DE69809704T2

DE69809704T2 - Antennen-Tragstruktur

Info

Publication number: DE69809704T2
Application number: DE69809704T
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Brankovic
Original assignee: Sony International Europe GmbH
Current assignee: Sony Deutschland GmbH
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2018-02-13
Also published as: US6198460B1; EP0936693A1; DE69809704D1; EP0936693B1; JP2000068738A

Description

Antennen-Tragstruktur

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine Antennen-Tragstruktur, insbesondere für Heim-Anwendungen, sowie auf ein drahtloses Heim-Kommunikationssystem, bei dem diese Antennen-Tragstruktur verwendet wird.
Drahtlose Heim-Kommunikationssysteme gemäß dem Stand der Technik verwenden üblicherweise Rundstrahlantennen, die im Fall einer Kommunikation zwischen unterschiedlichen Etagen nicht gut geeignet sind und welche die elektro-magnetische Leistung in allen Richtungen abstrahlen. Daher geht ein Teil der abgestrahlten elektromagnetischen Leistung immer verloren, erzeugt Mehrfachpfadeffekte und stört andere unabhängige Kommunikationssysteme in der Nachbarschaft.
Die Verwendung von Hochfrequenzen bei Heim-Kommunikationssystemen zeigt jedoch eine attraktive Lösung für die drahtlose Heim-Kommunikation. Die Benutzererfordernisse für Heim-Anwendungen sind aufgrund der Verfügbarkeit von Daten und digitaler Videodiensten, der Verfügbarkeit größerer Bandbreiten von Daten und digitaler Videodienste weiter im Ansteigen. Die Verfügbarkeit von größeren Bandbreiten bei einer Frequenz höher als 1 GHz bietet Anwendungen bei einer hohen Datenrate. Frequenzbänder von 2,4 GHz, 5 bis 6 GHz, 24 GHz, 17 GHz, 19 GHz, 40 GHz und 60 GHz unter anderen werden in der Welt als mögliche Träger für modulierte Übertragungssignale angesehen.
Die Verbreitung von Heim-Umgebungen wird üblicherweise in zwei Gruppen unterteilt: Sicht-Kommunikation (LOS) und Nicht-Sicht-Kommunikation (NLOS). Die Frequenzen über 10 GHZ werden üblicherweise als geeigneter für die LOS-Kommunikation betrachtet, und zwar aufgrund der höheren physikalischen Dämpfung (Ausbreitungseigenschaften) der höheren Trägerfrequenzen.
Die kritischen Komponenten von Hochfrequenzsystemen sind die Antennen. Diese können wesentlich die Leistung des Heim-Kommunikationssystems vergrößern oder vermindern. Im Fall höherer Frequenzen (höher als 10 GHz) kann die Anzahl von Antennenabstrahl- Hilfselementen größer sein, so daß theoretisch Multielementstrahler angewandt werden können, wo klassische Phasengruppen, adaptive Antennen oder intelligente Antennen verwendet werden können. Bei niedrigeren Frequenzen muß die Anzahl der verwendeten Antennenele mente aufgrund der größeren geometrischen Größe der Strahlelemente vermindert werden. Ein typisches Arbeitsszenario innerhalb einer Zelle im Fall der NLOS-Kommunikation umfaßt die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Räumen, die auch in unterschiedlichen Etagen sein können, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Zelle eines drahtlosen Heim- Kommunikationssystems. In jedem Raum der verschiedenen Etagen ist zumindest ein mobiles tragbares Gerät 11 angeordnet. Die vier Räume, die in Fig. 1 gezeigt sind, gehören zur gleichen drahtlosen Heim-Zelle, die beispielsweise ein privates Netzwerk sein kann. Um zu ermöglichen, daß das Endgerät 11 im Raum 1 mit den anderen mobilen oder tragbaren Endgeräten 11 in den jeweiligen weiteren Räumen kommuniziert, müssen die Antennenkeulen (Hauptkeulen) 12 des Antennensystems in Verbindung mit dem Endgerät im Raum 1 in allen Richtungen in bezug auf die weiteren mobilen oder tragbaren Endgeräte 11 in den anderen Räumen ausgerichtet sein.
