene eine gewisse Dicke aufweisen. Bevorzugt beträgt das Verhältnis zwischen der Dicke der Tragelemente in radialer Richtung und der Dicke der Dipolelemente in Höhenrichtung dabei zwischen 1 :5 und 5:1 , bevorzugt zwischen 1 :3 und 3:1. Bevorzugt ist die Dicke der Tragelemente in radialer Richtung größer als die Dicke der Dipolelemente in Höhenrichtung.
Im Ausführungsbeispiel in Fig. 1 bis 3 weisen die Dipolelemente dabei jeweils eine flächige Form auf. Alternativ könnten die Dipolelemente jedoch auch stabförmig entlang der Schlitze 21 bis 24 verlaufen, d.h. jeweils durch parallel zu den Diagonalen verlaufende Stäbe gebildet sein.
Im Ausführungsbeispiel ist der Antennenkörper der erfindungsgemäßen Antenne aus Kunststoff gefertigt, insbesondere als Spritzgussteil. Der Antennenkörper ist dabei mit einer leitenden Beschichtung versehen. Erfindungsgemäß sind jedoch auch andere Konstruktionsprinzipien für die Antenne denkbar. Beispielsweise können die Dipolelemente und/oder die Tragelemente auch aus Blechelementen und/oder Metallstäben gefertigt sein. Auch der Guss der Antenne aus einem metallischen Material ist denkbar.
Im Ausführungsbeispiel weist der durch die Tragelemente und die Dipolelemente gebildete Antennenkörper eine vierzählige Symmetrie gegenüber der Mittelachse als Symmetrieachse auf. Weiterhin ist der Antennenkörper symmetrisch gegenüber der Mittelachse.
Wie bereits oben kurz angesprochen, erfolgt die Speisung der Antenne über die in den Schlitzen der Tragelemente verlaufenden Leiter 31 und 32. Die bei dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel eingesetzte Speisung wird nun noch einmal näher anhand von Fig. 14 dargestellt.
Die Speisung für den aus den Dipolelementen 1 und 3 gebildeten Dipol erfolgt über einen Leiter 32, die Speisung für den durch die Dipolelemente 2 und 4 gebildeten zweiten Dipol über einen Leiter 31. Die Leiter 31 und 32 weisen dabei jeweils im Wesentlichen die Form eines umgekehrten L oder U auf. Die Leiter 31 und 32 verlaufen jeweils von der Speiseseite aus gesehen in dem Schlitz 23 bzw. 24 von dessen Bodenbereich aus in dem Tragelement nach oben. Etwa auf Höhe der Dipolelemente erfolgt eine Abwinkelung nach innen, so dass der Leiter jeweils durch die Mittenaussparung 10 der Antenne in den Schlitz 21 bzw. 22 des gegenüberliegenden Tragelementes hinein verläuft. Dort erfolgt eine weitere Abwinkelung, so dass der Leiter im Schlitz nach unten verläuft. Wie aus Fig. 14 ersichtlich ist der Leiterabschnitt, welcher im gegenüberliegenden Schlitz nach unten verläuft, im Ausführungsbeispiel relativ kurz. Alternativ könnte der Leiter jedoch auch komplett nach unten durch den kompletten Schlitz verlaufen.
Die beiden Leiter 31 und 32 kreuzen sich dabei in der Mittenaussparung 10 der Antenne im Bereich der Mittelachse. Um einen ausreichenden Abstand zwischen den Leitern zu erreichen, weist der Leiter 31 eine nach unten gerichtete Biegung auf, so dass der Leiter 32 über diese Biegung hinweggeführt werden kann.
Bei dem in Fig. 14 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Leiter über die dielektrische Halterung 35 in den Schlitzen gehalten. Die dielektrische Halterung 35 weist dabei Klemmen 38 auf, welche in den Schlitzen 21 bis 24 angeordnet sind und in welche die Leiter 31 und 32 einklipsbar sind. Weiterhin weist die Halterung 35 Haltearme 37 auf, über welche sie in den Schlitzen 25 gehaltert wird. Die Halterung 35 sorgt so für die korrekte Platzierung der Leiter 31 und 32 in den Schlitzen.
