DE102012023938A1 - Dual polarized omnidirectional antenna - Google Patents
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Abstract
Eine verbesserte, dualpolarisierte, omnidirektionale Antenne zeichnet sich unter anderem durch folgende Merkmale aus: – jede Sektorantenne (5) umfasst zumindest eine Antennenspalte (6) mit einem zugehörigen Reflektor (11), der zumindest teilweise in einer Reflektorebene (13') angeordnet ist, wobei in der Antennenspalte (6) vor dem Reflektor (11) zumindest ein dualpolarisierter Strahler (7, 9) angeordnet ist, – die Sektorantennen (5) sind zusätzlich längs ihrer Zentralachse (1) versetzt zueinander angeordnet, – die Sektorantennen (5) sind so angeordnet, dass sich in axialer Ansicht längs der Zentralachse (1) die Reflektoren (11) mit ihrer in einer jeweiligen Reflektorebene (13') angeordneten Reflektorwand (13) überlappen oder schneiden.An improved, dual-polarized, omnidirectional antenna is characterized, among other things, by the following features: each sector antenna (5) comprises at least one antenna column (6) with an associated reflector (11) which is at least partially arranged in a reflector plane (13 '), wherein at least one dual-polarized radiator (7, 9) is arranged in the antenna column (6) in front of the reflector (11), - the sector antennas (5) are additionally offset along their central axis (1), - the sector antennas (5) Arranged so that the reflectors (11) overlap or intersect with their reflector wall (13) arranged in a respective reflector plane (13 ') in an axial view along the central axis (1).
Description
Die Erfindung betrifft eine dualpolarisierte, omnidirektionale Antenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a dual-polarized, omnidirectional antenna according to the preamble of
Eine omnidirektionale Antenne (Rundstrahler) ist beispielsweise aus der
Jede der drei versetzt zueinander vorgesehenen Antennenarrays umfasst beispielsweise mehrere in gleichen Abständen übereinander angeordnete dualpolarisierte Strahlereinrichtungen. Über eine entsprechende Speiseeinrichtung werden die jeweils dualpolarisierten Strahler gespeist. Die Strahler können dabei auch zirkular gespeist werden.Each of the three mutually offset antenna arrays comprises, for example, a plurality of dual-polarized radiator devices arranged one above the other at equal intervals. Via a corresponding feed device, the respective dual-polarized radiators are fed. The spotlights can also be fed circularly.
Die beiden Polarisationsebenen stehen wie üblich bevorzugt nicht nur senkrecht zueinander, sondern sind in einem Winkelbereich von +45° oder –45° gegenüber einer horizontal oder vertikal ausgerichteten Ebene geneigt angeordnet.As usual, the two polarization planes are not only perpendicular to one another, but are arranged at an angle of + 45 ° or -45 ° with respect to a horizontally or vertically oriented plane.
Ferner können die einzelnen Sektorantennen MIMO-fähig ausgestaltet sein, sind also Teil eines Empfangssystems mit mehreren Eingangs- und Ausgangssignalen.Furthermore, the individual sector antennas can be configured to be MIMO-capable, ie they are part of a reception system with a plurality of input and output signals.
Eine vertikal polarisierte Antenne ist beispielsweise auch aus der
Daneben sind auch vertikal polarisierte Rundstrahler bekannt, die nur in einer Polarisation strahlen oder empfangen, die nicht MIMO-fähig sind. Diese vertikal-polarisierten Rundstrahler mit beispielsweise drei oder vier Panels werden um einen Mast in einer gleichen Ebene zu einem Rundstrahldiagramm zusammengeschaltet. Für eine bessere Rundheit können auch mehrere Ebenen verdreht zusammengeschaltet werden. Der Nachteil dabei ist, dass gute Rundstrahleigenschaften nur für einen kleinen Frequenzbereich möglich sind (aufgrund der geometrischen Anordnung ergeben sich dabei phasenabhängige Auslöschungen).In addition, vertically polarized omnidirectional radiators are known which radiate or receive only in a polarization that is not MIMO-capable. These vertically polarized omnidirectional antennas with, for example, three or four panels are connected together around a mast in a same plane to form an omnidirectional diagram. For better roundness, several layers can be twisted together. The disadvantage here is that good broadcast properties are only possible for a small frequency range (due to the geometric arrangement, this results in phase-dependent cancellations).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ausgehend von dem eingangs genannten gattungsbildenden Stand der Technik, eine verbesserte dualpolarisierte und dabei omnidirektionale Antenne oder Gruppenantennen zu schaffen, die gegenüber herkömmlichen Lösungen eine verbesserte Rundstrahleigenschaft bei möglichst geringem Bauraum aufweist.It is an object of the present invention to provide an improved dual-polarized and thereby omnidirectional antenna or array antennas starting from the generic prior art mentioned at the beginning, which has an improved round beam characteristic with the least possible installation space compared to conventional solutions.
