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EP3333971B1 - Dipolstrahlermodul - Google Patents

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Publication number
EP3333971B1
EP3333971B1 EP17188199.8A EP17188199A EP3333971B1 EP 3333971 B1 EP3333971 B1 EP 3333971B1 EP 17188199 A EP17188199 A EP 17188199A EP 3333971 B1 EP3333971 B1 EP 3333971B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dipole
radiator
components
legs
another
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Not-in-force
Application number
EP17188199.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3333971A1 (de
Inventor
Markus Quitt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Original Assignee
Kathrein SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kathrein SE filed Critical Kathrein SE
Publication of EP3333971A1 publication Critical patent/EP3333971A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3333971B1 publication Critical patent/EP3333971B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/062—Two dimensional planar arrays using dipole aerials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
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    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
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    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H01Q5/335—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors at the feed, e.g. for impedance matching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/48—Combinations of two or more dipole type antennas
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • H01Q9/285—Planar dipole
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/001—Crossed polarisation dual antennas

Definitions

  • the invention relates to a dipole radiator module.
  • a solution to the problem may be that the antennas are designed only for certain frequency bands, i. be designed separately for each mobile market.
  • the reflector is in a casting process, in a deep-drawing or embossing process, or in a milling process, preferably with its two longitudinal side boundaries and preferably provided with at least one end-side transverse side boundary, and at least one additional integrated functional part is provided on the reflector, which is also produced in a casting, in a deep-drawing or embossing or in a milling process.
  • dipole radiators are in the patent application filed by Kathrein-Werke KG US 2007/0080883 A1 which provides a dual polarized dipole radiator which radiates in two planes of polarization perpendicular or substantially perpendicular to each other and is formed as a quadrilateral dipole square and each side between two vertices comprises two dipole components oriented in axial extension at least approximately in plan view.
  • the planes of polarization each pass through an opposing pair of vertices, and two dipole components converging to a common vertex are held by two feed arms and electrically energized at a feed point provided at the respective dipole component opposite the associated corner.
  • each at least substantially perpendicular Feed arms extending to the associated dipole component are each connected to a support section extending transversely and preferably perpendicularly to the plane of the radiating plane E, with two adjacent support sections each forming a symmetrization with a slot between them.
  • the dual polarized Dipolstrahler is made of a band and / or sheet material, in particular a metal sheet, and formed integrally, wherein the individual portions of the dual polarized Dipolstrahlers including the dipole components, the feed arms, the symmetrization forming support sections and an associated the support sections connecting base by bending and / or Kant and / or fold lines are connected to each other, which are introduced into the plate-shaped starting material.
  • dipole radiators are in the utility model filed by Kathrein-Werke KG DE 202005015708 U1 discloses which provides a dipole-shaped radiator arrangement, wherein the dipole radiator arrangement comprises at least one radiator with at least two radiator halves, via which the dipole radiator arrangement is operated in at least one polarization plane, and the at least two radiator halves are arranged above a carrier in front of an electrically conductive reflector and / or held, wherein a base or a base of the carrier is arranged and / or held directly or indirectly on the reflector.
  • the at least one radiator is fed via at least one signal line.
  • a dipole antenna having a base board and a dipole board, first and second pairs of dipoles positioned in front of the base board and on a front side of the dipole board and arranged around a central area.
  • a first supply line is provided extending from the base board to the dipoles and at a first connection positioned in front of the base board into a first pair of feed probes, each of which is connected to a respective one of the first pair of feed probes Dipoles coupled, splits.
  • a second supply line is provided extending from the base board to the dipoles and at a second connection positioned in front of the base board into a second pair of feed probes, each of which is connected to a respective one of the second pair of feed probes Dipoles coupled, splits.
  • a first supply board is provided, on which the first supply line and first connection are arranged, and a second supply board, which intersects with the first supply board, and on which the second supply line and second connection are arranged the first and second pairs of delivery probes are disposed on the respective supply boards and coupled to the respective dipoles, the first supply board and the second supply board extending from the base board and supporting the dipole board.
  • GB patent application GB 2 517 735 A discloses a dual polarized antenna comprising a feed arrangement carrying a radiating arrangement over a reflective conductive plate.
  • the radiating arrangement comprises two crossed dipoles having four outer conductors formed in the shape of a circle or polygon and connecting the dipole arms together.
  • Each of the dipole arms has two equal-length V-shaped branch elements which are connected to each other at the signal supply line connection points with the arm. The distance between the arms and branch elements increases starting at the feeder connection points towards the outer conductors.
  • Each of the outer conductors has a central portion connecting branch elements of adjacent dipole arms and two end portions respectively disposed between the branch elements of different adjacent dipole arms and forming a capacitive coupling with the end portions of other adjacent outer conductors.
  • the said end portions are separated by a gap.
  • the feeder assembly includes two feeders that form two vertical baloons.
  • the antenna provides a compact, broadband, multi-resonant mode line pattern whose size and shape can be adjusted for tuning and impedance matching and good isolation characteristics.
  • CN 103 972 663 A discloses a dual polarization broadband radiation element having an equalizer and four dipole units carried by the equalizer.
  • Each of the dipole units includes a pair of oscillator arms with the oscillator arms of the dipole units disposed adjacent to form a radiation surface in an ambient mode, and the length of each oscillator arm is 0.4-0.45 times that of a frequency unit wavelength unit.
  • the invention further discloses a mobile communication antenna employing one or more dual polarization broadband radiating elements. According to the broadband double polarization radiating element if the physical dimension is reduced, the bandwidth is extended and the convergence of horizontal plane rays is good.
  • a dipole radiator module comprising a first dipole radiator comprising a first dipole having associated first and second half dipole halves and a second dipole having associated third and fourth half dipole halves, each comprising associated half dipole components, and a dipole cast adapted to the first dipole radiator is proposed to wear.
  • Two first half dipole components of the second half dipole half of the first dipole and the third half dipole half of the second dipole form a first bottom of the first dipole radiator, and two second half dipole components of the second half dipole half of the first dipole and the third half dipole half of the second dipole are perpendicular to one the two first half dipole components.
  • open regions are arranged with first legs spaced from each other and associated with each of the first and second half-dipole components, the first legs having a first length respectively.
  • Two third half dipole components of the first half dipole half of the first dipole and the fourth half dipole half of the second dipole form a first top side of the first dipole radiator.
  • Two fourth half dipole components of the first half dipole half of the first dipole and the fourth half dipole half of the second dipole are each perpendicular to one of the two third half dipole components.
  • the dipole radiator module has a second dipole radiator, comprising a third dipole having associated first and second half-dipole halves and a fourth dipole having associated third and fourth half-dipole halves, each comprising associated semi-dipole components, and comprising a dipole nut adapted to support the second dipole radiator.
  • Two fifth half dipole components of the second half dipole half of the third dipole and the third half dipole half of the fourth dipole form a second bottom side of the second dipole radiator.
  • Two sixth half-dipole components of the second half-dipole half of the third dipole and the third half-dipole half of the fourth dipole are each perpendicular to one of the two fifth half-dipole components, each perpendicular to each other at the ends of respective outer corner regions of the respective fifth and sixth half-dipole elements Components are conductively connected to each other.
  • Two seventh half dipole components of the first half dipole half of the third dipole and the fourth half dipole half of the fourth dipole form a second top side of the second dipole radiator.
  • Two eighth semi-dipole components of the first half dipole half of the third dipole and the fourth half dipole half of the fourth dipole are each perpendicular to one of the two seventh half dipole components.
  • At the ends perpendicular to each other at respective outer corner regions of the respective mutually perpendicular seventh and eighth Halbdipol components open areas are arranged with each of the seventh and eighth Halbdipol components associated spaced apart third legs, said third leg having a third length respectively.
  • the first length is shorter than the second length and / or the first length corresponds to the third length.
  • the first length is between 0.01 ⁇ m and 0.2 ⁇ m, where ⁇ is the wavelength of the frequency range of the respective dipole and m is the center frequency of the frequency range of the respective dipole. The length of the openings influences the tracking very much.
  • the first legs overlap each other at a predetermined distance from each other
  • the second legs overlap each other at a predetermined distance from each other
  • the third legs overlap each other at a predetermined distance from each other.