Um die Leiter auf der Speiseseite von unten in die Schlitze einführen zu können, weisen die Schlitze in ihrem Bodenbereich 6 jeweils Aussparungen 33 auf, durch welche die Leiter 31 bzw. 32 hindurchgeführt sind. Bei dem in Fig. 14 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Aussparung 33 um eine Axialbohrung, d.h. um eine parallel zur Mittelachse der Antenne verlaufende Bohrung, welche durch den Sockel 5 der Antenne hindurch geht. Die Leiter 31 und 32 weisen dabei in dem Bereich, in welchem sie durch die Aussparungen 33 hindurchgeführt sind, eine Isolation 34 auf.
Bei den Leitern 31 und 32 handelt es sich im Ausführungsbeispiel damit um die Innenleiter eines Koaxialkabels bzw. eines Koaxialspeiseelementes. Der Innenleiter weist dabei im Ausführungsbeispiel einen gleichbleibenden, kreisrunden Querschnitt auf. Es wäre jedoch auch denkbar, zur Anpassung der Antenne Innenleiter heranzuziehen, welche einen über ihre Erstreckung wechselnden Querschnitt und/oder einen von der kreisrunden Form abweichenden Querschnitt aufweisen. Die Leitungsmoden werden bei der in Fig. 14 dargestellten Speisung im Bereich der Axialbohrung 33 koaxial über den Innenleiter 32 und die als Außenleiter wirkende Axialbohrung 33 in den Spalt geführt. Mit dem Eintritt in den Spalt werden die Leitungsmoden zu Strahlungsmoden, so dass die Speisung der Antenne im Bodenbereich der Schlitze erfolgt.
Bevorzugt weisen die Schlitze, in welchen die Innenleiter geführt sind, dabei im Wesentlichen die gleiche Breite auf wie die Aussparung 33 im Bodenbereich des Schlitzes, so dass kein allzu großer Impedanzsprung auftritt. Insbesondere beträgt die Breite b1 der Schlitze bevorzugt zwischen der Hälfte und dem Doppelten des Durchmessers der Aussparung 23.
Bei dem in Fig. 14 dargestellten Ausführungsbeispiel werden Koaxialspeiseelemente eingesetzt, welche nur aus dem Innenleiter 31 bzw. 32 sowie der koaxialen Isolierung 34 im Bereich der Aussparung 33 bestehen. Die Innenleiter 31 und 32 sind dabei über das untere Ende der Isolierung 34 hinaus verlängert und können mit ihren unteren Enden durch Bohrungen in einer Platine hindurchgehen, mit welcher sie verlötet werden. Der Masseanschluss der Antenne erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel separat beispielsweise über einen am Antennenkörper, insbesondere am Sockel angeordneten Lötstift, welcher mit der Platine verlötet wird.
In Fig. 15a ist ein entsprechendes Ausführungsbeispiel einer Antennenanordnung dargestellt, bei welchem die Antenne über die in Fig. 14 dargestellten Koaxialspeiseelemente mit einer Platine 50 in Verbindung steht. Die Antenne liegt dabei mit ihrer Unterseite 9, d.h. mit dem Sockel 5, auf der Oberseite der Platine 50 auf. Die Koaxialspeiseelemente 31 und 32 gehen mit ihren speiseseitigen Enden durch Bohrungen in der Platine hindurch und sind auf der Unterseite der Platine mit Mik- rostreifenleitungen 51 bzw. 52 verlötet. Der Antennensockel weist bevorzugt weiterhin einen Massestift auf, mit welchem er mit einer Massefläche der Platine verlötet ist. Die Verlötung kann dabei auf der Oberseite der Platine erfolgen. lm dargestellten Ausführungsbeispiel enden die Leiter 31 und 32 in einem oberen Bereich der der Speiseseite gegenüberliegenden Schlitze.
