BESCHREIBUNG

BREITBANDANTENNE MIT PARASITäRELEMENTEN

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der drahtlosen Kommunikation über funktechnische Verbindungen. Sie betrifft eine Breitbandantenne gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

Die Antennenspezifikationen von Breitbandantennen bezüglich der Abstrahlcharakteristik sind aufgeteilt in Gewinn und horizontalen und vertikalen öffnungswinkel. Allgemein lässt sich folgender Zusammenhang zwischen diesen beschreiben- den Grossen festhalten: Je schmaler der öffnungswinkel, desto grösser ist die Richtwirkung der Antenne. Bei gleichem Wirkungsgrad ergibt sich somit bei schmalerem öffnungswinkel auch ein erhöhter Gewinn.

Bei bestimmten Anwendungen, insbesondere auf dem Gebiet des Mobilfunks, ist der öffnungswinkel (Half Power Beamwidth - HPBW) vorgegeben, z.B. zu 60° ± 5° spezifiziert, genau genommen wie folgt

Min. Typ. Max. 55° 60° 65°

Die Strahlbreite ist festgelegt durch die Art des Strahlelements selbst (z.B. Swiss- Cross, Dipol, Patch) und die Grosse des darunter befindlichen Reflektors, d.h. die Massefläche.

Beispiele für derartige Breitbandantennen sind aus der EP-A1-1 367 672, der EP- A2-1 434 300 oder der EP-A1-1 601 046 bekannt. Weiterhin ist es bekannt, bei derartigen Antennen die Strahlbreite durch parasitäre Elemente zu beeinflussen, die seitlich der Strahlelemente vor dem Reflektor angeordnet sind (siehe die EP- AI -1 675 276). Die parasitären Elemente in der Gestalt stabförmiger metallischer Leiter erstrecken sich hierbei über die gesamte Länge der Antenne. Es gibt aber auch eine Kombination von langen und kurzen Einzelelementen (Fig. 14 der EP- AI -1 675 276), die in unterschiedlichem Abstand von der Antennenlängsachse angeordnet sind.

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer beispielhaften Antenne mit 8 Strahlelementen, die in einer Reihe (in der Längsachse) angeordnet sind. Die Aussen- abmessungen sind gemäss den Spezifikationen vorgegeben. Damit lässt sich innerhalb dieser Aussenabmessungen auch die Massefläche des Reflektors variieren. Für den horizontalen öffnungswinkel ist massgeblich die Breite des Reflektors (bzw. der als Reflektor wirkenden Printplatte) verantwortlich. Ein Minimum an Breite wird benötigt, um die Leistung hauptsächlich nach vorne abzustrahlen, d.h. ein gutes Front-to-Back-Ratio zu erhalten. Das obere Limit (maximale Breite) ist begrenzt und somit ist hier auch die Einstellung der Strahlbreite über die Printbreite limitiert.

Darüber hinaus lassen sich nur die Strahlelemente selbst verändern oder aber die Umgebung der Strahlelemente, ohne dass dabei jedoch weiter in die Printbreite

eingegriffen wird. Eine solche änderung der Umgebung ist insbesondere durch die weiter oben erwähnten Parasitärelemente möglich.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Breitbandantenne zu schaffen, die über eine Vielzahl von vor einem Reflektor in einer Reihe hintereinander angeordneten Strahlelementen abstrahlt und hinsichtlich der horizontalen Strahlbreite auf einfa- che Weise auf einen vorgegebenen Wert optimal eingestellt werden kann

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass parallel zur Längsachse mehrere separate Parasitärelemente hintereinander angeordnet sind. Wenn die Parasitärele- mente nur auf einer Seite der Längsachse ^' vorgesehen sind, wird die Strahlbreite nur auf einer Seite beeinflusst. Vorzugsweise sind auf beiden Seiten der Längsachse Parasitärelemente vorgesehen. Insbesondere sind die Parasitärelemente auf beiden Seiten der Längsachse spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet.

Eine Ausgestaltung der erfinderischen Breitbandantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass die Parasitärelemente im Abstand oberhalb des Reflektors angeordnet sind, wobei die Parasitärelemente vorzugsweise senkrecht zum Reflektor stehende Leitbleche sind.

Die Leitbleche können in ihrer Randkontur verändert werden, um die Strahlbreite in gewünschter Weise zu beeinflussen. Besonders einfach ist es, wenn die Leitbleche rechteckig ausgebildet und mit den Längskanten parallel zum Reflektor angeordnet sind, und wenn sich die Leitbleche jeweils an mehreren der Strahlelemente vorbei erstrecken.

Weiterhin können in den Leitblechen zur Modifizierung der parasitären Wirkung öffnungen, insbesondere in Schlitzform, vorgesehen sein.

Insbesondere ist es zweckmässig, wenn die Leitbleche mittels Halterungen auf dem Reflektor befestigt sind.

