DE3927665A1 - Fusspunktgespeiste stabantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine fußpunktgespeiste Stabantenne nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Antennen sind in vielfältiger Weise einsetzbar, insbesondere bei dem sogenannten Mobilfunk. Dabei sind Sende- und/oder Empfangsstationen als bewegliche Einheiten ausgebildet und z.B. auf oder in einem Auto installiert. Für derartige Einsatzvermerke ist eine Stabantenne beson­ ders gut geeignet.

Es ist oft erwünscht, in mehreren Wellenlängenbereichen zu senden und/oder zu empfangen. Dafür sind im allgemeinen unterschiedliche Antennen erforderlich, die jeweils auf einem gesonderten Träger (Mast) befestigt sind. Solche An­ ordnungen sind in nachteiliger Weise insbesondere bei dem Mobilfunk unwirtschaftlich, störanfällig und zeitaufwendig in der Pflege und oft ist es nötig, im wesentlichen gleichzeitig mit zwei sehr unterschiedlichen Wellenlängen­ bereichen zu arbeiten, z.B. dem Meterwellenbereich und Zentimeterwellenbereich. Dabei wird der Wellenlängenbe­ reich mit der längeren Wellenlänge, hier der Meterwellen­ bereich, für die Kommunikation über größere Entfernungen benötigt, während der Wellenlängenbereich mit der kürzeren Wellenlänge nur zur Kommunikation über kürzere Entfernun­ gen dient. Für letztere ist der Millimeterwellen-Bereich besonders gut geeignet, da dieser quasioptische Ausbrei­ tungseigenschaften besitzt. Für Millimeterwellen wird im folgenden auch die Abkürzung mm-Wellen verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungs­ gemäße Stabantenne anzugeben, die für mehrere Wellenlängenbereiche, von denen einer der Millimeterwel­ lenbereich ist, geeignet ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß in dem Millimeterwellen-Bereich über kurze Entfernungen, d.h. dem quasioptischen Entfernungsbereich, gleichzeitig eine Viel­ zahl unterschiedlicher Kommunikationen, z.B. Gespräche und/oder Datenübertragungen, möglich sind, ohne daß sich diese stören, z.B. durch unerwünschte Interferenzen.

Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß im Millimeterwel­ len-Bereich eine sehr zuverlässige, d.h. abhörsichere, Kommunikation möglich ist.

Ein dritter Vorteil besteht darin, daß die Stabantenne auch für den Millimeterwellen-Bereich weitgehend lageunab­ hängig ist. Dadurch wird die Kommunikation z.B. durch Windeinflüsse und/oder Bewegungen der mobilen Sende­ und/oder Empfangsstation nicht gestört.

Ein vierter Vorteil besteht darin, daß im Millimeterwel­ len-Bereich ein Diversity-Empfang möglich ist, wodurch die Kommunikation wesentlich zuverlässiger wird.

Ein fünfter Vorteil besteht darin, daß mm-Wellen-Sendean­ tenne und mm-Wellen-Sender räumlich getrennt sind. Dadurch ist es möglich, einen mm-Wellen-Sender, bei dem derzeit lediglich ein Wirkungsgrad von ungefähr 10% erreichbar ist, am Fuß der Stabantenne anzubringen, wo gute Kühlmög­ lichkeiten zur Ableitunng der Verlustwärme herstellbar sind. Die mm-Wellen-Sendeantenne ist an der Spitze der Stabantenne angeordnet. Die Anordnung ermöglicht eine leichte und biegsame Stabantenne, die eine hohe Sendelei­ stung im mm-Wellenbereich besitzt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf schematisch dargestellte Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die Gesamtansicht einer Stabantenne, die als Sende- und Empfangsantenne sowohl für den VHF-Be­ reich als auch für den mm-Wellen-Bereich geeignet ist.

