DE69701837T2

DE69701837T2 - Logarithmisch periodische Antenne mit Mikrostreifenleiterspeisung

Info

Publication number: DE69701837T2
Application number: DE69701837T
Authority: DE
Inventors: Charles M. Powell; George D. Yarsunas
Original assignee: Radio Frequency Systems Inc
Current assignee: Radio Frequency Systems Inc
Priority date: 1996-07-03
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 2000-10-12
Anticipated expiration: 2017-07-03
Also published as: CA2209458A1; IL121226A; AU731954B2; EP0817304A1; AU2840697A; US6133889A; EP0817304B1; IL121226A0; KR100492207B1; KR19980069830A; DE69701837D1

Description

Die Erfindung betrifft eine logarithmisch-periodische Dipolantenne mit mindestens einer Dipolbaugruppe mit zwei Dipolstreifenleitern und einer mit den Dipolstreifenleitern verbundenen Zuleitung.
Obwohl zahlreiche Varianten logarithmisch-periodischer Antennen seit Jahren weitverbreitet sind, wird die logarithmisch-periodische Dipolanordnung oftmals bevorzugt, da sie in einem breiten Frequenzbereich betrieben werden kann. Aufgrund ihrer einzigartigen geometrischen Anordnung sind verschiedene Elemente in der Anordnung bei unterschiedlichen Frequenzen aktiv. Infolgedessen weist die logarithmisch-periodische Dipolantenne über den von der logarithmisch-periodischen Dipolantenne unterstützten Frequenzbereich verhältnismäßig konstante Betriebseigenschaften auf, unter anderem Gewinn, Speisepunktimpedanz und Rückstrahldämpfung.
Die typische logarithmisch-periodische Dipolantenne enthält mehrere Dipolelemente unterschiedlicher Länge, die der Länge entsprechend angeordnet werden. Die kürzesten Elemente befinden sich am Zuleitungsende oder "vorderen Ende" der Anordnung, wobei jedes nachfolgende Element dieselbe oder eine größere Länge hat. Außerdem sind die elektrischen Verbindungen gegenüberliegender Elemente alternierend, um zwischen den Elementen eine Phasenverschiebung von 180º bereitzustellen.
Logarithmisch-periodische Dipolantennen werden fast immer durch einen Symmetriegliedzubringer gespeist, der direkt mit den kürzesten Elementen am vorderen Ende der Anordnung verbunden ist. Es werden vielfältige Zuleitungen, darunter Koaxialkabel und externe Streifenleitungen, verwendet. Diese Arten von Zuleitungsanordnungen haben jedoch ihre Nachteile. Vor allem wird die Antennenleistung durch die verringerte Impedanzanpassung, Nennbelastbarkeit und Diagrammstörung herabgesetzt. Außerdem sind diese Anordnungen mühsam und machen die Zuleitung insbesondere bei Montage der Antenne auf einem hohen Turm anfälliger für Beschädigungen durch Witterungseinflüsse, beispielsweise Wind und Eis.
US-A-4 901 011 zeigt einen speziellen Aufbau einer logarithmisch-periodischen Dipolantenne. Diese Antenne ist eine verkürzte Dipolantenne mit dreieckigen Strahlungselementen und einer konisch zulaufenden Koaxialleitung. Sie besteht aus vier Strahlungsabschnitten, die zwei dreieckige Abschnitte sind, einem geraden Dipolabschnitt und einem verkürzten Dipolabschnitt. Die ganze Antenne kann in Form einer konisch zulaufenden Mikrostreifenleiter-Zuleitung aufgebaut werden.
Die Erfindung soll eine alternative Anordnung zur Speisung einer logarithmisch- periodischen Dipolantenne zeigen.
Daher hat die Dipolbaugruppe der logarithmisch-periodischen Dipolantenne, wie sie oben beschrieben wird, einen Mittelpunktspeisungsleiter, der zwischen den beiden Dipolstreifenleitern angeordnet und mit einem Dipolstreifenleiterverbinder verbunden ist, der zwischen den beiden Dipolstreifenleitern angeordnet ist.
Die logarithmisch-periodische Dipolantenne der vorliegenden Erfindung setzt die Auswirkung der Zuleitung auf die Antennenleistung auf ein Minimum herab und schützt dieselbe vor Witterungseinflüssen, wodurch die Antenne robuster wird. Außerdem weist sie eine hervorragende Impedanzanpassung zwischen den Dipolen und dem Eingangsanschluss, eine hohe Rückstrahldämpfung und ausgezeichnete Richtungseigenschaften auf, besonders im zellulären Frequenzband (824 bis 894 MHz).
Die Erfindung stellt außerdem eine logarithmisch-periodische Dipolantenne mit einem Übertragungssystem und einer logarithmisch-periodischen Sanduhr-Dipolanordnung bereit. Das Übertragungssystem spricht auf ein Eingangssignal an, um ein Übertragungssystemsignal bereitzustellen. Die logarithmisch-periodische Sanduhr-Dipolanordnung spricht auf das Übertragungssystemsignal an, um ein logarithmisch-periodisches Sanduhr-Dipolantennensignal bereitzustellen. Das Eingangssignal ist normalerweise ein Funksignal mit einer Personal Communication Systems- (PCS-) Frequenz in einem Frequenzbereich von 1,850 bis 1,990 GHz.
In einer Ausführungsform ist das Übertragungssystem eine Mikrostreifenleiter-Zuleitung mit einem Mittelpunktspeisungsleiter, und die mindestens eine logarithmisch- periodische Sanduhr-Dipolanordnung hat zwei Sanduhr-Dipolstreifenleiter und einen Dipolstreifenleiterverbinder, der mit dem Mittelpunktspeisungsleiter der Mikrostreifenleiter-Zuleitung verbunden ist.
In einer anderen Ausführungsform ist das Übertragungssystem eine Mikrostreifenleiter-Zuleitung mit einem obengespeisten Leiter.
In noch einer anderen Ausführungsform ist das Übertragungssystem ein Kabelsystem anstelle der Mikrostreifenleiter-Zuleitung. Es ist nicht vorgesehen, dass der Anwendungsbereich der Erfindung auf irgendeinen bestimmten Typ von Übertragungssystem begrenzt wird.
