DE10035820A1 - Multifunktionale Antenne für mehrere Funkdienste - Google Patents

Multifunktionale Antenne für mehrere Funkdienste

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DE10035820A1 DE2000135820 DE10035820A DE10035820A1 DE 10035820 A1 DE10035820 A1 DE 10035820A1 DE 2000135820 DE2000135820 DE 2000135820 DE 10035820 A DE10035820 A DE 10035820A DE 10035820 A1 DE10035820 A1 DE 10035820A1
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Description

Multifunktionale Antennen sind in Form von Dualband-Antennen, Mehrfachband-Antennen und konformen Antennen bekannt, welche für zwei oder mehrere Funkdienste gleichermaßen verwendet werden können. Aus Gründen der Platzersparnis finden solche Antennen insbe­ sondere in mobilen Funkanlagen Anwendung. In den Druckschriften [1-8] ist eine Übersicht zum Stand der Technik auf dem Gebiet multifunktionaler Antennen und Mehrfachband- Antennen gegeben. Für verschiedene Funkdienste sind häufig verschiedene Abstrahlrichtun­ gen und verschiedene Arten der Polarisation vonnöten. Während für terrestrische Funkdienste wie z. B. GSM900 oder DCS1800 eine horizontale Rundumstrahlcharakteristik mit vertikal polarisiertem Feld erforderlich ist, ist für die Satellitenfunkdienste eine vertikale Abstrahlung bei zirkular polarisiertem Feld vonnöten. Fig. 1 zeigt geforderten Antennencharakteristiken und Polarisationsrichtungen einer Antennenanordnung 01 für Satellitenfunkdienste und terre­ strische Funkdienste. Die Antennenanordnung 01 hat für Satellitenfunkdienst eine nach oben gerichtete Charakteristik 02, wobei sie hier für das Senden und den Empfang zirkular polari­ sierter elektromagnetischer Wellen ausgebildet ist und hat für terrestrische Dienste eine hori­ zontale Richtcharakteristik 03, wobei sie für das Senden und den Empfang vertikal polari­ sierter elektromagnetischer Wellen ausgebildet ist. In DE 198 17 573 A1 wurde bereits eine Antenne vorgestellt, welche für die Terrestrischen Funkdienste GSM900 und DCS1800 und für den Satellitenfunkdienst GSM verwendet werden kann, wobei jeweils die erforderliche Richtcharakteristik und Polarisation realisiert werden.
Die oben angeführten bereits bekannten multifunktionalen Antennen haben gemeinsam, daß die Frequenzbänder der Funkdienste durch die geometrische Struktur der Antennen fest vor­ gegeben sind. Für verschiedene Kombinationen von Funkdiensten sind somit verschiedene Antennen herzustellen. Des weiteren sind bei verschiedenen Richtcharakteristika und Polari­ sationsrichtungen für die jeweiligen Funkdienste bislang nicht mehr als drei Funkdienste ein- bzw. auskoppelbar.
Erfindungsgemäß wird im folgenden eine multifunktionale Antennenanordnung bestehend aus einer Anzahl N Monopolantennen mit Dachkapazität, wobei die Anzahl N größer oder gleich drei ist und einer Ansteuerschaltung mit der ein oder mehrere externe Tore mit den Antennenelementen verkoppelt werden, wobei die Antennenanordnung als Sende- und/oder Empfangsantenne in mehreren Frequenzbändern verwendet werden kann, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Beziehung zwischen den Phasen und Amplituden der einzelnen Antennen und der Torgrößen der Ansteuerschaltung vom Frequenzband abhängen, vorgeschlagen.
Die erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung ist als Sende- und/oder Emp­ fangsantenne für mehrere terrestrische und/oder Satellitenfunkdienste anwendbar, wobei die einzelnen Funkdienste simultan und dabei sowohl in Senderichtung als auch Empfangsrich­ tung bedient werden können. Die erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung ist im Gegensatz zu den bisher bekannten Antennen für eine hohe Anzahl von terrestrischen Funkdiensten und Satellitenfunkdiensten anwendbar.