Fig. 2 zeigt vergrößert dargestellte Einzelteile der An­ ordnung entsprechend Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein Außenrohr 10, das eine elektrisch leitfä­ hige Außenoberfläche besitzt und dessen Länge auf den Wel­ lenlängenbereich mit der größeren Wellenlänge abgestimmt ist. Die Länge beträgt z.B. ungefähr 2 m für den beispiel­ haft gewählten VHF-Bereich. Das Außenrohr 10 besteht z.B. aus einem Kunststoffrohr mit einem Außendurchmesser von ungefähr 18 mm und einer Wandstärke von ungefähr 1,5 mm. Die Außenoberfläche ist z.B. durch ein stromlos chemisches Metallisierungsverfahren elektrisch leitfähig gemacht wor­ den. An einem Ende, der Spitze der Stabantenne, befindet sich eine Sendeantenne 6 für den mm-Wellenbereich. Mit dem Bezugszeichen 7 sind mm-Wellen-Empfangsantennen bezeich­ net, die sich im oberen Bereich der Stabantenne befinden und z.B. von der Sendeantenne 6 und untereinander einen Abstand von ungefähr 0,3 m besitzen. Die beispielhaft dar­ gestellten drei Empfangsantennen 7 ermöglichen den erwähn­ ten (Raum-) Diversity-Betrieb im mm-Wellenbereich. An dem anderen Ende des Außenrohres 10, dem Fußpunkt der Staban­ tenne, befindet sich ein Gehäuse 2, das elektronische Bau­ gruppen und/oder Bauelemente zum Betrieb der Stabantenne enthält. Das Gehäuse 2 enthält, entsprechend Fig. 2, z.B. einen H₀₁-mm-Wellensender 1, einen lokalen Oszillator (LO) 4 für mm-Wellen, ein Koppelnetzwerk 3 sowie einen Diversi­ tyempfänger 9. Ein Anschluß 11, z.B. ein Metallflansch mit Stecker, dient zur mechanischen Befestigung der Staban­ tenne an einen nicht dargestellten Antennenfuß.

Gemäß Fig. 2 erzeugt der mm-Wellen-Sender 1, der z.B. über den Anschluß 11 mit einem nichtdargestellten Modulator verbunden ist, eine entsprechend der zu übertragenden Nachricht modulierte H₀₁-mm-Welle, die über das Koppel­ netzwerk 3 in einen H₀₁-Rundhohlleiter 5 eingespeist wird. Dieser besteht aus einem Innenrohr 12, z.B. einem Kunst­ stoffrohr, das einen Innendurchmesser von ungefähr 10 mm und eine Wandstärke von ungefähr 1 mm besitzt. Die Innen­ fläche des Kunststoffrohres ist elektrisch leitend, z.B. durch eine stromlos chemische Metallisierung, durch welche der Rundhohlleiter 5 entsteht. Der Rundhohlleiter 5 be­ sitzt vorteilhafterweise eine sehr geringe Dämpfung, z.B. 0,3 dB/Meter, so daß eine weitgehendst verlustlose Lei­ stungsübertragung zur Sendeantenne 6 an der Spitze der Stabantenne möglich ist. Außerdem wird über das Koppel­ netzwerk 3 eine Mischerfrequenz (LO) als H₁₁-Welle in den Rundhohlleiter 5 eingekoppelt. Die Mischerfrequenz wird in dem lokalen Oszillator (LO) 4 erzeugt, welcher ebenfalls in dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Diese Mischerfrequenz (H₁₁-Welle) wird zu mm-Wellen-Empfängern übertragen, wel­ che unmittelbar mit den mm-Wellen-Empfangsantennen 7 ge­ koppelt sind. Der Rundhohlleiter 5 besitzt für die H₁₁- Welle eine Dämpfunng von ungefähr 2 bis 3 dB/Meter. Diese an sich hohe Dämpfung ist nicht störend, da zur Mischung in den mm-Wellen-Empfängern lediglich eine geringe Lei­ stung erforderlich ist. Die H₀₁-Welle wird mit Hilfe eines Modenwandlers S, der sich unmittelbar an der Sendeantenne 6 befindet, und eines dort befindlichen Sperrfilters für die H₁₁-Welle in eine zirkularpolarisierte Welle umgewan­ delt, welche durch die Sendeantenne 6 über einen Azimut­ winkel von ungefähr 360° und einen Elevationswinkel von un­ gefähr 135° abgestrahlt wird. Diese Raumstrahlung gewährleistet, daß unabhängig von der Biegung der Staban­ tenne und der Neigung eines Fahrzeuges, auf welchem die Stabantenne befestigt ist, alle Nachbarfahrzeuge und sogar auch fliegende Empfangs- und/oder Sendestationen erreicht werden können.

Am oberen Ende der Stabantenne sind z.B. 2 oder 3 mm-Wel­ lenempfangssysteme angeordnet, die ein Antennendiversity- Empfangsverfahren (Raumdiversity) ermöglichen.

