DE10006621A1 - Breitbandige Antenne mit Rundstrahlcharakteristik - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Antennen und Antennensysteme, insbesondere für zellulare Mobilfunknetze. Die Kernidee besteht darin, ein völlig neues Prinzip für den Antennenaufbau zu verwenden. Die Antenne ist im wesentlichen mit einem zu einer z-Achse rotationssymmetrischen, radialkonkaven Sende-/Empfangsschalenkörper (20) versehen. Dieser weist eine parabelförmige Schnittkonturlinie (24) bei die z-Achse enthaltenden Schnittebenen auf.

Description

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Anten­ nen und Antennensysteme, insbesondere für zellulare Mo­ bilfunknetze, und insbesondere eine Antenne mit Rund­ strahlcharakteristik.

Obwohl auf beliebige Antennen oder Antennensysteme an­ wendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf ein Antennen­ system zum Einsatz bei der flächendeckenden Versorgung der zellularen Mobilfunknetze.

Die heutigen Antennensysteme werden bei den oben genann­ ten Anwendungen durch mehrfach aufgestockte Dipole aufge­ baut. Dies ist in Fig. 1 erkennbar. Die einzelnen Dipole 10, 12, 14, 16 werden mit einem aufwendigen Kabelbaum 18 unter Berücksichtigung der Phasengleichheit verbunden. Die Antenneneigenschaften bezüglich des Sendens werden durch die Summe der einzelnen Strahler gebildet.

Nachteil einer derart ausgebildeten Antenne ist, daß sie mechanisch sehr aufwendig aufgebaut ist, und daß die Aus­ gestaltung des Kabelbaums unter Berücksichtigung der Phasengleichheit geschehen muß. Desweiteren sind die bekann­ ten Lösungen sehr schmalbandig bezogen auf die Frequenz.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Antenne gemäß Anspruch 1 weist ge­ genüber den bekannten Lösungsansätzen den Vorteil auf, daß sie mechanisch weit weniger aufwendig aufgebaut ist, als ein herkömmliches Dipolantennensystem und eine ver­ besserte Rundstrahlcharakteristik besitzt. Des weiteren weist sie den Vorteil auf, daß sie eine sehr hohe, rela­ tive Bandbreite besitzt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Abstrahlcha­ rakteristik der erfindungsgemäßen Antenne frequenzunab­ hängig ist. Das bedeutet, daß die erfindungsgemäße Anten­ ne in einem breiten Spektrum verschiedener Dienste einge­ setzt werden kann.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee be­ steht darin, ein völlig neues Prinzip für den Antennen­ aufbau zu verwenden. Die Antenne ist im wesentlichen als einschaliger Paraboloid realisiert. Mit anderen Worten hat die Antenne einen zu einer z-Achse rotationssymmetri­ schen, radialkonkaven Sende-/Empfangsschalenkörper. Die­ ser weist eine parabelförmige Schnittkonturlinie bei die z-Achse enthaltenden Schnittebenen auf. Mit anderen Wor­ ten besitzt der Abstrahlkörper eine radialkonkave Außen­ fläche, die einem doppelt ausgebildeten Horn ähnlich ist.

Der Speisepunkt ist in der Mitte des Paraboloids senk­ recht zu der z-Achse, die als Rotationsachse wirkt, in Form eines Kreises angebracht. In dieser Grundform kann die Speisung der Antenne durch galvanische Anschlußberei­ che punkt- oder linienförmiger Gestalt beispielhalber re­ alisiert sein.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiter­ bildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Antenne derart ausgebildet, daß sie entlang beliebiger, zur z- Achse senkrechten Ebenen gebildeten Schnitt-Konturlinien des Sende-/Empfangsschalenkörpers ein N-Eck bilden, wobei die Verbindungslinien zwischen den N-Ecken gerade ausge­ bildet sind. Durch eine solche geometrische Gestalt des Schalenkörpers können einzelne Richtungsbereiche gezielt mit individueller Sendeleistung versorgt werden. Eine solche selektive Abstrahlcharakteristik stellt einen sig­ nifikanten Vorteil zu den derzeitigen Rundstrahlern im Stand der Technik dar. Eine erfindungsgemäß sektorisierte Antenne hat daher eine Abstrahlcharakteristik, die indi­ viduell an den Bedarf der Versorgungsfläche in einer je­ weiligen Versorgungsrichtung angepaßt werden kann. Eine solche Abstrahlcharakteristik wird daher im folgenden als 'adaptiv' bezeichnet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Schalenkörper der Antenne derart ausgebildet, daß die o­ ben genannten Verbindungslinien zwischen den N-Ecken je­ weils parabelförmig ausgebildet sind. Auch eine Kombina­ tion mit gerade und parabelförmig ausgebildeten Verbin­ dungslinien ist denkbar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfin­ dungsgemäßen Antenne können einzelne oder alle der zwi­ schen jeweiligen Ecken des N-Ecks gebildeten Sektoren zu­ sätzlich einzeln angesteuert werden, um die Sendeleistung gezielt räumlich zu dosieren.

