SE533885C2 - Antennanordning - Google Patents

Description

533 885 erfordrar associerad utrustning. Detta gör basstationplatsplanering till en utmaning ur estetisk synvinkel, och ger ofta upphov till konflikter med miljöförespràkare och ägare av fastigheter och andra platser vid vilka basstationer skall placeras. Med avseende på basstationplatser med master är dessa master ofta av fackverkstyp med få möjligheter att dölja antennutrustningen.

De konstant ökande kraven med avseende på kommunikationskapacitet resulterar även i fler och fler basstationplatser, vilket således gör det än svårare att placera antennutrustningen vid mindre synliga och därmed estetiskt mindre störande platser.

Således existerar det ett behov av att tillhandahålla ”renare platser". Ett sådant tillvägagångssätt utgör ett tillvägagångssätt där all utrustning och kablar som är associerad med en antennenhet integreras i en enda enhet.

Denna integration förbättrar inte bara basstationplatsens estetiska framtoning, utan kan även resultera i bättre prestanda, vilket leder till pàlitligare systemoperation.

Sådana integreringsförsök kan dock även ge upphov till andra, mer negativa effekter, t.ex. med avseende på tillverkningsprocessen. Således existerar ett behov av en förbättrad metod för tillverkning av antennanordningar.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Det syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en tillverkningsmetod för tillverkning av antennanordningar innefattande ett flertal gruppantenner som åtminstone mildrar ovannämnda problem. Detta syfte uppnås med hjälp av en metod enligt den kännetecknande delen av patentkrav 1. 10 15 20 25 30 533 885 Det är ett annat syfte med föreliggande att tillhandahålla en anordning som resulterar ur nämnda tillverkningsprocess. Detta uppnås med hjälp av en antennanordning enligt patentkrav 12.

Enligt föreliggande uppfinning tillhandahålls en metod för tillverkning av en antennanordning, där nämnda metod innefattar stegen att sammansätta ett första anordningsparti och ett andra anordningsparti, där nämnda första anordningsparti innefattar en första làngsträckt reflektorkropp som tjänar som reflektor för elektromagnetisk effekt utstràlad från nämnda första antennanordningsparti, en första uppsättning antennelementmottagningsorgan anordnade i en linjär rad längs en första längdriktning för nämnda reflektorkropp för att respektive motta ett antennelement, och sidopartier längs längdriktningen för nämnda reflektorkropp.

Nämnda andra anordningsparti innefattar en andra làngsträckt reflektorkropp som tjänar som reflektor för elektromagnetisk effekt utstràlad av nämnda andra anordningsparti, och en andra uppsättning antennelementmottagningsorgan anordnade i en linjär rad längs en andra längdriktning för nämnda andra reflektorkropp för att respektive motta ett antennelement, där nämnda andra längdriktning är àtminstone väsentligen parallell med nämnda första längdriktning, och sidopartier längs nämnda andra reflektorkropps làngsidor. Nämnda första och andra anordningsparti fästs till varandra längs ett respektive sidoparti av nämnda första och andra anordningsparti för att bilda en dualgruppantennanordning.

Detta har fördelen att antennanordningens vridstyvhet kan förbättras markant jämfört med tidigare kända lösningar eftersom den extra mittvägg som bildas av anordningspartiernas 10 15 20 25 30 533 885 sidopartier kommer att ha en väsentlig inverkan på vridstyvheten på ett positivt sätt. Vidare har uppfinningen också fördelen att antalet antennanordningsvarianter som måste tillverkas kan hållas på ett minimum.