Die erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung wird in einer beispielhaften Ausführung so realisiert, daß sich alle N Antennenelemente in einer N-fach zirkular symme­ trischen Anordnung befinden, so daß die Geometrie der Anordnung der Antennenelemente bei Rotation um das Symmetriezentrum um einen Winkel von 360°/N (in Worten: dreihun­ dertsechzig Grad geteilt durch N) in sich selbst übergeht und daß die Antennenelemente in einem oder mehreren Frequenzbändern gleichphasig angesteuert werden und in einem oder mehreren Frequenzbändern in ihrer Phase um jeweils 360°/N (in Worten: dreihundertsechzig Grad geteilt durch N) versetzt angesteuert werden. In einer weiteren beispielhaften Ausfüh­ rung der erfindungsgemäßen Anordnung werden die N Antennenelemente in unregelmäßiger Anordnung um ein Zentrum gruppiert, wobei die Antennenelemente in einem oder mehreren Frequenzbändern gleichphasig angesteuert werden und in einem oder mehreren Frequenzbän­ dern phasenversetzt angesteuert werden, wobei die einzelnen Antennenelemente in Phase und Amplitude so gewichtet sind, daß in vertikaler Richtung eine zirkular polarisierte Welle aus­ gestrahlt bzw. empfangen wird.
Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemä­ ßen multifunktionalen Antennenanordnung, bestehend aus N = 4 (in Worten: vier) oberhalb einer leitenden Grundplatte 04 zentralsymmetrisch angeordneten Antennenelementen mit den Dachkapazitäten 05, 06, 07, 08, den vertikalen Leitungen 09, 10, 11, 12, den Eingangstoren 14, 15, 16, 17 und einer Ansteuerschaltung 13 mit dem Eingangstor 22 und den Ausgangstoren 18, 19, 20,21. Die Ansteuerschaltung bewirkt Anpassung am Eingang 22 der Antennenanord­ nung innerhalb der Frequenzbänder aller zu bedienenden Funkdienste. Darüber hinaus be­ wirkt die Ansteuerschaltung eine individuelle Ansteuerung der Antennenelemente, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge 14, 15, 16, 17 der Antennenelemente in den Frequenzbän­ dern der terrestrischen Funkdienste alle mit gleicher Phase angesteuert werden während die Eingänge in den Frequenzbändern der Satellitenfunkdienste mit jeweils zueinander um 90° (in Worten: neunzig Grad) versetzter Phase angesteuert werden. Automatisch tritt somit die mul­ tifunktionale Antennenanordnung in den Frequenzbändern der terrestrischen Funkdienste in den Betriebszustand einer Monopolantenne mit vertikal polarisiertem Feld und horizontaler Abstrahlung. In den Frequenzbändern der Satellitenfunkdienste tritt die Antennenanordnung automatisch in den Betriebszustand zweier gekreuzter Dipole mit zirkular polarisierten Wel­ len und senkrechter Hauptstrahlrichtung. Dabei werden alle Funkdienste gleichzeitig über denselben Anschluß in die Antennenanordnung eingekoppelt. In Fig. 3 ist die Aufsicht der multifunktionalen Antennenanordnung dargestellt. In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Antennenanordnung gruppieren sich die Dachkapazitäten symmetrisch um einen Mittelpunkt 23. Die Anschlüsse der Zuleitungen 09, 10, 11, 12 befinden sich nahe dem Mittelpunkt, damit die Dachkapazitäten im Betriebszustand für Satellitenfunkdienste als gekreuzte Dipole wirken.
Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Ansteuer­ schaltung für vier Antennenelemente. Die Ansteuerschaltung 13 besteht aus einem Lei­ stungsteiler 24 und vier parallel geschalteten Zweitoren 25, 26, 27 und 28. Das Tor 22 ist das Eingangstor der Ansteuerschaltung. Es bildet das einzige äußere Tor der erfindungsgemäßen Antennenanordnung mit Ansteuerschaltung, an dem alle Funkkanäle gleichzeitig gesendet und/oder empfangen werden können. Die Tore 18, 19, 20 und 21 sind die Ausgangstore der Ansteuerschaltung, welche entsprechend Fig. 2 mit den Eingangstoren 14, 15, 16 und 17 der vier Antennenelemente verbunden werden. Da die vier Antennenelemente untereinander elektromagnetisch verkoppelt sind, bilden sie zusammen ein Viertor 29 mit den Eingangsto­ ren 14, 15, 16 und 17. Die Abstrahlung der Antennenelemente in den freien Raum kann in Form innerer Verluste im Viertor 29 beschrieben werden. Die Zweitore 25, 26, 27 und 28 bestehen jeweils aus einem Phasenschieber und einem Netzwerk zur Anpassung der Anten­ nenelemente an den Leiterwellenwiderstand. Der Leistungsteiler ist so zu gestalten, daß bei allen Frequenzbändern der zu bedienenden Funkdienste ein Signal, welches in Tor 22 einge­ speist wird, zu gleichen Teilen an den Toren 30, 31, 32 und 33 austritt, wobei die Reflexionen am Eingang 22 gering zu halten sind. An den Toren 14, 15, 16 und 17 der Antennenelemente herrscht keine Anpassung. Aus diesem Grund sind die Zweitore 25, 26, 27 und 28 so zu ge­ stalten, daß an den Eingängen 34, 35, 36 und 37 der Zweitore Anpassung herrscht. Zusätzlich haben die Zweitore 25, 26, 27 und 28 die Aufgabe, jeweils eine frequenzabhängige Phasendre­ hung zwischen Signalen am Eingang und am Ausgang der Zweitore herbeizuführen. In den Frequenzbändern der terrestrischen Funkdienste verursachen alle vier Zweitore eine gleiche Phasendrehung oder eine Phasendrehung um ein ganzzahliges Vielfaches von 360° (In Wor­ ten: dreihundertsechzig Grad). Auf diese Weise werden die Antennenelemente mit den Toren 14, 15, 16 und 17 mit gleicher Phase angesteuert. In diesem Betriebszustand ergänzen sich die vier Antennenelemente zu einer einzigen Monopolantenne mit vertikal polarisierter Abstrah­ lung in horizontaler Hauptstrahlrichtung. In den Frequenzbändern der Satellitenfunkdienste bewirken die Phasenschieber eine Phasendrehung, die sich um 90° (In Worten: 90 Grad) zu­ züglich einem ein ganzzahligen Vielfachen von 360° (In Worten: dreihundertsechzig Grad) zur Phasendrehung des Phasenschiebers des benachbarten Antennenelements unterscheidet. Zwischen den Signalen an Tor 14 und 15 sowie zwischen den Signalen an Tor 15 und 16 so­ wie zwischen den Signalen an Tor 16 und 17 besteht jeweils ein Phasenunterschied von 90° (in Worten: neunzig Grad). Durch die phasenversetzte Ansteuerung der vier Antennenele­ mente bilden diese zusammen zwei gekreuzte Dipole, welche ein zirkular polarisiertes Feld mit vertikaler Hauptstrahlrichtung erzeugen. Durch Ändern des Vorzeichens des Phasenunter­ schieds kann die Drehrichtung des zirkular polarisierten Feldes geändert werden. Die Ansteu­ erschaltung kann wird durch wenige passive konzentrierte Elemente oder durch eine planare Filterstruktur einfach realisiert. Auch nichtlineare und aktive Elemente können für die An­ steuerschaltung verwendet werden.
In jedem der Zweitore 25, 26, 27 und 28 ist neben der individuellen Phasendrehung auch die Anpassung der Antennenelemente an die Tore 30, 31, 32 und 33 des Leistungsteilers herbei­ zuführen. Aufgrund der Symmetriebedingungen zwischen den Antennenelementen ergeben sich an den Eingängen 14, 15, 16, 17 der Antennenelemente gleiche Reflexionsfaktoren. Die Reflexionen an den Eingängen 14, 15, 16, 17 werden jeweils durch eine Eingangsimpedanz 40 dargestellt, welche aus einem frequenzabhängigen Strahlungswiderstand RS(f) und einer Reaktanz Xa(f) besteht. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Zweitore 25, 26, 27, 28 werden diese Zweitore in Form einer Anpaßschaltung und einem dazu in Serie geschalteten Phasen­ schieber realisiert. In Fig. 5 ist eine vorteilhafte Serienschaltung einer Anpaßschaltung 39 im Anschluß an einen Phasenschieber 41 dargestellt.
