DE19962461B4

DE19962461B4 - antenna array

Info

Publication number: DE19962461B4
Application number: DE1999162461
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr.-Ing. Lorch; Gerhard Prof.Dr. Mönich; Norbert Dr.-Ing. Scheffer
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Hensoldt Sensors GmbH
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2019-12-23
Also published as: DE19962461A1

Abstract

Antennenanordnung (1, 1A) umfassend eine Mehrzahl von Dipolen (2), die konzentrisch in einer Kreisebene (K1, K2 oder K3) um einen zentralen Dipol (2z) angeordnet sind, wobei mehrere Kreisebenen (K1 bis K3) mit den jeweils zugehörigen Dipolen (2) übereinander entlang des zentralen Dipols (2z) angeordnet sind, wobei der jeweilige Radius (R1 bis R3) der Kreisebenen (K1 bis K3) in vertikaler Richtung (z) abnimmt und die Dipole (2) der verschiedenen Kreisebenen (K1 bis K3) unterschiedliche Wellenlängen (λ₁/2, λ₂/2 bzw. λ₃/2) aufweisen.Antenna arrangement (1, 1A) comprising a plurality of dipoles (2) arranged concentrically in a circle plane (K1, K2 or K3) around a central dipole (2z), wherein a plurality of circular planes (K1 to K3) with the respectively associated dipoles (2) are arranged one above the other along the central dipole (2z), the respective radius (R1 to R3) of the circle planes (K1 to K3) decreasing in the vertical direction (z) and the dipoles (2) of the different circular planes (K1 to K3 ) have different wavelengths (λ _1/2, λ _2/2 or λ _3/2) have.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung mit einer Mehrzahl von Dipolen, welche insbesondere über einen weitgehend breitbandigen Frequenzbereich ein omnidirektionales Strahlungsdiagramm aufweist.The The invention relates to an antenna arrangement having a plurality of Dipoles, which in particular over a largely broadband frequency range an omnidirectional Radiation diagram has.

Für Kommunikationsanwendungen ist es von Bedeutung, dass die Qualität beim Senden und Empfangen unabhängig ist von der Lage oder Position der Antennenanordnung, insbesondere unabhängig von der Lage der zugehörigen Sende- und Empfangsantennen zueinander. Um die steigenden Anforderungen bezüglich des Antennengewinns und vorgegebenen Verläufen von vertikalen Strahlungsdiagrammen gerecht zu werden, sind Antennenanordnungen mit mehreren übereinander angeordneten Dipoleinheiten bekannt.For communication applications It is important that the quality of sending and receiving independently is of the position or position of the antenna arrangement, in particular independently from the location of the associated Transmit and receive antennas to each other. To meet the increasing demands in terms of the antenna gain and given gradients of vertical radiation diagrams to cope with, are antenna arrays with several stacked arranged dipole units known.

Derartige Antennenanordnung, bei denen mehrere Dipole sowohl auf einer Ebene als auch in mehreren Ebenen übereinander angeordneten sind, sind beschrieben in GB 654 498 , Gotthard, O.: Optimierung des Entwurfes von Rundfunk und TV-Antennensystemen. In: ITG-Fachbericht 111, Antennen, Vorträgen der ITG-Fachtagung vom 20–23. März 1990 in Wiesbaden, vde-verlag GmbH, Berlin, Offenbach, S.163–167 und Guy, J.R.F. et al.: Novel method of multiplexing radiocommunication antenas using circular-array configuration. In: IEE Proceedings, Vol.130, Pt.H, No.6, Oktober 1983, S.410–414.Such antenna arrangement, in which a plurality of dipoles are arranged one above the other both on one level and in several levels, are described in FIG GB 654 498 , Gotthard, O .: Optimizing the design of broadcasting and TV antenna systems. In: ITG technical report 111, antennas, lectures of the ITG conference from 20-23. March 1990 in Wiesbaden, vde-verlag GmbH, Berlin, Offenbach, p.163-167 and Guy, JRF et al .: Novel method of multiplexing radiocommunication antenas using circular-array configuration. In: IEE Proceedings, Vol.130, Pt.H, No.6, October 1983, p.410-414.