In einem alternativen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel könnten jedoch auch die der Speiseseite gegenüberliegenden Enden der Koaxialspeiseelemente nach unten zum Bodenbereich 6 und dort durch Bohrungen 33 durch den Sockel hindurchgeführt werden. Demgemäß würden die Innenleiter auch auf der gegenüberliegenden Seite Isolierungen 34 aufweisen, wo sie durch die Bohrung hindurchgehen. Die Innenleiter können dabei auf der der Speiseseite gegenüberliegenden Seite mit einem Masseanschluss einer Platine verlötet werden.
In einem weiteren alternativen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel könnten die der Speiseseite gegenüberliegenden Enden der Koaxialspeiseelemente auch mit den Dipolelementen oder den Tragelementen galvanisch gekoppelt sein.
In Fig. 15b ist eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Antenne auf einem Reflektor 50 gezeigt. Der Reflektor 50 weist dabei eine Basisplatte auf, welche senkrecht auf der Mittelachse der Antenne steht und damit parallel zur Hauptebene der Dipolelemente verläuft. Der Abstand zwischen der Ebene der Basisplatte des Reflektors 50 und der durch die Dipole gebildeten Oberseite der Antenne beträgt im Ausführungsbeispiel bevorzugt:
X + L = 0,25 λ ± 0,2 λ, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz der Antenne handelt. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Abstand jedoch auch größer gewählt werden, um eine andere Strahlungscharakteristik zu erreichen. Beispielsweise könnte der Abstand auch bei 0,5 λ ± 0,1λ liegen.
Bei dem in Fig. 15b gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Reflektor weiterhin einen Reflektorrahmen 51 auf, welcher um die Antenne herum angeordnet ist. Der Reflektorrahmen weist dabei ebenfalls eine quadratische Grundfläche auf, wobei die Seiten des quadratischen Rahmens 51 parallel zu den Außenseiten 17 des Dipolquadrates ausgerichtet sind. Der Reflektorrahmen 51 weist damit die gleiche Ausrichtung auf wie das Dipolquadrat. In anderen Ausführungsformen kann der Reflektorrahmen auch eine andere Form aufweisen oder weitere Reflektorelemente umfassen, beispielsweise am Reflektorrahmen angeordnete Flügel.
Die in Fig. 15a und 15b gezeigten Anordnungen einer erfindungsgemäßen Antenne auf einer Platine bzw. auf der Basisplatte eines Reflektors können dabei unabhängig von dem konkreten Aufbau der erfindungsgemäßen Antenne bzw. der Speisung eingesetzt werden. Insbesondere kann hier das in Fig. 1 bis 3 gezeigte Ausführungsbeispiel zum Einsatz kommen.
In Fig. 15a und 15b sind jedoch bereits zwei Abwandlungen dieses Ausführungsbeispiels dargestellt, bei welchen mehrere unterschiedliche Möglichkeiten der Anpassung der Antenne dargestellt sind. Diese werden noch einmal anhand von Fig. 16a und 16b näher erläutert.
Bei dem in Fig. 16a gezeigten Ausführungsbeispiel einer Antenne, welches auch in Fig. 15a zum Einsatz kommt, sind in dem Spalt 23 Verjüngungselemente 60 angeordnet, welche die Breite des Spaltes verändern. Die Verjüngungselemente sind dabei in dem Bereich des Speiseschlitzes angeordnet, in welchem der Speiseleiter 32 verläuft, d.h. zwischen zwei Abschnitten eines Tragelementes. Durch die sich ändernde Breite des Spaltes kann eine Anpassung der Antenne erfolgen.
