SE517649C2 - Gruppantenn med smala huvudlober i horisontalplanet - Google Patents

Description

25 30 517 649 o o o « nu Det föreligger således ett behov av att kunna ge en kolonnantenn i en antennanordning en smal huvudlob på ett sätt som är enklare och billigare än vad som tidigare har varit känt.

Detta behov tillgodoses av föreliggande uppfinning genom att tillhandahålla en antennanordning innefattande en gruppantenn med stràlningselement i M rader och N kolonner, där N y Gruppantennen har ett breddmàtt och ett höjdmått, och är så anordnad i antennanordningen att gruppantennens utsträckning i sidled, projicerad på breddmàtt, gruppantennen ges en smalare huvudlob i horisontalplanet. horisontalplanet, överstiger gruppantennens varigenom Genom att gruppantennen, kolonnantennen, ges en smalare huvudlob i horisontalplanet kommer den statistiska sannolikheten för att motta sändningar från störkällor i eller kring horisontalplanet att minska, och det blir lättare att rikta gruppantennens sändningar till en eller flera avsedda abonnenter.

En gruppantenn anordnad enligt uppfinningen kan ingå i en antennanordning i vilken man låter det ingå ytterligare ett antal gruppantenner med N*M stràlningselement, där även de ytterligare gruppantennerna har ett breddmàtt och där och ett anordnade på höjdmått, gruppantennerna är antennanordningen längs en cirkulär eller delcirkulär linje så att deras huvudlober kommer att täcka en önskad yta. Även de ytterligare gruppantennerna anordnas så att deras respektive projektioner i sidled i horisontalplanet överstiger respektive gruppantenns breddmàtt, varigenom även de ytterligare gruppantennerna ges smalare huvudlober i horisontalplanet. På så sätt skapas en antennanordning med ett antal lober som är smala i horisontalplanet, utan att något gemensamt fördelningsnät har behövt användas.

FIGURBESKRIVNING 10 15 20 25 30 517 649 o o 4 | o » a» 3 Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare med hjälp av exempel på utföringsformer samt med hänvisning till de bifogade ritningarna, där Fig 1 visar en antennanordning med gruppantenner anordnade på traditionellt vis, och Fig 2 visar ett schematiskt strålningsdiagram för en gruppantenn anordnad pà traditionellt vis, och Fig 3 visar en antennanordning med en gruppantenn anordnad enligt uppfinningen, och Fig 4 visar samma typ av strålningsdiagram som fig 2, för en gruppantenn anordnad enligt uppfinningen, och Fig 5 visar en antennanordning med ett antal gruppantenner anordnade enligt uppfinningen, och Fig 6a och 6b visar antenndiagrammen för en traditionell antennanordning respektive en antennanordning enligt uppfinningen, och Fig 7 och 8 visar antennanordningar med gruppantenner anordnade på alternativa sätt enligt uppfinningen, och Fig 9 och 10 visar antennanordningar med gruppantenner anordnade på ytterligare altemativa sätt enligt uppfinningen.

UTFÖRINGSFORMER I fig 1 visas en antennanordning 100 i vilken det ingår ett antal kolonnantenner 110-130, anordnade pà så vis att antennanordningen 100 täcker en önskad yta, exempelvis en cell eller en del av en cell i ett mobiltelefonisystem. Varje kolonnantenn 110-130 innefattar en kolonn med 8 stycken stràlningselement 140-147, och är med andra ord en kolonnantenn av typen 1*8. Med begreppet kolonnantenn menas gruppantenner av typen N*M, där N betecknar antalet kolonner, M betecknar antalet rader, och N De kolonnantenner som visas i denna beskrivning kommer genomgående att vara av typen 1*M, vilket enbart bör ses som exempel pá antalet rader och kolonner, mängden rader och kolonner kan givetvis varieras pà ett stort antal sätt. 10 15 20 25 30 517 6-49 Kolonnantennerna i fig 1 är anordnade enligt känd teknik i det avseendet att de är lodrät anordnade sida vid sida med varandra. l fig 2 visas schematiskt, sett framifrån, huvudloben för en av kolonnantennerna 110 från fig 1. Kurvor som visar var huvudlobens styrka är 10 dB respektive 20 dB under den maximala styrkan är inritade i figuren, liksom en linje 210 som visar horisontalplanet. Skärningen på horisontalplanet 210 av kurvorna för de olika signalstyrkoma -10 dB respektive - 20 dB i huvudloben visas med två streckade linjer, x1 (-20 dB) och X2 (-10 dB). lfig 3 visas, sedd framifrån, en kolonnantenn 310 lik Kolonnantennerna i fig 1 fig 3 8 stycken stràlningselement 340-347 och är av typen 1*8, vilket även här enbart skall och 2. Även kolonnantennen 310 l innefattar ses som ett exempel på antalet stràlningselement och hur de placeras på antennen. Kolonnantennen 310 har en bredd b och en höjd h, och kolonnantennen 310 är enligt uppfinningen lutad i sidled i en vinkel a i förhållande till lodlinjen, så att gruppantennens utsträckning i sidled projicerad på horisontalplanet 210 överstiger dess breddmått b. Anledningen till att kolonnantennen år lutad i sidled, samt hur lutningen kan dimensioneras för att få önskad verkan kommer att förklaras nedan.