Eine weitere derartige Antennenanordnung ist beispielsweise in der EP 0 573 970 A1 beschrieben. Die Antennenanordnung umfasst dabei mehrere an einem Tragrohr kolinear übereinander angeordnete Dipoleinheiten, welche jeweils zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Tragrohres angeordnete parallel geschaltete Dipole umfassen. Jeder Dipol weist dabei einen zugehörigen Speisepunkt auf. Nachteilig dabei ist, dass die Antennenanordnung hinsichtlich speziellen Verläufen von omnidirektionalen Strahlungsdiagrammen sowie hinsichtlich eines weitgehend breitbandigen Frequenzverhaltens begrenzt ist.Another such antenna arrangement is for example in the EP 0 573 970 A1 described. The antenna arrangement in this case comprises a plurality of dipole units arranged co-linearly on a support tube, which each comprise two parallel dipoles arranged on opposite sides of the support tube. Each dipole has an associated feed point. The disadvantage here is that the antenna arrangement is limited with regard to specific courses of omnidirectional radiation patterns and with regard to a largely broadband frequency response.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Antennenanordnung anzugeben, welche bei einem möglichst breitbandigen Frequenzverhalten ein besonders gutes omnidirektionales Strahlungsdiagramms ermöglicht.task The invention is therefore to provide an antenna arrangement, which at one possible broadband frequency response is a particularly good omnidirectional Radiation diagram allows.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Antennenanordnung umfassend eine Mehrzahl von Dipolen, welche konzentrisch um einen zentralen Dipol auf verschiedenen Kreisebenen angeordnet sind, wobei mehrere Kreisebenen mit den jeweils zugehörigen Dipolen übereinander entlang des zentralen Dipols angeordnet sind und wobei der jeweilige Radius der Kreisebenen in vertikaler Richtung abnimmt und wobei die Dipole der verschiedenen Kreisebenen unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.The The object is achieved by an antenna arrangement comprising a plurality of dipoles, which concentric around a central dipole on different circle levels are arranged, with several circuit levels with the respective associated dipoles one above the other are arranged along the central dipole and wherein the respective Radius of the circle planes decreases in the vertical direction and where the dipoles of the different circular levels have different wavelengths.

Durch die Anordnung von mehreren Dipolen auf mehreren Kreisebenen übereinander ist ein weitgehend breitbandiges Frequenzverhalten der Antennenanordnung gegeben, indem die Dipole einer Kreisebene Wellen in einem vorgebbaren Frequenzbereich ausstrahlen. Somit addieren sich die Bandbreiten der einzelnen Kreisebenen zu einer Gesamtbandbreite für die gesamte Antennenanordnung. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von Dipolen einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau der Antennenanordnung. Ferner ist durch eine derartige mehrdimensionale Anordnung mehrerer Dipole zu einer gemeinsamen Antennenanordnung ein besonders gutes omnidirektionales Strahlungsdiagramm gewährleistet, welches durch Art, Anzahl und Lage der einzelnen Dipole an spezielle Anforderungen bezüglich der vertikalen und/oder horizontalen Ausrichtung verändert werden kann.By the arrangement of several dipoles on several circle levels one above the other is a broadband frequency response of the antenna arrangement given by the dipoles of a circle plane waves in a predeterminable Radiate frequency range. Thus, the bandwidths add up the individual circle levels to a total bandwidth for the entire Antenna array. About that also allows the use of dipoles a particularly simple and inexpensive Structure of the antenna arrangement. Furthermore, by such a multi-dimensional Arrangement of several dipoles to a common antenna arrangement Ensures a particularly good omnidirectional radiation pattern which by type, number and location of each dipole to special Requirements regarding the vertical and / or horizontal orientation are changed can.

Zweckmäßigerweise weisen die einer einzelnen Kreisebene zugehörigen Dipole jeweils dieselbe Dipollänge auf. Hierdurch ist ein weitgehend homogenes Strahlungsdiagramm in horizontaler Richtung gewährleistet. Für eine Antennenanordnung mit einem besonders breitbandigen Frequenz bereich, insbesondere mit einer Bandbreite von 0 bis 600 MHz., weisen die Dipole der verschiedenen Kreisebenen unterschiedliche Dipollängen auf.Conveniently, the dipoles associated with a single circle plane each have the same dipole length. This is a largely homogeneous radiation pattern in horizontal Direction guaranteed. For one Antenna arrangement with a particularly broadband frequency range, in particular with a bandwidth of 0 to 600 MHz., The Dipoles of different circuit levels have different dipole lengths.

Alternativ oder zusätzlich sind die Dipole einer Kreisebene gegenüber den Dipolen einer benachbarten Kreisebene um 45° versetzt angeordnet. Hierdurch ist insbesondere ein weitgehend homogenes und rundes Strahlungsdiagramm ermöglicht. Je nach Art und Ausführung der Antennenanordnung weist diese bevorzugt drei übereinander angeordnete Kreisebenen auf. Innerhalb einer einzelnen Kreisebene sind vorzugsweise vier Dipole angeordnet. Die in einer Kreisebene angeordneten Dipole sind vorteilhafterweise jeweils um 90° versetzt angeordnet. Durch eine derartige Kombination von mehreren übereinander angeordneten Kreisebenen und mehreren in den einzelenen Kreisebenen angeordneten Dipolen ist ein weitgehend omnidirektionales Strahlungsdiagramm gewährleistet. Somit ist die Antennenanordnung weitgehend lageunabhängig.alternative or additionally the dipoles are one circle plane opposite the dipoles of an adjacent one Circular plane offset by 45 ° arranged. This is in particular a largely homogeneous and round radiation diagram allows. Depending on the type and design of the Antenna arrangement has these preferably three superimposed circular levels on. Within a single circle level are preferably four Arranged dipoles. The dipoles arranged in a circle plane are advantageously offset by 90 ° arranged. By such a combination of several superimposed arranged circular levels and several in the individual circle levels arranged dipoles is a largely omnidirectional radiation pattern guaranteed. Thus, the antenna arrangement is largely independent of location.