Det finns många praktiska utföringsformer av antennanordningen enligt uppfinningen, vilket kommer att framgå ur nedanstående detaljerade beskrivning. Således kommer uppfinningen nu att beskrivas mer i detalj med hänvisning till de bifogade ritningarna som åskådliggör en exempelutföringsform.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig. l åskådliggör schematiskt, i perspektivvy, en antennanordning enligt känd teknik; Fig. 2a åskådliggör schematiskt en typisk gruppantennanordning av aperturtyp; Fig. 2b åskådliggör en tvärsnittsvy av antennanordningen enligt fig. 2a; Fig. 3a åskådliggör en exempelutföringsform av en antennanordning enligt föreliggande uppfinning; Fig. 3b åskådliggör en tvärsnittsvy av antennanordningen enligt fig. 3a; Fig. 30 åskådliggör antennanordningen enligt fig. 3a försedd med skyddshölje; DETALJERAD BESKRIVNING AV EXEMPELUTFÖRINGSFORMER Behovet av antenner för trådlösa mobila applikationer har ökat dramatiskt och idag existerar det ett antal olika 10 15 20 25 30 533 885 radioàtkomsttekniker som tillhandahåller trådlös kommunikation. Ett stort spektrum av frekvensband har allokerats och använts för de olika existerande typerna av trådlös kommunikation och för att tillhandahålla kommunikation inom ett flertal frekvensband även inom en enda radioàtkomstteknologi.

När äldre trådlösa kommunikationssystem ersätts till förmån för nyare teknik àteranvänds i allmänhet de äldre systemens frekvensresurser eftersom det ökade behovet av trådlös kommunikation gör effektiv användning av existerande frekvensband alltmer viktig.

Dessutom är det även vanligt att tvâ eller flera radioåtkomsttekniker samexisterar och använder åtminstone delvis överlappande frekvensband, såsom t.ex. äldre och nyare generationers radioåtkomsttekniker, eller radioåtkomsttekniker som är avsedda för olika typer av tjänster, med resultatet att en enda antennplats kan innefatta liknande antennanordningar som sänder på samma eller delvis överlappande frekvensband trots att olika radioàtkomsttekniker används.

Den ökande användningen av samexisterande radioàtkomstnätverk och radioàtkomstnätverk som använder överlappande frekvensband ger även upphov till ytterligare svårigheter när det gäller tillhandahållande av antennplatser som är fördelaktiga ur estetisk synvinkel eftersom antalet enheter vid antennplatserna ökar med ytterligare antennanordningar (och associerad utrustning) som strålar i väsentligen samma riktning och i väsentligen samma frekvensband.

I ett försök att reducera sådan visuell inverkan på omgivningen, och även för att reducera det utrymme som 10 15 20 25 30 533 885 erfordras för att tillhandahålla önskad täckning/kapacitet, finns det en önskan att inkludera mer än en gruppantenn inom ett och samma skyddshölje (Radom) och i synnerhet att åstadkomma detta på ett kostnadseffektivt sätt, t.ex. ur tillverkningssynpunkt. Detta problem utgör syfte för och mildras åtminstone delvis av föreliggande uppfinning, vilken tillhandahåller en enkel metod för att tillverka antennanordningar, t.ex., men inte begränsat till antennanordningar där tjänst tillhandahålls av två eller flera grupper i samma eller väsentligen samma frekvensband.

En rättfram lösning för att uppnå det ovanstående att anordna två (eller flera) parallella grupper på en gemensam reflektorkropp som omsluts av en enda radom. Ett exempel på en sådan lösning visas i fig. 1. Antennanordningen 100 enligt fig. 1 innefattar två grupper med antennelement anordnade på en gemensam reflektorkropp 101. Varje grupp innefattar utstràlande antennelement 102 - 109 respektive 110 ~ 117.

Denna lösning utgör dock föremål för ett flertal nackdelar.

Ett ofrånkomligt problem med antennanordningar är att de i allmänhet erfordrar ett ”jordplan”, dvs. en väsentligen plan konduktiv yta. Idealt är ytan stor eftersom stora jordplan ger bättre prestanda, men där samtidigt antennen blir större, medan en mindre yta gradvis minskar antenns prestanda.

För det första är reflektorkroppen 101, vilken i allmänhet består av en metallplàt, och som väsentligen utgör det element som tillhandahåller antennanordningens vridstyvhet, relativt tunn. Antennanordningens ökade bredd kommer att ge upphov till problem med avseende på strukturens vridstyvhet. Detta problem blir än allvarligare när fler än två grupper anordnas närliggande varandra och omsluts av en gemensam radom eftersom 10 15 20 25 30 533 885 ju bredare reflektorplattan är, desto mindre blir vridstyvheten.

