Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antennenanordnung mit einer
Anzahl von Strahlungselementen, von welchen einige bei einer ersten Frequenz oder
in einem ersten Frequenzband strahlen und einige bei einer zweiten Frequenz oder
in einem zweiten Frequenzband strahlen, so dass ein und dieselbe Antennenanordnung
für unterschiedliche Frequenzen oder Frequenzbänder verwendet werden kann.
Die Erfindung betrifft auch eine Basisstations-Antennenanordnung,
die für ein erstes und ein zweites Frequenzband verwendet werden kann, so dass
ein und dieselbe Basisstations-Antennenanordnung für unterschiedliche mobile
Kommunikationssysteme verwendet werden kann, die in unterschiedlichen Frequenzbändern
arbeiten.
STAND DER TECHNIK
Das Gebiet mobiler Telekommunikation ist in einer großen Anzahl
von Ländern stark wachsend, und neue Märkte und mehr Länder führen
stetig zellulare Kommunikationssysteme ein. Weiterhin werden neue Dienste und Anwendungen
auf dem in jeder Hinsicht stark expandierendem Markt für mobile Telekommunikation
kontinuierlich eingeführt. Es ist wohlbekannt, dass eine Anzahl von Systemen,
die in ungefähr dem 900-MHz-Frequenzband arbeiten, wie beispielsweise NMT 900,
(D)-AMPS, TACS, GSM und PDC, arbeiten, sehr erfolgreich gewesen sind. Dies hatte
unter anderem zur Folge, dass Systeme, die in anderen Frequenzbändern arbeiten,
benötigt werden. Daher sind neue Systeme für die Frequenzbänder um
1800 MHz und 1900 MHz entwickelt worden. Beispiele dafür sind DCS 1800 und
PCS 1900. Es gibt natürlich auch eine Anzahl von anderen Systemen im 900-MHz-Band
(und darum herum), sowie im 1800- oder 1900-MHz-Band und ähnlichem, welche
hierin nicht explizit angegeben worden sind. Erinnert man sich an die letzte Entwicklung,
wird es auch deutlich, dass noch weitere Systeme entwickelt werden.
Jedoch ist für den Betrieb von zellularen mobilen Telekommunikationssystemen
eine große Anzahl von Basisstations-Antenneninstallationen nötig geworden.
Basisstations-Antennenanordnungen müssen über den gesamten Bereich vorgesehen
sein, der durch das zellulare Kommunikationssystem zu versorgen ist, und wie sie
angeordnet werden, hängt unter anderem von der Qualität ab, die erforderlich
ist, und der geografischen Versorgung, der Verteilung von mobilen Einheiten, etc.
Da eine Funkausbreitung sehr vom Gelände und von Unregelmäßigkeiten
in der Landschaft und den Städten abhängt, müssen die Basisstations-Antennenanordnungen
mehr oder weniger nahe angeordnet sein.
Jedoch hat die Installation von Basisstations-Antennen unter anderem
von einem ästhetischen Gesichtspunkt aus sowohl auf dem Lande als auch in den
Städten zu Protesten geführt. Bereits die Installation von Masten mit
Antennen für z.B. das 900-MHz-Frequenzband hat Anlass zu einer Menge von Diskussionen
und Protesten gegeben. Die Installation von zusätzlichen Basisstations-Antennenanordnungen
für ein anderes Frequenzband würde sogar zu noch mehr Opposition führen,
und es würde tatsächlich in einigen Fällen Anlass zu Unannehmlichkeiten
geben, und zwar nicht nur vom ästhetischen Gesichtspunkt aus. Weiterhin ist
die Konstruktion von Antennenanordnungen teuer.
Die Einführung von neuen Basisstations-Antennenanordnungen würde
beträchtlich erleichtert werden, wenn die Infrastruktur, die bereits für
beispielsweise das 900-MHz-Frequenzband vor Ort ist, verwendet werden könnte.
Da beide Systeme, die in dem niedrigeren sowie in dem höheren Frequenzband
arbeiten, weiterhin parallel verwendet werden, wäre es sehr attraktiv, wenn
die Antennen für die unterschiedlichen Frequenzbänder an denselben Masten
zusammen existieren und insbesondere dieselbe Antennenapertur nutzen (gemeinsam
nutzen) könnten. Heute sind verschiedene Beispiele von Mikrostreifenleitungs-Antennenelementen
bekannt, die in zwei unterschiedlichen Frequenzbändern arbeiten können.
Eine Art, dies zu erreichen, besteht darin, Teilstücke bzw. Flecken übereinander
zu stapeln. Dies ist zufrieden stellend, wenn die unterschiedlichen Frequenzbänder
eng beabstandet sind, wie z.B. bis zu einem Verhältnis von etwa 1,5:1. Jedoch
ist dieses Konzept dann nicht gut, wenn die Frequenzbänder weniger eng beabstandet
sind. Ein Beispiel dafür ist ein gestapeltes Dualfrequenz-Fleckenelement mit
einer Grundebene, auf welcher z.B. ein kreisförmiger oder ein rechteckförmiger
Niederfrequenz-Flecken angeordnet ist, und auf deren obersten Seite ein Hochfrequenz-Flecken
einer ähnlichen Form angeordnet ist. Bei einer anderen bekannten Struktur,
wie sie beispielsweise in "Dual band circularly polarised microstrip array element"
von A. Abdel Aziz et al., Proc. Journe'es Internationales de Nice sur les Antennes
(JINA 90), S. 321–324, Nov. 1990, School of El. Engineering and Science Royal
Military College of Science, Shrivenham, England, offenbart ist, ist ein großes
Niederfrequenz-Fleckenelement vorgesehen, in welchem eine Anzahl von Fenstern (vier
Fenster) vorgesehen sind. In diesen Fenstern sind kleinere Fleckenelemente angeordnet.
Die Fenster stören die Charakteristiken des größeren Fleckenelements
nicht signifikant. Durch diese Anordnung ist es möglich, ein und dieselbe Antennenanordnung
für zwei unterschiedliche Frequenzbänder zu verwenden, welche jedoch um
einen Faktor Vier getrennt sind. Dies ist eine Frequenzbandtrennung,
die viel zu hoch dafür ist, für die heutigen relevanten mobilen Kommunikationssysteme
verwendet zu werden, die bei etwa 900 MHz und 1800 (1900–1950) MHz arbeiten.
Eine andere bekannte Technik verwendet die frequenzselektive Art von
periodischen Strukturen. Es ist gezeigt worden, dass dann, wenn ein Niederfrequenz-Fleckenelement
als Netzleiter oder als perforierter Schirm gedruckt wird, es einer obersten Seite
einer anderen Antennengruppe überlagert werden kann, die bei einer höheren
Frequenz arbeitet, s. z.B. "Superimposed dichroic microstrip antenna arrays" von
J.R. James et al., IEE Proceedings, Vol. 135, Pt. H. No. 5, Okt. 1988. Dies ist
für Dualbandoperationen zufrieden stellend, wo die Bänder noch getrennter
als im vorangehenden Fall sind, und somit Verhältnisse haben, die 6:1 übersteigen.