Vorzugsweise ist ein Speisenetzwerk mit einem zentralen Speisepunkt zur Speisung der einzelnen Dipole vorgesehen. Dies ermöglicht einen weitgehend einfachen Aufbau und ist besonders störunempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen. Als zentraler Speisepunkt dient bevorzugt der Speisepunkt des zentralen Dipols, der beispielsweise als Trägermast ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich können an dem zentralen Dipol mehrere zentrale Speisepunkte angeordnet sein.Preferably, a feed network is provided with a central feed point for feeding the individual dipoles. This allows a largely simple structure and is particularly resistant to interference from external influences. As zen Traler feed point is preferably the feed point of the central dipole, which is formed for example as a support mast. Alternatively or additionally, a plurality of central feed points may be arranged on the central dipole.

Vorteilhafterweise sind eine Mehrzahl von Phasenschiebern zur Erzeugung von vorgebbaren Phasenverschiebungen zwischen Dipolen verschiedener Kreisebenen und/oder zwischen Dipolen einer einzelnen Kreisebene vorgesehen. Somit kann die Antennenanordnung je nach Ausführungsform eine einfache oder eine zweifache Phasenverschiebung aufweisen – zum einen eine Phasenverschiebung zwischen den Dipolen einer einzelnen Kreisebene und zum anderen zwischen Dipolen verschiedener Kreisebenen. Derartige Phasenverschiebungen gewährleisten zusammen mit der geometrischen Anordnung der einzelnen Dipole ein variabel einstellbares omnidirektionales Strahlungsdiagramm der Antennenanordnung mit einer besonders großen Bandbreite. Alternativ oder zusätzlich kann zur Realisierung von Phasenverschiebungen zwischen einzelnen Dipolen verschiedener Kreisebenen eine Anordnung von zwei gekreuzten Leitungen vorgesehen sein.advantageously, are a plurality of phase shifters for generating presettable phase shifts between dipoles of different circuit levels and / or between dipoles a single district level. Thus, the antenna arrangement depending on the embodiment have a single or a double phase shift - on the one hand a phase shift between the dipoles of a single circle plane and on the other hand between dipoles of different circle levels. such Ensure phase shifts together with the geometric arrangement of the individual dipoles variably adjustable omnidirectional radiation diagram of the Antenna arrangement with a particularly large bandwidth. alternative or additionally can be used to realize phase shifts between individual Dipoles of different circle levels an arrangement of two crossed ones Lines be provided.

Für einen besonders einfachen und modularen Aufbau der Antennenanordnung bilden mehrere Dipole einer einzelnen Kreisebene oder einzelne Dipole mehrerer Kreisebenen eine Dipolgruppe. Eine derartig modular aufgebaute Antennenanordnung ist besonders kostengünstig und einfach in deren Herstellung. Darüber hinaus ermöglicht sie in besonders einfacher Art und Weise eine symmetrische Anordnung der einzelnen Dipolgruppen. Ferner ermöglicht der modulare Aufbau eine besonders schnelle und einfache Montage bzw. Demontage der Antennenanordnung.For one form a particularly simple and modular structure of the antenna assembly several dipoles of a single circle plane or individual dipoles of several Circular levels a dipole group. Such a modular antenna arrangement is particularly inexpensive and simply in their production. In addition, it allows in a particularly simple manner, a symmetrical arrangement of the individual dipole groups. Furthermore, the modular design allows a particularly quick and easy assembly and disassembly of the Antenna array.

Je nach Art und Ausführung der Antennenanordnung ist zur Speisung der Dipole einzelner Dipolgruppen ein Filter vorgesehen. Als Filter dienen z.B. Tief- und/oder Bandpässe, welche die der jeweiligen Dipolgruppe zugehörige Durchlaßfrequenz bestimmen. Durch derartige Filter ist die Bandbreite der Antennenanordnung besonders einfach einstellbar.ever according to type and design The antenna arrangement is for feeding the dipoles of individual dipole groups a filter provided. As a filter, e.g. Deep and / or bandpasses, which the respective dipole group associated transmission frequency determine. By such filters is the bandwidth of the antenna array particularly easy to adjust.

Zweckmäßigerweise ist die jeweilige Kreisebene von dem zentralen Speisepunkt entkoppelt. Beispielsweise ist der zentrale Dipol als ein Trägermast ausgeführt, der als zentrale Speisestelle oder Speisepunkt einen umlaufenden Ferrit-Ring aufweist. Durch die Entkopplung ist besonders vorteilhaft ein voneinander getrenntes Senden und Empfangen mit der Antennenanordnung ermöglicht. Dabei dienen die Dipole einer einzelnen Kreisebene zum Senden, wohingegen der zentral angeordnete Speisepunkt des zentralen Dipols zum Empfangen vorgesehen ist. Eine besonders einfache Ausführungsform für die Entkopplung des zentralen Speisepunkts von den jeweiligen Kreisebenen ist dadurch gegeben, daß die gegenüberliegenden Dipole einer zugehörigen Kreisebene mit 180° Phasenverschiebung gespeist werden, wodurch sich in der Mitte

somit beim zentralen Speisepunkt

die beiden Signale auslöschen.Conveniently, the respective county level is decoupled from the central feed point. For example, the central dipole is designed as a carrier mast having as a central feed point or feed point a circumferential ferrite ring. Due to the decoupling, a separate transmission and reception with the antenna arrangement is made particularly advantageous. The dipoles of a single circle plane are used for transmission, whereas the centrally arranged feed point of the central dipole is intended to be received. A particularly simple embodiment for the decoupling of the central feed point from the respective circle levels is given by the fact that the opposite dipoles of an associated circle plane are fed with a 180 ° phase shift, whereby in the middle

thus at the central feed point

extinguish the two signals.