Die logarithmisch-periodische Dipolantenne der vorliegenden Erfindung stellt eine hohe Rückstrahldämpfung mit einer Strahlbreite von 90º bei PCS-Frequenzen bereit. Auch bei zellulären Frequenzen sind Strahlbreiten von 100º mit einer hohen Rückstrahldämpfung möglich, da zelluläre Antennen nicht unter Radomschrumpfung leiden.
Andere Vorteile gehen für Fachleute aus der folgenden ausführlichen Beschreibung hervor, wenn sie in Verbindung mit den angehängten Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen gelesen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die nicht maßstäblich gezeichneten Zeichnungen beinhalten Folgendes:
Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer logarithmisch-periodischen Dipolantenne, die die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ausführt.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht der linken Seite der in Fig. 1 dargestellten logarithmisch-periodischen Dipolantenne.
Fig. 3 ist eine untere Schnittansicht der in Fig. 1 dargestellten logarithmisch- periodischen Dipolantenne.
Fig. 3A ist eine Beispieldarstellung eines Segmentes der in Fig. 3 dargestellten logarithmisch-periodischen Dipolantenne.
Fig. 4 ist eine ebene Ansicht von einem der in Fig. 2 dargestellten Dipolstreifenleiter mit angeschlossenen Strahlungselementen.
Fig. 5 ist eine Unteransicht des in Fig. 4 entlang der Linien 5 bis 5' dargestellten Dipolstreifenleiters mit Strahlungselementen.
Fig. 6 ist eine vergrößerte Vorderansichtsdarstellung der Mikrostreifenleiter-Zuleitung der in Fig. 1 dargestellten logarithmisch-periodischen Dipolantenne.
Fig. 7 ist eine Seitenansicht der in Fig. 6 dargestellten Mikrostreifenleiter-Zuleitung.
Fig. 8 ist eine Unteransicht der in Fig. 7 dargestellten Mikrostreifenleiter-Zuleitung.
Fig. 9 stellt das Azimutaldiagramm für die logarithmisch-periodische Dipolantenne von Fig. 1 bei einer Betriebsfrequenz von 0,830 GHz mit einer Strahlbreite von 93,48º und einer Rückstrahldämpfung von -44,755 dB dar.
Fig. 10 stellt das Azimutaldiagramm für die logarithmisch-periodische Dipolantenne von Fig. 1 bei einer Betriebsfrequenz von 0,860 GHz mit einer Strahlbreite von 92,61º und einer Rückstrahldämpfung von -44,337 dB dar.
Fig. 11 stellt das Azimutaldiagramm für die logarithmisch-periodische Dipolantenne von Fig. 1 bei einer Betriebsfrequenz von 0,890 GHz mit einer Strahlbreite von 90,79º und einer Rückstrahldämpfung von -44,453 dB dar.
Fig. 12 stellt das Erhebungsdiagramm für die logarithmisch-periodische Dipolantenne von Fig. 1 bei einer Betriebsfrequenz von 0,830 GHz mit einer Strahlbreite von 31,48º dar.
Fig. 13 stellt das Erhebungsdiagramm für die logarithmisch-periodische Dipolantenne von Fig. 1 bei einer Betriebsfrequenz von 0,860 GHz mit einer Strahlbreite von 30,94º dar.
Fig. 14 stellt das Erhebungsdiagramm für die logarithmisch-periodische Dipolantenne von Fig. 1 bei einer Betriebsfrequenz von 0,890 GHz mit einer Strahlbreite von 28,86º dar.
Fig. 15 stellt das Stehwellenverhältnis (SWR) der logarithmisch-periodischen Dipolantenne von Fig. 1 zwischen den Frequenzen von 824 MHz und 894 MHz bei einem VSWR (Schwellenverhältnis) zwischen 1,5 und 1,0 dar.
Fig. 16 ist ein Diagramm für die zuvor erwähnte Antenne unter Verwendung des typischen Dipols mit einem Reflektor von 7,62 cm (3 Zoll) und mit entferntem Radom bei einer Betriebsfrequenz von 1,850, 1,920 und 1,990 GHz.
Fig. 17 ist ein Diagramm für die zuvor erwähnte Antenne unter Verwendung des typischen Dipols mit einem Reflektor von 10,16 cm (4 Zoll) und mit entferntem Radom bei einer Betriebsfrequenz von 1,850, 1,920 und 1,990 GHz.
Fig. 18 ist ein Diagramm für die zuvor erwähnte Antenne unter Verwendung des typischen Dipols mit einem Reflektor von 7,62 cm (3 Zoll) und mit Radom bei einer Betriebsfrequenz von 1,850, 1,920 und 1,990 GHz.
Fig. 19 ist ein Diagramm für die zuvor erwähnte Antenne unter Verwendung des typischen Dipols mit einem Reflektor von 10,16 cm (4 Zoll) und mit Radom bei einer Betriebsfrequenz von 1,850, 1,920 und 1,990 GHz.
Fig. 20 ist eine seitliche Schnittansicht eines Teils einer logarithmisch-periodischen Dipolantenne mit Sanduhr-Dipolen, die ebenfalls das Hauptthema der vorliegenden Anmeldung sind.
Fig. 21 ist eine Vorderansicht der in Fig. 20 gezeigten logarithmisch-periodischen Dipolantenne mit Sanduhr-Dipolen.
Fig. 22 ist eine Seitenansicht der in Fig. 21 entlang der Linien 8 bis 8' gezeigten logarithmisch-periodischen Dipolantenne mit Sanduhr-Dipolen.
Fig. 23 ist eine ebene Ansicht eines Sanduhr-Dipolstreifenleiters, der das Hauptthema der vorliegenden Anmeldung ist.
Fig. 24 ist ein Diagramm für eine logarithmisch-periodische Dipolantenne unter Verwendung des in den Fig. 20 bis 22 gezeigten Sanduhr-Dipols mit einem Reflektor von 10,16 cm (4 Zoll) und ohne Radom bei einer Betriebsfrequenz von 1,850, 1,920 und 1,990 GHz.
Fig. 25 ist ein Diagramm für eine in Fig. 9 gezeigte logarithmisch-periodische Dipolantenne mit einem Reflektor von 10,16 cm (4 Zoll) und mit einem Radom bei einer Betriebsfrequenz von 1,850, 1,920 und 1,990 GHz.
Fig. 26 zeigt eine seitliche teilweise Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Sanduhr-Dipolen und einem obengespeisten Mikrostreifenleiter-Übertragungssystem.
Fig. 27 zeigt eine ebene Ansicht der in Fig. 12 gezeigten Antenne.