Gemäß dem Aufbau, der in Fig. 1 gezeigt ist, ist es äußerst wahrscheinlich, daß die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Etagen eine große Wichtigkeit haben kann, insbesondere, wenn die verwendete Frequenz unterhalb von 10 GHz liegt. Der Aufbau in Fig. 1 kann ein lokales Kommunikationssystem mit einer hohen Datenrate sein. Aufgrund der äußerst komplexen Ausbreitungseigenschaften bei NLOS aufgrund der relativen großen Wanddämpfung und der beschränkten Übertragungsleistung hat die genaue Auswahl des Antennensystems eine große Wichtigkeit insbesondere dann, wenn sogenannte ISM-Bänder (Industrial, Scientific, Medical) mit beschränkter Übertragungsleistung in betracht gezogen werden. Aus einer einfachen theoretischen Betrachtung folgt, daß ein Antennengewinn von 7 bis 12 dB (gedruckte Antennen, 1 oder 2 Paare von gedruckten Strahlelementen) anstelle des Antennengewinns von 0-1 dB (klassische einpolige metallförmige Antennen) die Qualität der Kommunikation des drahtlosen Heim-Kommunikationssystems wesentlich verbessert kann, und eine größere Rückkopplung des Senders erlaubt, was notwendig ist, wenn spezielle Modulationsschemen, wie OFDM oder andere Ausbreitungsspektrums-Modulationsschemen verwendet werden.
Dadurch besteht ein Problem darin, wie das Heim-Antennensystem in Richtungen auszurichten ist, um beispielsweise den maximalen Systemgewinn zu erreichen. Der Versuch, elektrisch-abgetastete Antennen zu verwenden, ist theoretisch sehr attraktiv, wobei jedoch in der Praxis dieser Versuch eine optimale Lösung für Heim-Anwendungen nicht erreicht werden kann, da eine Menge von Strahlerelementen für ein gutes Abtasten erforderlich sind. Bei der Heim-Anwendung besteht die Möglichkeit, daß nicht genug Platz in bezug auf die ver wendete Wellenlänge vorhanden sein kann. Solche elektrische Abtastantennen gemäß dem Stand der Technik sind teuer und die Abtastwinkel sind sehr eingeschränkt.
Antennen für Heim-Kommunikationssysteme gemäß dem Stand der Technik sind üblicherweise einpolige Antennen, welche eine Vertikalpolarisation in allen Richtungen haben, oder sie basieren auf unterschiedlichen Mikrostreifen-Technologien mit planaren Anordnungen. Ein typisches Produkt, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist beispielsweise in einem Ankündigungsheft "The Suhner planar antenna wireless communication in the 1,7-2,5 GHz range" von Huber und Suhner AG, Radio Transmission Department, Herisau, Schweiz gezeigt. Diese bekannte 2, 4 GHz (ISM-Band) Planar-Antenne hat eine lineare und eine zirkuläre Polarisation.
Weiter wurden Funk-LAN-Antennen für 5,8 GHz (ISM-Band) vorgeschlagen. Beide vorgeschlagenen Antennen haben das gemeinsam, daß deren Abstrahlungszone fest ist, wenn die Antennen mechanisch an der Basisfläche angeschraubt oder anderweitig befestigt sind. Aufgrund der komplizierten Ausbreitungseigenschaften im Heimumfeld ist es jedoch schwierig, unmittelbar die optimale Richtung vorherzusagen, und es kann wünschenswert sein, eine Abstrahlung in einer speziellen Richtung vorzunehmen, d. h., in einem Zeitschlitz in einer Richtung zu einem Zielbenutzer in der oberen Etage, um in einem weiteren Zeitschlitz mit einem anderen Benutzer zu kommunizieren, der in einem der Räume in der Nachbarschaft vorhanden ist, der ein horizontales Abstrahlungsmuster erfordert.
Die US 5 642 122 offenbart Raumfahrzeugantennen und Keulensteuerungsverfahren für Satelliten-Kommunikationssysteme gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Gemäß einer Ausführungsform weist ein Satellit eine Matrix (Gruppe), die der Erde zugewandt ist, von hexagonalen Antennenseitenflächen auf, die zusammen längs ihrer Seiten zusammenarbeiten, um eine leicht-abgeflachte, halbkreisförmige Hülle zu bilden.
Die US 4 380 013 offenbart ein erweiterbares Feld.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antennen-Tragstruktur bereitzustellen, insbesondere um mehrere Planar-Antennen-Hilfssysteme zu tragen. Die bevorzugte Anwendung der vorgeschlagenen Antennen-Tragstruktur liegt auf dem Gebiet der drahtlosen Heim-Übertragungssysteme.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird folglich eine Antennen-Tragstruktur für zumindest drei Richtantennen-Hilfssysteme vorgeschlagen. Die Antenne-Tragstruktur weist dadurch zumindest vier Felder auf, die ausgebildet sind, jeweils eines der Antennen-Hilfssy steme zu tragen. Die Felder umfassen ein Hauptfeld sowie zumindest drei Sekundärfelder, die jeweils benachbart zum Hauptfeld angeordnet sind. Die Sekundärfelder sind durch Gelenke am Hauptfeld angebracht. Dadurch können die Hilfsfelder individuell in einem vorher festgelegten Winkel zum Hauptfeld eingestellt werden.