Die Erfindung wird entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The invention is solved according to the features specified in
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass mehrere, beispielsweise drei um 120° versetzt zueinander strahlende Sektor-Antenneneinrichtungen, insbesondere Antennenarrays, vorgesehen sein können, die aber abweichend vom gattungsbildenden Stand der Technik nicht in gleicher Höhenlage, sondern in Vertikalrichtung, also in ihrer Anbaurichtung versetzt zueinander liegen. Dies eröffnet die Möglichkeit, dass jede einzelne Sektorantenne, bezogen auf ihre Zentral- oder Anbauachse, entgegengesetzt zu ihrer Strahlungsrichtung (in Abweichung zum gattungsbildenden Stand der Technik) versetzt liegend montiert wird, so dass letztlich die Phasenzentren in Draufsicht auf die diversen Sektorantennen deckungsgleich zu liegen kommen. Unter einem Phasenzentrum versteht man dabei jene elektronischen Referenzpunkte einer Antenne, von denen die elektromagnetische Antennenstrahlung vom Empfangsort aus betrachtet auszugehen scheint.The solution according to the invention is characterized in that several, for example, three radiated to 120 ° radiating sector antenna devices, in particular antenna arrays, may be provided, but not deviating from the generic state of the art not in the same altitude, but in the vertical direction, ie in their Cultivation direction offset from each other. This opens up the possibility that each sector antenna, relative to its central or mounting axis, opposite to its radiation direction (in deviation from the generic state of the art) mounted offset, so that ultimately the phase centers in plan view of the various sector antennas congruent come. A phase center is understood as meaning those electronic reference points of an antenna from which the electromagnetic antenna radiation appears to be viewed from the point of reception.
Da somit für alle Sektorantennen dieser Referenzpunkt identisch ist, wird dadurch eine eklatante Verbesserung der Rundstrahleigenschaften realisiert.Since this reference point is thus identical for all sector antennas, a blatant improvement of the round-beam characteristics is thereby realized.
Da dadurch alle Sektorantennen näher an der zentralen Vertikal- oder Anbauachse liegend angeordnet sind, ergibt sich insgesamt – bei zwar vertikal größerer Gesamthöhe – eine vom Durchmesser her schmälere Antennenanordnung. Da der Durchmesser der Gesamtanordnung im Rahmen der Erfindung wesentlich kleiner ist als bei Lösung nach dem Stand der Technik, ist somit auch der optische Einfluss der Gesamtanordnung im Rahmen der Erfindung geringer. Ferner reduziert sich auch die Windlast bei der erfindungsgemäßen Lösung.Since all sector antennas are thus arranged closer to the central vertical or mounting axis, the overall result is an antenna arrangement which is narrower in diameter, although the overall height is larger vertically. Since the diameter of the overall arrangement in the invention is substantially smaller than in the solution according to the prior art, the optical influence of the overall arrangement is therefore also within the scope of the invention lower. Furthermore, the wind load is reduced in the inventive solution.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dabei die zumindest eine Reflektorebene einer jeden Sektorantenne so angeordnet, dass die vertikale Zentralachse durch alle Reflektorebenen hindurchläuft oder in einem Abstand dazu verlaufend angeordnet ist, der deutlich kleiner ist als der Abstand nach dem Stand der Technik. Denn die Reflektorebene kann in der Regel zumindest näherungsweise als Phasenzentrum bezeichnet werden, das heißt üblicherweise der mittlere Bereich einer entsprechenden Reflektoranordnung einer Sektorantenne.In a preferred embodiment of the invention, the at least one reflector plane of each sector antenna is arranged such that the vertical central axis passes through all reflector planes or is arranged at a distance therefrom, which is significantly smaller than the distance according to the prior art. Because the reflector plane can usually be referred to at least approximately as a phase center, that is usually the middle region of a corresponding reflector arrangement of a sector antenna.