Die beste Ausführungsart der Erfindung

Die Fig. 1 bis 3 stellen eine mittelpunktgespeiste logarithmisch-periodische Dipolantenne der vorliegenden Erfindung dar, die allgemein durch die Bezugsziffer 10 bezeichnet wird. Die Antenne enthält einen Reflektor 12, eine obere Dipolbaugruppe 14, eine untere Dipolbaugruppe 16 und eine Mikrostreifenleiter-Zuleitung 18.
Der Reflektor 12 ist normalerweise vertikal auf einem Antennenturm (nicht gezeigt) befestigt und trägt die oben beschriebenen verschiedenen Komponenten, während er die Strahlungscharakteristik der Antenne 10 formt und steuert. Der Reflektor 12 hat im Allgemeinen eine rechteckige Form und enthält gelochte Seiten 12A und Enden 12B, mit denen ein Radom 19 verbunden ist. Für die Befestigung der Antenne 10 auf einer Vorrichtung oder einem Turm (nicht gezeigt) sind Löcher 20 (Fig. 1) und Befestigungsbolzen 22 (Fig. 1) vorgesehen. Der Reflektor 12 kann aus vielfältigen Materialien, beispielsweise Aluminium, hergestellt werden und kann, in Abhängigkeit von der bestimmten Antennenanwendung, viele unterschiedliche Formen haben.
Die obere Dipolbaugruppe 14 enthält einen oberen linken Dipolstreifenleiter 26 und einen oberen rechten Dipolstreifenleiter 28, die senkrecht auf dem Reflektor 12 und aneinander angrenzend und parallel zueinander befestigt sind. Die untere Dipolbaugruppe 16 enthält einen unteren linken Dipolstreifenleiter 30 und einen unteren rechten Dipolstreifenleiter 32, die senkrecht auf dem Reflektor 12 und nebeneinander und parallel zueinander direkt unter der oberen Dipolbaugruppe 14 befestigt sind.
Die Dipolstreifenleiter 26, 28, 30, 32 haben im Allgemeinen eine rechteckige Form und können aus vielfältigen leitenden Materialien hergestellt werden, beispielsweise Aluminiumblech oder einem anderen geeigneten leitenden Material, was von einer bestimmten Antennenanwendung abhängig ist. Jeder Dipolstreifenleiter 26, 28, 30, 32 enthält eine Anzahl integral geformter Strahlungselemente 34, die verschiedene Größen und Abstände zueinander haben, wie es für logarithmisch-periodische Dipolantennen typisch ist, so dass die Antenne 10 über einem bestimmten Frequenzbereich verschiedene aktive Bereiche hat.
Wie in Fig. 4 dargestellt wird, haben die Strahlungselemente 34 im Allgemeinen eine rechteckige Form und erstrecken sich senkrecht vom unteren rechten Dipolstreifenleiter 32, wobei sich das kürzeste der Strahlungselemente 34 an einem Vorderende 32A und das längste der Strahlungselemente 34 sich nahe einer "L"-förmigen Basis 328 des unteren rechten Dipolstreifenleiters 32 befindet. Wie in Fig. 5 dargestellt wird, stellt die "L"-förmige Basis 32B die Befestigung des unteren rechten Dipolstreifenleiters 32 am Reflektor 12 mit Dipolstreifenleiter-Befestigungsschrauben 36 bereit (Fig. 1 bis 3), die durch Dipolbefestigungslöcher 37 befestigt werden (Fig. 5).
Jeder der anderen Dipolstreifenleiter 26, 28, 30 ist in Größe und Form identisch mit dem unteren rechten Dipolstreifenleiter 32. Der obere rechte Dipolstreifenleiter 28 und der untere linke Dipolstreifenleiter 30 enthalten jedoch keine Dipolstreifenleiterlöcher 45. Wie in Fig. 3 am besten dargestellt wird, werden die unteren linken und rechten Dipolstreifenleiter 30, 32 dicht nebeneinander auf dem Reflektor 12 befestigt und durch einen nichtleitenden Abstandshalter 38 auseinander gehalten, der durch die nichtleitenden Abstandshalterlöcher 39 (Fig. 4, 5) befestigt wird, so dass sie einen Dipol mit aufeinanderfolgenden Elementen bilden, die eine Phasenverschiebung von 180º zueinander aufweisen, so dass die Antenne 10 logarithmisch-periodische Antennensignale bereitstellt. Die oberen linken und rechten Dipolstreifenleiter 26, 28 werden auf ähnliche Weise am Reflektor 12 befestigt.