Wenn die Breitbandantenne auf der Vorderseite durch ein den Reflektor und die Strahlelemente überdeckendes Radom abgedeckt ist, können die Leitbleche aber auch im Inneren des Radoms befestigt sein. Wenn das Radom im Inneren mit einem Versteifungselement ausgekleidet ist, können die Leitbleche insbesondere an der Innenseite des Versteifungselements angeordnet sein.

Gemäss einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Parasitärelemente in der Ebene des Reflektors angeordnet, wobei die Parasitärelemente vorzugsweise als Schlitze im Reflektor ausgebildet sind.

Wenn insbesondere die Strahlelemente die Form von gekreuzten Dipolen aufweisen, die um 45° verdreht zur Längsachse orientiert sind, sind die Parasitärelemente vorzugsweise als Schlitzkreuze und/oder Schlitzwinkel ausgebildet und analog den Strahlelementen orientiert.

Besonders günstig ist es, wenn die Parasitärelemente zu den Strahlelementen vergleichbare Abmessungen aufweisen, und wenn die Parasitärelemente in axialer Richtung auf gleicher Höhe mit den Strahlelementen und/oder zwischen den Strahlelementen angeordnet sind.

KURZE ERLäUTERUNG DER FIGUREN

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 in der Draufsicht von oben (Fig. 1a) und in der Seitenansicht (Fig.

1b) den aktiven Teil einer Breitbandantenne gemäss einem ersten

Ausführungsbeispiel der Erfindung mit schlitzförmigen Parasitärelementen in der Ebene des Reflektors;

Fig. 2 das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 in einer perspektivischen Dar- Stellung;

Fig. 3 in einer perspektivischen Darstellung den auf einer Bodenplatte montierten aktiven Teil einer Breitbandantenne gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Parasitärelementen in Form von senkrecht oberhalb des Reflektors angeordneten und am Reflektor befestigten Leitblechen;

Fig. 4 eine andere Art der Befestigung der Leitbleche in einem Radom, welches auf die Bodenplatte der Anordnung auf Fig. 3 aufge- schnappt werden kann;

Fig. 5 ein beispielhaftes Abstrahlungsdiagramm mit der Amplitude einer

Breitbandantenne nach der Erfindung in einer senkrecht zur Längsachse orientierten horizontalen Ebene; und

Fig. 6 das Abstrahlungsdiagramm aus Fig. 5 in einer Darstellung der

Amplitude über dem Azimuthwinkel.

WEGE ZUR AUSFüHRUNG DER ERFINDUNG

In Fig. 1 ist in der Draufsicht von oben (Fig. 1a) und in der Seitenansicht (Fig. 1b) der aktiven Teil einer Breitbandantenne 10 gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit schlitzförmigen Parasitärelementen 15, 16 in der Ebene des Reflektors wiedergegeben. Der aktive Teil umfasst acht entlang einer Längsachse gleichmässig voneinander beabstandeter Strahlelemente 12, welche oberhalb eines rechteckigen Reflektors 11 angeordnet sind, der beispielsweise als

Printplatte ausgelegt ist und auf der Rückseite Zuleitungen zu den Strahlelementen 12 aufweist. Art und Aufbau der Strahlelemente 12 sind in der EP-A2-1 434 300 beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass im Rahmen der Erfindung aber auch andere Arten von Strahlelementen wie einfache Dipole oder Patchelemente, eingesetzt werden können. Die Strahlelemente 12 sind in der Mittelachse des Reflektors 11 aufgereiht (Längsachse 31). An den Querseiten des Reflektors 11 sind Befestigungslöcher 13 zur Befestigung der Anordnung 11 , 12 auf der Bodenplatte eines Gehäuses vorgesehen, wie dies in Fig. 3 beispielhaft dargestellt ist. In einem mittleren Abschnitt des Reflektors 11 sind seitlich Anschlussvorrichtungen 14 ausgebildet, über welche die Printplatte (Reflektor) 11 mit äusseren Anschlüssen (siehe 21 in Fig. 3) der Antenne verbunden werden kann.

Die freie Massefläche des Reflektors 11 seitlich der Strahlelemente 12 wird nun verwendet, um die horizontale Strahlbreite der Breitbandantenne 10 zu justieren. Durch Einbringen parasitär abstrahlender Parasitärelemente 15, 16 wird die HPBW (Half Power Beam Width) angepasst. Die Streuung der HPBW über der Frequenzbandbreite wird gleichzeitig durch geeignete Wahl minimiert. Die Parasitärelemente 15 (im vorliegenden Fall Schlitzkreuze) unterstützen weiterhin die Polarisation der Strahlelemente 12 (dual slant) und erhalten den Abstand der kreuzpolaren Komponente. Die Schlitze 15 in der Massefläche 11 sind von reso- nanter Länge. Je grösser der Abstand zu den Strahlelementen 12 selbst (die als Swiss-Cross, Patch, Dipol, etc. ausgebildet sein können) gewählt wird, desto geringer ist der Einfluss. Ebenso bestimmt die seitliche Position den Einfluss auf das Strahlungsdiagramm. So können die Parasitärelemente 15, 16 direkt seitlich (in axialer Richtung auf gleicher Höhe) oder auch seitlich und vertikal versetzt („auf Lücke") angeordnet werden. Halbe Kreuzchen (Schlitzwinkel 16) tragen vermindert zur Justierung der Strahlbreite bei und dienen der Feinabstimmung. Die Parasitärelemente 15, 16 sind in diesem Beispiel auf einen Längsabschnitt der Antenne 10 beschränkt. Die HPBW kann mit den seitlichen Parasitärelementen 15, 16 vergrössert oder auch verkleinert werden. Um resonante Schlitze verwenden zu können, ist ein gewisses Mass an Platz nötig. Diese Lösung wird daher vorzugsweise für (die höherfrequenten) 3,5 GHz-Antennen eingesetzt.

