SE508512C2 - Dubbelpolariserad antennanordning - Google Patents

Description

508 512 10 15 20 25 30 35 2 det för tillfället finns abonnenter. Det inses att om man bara styr energi åt de håll där det finns abonnenter för tillfället, detta "energivinst“ kan utnyttjas antingen för att till exempel medger energibesparingar. Denna öka räckvidden åt de håll man sänder, eller för att sänka antennens uteffekt med bibehållen räckvidd.

Ett vanligt sätt att bygga styrda antenner på är så kallade gruppantenner. Dessa är, som namnet antyder, egentligen grupper av antenner, ofta ordnade i rader, med flera rader bredvid varandra. Varje enskild antenn i en sådan rad kan bestå av ett antennelement, exempelvis utfört i så kallad mikrostripteknik, vilket exciteras av slitsar utförda i ett jordplan. Slitsarna är ordnade i grupper, en för varje antennelement, med en eller flera slitsar i varje slitsgrupp, och matas med hjälp av ett matningsnät, vilket är utfört i ytterligare ett plan. Även matningsnätet är utfört i ndkrostripteknik. Matningsnätet får inte korsa slitsarna annat än i anslutningspunkterna, de så kallade matningspunkterna. Detta gör att matningsnätets avstånd från' slitsgruppernas centrunx till stor del bestäms av slitsarnas utsträckning.

Matningsnäten för de olika raderna får givetvis inte heller gå i varandra.

För att undvika så kallade gallerlober, lober åt andra riktningar än de önskade, bör gruppantennens rader vara belägna så nära varandra som möjligt, framför allt vid system där en eller flera lober styrs i en stor vinkel normal. Centrumavståndet mellan relativt antennytans raderna bör avsevärt understiga en våglängd, Ä, företrädesvis bör det vara mindre än 0.5 Ä.

Effektiv konstruktion av gruppantenner medför med andra ord i sig också krav på en kompakt antennkonstruktion, där 10 15 20 25 30 508 512 3 matningsnätet kan bringas så nära slitsgruppens centrum som möjligt.

För att öka tillgängligheten hos systemet använder man ofta så kallad polarisationsdiversitet, vilket innebär att varje antenn i gruppantennen utnyttjas i två polarisationsriktningar. Detta gör till exempel att man kan mottaga signaler vilka är polarisationsvridna som resultat av reflektioner mot föremål i omgivningen, ett fenomen som kan vara särskilt besvärande i stadsmiljö. För att åstadkomma god isolation mellan polarisationsriktningarna är det mycket viktigt att antennen är symmetrisk.

US 4 903 033 dubbelpolariserade antenner med ett matningsnät vilket, om redovisar en konstruktion för två eller flera dylika antenner skall förbindas med varandra, kan anses bli utrymmeskrävande.

I "Proceedings of 16th ESA workshop on dual polarisation antennas" redovisas på sid 87, fig 13, en konstruktion for dubbelpolariserade antenner vilken medger en hög grad av isolation mellan polarisationsriktningarna, men om rader av två eller flera dylika antenner skall förbindas kan det anses att avstånden mellan matningsnäten gör att raderna hamnar längre isär än vad som är önskvärt. Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en dubbelpolariserad antenn avsedd att ingå i en trådlös elektromagnetiska signaler, vilken är kompakt, har hög gruppantenn för informationsöverföring med symmetri, och medger att matningsnätet kan inrättas närmare slitsgruppernas centrum än tidigare. 508 512 10 15 20 25 4 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppnås slitskonfiguration i ett jordplan där de ingående slitsarna består av ett eller flera slitspartier och sträcker sig mellan två slitsgrupper, en för varje antennelement, där varje uppfinningen genom en ytterpunkter. Slitsarna är ordnade i slitsgrupp är symmetrisk med avseende på bägge de plan som definieras av de två polarisationer för vilka antennen är avsedd. Varje slitsgrupp består av minst en, i gruppen centralt belägen slits, avsedd för den ena polarisationen, och minst två yttre slitsar avsedda för den andra polarisationen, vilka är symmetriskt belägna på var sin sida om, och ortogonala mot, den centrala slitsen.

Den area som omsluts av en slitsgrupp minskas genom uppfinningen genonx att det rätlinjiga avståndet mellan ytterpunkterna hos åtminstone en av slitsarna i varje grupp, taget längs en linje som är parallell med slitsens huvudriktning, är mindre än den totala summan av längderna hos de i slitsen ingående partierna.