  • first legs, the second legs and the third legs each in the direction of the associated inner conductor of the first or second dipole radiator. In one embodiment, the first legs, the second legs, and the third legs overlap such that they are substantially parallel to each other.
  • the first dipole radiator and the second dipole radiator each comprise a balancing arranged on each side of the dipole base, a length of the balancing being between 0.12 Am to 0.25 Am, where A is the wavelength of the frequency range of the respective dipole and m Center frequency of the frequency range is the frequency range of the respective dipole. Symmetrization is responsible for compensating sheath waves. In the claimed embodiment, the balancing shifts the unwanted cladding waves to an unused frequency range, here outside of 2.7 GHz.
  • a dipole radiator module comprising a described first dipole radiator and a described second dipole radiator, wherein the first and second dipole radiators have the same shape and size and the second bottom surface of the first second dipole radiator faces the first top surface of the first dipole radiator second dipole radiator is disposed above the first dipole radiator.
  • an array comprising at least two described dipole radiator modules for arrangement in an antenna, wherein the at least two dipole radiator modules are arranged vertically above one another or horizontally with respect to one another, the second dipole radiator being arranged above the first dipole radiator such that the second underside of the second dipole radiator facing the first top of the first dipole radiator.
  • the first underside of the first dipole radiator points in the direction of the terminals of the antenna.
  • the entire frequency band currently used (and eventually, if necessary, with modifications, also later) can be covered.
  • the problem of a too narrow half-width in the upper frequency band or poor tracking is solved because the half-width can be adjusted by the approximately equal half width of the first and second dipole radiator depending on the desired frequency band and the tracking is improved by the special geometry.
  • FIGS. 1 and 2 2 show views of dipole square first and second dipole radiators 1 and 2 of a dipole radiator module according to an embodiment of the present invention.
  • the following description of the same components applies to both dipole radiators 1 and 2. Only in the case of deviations, reference is made separately to one of the two dipole radiators 1 or 2.
  • a dipole radiator formed, for example, as a dipole square comprises 1 or 2, as in FIG FIGS. 1 and 2 shown, two dipoles with associated Halbdipolhcrun or dipole halves 1a '+ 1b' and 1 "a + 1" b or 2a '+ 2b' and 2 "a + 2" b, which in turn in Halbdipol components 110a, 110b, 111a , 111b, 112a, 112b, 113a, 113b; 210a, 210b, 211a, 211b, 212a, 212b, 213a, 213b are divisible.
  • the semi-dipole components or at least their extensions intersect in their outer corner region 10-13; 20-23.
  • the dipole radiators 1 and 2 shown each act like a dipole radiating with a polarization of ⁇ 45 °.
  • the dipole radiators 1 and 2 are each formed by an electric dipole with associated Halbdipolhworthn or dipole halves 1'a and 1'b and a perpendicular thereto second dipole with associated Halbdipolhnet or dipole halves 1 "a and 1" b.
  • each of the two dipoles of the first radiator comprises respective half dipole halves or dipole halves 1'a and 1'b for the first dipole and the half dipole halves or dipole halves 1 "a and 1" b for the second dipole.
  • the dipole half 1'a is formed by two mutually perpendicular half-dipole components 110b and 111a.
  • the dipole half 1'b is formed by two mutually perpendicular semi-dipole components 112b and 113a.
  • the dipole half 1 "a is formed by two mutually perpendicular half-dipole components 110a and 113b
  • the dipole half 1" b is formed by two mutually perpendicular semi-dipole components 111b and 112a.
  • all semi-dipole components 110b and 111a, 111b and 112a, 112b and 113a, 113b and 110a terminate at their respective ends at right angles to each other at their respective outer corner regions 10 to 13 at a distance from each other. They form inwardly, i. in the direction of the inner conductor 5, pointing to each other spaced legs 10a, 10b, 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b at their respective outer corner regions 10 to 13.
  • the distance between the legs to each other is to be selected such that the legs of a capacitive and no galvanic coupling can be made with each other.
  • the two half dipole components 113a and 113b form the first bottom U1 (in plan view) of the first dipole radiator 1, and the two half dipole components 111a and 111b form the first top O1 (in plan view) of the first dipole radiator 1.
  • each of the two dipoles 2'a + 2'b and 2 "a + 2" b of the second dipole radiator 2 respectively has associated dipole halves 2 '. a and 2'b and dipole halves 2 "a and 2" b, as in FIG. 2 shown.
  • the dipole half 2'a is formed by two mutually perpendicular half-dipole components 210b and 211a.
  • the dipole half 2'b is formed by two mutually perpendicular semi-dipole components 212b and 213a.
  • the dipole half 2 "a is formed by two mutually perpendicular semi-dipole components 210 a and 213b formed.
  • the dipole half 2 "b is formed by two mutually perpendicular semi-dipole components 211b and 212a.
  • two semi-dipole components 210b and 211a, 211b and 212a terminate at their respective ends perpendicular to one another at the respective outer corner regions 20 and 21 at a distance from one another. They form inwardly, i. in the direction of the inner conductor 5, pointing to each other spaced legs 20a, 20b, 21a, 21b at the respective outer corner regions 20 and 21.
  • the distance between the legs to each other is to be chosen such that the legs can make a capacitive and no galvanic coupling with each other.
  • Two other semi-dipole components 212b and 213a, 213b and 210a are electrically conductively connected to one another at their corner regions 22 and 23.
  • the two semi-dipole components 212b and 213a, 213b and 210a are formed, for example, in one piece during manufacture. However, they may also be interconnected by other methods of making a fixed connection, e.g. by soldering, welding or other mechanical connections.
  • the two half dipole components 213a and 213b which are electrically connected to their respective half dipole components 210a and 212b, form the second bottom U2 (in plan view) of the second dipole radiator 2 and the two half dipole components 211a and 211b form the second top side 02 (in plan view) of the second dipole radiator 2.
  • the two semi-dipole components 113a and 113b which form the first underside U1 of the first dipole radiator 1, each have at their corner regions 12 and 13 legs 12a, 12b, 13a, 13b which have the same first length L1 as possible
  • the two semi-dipole components 111a and 111b which form the first upper side O1 of the first dipole radiator 1, respectively at their corner regions 10 and 11 legs 10a, 10b, 11a, 11b, which have as possible the same second length L2.
  • the first length L1 differs from the second length L2 in such a way that the first length L1 is shorter than the second length L2, preferably by 30% to 50%.
  • the first length L1 may be the same as the second length L2 are within a range of 0.01 to 0.2 Am, where ⁇ denotes the wavelength of the frequency range of the respective dipole and m denotes the center frequency of the frequency range of the respective dipole. It is important that the first length L1 is shorter than the second length L2. The exact ratio depends on the application and can either be calculated or determined by experiments by a person skilled in the art.
  • the two Halbdipol components 211a and 211b which form the second top 02 of the second dipole radiator 2, respectively at their corner regions 20 and 21 legs 20a, 20b, 21a, 21b, which have as possible the same third length L3 , wherein this third length L3 preferably corresponds to the first length L1 of the legs 12a, 12b, 13a, 13b of the first dipole radiator 1.
  • the distance between the legs is to be selected in such a way that the legs can make a capacitive and not a galvanic coupling with each other.
  • the open corner regions 10 to 13 and 20 and 21 can also be opened in a different manner, ie not connected to one another, as shown in FIGS. 3a or 3b shown.
  • two half-dipole components can be arranged at their ends parallel to each other with a distance from each other by one of the two Halbdipol components is angled at at least approximately 90 ° angle to the other half-dipole component and the two Halbdipol components with each other run parallel.
  • the length of the overlapping regions should preferably be within a range of 0.01 to 0.2 Am, where ⁇ denotes the wavelength of the frequency range of the respective dipole and m the center frequency of the frequency range of the respective dipole.
  • dipole radiators are not limited to the shape shown in these figures, but also omnidirectional can be used in which corresponding open and closed areas are provided. Again, the open areas are preferably within a range of 0.01 to 0.2 ⁇ m, where ⁇ denotes the wavelength of the frequency range of the respective dipole and m denotes the center frequency of the frequency range of the respective dipole.
  • FIG. 4 is a sectional view through the area W of FIGS. 1 and 2 shown.
  • Symmetrization 3 is to be understood as meaning a component or a region in a component serving, for example, as a dipole nut 4, for example a recess 3 serving as symmetry in a dipole nut 4, by which sheath waves occurring can be compensated.
