DE69327265T2

DE69327265T2 - Antennensystem und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69327265T2
Application number: DE69327265T
Authority: DE
Inventors: Torben Funder
Original assignee: CELWAVE R F A S HILLEROD
Current assignee: CELWAVE R F A S HILLEROD
Priority date: 1992-04-15
Filing date: 1993-04-14
Publication date: 2000-05-18
Anticipated expiration: 2013-04-15
Also published as: ES2140448T3; AU662618B2; EP0566522B1; DK168780B1; DK51492D0; NZ247383A; CA2093999C; DE69327265D1; CA2093999A1; US5936590A; AU3685793A; DK51492A; EP0566522A1

Description

Grundlagen der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Antennensystem, wie es in der Einleitung von Anspruch 1 definiert wird, und ein Verfahren zur Herstellung des Systems, wie es in der Einleitung von Anspruch 5 definiert wird.
Solche Antennen werden zum Beispiel als Basisstationsantennen verwendet, d. h., das Antennensystem wird in einem Mast angeordnet und über ein Koaxialkabel mit einem Sender-Empfänger-System verbunden. Der Frequenzbereich liegt normalerweise im Bereich von 450 bis 900 MHz, das Antennensystem kann jedoch auch in anderen Frequenzbereichen verwendet werden.
Viele bekannte Antennensysteme dieses Typs sind aus Einzelteilen aufgebaut, indem die Antennenteile, die Teile der Zuleitungen usw. zusammengeschweißt, -gelötet oder -geschraubt werden. Auf diese Weise wird eine Antenne mit den benötigten elektrischen Eigenschaften erhalten. Die Produktionskosten sind jedoch vergleichsweise hoch, da alle Einzelteile aufgrund des vergleichsweise hohen Frequenzbereichs, für den das Antennensystem verwendet werden soll, nach den Montagevorgängen genaue Abmessungen haben müssen. Außerdem sind die zahlreichen Montagevorgänge zeitaufwendig und erfordern in der Produktion qualifiziertes und gut ausgebildetes Personal. Abgesehen davon hat ein Antennenaufbau dieses Typs keine optimalen elektrischen Eigenschaften, weil die vielen Montagevorgänge Unregelmäßigkeiten in den verwendeten Materialien bewirken, was bei hohen Frequenzen zu unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften führt. Folglich können Montagevorgänge, die durch Löten oder Verschrauben ausgeführt werden, zu verschiedenen unerwünschten Signalkomponenten im Antennensignal führen.
DE-A-23 25 704 beschreibt ein Antennensystem, das mindestens zwei Dipolantennen umfasst, die ein Antennenmodul bilden und über und parallel zu einer gemein samen Masseebene in Form einer elektrisch leitenden Platte angeordnet sind. Weitere, als Wellenleiter gestaltete Zuleitungen mit Luftdielektrikum von den Dipolen zu einem gemeinsamen Speisepunkt werden verwendet, und die Dipole werden von Beinen getragen, die Teile der Zuleitungen bilden, wobei die Zuleitungen von jedem Dipol zum gemeinsamen Punkt und ein Dipolarm in jedem Dipol mechanisch und elektrisch in einem Stück aus homogenem Material konfiguriert sind.