Die Anpassung der Eingangsimpedanzen 40 der Antennenelemente erfolgt jeweils über eine Anpaßschaltung 39, wie sie im Beispiel in Fig. 5. dargestellt ist. Für die frequenzabhängigen Reaktanzen XC und XL der Anpaßschaltung nach Fig. 5 ergibt sich jeweils bei den Mittenfre­ quenzen f1, f2, f3 . . . der verwendeten Frequenzbänder die folgende Bedingung:
Die Anpaßschaltung ist so gestaltet, daß sich für jedes Frequenzband die Reaktanzen XC und XL entsprechend der oben genannten Bedingung einstellen. Die Anpaßschaltung wird in einer planaren Schaltung ausgeführt und/oder mit Hilfe konzentrierter Elemente ausgeführt. In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung wird die Anpaßschaltung mit Hilfe konzentrierter Elemente ausgeführt, indem die Reaktanzen XC und XL jeweils durch par­ allel geschaltete L-C-Serienschwingkreise oder durch seriell geschaltete L-C- Parallelschwingkreise realisiert werden. In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Anpaß­ schaltung dargestellt, welche Anpassung bei drei Mittenfrequenzen f1, f2, f3 bewirkt.
Die Phasenschieber 41 sind so gestaltet, daß sich die Phasen an den Eingängen 14, 15, 16, 17 der Antennenelemente für jedes Frequenzband gemäß den oben beschriebenen Anforderungen einstellen. In den verwendeten Frequenzbändern sind die Phasenschieber an ihren Eingängen 14, 15, 16, 17 reflexionsfrei. Die Phasenschieber sind in einer beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung mit den induktiven Reaktanzen X1 und den kapazitiven Re­ aktanzen X2 in Form einer T-Schaltung realisiert. Die Reaktanzen X1 und X2 sind in einer bei­ spielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung jeweils durch parallel geschaltete L-C-Serienschwingkreise und/oder durch seriell geschaltete L-C-Parallelschwingkreise reali­ siert. In Fig. 7 ist eine beispielhafte Ausführung für einen Phasenschieber 41 zur Realisierung der Reaktanzen für drei verwendete Frequenzbänder dargestellt.
Wird die Antennenanordnung für die Funkdienste GSM (900 MHz), DCS1800 (1800 MHz) und GPS (1575 MHz) ausgeführt, werden die Phasenschieber in den Zweitoren 25, 26, 27, 28 in einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung in Form von vier ver­ schieden langen Verzögerungsleitungen realisiert. An den Eingängen der Verzögerungslei­ tungen treten keine Reflexionen auf. Sei Δl die Wellenlänge bei 900 MHz (in Worten: neun­ hundert Megahertz) auf der Verzögerungsleitung. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß bei einem Wegunterschied von Δl im Fall von 900 MHz (in Worten: neunhundert Megahertz) und 1800 MHz (in Worten: eintausendachthundert Megahertz) kein Phasenversatz entsteht, während im Frequenzband des Satellitenfunkdienstes GPS bei 1575 MHz (in Worten: eintausendfünthun­ dertfünfundsiebzig Megahertz) der Phasenversatz von 90° (in Worten: neunzig Grad) ent­ steht. Im Fall von GSM, DCS1800 und GPS wird die Ansteuerschaltung der einzelnen An­ tennenelemente 25, 26, 27, 28 somit, wie in Fig. 9 dargestellt ist, mit Hilfe von Verzögerungs­ leitungen realisiert. Jedes Antennenelement (40) wird jeweils an eine Anpaßschaltung (39) angeschlossen, welche an einen Phasenschieber (42) in Form einer Verzögerungsleitung an­ geschloßen ist. In dem Zweitor 25 bzw. 26 bzw. 27 bzw. 28 wird im Anschluß an die Anpaß­ schaltung 39 eine Übertragungsleitung 42 mit der Länge L bzw. L+Δl bzw. L+2Δl bzw. L+3Δl als Phasenschieber verwendet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen multifunktionalen Antennenan­ ordnung können Lage und Breite der Frequenzbänder für die einzelnen Funkdienste durch Abstimmung und/oder Umschaltung der Ansteuerschaltung und/oder durch Austausch von Ansteuerschaltungsmodulen verändert werden. Dadurch läßt sich die erfindungsgemäße mul­ tifunktionale Antennenanordnung insbesondere zu einem späteren Zeitpunkt für Frequenz­ bänder bzw. Funkdienste nachrüsten, die bei der erstmaligen Installation der multifunktiona­ len Antennenanordnung noch nicht vorgesehen waren.