Als Vorteil ergibt sich im Rahmen der Erfindung dabei auch, dass das Phasenzentrum der Gesamtanordnung für das Horizontaldiagramm identisch mit dem Phasenzentrum einer Einzelantenne ist. Dadurch ist der Gruppenfaktor der Gesamtanordnung frequenzunabhängig und das Rundstrahldiagramm somit extrem breitbandig (es ist somit auch für Dualbandantennen geeignet). Die Rundheit der Gesamtanordnung hängt nur noch von der Halbwertsbreite der Einzelantenne ab.An advantage in the context of the invention is also that the phase center of the overall arrangement for the horizontal diagram is identical to the phase center of a single antenna. As a result, the group factor of the overall arrangement is frequency-independent and the omnidirectional diagram thus extremely broadband (it is therefore also suitable for dual-band antennas). The roundness of the overall arrangement depends only on the half-width of the individual antenna.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ferner ein entkopplungsoptimierter Aufbau der Einzelstrahler bzw. Richtantennen vorgesehen. Dieser kann beispielsweise umlaufende oder abschnittsweise umlaufende Reflektorstege aufweisen, vor allem Reflektorstege, die quer zur jeweiligen Reflektorebene liegen und zwischen den einzelnen, vertikal übereinander angeordneten Sektorantennen ausgebildet sind.In a preferred embodiment of the invention, a decoupling-optimized structure of the individual radiators or directional antennas is also provided. This may, for example, circumferential or partially circumferential reflector webs, especially reflector webs, which lie transversely to the respective reflector plane and are formed between the individual, vertically stacked sector antennas.
Ebenso ist es im Rahmen der Erfindung möglich, nicht nur eine omnidirektionale Monoband-Antenne zu realisieren, sondern beispielsweise auch eine omnidirektionale Dualband-Antenne oder eine noch mehrere Bänder umfassende omnidirektionale Multiband-Antenne, die zudem dualpolarisiert oder zirkularpolarisiert senden und/oder empfangen kann.It is also possible within the scope of the invention not only to realize an omnidirectional monoband antenna, but also, for example, an omnidirectional dual-band antenna or an omnidirectional multiband antenna comprising several bands, which can additionally transmit and / or receive dual-polarized or circular-polarized.
Dies kann bevorzugt unter Verwendung geeigneter Strahler und Strahlereinrichtungen realisiert werden, beispielsweise in Form von Patchstrahlern, aber auch in Form von sogenannten Dipol- oder Vektorstrahlern, wie sie beispielsweise aus der
Im Rahmen bevorzugter Ausführungsformen und Weiterbildung der Erfindung ist es ebenso möglich, die Anzahl der Strahler auch auf raumsparende Weise zu erhöhen, indem beispielsweise an jeder Stelle, an der eine Sektorantenne vorgesehen ist, bezogen auf die gleiche Reflektorebene, eine weitere in entgegengesetzter Richtung strahlende Sektorantenne eingesetzt wird. Somit ist an jedem Montageort quasi eine doppelte Sektorantenne vorgesehen, die in entgegengesetzten Richtungen strahlt.In the context of preferred embodiments and development of the invention, it is also possible to increase the number of radiators in a space-saving manner, for example, at each point at which a sector antenna is provided with respect to the same reflector plane, another in the opposite direction radiating sector antenna is used. Thus, a double sector antenna is provided at each mounting location, radiating in opposite directions.
