SE500094C2 - Gruppantenn - Google Patents

Description

500 094 2 Enligt ett föredraget utförande innefattar det omkopplingsbara fasnätet ett flertal alternativa antennsignalvägar med olika fasförskjutning mellan ingång och utgång. Antennsignalvägama är valbart inkopplingsbara en och en.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande är antennelement med den andra huvudlobriktningen vridna en vinkel större än O° och högst 90° och företrädesvis av storleksordningen 60° i förhållande till antennelement med den första huvudlobriktningen. En vridning av storleksordningen 60°, innebärande att antennöppningama för två intilliggande mot varandra vridna antennelement bildar en vinkel av storleksordningen ]20°, medger att enskilda element lätt kan fasas ihop att samverka för bildande av en mängd olika täekningsdiagram, samtidigt som antennen uppvisar ett hanterbart format.

Ett specifikt utförande som med antenn i hanterbart format uppvisar attraktiva täckningsdiagram är kännetecknat av att antennen är uppbyggd av två identiska rader med fyra antennelement tillhörande den första gruppen och fyra antennelement tillhörande den andra gruppen ingående i vardera raden.

Genom inrättande av flera horisontella rader eller arrayer av antennelement i höjdled kan lobemas form i vertikalplanet påverkas.

Fasförskjutningar på O°, 90°, eller l80° är exempel på fasförskjutningar mellan den första och andra gruppen av antennelement som resulterar i gynnsamma täckningsdiagram och enligt ett utförande är gruppantennens fasnät inrättat att inkoppla nämnda fasförskjutningar.

I och för sig kända så kallade "patch"-element som finns att köpa i ett flertal altemativa utföranden, är exempel på antennelement som lämpar sig för användning i gruppantennen. Sådana patchelement låter sig inordnas i en veckad struktur, där strukturens veckning är bestämmande för patchelementens huvudlobriktningar. Den veckade strukturen med patchelementen innesluts lämpligen av ett höl je. Höljet kan ha både en skydds- och designfunktion. Dessutom kan höljet underlätta gruppantennens montering.

Gruppantennen lämpar sig t ex för användning som basstationantenn i ett mobiltelefonisystem. De fasta lobforrnema kan därvid dimensioneras att täcka ett antal vanliga gatutrafiksituationer, t ex trafik väsentligen vinkelrät mot gruppantennen, trafik väsentligen parallell med gruppantennen eller 500 094 3 trafiksituationer i korsningar. Gruppantennen uppvisar form och format som gör att den lätt kan smälta in i stadsmiljön. För närvarande är frekvenser runt 900 MHz och 1800 MHz aktuella för radiotelefoni. Gruppantennen är dimensioneringsmässigt lämpad att arbeta med dessa frekvenser och ett fördelaktigt utförande är kännetecknat av att antennen är dimensionerad för frekvenser inom radiotelefoniområdet, företrädesvis runt 900 MHz eller 1800 MHz.

Uppfinningen kommer nedan att beskrivas närmare medelst ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, där figg 1 visar en gruppantenn enligt uppfinningen utan omgivande hölje, figy 2 visar gruppantennen enligt figur 1 innesluten i ett hölje, figur 3 i sprängvy visar exempel på uppbyggnaden av ett så kallat "patch"-element, figgr 4 visar exempel på ett matningsnät för matning av "patch"-elementen i en gruppantenn enligt uppfinningen och figg 5a-5d visar fyra exempel på antenndiagram erhållna genom beräkningsprogram simulerande funktionen hos en gruppantenn enligt uppfinningen för fyra tänkbara fasta lobforrner.