In Fig. 10 ist ein konkretes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antennenanordnung für vier Antennenelemente gegeben. Die Antennenelemente bestehen jeweils aus einer Zulei­ tung 09, 10, 11, 12 und einer Dachkapazität 05, 06, 07, 08. Für die terrestrischen Funkdienste werden die Antennenelemente phasengleich angeregt. In diesem Fall bilden die Anten­ nenelemente zusammen einen Monopol, wobei die Dachkapazitäten der Antennenelemente zusammen die gesamte Dachkapazität des Monopols ergeben. Der so entstandene Monopol strahlt vertikal polarisierte Wellen rundum mit horizontaler Hauptstrahlrichtung ab. Für die Satellitenfunkdienste bilden die Dachkapazitäten 05 und 07 einen Schmetterlings-Dipol und die Dachkapazitäten 06 und 08 einen dazu gekreuzten Schmetterlings-Dipol. Diese beiden gekreuzten Schmetterlingsdipole strahlen zirkular polarisierte Wellen mit vertikaler Haupt­ strahlrichtung ab. Die Anregung erfolgt für alle verwendeten Frequenzbänder über eine Lei­ tung (z. B. Mikrostreifenleitung), die über einen Leistungsteiler mit allen vier Antennenele­ menten 05, 06, 07 und 08 verbunden wird.
In Fig. 11 sind beispielhaft Schritte zur Herstellung der Antennenelemente dargestellt. Die beispielhafte multifunktionale Antennenanordnung ist kostengünstig herstellbar, indem jeder Monopol mit Zuleitung aus einem gestanzten Blechstück 43 gebogen wird und zusammen mit den anderen Monopolen in einem Kunststoffstützteil 44 eingeführt oder eingegossen wird. Die so entstandene Konstruktion wird dann wie jedes andere Bauteil auf einer Leiterplatte 45 angebracht, auf der die Ansteuerschaltung in gedruckter Form oder in Form von SMD- Bauelementen realisiert ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung werden die Dachkapazitäten der Anten­ nenelemente kostengünstig auf einer Platine 46 in planarer Form realisiert, wie sie in Fig. 12 dargestellt ist. Zwischen der Platine 46 der Dachkapazitäten und der Platine 45 der Ansteuer­ schaltungen werden parallel geführte Leiter eingefügt, welche sich in einem Kunsstoff- Stützteil 47 befinden. In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Anordnung rein planar auf einem zweiseitig metallisch beschichteten Substrat realisiert, indem die Dachkapazitäten in der oberen Metallisierungsschicht realisiert werden während die Ansteuerschaltung auf der gegenüberliegenden Metallisierungsschicht realisiert wird. Dazu werden die Leitungen der Ansteuerschaltungen koplanar ausgeführt. Die Masseschicht, innerhalb welcher die koplana­ ren Leitungen geführt werden, bildet auch die Masseebene der Antennenelemente. Die An­ steuerschaltung der erfindungsgemäßen multifunktionalen Antennenanordnung wird in SMD- Technik platzsparend und für Frequenzen bis in den Bereich mehrerer Gigahertz realisiert. In einer weiteren beispielhaften ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung wird die An­ steuerschaltung in Form einer gedruckten Schaltung realisiert.