In Fig. 16b ist dagegen eine alternative Möglichkeit gezeigt, die Speiseleiter 31 und 32 in den Schlitzen zu führen. Dabei verlaufen die Leiter 31 und 32 durch dielektrischen Körper 61 , welche im Volumen der Schlitze der Tragelemente angeordnet sind und diese im Ausführungsbeispiel ausfüllen. An ihrer Unterseite weisen die dielektrischen Körper 61 hohlzylinderförmige Verlängerungen 62 auf, mit welchen sie. in die Aussparungen 33 am Boden der Schlitze eingefügt werden können und über welche die Leiter gegenüber dem Sockel isoliert werden. Im Ausführungsbeispiel wird dabei ein zusammenhängender dielektrischer Körper eingesetzt, welcher alle vier Schlitze ausfüllt. Hier sind jedoch auch vielfältige alternative Ausgestaltungen denkbar. Die Form der in Leiter 31 und 32 kann der in Fig. 14 gezeigten und oben beschrieben Form entsprechen.
In Fig. 17 und 18 ist ein drittes Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßen Antenne gezeigt. Das Ausführungsbeispiel entspricht im Hinblick auf seinen allgemeinen Aufbau dem bereits in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, sodass diesbezüglich auf die obige Beschreibung verwiesen wird. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede des in Fig. 17 und 18 gezeigten Ausführungsbeispiels gegenüber dem Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel näher diskutiert. Das in Fig. 17 und 18 gezeigte Ausführungsbeispiel ermöglicht eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eine andere Montage der Leiter 31 und 32.
Hierfür weisen die Schlitze 23 und 24 der Tragelemente 13 und 14, in welchen die Leiter 31 und 32 auf der Speiseseite verlaufen, in ihrem Bodenbereich nach außen offene Rillen 63 auf, in welche die Leiter 31 und 32 seitlich eingeschoben werden können.
Beim dritten Ausführungsbeispiel werden die Leiter 31 und 32 dabei in einer ersten Variante von den vorgebogenen, von dem Außenleiter befreiten Enden von Koaxialkabeln 71 und 72 gebildet, oder sind in einer zweiten Variante als vorgebogene Innenleiter von Koaxialspeiseelementen ausgeführt. Im Bereich der Rillen 63 weisen die Leiter 31 und 32 dabei jeweils Außenleiter 73 bzw. 74 auf, deren oberes Ende elektrisch den Boden der Schlitze 23 bzw. 24 bildet.
Gemäß der ersten Variante handelt es sich bei den Leitern 31 und 32 um die Enden der Innenleiter von Koaxialkabeln, bei welchen der Außenleiter bzw. die Abschirmung des Koaxialkabels entfernt wurde. Im Ausführungsbeispiel wurde auch die dielektrische Hülle um die Innenleiter entfernt. lm Bereich der Rille 63 weist das Koaxialkabel noch seinen Außenleiter 73 bzw. 74 auf, welcher bevorzugt innerhalb der Rille elektrisch mit dem Antennenkörper gekoppelt ist. In einer ersten Ausführungsform kann hierfür der Außenleiter im Bereich der Rille freigelegt werden, und somit unmittelbar die Innenfläche der Rille 63 kontaktieren. Die Kopplung erfolgt in diesem Fall galvanisch. In einer zweiten Variante weist das Koaxialkabel im Bereich der Rille 63 weiterhin seine Außenisolierung auf und steht dort kapazitiv mit der Rille in Verbindung. Alternativ kann der Außenleiter jedoch auch anderweitig mit dem Antennenkörper gekoppelt sein, bspw. durch eine Lötverbindung.
Gemäß der zweiten Variante handelt es sich bei Speiseleitern 31 und 32 um die Innenleiter von Koaxialspeiseelementen, welche auf der Speiseseite jeweils einen Koaxial-Steckverbinder zum Anschluss eines Koaxialkabels aufweisen. Ansonsten können die Koaxialspeiseelemente den gleichen Aufbau haben, welcher oben im Hinblick auf die erste Variante beschrieben wurde. Insbesondere kann auch in diesem Fall ein Außenleiter 73 bzw. 74 des Koaxialspeiseelementes mit der Rille kapazitiv oder galvanisch gekoppelt sein.