Den i figur 1 visade gruppantennen 1 innefattaren veckad struktur 2, företrädesvis av plåtmaterial, i vilken 16 patchelement 3.1-3.8, 4.1-4.8 är anordnade. Patchelementen kommer att beskrivas närmare längre fram under hänvisning till figur 3. Patchelementen är fördelade på två rader där patchelementen 3.1-3.8 bildar en första rad eller array och patchelementen 4.1-4.8 bildar en andra rad. Antennstrukturen är så vinklad att alla patchelement med udda sista siffra i hänvisningsbeteckningen har en första huvudlobriktning och patchelement med jämn sista siffra i hänvisningsbeteckningen har en andra huvudlobriktning. Vanligen sammanfaller patchelementens huvudlobriktningar med normalen till ytan för respektive patchelement. Patchelementen med en första huvudlobriktning är orienterade så i förhållande till patchelement med den andra huvudlobriktningen att två mot varandra vinklade patchelement bildar en vinkel ot på mellan 90° och l80° och företrädesvis en vinkel av storleksordningen 120°.

Figur 2 visar gruppantennen enligt figur 1 innesluten i ett hölje 5 med hålförsedda formationer 6,7 för underlättande av gruppantennens montering. 4 Antennen kan med enkla medel diskret fästas på exempelvis en husvägg i stadsmiljö.

I gruppantennen ingår i sig kända patchelement och ett sådant beskrivs därför endast schematiskt nedan. Såsom framgår av figur 3 kan ett antennelement i form av ett patchelement vara uppbyggt av ett antal väsentligen plana skikt av metall och dielektrikum. Längst ned finns enligt figuren ett första metallskikt 8 fungerande som ett jordplan. Det första metallskiktet 8 är belagt på ett första skikt av dielektrikum 9. Det första dielektrikumets ovansida är belagt med en metallremsa 10 för elektrisk koppling mellan patchelementets centrala del och en ytterkant.11. Ett andra dielektriskt skikt 12 är anbringat ovanpå det första dielektriska skiktet 9. Ett andra metallskikt 13 är anbringat ovanpå det andra dielektriska skiktet 12. Det andra metallskiktet 13 har en öppning 14 i centrum och täcker ett mellanområde av det andra dielektriska skiktet förlagt mellan nämnda öppning och det andra dielektriska skiktets perifera delar 15. Ett tredje dielektriskt skikt 16 är anbringat ovanpå det andra metallskiktet 13 och det andra dielektriska skiktet 12. En yta väsentligen motsvarande det andra metallskiktets yttre begränsning är belagd med ett tredje metallskikt 17.

Patchelementet matas genom en icke visad koaxialkabel, vars mantel ansluts till metallskiktet 8 fungerande som jordplan och vars innerledare ansluts till metallremsan 10. Strålningsdiagrammet för patchelementet uppvisar en huvudlobriktning väsentligen vinkelrät mot de i patchelementen ingående skikten.

Figur 4 visar matningsnät och fasnät som ingår i den under hänvisning till figur 1 beskrivna gruppantennen 1. Matnings- och fasnäten kan vara anbringade på baksidan av strukturen 2 och är därmed ej synliga i figur 1. I centrum av matningsnätet finns en matningspunkt 20. Från matningspunkten utgår ett första och ett andra grennät 22,21. Båda grennäten innefattar förgreningar i tre steg. För det andra grennätet 21 sker en första förgrening i punkten 23, andra förgreningar i punktema 24 och 25 och tredje förgreningar i punkterna 26-29. För det första grennätet 22 sker en första förgrening i punkten 30, andra förgreningar i punktema 31,32 och tredje förgreningar i punktema 33-36. Sedan grennäten 21 och 22 förgrenats i tre steg sker en anslutning av patchelementen till grennäten. I figur 4 har 5 Û Û Û 9 4- 5 hänvisningsbeteckningama för de respektive patchelementen angivits inom ram där anslutning till grennäten sker.