Damit sind zwei unabhängige Parameter ausgebildet, näm­ lich einmal die geometrische Form jedes der N Abstrahl­ sektoren, sowie die zugehörige, jeweilige Sendeleistung. Mit diesen beiden Parametern, die in beliebiger Weise 'a­ daptiv' kombiniert und eingestellt werden können, kann das Versorgungsgebiet in einer wesentlich verbesserten Form versorgt werden.

Auch der Durchmesser des Antennenkörpers senkrecht zur z- Achse kann bewußt variiert werden, um das Antennensystem für jeweilige Bereiche optimiert zu gestalten.

Des weiteren müssen die erfinderischen Antennensysteme nicht zwangsläufiger Weise 360° des Vollkreises mit Sen­ deleistung beaufschlagen. Sie können auch weniger beauf­ schlagen, wenn dies beispielsweise bedingt durch einen Bergrücken oder eine Hochhausfront zur Vermeidung von In­ terferenz empfehlenswert ist.

ZEICHNUNGEN

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnun­ gen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung nä­ her erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Antennensystem mit einzeln aufgestockten Dipolen nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Grundform;

Fig. 3 eine Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung mit N-Sektoren, wobei parabelförmige Verbin­ dungslinien zwischen den N-Ecken vorliegen;

Fig. 4 eine Abstrahlcharakteristik einer Antenne nach dem Stand der Technik; und

Fig. 5 eine Abstrahlcharakteristik, die richtungsse­ lektiv mit der in Fig. 3 dargestellten erfin­ dungsgemässen Antenne erzeugt werden kann.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten. Fig. 2 zeigt eine An­ tenne gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Grund­ form.

Die erfindungsgemäße Antenne besitzt einen Abstrahl- Schalenkörper 20, der die Form eines Doppelhorns besitzt. Er ist rotationssymmetrisch zu einer in Fig. 1 einge­ zeichneten z-Achse aufgebaut, die durch einen Haltestab 23 läuft, der seinerseits an einer Befestigungsplatte 21 befestigt ist der für die gesamte Antennenvorrichtung dient. Der Schalenkörper 20 besitzt einen kreisförmigen oberen Rand 22 und einen ebenso kreisförmigen unteren Rand 25. Wie auch aus der Zeichnung entnommen werden kann, ist die Schnittkonturlinie des Schalenkörpers 20 vorzugsweise parabelförmig ausgebildet, um gute Abstrahl­ eigenschaften zu ermöglichen. Die Eigenschaft des Scha­ lenkörpers, entlang des gesamten Gradumfanges von 360° des Vollkreises diese parabelförmige Schnittkonturlinie zu besitzen, wird im folgenden als radialkonkav, parabel­ förmig bezeichnet. Diese Form ähnelt einem doppelten Horn.

Der Antennenspeisebereich 28 ist vorzugsweise in der Mit­ te des Paraboloids-Schalenkörpers senkrecht zu der z- Achse in Form eines Kreises angebracht.

Fig. 3 zeigt eine Antenne gemäß der vorliegenden Erfin­ dung mit einer Anzahl von N Sektoren, wobei parabelför­ mige Verbindungslinien zwischen den N Ecken vorliegen.

Der Schalenkörper 20 ist gegenüber dem in Fig. 2 darge­ stellten dadurch abgewandelt, daß einzelne Abstrahlsekto­ ren gebildet sind. Der obere Rand 22 und der untere Rand 25 weisen jeweils N-Ecken auf, die durch entsprechende Kanten, beispielsweise die, die mit den Bezugszeichen 30 und 31 versehen sind, verbunden sind. Die Verbindungsli­ nien zwischen jeweiligen Ecken des oberen beziehungsweise unteren Randes sind parabelförmig ausgebildet. Diese Pa­ rabelgestalt der Verbindungslinien ist auch entlang be­ liebiger weiterer, zur z-Achse senkrechten Ebenen gebil­ deten Schnittebenen durch den Schalenkörper 20 vorgese­ hen. Eine dieser Verbindungslinien am oberen Rand trägt das Bezugszeichen 32, die zugehörige des unteren Randes trägt das Bezugszeichen 33. Diese Verbindungslinien defi­ nieren zusammen mit den zugehörigen Kanten 30, 31 einen der in Fig. 3 dargestellten N Abstrahlsektoren. Diese sind also in doppelter Hinsicht parabolförmig ausgebil­ det.

