DE20205550U1

DE20205550U1 - Zylindrische Antennenverkleidung für Sektorantennen des Mobilfunks

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Publication number: DE20205550U1
Application number: DE20205550U
Authority: DE
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Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2012-04-06

Description

Zylindrische Antennenverkleidungen für Sektorantennen des Mobilfunks

Die Erfindung betrifft die Dimensionierung und Ausführung von zylindrischen Antennenverkleidungen mit kreisförmigem oder polygonem Querschnitt für Sektorantennen des Mobilfunks.

Antennenanlagen von Basisstationen des Mobilfunks werden immer häufiger verkleidet, um einerseits die Windangriffsfläche und damit die mechanische Belastung zu reduzieren und um anderseits die Antennenanlagen nicht ohne weiteres als solche erkennbar zu machen.

Zur Verkleidung von Sektorantennenanlagen an Stahlmasten werden einschichtige Umhausungen mit kreisförmigem oder eckigem Querschnitt verwendet.

Die Dimensionierung dieser einschichtigen Verkleidungen erfolgt in erster Linie nach mechanischen Gesichtspunkten, Dadurch sind beispielsweise die Zylinderquerschnitte und die Mindestwandstärken bei gegebenem Material festgelegt.

Für die Dimensionierung dieser einschichtigen Verkleidungen nachelektrischen Gesichtspunkten bleibt im Prinzip nur die Vergrößerung des Querschnitts. Eine Vergrößerung der Wandstärke kommt nicht infrage, weil dadurch sowohl die Verluste in der Wandung als auch die Reflexionen an der Wandung größer und damit die Strahlungseigenschaften der verkleideten Antennen stärker beeinflusst werden.

Die Dimensionierung einschichtiger Antennenverkleidungen wird also im wesentlichen durch die zu erwartenden mechanischen Belastungen bestimmt. Ein elektrische Optimierung ist nur in sehr begrenztem Umfang möglich.

• ·

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, Antennenverkleidungen für Sektorantennen des Mobilfunks möglichst unabhängig voneinander nach mechanischen und nach elektrischen Gesichtspunkten dimensionieren zu können und dabei gleichzeitig eine mechanische und eine elektrische Optimierung zu ermöglichen.
10

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nach der Konzeption der Erfindung wird eine weitestgehend voneinander unabhängige Dimensionierung nach mechanischen und nach elektrischen Gesichtspunkten dadurch erreicht, dass von einer einschichtigen auf eine dreischichtige Querschnittsstruktur des Zylinders bzw. der Antennenumhausung übergegangen wird.

Durch diese dreischichtige Ausführung besteht die Möglichkeit, im elektrisch wirksamen Bereich den Abstand zwischen der inneren und der äußeren Schicht des Zylinders so zu wählen, dass Reflexionen an der einen Schicht durch Reflexionen an der anderen Schicht weitestgehend kompensiert werden.

Erfindungsgemäß besteht der dreischichtige Aufbau der Antennenumhausung mit beispielsweise kreisförmigem oder dreieckigem Querschnitt aus einer inneren Schicht (innerer 2!ylinder) und einer äußeren Schicht (äußerer Zylinder) etwa gleicher elektrischer Dicke di/&lgr;&idigr; « da/Xa mit einem elektrischen Abstand von d_AA.A < 0,3.
Dabei bedeuten

di = Dicke der inneren Schicht

da = Dicke der äußeren Schicht
d_A = Abstand zwischen innerer und äußerer Schicht
&lgr;,, X_a, Xa = Wellenlängen der Funkwellen in den entsprechenden
Schichten.

Bei bevorzugten Ausführungen beträgt die elektrische Dicke der inneren und der äußeren Schicht dj/&lgr;&igr; « d_a/X_a < 0,05.

Die dreischichtige Querschnittsstruktur kann sowohl durch zwei konzentrische Zylinder der Dicken d, und d_a, die den Abstand d_A voneinander haben, als auch durch eine Sandwichstruktur mit zwei Deckschichten der Dicken d, und d_a und einem Kern der Dicke d_A realisiert werden.

Die Antennenumhausung kann sowohl Bestandteil einer Antennenanlage mit Stahlmast als auch eine selbsttragende Antennenanlage ohne Stahlmast sein. 15.

Nachfolgend werden konstruktive Lösungsvarianten für Antennenverkleidungen beschrieben, die nach der Konzeption der Erfindung aufgebaut sind.