Weiterhin zeigt US-A-5 001 493 eine Mehrfachband-Gitter-Fokal-Plane-Antennengruppe,
die gleichzeitige Strahlen von mehreren Frequenzen zur Verfügung stellt. Ein
Metallisierungsmuster stellt eine erste Gruppe von leitenden Rändern einer
ersten Länge und eine zweite Gruppe von leitenden Rändern einer zweiten
Länge zur Verfügung. Die erste und die zweite Gruppe von leitenden Rändern
werden getrennt gespeist, um gleichzeitig einen ersten und einen zweiten Ausgangsstrahl
bei der ersten und der zweiten Betriebsfrequenz zu liefern. Jedoch ist es auch hier
nicht möglich, die Frequenzbandtrennung zu haben, die etwa Zwei beträgt,
um dadurch für die mobilen Kommunikationssysteme nützlich zu sein, auf
die oben Bezug genommen ist. US-A-5 001 493 zeigt zweite Strahlungselemente, die
bei einer zweiten Zwischenfrequenzstrahlen, die das 2,3-fache einer ersten Frequenz
ist, und die dritten Strahlungselemente, die bei einer hohen Frequenz strahlen,
die etwa das 1,1-fache der zweiten Frequenz ist. Somit ist die Antennenanordnung,
wie sie in dem Dokument offenbart ist, nicht auf die mobilen Kommunikationssysteme
anwendbar, auf die oben Bezug genommen ist, oder im Allgemeinen, wo die Frequenzbandtrennung
etwa ein Faktor von Zwei ist.
WO 96/17400 zeigt eine Dualbandantenne mit Fleckenstrahlern bzw. Teilstückstrahlern
und Schlitzstrahlern, die in zwei Ebenen angeordnet sind.
In Antennengruppen beträgt die Periodizität von Elementen
zwischen 0,5 und 1 Freiraumwellenlängen. Die geringere Beabstandung wird bei
abgetasteten Antennengruppen verwendet. Die Anzahl von strahlenden Elementen im
1800/1900-MHz-Band wird doppelt so hoch wie im 900-MHz-Band sein, wenn derselbe
Bereich verwendet wird. Dies bedeutet, dass die Hochfrequenzantenne eine zwischen
3 und 6 dB höhere Verstärkung als die Niederfrequenzantenne haben wird.
Dies ergibt einen teilweisen Offset bzw. Ausgleich für die erhöhten Pfadverluste
bei höheren Frequenzen, was die Versorgungsbereiche für die zwei Bänder
gleich bzw. ähnlich macht.
Diversity-Antennenkonfigurationen werden heute dazu verwendet, Fading-
bzw. Schwundeffekte zu reduzieren. Eine Empfangsdiversity bei der Basisstation wird
mit zwei Antennen erreicht, die ein paar Meter getrennt sind. Heute werden hauptsächlich
vertikal polarisierte Sende- und Empfangsantennen verwendet. Eine Polarisationsdiversity
ist eine andere Art zum Reduzieren von Schwundeffekten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Was nötig ist, besteht daher in einer Antennenanordnung, die
für eine Frequenzbandtrennung von etwa einem Faktor von Zwei verwendet werden
kann, oder insbesondere ein Antennenstrahlungselement, das für eine erste und
eine zweite Frequenz verwendet werden kann, wobei die Frequenzen sich etwa um einen
Faktor Zwei unterscheiden. Was nötig ist, besteht insbesondere in einer Antennenanordnung
und einer Basisstations-Antennenanordnung, die für zwei Frequenzbänder
mit einem Trennungsfaktor zwischen etwa 1,6–2,25 verwendet werden können.
Somit ist insbesondere das, was nötig ist, eine Antennenanordnung
oder insbesondere eine Basisstations-Antennenanordnung, die für zellulare mobile
Telekommunikationssysteme verwendet werden kann, die im 900-MHz-Band, wie beispielsweise
NMT 900 (D)-AMPS, TACS, GSM, PDC etc., arbeiten, und ein anderes mobiles Kommunikationssystem,
das in einem Frequenzband von etwa 1800 oder 1900-MHz arbeitet, wie beispielsweise
DCS 1800, PCS 1900, etc.
Insbesondere ist eine Anordnung nötig, durch welche entweder
vertikal/horizontal polarisierte Antennen, oder Antennen, die jeweils eine Polarisation
von ±45° haben, zur Verfügung gestellt werden können.
Was nötig ist, besteht somit in einer Antennenanordnung oder
einer Basisstations-Antennenanordnung, wobei dieselben Masten für zwei unterschiedliche
Systeme verwendet werden können, die in zwei unterschiedlichen Frequenzbändern
arbeiten, die sich um einen Faktor von Zwei unterscheiden, und insbesondere die
Masten oder die Infrastruktur, die bereits existieren, für beide Arten von
Systemen verwendet werden können, und auch für zukünftige Systeme,
die in einem der zwei Frequenzbänder arbeiten.
Insbesondere ist eine Dual- oder Mehrfachfrequenz-Antennenanordnung
nötig, die unterschiedliche Polarisationszustände unterstützt. Insbesondere
sind auch Sektorantennenanordnungen und Mehrstrahl-Antennengruppenanordnungen nötig,
die wenigstens Operationen in wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzbändern,
die sich etwa um einen Faktor Zwei unterscheiden, in ein und derselben Anordnung
kombinieren.
Daher wird eine Antennenanordnung zur Verfügung gestellt, die
eine leitende Grundebene aufweist, wenigstens eine Anzahl von ersten Strahlungselementen,
die bei der ersten Frequenz strahlen, und eine Anzahl von zweiten Strahlungselementen,
die bei einer zweiten Frequenz strahlen, wobei zu jedem ersten Strahlungselement
wenigstens eine Gruppe von zweiten Strahlungselementen angeordnet ist. Die wenigstens
ersten und zweiten Strahlungselemente sind in unterschiedlichen Ebenen angeordnet.
Die zweiten Strahlungselemente einer Gruppe sind vorteilhaft symmetrisch in Bezug
auf die entsprechenden ersten Strahlungselemente auf eine solche Weise angeordnet,
dass jedes zweite Strahlungselement das entsprechende erste Strahlungselement teilweise
überlagert. Jeweilige Strahlungselemente, d.h. die ersten sowie die zweiten
Strahlungselemente haben wenigstens eine effektive Resonanzdimension, und die effektive
Resonanzdimension des ersten Strahlungselements ist im Wesentlichen das Zweifache
von derjenigen der Dimensionen einer effektiven Resonanz der zweiten Strahlungselemente,
so dass die zweiten Strahlungselemente bei einer Frequenz oder in einem Frequenzband
strahlen, die bzw. das etwa das Zweifache von derjenigen bzw. demjenigen des ersten
Strahlungselements ist.
Vorteilhafterweise weist jedes Strahlungselement ein Stück bzw.
einen Flecken auf, das bzw. der aus leitendem Material hergestellt ist. Gemäß
unterschiedlichen Ausführungsbeispielen ist eine Luftschicht zwischen den Schichten
der ersten und zweiten Strahlungselemente und/oder zwischen der Grundebene und der
untersten Schicht von Strahlungselementen vorgesehen. Als Alternative zu Luft, können
dielektrische Schichten verwendet werden. Eine solche dielektrische Schicht kann
zwischen den jeweiligen Schichten von Strahlungselementen angeordnet sein, und sie
kann auch zwischen der untersten Schicht eines Strahlungselements (von Strahlungselementen)
und der Grundebene angeordnet sein. Die Grundebene kann beispielsweise eine Cu-Schicht
aufweisen. Vorteilhafterweise ist wenigstens eine Resonanzdimension des ersten Strahlungselements
etwa eine Hälfte der Wellenlänge entsprechend einer ersten Frequenz und
ist wenigstens eine Resonanzdimension eines zweiten Strahlungselements etwa eine
Hälfte der Wellenlänge entsprechend der zweiten Strahlungsfrequenz. Die
ersten Strahlungselemente werden angeregt, um bei der niedrigeren Frequenz (oder
im niedrigeren Frequenzband) zu strahlen, wohingegen die zweiten Strahlungselemente
angeregt werden, um bei der höheren Frequenz (im höheren Frequenzband)
zu strahlen. Gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen sind die
ersten Frequenzstrahlungselemente über oder unter der Schicht von zweiten Strahlungselementen
angeordnet. Beide Alternativen sind möglich. Weiterhin können die Strahlungselemente
gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen rechteckförmige
Flecken, quadratische Flecken oder kreisförmige Flecken aufweisen. Allgemein
sind sowohl die ersten als auch die zweiten Strahlungselemente in einer Antennenanordnung
von derselben Form, aber es ist auch möglich, dass beispielsweise ein erstes
Strahlungselement quadratisch oder rechteckförmig ist, während die zweiten
Strahlungselemente kreisförmig sind, oder umgekehrt. Jedoch sind dann, wenn
nur eine lineare Polarisation verwendet wird, rechteckförmige Flecken bevorzugt,
obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Andererseits werden rechteckförmige
Flecken nicht für Fälle einer dualen Polarisation verwendet.