  • the symmetrization 3 usually extends from the top of the Dipolfußes 4 to the lower end of the Dipolfußes 4, for example, to a circuit board on which the Dipolfuß 4 is attached to the dipole radiator 1 or 2, ie over the entire length or height H.
  • the symmetry 3 of the invention has a length S of preferably 0.12 Am to 0.25 Am, wherein the length S and the height H from the bottom to the lower edge of the dipole screen is measured, as in FIG. 4 shown.
  • the frequencies can be shifted to a range above 2.7 GHz, so that occurring sheath waves in this or a higher frequency range have no influence on the functionality of the dipole radiator or of the later dipole module or array ,
  • two dipole radiators 1 and 2 of the same design eg, both circular or both, are used as squares when used together in a dipole radiator module, as in FIG. 5 shown.
  • two dipole radiators with at least approximately the same size are used, as also in FIG. 5 shown.
  • the first dipole radiator 1 described above and the second dipole radiator 2 described above are connected to one another to form a dipole radiator module 102 such that the first top side O1 of the first dipole radiator 1 and the second bottom side U2 of the second dipole radiator 2 face each other.
  • the distance between the two dipole radiators 1 and 2 plays a subordinate role for this invention. The closer the distance, the higher the frequencies can be covered.
  • the second dipole radiator 2 is arranged in a vertical arrangement above the first dipole radiator 1 and that the closed side of the second dipole radiator 2, ie the second bottom U2, points downwards U, ie to the first top side O1 of the first dipole radiator 1 ,
  • the term "down" U in the direction of the terminals of the antenna in which the Dipolstrahlermodul 102 is or can be arranged so the direction of the ground, if it is arranged vertically.
  • the two used first and second dipole radiators 1 and 2 preferably have the same design and size. Due to the special geometry of the individual radiator and the corresponding arrangement to each other, they additionally have at least approximately the same half-width, preferably between 60 ° and 70 °, preferably about ⁇ 65 °. As a result, an overall narrower half width is achieved in the overall system and thus a better adjustment of the direction. These serve, for example, the open legs. The open legs are also used for tracking.
  • an array 200 having a plurality of stacked dipole radiator modules 102 as described above is shown. This is just an example of how an array can be built.
  • dipole radiator modules 102 can also be arranged horizontally, ie side by side. Also, a combination of vertically and horizontally disposed dipole radiator modules 102 may be used to achieve the desired effect.
  • a very wide frequency band can be covered up to 2.7 GHz, without having to accept too narrow half-widths in the upper frequency band of about 2400-2690 GHz or bad tracking . Due to the approximately equal width of the half-width of each of the individual radiators in the desired range, a narrower half-width can be realized in the overall system. Furthermore, due to the modular construction, ie only one dipole radiator module 102 is always the same Assembling the array 200 required, the arithmetic and measurement costs are reduced, and a simpler storage can be achieved.

Landscapes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Dipolstrahlermodul.
  • Heutige Anforderungen an Antennen im Mobilfunkbereich sind vor allem, dass ein großes Frequenzband von ca. 600 MHz bis hin zu mindestens 2,7 GHz abgedeckt werden sollte, was bei der Auslegung der Antennen, die das gesamte Frequenzband abdecken sollen, zu Schwierigkeiten führen kann. Probleme können bei der Entkopplung auftreten, wenn, wie üblich, zwei identische (Dipol-)Strahler in einem Dipolblock oder Dipolmodul verwendet werden. Außerdem kann eine zu schmale Halbwertsbreite, d.h. ein zu kleiner Öffnungswinkel, im oberen Frequenzbandbereich von ca. 2400-2690 GHz resultieren. Ferner kann auch ein schlechtes Tracking in diesem Frequenzbereich entstehen.
  • Diese Probleme sind nur teilweise durch Vertauschen bzw. Drehen der Strahler oder Mischen unterschiedlicher Strahlertypen zu lösen. In jedem Fall ist ein hoher Zeitaufwand für Berechnungen und Messungen nötig.
  • Eine Lösung des Problems kann sein, dass die Antennen nur für bestimmte Frequenzbänder ausgelegt werden, d.h. für jeden Mobilfunk-Markt separat ausgelegt werden.
  • Andere Vorschläge für Dipolstrahlermodule oder Antennenarrays, welche ein oder mehrere der Probleme lösen oder verbessern, sind beispielsweise in der europäischen Patentschrift EP 1 082 781 B1 offenbart. Hier werden zwei unterschiedlich konstruierte Strahler mit unterschiedlichen Halbwertsbreiten miteinander kombiniert. Durch diese Anordnung kann eine Abstimmung der Halbwertsbreite des Antennenarrays vorgenommen werden, und es ist eine Zusammenschaltung mit definierter Phasenlage möglich. Die vorgeschlagene Lösung ist für Frequenzbänder bis ca. 2 GHz eine gute Lösung. Aber für die zusätzliche Abdeckung höherer Frequenzbänder treten hier ähnliche Probleme wie oben beschrieben auf. Es ist zumindest ein hoher Rechen- und Messaufwand nötig, um die Antennen bzw. das Antennenarray in diesem erweiterten Frequenzbandspektrum auszulegen.
  • Ein weiteres Beispiel für Dipolstrahler ist in der von den Kathrein-Werken KG eingereichten Patentanmeldung DE 10316786 A1 offenbart, welche einen Reflektor für eine Antenne, insbesondere für eine Mobilfunk-Antenne, bereitstellt, der sich durch folgende Merkmale auszeichnet: der Reflektor ist in einem Gussverfahren, in einem Tiefzieh- oder Prägeverfahren, oder in einem Fräsverfahren vorzugsweise mit seinen beiden Längsseitenbegrenzungen und vorzugsweise mit zumindest einer stirnseitigen Querseitenbegrenzung hergestellt, und an dem Reflektor ist zumindest ein zusätzliches integriertes Funktionsteil vorgesehen, welches ebenfalls in einem Guss-, in einem Tiefzieh- oder Präge- oder in einem Fräsverfahren hergestellt ist. Ein weiteres Beispiel für Dipolstrahler ist in der von den Kathrein-Werken KG eingereichten Patentanmeldung US 2007/0080883 A1 offenbart, welche einen dual polarisierten Dipolstrahler bereitstellt, der in zwei senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen strahlt, und als Dipolquadrates mit vier Seiten ausgebildet ist und jede Seite zwischen zwei Eckpunkten zwei in Draufsicht zumindest näherungsweise in axialer Verlängerung ausgerichtete Dipolkomponenten umfasst. Die Polarisationsebenen laufen jeweils durch ein gegenüberliegendes Paar von Eckpunkten, und jeweils zwei auf einen gemeinsamen Eckpunkt zulaufende Dipolkomponenten werden über zwei Einspeisearme gehalten und elektrisch gespeist, und zwar an einem Einspeisepunkt, der an der jeweiligen Dipolkomponente gegenüberliegend zum zugehörigen Eckbereich vorgesehen ist. Jeweils zwei Einspeisearme, die zu zwei auf einer Seite der Strahlereinrichtung vorgesehenen Dipolkomponenten zu den jeweiligen Einspeisepunkten führen, sind in geringem seitlichen Abstand parallel oder nahezu parallel angeordnet, und jeweils die auf einen gemeinsamen Eckbereich zulaufenden Dipolkomponenten sowie die hiermit verbundenen, jeweils zumindest im Wesentlichen senkrecht zur zugehörigen Dipolkomponente verlaufenden Einspeisearme sind jeweils mit einem quer und vorzugsweise senkrecht zur Strahlungsebene E verlaufenden Tragabschnitt verbunden, wobei jeweils zwei benachbarte Tragabschnitte jeweils eine Symmetrierung mit einem Schlitz zwischen ihnen bilden. Der dual polarisierte Dipolstrahler ist aus einem Band- und/oder Tafelmaterial, insbesondere einem Metallblech gefertigt, und einstückig ausgebildet, wobei die einzelnen Abschnitte des dual polarisierten Dipolstrahlers einschließlich der Dipolkomponenten, der Einspeisearme, der die Symmetrierung bildenden Tragabschnitte sowie einer zugehörigen die Tragabschnitte verbindenden Basis durch Biege- und/ oder Kant- und/oder Faltlinien miteinander verbunden sind, die in das plattenförmige Ausgangsmaterial eingebracht sind. Ein weiteres Beispiel für Dipolstrahler ist in dem von den Kathrein-Werken KG eingereichten Gebrauchsmuster DE 202005015708 U1 offenbart, welches eine dipolförmige Strahleranordnung bereitstellt, wobei die dipolförmige Strahleranordnung zumindest einen Strahler mit zumindest zwei Strahlerhälften umfasst, worüber die dipolförmige Strahleranordnung in zumindest einer Polarisationsebene betrieben wird, und die zumindest beiden Strahlerhälften sind über einen Träger vor einem elektrisch leitfähigen Reflektor angeordnet und/oder gehalten, wobei eine Basis oder ein Fußpunkt des Trägers unmittelbar oder mittelbar auf dem Reflektor angeordnet und/oder gehalten ist. Der zumindest eine Strahler ist über zumindest eine Signalleitung gespeist.