Vorteile der Erfindung

Das Antennensystem gemäß der Erfindung und mit den Merkmalen, wie sie in Anspruch 1 definiert und gekennzeichnet werden, hat den Vorteil, dass die Teile zugleich befestigt, ordnungsgemäß angeordnet und in einem wohldefinierten Abstand zur Masseebene angeordnet werden. Die Befestigung erfolgt normalerweise durch Löten oder Schweißen auf der Rückseite der Masseebene, d. h. auf der den aktiven Antennenteilen abgewandten Seite. Auf diese Weise werden Veränderungen auf der Antennenseite der Masseebene vermieden.
Die Antenne gemäß der Erfindung wird vorzugsweise so hergestellt, dass die Teile, die an der Masseebene befestigt werden müssen, die eine Metallplatte oder ein offenes Gehäuse aus Metallblech ist, mit Bereichen mit verringerten Abmessungen versehen sind, so dass sie direkt in entsprechende Öffnungen in der Masseebene eingesetzt werden können.
Um die Dipolbeine in einer korrekten Position zueinander anzuordnen, könnte besonders bei Verwendung langer Dipolbeine ein Halter aus elektrisch isolierendem Material nach Anspruch 2 verwendet werden.
Zur Herstellung der homogenen Antenne mit Zuleitungen usw. können verschiedene Verfahren, beispielsweise Spritzgießen oder Ausstanzen von Metallblechen und anschließendes Biegen, angewandt werden. Durch die Fertigung des Antennensystems gemäß der Erfindung, wie sie in Anspruch 5 definiert und gekennzeichnet ist, wird eine wirtschaftliche Produktion mit im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren stark verringerten Produktionskosten erreicht. Das Ausstanzen oder Schneiden kann entweder unter Verwendung eines einem Antennenmodul entsprechenden Stanz- oder Schneidwerkzeugs in einem Schritt oder unter Verwendung einer programmierbaren Werkzeugmaschine zum fortlaufenden oder schrittweisen Schneiden oder Stanzen ausgeführt werden. Das erstgenannte Stanzverfahren ist insbesondere für die Herstellung vieler identischer Antennenmodule anwendbar, wohingegen das letztere Verfahren durch die Steuerung einer programmierbaren Werkzeugmaschine für die Herstellung von Antennen fast jeden möglichen Typs oder jeder Größe geeignet ist.
In vielen Antennensystemen ist es möglich, dass der gemeinsame Speisepunkt ein Antennenstecker ist, so dass die Verbindung zwischen dem Antennenstecker und der Zuleitung der Antenne der einzige mechanische Montagevorgang der Antenne ist. Falls das Antennensystem aus einer Anzahl von Antennenmodulen besteht, ist es möglich, diese Antennenmodule mit mindestens einer zusätzlichen Zuleitung zu verbinden, die auf dieselbe Weise wie der Rest der Antenne hergestellt wird und die entweder in einem Stück mit dem Antennensystem gemäß der Erfindung konfiguriert oder auf eine allgemein bekannte Weise mit dem Antennensystem verbunden werden kann.
Da die beiden Arme jedes Dipols elektrisch voneinander isoliert sein müssen, können während des Ausstanzens der Antennenteile Bereiche ausgestanzt oder gefertigt werden, in denen ein dielektrischer Halter angeordnet werden kann, so dass die Teile während des Aufbaus der Antenne im richtigen Verhältnis zueinander angeordnet werden. Diese Halter können in den Antennenteilen verbleiben, um fortlaufend sicherzustellen, dass die Teile im richtigen Verhältnis zueinander angeordnet sind, so dass eine höhere mechanische Stabilität der Antennenteile erhalten wird.

Die Zeichnungen

Im folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlicher erläutert, in denen
Fig. 1a ein Antennensystem mit zwei Paaren von Dipolen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
Fig. 1b dasselbe Antennensystem wie in Fig. 1a, jedoch als Explosionsdarstellung zeigt,
Fig. 2 die Antenne von Fig. 1 mit Zuleitungen als ebenes Element vor dem Biege- und Montagevorgang zeigt,
Fig. 3 ein Antennensystem mit einem Paar Dipole gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt, und
Fig. 4 im Prinzip zeigt, wie ein Antennensystem mit vier Paaren von Dipolen (Antennenmodulen) gemäß der Erfindung aufgebaut werden kann.