Vidare består antennelementen ofta av patchanordningar med associerade utstràlande aperturer där aperturerna är bildade i den styva metallplåten (reflektorkroppen), t.ex. med hjälp av stansning, vilket ger upphov till ytterligare problem med mekaniska toleranser t.ex. eftersom, med avseende på grupper bestående av ett flertal antennelement, storleken för den metallplàt som utgör reflektorn kan vara avsevärd, med resultatet att antennanordningen ger upphov till en vek konstruktion.

Sådana typer av anordningar ger därför upphov till sidoeffekter vid tillverkning eftersom vridstyvheten inte enkelt kan ökas utan att negativt påverka jordplanet. För att öka vridstyvheten måste ofta därför reflektorn/jordplanets tjocklek ökas, med ökad kostnad och vikt som resultat.

Enligt föreliggande uppfinning löses eller åtminstone mildras detta problem med hjälp av en tillverkningsmetod där en första gruppantennanordning tillverkas pà sedvanligt sätt, bortsett från radom och gavelpartier, och där en andra gruppantennanordning i dubbelgruppantennanordningen, t.ex. identisk med den första gruppen, tillverkas pà ett motsvarande sätt, varvid de två ”enkelgrupp”~antennanordningarna sedan sammansätts för att bilda en dualgruppantennanordning.

Uppfinningen kommer att exemplifieras mer i detalj i det följande med hänvisning till en enkelgruppantennanordning av sedvanlig konstruktion. Sådana gruppantenner är väl kända och kommer därför att beskrivas relativt kortfattar. 10 15 20 25 30 533 885 En typiskt aperturkopplad patchantenn innefattar ett dielektriskt laminat, t.ex. PCB (Printed Circuit Board), där ett matningsnät, inkluderande en aperturmatning som matar antennelementen, tillhandahålls pà en sida av nämnda PCB, typiskt med hjälp av etsning. Laminatet är vidare, och i allmänhet, försett med ett elektriskt konduktivt lager på den motstàende sidan som tjänar som grundplan för aperturmatningen. Nämnda PCB (jordplanslagret) är (elektriskt) fäst till en reflektorkropp bestående av en styv metallplàt med ett väsentligen plant parti till vilket antennelementen fästs. En exempelantennanordning enligt ovan visas i fig. 2a ~ b, även om matningsnätet och PCB inte kan ses i figurerna.

Hänvisningssiffra 200 betecknar allmänt antennanordningen. En typisk gruppantennanordning av aperturtyp visas i fig. 2a och innefattar ett flertal antennelement 202 - 209 anordnade i en linjär rad av antennelement, varvid antennanordningen 200 därmed är utsträckt i en längdriktning.

Det utstrålande elementen 202 - 209 består av patchantennelement och är anordnade att sända och/eller motta RF-signaler, dvs. godtyckligt av nämnda alternativ, t.ex. vid en basstation i ett cellulärt mobiltelefonsystem, och är anordnade på den främre sidan av en reflektorkropp 201 på ett väsentligen plant parti 20la av reflektorkroppen 201 på ett känt sätt. Reflektorkroppen 201 tjänar som reflektor för att rikta elektromagnetisk effekt som utstrålas av antennelementen 202 ~ 209. Antennelementen 202 - 209 innefattar aperturkopplade plana patchanordningar bestående av elektriskt konduktiva patchar, t.ex. 202a, 202b som är placerade på ett avstånd från reflektorkroppen 201, t.ex. med hjälp av distanselement 211 och centrerade i förhållande till en central punkt för en (t.ex. kryssformad) apertur (ej visad) i reflektorkroppen pà ett känt sätt. Antennelementen kan t.ex. 10 15 20 25 30 533 B85 bestå av singelband, dualband eller trippelbandelement pà ett känt sätt, och de olika frekvensbanden kan vara åtskilda eller överlappande. I den visade utföringsformen används de två patcharna 202a och 202b för sändning i tvâ relativt lika frekvensband.

