DE4219165A1 - Antenne - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Antenne laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Antennen dieser Art sind bekannt (z. B. Neues von Rohde & Schwarz, Nr. 111, Herbst 1985, S. 26 bis 28). Um bei solchen Antennen hochwertige reproduzierbare Eigenschaften zu erreichen ist eine hohe gegenseitige Entkopplung der einzelnen übereinander angeordneten Dipol-Einheiten er­ forderlich. Nachdem dies meist nicht durch Vergrößerung des gegenseitigen Abstandes der Dipoleinheiten erreicht werden kann ist es bekannt, zwischen den benachbarten zu entkoppelnden Dipoleinheiten ein strahlungsabsorbie­ rendes Material anzuordnen (a.a.O. Bild 3). Nachteil dieser bekannten Lösung ist der damit verbundene Rückgang des Antennengewinns, bei Senderantennen für höhere Leistung können außerdem Erwärmungsprobleme auftreten. Diese bekannte Lösung ist außerdem relativ teuer.

Bei Antennen ohne dielektrischer Umhüllung ist es an sich bekannt, zwischen einzelnen zu entkoppelnden An­ tenneneinheiten eine leitende Trennfläche anzuordnen. Die im HF- und VHF-Bereich hierfür entwickelten Dimen­ sionierungsvorschriften (Erdnetz- oder Groundplane-Dimen­ sionierung) gehen davon aus, daß eine solche Trennfläche die Antennenachse mindestens um eine Betriebswellenlänge λ überragen muß, mindestens jedoch um die Länge des Anten­ nenelementes. Diese für Antennen ohne dielektrischer Umhüllung (Radom) bekannte Maßnahme wäre für Antennen der eingangs erwähnten Art, bei der die Dipol-Einheiten übereinander in einem Rohr aus Isoliermaterial angeordnet sind, nur dann anwendbar, wenn das Rohr einen Innendurch­ messer von mindestens einer Wellenlänge λ aufweist, was bei Antennen für den VHF-Bereich (100 bis 160 MHz) und UHF-Bereich (225 bis 400 MHz) zu einem nicht mehr ver­ tretbaren großen Rohrdurchmesser führen würde, der wegen der höheren Wind- und Eislast noch dazu sehr teuer wäre.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, für eine Antenne der eingangs erwähnten Art, die in einem Schutzrohr aus Isoliermaterial eingebaut ist, das einen Innendurchmesser kleiner als die Betriebswellenlänge aufweist, eine ein­ fache und billig realisierbare Entkopplungseinrichtung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Antenne laut Ober­ begriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Durch die erfindungsgemäße Anwendung einfacher leitender Trennflächen zwischen den zu entkoppelnden Dipol-Einheiten ergibt sich ein sehr einfacher und billiger Gesamtaufbau, ohne daß die Abmessungen der Antenne vergrößert werden müssen. Die Erfindung wird dabei getragen durch die Erkenntnis, daß bei Antennen der eingangs erwähnten Art, bei denen das Schutzrohr aus Isoliermaterial relativ dicht über den zu schützenden Dipoleinheiten angeordnet ist, und bei denen damit zwischen den meist flächen­ förmigen Dipolhälften und der Innenwand des Schutzrohres nur ein durch die Fertigungs- und Montagetoleranzen bestimmter geringer Abstand von nur einigen Millimetern besteht, die störende Verkopplung zwischen den überein­ ander angeordneten Dipoleinheiten hauptsächlich innerhalb des Schutzrohres erfolgt und vergleichsweise weniger durch die außerhalb des Schutzrohres auftretenden Feld­ anteile, so daß es für solche innerhalb eines Schutzrohres von relativ kleinem Durchmesser angeordnete Dipoleinheiten zur guten Entkopplung genügt, nur einfache leitende Entkopplungsflächen zwischen den Dipoleinheiten vorzu­ sehen, die radial nur bis zu den flächenförmigen Dipol­ hälften der Dipoleinheiten reichen oder diese nur unwe­ sentlich bis zur Innenwand des Schutzrohres überragen. Durch diese leitenden Entkopplungsflächen werden die Dipoleinheiten innerhalb des Schutzrohres ausreichend gegeneinander entkoppelt, ohne daß der Durchmesser des Schutzrohres vergrößert werden muß, ein eventuelles Übergreifen von Feldern außerhalb des Rohres können für die Verkopplung der Dipoleinheiten vernachlässigt werden.

Die erfindungsgemäße Maßnahme kann mit Erfolg bei Antennen sowohl im VHF- als auch im UHF-Bereich angewendet werden, beispielsweise auch bei Flugsicherungsantennen, sie ist auch besonders geeignet zum Aufbau von Antennen für den PCN E1-Mobilfunknetz-Bereich (1710 bis 1880 MHz), da hierdurch sehr schlanke Antennen mit einem Durchmesser von beispielsweise nur 95 mm herstellbar sind, die neben eng tolerierten Azimut-Diagrammen für Rundstrahlung bzw. Sektorversorgung mit Richtantennen auch im Vertikaldia­ gramm definierte Maximum-Absenkung, starke Nebenkeulen­ unterdrückung sowie beträchtliche Nullstellenauffüllung aufweisen.

Die Erfindung ist für alle Antennen mit kollinear über­ einander angeordneten Dipol-Einheiten geeignet, bei denen diese Dipol-Einheiten beispielsweise aus zwei gegenüber der Rohrachse gegenüberliegend angeordneten Dipolelementen bestehen, die flächenförmige und an die Innenwand des Rohres angepaßt gebogene Dipolhälften aufweisen, wie sie beispielsweise in Neues von Rohde & Schwarz, Heft 11, Seite 28 dargestellt sind.