Für rechteckförmige Flecken ist es ausreichend, dass eine
Dimension effektiv resonanzfähig ist, wie beispielsweise die Länge des
Rechtecks. Wenn quadratische Strahlungselemente verwendet werden, ist es natürlich
die Seite des Fleckens, die resonanzfähig ist, und wenn kreisförmige Flecken
verwendet werden, ist es der Durchmesser, der die Resonanzdimension bildet. Vorteilhafterweise
werden quadratische Flecken oder kreisförmige Flecken für Anwendungen
einer dualen Polarisation verwendet. Insbesondere wird dadurch auf eine lineare
Polarisation Bezug genommen. Wie es an und für sich bekannt ist, ist es jedoch
möglich, zwei lineare Polarisationen zu oder zu zwei orthogonalen zirkularen
Polarisationen zu kombinieren. Bei einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel
werden die Resonanzdimensionen der Strahlungselemente der ersten und der zweiten
Elemente jeweils in Bezug auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele
unterschiedlich gedreht. Dies ist für einzelne sowie für duale Polarisationen
anwendbar. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die ersten und die zweiten
Strahlungselemente in Bezug zueinander unterschiedlich gedreht, so dass die Polarisation
der ersten und der zweiten Elemente jeweils nicht übereinstimmt. Auch diese
Form kann für Fälle einer einzigen sowie einer dualen Polarisation angewendet
werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Antennenanordnung
ein erstes Strahlungselement und vier zweite Strahlungselemente auf, um dadurch
ein einziges Dualfrequenz-Flecken-Antennenelement zu bilden.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist jedoch eine Anzahl
von ersten Strahlungselementen vorgesehen, zu welchen entsprechende zweite Strahlungselemente
gruppenweise angeordnet sind, um ein Strahlungsgitter zu bilden.
In einem Strahlungsfeld kann irgendeines der oben beschriebenen Elemente verwendet
werden. Die Elemente bei einem angeordneten Ausführungsbeispiel sind auf eine
solche Weise in Zeilen und Spalten angeordnet, dass die Resonanzdimensionen parallel/orthogonal
zu den Zeilen/Spalten sind. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die
Elemente gedreht, um einen Winkel von etwa 45° in Bezug zu den Zeilen/Spalten
zu bilden, in welchen sie angeordnet sind.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind für jedes erst
Strahlungselement zwei zweite Strahlungselemente vorgesehen, die gegenüberliegend
zueinander und teilweise das erste Element überlagernd vorgesehen sind. Dies
ist insbesondere für Sektorantennen mit einer Spalte von solchen Elementen
vorteilhaft.
Insbesondere weist die Anordnung eine Dualfrequenz-, Dualpolarisations-Antenne
oder besonders bevorzugt eine Mehrfachfrequenz-, Mehrfachpolarisations-Antenne auf.
Das Speisen der Strahlungselemente kann auf eine Anzahl von unterschiedlichen
Arten zur Verfügung gestellt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel
wird eine so genannte Aperturspeisung angewendet. Dies ist dann besonders vorteilhaft,
wenn die Niederfrequenz-Strahlungselemente über den Hochfrequenz-(kleineren)-Strahlungselementen
angeordnet sind. Die zweiten Strahlungselemente werden dann von unten über
Öffnungen gespeist, die in Bezug zu den entsprechenden Strahlungselementen
in der Grundebene angeordnet sind. Durch dieses Ausführungsbeispiel werden
die Herstellungskosten und potentielle Quellen für eine passive Intermodulation
(PIM-Quellen) reduziert. Natürlich wird auch das erste Strahlungselement über
eine Apertur bzw. Öffnung gespeist, die in Bezug dazu zentral in der Grundebene
angeordnet ist. Das Speisen als solches wird durch eine erste und eine Zweite Mikrostreifenleitung
zur Verfügung gestellt, die die Strahlungselemente durch die jeweiligen Öffnungen
ohne irgendeinen physikalischen Kontakt anregt. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
wird eine so genannte Sondenspeisung verwendet. Wenn die Hochfrequenz-Strahlungselemente
über dem Niederfrequenz-Strahlungselement angeordnet sind, speisen die Sonden
(hier) die zweiten Strahlungselemente exzentrisch.
Eine Basisstations-Antennenanordnung wird auch zur Verfügung
gestellt, die wenigstens eine Anzahl von ersten Antennen aufweist, die für
ein erstes mobiles Telekommunikationssystem beabsichtigt sind, das in einem ersten
Frequenzband arbeitet, und eine Anzahl von zweiten Antennen, die für ein zweites
mobiles Telekommunikationssystem verwendet werden, das in einem zweiten Frequenzband
arbeitet, das etwa das Zweifache von demjenigen des ersten Frequenzbands ist, und
wobei die Antennen für das erste und das zweite System jeweils an ein und demselben
Mast zusammen existieren. Die Antennenelemente oder die Strahlungselemente sind
von der Art, wie es im Vorangehenden beschrieben ist. Vorteilhafterweise liegt das
Trennungsverhältnis zwischen den Frequenzbändern zwischen etwa 1,6–2,25:1.
Gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen sind die Antennen Sektorantennen
oder Mehrfachstrahl-Antennengruppen.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass die existierende Infrastruktur,
die bereits für das 900-MHz-Frequenzband vorgesehen ist, auch für neue
Frequenzbänder verwendet werden kann, wie beispielsweise etwa 1800 MHz oder
1900 MHz. Es ist auch ein Vorteil der Erfindung, dass die Antennenelemente oder
die Strahlungselemente einfach und flexibel sind, und eine einfache Einspeisungstechnik
ermöglicht, etc. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass dieselbe Art von
Strahlungselementen für beide Frequenzen verwendet werden kann, wobei sich
lediglich die Größe, wie sie durch die Resonanzdimensionen gegeben ist,
unterscheidet. Es ist auch ein Vorteil, dass Zustände dualer Polarisation unterstützt
werden können.