Das Hauptfeld kann in bezug auf einen Basispunkt der Antennen-Tragestruktur drehbar sein.
Das Antennen-Hilfssystem kann vorzugsweise Planar-Antennen-Gruppen aufweisen.
Außerdem kann die elektrische und/oder mechanische Einstelleinrichtung vorgesehen sein, um den Winkel zwischen einem der sekundären Felder und dem Hauptfeld entsprechend einzustellen und zu fixieren.
Eine Antennensteuereinheit kann dazu vorgesehen sein, um die elektrische Einstelleinrichtung zu steuern. Die mechanische Einstelleinrichtung kann für eine grobe Positionierung durch den Benutzer verwendet werden.
Das Hauptfeld kann ausgebildet sein, um ein Antennen-Hilfssystem zu tragen, beispielsweise eine planare Antennen-Hilfssystem-Gruppe.
Das Hauptfeld kann eine dreieckförmige Form haben, und eines der Hilfsfelder kann entsprechend auf einer der Seiten des Hauptfeldes angelenkt sein.
"Die Hilfsfelder können ebenfalls eine dreiecksförmige Form aufweisen.
Alternativ kann das Hauptfeld eine im wesentlichen rechteckige Form aufweisen.
Weiter können eine mechanische und/oder elektrische Drehantriebseinrichtung zum Einstellen und zum Fixieren des Drehwinkels des Hauptfelds in bezug auf den Basispunkt der Antennen-Tragestruktur vorgesehen sein.
Die Anlenkeinrichtung, die entsprechend ein Hilfsfeld mit dem Hauptfeld verbindet, kann so ausgebildet sein, um eine Übertragung für ein elektrisches Signal vom Hauptfeld eines jeden der Hilfsfelder bereitzustellen.
Antennen-Reflektoren können auf der Rückseite zumindest der Hilfsfelder vorgesehen sein.
Außerdem wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein drahtloses Heim-Kommunikationsnetzwerk für Hochfrequenzbänder bereitgestellt, wobei das drahtlose Heim-Kommunikationsnetz mehrere beispielsweise mobile Endgeräte aufweist, wobei jedes Endgerät mit einem Antennen-System verbunden ist, welches eine Antennen-Tragstruktur wie oben ausgeführt aufweist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung einer Antennen-Tragstruktur wie oben geschildert, wobei die Antenne einen Frequenzbereich von 5 bis 6 GHz abdeckt.
Die vorliegende Erfindung und weitere Merkmale und Vorteile werden nun mittels unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung und mit Hilfe der beigefügten Figuren erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Zelle eines drahtlosen Hochfrequenz-Heim-Kommunikationssystems als typische Anwendung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein allgemeines Erscheinungsbild der Antennen-Traganordnung in einer Ansicht von oben, die das Aussehen einer Pyramide hat, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 zeigt die allgemeine Ansicht einer Ansicht von oben einer Antennen-Traganordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine vierflächige Form hat;
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht einer Antennen-Tragstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht einer Antennen-Tragstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht von oben eines Antennen-Hilfssystems, welches bei der vorliegenden Erfindung eine Anwendung findet und welches mehrere Dipole aufweist, die in die gleiche Ebene gerichtet sind;
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils der Antennen-Hilfssystems, welches bei der vorliegenden Erfindung eine Anwendung findet und welches zwei Dipolelemente hat;
Fig. 8 zeigt allgemein eine andere gedruckte Antenne, welche zwei Breitband-Dipole hat und die ihre Anwendung bei der vorliegenden Erfindung findet; und
Fig. 9 zeigt allgemein eine noch weitere gedruckte Antenne, die einen Breitband- Dipol hat und welche ihre Anwendung bei der vorliegenden Erfindung findet.