  • Weiterer Stand der Technik ist in der US-Patentanmeldung US 2007/241983 A1 zu finden, welche eine Dipolantenne mit einer Basisplatine und einer Dipol-Platine, einem ersten und einem zweiten Paar von Dipolen, die vor der Basis-Platine und auf einer Frontseite von der Dipol-Platine positioniert sind und um einen Mittenbereich angeordnet sind, vorschlägt. Eine erste Zufuhrleitung ist vorgesehen, welche sich von der Basis-Platine zu den Dipolen erstreckt und an einer ersten Verbindung, welche vor der Basis-Platine positioniert ist, in ein erstes Paar von Zufuhrsonden, wobei jede hiervon mit einer jeweiligen von dem ersten Paar von Dipolen gekoppelt ist, aufspaltet. Eine zweite Zufuhrleitung ist vorgesehen, welche sich von der Basis-Platine zu den Dipolen erstreckt und an einer zweiten Verbindung, welche vor der Basis-Platine positioniert ist, in ein zweites Paar von Zufuhrsonden, wobei jede hiervon mit einer jeweiligen von dem zweiten Paar von Dipolen gekoppelt ist, aufspaltet. Ferner ist eine erste Zufuhr-Platine vorgesehen, auf welcher die erste Zufuhrleitung und erste Verbindung angeordnet sind, sowie eine zweite Zufuhr-Platine, welche sich mit der ersten Zufuhr-Platine kreuzt, und auf welcher die zweite Zufuhrleitung und zweite Verbindung angeordnet sind, wobei das erste und zweite Paar von Zufuhrsonden auf den jeweiligen Zufuhr-Platinen angeordnet sind und mit den jeweiligen Dipolen gekoppelt sind, wobei sich die erste Zufuhr-Platine und die zweite Zufuhr-Platine von der Basis-Platine erstrecken und die Dipol-Platine lagern.
  • Weiterer Stand der Technik ist in der GB-Patentanmeldung GB 2 517 735 A zu finden, welche eine dual polarisierte Antenne offenbart, welche eine Speiseanordnung umfasst, die eine strahlende Anordnung über einer reflektierenden, leitenden Platte trägt. Die strahlende Anordnung umfasst zwei gekreuzte Dipole mit vier äußeren Leitern, die in der Form eines Kreises oder Polygons ausgebildet sind und die Dipolarme miteinander verbinden. Jeder der Dipolarme weist zwei gleich lange V-förmige Zweigelemente auf, die an den Signalzuführleitungsverbindungspunkten mit dem Arm miteinander verbunden sind. Der Abstand zwischen den Armen und Zweigelementen nimmt beginnend an den Zuleitungsverbindungsstellen hin zu den Außenleitern hin zu. Jeder der äußeren Leiter hat einen mittleren Abschnitt, der Zweigelemente benachbarter Dipolarme und zwei Endabschnitte verbindet, die jeweils zwischen den Zweigelementen verschiedener benachbarter Dipolarme angeordnet sind und eine kapazitive Kopplung mit den Endabschnitten von anderen benachbarten äußeren Leitern bilden. Die genannten Endabschnitte sind durch einen Spalt voneinander getrennt. Die Zuführanordnung enthält zwei Zuleitungen, die zwei senkrechte Balune bilden. Die Antenne liefert ein kompaktes, breitbandiges Mehrfachresonanzmodus-Leitungsmuster, dessen Größe und Form zur Abstimmung und Impedanzanpassung und guten Isolationseigenschaften angepasst werden kann.
  • Weiterer Stand der Technik ist in der CN-Patentanmeldung CN 103 972 663 A zu finden, welche ein Doppelpolarisations-Breitbandstrahlungselement offenbart, das eine Ausgleichsvorrichtung und vier Dipoleinheiten aufweist, die von der Ausgleichsvorrichtung getragen werden. Jede der Dipoleinheiten umfasst ein Paar von Oszillatorarmen, wobei die Oszillatorarme der Dipoleinheiten benachbart angeordnet sind, um eine Strahlungsoberfläche in einem Umgebungsmodus zu bilden, und die Länge jedes Oszillatorarms 0,4-0,45 mal so groß ist wie die einer Arbeitseinheit Frequenzwellenlänge. Jeweils zwei benachbarte Oszillatorarme, die zu zwei unterschiedlichen Dipoleinheiten gehören, bilden gemeinsam eine benachbarte Gruppe, und die zwei Oszillatorarme in einer oder mehreren benachbarten Gruppen überlappen sich mit einem bestimmten Abstand. Die Erfindung offenbart ferner eine Mobilkommunikationsantenne, die ein oder mehrere Doppelpolarisations-Breitbandstrahlerelemente anwendet. Gemäß dem breitbandigen Doppelpolarisations-Strahlungselement ist die physikalische Dimension verringert, die Bandbreite ist erweitert und die Konvergenz von Strahlen der horizontalen Ebene ist gut.
  • Aus oben genannten Gründen ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Dipolstrahlermodul sowie ein zugehöriges Array bereitzustellen, durch welche die oben genannten Probleme gelöst werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Vorgeschlagen wird ein Dipolstrahlermodul, aufweisend einen ersten Dipolstrahler, umfassend einen ersten Dipol mit zugehörigen ersten und zweiten Halbdipolhälften und einen zweiten Dipol mit zugehörigen dritten und vierten Halbdipolhälften, umfassend jeweils zugehörige Halbdipol-Komponenten, sowie einen Dipolfuß, der dazu eingerichtet ist, den ersten Dipolstrahler zu tragen. Zwei erste Halbdipol-Komponenten der zweiten Halbdipolhälfte des ersten Dipols und der dritten Halbdipolhälfte des zweiten Dipols bilden eine erste Unterseite des ersten Dipolstrahlers, und zwei zweite Halbdipol-Komponenten der zweiten Halbdipolhälfte des ersten Dipols und der dritten Halbdipolhälfte des zweiten Dipols stehen jeweils senkrecht zu einer der zwei ersten Halbdipol-Komponenten. An den jeweils rechtwinklig aufeinander zu laufenden Enden an jeweiligen äußeren Eckbereichen der jeweils senkrecht aufeinander stehenden ersten und zweiten Halbdipol-Komponenten sind offene Bereiche mit zu jeder der ersten und zweiten Halbdipol-Komponenten zugehörigen voneinander beabstandeten ersten Schenkeln angeordnet, wobei die ersten Schenkel eine erste Länge aufweisen. Zwei dritte Halbdipol-Komponenten der ersten Halbdipolhälfte des ersten Dipols und der vierten Halbdipolhälfte des zweiten Dipols bilden eine erste Oberseite des ersten Dipolstrahlers. Zwei vierte Halbdipol-Komponenten der ersten Halbdipolhälfte des ersten Dipols und der vierten Halbdipolhälfte des zweiten Dipols stehen jeweils senkrecht zu einer der zwei dritten Halbdipol-Komponenten. An den jeweils rechtwinklig aufeinander zu laufenden Enden an jeweiligen äußeren Eckbereichen der jeweils senkrecht aufeinander stehenden dritten und vierten Halbdipol-Komponenten sind offene Bereiche mit zu jeder der dritten und vierten Halbdipol- zugehörigen voneinander beabstandeten zweiten Schenkeln angeordnet, wobei die zweiten Schenkel eine zweite Länge aufweisen. Ferner weist das Dipolstrahlermodul einen zweiten Dipolstrahler auf, umfassend einen dritten Dipol mit zugehörigen ersten und zweiten Halbdipolhälften und einen vierten Dipol mit zugehörigen dritten und vierten Halbdipolhälften, umfassend jeweils zugehörige Halbdipol-Komponenten, sowie umfassend einen Dipolfuß, der dazu eingerichtet ist, den zweiten Dipolstrahler zu tragen. Zwei fünfte Halbdipol-Komponenten der zweiten Halbdipolhälfte des dritten Dipols und der dritten Halbdipolhälfte des vierten Dipols bilden eine zweite Unterseite des zweiten Dipolstrahlers. Zwei sechste Halbdipol-Komponenten der zweiten Halbdipolhälfte des dritten Dipols und der dritten Halbdipolhälfte des vierten Dipols stehen jeweils senkrecht zu einer der zwei fünften Halbdipol-Komponenten, Die jeweils rechtwinklig aufeinander zu laufenden Enden jeweiliger äußerer Eckbereiche der jeweils senkrecht aufeinander stehenden fünften und sechsten Halbdipol-Komponenten sind miteinander leitend verbunden. Zwei siebte Halbdipol-Komponenten der ersten Halbdipolhälfte des dritten Dipols und der vierten Halbdipolhälfte des vierten Dipols bilden eine zweite Oberseite des zweiten Dipolstrahlers. Zwei achte Halbdipol-Komponenten der ersten Halbdipolhälfte des dritten Dipols und der vierten Halbdipolhälfte des vierten Dipols stehen jeweils senkrecht zu einer der zwei siebten Halbdipol-Komponenten stehen. An den jeweils rechtwinklig aufeinander zu laufenden Enden an jeweiligen äußeren Eckbereichen der jeweils senkrecht aufeinander stehenden siebten und achten Halbdipol-Komponenten sind offene Bereiche mit zu jeder der siebten und achten Halbdipol-Komponenten zugehörigen voneinander beabstandeten dritten Schenkeln angeordnet, wobei die dritten Schenkel eine dritte Länge aufweisen.