Genom att den omslutna arean sålunda minskas kan matningsnätet föras närmare slitsgruppens centrum. 10 15 20 508 512 FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer att beskrivas nedan med hjälp av ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar där Fig 1 är en schematisk planvy av en slitsgrupp med tillhörande matningsnät enligt teknikens ståndpunkt.

Fig 2 visar en planvy av anordningen i fig 1, anordnad som en del i en gruppantenn.

Fig 3 visar i en planvy en jämförelse mellan känd teknik och uppfinningen Fig 4 visar en planvy av en antenn med en slitsgrupp enligt uppfinningen, anordnad som en del i en gruppantenn.

Fig 5 visar schematiskt en ändvy av en antenn enligt uppfinningen i en föredragen utföringsform.

Fig 6 visar en planvy av en gruppantenn med slitsgrupper enligt uppfinningen. 508 10 15 20 25 30 35 512 FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFQRM Figurerna 1 och 2 visar exempel på teknik som kan anses Slitsarna 110, Slitsarna 110 och 120 är avsedda för en första ett 130 i Slitsen 140 är avsedd för en Slitsen 140 matas med ett andra matningsnät 150 i en matningspunkt 190. vara känd. 120 och 140 är ordnade i en slitsgrupp. polarisation och matas med matningsnät matningspunkter 170 och 180. andra polarisation, ortogonal mot den första.

I figur 2 visas hur en slitsgrupp enligt fig 1 anordnats avgör vid för att ingå i. en gruppantenn. Som antytts ovan slitsarnas orientering polarisationen. dubbelpolarisation har det ofta visat sig vara fördelaktigt om de två ingående polarisationerna är riktade i t 450 mot tänkt varför slitsarna i exemplet är orienterade på detta vis. en lodlinje, Matningsnäten 230, 250, har här getts en något annorlunda form jämfört med matningsnäten i fig 1, eftersom de är tänkta att förbinda ett flertal slitsgrupper.

Cirkeln 260 i fig 2 är avsedd att visa vad som sätter nära slitsgruppens centrum som gå. får slitsarna annat än i matningspunkterna 270, gränsen för hur inte skära 280 och 290.

Samma problenluppstår givetvis för bägge matningsnäten 230, 250. matningsnäten kan Matningsnäten Figur 3b är avsedd att visa hur ändamålet med uppfinningen totala slitsgruppen 301 i fig 3a, Den envelopparean A som den vänstra utförd enligt känd teknik, utförd uppnås. definierar, har genon1 slitsgrupp 302 i fig 3b, enligt uppfinningen, minskats till envelopparean B. Detta uppnås genom att de i slitsgruppen 302 enligt uppfinningen ingående slitsarna 315, 325, 345, består av ett flertal 10 15 20 25 30 35 508 512 7 Slitsarna 315, 325, 345, bildas av slitspartierna på ett sådant sätt att längs en tänkt rät slitspartier. linje 355, 365, sonx är parallell med respektive slits huvudriktning är avståndet mellan respektive slits 315, 325, 345 ytterpunkter mindre än den totala summan av längderna hos de slitspartier av vilka respektive slits består. Med ytterpunkter avses här de på nämnda linjer 355, 365 längst från varandra belägna punkterna hos varje slits, i figur 3 med andra ord punkterna 327-328 respektive 347- 348.

Det bör här poängteras att trots att längden hos en slits avgör vilket frekvensområde som slitsen fungerar inom behöver den totala summman av längderna hos de slitspartier 325 och 345 består ej som längden hos motsvarande slitsar enligt känd teknik, 310, 320 och 340. Det har visat sig att för två slitsar som fungerar inom väsentligen samma av vilka respektive slits 315, nödvändigtvis vara samma frekvensområde, där den ena slitsen består av ett enda rakt parti, och den andra består av ett flertal partier, vilka är vinklade i förhållande till varandra, behöver inte alltid summan av längderna hos de i den "icke-raka" slitsen ingående partierna vara lika. med längden hos den raka slitsen.

I figur 4 visas hur en slitsgrupp enligt uppfinningen anordnas för att ingå i en gruppantenn. Cirkeln 460 är avsedd att visa att uppfinningen gör att åtminstone matningsnätet 430 för den ena polarisationen kan anordnas närmre slitsgruppens centrum än tidigare.

Som framgår av figurerna 3 och 4 har en slitsgruppp enligt uppfinningen minskad envelopparea, med fullständig symmetri definieras av de två framhållas att symmetrikravet även gäller matningspunkterna, 470, 480, och i de plan som polarisationsriktningarna. Det bör 10 15 20 25 30 35 508 512 8 490, vilka med andra ord måste vara belägna symmetriskt kring de två polarisationsriktningarna.