Ebenso können in jeder Antennenspalte in der Regel in Vertikalrichtung übereinander angeordnet auch mehrere Monoband-, Dualband oder Mehrband-Strahler oder -Strahlereinrichtungen angeordnet sein, wie bei einer sonst üblichen Antenne. Jede dieser Antennenspalten mit den mehreren übereinander angeordneten Strahlern sind dann in Umfangsrichtung um die Zentralachse herum versetzt angeordnet, das heißt ausgerichtet, also mit unterschiedlichen Azimutwinkeln. Eine Verdopplung der Strahler kann wie oben erläutert dadurch bewirkt werden, dass bezogen zur jeweiligen Reflektorebene (also um 180° versetzt liegend) entgegengesetzt ausgerichtete Strahlereinrichtungen vorgesehen sind.Likewise, a plurality of monoband, dual band or multi-band radiators or radiator devices can also be arranged in each antenna column, usually arranged one above the other in the vertical direction, as in a conventional antenna. Each of these antenna columns with the plurality of superimposed radiators are then arranged offset in the circumferential direction about the central axis, that is aligned, ie with different azimuth angles. A doubling of the radiator can be effected as explained above, that relative to the respective reflector plane (ie offset by 180 ° lying) oppositely directed radiator devices are provided.
Wenn beispielsweise zwei Antenennspalten mit entsprechenden Strahlereinrichtungen verwendet werden, kann die gemeinsame Ebene, in der die Phasenzentren einer Spaltenantenne liegen oder zumindest näherungsweise liegen, so angeordnet sein, dass diese bevorzugt durch die Zentralachse oder in der Nähe der Zentralachse verläuft.For example, if two antenna columns are used with corresponding radiator devices, the common plane in which the phase centers of a column antenna lie or at least approximately, may be arranged so that it preferably passes through the central axis or in the vicinity of the central axis.
In Abweichung davon ist es in einer Weiterbildung der Erfindung aber auch möglich, in gleicher Höhenposition einer Strahlereinrichtung radial nach außen versetzt liegend zur vertikalen Zentralachse noch eine oder eine doppelte weitere Sektorantenne vorzusehen. Mit anderen Worten könnten bei einer derartigen, beispielsweise zweispaltigen Antennenanordnung (wie die Sektorantenne) die Strahler in der einen Spalte so angeordnet sein, dass deren Phasenzentren exakt oder möglichst exakt zur jeweiligen Zentralachse der Antennenanordnung zu liegen kommen, und dass dann die in einer dazu beispielsweise zweiten Antennenspalte angeordneten Strahlereinrichtungen in Radialrichtung, also in Seitenrichtung versetzt zur Zentralachse zu liegen kommen, insoweit also die beiden Spalten nicht symmetrisch zur Zentralachse liegen. Auch dies bietet weitere Vorteile, selbst wenn diese weitere Sektorantenne radial zur vertikalen Zentralachse entfernter positioniert ist. Dadurch lassen sich Mehrspalten-Antennen mit höheren MIMO-Moden realisieren, bei denen die Phasenzentren zwar nicht identisch sind, bei denen sich jedoch gleichwohl eine bestmögliche Rundheit des Strahlungsdiagramms bei hoher Breitbandigkeit ergibt.In a departure from this, however, it is also possible in an embodiment of the invention to provide, in the same height position of a radiator device, radially offset outwards to the vertical central axis, one or a double further sector antenna. In other words, in such a, for example, two-column antenna arrangement (such as the sector antenna), the radiator in the one column could be arranged so that their phase centers come to lie exactly or as exactly as possible to the respective central axis of the antenna array, and then that in a for example arranged second antenna column radiating devices in the radial direction, so come to lie in the lateral direction to the central axis, so far as the two columns are not symmetrical to the central axis. This also offers further advantages, even if this further sector antenna is positioned more remote radially to the vertical central axis. As a result, it is possible to realize multi-slot antennas with higher MIMO modes in which the phase centers are not identical, but nevertheless result in the best possible roundness of the radiation pattern with high broadband.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend erörterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:Further advantages, details and features of the invention will become apparent from the following discussed embodiments. In detail:
Nachfolgend wird auf die
In
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Sektorantennen
Dabei ist aus den Zeichnungen zu entnehmen, dass die drei Sektorantennen