Reflektorkroppen 201 består av en styv metallplåt tillverkad av elektriskt konduktivt material. Reflektorkroppens allmänna tvärsnittsutseende kan i princip vara av någon godtycklig form där sidopartierna i allmänhet är konstruerade pà ett för antennens utstrålningsegenskaper fördelaktigt sätt. Ett exempel pà reflektorkroppens 201 tvärsnittsutseende indikeras i fig. 2a och visas mer i detalj i fig. 2b. Sàsom kan ses i fig. 2b är exempelreflektorkroppens tvärsnitt relativt okomplicerat, dvs. U-format. Reflektorn 201 innefattar vidare aperturer (ej visade) som är associerade med varje utstrålande patch där aperturmatning tillhandahålls av PCB på reflektorkroppens 201 baksida. Figuren visar vidare antennelementet 202 med patchar 202a, 202b. Figuren visar även distanselement 211 med hjälp av vilka antennelementet 202 är fäst till reflektorkroppen 201 via antennelementmottagningsorgan såsom t.ex. mottagande hål i reflektorkroppen 201 för t.ex. snäppfäste av distanselementen 211.

Signaler som ska sändas av gruppantennen tillförs aperturmatningen med hjälp av ett matningsnät som ansluter en ingàngsterminal, ofta lokaliserad på en antenngavel vid antennens nedre ände (det allmänna utseendet för antenngaveln visas schematiskt som 320 i fig. 3c) till de olika antennelementen. Såsom nämnts är varje apertur associerad med en patchanordning och tjänar som strålande element för att koppla högfrekvent elektromagnetisk effekt mellan 10 15 20 25 30 533 885 10 matningsnätverket och de strålande patchelementen. Ofta innefattar antennanordningen även fasförskjutningsorgan (ej visat) för att möjliggöra inställning av den allmänna lobvinkeln för den av antennen utstràlade huvudloben.

För att förhindra strålning i bakàtriktningen och utbredning av elektromagnetisk strålning i längdriktningen på reflektorns baksida kan avskärmande boxar av ett metallmaterial fästas på ett känt sätt bakom varje utstrålande apertur (angivet med 210 i fig. 2b).

En tillverkningsfabrik kan behöva producera ett stort antal antennanordningsvarianter. T.ex. tillverkas även enkla gruppantennanordningar i många varianter, t.ex. som singelbandgrupper för olika frekvenser, dual-, trippelbandkolumner etc. och för dubbelgrupp (eller mer) - anordningar växer antalet ytterligare.

Enligt föreliggande uppfinning underlättas tillverkning av antennanordningen i stor utsträckning eftersom multigruppantennanordningar erhålls genom användning av en tillverkningsmetod där antenngrupperna tillverkas som enkelgruppanordningar följt av att de två (eller flera) enkelgruppanordningarna fästs till varandra för att bilda en multigruppanordning. Detta har fördelen att i princip endast skyddshöljet (radomen) och, om så används, gavlarna, måste tillhandahållas för anordningen eftersom alla andra delar förblir desamma som för enkelgruppversionen. Vidare kan radomen t.ex. framställas av ett elektriskt material såsom t.ex. ett termoplastmaterial.

Detta har fördelen att antalet varianter som måste tillverkas kan hållas till ett minimum. 10 15 20 25 30 533 885 ll En exempelutföringsform av en antennanordning enligt föreliggande uppfinning visas i fig. 3a - c, vilken i princip visar två antenngruppartier 301, 302 av den i fig. 2a visade typen som fästs till varandra längs ett respektive sidoparti 303, 304 pá nämnda antennanordningar 301, 302. Sedvanligt består reflektorkroppen ofta av en metallplàt där nämnda sidopartier framställs genom att bocka nämnda metallplàt till sidopartier av önskad form, t.ex. för att förbättra strålningsegenskaper enligt ovan. Om reflektorkroppen definierar sidopartierna 303, 304 (se även fig. 3b) är reflektorkropparna 306, 307 företrädesvis konstruerade på sådant sätt att de är lämpliga både för att omslutas av en radom i singelgrupputföringsformen, t.ex. U-formade som i det visade exemplet även om andra konstruktioner naturligtvis är möjliga, och för att fästas till varandra enligt föreliggande uppfinning. Sidopartierna kan naturligtvis även bestå av separata element som sammanfogas med reflektorkropparna.