Vidare bör det framhållas att kravet på symmetri enbart gäller för de delar i antennen som är avsedda att stråla, i fig 4 med andra ord slitsgruppen och matningspunkterna, samt det i figur 4 ej visade antennelementet.

I figur 5 visas en sidovy av en antennanordning 500 enligt uppfinningen i en föredragen utföringsform. Hela antennanordningen 500 är inrättad i en U-formad, bärande struktur 511 av elektriskt ledande material. I denna finns spår 517 i vilken en bärande platta 521 skjuts in. Att den bärande strukturen 511 är U-formad ger en isolerande verkan bakåt. Väggarna 513 isolerar i sidled, vilket är särskilt viktigt onx man 'vill utforma en gruppantenn, med flera bredvid varandra belägna rader av antenner. En sådan gruppantenn byggs upp med en bärande struktur som i princip är lik den i fig 5, med ett gemensamt bakparti, och skiljeväggar son1mekaniskt och elektriskt separerar raderna från varandra.

I det visade exemplet finns ett antennplan 533 bestående av ett antennelement 531. Vidare finns där, som nämnts ovan, en bärande platta 521, utförd i ett dielektriskt material.

Matningsnäten är utförda i ett elektriskt ledande skikt 519 vilket är beläget på den sida om plattan 521 som är vänd från antennplanet 533. Slitsgruppen enligt uppfinningen är utförd i ett jordplan 523 beläget på den sida om plattan 521 som är vänd mot antennplanet 533.

Antennelementet 531 och jordplanet 523 är separerade från varandra av distanser, 525, 527, utförda i ett dielektriskt material. 10 15 20 25 30 35 508 512 9 Anledningen till att man använder dielektriska distanser är att luft i många fall är att föredra som separerande dielektriskt material. Exempelvis är effektförlusterna i luft mindre än i de flesta övriga dielektriska material.

Slutligen visas i fig 6 schematiskt en planvy av en gruppantenn 600 med slitsgrupper enligt uppfinningen.

Gruppantennen 600 består i det visade exemplet av två antennrader, 698, 699, ordnade bredvid varandra. Som nämnts ovan är den bärande strukturen i en sådan gruppantenn i princip lik den i fig 5. Den är med andra ord utförd i ett elektriskt ledande material, med ett gemensamt bakparti, och raderna 698, 699, är separerade från varandra, och avgränsade utåt av väggar 613.

Genomgående i denna beskrivning har talats om att antennelementen matas via ett matningsnät. Antennen enligt uppfinningen är givetvis helt reciprok, med andra ord fungerar den lika väl vid sändning som vid mottagning. Med begreppet matning inbegripes således såväl "matning till" som "matning från" exempelvis antennelementen.

Anordningen är givetvis inte begränsad till den beskrivna utföringsformen. Ett stort antal varianter är tänkbara, framför allt vad gäller slitsarnas utformning, det väsentliga är att slitsgruppen förblir symmetrisk kring de två polarisationsriktningarna.

Exempelvis har den centrala slitsen 445 i figurerna genomgående visats som en dubbelriktad pil. Den kan istället till exempel vara utformad så att de partier vilka utgår från det centrala partiets bägge ändar och bildar pilens huvud istället är vinklade mot det centrala slitspartiet på annat vis. Det antal partier som utgår från det centrala partiets bägge ändar behöver heller inte vara 508 512 10 15 20 25 30 10 begränsat till två, men med tanke på symmetrin bör det utgå lika många partier från de bägge ändarna.

De yttre slitsarna 415, 425, har i figurerna genomgående skildrats som bestående huvudsakligen av tre partier vilka är ortogonala mot den centrala slitsens huvudriktning, och två partier som är parallella mot den centrala slitsens huvudriktning. Ett exempel på en alternativ lösning är att de yttre slitsarna består av ett första parti som är ortogonalt mot den centrala slitsens 445 huvudriktning, och två partier som är vinklade på annat vis relativt det första partiet.

En variant av ovan nämnda utföringsform för de yttre slitsarna är att det från vart och ett de två partier som är vinklade mot det första partiet sträcker sig ytterligare ett parti, vilket är vinklat i förhållande till det parti som det sträcker sig från.

I exemplet har vidare visats dielektriska distanser 525, 527 som separerar antennelementet 531 och jordplanet 523, medan jordplanet 523 och skiktet 519 för matningsnät är separerade av en dielektrisk platta 521. Det man vill uppnå är att antennelementet 531, jordplanet 523, och skiktet 519 för matningsnät, är galvaniskt separerade från varandra. I detta syfte kan man tänka sig ett stort antal alternativa utföringsformer vilka kombinerar dielektriska plattor och dielektriska distanser.