Zusätzlich oder alternativ können anstelle eines einzelnen zentralen Speisepunktes auch mehrere zentrale Speisepunkte vorgesehen sein. Dabei sind die Speisestellen auf verschiedenen Höhen, insbesondere auf den Höhen der Kreisebenen, angeordnet. Somit sind verschiedene Sende- und Empfangseinheiten mittels der verschiedenen Kreisebenen bzw. der verschiedenen Speisepunkte ermöglicht, die jeweils verschiedene Frequenzbereiche abdecken.Additionally or alternatively you can instead of a single central feed point also several central Feeding points be provided. The food outlets are on different heights especially on the heights the circle levels, arranged. Thus, various transmission and Receiving units by means of the different circuit levels or the allows different feeding points, covering each different frequency ranges.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Anordnung von mehreren übereinander angeordneten Dipolen auf verschiedenen Kreisebenen eine besonders hohe Bandbreite ermöglicht ist. Bei einer Verwendung von drei Kreisebenen ist beispielsweise eine Bandbreite von 500 MHz ermöglicht. Eine derartige Antennenanordnung ist vielseitig einsetzbar und geeignet für Frequenzbereiche von 20 MHz bis 2 GHz, bevorzugt ist die Antennenanordnung im Mobilfunk einsetzbar.The particular advantages of the invention are that by the arrangement of several over each other arranged dipoles on different circuit levels a particularly high Bandwidth allows is. For example, when using three circle levels allows a bandwidth of 500 MHz. Such an antenna arrangement is versatile and suitable for frequency ranges from 20 MHz to 2 GHz, preferably the antenna arrangement can be used in mobile communications.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:embodiments The invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 schematisch in Perspektive eine Antennenanordnung mit mehreren Dipolen auf verschiedenen Kreisebenen, 1 schematically in perspective an antenna arrangement with several dipoles on different circle levels,

2 schematisch in Draufsicht die Antennenanordnung gemäß 1, 2 schematically in plan view of the antenna arrangement according to 1 .

3 schematisch in Perspektive die Antennenanordnung gemäß 1 mit einer 45° Verdrehung der einzelnen Kreisebenen gegeneinander, 3 schematically in perspective the antenna arrangement according to 1 with a 45 ° twist of the individual circle levels against each other,

4 schematisch in Draufsicht die Antennenanordnung gemäß 3, 4 schematically in plan view of the antenna arrangement according to 3 .

5 schematisch die Antennenanordnung gemäß 1 bzw. 3 in Seitenansicht, 5 schematically the antenna arrangement according to 1 respectively. 3 in side view,

6 schematisch die Speisung der Antennenanordnung mit mehreren Dipolgruppen, 6 schematically the feeding of the antenna arrangement with several dipole groups,

7 schematisch eine Dipolgruppe, 7 schematically a dipole group,

8 schematisch eine Dipolgruppe mit einem Filter, 8th schematically a dipole group with a filter,

9–14 verschiedene Strahlungsdiagramme einer Antennenanordnung mit mehreren Dipolen. 9 - 14 different radiation patterns of an antenna arrangement with multiple dipoles.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in all figures with the same reference numerals Mistake.

1 zeigt eine Antennenanordnung 1 mit mehreren Dipolen 2, die konzentrisch um einen zentralen Dipol 2z auf verschiedenen Kreisebenen K1 bis K3 angeordnet sind. Dabei bilden die Dipole 2 der verschiedenen Kreisebenen K1 bis K3 eine jeweilige Dipolgruppe A1 bis A4. Zur besseren Darstellung sind die Dipole 2 der jeweiligen Antennengruppe A1 bis A4 durch eine Linie L miteinander verbunden. Der zentrale Dipol 2z entspricht dabei der Dipolgruppe A0. 1 shows an antenna arrangement 1 with several dipoles 2 concentric around a central dipole 2z are arranged on different circle levels K1 to K3. The dipoles form 2 the various circle levels K1 to K3 a respective dipole A1 to A4. For better illustration, the dipoles 2 the respective antenna group A1 to A4 connected by a line L. The central dipole 2z corresponds to the dipole group A0.