Beschreibung von Beispielen für Ausführungsformen

Das Antennensystem 1 in Fig. 1 umfasst ein Metallgehäuse 2, dessen Boden 5 eine künstliche elektrische Masseebene für vier Antennen 3 ist, wobei jede aus einer Dipolantenne 6 besteht. Die Dipolantennen 6 sind in gegenüberliegenden, parallelen Paaren angeordnet und bilden ein Antennenmodul 40, so dass das Antennensystem zwei Antennenmodule umfasst.
Über die Zuleitungen 8, 9, 10, 11, die als sogenannte "Streifenleiter"-Zuleitungen gestaltet sind, sind die Dipolantennen 6 mittels einer Schraube 12 oder einer ähnlichen Befestigung mit einem gemeinsamen Antennenstecker 4 verbunden. Der Antennenstecker 4 ist in einer Öffnung 15 in der Masseebene 5 angeordnet. Üblicherweise ist jede Dipolantenne mit zwei Armen 7, 7' versehen, die von Beinen 17 bzw. 17' getragen werden.
Das Gehäuse 2 kann, wie gezeigt wird, offen oder mit einem nicht gezeigten Radom oder dergleichen aus nichtleitendem Material verschlossen sein, wodurch verhindert wird, dass Niederschlag in das Antennensystem gelangt und außerdem eine mögliche Windlast auf dem Antennensystem verringert wird.
Wie in Fig. 2 gezeigt wird, wird der aktive Teil der Antennen einschließlich der Zuleitungen durch Stanzen oder Schneiden in ein ebenes Element 20 hergestellt, das beispielsweise eine 3 mm dicke Platte aus AlMg&sub3; oder einem ähnlichen, hierfür geeigneten Material ist. Fig. 2 zeigt, dass die Teile 7, 8, 9, 10, 11, 17 nach dem Stanz- oder Schneidvorgang in einem Stück konfiguriert sind. Nach einer entsprechenden Biegung entlang der Biegelinien 19 ergibt sich der in Fig. 1b gezeigte aktive Teil bis auf die Dipole 7 und die entsprechenden Beine 17', die entweder gemäß Fig. 2 oder aus einer separaten Platte gesondert ausgestanzt oder ausgeschnitten werden.
Um die Dipolarme 7 und 7' in einer korrekten Position zueinander anzuordnen und den korrekten Abstand zwischen der Zuleitung 8 und dem Bein 17 zu erhalten, können entsprechende Stanzvorgänge 14 ausgeführt werden, beispielsweise kreisförmige Ausstanzungen, in denen ein Halter 13 aus elektrisch isolierendem Material, zum Beispiel einem synthetischen Material, eingefügt werden kann.
Am von den Dipolen 7, 7' wegzeigenden Ende haben alle Beine 17, 17' scharfkantige Begrenzungen 18 mit wohldefinierten Abmessungen, so dass dieses Ende der Antennenbeine 17, 17' genau in entsprechende ausgestanzte Öffnungen 16 in der elektrischen Masseebene 5 passt, die aus dem Boden des Gehäuses 2 gebildet wird, so dass die gesamte Antenne mit den Zuleitungen 3 auf einmal eingesetzt werden kann, wie in Fig. 1b gezeigt wird. Die Teile werden durch Schweißen oder Löten auf der Rückseite des Gehäuses 2 befestigt. Auf diese Weise verlaufen die Übertragungsleitungen 9, 10, 11 in einem feststehenden wohldefinierten Abstand zur Masseebene 5, siehe die Fig. 1a und 1b. Mittels einer Schraube 12 oder dergleichen wird die Zuleitung 11 mechanisch und elektrisch am zentralen Leiter eines Koaxialsteckers 4 befestigt, so dass die Zuleitung in einem korrekten Abstand von der Masseebene 5 angeordnet ist.
Das die Masseebene 5 umfassende Gehäuse 2 wird durch Ausschneiden und Biegen eines geeigneten Metallblechs, beispielsweise einer 2 mm dicken AlMg&sub3;-Platte, hergestellt, wobei die Ecken nach dem Biegen an der Außenseite zusammengeschweißt werden.
Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform eines Antennensystems gemäß der Erfindung, nämlich ein Antennensystem 21, das ein Antennenmodul umfasst, das in ei nem entsprechenden Gehäuse 22, dessen Boden 25 die elektrische Masseebene bildet, angeordnet ist.
Fig. 4 zeigt im Prinzip, wie vier Antennenmodule 40 in einem nicht gezeigten Gehäuse auf einer nicht gezeigten Masseebene miteinander verbunden werden. Die Antennenmodule werden in Paaren miteinander verbunden, und die von hier ausgehende gemeinsame Zuleitung 11 wird über eine zusätzliche Zuleitung 28 mit dem Antennenstecker 4 verbunden. Wie zuvor erläutert wurde, können die Teile in einem Stück konfiguriert sein, die zusätzliche Zuleitung 28 kann jedoch auch an den markierten Eckpunkten 30 mit den Zuleitungen 11 verbunden werden. Auf dieselbe Weise können Antennen mit einer beliebigen Anzahl von Modulen unter Anwendung der obigen Konstruktion und des obigen Verfahrens aufgebaut werden.