Jedoch ist es auch ein Vorteil, dass nicht nur Dualfrequenz-, Dualpolarisations-Antennenanordnungen
zur Verfügung gestellt werden können, sondern auch Mehrfrequenzanordnungen;
d.h. mit mehr als zwei Frequenzen. Dann kann z.B. eine weitere Schicht von Strahlungselementen
auf der obersten Seite der obersten Schicht auf gleiche Weise angeordnet sein. Wenn
beispielsweise vier zweite Strahlungselemente über einem ersten Strahlungselement
angeordnet sind, können sechzehn dritte Strahlungselemente über den zweiten
Strahlungselementen angeordnet sein, die in einem dritten Frequenzband mit einer
Frequenz strahlen, die etwa ein Zweifaches der zweiten Frequenz ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird im Folgenden auf eine nicht beschränkende
Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben werden,
in welchen:
1A eine Draufsicht der Dualfrequenz-Antennenanordnung
mit quadratförmigen Flecken von oben ist,
1B eine schematische Querschnittsansicht der Antennenanordnung
der 1A entlang der Linien 1B-1B ist,
2A eine Draufsicht auf eine alternative Dualfrequenz-Antennenanordnung
mit quadratförmigen Flecken von oben ist,
2B eine schematische Querschnittsansicht der Antennenanordnung
der 2A entlang der Linien 2B-2B ist,
3A eine Draufsicht einer Dualfrequenz-Antennenanordnung
mit rechteckförmigen Flecken von oben ist,
3B eine Querschnittsansicht der Anordnung der
3A entlang der Linien 3B-3B ist,
4A eine Draufsicht auf eine weitere Dualfrequenz-Antennenanordnung
von oben ist, wobei die Flecken kreisförmig sind,
4B eine Querschnittsansicht der Anordnung der
4A entlang der Linien 4B-4B ist,
5 noch ein weiteres Beispiel einer Antennenanordnung
ist, wobei die ersten und die zweiten Strahlungselemente unterschiedliche Formen
haben,
6 ein Beispiel einer Dualfrequenz/Dualpolarisations-Antennengruppe
ist,
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Antennengruppe
ist, wobei die Resonanzdimensionen der ersten und der zweiten Strahlungselemente
einen Winkel von 45° zueinander bilden,
8 noch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Antennengruppe ist,
9 ein Beispiel einer Apertur bzw. Öffnung schematisch
darstellt, die beispielsweise die Strahlungselemente der 1A
speist,
10 eine Sondenspeisung der Strahlungselemente der
2A schematisch darstellt,
11 eine perspektivische Querschnittsansicht ist, die
eine Öffnungsspeisung einer Anordnung ist, wie sie in 1A
dargestellt ist,
12 eine Draufsicht auf die Grundebene mit Speiseöffnungen
für einen Fall einer einzigen Polarisation von oben ist, und
13 ein Beispiel einer Sektorantennenanordnung ist,
14A ein Beispiel einer Öffnung gemäß
einem Ausführungsbeispiel für eine duale Polarisation ist, und
14B ein weiteres Beispiel einer Öffnung für
eine Anordnung einer dualen Polarisation ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt ein erstes Beispiel einer Mikrostreifenleitungs- bzw. Microstrip-Antennenanordnung
10, die bei zwei unterschiedlichen Frequenzen oder in zwei unterschiedlichen
Frequenzbändern arbeitet (empfängt/sendet). In 1A,
die eine Draufsicht auf die Antennenanordnung 10 von oben ist, ist ein
erstes Strahlungselement 11 auf der obersten Seite angeordnet. Das erste
Strahlungselement 11 ist hier quadratförmig. Unter dem ersten Strahlungselement
sind vier zweite Strahlungselemente 12, 13, 14,
15 angeordnet. Die zweiten Strahlungselemente müssen natürlich
auf eine zentral ausgerichtete Weise unter den Ecken des ersten Strahlungselements
angeordnet sein. Sei können auch enger (oder umgekehrt) in einer oder beiden
Richtungen angeordnet sein. Dies gilt auch für die nachfolgend unter Bezugnahme
auf z.B. die 3A, 4A,
5, etc. zu beschreibenden Ausführungsbeispiele.
Die ersten und zweiten Strahlungselemente weisen jeweils insbesondere so genannte
Fleckenelemente auf. Ein Fleckenelement ist ein Flecken aus einem leitendem Material,
wie beispielsweise Cu. Die zweiten Strahlungselemente 12, 13,
14, 15 sind in Bezug auf das erste Strahlungselement symmetrisch
angeordnet und überlagern das erste Strahlungselement 11 teilweise.
Der Abstand zwischen der Mitte bzw. dem Zentrum von zwei zweiten Strahlungselementen
ist etwa das 0,5–1-fache der Wellenlänge im freien Raum entsprechend
der Frequenz der zweiten Strahlungselemente. Der Abstand kann z.B. 0,8 × der
Wellenlänge entsprechen. Zwischen dem ersten Strahlungselement 11
und der Gruppe von zweiten Strahlungselementen 12, 13,
14, 15 ist z.B. eine Luftschicht vorgesehen. Alternativ dazu ist
eine dielektrische Schicht zwischen jeweils den ersten und den zweiten Strahlungselementen
angeordnet. Wenn es Luft zwischen den ersten und den zweiten Strahlungselementen
gibt, können Plastikansätze oder ähnliches als Abstandselemente angeordnet
sein (in den Figuren nicht gezeigt). Unter den zweiten Strahlungselementen ist eine
leitende Schicht 16 angeordnet. Dies ist in 1B
auf eine vereinfachte Weise dargestellt, die ein Querschnitt entlang der Linien
1B-1B in 1A ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel
ist eine Luftschicht zwischen den zweiten Strahlungselementen und der leitenden
Schicht 16 vorgesehen. Alternativ dazu ist eine dielektrische Schicht zwischen
den zweiten Strahlungselementen 12, 13, 14,
15 und der leitenden Schicht 16 angeordnet. Die ersten und die
zweiten Strahlungselemente werden jeweils getrennt angeregt (erregt) oder getrennt
gespeist, um die Energie zurückzustrahlen, oder um gleichzeitig Strahlen bei
einer ersten, niedrigeren Betriebsfrequenz bzw. einer zweiten, höheren Betriebsfrequenz
auszugeben. Die erste und die zweite Frequenz unterscheiden sich
um einen Faktor von etwa 1,6–2,25, oder es gibt etwa einen Faktor Zwei zwischen
der ersten und der zweiten Betriebsfrequenz, so dass ein erstes Fleckenelement oder
Strahlungselement 11 für ein Kommunikationssystem verwendet werden
kann, das in einem Frequenzband von etwa 800–900 MHz arbeitet, während
die zweiten Strahlungselemente 12, 13, 14,
15 für ein Kommunikationssystem verwendet werden können, das
in dem Frequenzband von etwa 1800–1900 MHz arbeitet. Das erste und die zweiten
Strahlungselemente haben jeweils eine erste und eine zweite effektive Resonanzdimension.
Für das Strahlungselement 11 ist die Dimension der effektiven Resonanz
durch die Seite A10 des quadratförmigen Elements gegeben. Auf ähnliche
Weise sind die Dimensionen der effektiven Resonanz der zweiten Strahlungselemente
12, 13, 14, 15 durch die Seite a10
der gleichermaßen quadratförmigen zweiten Strahlungselemente gegeben.
Die Resonanzdimensionen A10 und a10 sind etwa eine Hälfte
der Wellenlänge von jeweils der relevanten ersten und zweiten Frequenz. Wenn
Luft verwendet wird, sind die Resonanzdimensionen (hier z.B. A10, a10)
gegeben durch
A10 = &lgr;1/2
und
a10 = &lgr;2/2
wobei &lgr;1, &lgr;2 die Wellenlängen im freien Raum
sind. Wenn jedoch ein dielektrisches Material zwischen den ersten und zweiten Strahlungselementen
und der Grundschicht angeordnet ist, können die Dimensionen kleiner gemacht
werden und hängen von der effektiven Dielektrizitätskonstanten des dielektrischen
Materials ab, d.h.
wobei &egr;r die relative Dielektrizitätskonstante ist; wobei
gleiches für a10 gilt. Eine Speisung kann auf irgendeine geeignete
Weise zur Verfügung gestellt werden, welche nachfolgend weiter diskutiert werden
wird. Gemäß einem asus1 wird eine so genannte Aperturspeisung verwendet.