Für die niedrigere Frequenz bei 2,5 GHz ist es schwieriger, mit Schlitzen die Strahlbreite zu justieren. Die resonante Länge der Parasitärelemente benötigt mehr Platz, um sinnvoll genutzt werden zu können. Für diesen Frequenzbereich ist daher eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemässen Lösung vorgesehen, die in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist und mit Parasitärelementen 17, 18 in Form von senkrecht stehend über dem Reflektor 11 angeordneten Leitblechen arbeitet. Im Beispiel der Fig. 3 ist der Reflektor 11 der Breitbandantenne 20 mit den darüber befindlichen Strahlelementen 12 durch eine Zwischenlage 23 beabstandet auf einer Bodenplatte 22 befestigt und über Zuleitungen 19 mit unterhalb der Bodenplatte 22 angeordneten äusseren Anschlüssen 21 verbunden. Auf der Unterseite der Bodenplatte 22 sind weiterhin Befestigungselemente 24 zur Befestigung der Breitbandantenne 20 an einer Halterung am Mast oder dgl. vorgesehen. In den senkrecht hochgebogenen Rand der Bodenplatte 22 sind Rast- öffnungen 28 eingebracht, in welchen ein aufschnappbares Radom 30 gemäss Fig. 4 mit entsprechenden Rastelementen 29 einrasten kann.

Im Beispiel der Fig. 3 sind die Leitbleche/Parasitärelemente 17, 18, die auf beiden Seiten der Strahlelemente 12 angeordnet und jeweils für vier der Strahlelemente 12 zuständig sind, mittels Halterungen 25 direkt auf dem Reflektor 11 befestigt.

Im Beispiel der Fig. 4 sind die Leitbleche/Parasitärelemente 17, 18 mittels Pfosten 27 an der Innenseite eines Versteifungselements 26 fixiert, welches in das Radom 30 eingesetzt ist und dieses mechanisch verstärkt.

Durch das Anbringen der senkrechten Leitbleche 17, 18 seitlich zu den Strahlelementen 12 wird die Strahlbreite eingestellt. Der Abstand, die Höhe und Länge der Leitbleche 17, 18 beeinflussen das Mass, in dem die HPBW verändert wird. Die Ströme, die sich entlang der Massefläche des Reflektors 11 ausbreiten, werden durch die senkrechten Leitbleche 17, 18 an ihrer Ausbreitung in Richtung der seitlicher Berandung des Printboards gehindert und senkrecht nach oben weggeführt. Mittels der Leitbleche 17, 18 lässt sich die Strahlbreite vergrössem oder verklei-

nern. Im vorliegenden Fall wird diese verkleinert. Zudem wird die Schwankung der Strahlbreite über der Frequenz sehr stark reduziert. Zwischen 2,5-2,7 GHz war zuvor eine Schwankung von ca. 10° gegeben, die mittels der Parasitärelemente 17, 18 auf ca. 4-5° reduziert werden konnte. Die Leitbleche 17, 18 lassen sich mit Schlitzen innerhalb der senkrechten Bleche oder einer geformten äusseren Be- randung weiter modifizieren und sind so in ihrem Einfluss vielfältig variierbar und einsetzbar.

Die Fig. 5 und 6 zeigen in unterschiedlicher Darstellung Strahlungsdiagramme ei- ner beispielhaften Antenne für 3,5 GHz mit Parasitärelementen gemäss Fig. 1 , 2 nach der Erfindung, wobei die verschiedenen übereinander gelegten Kurven zu verschiedenen Frequenzen von 3,400, 3,450, 3,500, 3,550 und 3,600 GHz gehören. Man erkennt sehr deutlich dass die Schwankung der Strahlbreite mit der Frequenz sehr gering ist.

BEZUGSZEICHENLISTE

10,20 Breitbandantenne

11 Reflektor (Printplatte) 12 Strahlelement (Kreuzdipol)

13 Befestigungsloch

14 Anschluss

15 Parasitärelement (Schlitzkreuz)

16 Parasitärelement (Schlitzwinkel) 17,18 Parasitärelement (Leitblech)

19 Zuleitung

21 Anschluss

22 Bodenplatte

23 Zwischenlage 24 Befestigungselement

25 Halterung

26 Versteifungselement

27 Pfosten

28 Rastöffnung

29 Rastelement

30 Radom

31 Längsachse