Die erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung wird über ein einziges Tor an­ gesteuert, wobei in mehreren Frequenzbändern Sende- und/oder Empfangssignale ein- bzw. ausgekoppelt werden. In einer alternativen Ausführung der Anordnung wird die erfindungs­ gemäße multifunktionale Antennenanordnung unter Verwendung von Frequenzweichen über mehrere Tore angesteuert, wobei einzelne Tore unterschiedlichen Polarisationsrichtungen und/oder unterschiedlichen Frequenzbändern zugeordnet sind und/oder für einzelne oder alle Frequenzbänder eine Aufteilung der Sende- und Empfangssignale auf verschiedene Tore vor­ genommen wird. In einer weiteren alternativen Ausführung der Anordnung wird die erfin­ dungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung über zwei Tore angesteuert, wobei ein Tor den Sendesignalen und ein Tor den Empfangssignalen zugeordnet ist.
Bei Bedarf wird die Bandbreite der Abstrahlungs- bzw. Empfangscharakteristik in einem oder mehreren der verwendeten Frequenzbänder erhöht, indem die Anpaßschaltung der erfin­ dungsgemäßen multifunktionalen Antennenanordnung so dimensioniert wird, daß sie in die­ sen Frequenzbändern über jeweils mehrere Polstellen verfügt. In einer vorteilhaften Weiter­ bildung der Anordnung wird die Bandbreite der Antennenelemente erhöht, indem die Dach­ kapazitäten in Form logarithmisch periodischer Strukturen anstelle einfacher geometrischer Formen ausgeführt werden. In Fig. 13 ist eine Aufsicht auf die Dachkapazitäten 05, 06, 07, 08 mit logarithmisch periodischer selbst-konformer Struktur dargestellt, welche sich um den Mittelpunkt 23 symmetrisch anordnen. In einer alternativen Weiterbildung der Anordnung werden die Dachkapazitäten in Form von Spiralwindungen als selbst-konforme Struktur einer planaren Helixantenne realisiert. In Fig. 14 ist eine Aufsicht auf die Dachkapazitäten 05, 06, 07, 08 mit selbst-konformer Spiralstruktur dargestellt. In einer vorteilhaften Weiterbil­ dung der Anordnung wird die geometrische Struktur der Dachkapazitäten auf breitbandige fraktale und ineinander verschachtelte Strukturen erweitert. In Fig. 15 ist eine Aufsicht auf die Dachkapazitäten 05, 06, 07, 08 mit fraktaler Struktur dargestellt. In einer weiteren beispielhaf­ ten Weiterbildung der Anordnung werden Schlitzantennen als Antennenelemente für die er­ findungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung anstelle von Monopolen mit Dachka­ pazitäten verwendet. In Fig. 16 ist eine Aufsicht auf eine günstige Schlitzanordnung mit den Schlitzaussparungen 52, 53, 54, 55 in der Metallisierungsschicht 56 und mit den Anschlüssen 56, 57, 58, 59 an die Tore 18, 19, 20,21 der Ansteuerschaltung dargestellt. Die Schlitzanordnung hat zum Vorteil, daß sie rein planar hergestellt werden kann. Während auf der Oberseite der Platine die Metallisierungsschicht 56 mit den Schlitzaussparungen 52, 53, 54, 55 liegt, befindet sich auf der Rückseite der selben Platine die Ansteuerschaltung. Die Anschlüsse 56, 57, 58, 59 werden in einer beispielhaften Weiterbildung in Form von Lochdurchführungen realisiert.