Ein drahtloses Heimübertragungssystem (Kommunikationssystem) umfaßt beispielsweise vier oder mehrere Antennen-Hilfssysteme, welche in der Art von klassischen, Diversity-Antennensystemen adressiert werden können (beispielsweise kann die höchste HF- Signalfeldstärke ein Kriterium sein, um von einem Antennen-Hilfssystem auf das andere umzuschalten). Außerdem können gemäß der vorliegenden Erfindung kleine Adaptiv-Antennen (wobei zusätzliche Flächenschieber in der HF-Kette und den HF-Kombinationsschaltungen verwendet werden) oder intelligente Antennen (wobei Basisbandverarbeitung von unterschiedlichen Kanälen und Basisband-Kombination verwendet wird) verwendet werden, um dadurch für eine kleine Keulenabtastung zu sorgen. Schließlich kann gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Benutzer in den unterschiedlichen Richtungen in unterschiedlichen Zeitschlitzen zugegriffen werden, oder es können alle Benutzer ausgewählt werden, um auf diese in unterschiedlichen Richtungen im gleichen Zeitschlitz zuzugreifen (beispielsweise wird das komplette Videoprogramm mittels des drahtlosen Übertragungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung in der oberen Etage und im rechten Raum und im vorderen Raum der Wohnung übertragen, was bedeutet, daß das Videoprogramm nicht gerichtet abgestrahlt wird).
Das "Antennen-Hilfssystem" im Sinne der vorliegenden Erfindung kann als System definiert werden, welches mehrere Antennenelemente hat, mit einem oder mehreren Strahlerelementen mit mehreren Polarisationen oder mit oder ohne elektrische Abtasteinrichtung. Ein Antennen-Hilfssystem kann als typisches Beispiel ein planarer Antennenfleck sein.
Wenn man die obigen Begriffe in betracht zieht, kann man sehen, daß die Verwendung einer Rundstrahlantenne, wie diese aus dem Stand der Technik bekannt ist, zu einer Verschwendung der abgestrahlten Energie führen und außerdem unerwünschte Multipfadeffekte vergrößern würde sowie einen höheren Abwehrmechanismus (Unterdrückungsmechanismus) zur Folge haben würde.
Mit Hilfe von Fig. 2 bis 5 werden nun verschiedene Ausführungsformen der Antennen-Tragstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
Wie man aus Fig. 2 erkennen kann, weist eine Antennen-Tragstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere Felder 3, 4 auf. Ein zentrales Hauptfeld 3 ist vorgesehen, welches die statische Seite der Antennen-Traganordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der Ausführungsform von Fig. 2 hat das zentrale Hauptfeld 3 der Antennen-Tragstruktur eine im wesentlichen quadratische Form. Auf jeder Umfangsseite des Hauptfelds 3 ist jeweils ein bewegbares Sekundärfeld 4 angebracht. Die Verbindung zwischen dem jeweiligen einen der mehreren bewegbaren Sekundärfelder 4 und dem zentralen Hauptfeld 3 wird mittels eines Gelenks oder einer Dreheinrichtung 5 bewirkt. Mittels des Gelenks 5 können die Sekundärfelder 4 einen beliebigen Winkel in bezug auf das Hauptfeld 3 annehmen. Der Winkel zwischen jeweils einem der Sekundärfelder 4 und dem Hauptfeld 3 kann eingestellt werden und dann fixiert werden.
Bei der Ausführungsform von Fig. 2 weisen die Sekundärfelder 4 eine im wesentlichen dreiecksförmige Form auf, wobei der äußere Rand 15 der dreiecksförmigen Sekundär felder 4 abgetrennt sein kann. Wie später mit Hilfe von Fig. 4 und 5 erläutert wird, kann ein Drehstumpf 14 am Hauptfeld 3 angebracht sein, wobei der Drehstumpf 14, der für einen Drehfreiheitsgrad des Hauptfelds 3 bereitgestellt wird und daher für die gesamte Antennen- Tragstruktur, auf einer Basisstruktur der Antennen-Tragestruktur 1 befestigt ist, beispielsweise auf einer Wand, einer Decke oder dem Boden eines Raums.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie man aus der Fig. 3 erkennen kann, liegt der wesentliche Unterschied zwischen der Ausrührungsform von Fig. 3 und 2 in der geometrischen Form des Hauptfelds 3. Gemäß der Ausführungsform von Fig. 3 hat das Hauptfeld 3 eine dreieckige Form, und daher sind die drei dreieckförmigen Sekundärfelder 4 durch Gelenke 5 an einer Seite des dreieckförmigen Hauptfelds 3 angebracht.
Bei der Ausführungsform von Fig. 2 ist entsprechend ein gerichtetes (planares) Antennen-Hilfssystem 2 durch ein Sekundärfeld 4 angeordnet. In Fig. 3 ist entsprechend ein planares Antennen-Hilfssystem 2 durch ein Sekundärfeld 4 angeordnet, wobei jedoch bei der Ausführungsform von Fig. 3 ein planares Antennen-Hilfssystem 2 der oberen Fläche des Hauptfelds 3 hinzugefügt ist.