Bei einer ersten Lösungsvariante handelt es sich um eine selbsttragende Antennenanlage ohne Stahlmast.

Hier wird die dreischichtige Struktur durch einen tragenden Zylinder und einen elektrisch kompensierenden Zylinder gebildet, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und die den Abstand d_A/X_A < 0,3 voneinander haben.
Der tragende Zylinder mit dem Innendurchmesser D und der Dicke du ist für die geforderte mechanische Belastung dimensioniert und im elektrisch wirksamen Bereich, in dem sich die Antennen befinden, durch einen Kompensationszylinder mit dem Innendurchmesser D_K und der Dicke df< ergänzt. Die elektrisch wirksame Wandstärke dx/&lgr;&kgr; des Kompensationszylinders ist etwa gleich der elektrisch wirksamen Wandstärke do/&lgr;&ogr; des tragenden Zylinders.
Dabei bedeuten

D = Innendurchmesser des tragenden Zylinders
Dk = Innendurchmesser des Kompensationszylinders
do = Dicke des tragenden Zylinders

d_K = Dicke des Kompensationszylinders

d_A = Abstand zwischen dem tragenden Zylinder und

dem Kompensationszylinder

Bei dieser Dimensionierung werden die Reflexionen an dem tragenden Zylinder durch die Reflexionen an dem Kompensationszylinder weitestgehend kompensiert. Dadurch ist die Reflexionsdämpfung der Anordnung mit Kompensationszylinder wesentlich höher als die des tragenden Zylinders alleine.

Der Kompensationszylinder kann entweder innerhalb oder außerhalb des tragenden Zylinders angeordnet werden.

Der minimal notwendige Innendurchmesser der Antennenverkleidung wird durch die Abmessungen der zu verkleidenden Sektorantennen bestimmt. Das bedeutet, dass der Durchmesser des tragenden Zylinders bei einer Anordnung mit innerem Kompensationszylinder größer ist als bei einer Anordnung mit äußerem Kompensationszylinder. Die Auswahl zwischen den beiden möglichen Varianten wird daher durch die Forderungen an die mechanische Belastbarkeit des tragenden Zylinders bestimmt.

Der tragende Zylinder und der Kompensationszylinder sind durch Abstandselemente in ihrer Lage zueinander fixiert. Als Abstandselemente können u.a. sowohl waagerechte Scheiben oder Streben als auch radial angeordnete senkrechte Flächen dienen.

Sind beide Zylinder miteinander verbunden, dann kann in diesem Bereich die Wandstärke des tragenden Zylinders verringert werden, ohne die mechanische Belastbarkeit der Anordnung zu verändern. Durch die Verringerung der Wandstärke werden die zu kompensieren Reflexionen kleiner und die erreichbare Reflexionsdämpfung größer.

Die zweite Lösungsvariante kann sowohl als selbsttragende Antennenanlage ohne Stahlmast als auch als Antennenanlage mit Stahlmast ausgeführt werden.

• *

• ·

Hier wird die dreischichtige Struktur durch eine Sandwichstruktur mit zwei Deckschichten der Dicken d, und d_a und einem Kern der Dicke d_A realisiert. Diese Sandwichstruktur, bei der alle drei Schichten fest miteinander verbunden sind, ist für die geforderte mechanische Belastung dimensioniert.
Da die erforderliche mechanische Belastbarkeit durch unterschiedliche Kombinationen von Deckschichtdicken und Kerndicke realisierbar ist, kann diese Struktur so dimensioniert werden, dass sie sowohl mechanisch als auch elektrisch optimale Eigenschaften besitzt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Schutzansprüche verwiesen.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 zwei Ausführungsformen für Antennenverkleidungen mit dreischichtigem Querschnitt,

Fig. 2 Verlauf der Ubertragungs- und der Reflexionsdämpfung in Abhängigkeit

von der Frequenz bei einer einschichtigen Struktur,
Fig. 3 Verlauf der Ubertragungs- und der Reflexionsdämpfung in Abhängigkeit von der Frequenz bei einer dreischichtigen Struktur.
Fig. 4 zwei Ausführungsformen für Antennenverkleidungen mit

Kompensationszylinder,
Fig. 5 Eine Ausführungsform für eine Antennenverkleidung in Sandwichstruktur

In Fig. 1 sind zwei Beispiele für Antennenverkleidungen mit dreischichtigem Wandungsaufbau dargestellt; Fig. 1.1 zeigt dabei einen kreisförmigen und Fig. 1.2 ein dreieckigen Querschnitt der Antennenverkleidung.