Antennanordningspartierna kan t.ex. fästas till varandra med hjälp av mekaniska fästorgan, företrädesvis pà ett icke- konduktivt sätt enligt vad som beskrivs nedan.

Ett exempel på ett tvärsnitt för anordningen enligt föreliggande uppfinning visas mer i detalj i fig. 3b. Förutom isolationslagret 305 och de i fig. 2b visade delarna visar figuren även ett stöd 308 som kan användas för att öka strukturens styvhet.

Fig. 3c åskådliggör antennanordningen enligt fig. 3a försedd med ett skyddshölje 310 och gavel 320 innefattande anslutningar på ett sedvanligt sätt. 10 15 20 25 30 533 885 12 I en utföringsform anbringas ett vidhäftningsmedel, såsom en vidhäftande tejp med ett vidhäftningslager på båda sidorna på det ena eller båda de sidopartier som sammansätts för att ytterligare förstärka förbandet.

De anordningspartier som sammansätts kan anordnas för mottagning och/eller sändning av elektromagnetiska signaler på samma frekvensband, t.ex. för att tillhandahålla tjänst t.ex. genom användning av olika radioåtkomsttekniker i samma eller delvis överlappande frekvensband. Användning av två (eller företrädesvis flera) identiska anordningspartier kan även användas för att tillhandahålla styrning av den utstràlade antennlobens azimutvinkel.

Vidare, istället för att sammansätta anordningspartier där antennelement, PCBer etc. redan har sammansatts, kan det vara att föredra att först sammansätta reflektorkropparna och sedan fästa antennelement, PCBer etc. I denna lösning är reflektorkropparna förberedda såtillvida att monteringshàl och liknande redan finns, t.ex. aperturer vilka ofta erhålls i en stansningsprocess och antennelement mottagningsorgan såsom t.ex. hål vid de avsedda antennelementpositionerna för mottagning av distanselement för fästning av patchar.

Enligt föreliggande uppfinning förbättras vridstyvheten markant eftersom den ytterligare centrumvägg som bildas av anordningspartiernas sidopartier kommer att ha väsentlig inverkan pà vridstyvheten på ett positivt sätt. En tillfredsställande vridstyvhet är väsentlig för korrekt operation av antennanordningen eftersom det är viktigt att reflektorkroppen fästs i en väldefinierad position i förhållande till grundplanslager och/eller matningsnätverk och/eller antennpatchar, så att god elektriskt koppling 10 15 20 25 30 533 885 13 uppnås, t.ex. i form av en kapacitiv koppling. Det är även viktigt att etablera ett väldefinierat mekaniskt förband så att önskade strålningsparametrar erhålls och enligt vad som har beräknats i förväg. Uppfinningen har även fördelen att mindre styva skyddshöljen kan användas. T.ex. kan skyddshöljen utan glasfiberarmering användas, vilket reducerar antennanordningens kostnad och vikt.

Den ovan visade utföringsformen av föreliggande uppfinning kan ytterligare förbättras genom att införa ett isolerande lager 305 mellan anordningspartierna för att säkerställa att anordningspartierna kan fästas till varandra på ett icke- konduktivt sätt. Om antenngrupperna förbinds med varandra på ett icke-konduktivt sätt kan intermodulation mellan antenngrupperna, vilket annars kan uppstå, hållas till ett minimum. I denna utföringsform kan ett vidhäftningsorgan såsom en vidhäftningstejp anbringas till båda sidopartier och båda sidor av det isolerande lagret.

Förutom sammansättning av identiska eller väsentligen identiska antenngrupper enligt ovan kan även de anordningspartier som fästs till varandra anordnas att stråla mikrovàgseffekt i helt skilda frekvensband, i vilket fall föreliggande uppfinning kan användas för att rensa upp antennplatser genom att inhysa ett flertal antenngrupper i en och samma radom. I denna utföringsform bör längderna för respektive antenngrupper företrädesvis vara desamma eller väsentligen desamma för att underlätta design av t.ex. skyddshölje (radom).