Gemäß anderen Ausführungsbeispielen wird eine Sondenspeisung verwendet,
oder alternativ kann elektromagnetische Energie über Resonatoren gekoppelt
werden, oder irgendeine Kombination einer Speisung.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel werden die unteren,
zweiten Strahlungselemente, d.h. die Hochfrequenzflecken, von unten öffnungs-
bzw. aperturgespeist. Ebenso wird das erste Strahlungselement von unten gespeist.
Dadurch können die Herstellungskosten reduziert werden, und weiterhin können
Quellen für eine potentielle passive Intermodulation (PIM) reduziert werden.
In 2A ist eine alternative Dualfrequenz-Antennenanordnung
20 dargestellt. In 2B ist eine vereinfachte
Querschnittsansicht entlang der Linien 2B-2B in 2A
dargestellt.
Auch in diesem Fall werden quadratförmige Flecken für das
erste sowie die zweiten Strahlungselemente verwendet. Jedoch sind in diesem Fall
die zweiten Strahlungselemente 22, 23, 24,
25 über dem ersten Strahlungselement 21 angeordnet. Somit
sind die Hochfrequenz-Strahlungselemente über den Niederfrequenz-Strahlungselementen
angeordnet, was gegensätzlich zu den Ausführungsbeispielen ist, die unter
Bezugnahme auf 1A und 1B
dargestellt sind. Auch in diesem Fall kann entweder eine dielektrische Schicht zwischen
dem ersten Strahlungselement 21 und der leitenden Grundebene
26 angeordnet sein, oder ist alternativ dazu Luft dazwischen vorgesehen.
Auf ähnliche Weise kann eine dielektrische Schicht zwischen den ersten und
den zweiten Strahlungselementen angeordnet sein, oder alternativ dazu ist auch Luft
dazwischen vorgesehen. Auch in diesem Fall sind die Resonanzdimensionen durch die
Seiten A20 und a20 der quadratförmigen Flecken gegeben,
die jeweils das erste 21 und die zweiten 22, 23,
24, 25 bilden. Auch hier können unterschiedliche Einspeisungstechniken
verwendet werden, obwohl es weniger vorteilhaft ist, eine Apertureinspeisung zu
verwenden, im Vergleich mit den Ausführungsbeispielen, wie sie unter Bezugnahme
auf 1A beschrieben sind.
In 3A ist noch eine andere Dualfrequenz-Antennenanordnung
30 offenbart. In diesem Fall ist das erste Strahlungselement
31, d.h. das Element niedrigerer Frequenz, auf der obersten Seite angeordnet.
Die Form des ersten Strahlungselements 31 ist rechteckig und die effektive
Resonanzdimension L30 ist durch die Länge des Rechtecks gegeben.
Wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen haben die zweiten Strahlungselemente
32, 33, 34, 35 dieselbe Form wie das erste Strahlungselement
31, und sie sind auf eine symmetrische und teilweise überlagernde
Weise angeordnet. Die zweiten Strahlungselemente höherer Frequenz sind hier
auch rechteckförmig (obwohl dies nicht notwendigerweise der Fall ist; sie können
auch andere oder unterschiedliche Formen annehmen), und sie haben eine effektive
Resonanzdimension l30, die die Länge der jeweiligen Rechtecke ist.
In 3B ist ein vereinfachter Querschnitt entlang der
Linien 3B-3B der 3A dargestellt, und auch in Ähnlichkeit
zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen kann Dielektrikum oder Luft
jeweils zwischen der leitenden Grundschicht 36 und den zweiten Strahlungselementen
und zwischen den ersten und den zweiten Strahlungselementen vorgesehen sein. Auch
hier entsprechen die effektiven Resonanzdimensionen L30 und l30
im Wesentlichen einer Hälfte der Wellenlänge entsprechend den erwünschten
Frequenzen, die sich, wie es oben angegeben ist, um nahe zu einem
Faktor von 2 unterscheiden, so dass die Anordnung 30 für die oben
diskutierten Kommunikationssysteme verwendet werden kann. Rechteckige Flecken sind
insbesondere dann vorteilhaft, wenn nur eine lineare Polarisation verwendet wird.
Im Prinzip sind quadratförmige Flecken (oder wenigstens symmetrische Flecken)
besonders vorteilhaft für Anwendungen einer dualen Polarisation, wobei zwei
Dimensionen resonanzfähig sind, um dadurch gegebene Dimensionen zuhaben. Für
Fälle einer einzigen Polarisation ist eine Dimension nicht resonanzfähig.
Die nicht resonanzfähige Dimension kann dann die Strahlbreite in der Ebene
der nicht resonanten Dimension bestimmen.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass das Ausführungsbeispiel,
wie es unter Bezugnahme auf 3A beschrieben ist, natürlich
anders angeordnet sein kann, so dass die zweiten Strahlungselemente oder die Strahlungselemente
höherer Frequenz über dem ersten Strahlungselement niedrigerer Frequenz
angeordnet sind.
In 4A ist noch eine andere Dualfrequenz-Antennenanordnung
40 dargestellt. Eine vereinfachte Querschnittsansicht entlang der Linien
4B-4B ist in 4B schematisch dargestellt. Bei dieser
Anordnung weisen das erste und die zweiten Strahlungselemente jeweils kreisförmige
Flecken auf. Das erste Strahlungselement 41 ist über den zweiten Strahlungselementen
42, 43, 44, 45 angeordnet, die in Bezug auf
das erste Strahlungselement zentrisch und auf eine teilweise überlagernde Weise
angeordnet sind.
Auch hier ist Luft oder ein dielektrisches Material (das wenigstens
teilweise den Raum zwischen den Elementen bedeckt) zwischen der Grundebene
46 und den zweiten Strahlungselementen und/oder zwischen den zweiten Strahlungselementen
und dem ersten Strahlungselement 41 angeordnet.
Die Resonanzdimensionen sind hier durch die Durchmesser der Strahlungselemente
gegeben. Die Resonanzdimension des ersten Strahlungselements 41 ist durch
den Durchmesser (das Zweifache des Radius) des kreisförmigen Fleckens gegeben,
wobei der Radius hier mit R40 bezeichnet ist.
Auf gleiche Weise sind die Resonanzdimensionen der zweiten Strahlungselemente
durch die entsprechenden Durchmesser 2xr40 des jeweiligen zweiten Strahlungselements
gegeben. In anderer Hinsicht gilt dasselbe, wie es unter Bezugnahme auf die quadratförmigen
Ausführungsbeispiele diskutiert wurde. Natürlich kann das erste Strahlungselement
unter den zweiten Strahlungselementen oder den Strahlungselementen höherer
Frequenz angeordnet sein. Wie quadratförmige Flecken sind kreisförmige
Flecken besonders vorteilhaft für Anwendungen einer dualen Polarisation, obwohl
sie natürlich auch verwendet werden können, wenn nur eine lineare Polarisation
verwendet wird.
In 5 ist noch ein anderes Beispiel einer
Dualfrequenz-Antennenanordnung 50 offenbart. Hier haben das erste und die
zweiten Strahlungselemente unterschiedliche Formen. In diesem besonderen Fall ist
das erste Strahlungselement 51 auf der obersten Seite angeordnet und weist
einen quadratförmigen Flecken auf, wobei die Resonanzdimension A50
durch die Seite des Quadrats gegeben ist. Die zweiten Strahlungselemente
52, 53, 54, 55 sind kreisförmig und in
Bezug auf das erste Strahlungselement 51 symmetrisch auf eine teilweise
überlagernde Weise angeordnet. Für die zweiten Strahlungselemente sind
die Resonanzdimensionen durch die Durchmesser, d.h. das Zweifache der Radien r50,
gegeben. Es sollte jedoch klar sein, dass das erste Strahlungselement natürlich
unter den zweiten Strahlungselementen angeordnet worden sein könnte. Auch in
diesem Fall ist/sind Luft und/oder Dielektrika zwischen jeweils dem ersten und den
zweiten Strahlungselementen und zwischen den unteren Strahlungselementen und der
leitenden Grundebene (in der Figur nicht dargestellt) angeordnet.