Auch in dem Fall nach der Ausführungsform gemäß Fig. 3 können die äußeren Ecken der Sekundärfelder 4 abgetrennt werden, um die Außenabmessungen der Antennen- Tragestruktur zu vermindern.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es sind zwei Sekundärfelder 4 dargestellt, welche durch Gelenke 5 am Hauptfeld 3 angebracht sind. Entsprechend ist ein planares Antennen-Hilfssystem 2 an der oberen Fläche von entsprechend einem der Sekundärfelder 4 angebracht. Die Strahlungskeulen (Hauptkeulen) der planaren Antennen-Hilfssysteme 2 sind mit den Bezugszeichen 12 angedeutet. Die Winkel zwischen entsprechend einem der Sekundärfelder 4 und dem zentralen Hauptfeld 3 können auf die gewünschte Position eingestellt werden und durch eine elektrische Einstelleinrichtung 7 fixiert werden, die beispielsweise ein Elektromotor 7 sein kann. Als Alternative kann eine zusätzliche mechanische Befestigungseinrichtung vorgesehen sein.
Daher kann die Richtung der Strahlungskeulen (Hauptkeulen) 12 der Richtantennen-Hilfssysteme 2 in jeder gewünschten Richtung ausgerichtet werden.
Auf der Rückseite jeder der Sekundärfelder 3 und dem Hauptfeld 4 ist ein reservierter Raum 13 für HF-Eingangsverstärker und/oder Antennen-Reflektoren und/oder Kabeln und Verbinder vorgesehen.
Die Gelenke 5 können außerdem als Übertragungseinrichtung zur elektrischen Kommunikation dienen, wie beispielsweise für Basisbandsignale von den Antennen-Hilfssystemen 2, für HF-Signale, für die Vorspannung, mittels mehrerer Übertragungsleitungen usw. zwischen dem Vorverstärker auf der Rückseite 13 der Hilfsfelder 4 und dem Hauptfeld 4 der Antennen-Tragstruktur 1.
Die Positionen (Winkel) der Sekundärfelder 4 können daher mechanisch und/oder elektrisch eingestellt und in einer gewünschten Position fixiert werden, wobei die Einstellung und das Fixieren automatisch durch eine Antennensteuereinheit gesteuert werden kann, die als CPU 8 in Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Das Hauptfeld 3 und daher die gesamte Antennen-Tragstruktur wird durch einen Drehstumpf 14 gelagert, der auf einem seiner Enden das Hauptfeld 3 trägt und der auf dem anderen seiner Enden an der Basis 6 der Antennen-Tragstruktur, beispielsweise an der Wand eines Raums angebracht ist. Der Drehstumpf 14 kann in bezug auf die Basis 6 beispielsweise mittels eines Elektromotors 9 gedreht werden. Dieser Elektromotor 9 kann ebenfalls durch die Antennensteuereinheit (CPU) 8 gesteuert werden. Daher kann die gesamte Antennen-Tragstruktur um die Hauptachse des Drehstumpfes 14 gedreht werden. Die Drehung (Winkel) der gesamten Antennen-Tragstruktur kann daher mechanisch und/oder elektrisch eingestellt und in einer gewünschten Position fixiert werden, wobei das Einstellen und die Fixierung automatisch durch die Antennensteuereinheit (CPU) 8 gesteuert werden kann.
Fig. 5 zeigt die Ausführungsform von Fig. 4, bei der die Winkel zwischen einem Sekundärfeld 4 und dem Hauptfeld 3 in einer anderen Weise eingestellt und fixiert sind, um so ein anderes Antennen-Strahlungsmuster bereitzustellen, welches durch die Richtung der Keulen 12 des Planar-Antennen-Hilfssystems 2 definiert ist, das entsprechend durch eines der Sekundärfelder 4 gelagert sind.
Anschließend wird ein Antennentyp erläutert, der vorzugsweise in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Art einer Richt-Planar-Antenne beschränkt.
Fig. 6 zeigt eine schematische obere Ansicht einer Antenne 102 mit einer Projektion von Metallstreifen 107 und mehreren Dipolen 104 von einer Vorderseite 102 und einer Rückseite 103 der dielektrischen Substrateinrichtung 101 in einer gemeinsamen Ebene. Bei der Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung sind die ersten Elemente 105 der Dipoleinrichtung 104 auf der vorderen Seite 102 des dielektrischen Substrats 101 aufgedruckt, und die zweiten Elemente 106 der Dipoleinrichtung 104 sind auf der Rückseite 103 des dielektrischen Substrats 101 aufgedruckt. Die ersten Elemente 105 sind miteinander über eine erste Leitung 108 verbunden, die durch die vordere Seite 102 gelagert ist, um Signale zu und von den ersten Elementen 105 zu liefern. Die zweiten Elemente 106 sind miteinander über eine zweite Leitung 109 gekoppelt, die durch die Rückseite 103 gelagert ist, um Signale zu und von den zweiten Elementen 106 zu liefern.