Wie in den Fig. 1, 2 und 6 bis 8 am besten dargestellt wird, ist die Mikrostreifenleiter-Zuleitung 18 ein elektrischer Leiter, der direkt am Reflektor 12 befestigt ist und Eingangssignale von einem Eingabeanschluss 40 empfängt und mittelpunktgespeiste Mikrostreifenleitersignale zu den oberen und unteren Dipolbaugruppen 14, 16 sendet. Die Mikrostreifenleiter-Zuleitung 18 ist im Allgemeinen ein "T"-förmiges dünnes Aluminiumblech aus einem Stück, dessen Größe und Abmessungen so gewählt werden, dass die beste Impedanzanpassung zwischen der Antenne und einem Eingabeanschluss 40 erreicht wird. Die Form und Größe der Mikrostreifenleiter-Zuleitung 18 kann in Abhängigkeit von der spezifischen Antennenanwendung variieren. Obwohl die Mikrostreifenleiter-Zuleitung 18 in der vorliegenden Erfindung als aus einem Stück bestehend dargestellt wird, kann sie außerdem in separaten Teilen hergestellt und zusammengesetzt werden. Die Mikrostreifenleiter-Zuleitung 18 der vorliegenden Erfindung enthält Befestigungsteile 18A, einen Eingangsspeisungsteil 18B, Mittelpunktspeisungsleiter 18C und einen Randteil 18D.
Wie in den Fig. 6 und 7 am besten dargestellt wird, bestehen die Befestigungsteile 18A aus gebogenen Abschnitten, die sich an den oberen und unteren Enden der Mikrostreifenleiter-Zuleitung 18 befinden und Mikrostreifenleiter-Befestigungslöcher 41 (Fig. 6, 7) zur Befestigung der Mikrostreifenleiter-Zuleitung 18 am Reflektor 12 mit Mikrostreifenleiter-Befestigungselementen 42 (Fig. 1 bis 3) enthalten.
Der Eingangsspeisungsteil 18B ist der "Stamm" vom "T" und wird mit einem Zuleitungsbefestigungselement 43 (Fig. 1, 3) durch ein Loch 44 für das Zuleitungsbefestigungselement (Fig. 6), das außerdem eine elektrische Verbindung zwischen der Mikrostreifenleiter-Zuleitung 18 und dem Eingabeanschluss 40 bereitstellt, am Reflektor 12 befestigt.
Wie durch die Schnittansicht der oberen Dipolbaugruppe 14 in Fig. 2 und der unteren Dipolbaugruppe 16 von Fig. 3 am besten dargestellt wird, sind die Mittelpunktspeisungsleiter 18C im Allgemeinen "L"-förmige Teile, die senkrecht zum Reflektor 12 und parallel zur Mikrostreifenleiter-Zuleitung 18 ausgerichtet sind. Die Mittelpunktspeisungsleiter 18C sind zwischen den linken und rechten Dipolstreifenleitem 26, 28 und 30, 32 der oberen und unteren Dipolbaugruppen 14, 16 schichtenweise angeordnet, um ihren Einfluss auf die Antennenleistung auf ein Minimum herabzusetzen und um sie vor Witterungseinflüssen zu schützen, wodurch die Antenne 10 robuster wird. Die Mittelpunktspeisungsleiter 18C sind jedoch mit nur einem der Dipolstreifenleiter 26, 28, 30, 32 in jeder Dipolbaugruppe 14, 16 elektrisch verbunden. Im Speziellen ist einer der Mittelpunktspeisungsleiter 18C mit dem oberen linken Dipolstreifenleiter 26 der oberen Dipolbaugruppe 14 elektrisch verbunden, während ein anderer Mittelpunktspeisungsleiter 18C mit dem unteren rechten Dipolstreifenleiter 32 der unteren Dipolbaugruppe 16 elektrisch verbunden ist. Dies wird mit Dipolstreifenleiterverbindern 46 ausgeführt, die durch Dipolstreifenleiterlöcher 45 ( Fig. 4, 5) nahe einem vierten der Strahlungselemente 34 befestigt werden. Fig. 3A veranschaulicht, wie einer der Mittelpunktspeisungsleiter 18C mittels des Dipol streifenleiterverbinders 46 mit dem unteren rechten Dipolstreifenleiter 32 verbunden ist. Der andere Mittelpunktspeisungsleiter 18C ist auf ähnliche Weise mit dem oberen linken Dipolstreifenleiter 26 verbunden. Die Dipolstreifenleiterverbinder 46 können aus vielfältigen Materialien, zum Beispiel Aluminium, hergestellt werden.