Die Diskussionen in 1A in Bezug auf die
Beziehung zwischen den Betriebsfrequenzen, und somit den Resonanzdimensionen, gelten
natürlich auch für die Ausführungsbeispiele der 2A,
3A, 4A, 5
sowie für die folgenden Figuren.
In 6 ist eine Antennenanordnung
60 in der Form eines Feldgitters dargestellt. Die Antennenanordnung
61 weist (hier) 30 erste Strahlungselemente 601,
602, ..., 6030 auf, die regelmäßig in einer rechteckigen
Gitterstruktur angeordnet sind. Zu jedem ersten Strahlungselement 601,
602, ..., sind vier zweite Strahlungselemente 62, 63,
64, 65 auf eine Weise angeordnet, die gleich derjenigen der Anordnung
ist, wie sie in 1A beschrieben ist. Die ersten Strahlungselemente
sind hier auf der obersten Seite angeordnet, was auch gleich der 1A
ist, und die Diskussion in Bezug auf 1A ist auch hier
relevant. Insbesondere weist die Anordnung 60 eine Dualfrequenz-, Dualpolarisations-Anordnung
auf, da die Strahlungselemente regelmäßig sind und jeweils zwei Resonanzdimensionen
aufweisen, d.h. die Seiten des Quadrats. Natürlich kann ein Feldgitter auf
irgendeine Weise ausgebildet sein, wie z.B. dreieckförmig, kreisförmig,
elliptisch, etc., mit irgendeiner der Antennenanordnungen 10,
20, 30, 40, 50 oder irgendeiner Variation davon,
in Bezug auf welche Art von Strahlungselementen auf der obersten Seite angeordnet
ist, etc., und wie sie gedreht sind. Für die Dualfrequenz-, Dualpolarisations-Antennenanordnung
60 wird eine gemeinsame Grundebene verwendet, die jedoch hierin nicht dargestellt
ist, und die Einspeisung kann auf irgendeine angenehme Weise zur Verfügung
gestellt werden, wie es oben diskutiert ist. Natürlich kann die Anzahl von
Strahlungselementen irgendeine geeignete Anzahl sein. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Abstand zwischen zweiten Strahlungselementen innerhalb einer Gruppe derselbe
wie zwischen benachbarten zweiten Elementen in benachbarten Gruppen, und zwar sowohl
in der horizontalen als auch der vertikalen Richtung. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
ist der Abstand zwischen den zweiten Strahlungselementen etwa 0,5–1&lgr;.
Insbesondere ist er so klein wie möglich, wie z.B. um 0,5&lgr;, um eine große
Abtastwinkelleistungsfähigkeit des Felds zur Verfügung zu stellen, d.h.
um Gitterkeulen zu vermeiden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der
Abstand nicht genau derselbe in der vertikalen Richtung wie in der horizontalen
Richtung, sondern z.B. etwas kleiner in der horizontalen Richtung.
In 7 ist eine andere Antennenanordnung
in der Form eines Feldgitters 70 dargestellt, die (in diesem besonderen
Fall) neun Dualfrequenz-Antennenelementen 701, ..., 709 aufweist.
Auch in diesem Fall sind die ersten Strahlungselemente 711, 712,
..., 719 über den entsprechenden zweiten Strahlungselementen
721, 731, 741, 751, ..., von welchen aus Gründen
der Klarheit halber nur die zweiten Strahlungselemente der ersten Dualfrequenz-Antenne
701 mit Bezugszeichen versehen sind. Natürlich könnten die zweiten
Strahlungselemente statt dessen auf der obersten Seite der ersten Strahlungselemente
angeordnet worden sein; irgendeine Variation ist möglich, wie bei den vorangehenden
diskutierten Ausführungsbeispielen. Die ersten und zweiten Strahlungselemente
sind auch in diesem Fall quadratförmig, und zwar das erste sowie das zweite
Strahlungselement. Weiterhin sind die zweiten Strahlungselemente 721,
731, 741, 751, ..., auch in Bezug auf das erste Strahlungselement
711, ..., 719 jeweils symmetrisch angeordnet, aber mit dem Unterschied,
dass die jeweiligen Resonanzdimensionen A70 und a70 jeweils
einen Winkel von etwa 45° zueinander bilden. Die Strahlungselemente sind symmetrisch,
und jedes Strahlungselement weist, wie es oben beschrieben ist, zwei Resonanzdimensionen
auf, d.h. die Seiten der Quadrate. Jedoch bilden die Resonanzdimensionen der ersten
und der zweiten Strahlungselemente jeweils einen Winkel von 45° zueinander.
8 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines
Felds bzw. einer Gruppe bzw. einer Anordnung 90 mit einer Anzahl von Dualfrequenz-Antennenelementen
901, ..., 9013, die um ±/–45° polarisiert sind.
Die ersten Strahlungselemente 911, ..., 9113 sind über den
entsprechenden zweiten Strahlungselementen 921, 931,
941, 951; ..., angeordnet, aber bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
(das nicht gezeigt ist) sind die ersten Strahlungselemente unter den zweiten Strahlungselementen
angeordnet. Die Polarisation der ersten und zweiten Strahlungselemente ist jeweils
in den ersten und zweiten Frequenzbändern gleich. Es hat sich gezeigt, dass
Antennen, die eine Polarisation von ±45° haben, vorteilhaft sind, da (für
Fälle einer dualen Polarisation) die Ausbreitungseigenschaften der elektromagnetischen
Wellen für die zwei Polarisationen dieselben sind, und eine ähnliche Dämpfung
(die im Wesentlichen dieselbe für beide Polarisationen ist) geliefert wird,
im Vergleich mit dem Fall, in welchem vertikale und horizontale Polarisationen verwendet
werden.
9 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht entsprechend
derjenigen der 1B, wobei die Strahlungsanordnung hier
mit 10' bezeichnet ist. Sie stellt ein Beispiel einer Apertureinspeisung
dar. In der Grundebene 16' ist eine Anzahl von Öffnungen für
jedes der ersten und zweiten Strahlungselemente vorgesehen. In 9
ist die Apertur bzw. Öffnung entsprechend dem ersten Strahlungselement
11' gezeigt, aber nur zwei der Öffnungen bzw. Aperturen entsprechend
den zweiten Strahlungselementen sind gezeigt; eine Apertur 18' entsprechend
dem zweiten Strahlungselement 12' und eine Apertur 19' entsprechend
dem zweiten Strahlungselement 13'. Natürlich gibt es auch Aperturen
bzw. Öffnungen für die anderen zweiten Strahlungselemente. Über Mikrostreifenleitungen
171, 181, 191 werden das erste Strahlungselement
11' und die zweiten Strahlungselemente 12', 13' über
die Öffnungen angeregt, jedoch ohne irgendeinen physikalischen Kontakt mit
den Mikrostreifenleitungen. Die Öffnungen haben im Wesentlichen dieselbe Länge
wie die Resonanzdimension des entsprechenden Strahlungselements und sie sind rechtwinklig
zu der Resonanzlänge angeordnet.