Bei dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel haben die erste Leitung 108 und die zweite Leitung 109, die die Metallstreifeneinrichtung 107 bilden, eine erdsymmetrische Mikrostreifenstruktur und sind mit einem Hohlleiterübergangselement 112 in der Nähe des Randes der Dipol-Antenne 102 verbunden, um einen Übergang zwischen den erdsymmetrischen Leitungen 108 und 109 zu einem Hohlleiter bereitzustellen, der die Signale, liefert, die durch die Dipoleinrichtung 104 abgestrahlt werden sollen. Das Hohlleiterübergangselement 112 besteht aus zwei Teilen, welche jede der Leitungen 108 und 109 mit einem Hohlleiter verbindet. Jedes der beiden Teile des Hohlleiterübergangselements 112 umfaßt mehrere Zahnelemente, welche senkrecht zur Richtung der Leitungen 108, 109 auf der Vorderseite 102 bzw. auf der Rückseite 103 angeordnet sind. Es sei angemerkt, daß zukünftige kommerzielle Kommunikationssysteme in den Mikrowellen- und Millimeterwellenbereichen auf der Basis der Planartechnologie basieren werden, so daß andere Arten von Übertragungselementen benötigt werden.
In Fig. 6 spalten sich die erste Leitung 108 und die zweite Leitung 109, die auf der Vorderseite 102 bzw. auf der Rückseite 103 gedruckt sind, jeweils in zwei Zweige mittels einer T-Verbindung 115 auf, die ungefähr in der Mitte der Dipol-Antenne angeordnet ist. Von dieser ersten T-Verbindung 115, welche ungefähr in der Mitte der Dipol-Antenne angeordnet ist, spalten nachfolgende T-Verbindungen 1115, die entsprechend rechwinklig zueinander angeordnet sind, die erste Leitung 108 und die zweite Leitung 109 in entsprechende mehrere erste Leitungsteile 113 und zweite Leitungsteile 114 auf. Jedes Leitungsteil 113 verbindet zwei benachbarte T-Verbindungen 115, und jedes zweite Leitungsteil 114 verbindet ebenfalls zwei benachbarte T-Verbindungen 115.
Wie man aus Fig. 6 erkennen kann, ist die Struktur der ersten und der zweiten Leitungsteile 113, 114 und der nachfolgenden T-Verbindungen 115 für die beiden Zweige symmetrisch. Außerdem sind entsprechend benachbarte erste und zweite Leitungsteile 113 und 114 zueinander rechwinkelig. Nach den letzten T-Verbindungen 115 führen entsprechende Endteile der ersten Leitung 108 und der zweiten Leitung 109 in die Dipoleinrichtung 104. Jede Dipoleinrichtung 104 umfaßt ein erstes und ein zweites Element 105, 106, um elektro-magnetische Signale, welche durch die erste Leitung 108 und die zweite Leitung 109 übertragen werden, abzustrahlen und zu empfangen. Die ersten Elemente 105 sind auf der Vorderseite 102 des dielektrischen Substrats 101 gedruckt, und die zweiten Elemente 106 sind auf der Rückseite 103 des elektrischen Substrats 101 gedruckt. Die ersten und die zweiten Elemente 105, 106 erstrecken sich allgemein senkrecht zum ersten oder zweiten Leitungsteil 113, 114, mit dem sie verbunden sind. Außerdem zeigen die ersten Elemente 105 in eine erste Richtung, und die zweiten Elemente 106 zeigen in eine zweite Richtung, die entgegengesetzt zu dieser ersten Richtung ist, wie man aus Fig. 6 ersehen kann.
Die bevorzugte Form der ersten und der zweiten Elemente 105 und 106 ist eine pentagonale Form. Wie man weiter in Fig. 6 ersehen kann, sind die ersten Leitungsteile 113 und die zweiten Leitungsteile 114 zwischen benachbarten T-Verbindungen 115 abgeschrägt, um eine Impedanztransformation in der nachfolgenden T-Verbindung bereitzustellen, die in der Richtung der Dipoleinrichtung 104 angeordnet ist. Die ersten und die zweiten Leitungsteile 113, 114 sind abgeschrägt, so daß die Breite jedes Leitungsteils 113, 114 in Richtung auf die ersten und die zweiten Elemente ansteigt.
In Fig. 7 ist die schematische perspektivische Ansicht eines Teils der Antenne, die in Fig. 6 gezeigt ist, die zwei Dipole aufweist, gezeigt. Die Antenne weist ein Substrat 101 auf, welches eine Vorderseite 102 und eine Rückseite 103 aufweist. Die ersten Elemente 105 sind auf der Vorderseite 102 gedruckt, und die zweiten Elemente 106 sind auf der Rückseite 103 gedruckt. Außerdem sind die ersten Leitungen 108 auf der Vorderseite 102 gedruckt, und die zweiten Leitungen 109 sind auf der Rückseite 103 gedruckt. In Fig. 7 sind lediglich zwei Dipoleinrichtungen 104 gezeigt, zu denen die erste und die zweite Leitung 108, 109 geführt sind. Die T-Verbindung 115 zwischen den beiden Dipoleinrichtungen 104 wird