Wie in Fig. 18a und 18b gezeigt, können die Leiter 31 und 32 am Antennenkörper montiert werden, dass sie mit den Bereichen 73 und 74 in die Rillen 63 seitlich eingeschoben werden. Hierdurch ist eine Montage der Speisung zumindest ohne eine Lötung der Innenleiter 31 und 32 möglich. Gegebenenfalls kann wie oben beschrieben auch bei dem Außenleiter auf eine Lötung verzichtet werden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann jedoch der Außenleiter durch einen Lötanschluss mit dem Antennenkörper gekoppelt werden. Bevorzugt sind die Innenleiter 31 und 32 dabei vorgebogen und werden über die dielektrische Haltung 35 in den Spalten gehalten.
Bei dem in Fig. 17 und 18 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel verlängert die Rille 63 die Schlitze 23 und 24 zwar durch den Sockel hindurch nach unten. Im montierten Zustand der Speisung bilden jedoch die Außenleiter 73 und 74 den Bodenbereich 6 des Schlitzes. Die Länge des Schlitzes L bestimmt sich daher bei dem in Fig. 17 und 18 dargestellten Ausführungsbeispiel von der Oberkante der Außenleiter 73 bzw. 74 ausgehend nach oben hin.
Unabhängig von dem konkreten Ausführungsbeispiel der Antenne kann diese insbesondere in einer Antennenanordnung zum Einsatz kommen. Eine erfindungsgemäße Antennenanordnung umfasst dabei mindestens eine, bevorzugt jedoch eine Mehrzahl an erfindungsgemäßen Antennen, welche auf einem oder mehreren Reflektoren angeordnet sind. Bevorzugt wird dabei eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Antennen mit der gleichen Ausrichtung auf einer gemeinsamen Montageplatte angeordnet und bildet eine erfindungsgemäße Antennenanordnung.

Claims

Patentansprüche
1. Dual-polarisierte Antenne mit vier Dipolelementen, von welchen jedes an einem zugehörigen Tragelement angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Volumen der Dipolelemente jeweils ein Schlitz verläuft, welcher von dem Dipolelement aus in das zugehörige Tragelement verlängert ist.
2. Dual-polarisierte Antenne nach Anspruch 1 , wobei jeweils zwei sich bezüglich einer Mittelachse der Antenne gegenüberliegende Dipolelemente einen Dipol bilden, wobei die Polarisationsebenen der beiden Dipole der Antenne bevorzugt orthogonal verlaufen,
und/oder wobei die Tragelemente und/oder Dipolelemente eine vier-zählige Drehsymmetrie gegenüber einer Mittelachse der Antenne aufweisen und/oder wobei die Tragelemente und/oder Dipolelemente axialsymmetrisch gegenüber einer Mittelachse der Antenne angeordnet sind,
und/oder wobei sich die Tragelemente von einem Sockel der Antenne aus getrennt nach oben erstrecken, und sich die Dipolelemente vom oberen Ende der Tragelemente aus nach außen erstrecken, wobei sich die Tragelemente bevorzugt jeweils im wesentlichen parallel zu einer Mittelachse der Antenne erstrecken und/oder wobei sich die Dipolelemente bevorzugt im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur einer Mittelachse der Antenne erstrecken.
3. Dual-polarisierte Antenne nach Anspruch 1 oder 2, wobei der jeweils im Volumen eines Dipolelementes und des zugehörigen Tragelementes angeordnete Schlitz einen Schlitzstrahler bildet, wobei die Polarisationsebene des Schlitzstrahlers bevorzugt senkrecht auf der Polarisationsebene des Dipolelementes steht, in dessen Volumen er angeordnet ist und/oder parallel zur Polarisationsebene eines benachbart angeordneten Dipolelementes.