10 ist eine Querschnittsansicht ähnlich derjenigen
der 2B und zeigt eine Antennenanordnung 20'
(entsprechend der Antennenanordnung 20 der 2B),
die über eine Sondeneinspeisung gespeist wird, welche als solches ein per se
bekanntes Einspeisungsverfahren ist. Über Sonden 27', 28',
29' werden das erste Strahlungselement 21' und die zweiten Strahlungselemente
22' und 23' über Koaxialleitungen (beispielsweise) gespeist.
Auch hier werden die anderen zweiten Strahlungselemente auf gleiche Weise gespeist.
In 11 ist eine perspektivische Querschnittsansicht
einer Antennenanordnung 100 dargestellt. Die Antennenanordnung weist ein
erstes Strahlungselement 104 und vier zweite Strahlungselemente
105, 106, 107, 108 auf, wobei das erste Strahlungselement
104 auf der obersten Seite der zweiten Strahlungselemente angeordnet ist.
Natürlich könnte sie auch ein Feldgitter gewesen sein, aber dies ist aus
Gründen der Klarheit halber nicht dargestellt. Eine leitende Grundebene
102, wie beispielsweise aus Cu, ist auf einem dielektrischen
Substrat 101 angeordnet. Auf der obersten Seite der leitenden Grundebene
102 ist eine dielektrische Schicht 103 angeordnet. Bei einem alternativen
Ausführungsbeispiel könnte sie Luft gewesen sein, in welchem Fall der
Abstand zwischen zweiten Strahlungselementen und der Grundebene durch die Verwendung
von Plastikansätzen oder ähnliches vorgesehen worden sein könnte.
Aus Gründen der Klarheit halber gibt es keine dielektrische Schicht, die zwischen
dem ersten und den zweiten Strahlungselementen dargestellt ist, obwohl normalerweise
eine solche Schicht vorgesehen ist (die wenigstens einen Teil des Raums bedeckt).
Auch hier kann sie alternativ die Form einer Luftschicht annehmen. In der leitenden
Grundebene 102 ist eine Anzahl von Einspeisungsaperturen 114,
115, 116, 117, 118 vorgesehen. Die Größen
der Einspeisungsöffnungen beziehen sich auf die Größen der Strahlungselemente
und sind im Wesentlichen dieselben. Über Mikrostreifenleitungen 124,
125, 126, 127, 128 werden das erste und die
zweiten Strahlungselemente gespeist. Die Einspeisung wird durch die Mikrostreifenleitungen
124, 126, 126, 127, 128, die die Öffnungen
in lateraler Richtung auf eine orthogonale Weise kreuzen, ohne irgendeinen physikalischen
Kontakt zur Verfügung gestellt. Wenn es genau eine Öffnung für jedes
Strahlungselement gibt, wird ein Strahl einer einzigen Polarisation zur Verfügung
gestellt. Zwei Beispiele für Öffnungen für Fälle einer dualen
Polarisation sind in den 14A und 14B
sehr schematisch dargestellt.
In 12 ist die leitende Grundebene
102, in welcher die Öffnungen vorgesehen sind, deutlicher dargestellt.
Die Öffnungen 104, 105, 106, 107,
108 entsprechen jeweils dem ersten und dem zweiten Strahlungselement. Die
Mikrostreifenleitung 124 ist unter der Grundebene 102 angeordnet
und kreuzt eine Öffnung 104 auf eine orthogonale Weise, wie es oben
beschrieben ist, und die Mikrostreifenleitungen 125, 126,
127, 128 verlaufen unter den Öffnungen 105,
106, 107, 108 auf gleiche Weise.
13 stellt schematisch ein Beispiel einer Sektorantenne
80 gemäß der Erfindung dar. Die Sektorantenne weist eine Spalte
mit einer Anzahl von ersten Strahlungselementen 81A, ..., 81E
auf, wobei zu jedem ersten Strahlungselement zwei zweite Strahlungselemente
82A, 83A; ...; 82E, 83E angeordnet sind. Die
zweiten Strahlungselemente sind alle entlang einer gemeinsamen vertikalen Mittenlinie
angeordnet.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen von Sektorantennen (nicht
gezeigt) kann eine Spalte von Elementen, wie sie z.B. unter Bezugnahme auf irgendeine
der 1A–5 oder irgendeine
Variante davon, irgendeine Art einer Drehung, etc. beschrieben sind, verwendet werden,
d.h. mit zwei oder vier zweiten Strahlungselementen für jedes erste Strahlungselement.
Für Fälle einer dualen Polarisation können die Öffnungen
in der Grundebene eine Form annehmen, wie es jeweils in den 14A
und 14B dargestellt ist. In 14A
kreuzen zwei Schlitze 204, 205 einander auf eine orthogonale Weise.
Sie werden jeweils durch Mikrostreifenleitungen 224 und 225 gespeist.
Es kann gesagt werden, dass in 14B einer
der Schlitze in zwei Schlitze 215A, 215B aufgeteilt ist, die auf
beiden Seiten eines Schlitzes 214 auf orthogonale Weise angeordnet sind.
Öffnungen, wie sie in den 14A, 14B
beschrieben sind, sind dann in der Grundebene entsprechend jedem Strahlungselement
angeordnet, wobei die Größen von der Größe des jeweiligen Strahlungselements
abhängen. Es gibt eine Einspeisungs-Mikrostreifenleitung für jede Polarisation.
Die erste Mikrostreifenleitung 234 kreuzt den zentralen Schlitz
214 orthogonal, und ein erster und ein zweiter Verzweigungs-Mikrostreifen
235A, 235B kreuzt jeweils die Schlitze 215A,
215B. Die Zweige sind verbunden, um eine gemeinsame zweite Mikrostreifenleitung
zu bilden, die die zweite Polarisation zur Verfügung stellt. Die Grundebene
236 ist lediglich schematisch angezeigt.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern sie kann auf eine Anzahl von Arten variiert werden, wobei
sie nur durch den Schutzumfang der Ansprüche beschränkt ist.