Die Anschlußbereiche zum Speisen der Antenne können nun in vorteilhafter Weise ebenso bis zu N-Mal oder weniger sektorisiert sein, um jeden einzelnen oder mehrere der Abstrahlsektor individuell mit Sendeleistung zu versor­ gen. Bei einer solchen räumlich adaptiv wirkenden Antenne können die Anschlußbereiche galvanisch als Punkt oder auch als Linie vorhanden sein.

Die Anschlußbereiche können auch derart ausgestaltet sein, daß sie variabel einen oder mehrere der insgesamt vorhandenen Abstrahlsektoren gleichzeitig mit dem Sende­ signal beaufschlagen. Auf diese Weise kann die oben er­ wähnte individuell einstellbare und variabel wählbare Ab­ strahlcharakteristik, wie sie beispielhaft in Fig. 5 dar­ gestellt ist, erreicht werden, wenn beispielsweise aus­ schließlich die zwischen dem Eck N-1 und N und gleichzei­ tig die zwischen dem Eck Nr. 2 und dem Eck Nr. 3 liegen­ den Abstrahlsektoren mit einem Sendesignal beaufschlagt sind.

Wie aus einem Vergleich zwischen Fig. 4 und Fig. 5 deut­ lich wird, in denen Ant die Antenne bezeichnet, kann er­ findungsgemäss eine individuelle räumliche Sendeversor­ gung erzielt werden, die im Stand der Technik mit der praktisch radial gleichförmigen Rundstrahlcharakteristik, wie ihn Fig. 4 darstellt, nicht möglich ist.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Wei­ se modifizierbar.

Insbesondere können die verschiedensten Kombinationen von erfindungsgemäßen Antennensystemen erzeugt werden, indem die Größe, die Form, der Kreisradius am Haltestab, die Sendeleistung des oder der zugehörigen Abstrahlsegmente je nach aktuellem Einsatzzweck und -ort variiert werden. Auch eine Serienfertigung mit universell ausgestalteteten Formeigenschaften und von der Abstrahlcharakteristik an den angestrebten Einsatzbereich wie etwa Mobilfunkbereich 800 bis 3600 Mhz angepasst ist vorteilhaft möglich wobei die Antennensysteme am jeweiligen Ort der stationären Aufstellung an die lokalen Bedarfsverhältnisse einstell­ bar und einrichtbar sind.

Da die Antenne breitbandig ist, können mehrere zellulare Mobilfunk-Technologien gleichzeitig bedient werden, wie z. B. UMTS (Universal Mobile Telephone System) und GSM (Global System for Mobile Communications).

Da das Funktionsprinzip und die Abstrahlcharakteristik der erfindungsgemäßen Antenne als Summe der N parabolför­ migen Antennen zu betrachten ist, kann durch eine indivi­ duelle Gestaltung der Abstrahlsektoren ein Sendegebiet individuell mit Sendeleistung beaufschlagt werden. Es ist daher grundsätzlich auch möglich, erfindungsgemäße Anten­ nen und Antennensysteme jeweils individuell für bestimmte Standorte herzustellen, um eine optimierte Form der Flä­ chenversorgung zu gewährleisten. Derartige adaptive An­ tennen können in bevorzugter Weise für Basisstationen im Mobilfunkbereich aus Gründen der Netzkapazitätssteigerung und der Verbesserung der Frequenzeffizienz vorteilhaft eingesetzt werden.

Claims (6)

1. Antenne, gekennzeichnet durch einen zu einer z-Achse rotationssymmetrischen, radialkonkaven Sende-/Empfangs­ schalenkörper (20) mit parabelförmiger Schnittkonturlinie (24) bei die z-Achse enthaltenden Schnittebenen.

2. Antenne nach Anspruch 1, wobei die entlang beliebiger, zur z-Achse senkrechten Ebenen gebildeten Schnitt- Konturlinien (22, 25) des Sende-/Empfangsschalenkörpers (20) ein N-Eck bilden, wobei die Verbindungslinien zwi­ schen den N Ecken gerade ausgebildet sind.

3. Antenne nach Anspruch 1, wobei die entlang beliebiger, zur z-Achse senkrechten Ebenen gebildeten Schnitt- Konturlinien des Sende-/Empfangsschalenkörpers (20) ein N-Eck bilden, wobei wenigstens eine der Verbindungslinien (32, 33) zwischen den N Ecken gekrümmt, insbesondere pa­ rabelförmig, ausgebildet ist.

4. Antenne nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 oder 3, bei der N Sende-/Empfangssektoren gebildet sind, wobei wenigstens zwei der Sektoren separate Anschlüsse besit­ zen, um unabhängig voneinander angesteuert werden zu können.

5. Antenne nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 4, bei der Untergruppen der N Sektoren unabhängig voneinan­ der mit Sendeleistung beaufschlagt werden können.

6. Antenne nach einem der vorstehenden Ansprüche, die di­ mensioniert ist zum Senden/Empfangen im Frequenzbereich zellularer Mobilfunknetze.