Gemäß der 2 sind die Dipole 2 einer einzelnen Kreisebene K1 bis K3 jeweils um 90° versetzt zueinander angeordnet. Der jeweilige Radius R1 bis R3 der zugehörigen Kreisebenen K1 bis K3 nimmt dabei in vertikaler Richtung ab. Bevorzugt weisen die Dipole 2 der zugehörigen Kreisebene K1 bis K3 die gleichen Wellenlänge λ₁ bzw. λ₃ auf. Eine ideale Strahlungscharakteristik ergibt sich bei einem Dipol 2, dessen Länge einer Hälfte der Wellenlänge λ entspricht und der allgemein als Lambda-Halbe-Dipol bezeichnet wird (auch λ/2-Dipol genannt). Das Sendeverhalten und umgekehrt das Empfangsverhalten eines Lambda-Halbe-Dipols ist durch eine weitgehend gute Rundstrahlcharakteristik und einen relativ großen vertikalen Abstrahlwinkel gekennzeichnet. Alternativ oder zusätzlich weisen die Dipole 2 verschiedener Kreisebenen K1 bis K3 verschiedene Dipol- oder Wellenlänge λ₁ bzw. λ₃ auf.According to the 2 are the dipoles 2 a single circle plane K1 to K3 each offset by 90 ° to each other. The respective radius R1 to R3 of the associated circle planes K1 to K3 decreases in the vertical direction. Preferably, the dipoles 2 the associated circle plane K1 to K3, the same wavelength λ ₁ and λ ₃ . An ideal radiation characteristic results with a dipole 2 whose length corresponds to half of the wavelength λ and which is generally referred to as lambda half dipole (also called λ / 2 dipole). The transmission behavior and conversely the reception behavior of a lambda half-dipole is characterized by a substantially good omnidirectional characteristic and a relatively large vertical emission angle. Alternatively or additionally, the dipoles 2 different circular levels K1 to K3 different dipole or wavelength λ ₁ and λ ₃ on.

Der Abstand des jeweiligen Dipols 2 einer einzelnen Kreisebene K1, K2 oder K3 vom zentralen Dipol 2z, d.h. die Länge des jeweiligen Radius R1 bzw. R3, entspricht einem Viertel der zugehörigen Wellenlänge λ₁, λ₂ oder λ₃ der Dipole 2 dieser Kreisebene K1, K2 bzw. K3. Mit anderen Worten: Der jeweilige Radius R1 bis R3 beträgt λ₁/4, λ₂/4 bzw. λ₃/4.The distance of the respective dipole 2 a single circle plane K1, K2 or K3 from the central dipole 2z , ie the length of the respective radius R1 or R3, corresponds to a quarter of the associated wavelength λ ₁ , λ ₂ or λ _{3 of} the dipoles 2 this circle level K1, K2 or K3. In other words, the respective radius R1 to R3 is λ _1/4, λ _2/4 and λ _3/4.

Bei der dargestellten Antennenanordnung 1 umfaßt jede Dipolgruppe A1 bis A4 jeweils drei Dipole 2. Somit entspricht die Anzahl der Kreisebenen K1 bis K3 der Anzahl der Dipole 2 in der jeweiligen Dipolgruppe A1, A2, A3 bzw. A4. Alternativ oder zusätzlich können die Dipole 2 einer einzelnen Kreisebene K1, K2 oder K3 zu einer Dipolgruppe A1, A2 bzw. A3 zusammengefaßt werden.In the illustrated antenna arrangement 1 Each dipole group A1 to A4 comprises three dipoles each 2 , Thus, the number of circular planes K1 to K3 corresponds to the number of dipoles 2 in the respective dipole group A1, A2, A3 or A4. Alternatively or additionally, the dipoles 2 a single circle plane K1, K2 or K3 to a dipole group A1, A2 and A3 are summarized.

In 3 ist eine alternative Ausführungsform der Antennenanordnung 1A dargestellt. Die Antennenanordnung 1A umfaßt in vertikaler Richtung drei übereinander angeordnete Kreisebenen K1 bis K3, die jeweils eine Mehrzahl von Dipolen 2 umfassen. Die Dipole 2 einer Kreisebene K1 sind gegenüber den Dipolen 2 einer benachbarten Kreisebene K2 um 45° versetzt zueinander angeordnet. Mit anderen Worten: Die Kreisebenen K1 bis K3 sind gegeneinander um 45° versetzt angeordnet. Analog zu 1 sind die einer Dipolgruppe A1 bis A4 zugehörigen Dipole 2 durch die diese verbindende Linie L dargestellt. In 4 ist die Antennenanordnung 1A schematisch in Draufsicht dargestellt.In 3 is an alternative embodiment of the antenna arrangement 1A shown. The antenna arrangement 1A comprises in the vertical direction three superimposed circular levels K1 to K3, each having a plurality of dipoles 2 include. The dipoles 2 a circle plane K1 are opposite to the dipoles 2 a neighboring circle plane K2 offset by 45 ° to each other. In other words, the circle planes K1 to K3 are offset from each other by 45 °. Analogous to 1 are the dipoles A1 to A4 associated dipoles 2 represented by the connecting line L this. In 4 is the antenna arrangement 1A schematically shown in plan view.