Anspruch[de]
Antennenanordnung (10; 20; 30;
40, 50; 60, 70; 80; 90;
100) mit einer leitenden Grundebene (16; 26;
36; 46; 102), einer Anzahl von ersten Strahlungselementen
(11; 21; 31; 41; 51; 61;
711, ..., 719; 81A, ..., 81E; 911,
... 9113), die bei einer ersten Frequenz oder in einem ersten Frequenzband
strahlen und einer Anzahl von zweiten Strahlungselementen (12–15;
22–25; 32–35; 42–45;
52–55; 62–65; 721–751;
82A, 83A–82E, 83E; 921–951),
die bei einer zweiten Frequenz oder in einem zweiten Frequenzband strahlen, wobei
für jedes erste Strahlungselement eine Gruppe von zweiten Strahlungselementen
angeordnet ist, wobei die ersten und die zweiten Strahlungselemente jeweils in unterschiedlichen
Ebenen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Strahlungselemente
(12–15; 22–25; 32–35;
42–45; 52–55; 62–65;
721–751; 82A, 83A–82E,
83E; 921–951) wenigstens in Paaren in einer Gruppe
in Bezug auf das entsprechende erste Strahlungselement (11; 21;
31; 41; 51; 61; 711, ...,
719, 81A, ..., 81E; 911, ..., 9113)
auf eine solche Weise symmetrisch angeordnet sind, dass jedes zweite Strahlungselement
das entsprechende erste Strahlungselement teilweise überlagert, und dass jedes Strahlungselement
wenigstens eine effektive Resonanzdimension (A10, a10; A20,
a20; L30,l30; 2R40, 2r40;
A50, 2r50; A70, a70; A90,
a90) hat, wobei die effektive Resonanzdimension des (der) ersten Strahlungselements
(Strahlungselemente) (A10; A20; L30; 2R40,
A50; A70; A90) im Wesentlichen das Zweifache der
effektiven Resonanzdimensionen der zweiten Strahlungselemente (a10; a20;
l30; 2r40; 2r50; a70; a90)
ist, so dass die zweiten Strahlungselemente bei einer Frequenz oder in einem Frequenzband
strahlen, die oder das etwa das Zweifache von dem (den) ersten Strahlungselement(en)
ist.Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Strahlungselement
einen Flecken aus leitendem Material aufweist.Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Schicht von Luft zwischen den ersten und zweiten Strahlungselementen vorgesehen
ist.Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dielektrisches
Material angeordnet ist, das wenigstens teilweise den Raum zwischen den Schichten
von ersten und zweiten Strahlungselementen besetzt.Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der Grundebene und der untersten Schicht eines Strahlungselements
(von Strahlungselementen) eine Luftschicht vorgesehen ist.Anordnung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der Grundebene und der untersten Schicht von Strahlungselementen ein
dielektrisches Material (103) angeordnet ist, das den Raum zwischen der
Grundebene und der untersten Schicht von Strahlungselementen wenigstens teilweise
besetzt.Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die ersten und/oder zweiten Strahlungselemente (31, 32,
33, 34, 35) rechteckförmige Flecken aufweisen.Anordnung nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet,
dass die ersten und/oder zweiten Strahlungselemente (11, 12,
13, 14, 15; 21, 22, 23,
24, 25; 51; 61, 62, 63,
64, 65; 711, 721, 731, 741,
751, ...; 81A, 82A, 83A, ...; 911,
921, 931, 941) quadratische Flecken aufweisen.Anordnung nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet,
dass die ersten und/oder die zweiten Strahlungselemente kreisförmige Flecken
(41, 42, 43, 44, 45; 52,
53, 54, 55) aufweisen.Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass sie ein erstes Strahlungselement und vier zweite Strahlungselemente aufweist.Anordnung nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Anzahl von ersten Strahlungselementen vorgesehen ist, zu jedem von welchen
es vier entsprechende zweite Strahlungselemente gibt, und dass sie in einem Feldgitter
angeordnet sind.Anordnung nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet,
dass sie ein erstes Strahlungselement (81A; 81B; 81C;
81D; 81E) und zwei zweite Strahlungselemente (82A,
83; ...; 82E, 83E) aufweist.Anordnung nach einem der Ansprüche 1–10 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Anzahl von ersten Strahlungselementen mit entsprechenden
zweiten Strahlungselementen (80A, 80B, 80C,
80D, 80E) in einer Spalte angeordnet ist, um dadurch eine Sektorantenne
(80) zu bilden.Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass nur eine lineare Polarisation verwendet wird.Anordnung nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet,
dass duale Polarisationen verwendet werden und dass jedes Strahlungselement zwei
Resonanzdimensionen hat.Anordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine
gleiche Polarisation (gleiche Polarisationen) bei beiden Frequenzbändern erzeugt
wird (werden).Anordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die
Resonanzdimensionen der ersten und der zweiten Strahlungselemente jeweils (A70;
a70) einen Winkel von im Wesentlichen 45° zueinander bilden, so
dass die bei dem ersten und dem zweiten Frequenzband erzeugte Polarisation sich
jeweils um 45° unterscheidet.Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine Resonanzdimension des ersten Strahlungselements etwa eine
Hälfte der Wellenlänge (&lgr;1/2) entsprechend der ersten
Frequenz ist und dass die wenigstens eine Resonanzdimension der zweiten Strahlungselemente
etwa eine Hälfte der Wellenlänge (&lgr;2/2) entsprechend
der zweiten Strahlungsfrequenz ist.Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die ersten Strahlungselemente niedrigerer Frequenz (11;
31; 41; 51; 61; 711, ...;
911, ...; 104; 81A, ...) in einer Schicht
über einer Schicht mit zweiten Strahlungselementen (12,
13, 14, 15; 32, 33, 34,
35; 42, 43, 44, 45; 52,
53, 54, 55; 62, 63, 64,
65; 721, 731, 741, 751; 921,
931, 941, 951; 105, 106,
107, 108; 82A, 83A) angeordnet sind.Anordnung nach einem der Ansprüche 1–18, dadurch gekennzeichnet,
dass die zweiten Strahlungselemente (22, 23, 24,
25) über dem (den) ersten Strahlungselement(en) (21) angeordnet
sind.Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass Öffnungen (17', 18', 19'; 114,
115, 116, 117, 118; 104,
105, 106, 107, 108; 204,
205; 214, 215, 216) mit Resonanzlängen
von etwa derselben Größe wie die entsprechenden Resonanzdimensionen in
der Grundebene vorgesehen sind und dass eine Öffnungseinspeisung verwendet
wird.Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten
Strahlungselemente unter den ersten Strahlungselementen angeordnet sind und dass
die Einspeisung durch eine erste (171; 124) und eine zweite Mikrostreifenleitung
(181, 191; 125, 126, 127,
128) zur Verfügung gestellt wird, die die ersten und zweiten Strahlungselemente
durch die Öffnungen erregen, um die beabsichtigten Frequenzen zu haben.Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes
Strahlungselement eine erste Öffnung (204; 214) und eine
zweite Öffnung (205; 215A, 215B) in der Grundebene
vorgesehen sind, wobei die erste Öffnung ein Signal mit einer ersten Polarisation
und einer ersten Frequenz liefert und die zweite ein Signal mit einer zweiten Polarisation
liefert.Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Öffnungen
(204, 205; 214; 215; 215A,
215B) für ein Strahlungselement in Bezug zueinander orthogonal angeordnet
sind.Anordnung nach einem der Ansprüche 1–20, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Sondeneinspeisung verwendet wird.Basisstations-Antennenanordnung für mobile Telekommunikationen
mit einer Anzahl von ersten Antennen (11; 21; 31;
41; 51; 61; 711, ..., 719;
81A, ..., 81E; 911, ..., 9113), die für
ein mobiles Telekommunikationssystem beabsichtigt sind, das in einem ersten Frequenzband
arbeitet, und weiterhin mit einer Anzahl von zweiten Antennen (12–15;
22–25; 32–35; 42–45;
52–55; 62–65; 721–751;
82A, 83A–82E, 83E; 921–951)
für ein mobiles Telekommunikationssystem, das in einem zweiten Frequenzband
arbeitet, das etwa das Zweifache von demjenigen des ersten Frequenzbands ist, so
dass die Antennen für das erste und das zweite System dieselbe Antennenapertur
verwenden, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Antennen eine Antennenanordnung
aufweisen, bei welcher gruppenweise zu einer Anzahl von ersten Strahlungselementen
eine Anzahl von zweiten Strahlungselementen in einer anderen Ebene angeordnet ist,
so dass die Gruppe von zweiten Strahlungselementen das entsprechende erste Strahlungselement
teilweise überlagert, wobei die Resonanzdimension des ersten Strahlungselements
im Wesentlichen das Zweifache von derjenigen der zweiten Strahlungselemente ist.Basisstations-Antennenanordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,
dass die Frequenzen des zweiten Frequenzbands etwa das 1,6–2,25-fache der
Frequenzen des ersten Frequenzbands sind.Basisstations-Antennenanordnung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet,
dass die Antennen Sektorantennen (80) oder eine Mehrstrahl-Gruppenantenne
(60; 70; 90) sind.Basisstations-Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 26–28,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste System im 800–900-MHz-Frequenzband,
wie beispielsweise z.B. NMT 900, AMPS, TALS, GSM oder PDC, arbeitet, und dass das
zweite System in etwa dem 1800–1900-MHz-Frequenzband, wie beispielsweise
z.B. DCS 1800 oder PCS 1900, arbeitet.