I fig 4 visas kolonnantennen 310 från fig 3, horisontalplanet 210, samt linjer som visar var strålningen från kolonnantennens huvudlob år 10 dB respektive 20 dB under den maximala intensiteten. Skärningen med horisontalplanet 210 av linjerna för de två olika signalstyrkoma i huvudloben, -10 dB respektive -20 dB, visas med streckade linjer, x'1 (-20 dB) och x'2 (-10 dB), på samma sätt som i fig 2. Av linjerna x*1 och x'2 framgår skälet till att kolonnantennen 310 enligt uppfinningen lutas i sidled i förhållande till horisontalplanet: Linjerna X1' och X2' är kortare än motsvarande linjer x1 och x; i fig 2, med andra ord blir huvudlobens skärning med horisontalplanet smalare i sidled för en kolonnantenn enligt uppfinningen, vilket gör att risken 10 15 20 25 30 517 649 u ø Q o o o: 5 för att få in sändningar från störkällor minskar, och det blir enklare att rikta sändningarna till en viss abonnent eller en viss grupp av abonnenter.

En koionnantenn enligt uppflnningen kan användas antingen för sig, som en antennanordning bestående av en koionnantenn, eller så kan ett flertal kolonnantenner enligt uppflnningen sättas ihop i en antennanordning för att ge antennanordningen en viss önskad täckning. Kolonnantenner som ingår i en sådan antennanordning kommer att ha huvudlober som är smalare i horisontalplanet än traditionellt anordnade kolonnantenner, vilket gör att de fördelningsnät som man har använt i kända anordningar för att erhålla smalare huvudlober kan elimineras, och de kolonnantenner enligt uppflnningen som ingår i antennanordningen kan matas separat var för sig, vilket ger en enklare och billigare konstruktion. l fig 5 visas ett exempel på en antennanordning 500 med kolonnantenner 510-532 enligt uppflnningen. Kolonnantennerna är anordnade cirkulärt för att ge täckning i 360°, och är samtliga lutade en vinkel a i förhållande till lodlinjen 210. Antennanordningen 500 i fig 5 skall enbart ses som ett exempel på en möjlig antennanordning som kan konstrueras med hjälp av kolonnantenner enligt uppflnningen, det är givetvis möjligt att anordna kolonnantennema på ett stort antal olika sätt för att erhålla olika typer av täckning. Som ett exempel kan nämnas att kolonnantennerna inte behöver ordnas så att de täcker 360°, de kan givetvis ordnas så att de täcker valfria delar av ett helt varv, varvid den linje de ordnas längs blir delcirkulär istället för cirkulär. Andra typer av geometrier är också tänkbara, exempelvis kolonnantenner som är ordnade sida vid sida längs en rät linje. Vidare behöver inte samtliga kolonnantenner i anordningen vara lutade i samma vinkel i sidled, vilket kommer att inses av den fortsatta beskrivningen. l fig 6a visas antenndiagrammet - signalstyrka som funktion av sidvinkel i horisontalplanet - för en antennanordning med kolonnantenner anordnade bredvid varandra på traditionellt vis. Som framgår av fig 6a finns det ett antal 10 15 20 25 30 517 649 6 huvudlober 610-621, en för varje kolonnantenn, vilka huvudlober är relativt breda i sidled, med de ovan beskrivna nackdelar som detta ger. l fig 6b visas antenndiagrammet för en antennanordning där de ingående kolonnantennerna har ordnats enligt uppfinningen. Som framgår av fig 6b har huvudloberna 610'-621' i denna antennanordning en smalare skärning med horisontalplanet än de i flg 6a, vilket är vad som önskas. Den vinkel oi som kolonnantennema har lutats i sidled - med andra ord i förhållande till lodlinjen - är vald så att de olika huvudloberna skär varandra i sina så kallade 3dB-punkter, vilket enbart skall ses som ett exempel, lutningsvinkeln kan väljas så att den ger önskad överlappning mellan huvudloberna, och behöver heller inte vara samma för alla kolonnantennema i antennanordningen. l fig 7 visas en altemativ antennordning 700 enligt uppfinningen. I denna variant av uppfinningen är ett antal kolonnantenner 710, 720 anordnade på antennanordningen på en cirkulär yta 730 pà ett sådant vis att kolonnantennema följer den cirkulära ytan 730 och därmed själva blir krökta.

Grundidén i uppfinningen bibehålls dock, kolonnantennerna lutas i sidled så att deras respektive projektioner i horisontalplanet överstiger deras breddmàtt. Denna typ av antennanordning är mindre utrymmeskrävande än exempelvis den i fig 5, och ger en enda anordning att sätta fast pà andra strukturer. lfig 8 visas en antennanordning 800 enligt en annan variant av uppfinningen.