Hittills har föreliggande uppfinning beskrivits för patchantennanordningar i allmänhet, och föreliggande uppfinning är tillämpbar vid tillverkning av antennanordningar 10 533 885 14 innefattande olika typer av antennelement, t.ex. singelband, dualband eller multibandantenner.

I princip är föreliggande uppfinning tillämplig för tillverkning av antennanordningar som använder i princip godtyckliga element som är lämpliga för trådlös kommunikation.

T.ex. kan antennelementen bestå av någon ur gruppen bestående av: aperturantenner såsom slitsar, horn eller aperturkopplade patchantenner, dipolantenner eller probmatningsantenner.

Claims (12)

10 15 20 25 30 533 885 15 P A T E N T K R A V

1. Metod för tillverkning av en antennanordning, där nämnda metod innefattar steget att sammansätta ett första anordningsparti och ett andra anordningsparti, där nämnda första anordningsparti (301) innefattar: - en första långsträckt reflektorkropp (306) som tjänar som reflektor för elektromagnetisk effekt utstrålad från nämnda första antennanordningsparti, ~ en första uppsättning antennelementmottagningsorgan anordnade i en linjär rad längs en första längdriktning för nämnda reflektorkropp (306) för att respektive motta ett antennelement, och - sidopartier längs längdriktningen för nämnda reflektorkropp, varvid nämnda andra anordningsparti (302) innefattar: - en andra làngsträckt reflektorkropp (307) som tjänar som reflektor för elektromagnetisk effekt utstrålad av nämnda andra anordningsparti, och - en andra uppsättning antennelementmottagningsorgan anordnade i en linjär rad längs en andra längdriktning för nämnda andra reflektorkropp (307) för att respektive motta ett antennelement, där nämnda andra längdriktning är åtminstone väsentligen parallell med nämnda första längdriktning, och - sidopartier längs nämnda andra reflektorkropps làngsidor, där metoden innefattar steget att fästa nämnda första och andra anordningsparti till varandra längs ett respektive sidoparti av nämnda första och andra anordningsparti för att bilda en dualgruppantennanordning.

2. Metod enligt krav 1, varvid reflektorkropparna (306,307) vardera har ett väsentligen plant parti pà vilket nämnda antennelement är anordnade. 10 15 20 25 30 533 885 16

3. Metod enligt krav 1 eller 2, varvid reflektorkropparna (306,307) består av en metallplàt, och varvid nämnda sidopartier framställs genom att bocka nämnda metallplàt med ett eller flera längsgående veck till sidopartier av önskad form.

4. Metod enligt något av kraven 1 - 3, varvid vardera av nämnda anordningspartier är anordnade för mottagning/sändning av signaler i åtminstone ett respektive frekvensband, där nämnda två frekvensband åtminstone delvis överlappar varandra.

5. Metod enligt något av kraven 1 - 4, varvid ett isolerande lager är anordnat mellan nämnda anordningspartier (sidopartier) för att säkerställa att anordningspartierna är fästa till varandra på ett icke-konduktivt sätt.

6. Metod enligt något av kraven 1 - 5, varvid nämnda antennanordningspartier är fästa till varandra med hjälp av mekaniska fästorgan.

7. Metod enligt något av kraven 1 - 6, varvid fler än två anordningspartier är fästa till varandra för att bilda en multigruppantennanordning.

8. Metod enligt något av kraven 1 - 7, vidare inkluderande steget att inpassa antennelement pà nämnda antennelementmottagningsorgan före eller efter det att nämnda första anordningsparti fästs till nämnda andra anordningsparti.

9. Metod enligt något av kraven 1 ~ 8, varvid nämnda första och andra reflektorkroppar vidare innefattar åtminstone en 10 533 885 17 antennapertur associerad med varje antennelementmottagningsorgan.

10. Metod enligt nàgot av kraven 1 - 9, varvid nämnda första reflektorkropp och nämnda andra reflektorkropp är väsentligen identiska.

11. ll. Metod enligt något av kraven 1 - 10, vidare innefattande steget att omsluta nämnda antennanordningspartier med ett gemensamt skyddshölje. k ä n n e t e c k n a d av att den

12. Antennanordning, har tillverkats enligt metoden såsom visad i något av kraven 1 - 11.