  • In einer Ausführung wird vorgeschlagen, dass die erste Länge kürzer ist als die zweite Länge und/oder die erste Länge der dritten Länge entspricht. In einer Ausführung liegt die erste Länge zwischen 0,01 λm und 0,2 λm, wobei λ die Wellenlänge des Frequenzbereichs des jeweiligen Dipols und m die Mittenfrequenz des Frequenzbereichs des jeweiligen Dipols ist. Die Länge der Öffnungen beeinflusst das Tracking sehr stark.
  • In einer Ausführung überlappen die ersten Schenkel einander in einem vorgegebenen Abstand zueinander, die zweiten Schenkel überlappen einander in einem vorgegebenen Abstand zueinander und die dritten Schenkel überlappen einander in einem vorgegebenen Abstand zueinander.
  • In einer Ausführung weisen die ersten Schenkel, die zweiten Schenkel und die dritten Schenkel jeweils in Richtung des zugehörigen Innenleiters des ersten oder zweiten Dipolstrahlers. In einer Ausführung überlappen die ersten Schenkel, die zweiten Schenkel und die dritten Schenkel derart, dass sie im Wesentlichen parallel zueinander sind.
  • In einer Ausführung umfasst der erste Dipolstrahler und der zweite Dipolstrahler jeweils eine an jeder Seite des Dipolfußes angeordnete Symmetrierung, wobei eine Länge der Symmetrierung zwischen 0,12 Am bis 0,25 Am liegt, wobei A die Wellenlänge des Frequenzbereichs des jeweiligen Dipols und m die Mittenfrequenz des Frequenzbereichs Frequenzbereichs des jeweiligen Dipols ist. Die Symmetrierung ist dafür zuständig, Mantelwellen zu kompensieren. In der beanspruchten Ausführung verschiebt die Symmetrierung die unerwünschten Mantelwellen in einen nicht benutzten Frequenzbereich, hier außerhalb von 2,7 GHz.
  • Vorgeschlagen wird ferner ein Dipolstrahlermodul, umfassend einen beschriebenen ersten Dipolstrahler und einen damit verbundenen beschriebenen zweiten Dipolstrahler, wobei der erste und der zweite Dipolstrahler dieselbe Bauform und Größe aufweisen und die zweite Unterseite des erste zweiten Dipolstrahlers der ersten Oberseite des ersten Dipolstrahlers zugewandt ist, wobei der zweite Dipolstrahler oberhalb des ersten Dipolstrahlers angeordnet ist.
  • Vorgeschlagen wird ferner ein Array, umfassend zumindest zwei beschriebene Dipolstrahlermodule zur Anordnung in einer Antenne, wobei die zumindest zwei Dipolstrahlermodule in einem Abstand voneinander vertikal übereinander oder horizontal zueinander angeordnet sind, wobei der zweite Dipolstrahler oberhalb des ersten Dipolstrahlers derart angeordnet ist, dass die zweite Unterseite des zweiten Dipolstrahlers der ersten Oberseite des ersten Dipolstrahlers zugewandt ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung zeigt die erste Unterseite des ersten Dipolstrahlers in Richtung der Anschlüsse der Antenne.
  • Durch die Kombination des ersten und zweiten Dipolstrahlers in der beschriebenen Ausführung zu einem Modul und danach zu einem Array kann das gesamte momentan (und eventuell, d.h. bei Bedarf mit Abänderungen, auch später) benutzte Frequenzband abgedeckt werden. Dabei ist das Problem einer zu schmalen Halbwertsbreite im oberen Frequenzband oder schlechtes Tracking gelöst, da die Halbwertsbreite durch die annähernd gleiche Halbwertsbreite des ersten und zweiten Dipolstrahlers je nach gewünschtem Frequenzband eingestellt werden kann und durch die spezielle Geometrie das Tracking verbessert wird.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
    • Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines ersten Dipolstrahlers eines Dipolstrahlermoduls gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines zweiten Dipolstrahlers eines Dipolstrahlermoduls gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • Fig.en 3a und 3b zeigen alternativ ausgeführte Dipole bzw. Halbdipol-Komponenten gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • Fig. 4 zeigt einen Schnitt W durch den in Figur 1 und in Figur 2 gezeigten Dipolstrahler eines Dipolstrahlermoduls gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • Fig. 5 zeigt eine Ansicht eines Dipolmoduls gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • Fig. 6 zeigt eine Ansicht eines vertikal angeordneten Arrays gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Figuren 1 und 2 zeigen Ansichten von jeweils als Dipolquadrat ausgeführten ersten und eines zweiten Dipolstrahlern 1 und 2 eines Dipolstrahlermoduls gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Insofern gilt die nachfolgende Beschreibung der gleichen Komponenten für beide Dipolstrahler 1 und 2. Lediglich bei Abweichungen wird separat auf einen der beiden Dipolstrahler 1 oder 2 verwiesen.
  • Grundsätzlich umfasst ein z.B. als Dipolquadrat ausgebildeter Dipolstrahler 1 bzw. 2, wie in Figuren 1 und 2 gezeigt, zwei Dipole mit zugehörigen Halbdipolhälften bzw. Dipolhälften 1a' + 1b' und 1"a + 1"b bzw. 2a' + 2b' und 2"a + 2"b, die wiederum in Halbdipol-Komponenten 110a, 110b, 111a, 111b, 112a, 112b, 113a, 113b; 210a, 210b, 211a, 211b, 212a, 212b, 213a, 213b unterteilbar sind. Die Halbdipol-Komponenten oder zumindest deren Verlängerungen schneiden sich in ihrem äußeren Eckbereich 10-13; 20-23.
  • Die gezeigten Dipolstrahler 1 und 2 wirken jeweils wie ein mit einer Polarisation von ±45° strahlender Dipol. Die Dipolstrahler 1 und 2 werden jeweils durch einen elektrischen Dipol mit zugehörigen Halbdipolhälften bzw. Dipolhälften 1'a und 1'b und einen dazu senkrechten zweiten Dipol mit zugehörigen Halbdipolhälften bzw. Dipolhälften 1"a und 1"b gebildet.
  • Die gezeigten Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung. Es ist auch eine andere Polarisation des Dipols möglich, d.h. die Dipolhälften können in einer anderen Anordnung als beschrieben verwendet werden. Für solche Fälle gilt die Beschreibung analog.