I likhet med utföringsformen i fig 7 innefattar antennanordningen 800 ett antal kolonnantenner 810, 820 vilka är anordnade pà en krökt yta 830 så att de följer ytan, med andra ord är även kolonnantennerna krökta, och i enlighet med uppfinningen är de lutade i sidled så att deras respektive projektioner i horisontalplanet överstiger deras breddmàtt. Det som skiljer utföringsformen i fig 8 fràn den i fig 7 är att kolonnantennema 810, 820 innefattar vardera två kolonner av stràlningselement 821-830 samt stràlningselementens placering. 10 15 20 25 30 n - | c ø ua 517 649 Det kan finnas önskemål om att i en antennanordning med kolonnantenner anordnade enligt uppfinningen rikta den utsända energin så att räckvidden avgränsas samt att energin riktas mer mot de mottagare som den är avsedd för, exempelvis de abonnenter som finns i en cell i ett mobiltelefonisystem. I fig 9 visas ytterligare en möjlig utföringsform 900 av uppfinningen som tillgodoser detta önskemål: Istället för att anordna kolonnantenner enligt uppfinningen tangerande en rät cylinder som är vinkelrät mot horisontalplanet, vilket visas i flg 5, kan kolonnantenner 910, 920, 930 anordnas enligt uppfinningen längs exempelvis en tänkt konisk yta, vilket gör att kolonnantennerna 910, 920, 930 dels kommer att luta i sidled enligt uppfinningen, och dels kommer att luta ”framàt”, vilket avgränsar räckvidden och bättre ser till att rikta loberna mot det avsedda täckningsomràdet. För tydlighetens skull har pà kolonnantennerna 910, 920, 930 i fig 5 ritats in strälningselement 911-913, 922-924, samt 931-933. Den koniska ytan är enbart ett exempel på en tänkbar geometrisk form som tillgodoser önskemålet om en yta som gör att kolonnantennema lutas "utàt", det finns givetvis ett stort antal andra ytor som erbjuder samma möjlighet. l fig 10 visas en utföringsform 10 som i princip motsvarar den i fig 7, men med den skillnaden att stràlningselementen är anordnade på och längs en konisk yta, vilket kombinerar fördelarna hos utföringsformerna i fig 7 och fig 9. Ett antal strälningselement är anordnade pà en koniska yta 10, och kombineras ihop till antenner som även lutar i sidled. l fig 10 visas hur kolonnantenner 11 och 12 enligt uppfinningen kan kombineras ihop av ett antal strälningselement, 1 1 1-1 15 respektive 121-125.

Uppfinningen är inte begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna, utan kan fritt varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Exempelvis kan de vinklar i vilka kolonnantenner lutas enligt uppfinningen väljas i princip godtyckligt efter behov, och samtliga kolonnantenner behöver inte lutas i samma vinkel. Antalet strälningselement behöver heller inte vara samma i samtliga kolonnantenner i en antennanordning med kolonnantenner enligt 10 517 649 uppfinningen. Vidare kan typen av strålningselement som används väljas bland en stor mängd typer av sådana element, exempelvis patchar och slitsar. I ritningarna har strålningselementen genomgående visats som rektangulära patchar vars ena sida har en riktning som antingen har följt lutningsvinkeln a hos gruppantennen eller har sammanfallit med lodlinjen.

Stràlningselementens riktning i förhållande till lodlinjen påverkar signalens polarisation, varför det bör påpekas att strålningselementen i en gruppantenn enligt uppfinningen kan ges en i princip godtycklig lutning i förhållande till lodlinjen och/eller gruppantennen inom ramen för idén.

Claims (5)

10 15 20 25 30 o a. an» 517 649 PATENTKRAV

1. Antennanordning innefattande en tgruppantenn (310) med strålningselement (340-347) i M rader och N kolonner, där N gruppantenn (310) har ett breddmàtt (b) och ett höjdmått (h), kännetecknad av att gruppantennen (310) är så anordnad i antennanordningen att gruppantennens utsträckning i sidled, projicerad på horisontaipianet (210), överstiger gruppantennens breddmàtt (b), varigenom gruppantennen ges en smalare huvudlob i horisontaipianet (210) än om den varit anordnad lodrätt.

2. Antennanordning (500,700,800) enligt krav 1, innefattande ytterligare ett antal (510-532; 710-720; 810-820) N*M stråiningselement, med ett breddmàtt (b) och ett höjdmått (h), anordnade på antennanordningen längs en cirkulär eller delcirkulär yta (730,830), vidare gruppantenner med anordnade så att även de ytterligare gruppantennemas respektive projektioner i antennens sidled i horisontaipianet överstiger respektive gruppantenns breddmàtt, varigenom de ytterligare gruppantennerna ges smalare huvudlober i horisontaipianet.

3. Antennanordning enligt krav 2, i vilken de i antennanordningen ingående gruppantennerna (710,720; 810,820) är krökta på den cirkulära eller delcirkulära ytan (730,830).

4. Antennanordning enligt något av krav 1-3, i vilken ett antal av gruppantennerna innefattar strålningselement av patch-typen.

5. Antennanordning enligt något av krav 1-3, i vilken ett antal av gruppantennerna innefattar strålningselement av slits-typen.