durch ein erstes Leitungsteil 113 auf der Vorderseite 102 und ein zweites Leitungsteil 114 auf der Rückseite 103 versorgt. Das erste und das zweite Leitungsteil 113, 114 sind mit einer ansteigenden Breite in Richtung auf die Poleinrichtung 104 abgeschrägt. Das Abschrägen liefert einen Impedanzübergang von 100 Ω am engen Teil des ersten und des zweiten Leitungsteils 1113, 114 bis zu 50 Q am großen Teil des ersten und des zweiten Leitungsteils 113, 114. An der T-Verbindung sind das erste und das zweite Leitungsteil 113, 114 in die nicht-abgeschrägten Endteile der ersten und der zweiten Leitung 108, 109, die zur Dipoleinrichtung 104 führen, aufgespalten. Das verlustarme Material 111 zwischen dem dielektrischen Substrat 101 und der Reflektoreinrichtung 110 wird so gewählt, daß dieses Minimalverluste und eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 1,2 hat.
Bei dem gezeigten Beispiel bildet das verlustarme Material 111 eine Tragstruktur, welche die Reflektoreinrichtung 110 und das dielektrische Substrat auf deren Rückseite 103 trägt. Bei anderen Ausführungsformen kann das verlustarme Material 110 Luft sein, so daß ein freier Zwischenraum zwischen dem dielektrischen Substrat 101 und der Reflektoreinrichtung 110 existiert. Es ist vorteilhaft, daß das verlustarme Material Polyurethan-Schaum ist. Das verlustarme Material kann jedoch jegliches andere Material sein mit einer Dielektrizitätskonstanten von weniger als 1, 2. Durch eine Variation des verlustarmen Materials 111 kann die Dicke der Antenne beeinflußt werden. In Fig. 7 sind die gestrichelten Linien dazu verwendet, um das zweite Element 106 und die zweite Leitung 109 zu zeigen, die auf der Rückseite 103 des dielektrischen Substrats 1 gedruckt sind.
Fig. 8 zeigt eine weitere gedruckte Planar-Antenne, die bei der vorliegenden Erfindung eine Anwendung finden kann. Fig. 8 zeigt ein Antennen-Hilfssystem, welches zwei Breitbanddipole 22, 22' bzw. 23, 23' aufweist. Das Antennen-Hilfssystem, welches in Fig. 8 gezeigt ist, kann einen Frequenzbereich von beispielsweise 5 bis GHz abdecken. Wie schon oben erläutert wurde, wird die gedruckte Antenne mittels einer erdsymmetrischen Mikrostreifen-Verjüngung beliefert. Außerdem ist eine Reflektorebene 20, die aus einem Metall hergestellt ist, vorgesehen.
Fig. 9 zeigt eine weitere Lösung einer gedruckten Antenne, die bei der vorliegenden Erfindung Anwendung finden kann. Die in Fig. 9 gezeigte Antenne ist ein Antennen- Hilfssystem, welche einen Breitbanddipol 22, 22' hat und vorzugsweise den interessierenden Frequenzbereich von 5 bis 6 GHz (ISM-Band) abdeckt.
Bei den Ausführungsformen der Antenne, wie diese in Fig. 8 und 9 gezeigt sind, ist ein Pol der Dipole 22, 22' bzw. 23, 23' auf der Vorderseite gedruckt und der entsprechende andere Pol ist auf der Rückseite gedruckt.
Die Antennen-Tragstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt daher die Erfordernisse, die im einleitenden Teil der Beschreibung festgelegt sind. Die Flexibilität und die Annäherung für die Benutzerorientierung macht die Erfindung im Vergleich zu Antennen- Tragstrukturkonzepten gemäß dem Stand der Technik vorteilhaft. Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Fähigkeit, die Antennenabstrahlrichtung zu wählen, wobei in einfacher Weise die verfügbaren Übertragungsquellen auf der Basis der Umgebungszustände mechanisch oder elektrisch/elektronisch eingestellt und optimiert werden, beispielsweise der Ausblick des Bereichs, der abzudecken ist, wobei die Möglichkeit einer Optimierung auch für die obere und untere Etage vorgesehen ist.
Wie man aus Fig. 4 und 5 sehen kann, kann der Körper der Antennen-Tragstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung eingestellt werden, beispielsweise zu einem Kubus, wo die Antennen-Hilfssysteme 2 auf vier Seiten angeordnet sind und daher einen Winkel von 90º in bezug zueinander annehmen.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf drei oder vier Sekundärfelder erläutert wurde, soll es verstanden werden, daß sie Betriebszustände von entsprechenden Antennen in betracht zieht, bei denen sogar eine höhere Anzahl von Sekundärfeldern und Antennen- Hilfssystemen vorteilhaft sein kann.