Literatur
[1] D. M. Pozar, S. M. Duffy, "A dual-band circularly polarized aperture coupled stacked microstrip antenna for global positioning satellite," JEEE Trans. Antennas Propagat., Band 45, Nr. 11, S. 1618-1625, Nov. 1997
[2] J. Wang, R. Fralich, C. Wu, J. Litva, "Multifunctional aperture coupled stack antenna," Electron. Lett., Band 26, S. 2067-2068, Dez. 1990
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[4] C. S. Lee, "Planar dual-band microstrip antenna," IEEE Trans. Antennas Propagat., Band 43, Nr. 8, S. 892-894, Aug. 1995
[5] P. Erätuuli, P. Haapala, P. Vainikainen, "Dual-frequency wire antennas," Electron. Lett., Band 32, S. 1051-1052, Juni 1996
[6] Z. D. Liu, P. S. Hall, "Dualband antenna for hand-held portable telephones," Electron. Lett., Band 32, S. 609-610, März 1996
[7] Z. D. Liu, P. S. Hall, "Dual-frequency planar inverted-F antenna," IEEE Trans. Antennas Propagat., Band 45, Nr. 10, S. 1451-1458, Okt. 1997
[8] S. Egashira, T. Tanaka, A. Sakitani, "A design of AM/FM Mobile Telephone triband antenna" IEEE Trans. Antennas Propagat., Band 42, Nr. 4, S. 538-540, April 1994
Beschreibung der Abbildungen
Fig. 1 Abstrahlrichtungen und Polarisationen bei Satellitenfunk und Terrestrischen Funkdien­ sten
Fig. 2 Antennenanordnung mit N Antennenelementen mit Dachkapazität, welche über An­ paßschaltungen verbunden sind.
Fig. 3 Aufsicht auf das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen multifunktionalen An­ tennenanordnung mit vier Antennenelementen mit Dachkapazität
Fig. 4 Ansteuerschaltung 13 der erfindungsgemäßen Antennenanordnung
Fig. 5 Realisierung der Zweitore 25, 26, 27, 28 durch die Serienschaltung eines Phasenschie­ bers 41 und einer Anpaßschaltung 39
Fig. 6 Anpaßschaltung aus konzentrierten Elementen
Fig. 7 Phasenschieber aus konzentrierten Elementen
Fig. 8 Verhältnis der Wellenlängen von GSM900 (42), DCS1800 (43) und GPS(44)
Fig. 9 Anpaßschaltung mir Phasenschieber (42) für die Funkdienste GSM (900 MHz), DCS (1800 MHz) und GPS (1575 MHz): Für die Antennenelemente 25 bzw. 26 bzw. 27 bzw. 28 wird jeweils eine Übertragungsleitung mit der Länge L bzw. L+Δl bzw. L+2Δl bzw. L+3Δl verwendet.
Fig. 10 Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung mit vier Antennenelementen
Fig. 11 Möglichkeiten der Herstellung der erfindungsgemäßen multifunktionalen Antennen­ anordnung mit Blechwinkeln
Fig. 12 Möglichkeit der Herstellung der erfindungsgemäßen multifunktionalen Antennenan­ ordnung mit gedruckten Dachkapazitäten
Fig. 13 Aufsicht auf das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen multifunktionale An­ tennenanordnung mit vier planaren logarithmisch periodischen selbst-konformen Anten­ nenelementen
Fig. 14 Aufsicht auf das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen multifunktionale An­ tennenanordnung mit vier planaren spiralförmigen selbst-konformen Antennenelementen
Fig. 15 Aufsicht auf das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen multifunktionalen An­ tennenanordnung mit vier planaren logarithmisch periodischen bzw. fraktalförmigen Antennenelementen
Fig. 16 Aufsicht auf das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen multifunktionale An­ tennenanordnung mit planaren Schlitzantennen

Claims (21)

1. Multifunktionale Antennenanordnung bestehend aus einer Anzahl N Monopolantennen mit Dachkapazität, wobei die Anzahl N größer oder gleich drei ist und einer Ansteuer­ schaltung mit der ein oder mehrere externe Tore mit den Antennenelementen verkoppelt werden, wobei die Antennenanordnung als Sende- und/oder Empfangsantenne in mehre­ ren Frequenzbändern verwendet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezie­ hung zwischen den Phasen und Amplituden der einzelnen Antennen und der Torgrößen der Ansteuerschaltung vom Frequenzband abhängen.
2. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die multifunktionale Antennenanordnung über ein einziges Tor ange­ steuert wird, wobei in mehreren Frequenzbändern Sende- und/oder Empfangssignale ein- bzw. ausgekoppelt werden.
3. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die multifunktionale Antennenanordnung über mehrere Tore angesteu­ ert wird, wobei einzelne Tore unterschiedlichen Frequenzbändern zugeordnet sind.
4. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die multifunktionale Antennenanordnung über mehrere Tore angesteu­ ert wird, wobei einzelne Tore unterschiedlichen Polarisationsrichtungen zugeordnet sind.
5. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die multifunktionale Antennenanordnung über mehrere Tore angesteu­ ert wird, wobei einzelne Tore unterschiedlichen Polarisationsrichtungen und unterschied­ lichen Frequenzbändern zugeordnet sind.
6. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die multifunktionale Antennenanordnung über mehrere Tore angesteu­ ert wird, wobei den Toren unterschiedliche Polorisationsrichtungen und/oder unterschied­ liche Frequenzbänder zugeordnet sind und für einzelne oder alle Frequenzbänder auch ei­ ne Aufteilung der Sende- und Empfangssignale auf verschiedene Tore vorgenommen wird.
7. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die multifunktionale Antennenanordnung über zwei Tore angesteuert wird, wobei ein Tor den Sendesignalen und ein Tor den Empfangssignalen zugeordnet ist.
8. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzbänder der multi­ funktionalen Antennenanordnung durch Abstimmung der Ansteuerschaltung eingestellt werden.
9. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung durch passive Schaltungen aus konzentrierten Elementen realisiert wird.
10. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung durch passive und aktive Elemente realisiert wird.
11. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung in SMD- Technik platzsparend und für Frequenzen bis in den Bereich mehrerer Giga-Hertz reali­ siert werden kann.
12. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung, beste­ hend aus Kapazitäten und Induktivitäten in gedruckter Form hergestellt ist.
13. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich alle N Antennenelemente in einer N-fach zirkular symmetrischen Anordnung befinden, so daß die Geometrie der Anordnung der Antennenelemente bei Rotation um das Symmetriezentrum um einen Winkel von 360°/N (in Worten: dreihundertsechzig Grad geteilt durch N) in sich selbst übergeht und daß die Antennenelemente in einem oder mehreren Frequenzbändern gleichphasig angesteuert werden und in einem oder mehreren Frequenzbändern in ihrer Phase um jeweils 360°/N (in Worten: dreihundertsechzig Grad geteilt durch N) versetzt angesteuert werden.
14. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die N Antennenelemente in un­ regelmäßiger Anordnung um ein Zentrum gruppiert werden, wobei die Antennenelemente in einem oder mehreren Frequenzbändern gleichphasig angesteuert werden und in einem oder mehreren Frequenzbändern phasenversetzt angesteuert werden, wobei die einzelnen Antennenelemente in Phase und Amplitude so gewichtet sind, daß in vertikaler Richtung eine zirkular polarisierte Welle ausgestrahlt bzw. empfangen wird.
15. Erfindungsgemäße Antennenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Monopolantennen in planarer Technologie aufgebaut sind.
16. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung in einem oder mehreren Frequenzbändern über jeweils mehrere Polstellen verfügt, die in bekannter Weise so angeordnet werden, daß sich in den einzelnen Frequenzbändern eine gewünschte breitbandige Abstrahlungs- bzw. Empfangscharakteristik einstellen läßt.
17. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Monopolantennen breitbandige logarithmisch periodische Strukturen verwendet werden.
18. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Monopolantennen Spiralstrukturen verwendet werden.
19. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Monopolantennen breitbandige fraktale und ineinander verschachtelte Strukturen platzsparend verwendet werden.
20. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die multifunktionale Antennen­ anordnung rein planar aufgebaut wird.
21. Erfindungsgemäße multifunktionale Antennenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die multifunktionale Antennen­ anordnung rein planar aufgebaut wird und als Antennenelemente Schlitzantennen ver­ wendet werden.
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