Der dreischichtige Wandungsaufbau besteht aus

• einer inneren Schicht 1 der Dicke d,
· einer äußeren Schicht 2 der Dicke d_a und

· einer mittleren Schicht 3 der Dicke öa .

Die beiden Schichten 1, 2 können durch Verbindungs- oder Abstandselemente mechanisch miteinander gekoppelt werden. Die mittlere Schicht 3 kann eine Luftschicht aber auch eine Schaumstoffschicht sein.

Als Werkstoffe für die Antennenverkleidung werden spezielle Kunststoffe eingesetzt.

Innerhalb der Antennenverkleidung sind an einer Tragkonstruktion 4 die Antennen 5 befestigt.

Die elektrischen Vorteile der vorgeschlagenen Lösung für neue Antennen-Verkleidungen zeigt ein Vergleich der Übertragungs- und der Reflexionsdämpfungen in Abhängigkeit von der Frequenz mit dem Einfallswinkel als Parameter in Fig. 2 und Fig. 3.

Fig. 2 betrifft dabei eine Antennenverkleidung mit einschichtige Querschnittsstruktur der Dicke d für GSM -1800 Sektorantennen und
Fig. 3 eine Antennenverkleidung mit dreischichtige Querschnittsstruktur mit den Deckschichtdicken 2 &khgr; d/2 = d für GSM -1800 Sektorantennen.

Bei der einschichtigen Struktur in Fig. 2 wird mit wachsender Frequenz

• die Übertragungsdämpfung ay stetig größer und

• die Reflexionsdämpfung aR stetig kleiner.

Beide elektrischen Parameter verschlechtern sich mit wachsender Frequenz, mit wachsendem Einfallswinkel und mit wachsender Dicke d.
Im Beispiel betragen im Einfallswinkelbereich von 0° bis 45° im 1800 MHz-Band

• die maximale Übertragungsdämpfung aT max/o°-45° = 0,8 dB und

• die minimale Reflexionsdämpfung aR min/o°-45° = 9 dB

Bei der dreischichtigen Struktur in Fig. 3 ist die Übertragungsdämpfung a_T wesentlich kleiner und die Reflexionsdämpfung a_R ist wesentlich größer als bei der vergleichbaren einschichtigen Struktur und hat in Abhängigkeit von der Frequenz ausgeprägte Maxima.

Im Beispiel betragen im Einfallswinkelbereich von 0° bis 45° im 1800 MHz-Band

• die maximale Übertragungsdämpfung aim^o·.«· = 0,3dB und

• die minimale Reflexionsdämpfung a_RmJnra..₄5· = 2OdB.

Der Vergleich zeigt, dass die Übertragungs- und Reflexionsdämpfungen durch die erfindungsgemäße Lösung wesentlich verbessert werden.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung können zylindrische Antennenverkleidungen auch so dimensioniert werden, dass sie nicht nur in einem sondern auch in zwei oder auch drei Mobilfunkbändern optimale elektrische Eigenschaften aufweisen.

Die Tabelle zeigt typische Dämpfungen von Einband-, Zweiband- und Dreibandverkleidungen im Vergleich

	Dämpfung	UMTS	Frequenzbänder	UMTS	GSM 900
			UMTS	GSM 1800 GSM 1800	0,3 dB
				2OdB
		0,3 dB	0,3 dB
max.	Übertragungsdämpfung	26 dB	23 dB
min.	Reflexionsdämpfung

Die maximale Übertragungsdämpfung, die für den Einfluss der Antennenverkleidung auf den Antennengewinn maßgebend ist, bleibt auch bei einer Mehrbandausführung unverändert klein.

• · ■ ·

Die minimale Reflexionsdämpfung, die für den Einfluss der Antennenverkleidung auf die Richtcharakteristik maßgebend ist, bleibt auch bei einer Mehrbandausführung bis zu Einfallswinkeln von 45° so groß, dass die Richtcharakteristiken der verkleideten Antennen praktisch nicht verändert werden.
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Gegenstand von Fig. 4 sind zwei Ausführungsbeispiele für selbsttragende Antennenverkleidungen mit Kompensationszylinder 6.