I ytterligare en alternativ utföringsform kan skiktet 519 för matningsnät vara beläget nællan jordplanet 523 och antennelementet 531, då även detta har visat sig ge en väl fungerande anordning.

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 508 512 ll PATENTKRAV

1. Dubbelpolariserad antennanordning (500) för trådlös informationsöverföring med elektromagnetiska signaler av en första och en andra polarisation, vilka är ortogonala mot varandra, innefattande åtminstone ett antennplan (533) med åtminstone ett antennelement (531), samt åtminstone ett jordplan (523) utfört i ett första elektriskt ledande skikt, åtminstone ett matningsnät (430, 450) utfört i ett andra elektriskt ledande skikt (519), samt ett antal i nämnda jordplan (523) utförda slitsar (415, 425, 445) som var och en består av ett eller flera slitspartier och sträcker sig mellan två ytterpunkter (427-428, 447-448), vilka slitsar (415, 425, 445) är ordnade i slitsgrupper, där varje slitsgrupp är symmetrisk med avseende på de plan som definieras av ovan nämnda två polarisationer, och där varje slitsgrupp består av minst en, i gruppen centralt belägen, första slits (445) avsedd för nämnda första polarisation, och minst två yttre slitsar (415, 425) avsedda för nämnda andra polarisation, symmetriskt belägna (445), kännetecknad därav att det rätlinjiga avståndet mellan ytterpunkterna (427-428, 447-448) hos åtminstone en av slitsarna (415, 425, 445) längs en tänkt linje (465, 455) parallell med slitsens huvudriktning är mindre än den på var sin sida om nämnda centrala slits totala summan av längderna hos nämnda i slitsen ingående partierna.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav att nämnda centrala slits (445) består av ett flertal slitspartier, vilka tillsammans bildar formen av en dubbelriktad pil. 508 512 10 15 20 25 30 35 12

3. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav att nämnda centrala slits (445) består av ett centralt slitsparti, vars huvudriktning är ortogonal mot huvudriktningen hos de yttre slitsarna (415, 425), samt ytterligare ett jämnt antal slitspartier, vilka i lika stora antal sträcker sig från vardera änden av' det centrala slitspartiet, i en vinkel mot det centrala slitspartiet som avviker från rät vinkel.

4. Anordning enligt något av kraven 1 - 3, kännetecknad därav att nämnda yttre två slitsar (415, 425) består av ett flertal slitspartier av vilka minst ett första parti sträcker sig ortogonalt. mot huvudriktningen. hos nämnda centrala slits (445), och minst två partier är vinklade relativt nämnda första parti.

5. Anordning enligt krav 4, kännetecknad därav att från vart och ett av nämnda minst två vinklade partier sträcker sig ytterligare ett parti, vinklat i förhållande till det av nämnda minst två vinklade partier som det sträcker sig från.

6. Anordning enligt något av kraven 1 - 5, kännetecknad jordplanet (523) och skiktet (519) för matningsnät är skilda från varandra av minst en bärare (521) utförd i ett dielektriskt material. därav att

7. Anordning enligt något av kraven 1 - 5, kännetecknad (523) och skiktet (519) för matningsnät är skilda från varandra av minst en distans utförd i ett dielektriskt material. därav att jordplanet

8. Anordning enligt något av kraven 6-7, kännetecknad därav att skiktet (519) för matningsnät är beläget på den sida om jordplanet (523) som är vänd från antennplanet (533). 10 15 20 508 512 13

9. Anordning enligt något av kraven 6-7, kännetecknad därav att skiktet (519) för matningsnät är beläget på den sida om jordplanet (523) som är vänd mot antennplanet (533).

10. Anordning enligt krav 8 eller 9, kännetecknad därav att antennplanet (533) utgörs av minst ett antennelement (531) och hålls skilt från jordplanet (523) och skiktet (519) för matningsnät av minst en distans (525, 527) utförd i ett dielektriskt material.

11. Anordning enligt krav 8 eller 9, kännetecknad därav att antennplanet (533) utgörs av minst ett antennelement (531) som bärs upp av en bärare utförd i ett dielektriskt material, som helt eller delvis uppfyller mellanrummet ner mot närmast belägna undre plan.

12. Anordning enligt något av kraven 1 - ll, kännetecknad därav att matningspunkterna (470, 480, 490) för nämnda slitsar (415, 425, 445) är symmetriskt belägna kring slitsgruppernas symmetriplan.