Wie Fachleute verstehen würden, kann die Anordnung der elektrischen Verbindungen zwischen den Mittelpunktspeisungsleitern 18C und den Dipolbaugruppen 14, 16 in Abhängigkeit von der Anzahl und der Position der verwendeten Dipolbaugruppen variieren, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Wie in Fig. 2 am besten dargestellt wird, sind die Mittelpunktspeisungsleiter 18C ungefähr am Mittelpunkt am vierten der Strahlungselemente 34 mit jedem der Dipolstreifenleiter 26, 32 verbunden. In der spezifischen Konfiguration der vorliegenden Erfindung wurde durch die Verbindung der Mittelpunktspeisungsleiter 18C an diesen Positionen eine hervorragende Leistung erreicht. In Abhängigkeit von der bestimmten Antennenanwendung können jedoch alternative Konfigurationen verwendet werden, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, solange die Mittelpunktspeisungsleiter 18C zwischen den linken und rechten Dipolstreifenleitern 26, 28, 30, 32 angeordnet werden.
Wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt wird, ist eine Seite der Mikrostreifenleiter- Zuleitung 18 gebogen, so dass sie einen Randteil 18D entlang einem Rand der Mikrostreifenleiter-Zuleitung 18 zu formt, um eine strukturelle Festigkeit bereitzustellen.
In einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der Reflektor 12 aus einem 0,1524 cm (0,060 Zoll) dicken Aluminiumblech und hat eine Länge von 60,96 cm (24 Zoll), eine Breite von 15,24 cm (6 Zoll) und eine Seitenrandhöhe von 2,54 cm (1 Zoll). Jeder der Dipolstreifenleiter 26, 28, 30, 32 besteht ebenfalls aus 0,1524 cm (0,060 Zoll) dickem Aluminiumblech und ist 17,4371 cm (6,865 Zoll) hoch, hat fünf Strahlungselemente 34, wobei jedes 0,635 cm (0,25 Zoll) breit ist und in der Länge von 5,5194 cm (2,173 Zoll) bis 8,382 cm (3,3 Zoll) variiert, wenn vom Mittelpunkt des Dipols aus gemessen wird. Die Mikrostreifenleiter-Zuleitung 18 ist 0,1524 cm (0,060 Zoll) dick, 1,1684 cm (0,460 Zoll) breit und 40,0736 cm (15,777 Zoll) lang.
Die Fig. 9 bis 11 zeigen das Strahlungsdiagramm dieser bestimmten logarithmisch-periodischen Dipolantenne bei den Betriebsfrequenzen von 0,830, 0,860 und 0,890 GHz mit Strahlbreiten und Rückstrahldämpfungen von 93.48º, -44,755 dB, 92,61º, -44,337 dB bzw. 90,79º, -44,453 dB. Die Fig. 12 bis 14 stellen das Erhebungsdiagramm für diese Antenne bei denselben Beriebsfrequenzen bei Strahlbreiten von 31,48º, 30,54º und 28,86º dar. Fig. 15 stellt das Schwellenverhältnis (VSWR) der Antenne über dem zellulären Frequenzband von 824 bis 894 MHz dar. Die gemessene Leistung zeigt an, dass die Antenne ein VSWR zwischen 1,5 und 1 hat, was gut innerhalb des akzeptierten Industriestandards für zufriedenstellende Impedanzleistung liegt, wie Fachleute verstehen würden.
Die mittelpunktgespeiste logarithmisch-periodische Dipolantenne der vorliegenden Erfindung wird mit zwei Dipolbaugruppen 14, 16 dargestellt. Wie Fachleute verstehen würden, könnte jede Anzahl von Dipolbaugruppen, einschließlich einer, bereitgestellt werden, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Wie Fachleute verstehen würden, können außerdem die Abmessungen der verschiedenen Komponenten der vorliegenden Erfindung in Abhängigkeit von der spezifischen Anwendung geändert werden. Am wichtigsten ist, dass Fachleute sofort erkennen würden, wie die einzigartige Anordnung der mittelpunktgespeisten logarithmisch-periodischen Dipolantenne der vorliegenden Erfindung die Nachteile früherer vorgelagerter Zuleitungsanordnungen überwindet.
Die zuvor erwähnte logarithmisch-periodische Dipolantenne hat insofern einige Nachteile, als sie eine enge horizontale Strahlbreite hat. Nur der schmalste der Reflektoren kann verwendet werden, um eine Strahlbreite von 90º bei Personal Communication Systems- (PCS-) Frequenzen zu erreichen, die normalerweise in einem Frequenzbereich von 1,850 bis 1,990 GHz liegen. 90º ist die gewünschte Strahlbreite der meisten nordamerikanischen Kunden.
Die zunehmend kürzeren Strahlungselemente der in der zuvor erwähnten Antenne gezeigten und beschriebenen logarithmisch-periodischen Dipolantenne bewirkt, dass die Strahlbreite der Antenne so eng ist. Jedesmal, wenn der Strahl den nächst kürzeren Arm trifft, schrumpft er ein wenig. Die Anzahl von Armen kann nicht verringert werden, weil diese die hohe Rückstrahldämpfung erzeugen.