Die erfindungsgemäße Maßnahme ist in gleicher Weise jedoch auch bei kollinearen Dipol-Einheiten anwendbar, die aus einem einzigen Dipolelement mit Reflektor bestehen, wie dies für die Erzeugung von Richtdiagrammen nötig ist. Auch in diesem Fall kann zwischen den übereinander angeordneten Dipol-Reflektor-Einheiten innerhalb des Schutzrohres oder der Schutzwanne aus Isoliermaterial wiederum eine erfindungsgemäße leitende Entkopplungsfläche angeordnet sein, die in diesem Fall leitend mit der Reflektorfläche verbunden ist. Die Erfindung′ ist auch für Antennen geeignet, bei denen übereinander angeordnete Dipolelemente benachbarter Dipol-Einheiten gegeneinander verdreht sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Antenne, Fig. 2 zeigt den zugehörigen Querschnitt.

Die Fig. zeigen eine Sendeantenne für den PCN E1-Mobilfunk bestehend aus einem selbsttragenden Schutzrohr 1 aus beispielsweise glasfaserverstärktem Isoliermaterial mit einem Innendurchmesser von beispielsweise 95 mm, also einen gegenüber der Betriebswellenlänge λ dieser PCN-Mobilfunk-Antenne kleinen Innendurchmesser und einer Gesamtlänge von etwa 2 m. Längs der Achse 2 dieses Rohres 1 ist ein Tragrohr 3 aus Metall angeordnet, an welchem innerhalb des Schutzrohres 1 mehrere Dipoleinheiten 4 kollinear übereinander befestigt sind. Das Tragrohr 3 ist ebenso wie das Schutzrohr 1 an einem Befestigungs­ flansch 11 aus Metall angebracht, mit dem die Antenne beispielsweise an einem Mast befestigt werden kann.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht jede Dipol-Einheit aus zwei symmetrisch zur Rohrachse 2 gegenüberliegende angeordneten Dipolelementen jeweils bestehend aus zwei übereinander angeordneten flächen­ förmigen Dipolhälften 5, deren Breite sich nach der gewünschten Bandbreite der Antenne richtet. Die Dipol­ hälften 5 sind gemäß Fig. 2 entsprechend dem Radius der Innenwand 6 des Rohres 1 gekrümmt oder entsprechend abgewinkelt, so daß zwischen der Außenfläche der Dipol­ hälften 5 und der diesen gegenüberliegenden Innenwand 6 des Rohres 1 nur ein fertigungsbedingter Abstand von einigen Millimeters besteht. Die Achsen der Dipol-Ein­ heiten 4 sind kollinear, das heißt sie fluchten mit der Rohrachse 2, die Dipol-Elemente jeweils gebildet durch zwei Dipolhälften 5 können in benachbarten Dipol-Einheiten 4 jedoch gegeneinander etwas verdreht sein, wie dies für manche Diagrammformen wünschenswert sein kann. Die Dipolhälften 5 sind über Stützen 7 am Tragmast 3 befestigt.

Zur gegenseitigen Entkopplung zwischen zwei übereinan­ der angeordneten Dipol-Einheiten 4 ist zwischen diesen eine leitende Entkopplungsfläche 8 angeordnet, die leitend am Tragrohr 3 befestigt ist und die mit ihrem Rand 10 mindestens bis zu der die Dipol-Einheiten 4 radial begrenzende Außenfläche 9 der gekrümmten Dipolhälften 5 und maximal bis zur Innenwand 6 des Schutzrohres 1 reicht, maximal also einen Durchmesser von 95 mm, also einem Bruchteil der Betriebswellenlänge λ aufweist. Diese leitende Entkopplungsfläche 8 ist im einfachsten Fall eine Metallblechscheibe oder eine Scheibe aus leitendem oder metallisiertem Kunststoff, auch ein engmaschiges Gitter aus leitendem Material ist hierfür geeignet. Messungen haben ergeben, daß allein mit solchen leitenden Entkopplungsfläche 8 von relativ geringem Durchmesser in Kombination mit dem die Dipol-Einheiten 4 eng um­ schließenden Rohr 1 aus isoliermaterial eine gute gegen­ seitige Entkopplung der übereinander angeordneten Dipol-Einheiten 4 von ca. 30 dB erreicht wird.

Claims (3)

1. Antenne mit mehreren an einem Tragrohr (3) kollinear übereinander angeordneten Dipol-Einheiten (4) jeweils bestehend aus mindestens einem Dipol-Element (5), die innerhalb eines Schutzrohres (1) aus Isolier­ material mit einem gegenüber einer Betriebswellenlänge (λ) kleinen Innendurchmesser angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens zwei übereinander angeordneten Dipol-Einheiten (4) senkrecht zur Schutzrohrachse (2) eine leitende Ent­ kopplungsfläche (8) angeordnet ist, deren äußerer Rand (10) radial mindestens bis zu den Dipolelementen (5) und maximal bis zur Innenwand (6) des Schutzrohres (1) reicht und die mit dem Tragrohr (3) oder einem Reflektor der Dipoleinheit (4) leitend verbunden ist.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Entkopplungsfläche (8) eine Metallblechscheibe, eine Scheibe aus leitendem oder metallisiertem Kunststoff oder ein engmaschiges Gitter aus leitendem Material ist.

3. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erzielung gleicher elektrischer Eigenschaften aller Dipoleinheiten (4) eine Entkopplungsfläche (8) auch am freien Ende der obersten und/oder untersten Dipoleinheit (4) angebracht ist.