  • Wie in Figur 1 gezeigt umfasst jeder der beiden Dipole des ersten Strahlers jeweils zugehörige Halbdipolhälften bzw. Dipolhälften 1'a und 1'b für den ersten Dipol sowie die Halbdipolhälften bzw. Dipolhälften 1"a sowie 1"b für den zweiten Dipol.
  • Dabei wird die Dipolhälfte 1'a durch zwei senkrecht aufeinander stehende Halbdipol-Komponenten 110b und 111a gebildet. Die Dipolhälfte 1'b wird durch zwei senkrecht aufeinander stehende Halbdipol-Komponenten 112b und 113a gebildet. Die Dipolhälfte 1"a wird durch zwei senkrecht aufeinander stehende Halbdipol-Komponenten 110a und 113b gebildet. Die Dipolhälfte 1"b wird durch zwei senkrecht aufeinander stehende Halbdipol-Komponenten 111b und 112a gebildet.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel enden alle Halbdipol-Komponenten 110b und 111a, 111b und 112a, 112b und 113a, 113b und 110a mit ihren rechtwinklig aufeinander zu laufenden Enden an ihren jeweiligen äußeren Eckbereichen 10 bis 13 in einem Abstand voneinander. Dabei bilden sie nach innen, d.h. in Richtung des Innenleiters 5, zeigende zueinander beabstandete Schenkel 10a, 10b, 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b an ihren jeweiligen äußeren Eckbereichen 10 bis 13. Der Abstand der Schenkel zueinander ist derart zu wählen, dass die Schenkel eine kapazitive und keine galvanische Kopplung miteinander eingehen können.
  • Die beiden Halbdipol-Komponenten 113a und 113b bilden die erste Unterseite U1 (bei Draufsicht) des ersten Dipolstrahlers 1 und die beiden Halbdipol-Komponenten 111a und 111b bilden die erste Oberseite O1 (bei Draufsicht) des ersten Dipolstrahlers 1.
  • Dieselbe Beschreibung wie für den ersten Dipolstrahler 1 gilt analog, wo anwendbar, für den zweiten Dipolstrahler 2, nämlich dass jeder der beiden Dipole 2'a + 2'b und 2"a + 2"b des zweiten Dipolstrahlers 2 jeweils zugehörige Dipolhälften 2'a und 2'b sowie Dipolhälften 2"a sowie 2"b umfasst, wie in Figur 2 gezeigt.
  • Dabei wird die Dipolhälfte 2'a durch zwei senkrecht aufeinander stehende Halbdipol-Komponenten 210b und 211a gebildet. Die Dipolhälfte 2'b wird durch zwei senkrecht aufeinander stehende Halbdipol-Komponenten 212b und 213a gebildet. Die Dipolhälfte 2"a wird durch zwei senkrecht aufeinander stehende Halbdipol-Komponenten 210a und 213b gebildet. Die Dipolhälfte 2"b wird durch zwei senkrecht aufeinander stehende Halbdipol-Komponenten 211b und 212a gebildet.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel enden zwei Halbdipol-Komponenten 210b und 211a, 211b und 212a mit ihren rechtwinklig aufeinander zu laufenden Enden an den jeweiligen äußeren Eckbereichen 20 und 21 im Abstand voneinander. Dabei bilden sie nach innen, d.h. in Richtung des Innenleiters 5, zeigende zueinander beabstandete Schenkel 20a, 20b, 21a, 21b an den jeweiligen äußeren Eckbereichen 20 und 21. Der Abstand der Schenkel zueinander ist derart zu wählen, dass die Schenkel eine kapazitive und keine galvanische Kopplung miteinander eingehen können.
  • Zwei andere Halbdipol-Komponenten 212b und 213a, 213b und 210a sind an ihren Eckbereichen 22 und 23 elektrisch leitend miteinander verbunden. Dabei sind die beiden Halbdipol-Komponenten 212b und 213a, 213b und 210a beispielsweise einstückig bei der Herstellung gebildet. Sie können aber auch mittels anderer Verfahren zur Herstellung einer festen Verbindung miteinander verbunden sein, z.B. durch Löten, Schweißen oder andere mechanische Verbindungen.
  • Die beiden Halbdipol-Komponenten 213a und 213b, welche mit ihren zugehörigen Halbdipol-Komponenten 210a und 212b elektrisch leitend verbunden sind, bilden die zweite Unterseite U2 (bei Draufsicht) des zweiten Dipolstrahlers 2 und die beiden Halbdipol-Komponenten 211a und 211b bilden die zweite Oberseite 02 (bei Draufsicht) des zweiten Dipolstrahlers 2.
  • Wie in Figur 1 gut zu sehen ist, weisen die beiden Halbdipol-Komponenten 113a und 113b, welche die erste Unterseite U1 des ersten Dipolstrahlers 1 bilden, jeweils an ihren Eckbereichen 12 und 13 Schenkel 12a, 12b, 13a, 13b auf, welche möglichst dieselbe erste Länge L1 aufweisen. Ebenso weisen die beiden Halbdipol-Komponenten 111a und 111b, welche die erste Oberseite O1 des ersten Dipolstrahlers 1 bilden, jeweils an ihren Eckbereichen 10 und 11 Schenkel 10a, 10b, 11a, 11b auf, welche möglichst dieselbe zweite Länge L2 aufweisen. Dabei unterscheidet sich die erste Länge L1 von der zweiten Länge L2 derart, dass die erste Länge L1 kürzer als die zweite Länge L2 ist, bevorzugt um 30% bis 50%. Die erste Länge L1 kann ebenso wie die zweite Länge L2 innerhalb eines Bereichs von 0,01 bis 0,2 Am liegen, wobei λ die Wellenlänge des Frequenzbereichs des jeweiligen Dipols und m die Mittenfrequenz des Frequenzbereichs des jeweiligen Dipols bezeichnet. Wichtig ist, dass die erste Länge L1 kürzer ist als die zweite Länge L2. Das genaue Verhältnis hängt von der Anwendung ab und kann entweder berechnet oder durch Versuche vom Fachmann bestimmt werden.
  • Wie in Figur 2 gut zu sehen ist, weisen die beiden Halbdipol-Komponenten 211a und 211b, welche die zweite Oberseite 02 des zweiten Dipolstrahlers 2 bilden, jeweils an ihren Eckbereichen 20 und 21 Schenkel 20a, 20b, 21a, 21b auf, welche möglichst dieselbe dritte Länge L3 aufweisen, wobei diese dritte Länge L3 bevorzugt der ersten Länge L1 der Schenkel 12a, 12b, 13a, 13b des ersten Dipolstrahlers 1 entspricht.
  • Wie oben bereits erwähnt, ist der Abstand der Schenkel zueinander derart zu wählen, dass die Schenkel eine kapazitive und keine galvanische Kopplung miteinander eingehen können.
  • Alternativ zu der in Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführung können die offenen Eckbereiche 10 bis 13 und 20 und 21 auch in einer anderen Art geöffnet, also nicht miteinander verbunden, ausgeführt werden, wie in Figuren 3a oder 3b gezeigt. Es können beispielsweise zwei Halbdipol-Komponenten an ihren Enden parallel zueinander mit einem Abstand voneinander angeordnet werden, indem eine der beiden Halbdipol-Komponenten in einem zumindest annähernd 90° betragenden Winkel zu der anderen Halbdipol-Komponente abgewinkelt ist und die beiden Halbdipol-Komponenten damit zueinander parallel verlaufen. Andere, nicht in den Figuren gezeigte Möglichkeiten der Anordnung von zwei offenen Halbdipol-Komponenten zueinander sind ebenfalls denkbar, solange sie sich nicht berühren, also eine kapazitive und keine galvanische Kopplung miteinander eingehen können. Dabei sollte die Länge der sich überlappenden Bereiche, wie oben erwähnt, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,01 bis 0,2 Am liegen, wobei λ die Wellenlänge des Frequenzbereichs des jeweiligen Dipols und m die Mittenfrequenz des Frequenzbereichs des jeweiligen Dipols bezeichnet.
  • Die in Figuren 1 und 2 beschriebenen Dipolstrahler sind nicht auf die in diesen Figuren gezeigte Form beschränkt, vielmehr können auch Rundstrahler verwendet werden, bei denen entsprechende offene und geschlossene Bereiche vorgesehen sind. Auch hier gilt, dass die Läge der offenen Bereiche vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,01 bis 0,2 λm liegen, wobei λ die Wellenlänge des Frequenzbereichs des jeweiligen Dipols und m die Mittenfrequenz des Frequenzbereichs des jeweiligen Dipols bezeichnet.