In 5 ist die Antennenanordnung 1 schematisch in Seitenansicht dargestellt. Der jeweilige Radius R1 bis R3 der Kreisebenen K1 bzw. K3 nimmt dabei in vertikaler Richtung der Antennenanordnung 1 ab. Erfindungsgemäß weisen die Dipole 2 der verschiedenen Kreisebenen K1 bis K3 unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, z.B. die Dipole 2 der Kreisebene K3 die Wellenlänge λ₃/2, die Dipole 2 der Kreisebene K2 λ₂/2 und die Dipole 2 der Kreisebene K1 λ₁/2. Der Abstand der Dipole 2 einer einzelnen Kreisebene K1, K2 oder K3 entspricht bevorzugt der Hälfte der zugehörigen Wellenlänge λ₁/2, λ₂/2 bzw. λ₃/2. Der Abstand der Dipole 2 benachbarter Kreisebenen K1, K2 bis K3 entspricht ausgehend von derjenigen Kreisebene K1, K2 oder K3 mit der größten Wellenlänge λ₁, λ₂ bzw. λ₃, im Beispiel die Kreisebene K3 mit der Wellenlänge λ₃, der Hälfte der zugehörigen Wellenlänge λ₃/2 und λ₂/2. Je nach Art, Verwendung und Ausführung der Antennenanordnung 1 können andere Abmessungen, Positionen und Größen für die Dipole 2 gewählt werden.In 5 is the antenna arrangement 1 shown schematically in side view. The respective radius R1 to R3 of the circle planes K1 and K3 takes in the vertical direction of the antenna arrangement 1 from. According to the invention, the dipoles 2 the different circuit levels K1 to K3 have different wavelengths, for example the dipoles 2 the county level K3 the wavelength λ _3/2, the dipoles 2 the county level K2 λ _2/2 and the dipoles 2 the county level K1 λ. _1/2 The distance of the dipoles 2 a single circular plane K1, K2 or K3 preferably corresponds to half the respective wavelength λ _1/2, λ _2/2 or λ _3/2. The distance of the dipoles 2 adjacent circle planes K1, K2 to K3 corresponds, starting from that circle plane K1, K2 or K3 with the largest wavelength λ ₁ , λ ₂ or λ ₃ , in the example, the circle plane K3 with the wavelength λ ₃ , half of the associated wavelength λ ₃ / 2 and λ _2/2. Depending on the type, use and design of the antenna arrangement 1 can have other dimensions, positions and sizes for the dipoles 2 to get voted.

Zur Speisung der Dipole 2 ist ein zentraler Speisepunkt S vorgesehen. Vom zentralen Speisepunkt S ausgehend, der die Speisequelle des zentralen Dipols 2z bildet, ist zur Speisung der anderen Dipole 2 der Antennenanordnung 1 oder 1A ein Speisenetzwerk 4 vorgesehen. Alternativ können mehrere zentrale Speisepunkte S vorgesehen sein. Dabei entspricht die Anzahl der zentralen Speisepunkte S der Anzahl n der Kreisebenen K1 bis Kn. Die zentralen Speisepunkte S sind bevorzugt auf der Höhe der jeweils zugehörigen Kreisebene K1 bis Kn angeordnet. Darüber hinaus ist der jeweilige zentrale Speisepunkt S entkoppelt von der zugehörigen Kreisebene K1 bis Kn. Hierdurch ist ein getrenntes Senden und Empfangen mit der Antennenanordnung 1 oder 1A ermöglicht. Die Entkopplung des Speisepunktes S von der zugehörigen Kreisebene K1 bis Kn wird durch eine entsprechende Phasenverschiebung der Dipole 2 der zugehörigen Kreisebene K1 bis Kn bewirkt. Die gegenüberliegenden Dipole 2 einer einzelnen Kreisebene K1, K2 oder Kn werden mit 180° Phasenverschiebung gespeist.To power the dipoles 2 a central feed point S is provided. Starting from the central feed point S, which is the supply source of the central dipole 2z forms is to feed the other dipoles 2 the antenna arrangement 1 or 1A a food network 4 intended. Alternatively, several central feed points S may be provided. The number of central feed points S corresponds to the number n of the circle levels K1 to Kn. The central feed points S are preferably arranged at the level of the respectively associated circle plane K1 to Kn. In addition, the respective central feed point S is decoupled from the associated circle plane K1 to Kn. This is a separate transmission and reception with the antenna arrangement 1 or 1A allows. The decoupling of the feed point S from the associated circle plane K1 to Kn is achieved by a corresponding phase shift of the dipoles 2 the associated circle plane K1 to Kn causes. The opposite dipoles 2 a single circle plane K1, K2 or Kn are fed with 180 ° phase shift.

Die Ausführung der Antennenanordnung 1 oder 1A mit drei Kreisebenen K1 bis K3 ist nur beispielhaft für eine Bandbreite von ca. 500 MHz dargestellt. Für eine größere Bandbreite werden entsprechend mehr Kreisebenen K1 bis K3 verwendet. Der Betriebsfrequenzbereich der Antennenanordnung 1 beträgt 20 MHz bis 2,5 GHz.The embodiment of the antenna arrangement 1 or 1A with three circuit levels K1 to K3 is shown as an example only for a bandwidth of about 500 MHz. For a larger bandwidth, correspondingly more circuit levels K1 to K3 are used. The operating frequency range of the antenna arrangement 1 is 20 MHz to 2.5 GHz.