Der Abstand der obersten Empfangsantenne 7 von der Sende­ antenne beträgt z.B. 0,3 m. Die Empfangsantennen 7 haben untereinander ebenfalls einen Abstand von ungefähr 0,3 m. Die Empfangsantennen 7 besitzen einen Empfangsbereich von 360° im Azimut und ungefähr 135° in der Elevation. Der Empfangsbereich ist jedoch vorteilhafterweise auch in Emp­ fangssektoren mit kleineren Winkelbereichen zerlegbar, so daß gegebenenfalls vorhandene störende Mehrfachreflexionen einer ankommen H₀₁-Welle ausblendbar sind. Im Bereich ei­ ner Empfangsantenne 7 wird die in dem Rundhohlleiter 5 ge­ führte H₁₁-Welle (Mischerfrequenz) über einen in dem Rund­ hohlleiter 5 befindlichen Schlitz ausgekoppelt und einem Empfangsmischer zugeführt, der unmittelbar an die Emp­ fangsantenne 7, die z.B. als Streifenleitungsantenne auf­ gebaut ist, gekoppelt ist. An den Empfangsmischer ist außerdem ein erster Zwischenfrequenzverstärker (ZF-Ver­ stärker) gekoppelt, der vorzugsweise als monolithisch in­ tegriertes Bauelement ausgebildet ist. Das von dem ersten ZF-Verstärker erzeugte Ausgangssignal wird einem zweiten ZF-Verstärker zugeführt, der ebenfalls im Bereich einer Empfangsantenne 7 angeordnet ist.

Die von den zweiten ZF-Verstärkern erzeugten Ausgangssi­ gnale sind mit der LO-Frequenz synchronisiert und besitzen eine festeingestelle (Träger-) Frequenz, die unterhalb derjenigen der Stabantenne liegt, in diesem Beispiel also unterhalb der VHF-Frequenz. Die Ausgangssignale der zwei­ ten ZF-Verstärker werden in den Koaxleiter eingekoppelt, der aus den Metallisierungen des Rundhohlleiters 5 und des Außenrohres 10 gebildet wird, zu dem Koppelnetzwerk 3 übertragen und von dort aus in den Diversity-Empfänger 9 zur weiteren Auswertung geleitet. Über den Koaxleiter er­ folgt außerdem die Stromversorgung der zu jeder Empfangs­ antenne 7 gehörenden aktiven Baugruppen (Mischer, ZF-Ver­ stärker usw.). Jede Empfangsantenne 7 ist durch ein Radom 13 gegen störende Umwelteinflüsse geschützt.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungs­ beispiel beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwend­ bar. Beispielsweise ist es möglich, die elektrische Länge der Stabantenne durch Impedanzen zu verändern.

Claims (9)

1. Fußpunktgespeiste Stabantenne, zumindest bestehend aus einem Außenrohr mit einer elektrisch leitfähigen Außen­ oberfläche und einem aktiven und/oder passiven elektri­ schen Netzwerk, das elektrisch an den Fußpunkt des Außen­ rohres angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß im Bereich des oberen Endes des Außenrohres (10) mindestens eine für Millimeterwellen ge­ eignete Sende (6)- und/oder Empfangsantenne (7) angeordnet ist,
• - daß in dem Außenrohr (10) ein Innenrohr (12) ange­ ordnet ist, das eine elektrisch leitende Innen­ oberfläche besitzt und das als Hohlleiter für Mil­ limeterwellen ausgebildet ist,
• - daß der Hohlleiter elektrisch an die Sende (6)­ und/oder Empfangsantenne (7) sowie das Netzwerk des Fußpunktes angekoppelt ist und
• - daß die elektrisch leitende Innenoberfläche und die elektrisch leitende Außenoberfläche einen Ko­ axleiter bilden, der zur Übertragung von minde­ stens einer Zwischenfrequenz geeignet ist.

2. Fußpunktgespeiste Stabantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Innenoberflä­ che als Rundhohlleiter (5) ausgebildet ist.

3. Fußpunktgespeiste Stabantenne nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rund­ hohlleiter (5) für H₀₁-Wellen ausgebildet ist.

4. Fußpunktgespeiste Stabantenne nach Anspruch 1 oder An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem oberen Ende eine Millimeterwellen-Sendeantenne (6) angeordnet ist und daß zwischen der Sendeantenne (6) und dem Fußpunkt minde­ stens eine Millimeterwellen-Empfangsantenne (7) vorhanden ist.

5. Fußpunktgespeiste Stabantenne nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fuß­ punkt ein Millimeterwellen-Sender (1) angeordnet ist.

6. Fußpunktgespeiste Stabantenne nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Sende- und/oder Empfangsantenne einen Sende- und/oder Empfangsbereich von ungefähr 360° im Azimut und eine Ele­ vation von ungefähr 135° besitzt.

7. Fußpunktgespeiste Stabantenne nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außen­ rohr (10) als Antenne für den VHF-Frequenzbereich ausge­ bildet ist.

8. Fußpunktgespeiste Stabantenne nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Empfangsantennen (7) mit einem Mischer sowie ei­ nem Zwichenfrequenzverstärker gekoppelt ist und daß der Koaxleiter an den Zwischenfrequenzstärker angeschlossen ist.

9. Fußpunktgespeiste Stabantenne nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende (6)- und/oder Empfangsantennen (7) für Millimeterwellen entsprechend dem 60 GHz-Frequenzbereich ausgebildet sind.