Die erfindungsgemäße Antennenverkleidung besteht hier aus den beiden konzentrisch angeordneten, jeweils einschichtigen Zylindern
· dem für die Übernahme der mechanischen Belastungen dimensionierten

tragenden Zylinder 7 und
• dem Kompensationszylinder 6.

In Fig. 4.1 ist der Kompensationszylinder 6 innen und in Fig. 4.2 außen angeordnet.

Die in Fig. 4 eingetragenen, noch nicht erläuterten Angaben bedeuten
D«i = Innendurchmesser des Kompensationszylinders 6 bei

Innenanordnung
Dxa = Innendurchmesser des Kompensationszylinders 6 bei

Außenanordnung

d_Ki = Dicke des Kompensationszylinders 6 bei Innenanordnung

d«a = Dicke des Kompensationszylinders 6 bei Außenanordnung.

Für eine beispielhafte Dimensionierung einer Anordnung mit innerem Kompensationszylinder betragen
cJki = 6rnm

do ⁼ 6mm
d_A = 44mm
D_Ki = 300mm
D = 400mm
35

■ ·

Fig. 5 stellt ein Beispiel für eine selbsttragende Antennenverkleidung in Sandwichstruktur dar.

Die erfindungsgemäße Antennenverkleidung besteht hier aus einem dreischichtigen Zylinder, bei dem die Dicken der Deckschichten und des Kerns in einem iterativen Prozess so gewählt wurden, dass die Struktur sowohl die: Bedingungen der elektrischen Optimierung d/&lgr;&iacgr; * d_a/X_a < 0,05 und d_AM,A < 0,3 erfüllt als auch für die geforderten mechanischen Belastungen optimal dimensioniert ist.
Für eine beispielhafte Dimensionierung dieser Anordnung betragen dj = 3mm

da = 3mm

dA = 45mm
Di = 300mm
mit Di = Innendurchmesser des Sandwichzylinders

Liste der Bezugszeichen

1 innere Schicht, innerer Zylinder

2 äußere Schicht, äußerer Zylinder

3 mittlere Schicht, Kernschicht

4 Tragkonstruktion

5 Antennen

6 Kompensationszylinder

7 tragender Zylinder

Claims

1. Zylindrische Antennenverkleidungen für Sektorantennen des Mobilfunks bei weitestgehend voneinander unabhängiger Dimensionierung nach mechanischen und elektrischen Kriterien, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische oder polygone Querschnitt der Antennenumhausung eine dreischichtige Struktur aufweist, wobei im elektrisch wirksamen Bereich, hinter dem sich die Antennen (5) befinden, der Abstand d_A zwischen der inneren Schicht (innerer Zylinder) (1) und der äußeren Schicht (äußerer Zylinder) (2) der Antennenumhausung so gewählt ist, dass Reflexionen an der einen Schicht durch Reflexionen an der anderen Schicht weitestgehend kompensiert werden.

2. Antennenverkleidung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußeren Schichten (1, 2) der Dicken d_i und d_a etwa gleiche elektrische Dicken d_i/λ_i ≈ d_a/λ_a, vorzugsweise d/λ ≤ 0,05, haben und ihr elektrischer Abstand d_A/λ_A ≤ 0,3 beträgt.

3. Antennenverkleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dreischichtige Querschnittsstruktur dadurch realisiert wird, dass ein nach mechanischen Belastungen dimensionierter tragender Zylinder (7) durch einen konzentrisch angeordneten Kompensationszylinder (6) ergänzt wird, dessen Durchmesser so gewählt ist, dass der elektrische Abstand zwischen beiden Zylindern ≤ 0,3 beträgt.

4. Antennenverkleidung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationszylinder (6) innerhalb oder außerhalb des tragenden Zylinders (7) angeordnet ist.

5. Antennenverkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass tragende Zylinder (7) und der Kompensationszylinder (6) durch Abstandselemente in ihrer Lage zueinander fixiert sind, wobei als Abstandselemente u. a. sowohl waagerechte Scheiben oder Streben als auch radial angeordnete senkrechte Flächen und dgl. dienen können.

6. Antennenverkleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dreischichtige Struktur dadurch realisiert wird, dass die drei Schichten fest miteinander verbunden sind, so dass eine Sandwichstruktur bestehend aus zwei Deckschichten (1, 2) und der dazwischen liegenden Kernschicht (3) vorhanden ist.