4. Dual-polarisierte Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
wobei der in das Tragelement verlängerte Bereich der Schlitze jeweils von der Oberkante der Antenne aus gemessen eine Länge von mindestens 0,1 λ aufweist, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt, bevorzugt eine Länge von mindestens 0,15 λ,
und/oder wobei der Schlitz im Tragelement an einem Sockelbereich der Antenne endet, wobei das untere Ende der Schlitzes im Tragelement bevorzugt durch einen Bodenbereich gebildet wird, an welchen der Sockel der Antenne anschließt,
wobei bevorzugt der im Volumen der Tragelemente verlaufende Bereich der Schlitze jeweils von der Oberkante der Antenne aus bis zum Ende des Schlitzes gemessen eine Länge zwischen 0,1 λ und 0,4 λ aufweist, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt, bevorzugt eine Länge zwischen 0,15 λ und 0,35 λ,
und/oder wobei der im Volumen der Dipolelemente verlaufende Bereich der Schlitze jeweils von einer Innenkante des Schlitzes aus bis zu einem äußeren Ende bzw. bis zur Außenkante der Dipolelemente gemessen eine Länge zwischen 0,1 λ und 0,4 λ aufweist, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt, bevorzugt eine Länge zwischen 0,15 λ und 0,35 λ, und/oder wobei die im Volumen der Tragelemente und der Dipolelemente verlaufenden Schlitze jeweils eine entlang der radialen Außenkante des Tragelementes und der Oberkante des Dipolelementes gemessene Gesamtlänge zwischen 0,3 λ und 0,7 λ aufweisen, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt, bevorzugt eine Gesamtlänge zwischen 0,4 λ und 0,6 λ, und/oder wobei die vier Tragelemente durch Schlitze voneinander getrennt sind, wobei die im Volumen der Tragelemente verlaufenden Schlitze und die zwischen den Tragelementen verlaufenden Schlitze von ihrem Ende in einem Sockelbereich der Antenne ausgehend bis zur Oberkante der Antenne eine Länge aufweisen, welche sich maximal um 0,15 λ und bevorzugt um maximal 0,1 λ unterscheidet, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt.
5. Dual-polarisierte Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der im Volumen eines Dipolelementes und des zugehörigen Tragelementes verlaufende Schlitz jeweils über einem Sockelbereich der Antenne beginnt und sich von dort nach oben entlang des Tragelementes und weiter von einer Innenkante des Dipolelementes nach außen erstreckt, und/oder wobei der Schlitz in Höhenrichtung durch das Dipolelement hindurchgeht und/oder zumindest zur Außenseite des zugehörigen Tragelementes hin offen ist,
wobei der Schlitz bevorzugt zumindest über einen Teil seiner Erstreckung in radialer Richtung durch das Tragelement hindurchgeht und/oder wobei der Schlitz zur Innenkante und/oder Außenkante des hin Dipolelementes bevorzugt offen ist,
und/oder wobei der im Volumen eines Dipolelementes und des zugehörigen Tragelementes verlaufende Schlitz über seine Erstreckung eine im wesentlichen konstante Breite aufweist, und/oder wobei die Breite des Schlitzes in einem Bereich, welcher mindestens 80% und bevorzugt 95% seiner Länge ausmacht, um maximal 80% bezüglich der Maximalbreite schwankt, bevorzugt um maximal 50%, weiter bevorzugt um maximal 20% bezüglich der Maximalbreite.