  • In Figur 4 ist eine Schnittdarstellung durch den Bereich W der Figuren 1 und 2 gezeigt. Hier ist eine Symmetrierung 3 zu sehen. Unter Symmetrierung 3 ist ein Bauteil oder ein Bereich in einem z.B. als Dipolfuß 4 dienenden Bauteil, z.B. eine als Symmetrierung dienende Ausnehmung 3 in einem Dipolfuß 4, zu verstehen, durch die auftretende Mantelwellen kompensiert werden können. Die Symmetrierung 3 reicht in der Regel von der Oberseite des Dipolfußes 4 bis zum unteren Ende des Dipolfußes 4, z.B. bis zu einer Leiterplatte, auf welcher der Dipolfuß 4 mit dem Dipolstrahler 1 oder 2 befestigt ist, d.h. über die gesamte Länge bzw. Höhe H des Dipolfußes 4. Die erfindungsgemäße Symmetrierung 3 hingegen weist eine Länge S von bevorzugt 0,12 Am bis 0,25 Am auf, wobei die Länge S und die Höhe H vom Boden bis zum unteren Rand des Dipolschirms gemessen wird, wie in Figur 4 gezeigt. Durch diese Wahl der Länge S der Symmetrierung 3 kann ein Verschieben der Frequenzen in einen Bereich oberhalb von 2,7 GHz erfolgen, so dass auftretende Mantelwellen in diesem oder einem höheren Frequenzbereich keinen Einfluss auf die Funktionalität des Dipolstrahlers bzw. des späteren Dipolmoduls oder Arrays haben.
  • Gemäß dieser Erfindung werden zwei Dipolstrahler 1 und 2 mit der gleichen Bauform, also z.B. beide rund oder beide als Quadrate ausgebildet, verwendet, wenn sie in einem Dipolstrahlermodul zusammen verwendet werden, wie in Figur 5 gezeigt. Ferner werden zwei Dipolstrahler mit zumindest annähernd derselben Größe verwendet, wie ebenfalls in Figur 5 gezeigt.
  • Dabei werden der oben beschriebene erste Dipolstrahler 1 und der oben beschriebene zweite Dipolstrahler 2 zu einem Dipolstrahlermodul 102 derart miteinander verbunden, dass die erste Oberseite O1 des ersten Dipolstrahlers 1 und die zweite Unterseite U2 des zweiten Dipolstrahlers 2 einander zugewandt sind. Dabei spielt der Abstand zwischen den beiden Dipolstrahlern 1 und 2 für diese Erfindung eine untergeordnete Rolle. Je enger der Abstand, desto höhere Frequenzen können abgedeckt werden. Wichtig ist, dass der zweite Dipolstrahler 2 in einer vertikalen Anordnung oberhalb des ersten Dipolstrahlers 1 angeordnet ist und dass die geschlossene Seite des zweiten Dipolstrahlers 2, also die zweite Unterseite U2, nach unten U, also zu der ersten Oberseite O1 des ersten Dipolstrahlers 1 zeigt. In diesem Fall kann der Begriff "unten" U in Richtung der Anschlüsse der Antenne, in welcher das Dipolstrahlermodul 102 angeordnet ist oder werden kann, also Richtung Boden bedeuten, wenn diese vertikal angeordnet ist.
  • Die beiden verwendeten ersten und zweiten Dipolstrahler 1 und 2 weisen dabei bevorzugt dieselbe Bauform und Größe auf. Durch die spezielle Geometrie der einzelnen Strahler und die entsprechende Anordnung zueinander weisen sie zusätzlich zumindest annähernd dieselbe Halbwertsbreite auf, bevorzugt zwischen 60° und 70°, bevorzugt ca. ± 65°. Dadurch wird eine insgesamt schmalere Halbwertsbreite beim Gesamtsystem erreicht und damit eine bessere Einstellung der Richtung. Dazu dienen beispielsweise die offenen Schenkel. Die offenen Schenkel dienen ferner zum Tracking.
  • In Figur 6 ist ein Array 200 mit mehreren übereinander angeordneten Dipolstrahlermodulen 102 wie oben beschrieben, gezeigt. Dies ist lediglich ein Beispiel, wie ein Array aufgebaut werden kann. Es können mehrere Dipolstrahlermodule 102 auch horizontal, also nebeneinander, angeordnet werden. Auch kann eine Kombination aus vertikal und horizontal angeordneten Dipolstrahlermodulen 102 verwendet werden, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Aufgrund der speziellen Geometrie der einzelnen Strahler und der entsprechenden Anordnung zueinander kann ein sehr breites Frequenzband bis hin zu 2,7 GHz abgedeckt werden, ohne dabei zu schmale Halbwertsbreiten im oberen Frequenzband von ca. 2400-2690 GHz oder schlechtes Tracking in Kauf nehmen zu müssen. Durch die annähernd gleiche Halbwertsbreite jedes der einzelnen Strahler im gewünschten Bereich kann eine schmalere Halbwertsbreite im Gesamtsystem realisiert werden. Ferner kann durch den modularen Aufbau, d.h. es wird lediglich ein immer gleichartiges Dipolstrahlermodul 102 zum Zusammensetzen des Arrays 200 benötigt, der Rechen- und Messaufwand reduziert werden, sowie eine einfachere Lagerhaltung erzielt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Erster Dipolstrahler
    1'a+1'b
    erster Dipol
    1'a,
    Dipolhälfte erster Dipol bzw. Halbdipolhälfte erster Dipol
    1'b
    Dipolhälfte erster Dipol bzw. Halbdipolhälfte erster Dipol
    1"a+1"b
    zweiter Dipol
    1"a
    Dipolhälfte zweiter Dipol bzw. Halbdipolhälfte zweiter Dipol
    1"b
    Dipolhälfte zweiter Dipol bzw. Halbdipolhälfte zweiter Dipol
    110a, 110b, 111a, 111b, 112a, 112b, 113a, 113b
    Halbdipol-Komponenten
    10-13
    Eckbereich
    10a, 10b
    Schenkel
    11a, 11b
    Schenkel
    12a, 12b
    Schenkel
    13a, 13b
    Schenkel
    U1
    erste Unterseite
    O1
    erste Oberseite
    2
    Zweiter Dipolstrahler
    2'a+2'b
    erster Dipol
    2'a
    Dipolhälfte erster Dipol bzw. Halbdipolhälfte zweiter Dipol
    2'b
    Dipolhälfte erster Dipol bzw. Halbdipolhälfte erster Dipol
    2"a+2"b
    zweiter Dipol
    2"a
    Dipolhälfte zweiter Dipol bzw. Halbdipolhälfte zweiter Dipol
    2"b
    Dipolhälfte zweiter Dipol bzw. Halbdipolhälfte zweiter Dipol
    210a, 210b, 211a, 211b, 212a, 212b, 213a, 213b
    Halbdipol-Komponenten
    20-23
    Eckbereich
    20a, 20b
    Schenkel
    21a, 21b
    Schenkel
    22a, 22b
    Schenkel
    23a, 23b
    Schenkel
    U2
    zweite Unterseite
    O2
    zweite Oberseite
    3
    Symmetrierung
    4
    Dipolfuß
    5
    Innenleiter
    U
    Untere Seite einer vertikalen Anordnung, Boden
    102
    Dipolstrahlermodul
    200
    Antennenarray

Claims (8)

  1. Dipolstrahlermodul (102), aufweisend
    - einen ersten Dipolstrahler (1), umfassend einen ersten Dipol (1'a+1'b) mit zugehörigen ersten (1'a) und zweiten Halbdipolhälften (1'b) und einen zweiten Dipol (1"a+1"b) mit zugehörigen dritten (1"a) und vierten Halbdipolhälften (1"b), umfassend jeweils zugehörige Halbdipol-Komponenten (110a, 110b, 111a, 111b, 112a, 112b, 113a, 113b), sowie einen Dipolfuß (4), der dazu eingerichtet ist, den ersten Dipolstrahler (1) zu tragen, wobei
    - zwei erste Halbdipol-Komponenten (113a, 113b) der zweiten Halbdipolhälfte des ersten Dipols (1'b) und der dritten Halbdipolhälfte des zweiten Dipols (1"a) eine erste Unterseite (U1) des ersten Dipolstrahlers (1) bilden, und wobei