Sanduhr-Dipolausführungsform

Die Fig. 16 und 17 zeigen Diagramme, die für die logarithmisch-periodische Dipolantenne der zuvor erwähnten Antenne unter Verwendung des typischen Dipolstreifenleiters und einem Reflektor von 7,62 cm bzw. 10,16 cm (3 bzw. 4 Zoll) gemessen wurden. Wie gezeigt wird, sind 90º mit einem Reflektor von 7,62 cm (3 Zoll) möglich. Diese geringe Größe lässt dem Antennentechniker nicht genügend Raum zum Speisen der Antenne mit Freistreifenleitern. Folglich müsste jede 7,62 cm (3 Zoll) breite Antenne mit Kabeln gespeist werden. Die Verwendung von Kabeln ist jedoch nicht wünschenswert, weil sie Eigenverluste und eine höhere Intermodulation (Rauschen) haben.
Die Fig. 18 und 19 zeigen Diagramme, die für die logarithmisch-periodische Dipolantenne der zuvor erwähnten Antenne unter Verwendung des typischen Dipolstreifenleiters mit einem auf der Antenne angeordneten Radom gemessen wurden. Wie darin gezeigt wird, schrumpft die Strahlbreite, unabhängig von der Größe des verwendeten Reflektors, auf 80º. Diese Radomschrumpfung bei PCS-Frequenzen bedeutet, dass die Strahlbreite ohne Radom 100º betragen müsste, um die gewünschte Strahlbreite von 90º mit Radom zu erhalten. Eine solche Strahlbreite ist jedoch mit der logarithmisch-periodischen Dipolantenne der zuvor erwähnten Antenne unter Verwendung des typischen Dipols nicht möglich.
Die Fig. 20 bis 23 zeigen eine allgemein mit der Bezugsziffer 100 bezeichnete, logarithmisch-periodische Dipolantenne mit einer Sanduhr-Dipolbaugruppe der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 20 enthält die logarithmisch-periodische Dipolantenne 100 einen Reflektor 112, eine obere Sanduhr-Dipolbaugruppe 114, eine untere Sanduhr-Dipolbaugruppe 116 und eine Mikrostreifenleiter-Zuleitung 118.
Der Reflektor 112 ist normalerweise vertikal auf einem Antennenturm (nicht dargestellt) befestigt und trägt die verschiedenen oben beschriebenen Komponenten, während er das Strahlungsdiagramm der Antenne 100 formt und steuert.
Die obere Sanduhr-Dipolbaugruppe 114 enthält einen allgemein mit 115 bezeichneten Sanduhr-Dipol mit einem Sanduhr-Dipolstreifenleiter 126 (nicht schraffiert gezeigt) und einen entsprechenden Sanduhr-Dipolstreifenleiter 128 (schraffiert gezeigt).
Im Sanduhr-Dipol 115 sind die Sanduhr-Dipolstreifenleiter 126, 128 flach wie der in den Fig. 1 bis 8 gezeigte Dipolstreifenleiter senkrecht zum Reflektor 112 und nebeneinander und parallel zueinander befestigt und ähnlich wie die in den Fig. 1 bis 8 gezeigten Dipolstreifenleiter mit der Mikrostreifenleiter-Zuleitung 118 verbunden.
Die obere Sanduhr-Dipolbaugruppe 114 enthält einen anderen, allgemein mit 117 bezeichneten Sanduhr-Dipol, und die untere Sanduhr-Dipolbaugruppe 116 enthält zwei allgemein mit 119, 121 bezeichnete Sanduhr-Dipole. Die drei Sanduhr-Dipole 117, 119 121 sind funktionell und strukturell ähnlich wie der Sanduhr-Dipol 115. In Fig. 22 hat der Sanduhr-Dipol 121 beispielsweise einen Dipolstreifenleiterverbinder 146 zum Verbinden des Sanduhr-Dipols 121 mit einer allgemein mit 148 bezeichneten mittelpunktgespeisten Leiterbaugruppe der Mikrostreifenleiter-Übertragungsleitung 118, die ähnlich wie die in den Fig. 1 bis 8 gezeigte ist. Der Sanduhr- Dipol 121 hat außerdem einen nichtleitenden Abstandshalter zum Verbinden der Dipolstreifenleiter, der ähnlich wie der in den Fig. 1 bis 8 gezeigte ist.