6. Dual-polarisierte Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Dipolelemente ein Dipolquadrat bilden, dessen Diagonalen durch die Polarisationsebenen der Dipole definiert werden, wobei die Schlitze im Volumen der Dipolelemente bevorzugt entlang der Diagonalen des Dipolquadrates verlaufen,
wobei das Dipolquadrat bevorzugt eine Seitenlänge zwischen 0,3 λ und 0,7 λ aufweist, wobei es sich bei λ um die Wellenlänge der Mittenfrequenz des niedrigsten Resonanzfrequenzbereiches der Antenne handelt, bevorzugt eine Seitenlänge zwischen 0,4 λ und 0,6 λ,
und/oder wobei die durch die Schlitze getrennten Abschnitte der Dipolelemente und/oder der Tragelemente radial um eine Mittelachse der Antenne angeordnet sind,
und/oder wobei die Schlitze im Volumen der Dipolelemente und/oder die Schlitze im Volumen der Tragelemente jeweils radial bezüglich der Mittelachse der Antenne verlaufen, wobei die Schlitze gegenüberliegender Dipolelemente und/oder Tragelemente bevorzugt in der gleichen Ebene verlaufen und/oder wobei die Schlitze benachbarter Dipolelemente und/oder Tragelemente bevorzugt in orthogonal aufeinander stehenden Ebenen verlaufen,
und/oder wobei die Schlitze im Volumen der Dipolelemente und/oder die Schlitze im Volumen der Tragelemente jeweils entlang der Polarisationsebenen der Antenne verlaufen.
7. Dual-polarisierte Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Speisung der Antenne einen Leiter umfasst, welcher zumindest teilweise in einem im Volumen eines Tragelementes angeordneten Schlitz verläuft, wobei die Speisung bevorzugt auf der Speiseseite im Bodenbereich des Schlitzes erfolgt.
8. Dual-polarisierte Antenne nach Anspruch 7, wobei die Speisung bevorzugt zwei getrennte Leiter für die Speisung der beiden Polarisationen des Strahlers umfasst, welche gekreuzt zueinander verlaufen,
wobei die Leiter jeweils zum einen den Dipol speisen, in dessen Volumen sie angeordnet sind, sowie zum anderen die Schlitzstrahler, welche durch die Schlitze im Volumen der hierzu diagonal verlaufenden Dipolelemente gebildet werden.
9. Dual-polarisierte Antenne nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Leiter der Speisung auf der Speiseseite in einem Bodenbereich des Schlitzes in diesen eintritt und sich vom Bodenbereich aus im Schlitz nach oben erstreckt, und/oder wobei der Leiter sich von einem ersten Schlitz im Volumen eines ersten Tragelementes zu einen gegenüberliegenden zweiten Tragelement und bevorzugt dem in diesem angeordneten Schlitz erstreckt,
wobei der Leiter bevorzugt zunächst in dem ersten Schlitz nach oben und dann über eine Abwinkelung nach innen verläuft, von wo aus der Leiter sich in den zweiten Schlitz erstreckt und bevorzugt über eine weitere Abwinklung in dem zweiten Schlitz noch unten verläuft,
und/oder wobei der Leiter bevorzugt durch eine dielektrische Halterung in dem Schlitz gehalten wird.
10. Dual-polarisierte Antenne nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Seitenwände des Schlitzes, in welchem der Leiter verläuft, Aussparungen oder Erhebungen aufweisen, und/oder wobei der Leiter über seine Erstreckung unterschiedliche Durchmesser aufweist und/oder wobei in dem Schlitz, in welchem der Leiter verläuft, ein oder mehrere dielektrische Elemente angeordnet sind, und/oder wobei eine Speiseleitung zur Antenne hin eine Anpassschaltung aufweist, insbesondere Abschnitte unterschiedlicher Breite.
11. Dual-polarisierte Antenne nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Speisung über den Innenleiter eines Koaxialkabels und/oder eines Koaxialspeiselementes erfolgt, welcher sich innerhalb eines Schlitzes in einem Tragelement erstreckt, wobei der Innenleiter bevorzugt von einem Bodenbereich des Schlitzes nach oben geführt ist, wobei der Sockel der Antenne im Bodenbereich des Schlitzes bevorzugt eine Aussparung zur Einfügung des Koaxialkabels oder des Koaxialspeiselementes aufweist, wobei die Aussparung bevorzugt eine zu einer Seite hin offene Rille umfasst, in welche das Koaxialkabel und/oder das Koaxialspeiselement seitlich einschiebbar und bevorzugt einklipsbar ist, oder wobei die Aussparung bevorzugt eine Axialbohrung umfasst, in welche das Koaxialkabel und/oder ein Koaxialspeiselementes axial einschiebbar ist.