In 6 ist das Speisenetzwerk 4 mit dem zentralen Speisepunkt S dargestellt. Zur Speisung der Dipolgruppen A0 bis A4 sind eine Anzahl von Abgängen 6, welche an den zentralen Speisepunkt S angeordnet sind, vorgesehen. Die Antennenanordnung 1 umfaßt die fünf Dipolgruppen A0 bis A4, wobei die Dipolgruppe A0 den zentralen Dipol 2z repräsentiert.In 6 is the food network 4 represented with the central feed point S. To feed the dipole groups A0 to A4 are a number of departures 6 , which are arranged at the central feed point S provided. The antenna arrangement 1 comprises the five dipole groups A0 to A4, where the dipole group A0 is the central dipole 2z represents.

Die Dipolgruppe A1 bis A4 weisen jeweils die gleiche Gesamt-Bandbreite auf. Die Dipolgruppe A0 deckt den untersten Frequenzbereich ab. Jede Kreisebene K1 bis K3 deckt eine zugehörige und vorgegebene Bandbreite ab, wobei die Bandbreiten der Kreisebenen K1 bis K3 voneinander verschieden sind und sich zu der Gesamt-Bandbreite der Dipolgruppen A1 bis A4 summieren.The Dipole groups A1 to A4 each have the same overall bandwidth on. The dipole group A0 covers the lowest frequency range. Each circle level K1 to K3 covers an associated and predetermined bandwidth from, wherein the bandwidths of the circle levels K1 to K3 from each other are different and join the overall bandwidth of the dipole groups Add A1 to A4.

Zur Erzielung einer oberen Frequenz für den zentralen Dipol 2z der zentralen Dipolgruppe A0 ist der Dipolgruppe A0 ein Filter 8, insbesondere ein Tiefpaß, zugeordnet. Zur Erzielung eines omnidirektionalen Strahlungsdiagramms für die Antennenanordnung 1 sind den Dipolgruppen A1 bis A4 entsprechende Phasenschieber 10 vorgeschaltet. Bei einer aus vier Dipolgruppen A1 bis A4 umfassenden Antennenanordnung 1, 1A beträgt der Phasenunterschied zwischen den Dipolgruppen A1 bis A4 jeweils 90°. Je nach Art und Ausführung der Antennenanordnung 1, 1A können weitere Dipolgruppen A0 bis A_n vorgesehen sein, wodurch sich entsprechende Phasenverschiebungen zwischen diesen ergeben.To achieve an upper frequency for the central dipole 2z of the central dipole group A0, the dipole group A0 is a filter 8th , in particular a low-pass filter, assigned. To achieve an omnidirectional radiation pattern for the antenna arrangement 1 are the dipole groups A1 to A4 corresponding phase shifter 10 upstream. In an antenna arrangement comprising four dipole groups A1 to A4 1 . 1A the phase difference between the dipole groups A1 to A4 is 90 ° in each case. Depending on the type and design of the antenna arrangement 1 . 1A may be provided to A _n, thereby corresponding phase shifts arising between this additional dipole groups A0.

In 7 ist eine einzelne Dipolgruppe A_n schematisch dargestellt. Zwischen den Dipolen 2 der verschiedenen Kreisebenen K1 bis K3 sind zur Erzeugung einer Phasenverschiebung von beispielsweise 180° von einem Dipol 2 der einen Kreisebene K1 zum benachbarten Dipol 2 der anderen Kreisebene K2, zwei Leitungen 12 gekreuzt angeordnet. Alternativ können anstelle der gekreuzten Leitungen 12 konventionelle Phasenschieber 10 verwendet werden. Als Phasenschieber 10 eignen sich beispielsweise Ferrit-Elemente oder Hybride.In 7 is a single dipole group A _n shown schematically. Between the dipoles 2 of the various circle planes K1 to K3 are for producing a phase shift of, for example, 180 ° from a dipole 2 one circle plane K1 to the adjacent dipole 2 the other county level K2, two lines 12 arranged crossed. Alternatively, instead of the crossed lines 12 conventional phase shifters 10 be used. As a phase shifter 10 For example, ferrite elements or hybrids are suitable.

In 8 ist zusätzlich zu den gekreuzten Leitungen 12 ein Filter 14, z.B. ein Bandpaß, vorgesehen. Die Filter 14 sind derart eingestellt, daß deren untere Durchlaßfrequenz gleich der oberen Frequenz des Filters 8 für die zentrale Dipolgruppe A0 ist. Durch die Verwendung der Filter 14 wird das Strahlungsdiagramm der Antennenanordnung 1, 1A hinsichtlich des Frequenzverhaltens optimiert.In 8th is in addition to the crossed wires 12 a filter 14 , eg a bandpass, provided. The filters 14 are set so that their lower pass frequency equal to the upper frequency of the filter 8th for the central dipole group A0. By using the filters 14 becomes the radiation pattern of the antenna arrangement 1 . 1A optimized in terms of frequency response.

In den 9 bis 14 sind verschiedene Strahlungsdiagramme für die oben beschriebene Antennenanordnung 1A mit den Kreisebenen K1 bis K3 dargestellt. Die Strahlungsdiagramme stellen das Frequenzverhalten der Antennenanordnung 1A mit eingebauten Filtern 8 und 14 sowie mit einer versetzten Anordnung der einzelnen Kreisebenen K1 bis K3 um 45° dar für die Frequenzen 100 MHz, 150 MHz, 200 MHz, 300 MHz, 400 MHz bzw. 600 MHz.In the 9 to 14 are different radiation patterns for the antenna arrangement described above 1A shown with the circle planes K1 to K3. The radiation patterns represent the frequency response of the antenna arrangement 1A with built-in filters 8th and 14 and with a staggered arrangement of the individual circuit levels K1 to K3 by 45 ° for the frequencies 100 MHz, 150 MHz, 200 MHz, 300 MHz, 400 MHz and 600 MHz.