Jede der Sektorantennen
Der Vektorstrahler für das höhere Frequenzband weist einen Aufbau auf, wie er grundsätzlich beispielsweise aus der
Dieser dualpolarisierte Strahler für das höhere Frequenzband (nachfolgend auch kurz Vektordipol genannt) ist beispielsweise innerhalb eines sogenannten kelchförmigen Dipols angeordnet, der ebenfalls als dualpolarisierter Strahler ausgebildet ist und aufgrund seiner größeren Bemessung zum Senden und Empfangen in einem niedrigen Frequenzband geeignet ist. Ein derartiger Strahler ist grundsätzlich beispielsweise aus der
Die beiden Strahler
Der erwähnte, entkoppelte Reflektoraufbau umfasst dazu also zumindest einen Reflektorsteg
Im gezeigten Ausführungsbeispiel kann noch ein Zwischenreflektor
Das in
Jede Sektorantenne
Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die erwähnte vertikale Zentralachse
Anhand von
Dieser Aufbau mit einer um 180° versetzt zueinander ausgerichteten doppelten Sektorantenne
Nachfolgend wird auf ein Ausführungsbeispiel gemäß den
Anhand der
Das erläuterte Ausführungsbeispiel gemäß den
Nachfolgend wird auf ein nochmalig abgewandeltes Ausführungsbeispiel gemäß den
Der Reflektor
Bei der Variante gemäß der
Der Abstand zwischen den Mittellängsachsen durch jede der Antennenspalten
Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel sind die beiden Antennenspalten
Anhand des Ausführungsbeispiels gemäß den
Genauso sind aber auch in weiten Bereichen Zwischenpositionen möglich, in denen die beispielsweise beiden Antennenspalten
Bei den vorausgehend erläuterten Ausführungsbeispielen unter Verwendung mehrerer Strahler pro Sektorantenne, insbesondere auch bei Verwendung eines zwei- oder mehrspaltigen Antennenaufbaus (Antennenarray) lässt sich vor allem eine MIMO-Fähigkeit des omnidirektionalen Rundstrahlers realisieren bzw. weiter ausbauen und verbessern. Diese verbesserte MIMO-Fähigkeit lässt sich dabei bei bestmöglicher Rundheit des Strahlungsdiagramms sicherstellen. In the previously explained embodiments using multiple radiators per sector antenna, especially when using a two- or multi-column antenna structure (antenna array) can be especially realize a MIMO capability of omnidirectional round radiator and further expand and improve. This improved MIMO capability can be ensured with the best possible roundness of the radiation pattern.
Anhand von
Wie erwähnt ist der Antennenaufbau grundsätzlich so, dass die Phasenzentren aller Spaltenantennen, das heißt zumindest der Spaltenantennen, die längs der Zentralachse
Bevorzugt sind also im Rahmen der Erfindung die Reflektorwände
Die erläuterten Ausführungsbeispiele sind allesamt so beschrieben worden, dass die jeweilige Reflektorebene
In
Bei der Anordnung gemäß
Anhand von
Um den erwähnten entkopplungsoptimierten Aufbau der Einzelstrahler
Mit anderen Worten ist also im gezeigten Ausführungsbeispiel die Reflektorsteg-Höhe R der Reflektorstege
In den erwähnten Ausführungsbeispielen ist auf das Speisesystem nicht mehr einzeln eingegangen worden. Üblicherweise werden die entsprechenden Strahler und Antennen bzgl. der beiden senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen sowie für die einen oder mehreren Frequenzbänder über Koaxialleitungen jeweils getrennt gespeist. Ebenso verwendet werden können aber auch Combiner/Verteiler, worüber die gemeinsam zugeführten Frequenzen aufgeteilt bzw. zusammengefasst werden können. Es wird insoweit auf bekannte Lösungen verwiesen, was ebenso für den Betrieb der Sektorantennen
Ferner wird angemerkt, dass die zu dem erläuterten Rundstrahler gehörenden Sektorantennen, die in einer einzigen Polarisation strahlen oder empfangen, über ein Speisenetzwerk zusammengeschaltet sein können (dies gilt nicht für den Sektorbetrieb). Soweit für die Sektorantennen Strahler vorgesehen sind, die in zwei senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen senden und/oder empfangen, können alle in einer gemeinsamen Polarisationsebene (von beispielsweise +45° oder –45° gegenüber der Horizontalen ausgerichtet) betriebene Strahler über ein Speisenetzwerk zusammengeschaltet sein.It is further noted that the sector antennas associated with the illustrated omnidirectional radiating or receiving in a single polarization may be interconnected via a feed network (this does not apply to sector operation). As far as the sector antennas emitters are provided which transmit and / or receive in two mutually perpendicular polarization planes, all in a common plane of polarization (of, for example, + 45 ° or -45 ° relative to the horizontal) operated emitters can be interconnected via a feed network.
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