    - zwei zweite Halbdipol-Komponenten (110a, 112b) der zweiten Halbdipolhälfte des ersten Dipols (1'b) und der dritten Halbdipolhälfte des zweiten Dipols (1"a) jeweils senkrecht zu einer der zwei ersten Halbdipol-Komponenten (113a, 113b) stehen, und wobei an den jeweils rechtwinklig aufeinander zu laufenden Enden an jeweiligen äußeren Eckbereichen (12, 13) der jeweils senkrecht aufeinander stehenden ersten und zweiten Halbdipol-Komponenten (113a, 113b; 110a, 112b) offene Bereiche mit zu jeder der ersten und zweiten Halbdipol-Komponenten (111a, 111b; 110b, 112a) zugehörigen voneinander beabstandeten ersten Schenkeln (12a, 12b; 13a, 13b) angeordnet sind, wobei die ersten Schenkel (12a, 12b; 13a, 13b) eine erste Länge (L1) aufweisen;
    - zwei dritte Halbdipol-Komponenten (111a, 111b) der ersten Halbdipolhälfte des ersten Dipols (1'a) und der vierten Halbdipolhälfte des zweiten Dipols (1"b) eine erste Oberseite (O1) des ersten Dipolstrahlers (1) bilden, und wobei
    - zwei vierte Halbdipol-Komponenten (110b, 112a) der ersten Halbdipolhälfte des ersten Dipols (1'a) und der vierten Halbdipolhälfte des zweiten Dipols (1"b) jeweils senkrecht zu einer der zwei dritten Halbdipol-Komponenten (111a, 111b) stehen, und wobei an den jeweils rechtwinklig aufeinander zu laufenden Enden an jeweiligen äußeren Eckbereichen (10, 11) der jeweils senkrecht aufeinander stehenden dritten und vierten Halbdipol-Komponenten (111a, 111b; 110b, 112a) offene Bereiche mit zu jeder der dritten und vierten Halbdipol-Komponenten (111a, 111b; 110b, 112a) zugehörigen voneinander beabstandeten zweiten Schenkeln (10a, 10b; 11a, 11b) angeordnet sind, wobei die zweiten Schenkel (10a, 10b; 11a, 11b) eine zweite Länge (L2) aufweisen; und aufweisend
    - einen zweiten Dipolstrahler (2), umfassend einen dritten Dipol (2'a+2'b) mit zugehörigen ersten (2'a) und zweiten Halbdipolhälften (2'b) und einen vierten Dipol (2"a+2"b) mit zugehörigen dritten (2"a) und vierten Halbdipolhälften (2"b), umfassend jeweils zugehörige Halbdipol-Komponenten (210a, 210b, 211a, 211b, 212a, 212b, 213a, 213b), sowie umfassend einen Dipolfuß (4), der dazu eingerichtet ist, den zweiten Dipolstrahler (2) zu tragen, wobei
    - zwei fünfte Halbdipol-Komponenten (213a, 213b) der zweiten Halbdipolhälfte des dritten Dipols (2'b) und der dritten Halbdipolhälfte des vierten Dipols (2"a) eine zweite Unterseite (U2) des zweiten Dipolstrahlers (2) bilden, und wobei
    - zwei sechste Halbdipol-Komponenten (210a und 212b) der zweiten Halbdipolhälfte des dritten Dipols (2'b) und der dritten Halbdipolhälfte des vierten Dipols (2"a) jeweils senkrecht zu einer der zwei fünften Halbdipol-Komponenten (213a, 213b) stehen, und wobei die jeweils rechtwinklig aufeinander zu laufenden Enden jeweiliger äußerer Eckbereiche (22, 23) der jeweils senkrecht aufeinander stehenden fünften und sechsten Halbdipol-Komponenten (213a, 213b; 210a und 212b) miteinander leitend verbunden sind; und
    - zwei siebte Halbdipol-Komponenten (211a, 211b) der ersten Halbdipolhälfte des dritten Dipols (2'a) und der vierten Halbdipolhälfte des vierten Dipols (2"b) eine zweite Oberseite (02) des zweiten Dipolstrahlers (2) bilden, und wobei
    - zwei achte Halbdipol-Komponenten (210b und 212a) der ersten Halbdipolhälfte des dritten Dipols (2'a) und der vierten Halbdipolhälfte des vierten Dipols (2"b) jeweils senkrecht zu einer der zwei siebten Halbdipol-Komponenten (211a, 211b) stehen, und wobei an den jeweils rechtwinklig aufeinander zu laufenden Enden an jeweiligen äußeren Eckbereichen (21, 21) der jeweils senkrecht aufeinander stehenden siebten und achten Halbdipol-Komponenten (211a, 211b; 210b und 212a) offene Bereiche mit zu jeder der siebten und achten Halbdipol-Komponenten (211a, 211b; 210b, 212a) zugehörigen voneinander beabstandeten dritten Schenkeln (20a, 20b; 21a, 21b) angeordnet sind, wobei die dritten Schenkel (20a, 20b; 21a, 21b) eine dritte Länge (L3) aufweisen,
    wobei die zweite Unterseite (U2) des zweiten Dipolstrahlers (2) der ersten Oberseite (O1) des ersten Dipolstrahlers (1) zugewandt ist, wobei der zweite Dipolstrahler (2) oberhalb des ersten Dipolstrahlers (1) angeordnet ist, und
    wobei der erste und der zweite Dipolstrahler (1; 2) dieselbe Bauform und zumindest annähernd dieselbe Größe aufweisen.
  2. Dipolstrahlermodul (102) nach Anspruch 1, wobei die erste Länge (L1) kürzer als die zweite Länge (L2) ist und/oder die erste Länge (L1) der dritten Länge (L3) entspricht.
  3. Dipolstrahlermodul (102) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Länge (L1) zwischen 0,01 Am und 0,2 Am liegt, wobei A die Wellenlänge des Frequenzbereichs des jeweiligen Dipols und m die Mittenfrequenz des Frequenzbereichs des jeweiligen Dipols ist.
  4. Dipolstrahlermodul (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ersten Schenkel (12a, 12b; 13a, 13b) einander in einem vorgegebenen Abstand zueinander überlappen, die zweiten Schenkel (10a, 10b; 11a, 11b) einander in einem vorgegebenen Abstand zueinander überlappen und die dritten Schenkel (20a, 20b; 21a, 21b) einander in einem vorgegebenen Abstand zueinander überlappen.
  5. Dipolstrahlermodul (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ersten Schenkel (12a, 12b; 13a, 13b), die zweiten Schenkel (10a, 10b; 11a, 11b) und die dritten Schenkel (20a, 20b; 21a, 21b) jeweils in Richtung eines Innenleiters (5) des zugehörigen ersten oder zweiten Dipolstrahlers (1; 2) weisen.
  6. Dipolstrahlermodul (102) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die ersten Schenkel (12a, 12b; 13a, 13b), die zweiten Schenkel (10a, 10b; 11a, 11b) und die dritten Schenkel (20a, 20b; 21a, 21b) derart überlappen, dass sie im Wesentlichen parallel zueinander sind.
  7. Dipolstrahlermodul (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste und der zweite Dipolstrahler jeweils eine an jeder Seite des Dipolfußes (4) angeordnete Symmetrierung (3) umfassen, wobei eine Länge (S) der Symmetrierung (3) zwischen 0,12 Am bis 0,25 Am liegt, wobei A die Wellenlänge des Frequenzbereichs des jeweiligen Dipols und m die Mittenfrequenz des Frequenzbereichs des jeweiligen Dipols ist.
  8. Array (200), umfassend zumindest zwei Dipolstrahlermodule (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Anordnung in einer Antenne, wobei die zumindest zwei Dipolstrahlermodule (102) in einem Abstand voneinander vertikal übereinander oder horizontal zueinander angeordnet sind, wobei der zweite Dipolstrahler (2) derart oberhalb des ersten Dipolstrahlers (1) angeordnet ist, dass die zweite Unterseite (U2) des zweiten Dipolstrahlers (2) der ersten Oberseite (O1) des ersten Dipolstrahlers (1) zugewandt ist.
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