Fig. 23 zeigt den Sanduhr-Dipolstreifenleiter 128 mit fünf Strahlungselementen 128(a), 128(b), 128(c), 128(d) und 128(e), der ähnlich wie der in Fig. 1 oben gezeigte und beschriebene Dipolstreifenleiter 20 ist. Wie in Fig. 23 gezeigt wird, hat der Sanduhr-Dipolstreifenleiter 128 jedoch ein kürzestes Strahlungselement 128(c), das in der Mitte des Dipolstreifenleiters angeordnet ist, nicht am oberen Ende wie bei dem in den Fig. 1 bis 8 gezeigten und beschriebenen Dipolstreifenleiter. In der vorliegenden Erfindung weist die Sanduhr-Dipolbaugruppe dieselbe Anzahl von Strahlungselementen auf wie die in den Fig. 1 bis 8 gezeigte Antenne und hat folglich dieselbe Rückstrahldämpfung. Aufgrund der nicht zunehmenden Länge der Arme wird der Strahl nicht verengt. Die Impedanz des Sanduhr-Dipols ist ungefähr dieselbe wie bei der in den Fig. 1 bis 8 gezeigten Antenne, weil die Strahlungselemente mit geänderter Länge über dem Speisepunkt liegen.
Die Antenne der vorliegenden Erfindung kann immer dann verwendet werden, wenn ein Kunde eine hohe Rückstrahldämpfung mit einer Strahlbreite von 90º bei PCS- Frequenzen wünscht. Auch bei zellulären Frequenzen sind Strahlbreiten von 100º mit einer hohen Rückstrahldämpfung möglich, da zelluläre Antennen nicht in der gleichen Weise wie PCS-logarithmische Antennen unter Radomschrumpfung leiden. Dies wird mit den Strahlbreiten von 90º eines normalen logarithmisch-periodischen Dipols verglichen. Eine normale Antenne mit 100º muss Viertelwellendipole verwenden und hat eine Rückstrahldämpfung von nur 20 dB.
Die Fig. 24 und 25 zeigen die jeweiligen Strahlbreiten. Der Sanduhr-Dipol überwindet die oben erläuterten Nachteile, indem er eine anfängliche Strahlbreite von 100º hat, während eine hohe Rückstrahldämpfung beibehalten wird. Wenn ein Radom darauf angeordnet wird, schrumpft die Strahlbreite auf die gewünschten 90º.
Die Sanduhr-Dipole sind nicht auf die in den Fig. 1 bis 8 gezeigten mittelpunktgespeisten Systeme begrenzt. Die Strahlbreite steigt, während die hohe Rückstrahldämpfung auf einem obengespeisten Dipol unter Verwendung von Kabeln beibehalten wird, genau so wie bei der mittelpunktgespeisten Antenne unter Verwendung eines Mikrostreifenleiters. Der Vorstoß der Erfindung betrifft die Form der Dipolarme. Es ist nicht vorgesehen, dass der Anwendungsbereich der Erfindung auf irgendein bestimmtes Speisungssystem begrenzt wird. Wie Fachleute verstehen würden, kann jedes Speisungssystem in Verbindung mit den Sanduhr-Dipolen verwendet werden.
Fig. 26 zeigt eine allgemein mit 200 bezeichnete, logarithmisch-periodische Dipolantenne mit einem allgemein mit 210 bezeichneten, obengespeisten Mikrostreifenleiter-Übertragungssystem anstelle des zum Beispiel in Fig. 21 gezeigten Mikro streifenleiter-Speisungssystems 118. Wie gezeigt wird, hat die logarithmisch-periodische Antenne zwei allgemein mit 220, 222 bezeichnete Sanduhr-Dipole, die durch einen allgemein mit 220a, 222a bezeichneten Verbinder und ein allgemein mit 220b, 222b bezeichnetes Befestigungselement auf eine nach dem Stand der Technik bekannte Weise mit dem obengespeisten Mikrostreifenleiter- Übertragungssystem verbunden werden.
Die logarithmisch-periodische Dipolantenne der vorliegenden Erfindung wird mit zwei Sanduhr-Dipolbaugruppen 114, 116 dargestellt. Wie Fachleute verstehen würden, könnte jede Anzahl von Dipolbaugruppen, einschließlich einer Baugruppe, bereitgestellt werden, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Wie Fachleute verstehen würden, werden die Abmessungen der verschiedenen Komponenten der vorliegenden Erfindung außerdem in Zentimetern und in Klammern in Zoll angegeben und können in Abhängigkeit der spezifischen Anwendung geändert werden. Am wichtigsten ist, dass Fachleute sofort erkennen würden, wie die einzigartige Anordnung der logarithmisch-periodischen Sanduhr- Dipolantenne der vorliegenden Erfindung die Nachteile einer für Personal Communication Systems-Frequenzen normalerweise verwendeten Antenne überwindet.