12. Dual-polarisierte Antenne nach Anspruch 11 , wobei der Innenleiter und/oder der Außenleiter in der Aussparung des Sockels von einer Isolierung umgeben ist, wobei bevorzugt ein Außenleiter in der Aussparung galvanisch oder kapazitiv mit dem Sockel gekoppelt ist, und/oder wobei bevorzugt der Sockel außerhalb der Aussparung mit einem Außenleiter oder Masse gekoppelt ist, insbesondere an seiner Unterseite.
13. Dual-polarisierte Antenne nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
wobei die Speisung der Antenne über ein Koaxialkabel erfolgt, dessen eines Ende keine Abschirmung aufweist, wobei der dort verbleibende Innenleiter zumindest teilweise in einem Schlitz im Volumen eines Tragelementes verläuft, wobei der Innenleiter bevorzugt vorgebogen ist und/oder das Koaxialkabel bevorzugt in eine zu einer Seite hin offene Rille des Sockels der Antenne seitlich einschiebbar und bevorzugt einklipsbar ist, wobei der Außenleiter weiterhin bevorzugt mit der Rinne galvanisch oder kapazitiv gekoppelt ist,
oder
wobei die Speisung der Antenne über ein Koaxialspeiseelement erfolgt, dessen eines Ende keine Abschirmung aufweist, wobei der dort verbleibende Innenleiter zumindest teilweise in einem Schlitz im Volumen eines Tragelementes verläuft, und dessen anderes Ende einen Steckverbinder zum Anschluss eines Koaxialkabels umfasst, wobei der Innenleiter bevorzugt vorgebogen ist und/oder das Koaxialspeiseelement bevorzugt in eine zu einer Seite hin offene Rille des Sockels der Antenne seitlich einschiebbar und bevorzugt einklipsbar ist, wobei der Außenleiter weiterhin bevorzugt mit der Rinne galvanisch oder kapazitiv gekoppelt ist,
oder
wobei die Speisung der Antenne über ein Koaxialspeiseelement erfolgt, dessen eines Ende keine Abschirmung aufweist, wobei dort der verbleibende Innenleiter zumindest teilweise in einem Schlitz im Volumen eines Tragelementes verläuft, und dessen anderes Ende mit einer Platine verlötet ist, auf welcher die Antenne angeordnet ist, wobei der Innenleiter bevorzugt vorgebogen ist und/oder das Koaxialspeiseelement bevorzugt in eine Axialbohrung des Sockels einschiebbar ist, wobei der Sockel der Antenne bevorzugt separat mit einem Masseanschluss der Platine gekoppelt ist, insbesondere an seiner Unterseite und/oder kapazitiv mit einer auf der Platine angeordneten Massefläche und/oder galvanisch durch einen oder mehrere durch die Platine hindurchgehende Lötstifte der Antenne.
14. Dual-polarisierte Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Antennenkörper einstückig ausgeführt ist, und/oder
wobei der Antennenkörper aus Kunststoff gefertigt ist, wobei der Antennenkörper aus einem leitfähigen Kunststoff besteht und/oder mit einer leitfähigen Schicht beschichtet ist, wobei der Antennenkörper bevorzugt durch ein Spritzgussverfahren hergestellt ist.
15. Antennenanordnung mit mindestens einer und bevorzugt mehreren dualpolarisierten Antennen gemäß einem der vorangegangenen Ansprüchen, wobei der Sockel der Antenne bevorzugt auf einem Reflektor angeordnet ist, wobei der Reflektor bevorzugt eine Basisplatte aufweist, welche sich in einer Ebene erstreckt, die senkrecht zur Mittelachse der Antenne verläuft, und/oder einen Reflektorrahmen und/oder Reflektorwände.
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