Claims

1. Antennensystem, das folgendes umfasst: zwei Dipolantennen (6), die ein Antennenmodul (40) bilden und über und parallel zu einer gemeinsamen Masseebene (5, 25) angeordnet sind, die vom Boden eines Gehäuses (2, 22) aus einem elektrisch leitenden Material gebildet wird, und Zuleitungen (8, 9, 10, 11), die als Wellenleiter mit Luftdielektrikum von den Dipolen zu einem gemeinsamen Speisepunkt (4) gestaltet sind, und wobei die Dipole von Beinen (17) getragen werden, die einen Teil der Zuleitungen bilden können, dass die Zuleitungen von jedem Dipol (6) zum gemeinsamen Punkt (4) und mindestens ein Dipolarm (7) in jedem Dipol und möglicherweise ein entsprechendes Bein (17) mechanisch und elektrisch in einem Stück aus einem homogenen Material konfiguriert sind, und dass die Beine (17, 17') jedes Dipols an dem von den Dipolen wegzeigenden Ende einen Bereich (18) mit einer verringerten Breite oder Dicke aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Boden gegenüberliegende Seite offen ist oder aus einem elektrisch nichtleitenden Material besteht und dadurch, dass durchgehende Öffnungen (16) in der Masseebene vorgesehen sind, die der verringerten Breite oder Dicke der Dipolbeine (17, 17') entsprechen.

2. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Dipolbeine (17') in jedem Dipol (6) durch mindestens einen Halter (13) aus elektrisch isolierendem Material in einer bestimmten Position zur Zuleitung (8) angeordnet und befestigt ist.

3. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Speisepunkt ein Antennenstecker (4) ist, an dem eine Zuleitung sowohl mechanisch als auch elektrisch befestigt ist.

4. Antennensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Anzahl von Antennenmodulen (40) umfasst, die in einem Stück konfiguriert sind und mit Hilfe mindestens einer zusätzlichen Zuleitung (28) miteinander verbunden sind und die in einer gemeinsamen Masseebene angeordnet sind.

5. Verfahren zur Herstellung eines Antennenmoduls für ein Antennensystem nach Anspruch 1, wobei das Antennensystem aus aktiven Antennen mit entsprechenden Zuleitungen und einer gemeinsamen Masseebene besteht, wobei ein Teil der Antennenmodule aus einem Metallblech (30) aus elektrisch leitendem Material ausgestanzt oder ausgeschnitten wird und wobei ein Teil an festgelegten Punkten gebogen wird und durch Schweißen oder Löten an einer elektrisch leitenden Platte befestigt wird, die eine Masseebene für die Antenne bildet, dadurch gekennzeichnet, dass durchgehende und vorzugsweise quadratische Öffnungen (16) in der Masseebene vorgesehen werden und dass die Beine jedes Dipols so ausgestanzt oder ausgeschnitten werden, dass Bereiche (18) mit verringerter Breite oder Dicke entstehen, die den vorzugsweise quadratischen Öffnungen entsprechen, und dass das Löten oder Schweißen auf der Rückseite der Masseebene erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ausstanzens oder Ausschneidens der Antennenteile Bereiche (14) in Teilen gebildet werden, die in einer bestimmten Position zueinander angeordnet werden müssen, und dass vorzugsweise vor der Befestigung der Teile an der Masseebene Halter (13) in diese Bereiche eingefügt werden.