Claims

1. Logarithmisch-periodische Dipolantenne (10) mit mindestens einer logarithmisch-periodischen Dipolbaugruppe (14, 16) mit zwei Dipolstreifenleitern (26, 28, 30, 32) und einer mit den Dipolstreifenleitern (26, 28, 30, 32) verbundenen Zuleitung, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipolbaugruppe (14, 16) einen mittelpunktgespeisten Leiter (18C) hat, der zwischen den beiden Dipolstreifenleitern (26, 28, 30, 32) angeordnet und mit einem Dipolstreifenleiterverbinder (46) verbunden ist, der zwischen den beiden Dipolstreifenleitern (26, 28, 30, 32) angeordnet ist.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dipolstreifenleiterverbinder (46) einen der beiden Dipolstreifenleiter (26, 28, 30, 32) mit dem mittelpunktgespeisten Leiter (18C) elektrisch verbindet.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Dipolstreifenleiter (26, 28, 30, 32) eine Vielzahl alternierender Strahlungselemente (34) enthält.

4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede logarithmisch-periodischen Dipolbaugruppe (14, 16) eine Vielzahl von Dipolen enthält, wobei jeder Dipol durch ein Paar benachbarter alternierender Strahlungselemente (34) auf den beiden Dipolstreifenleitern (26, 28, 30, 32) gebildet wird.

5. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Dipole fünf Dipole enthält und dass der Dipolstreifenleiterverbinder (46) an einem Mittelpunkt der beiden Dipolstreifenleiter (26, 28, 30, 32) nahe einem vierten Dipol angeordnet ist.

6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reflektor (12) bereitgestellt wird und dass die Mikrostreifenleiter-Zuleitung (18) mindestens einen Mikrostreifenleiter-Befestigungsteil (18A) aufweist, der auf dem Reflektor (12) angeordnet ist.

7. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Dipolstreifenleiter (26, 28, 30, 32) eine L-förmige Basis (30B, 32B) enthält, die auf dem Reflektor (12) angeordnet ist.

8. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Dipolen fünf Dipole enthält, wobei die beiden Dipolstreifenleiter (26, 28, 30, 32) einen nichtleitenden Abstandshalter (38) enthalten, um eine elektrisch isolierte, strukturelle Halterung für jede Dipolbaugruppe (14, 16) bereitzustellen, wobei der nichtleitende Abstandshalter (38) an einen zweiten und dritten Dipol angrenzend angeordnet ist.

9. Antenne nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostreifenleiter-Zuleitung (18) einen Eingangsspeisungsteil (18B) enthält, der auf dem Reflektor (12) angeordnet und mit einem Eingabeanschluss (40) verbunden ist, um ein Eingangsfunksignal zu empfangen.

10. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Dipolstreifenleiter (26, 28, 30, 32) der logarithmisch-periodischen Dipolbaugruppe (14, 16) wie eine Sanduhr geformt sind.