Durch die in mehreren Kreisebenen K1 bis K3 übereinander angeordneten Dipole 2, deren konzentrische Anordnung um den zentralen Dipol 2z und der versetzten Anordnung der Kreisebenen K1 bis K3 ist ein weitgehend homogenes omnidirektionales Strahlungsdiagramm bei einer besonders großen Bandbreite von 100 bis 600 MHz ermöglicht.Due to the dipoles arranged one above the other in several circle planes K1 to K3 2 whose concentric arrangement around the central dipole 2z and the staggered arrangement of the circle planes K1 to K3 is a largely homogeneous omnidirectional radiation pattern with a particularly large bandwidth of 100 to 600 MHz allows.

Der symmetrische Aufbau der Antennenanordnung 1, 1A ermöglicht darüber hinaus einen einfachen und modularen Aufbau. Hierdurch sind je nach Anforderungen verschiedene Einsatzmöglichkeiten der Antennenanordnung 1, 1A gegeben, d.h. die Antennenanordnung 1, 1A kann sowohl hinsichtlich der Anzahl der Kreisebenen K1 bis K_n als auch hinsichtlich der Anzahl der Dipole 2 in der jeweiligen Kreisebene K1 bis K_n variieren. Darüber hinaus sind durch entsprechende Filter 8 und 14 sowie durch mehrere Phasenschieber 10 verschiedene Strahlungsdiagramme, insbesondere omnidirektionale Strahlungsdiagramme, für die Antennenanordnung 1, 1A einstellbar. Die oben beschriebene Antennenanordnung 1 bzw. 1A ist somit je nach Ausführungsform für verschiedene Anwendungen einsetzbar, z.B. im Mobilfunk und somit in Frequenzbereiche von bis zu 2,5 GHz.The symmetrical structure of the antenna arrangement 1 . 1A also allows a simple and modular design. As a result, depending on the requirements, various possible uses of the antenna arrangement 1 . 1A given, ie the antenna arrangement 1 . 1A can be both in terms of the number of circuit levels K1 to K _n and in terms of the number of dipoles 2 vary in the respective circle level K1 to K _n . In addition, by appropriate filters 8th and 14 as well as by several phase shifters 10 different radiation patterns, in particular omnidirectional radiation patterns, for the antenna arrangement 1 . 1A adjustable. The antenna arrangement described above 1 respectively. 1A Depending on the embodiment, it can therefore be used for various applications, for example in mobile communications and thus in frequency ranges of up to 2.5 GHz.

Claims

Antenna arrangement ( 1 . 1A ) comprising a plurality of dipoles ( 2 ) concentric in a circle plane (K1, K2 or K3) around a central dipole ( 2z ) are arranged, wherein a plurality of circuit levels (K1 to K3) with the respectively associated dipoles ( 2 ) one above the other along the central dipole ( 2z ), wherein the respective radius (R1 to R3) of the circle planes (K1 to K3) in the vertical direction (z) decreases and the dipoles ( 2 ) Of the different circuit planes (K1 to K3) have different wavelengths (λ _1/2, λ _2/2 or λ _3/2) have.

Antenna arrangement according to Claim 1, in which the dipoles ( 2 ) of a single circle plane (K1 to K3) are arranged concentrically offset by 90 °.

Antenna arrangement according to Claim 1 or 2, in which the dipoles belonging to a single circle plane (K1 to K3) ( 2 ) each have the same dipole length.

Antenna arrangement according to one of Claims 1 to 3, in which the dipoles ( 2 ) a circle plane (K1 to K3) with respect to the dipoles ( 2 ) of a neighboring circle plane (K1 to K3) offset by 45 ° are orders.

Antenna arrangement according to one of Claims 1 to 4, in which a feed network with a central feed point (S) for supplying the dipoles ( 2 ) is provided.

Antenna arrangement according to one of Claims 1 to 5, in which a plurality of phase shifters are used to generate predefinable phase shifts between dipoles ( 2 ) of different circuit levels (K1 to K3) are provided.

Antenna arrangement according to one of Claims 1 to 6, in which between individual dipoles ( 2 ) Different circuit levels (K1 to K3) two lines are crossed.

Antenna arrangement according to one of Claims 1 to 7, in which a plurality of dipoles ( 2 ) of a single circle plane (K1 to K3) or individual dipoles ( 2 ) of several circle planes (K1 to K3) form a dipole group.

Antenna arrangement according to one of Claims 1 to 8, in which for supplying the dipoles ( 2 ) of a single dipole group (A ₁ to A _n ) a filter ( 8th . 14 ) is provided.

Antenna arrangement according to one of claims 5 to 9, at which the respective circle level (K1 to K3) from the central feed point (S) is decoupled.