Claims

1. Antennen-Tragstruktur für zumindest drei Richtantennen-Hilfssysteme (2), wobei die Antennen-Tragstruktur (1) zumindest vier Felder (3, 4) aufweist, die ausgebildet sind, entsprechend eines der Antennen-Hilfssysteme (2) zu lagern, wobei die Felder (3, 4) aufweisen:

- ein Hauptfeld (3),

- zumindest drei Sekundärfelder (4), die jeweils benachbart zum Hauptfeld (3) sind, wobei die Sekundärfelder (4) entsprechend durch Gelenke (5) am Hauptfeld (3) so angebracht sind, daß die Sekundärfelder (4) individuell in einem vorher festgelegten Winkel zum Hauptfeld (3) eingestellt werden können,

dadurch gekennzeichnet, daß

zumindest ein HF-Eingangsverstärker auf der Rückseite (1) von zumindest einem Feld (3, 4) angeordnet ist.

2. Antennen-Tragstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fixiereinrichtung (14) am Hauptfeld (3) so angebracht ist, daß das Hauptfeld (3) in bezug auf die Basisstruktur der Antennen-Tragstruktur (l) drehbar ist.

3. Antennen-Tragstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen-Hilfssysteme Planarantennen- Gruppen (2) sind, die zumindest einen Fleck aufweisen.

4. Antennen-Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine elektrische und/oder mechanische Einstelleinrichtung (7), die ausgebildet ist, den Winkel zwischen einem der Sekundärfelder (4) und dem Hauptfeld (3) entsprechend einzustellen und zu fixieren.

5. Antennen-Tragstruktur nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Antennensteuereinheit (8), welche die elektrische Einstelleinrichtung (7) steuert.

6. Antennen-Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptfeld (3) ausgebildet ist, das Antennen-Hilfssystem (2) zu tragen.

7. Antennen-Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptfeld (3) eine dreiecksförmige Form aufweist und ein Sekundärfeld (4) entsprechend an einer der Seiten des Hauptfelds angelenkt ist.

8. Antennen-Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärfelder (4) eine dreiecksförmige Form aufweisen.

9. Antennen-Tragstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptfeld (3) eine im wesentlichen recheckige Form aufweist.

10. Antennen-Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mechanische und/oder elektrische Drehantriebsemrichtung (9), um den Drehwinkel des Hauptfelds (3) in bezug auf den Basispunkt (6) der Antennen-Tragstruktur (1) einzustellen und zu fixieren.

11. Antennen-Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk (5) ausgebildet ist, für eine Übertragung von elektrischen Signalen vom Hauptfeld (3) zu jedem der Sekundärfelder (4) zu sorgen.

12. Antennen-Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Antennen-Reflektoren (13) und/oder einem Raum für eine HF-Schaltung auf der Rückseite von zumindest der Sekundärfelder (4).

13. Drahtloses Heim-Kommunikationsnetzwerk mit zumindest zwei Endgeräten (11), wobei jedes Endgerät (11) mit einem Antennensystem verbunden ist, welches eine Antennen-Tragstruktur (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

14. Verwendung einer Antennen-Tragstruktur gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche für Antennen, die einen Frequenzbereich von 5 bis 6 GHz abdecken.