Ett omkopplingsbart fasnät 37 är inkopplat mellan matningspunkten 20 och det andra grennätets första förgreningspunkt 30. Fasnätet 37 innefattar fyra parallella antennsignalvägar 38-41. Fasnätet 37 är visat i det läge där signalväg 39 är inkopplad och avser att åstadkomma väsentligen samma fasförskjutning mellan matningspunkten 20 och patchelementen 3.1-3.8, 4.1-4.8 i de båda grennäten 21 och 22. Inkoppling av signalvägen 38 resulterar i en liten fasförskjutning mellan signaler som når patchelement med udda sista siffra i hänvisningsbeteckningen och signaler som når patchelement med järrm sista siffra i hänvisningsbeteckningen. Inkoppling av signalvägen 40 ökar fasförskjutningen ytterligare och inkoppling av signalvägen 41 resulterar i en fasförskjutning på 180°, d v s utsignalema från de båda grennäten ligger i motfas. Genom att ställa fasnätets omkopplare i ett mellanläge kan mätningen av patchelementen anslutna till det första grennätet 22 helt urkopplas. Den för det specifika fallet önskade täckningen kan lätt inställas genom ett enkelt handgrepp av en operatör ,t ex genom påverkan av ett icke visat ornställbart vred. Omkopplaren tilldelas därvid lämpligen markerade lägen för de vanligaste trañksituationerna, t ex trafik i gatans längdriktning, i gatukorsning eller runt gathörn.

Figur Sa-Sd visar exempel på fyra antenndiagram erhållna genom simulering av gruppantennens funktion. Antenndiagrarnmen visar det vertikalpolariserade E-fältet som erhålls för antenndiagram i horisontalplanet.

Figur Sa visar det fall då alla patchelement arbetar i samma fas. Såsom framgår av antenndiagrammet erhålls en stark lob 42 vinkelrät mot antennen.

Denna matning av patchelementen i samma fas lämpar sig för att täcka en vägsträcka framför antennen vinkelrät mot antennen.

Figur 5b visar det fall då patchelementen med den första huvudlobriktningen matas i fas och patchelementen med den andra huvudlobriktningen matas i fas men förskjutna 180° i förhållande till patchelementen med den första huvudlobriktningen. Två kraftiga lober 43,44 med stor utstyming erhålls.

Mätningen lämpar sig när täckning önskas utmed en gata längs vilken antennen 5ÛÛ 094 6 är placerad. De två loberna 43,44 täcker gatan i motsatta riktningar utgående från antennen.

Figur 5c och Sd visar exempel på matningar lämpade för korsningar eller gathöm. Enligt figur 5c matas en grupp av patchelement med en gemensam huvudlobriktning i fas, medan patchelement med annan huvudlobriktning är urkopplade. Två starka lober _45 och 46 separerade närmare 90° erhålls i detta fall, vilket medger god täckning i vanliga gathöm. Enligt figur Sd matas en första grupp av patchelement med gemensam huvudlobriktning i fas och en andra grupp av patchelement med en annan gemensam huvudlobriktning i fas men fasförskjutna 90° i förhållande till den första gruppen. Tre starka lober 47,48,49 erhålls.

Uppfinningen är inte på något sett begränsad till det ovan beskrivna utföringsexemplet, utan inom uppfinningens ram ryms ett flertal alternativa utföranden. Exempelvis kan antalet antennelement per rad varieras inom vida ramar. Antalet rader med antennelement kan likaså variera.

Claims (9)

500 094 PATENTKRAV

1. Gruppantenn innefattande ett flertal antennelement (3.1-3.8, 4.l-4.8) uppdelade i en första grupp av minst två antennelement (3.1, 3.3, 3.5, 3.7, 4.1, 4.3, 4.5, 4.7) med en första huvudlobriktning och en andra grupp av minst två antennelement ( 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 4.2, 4.4, 4.6, 4.8) med en andra huvudlobriktning skild från den första huvudlobriktningen, matningsnät (21,22) för matning av antennelementen och medel (37) för inbördes förskjutning av fasläget mellan den första gruppen av antennelement och den andra gruppen av antennelement, kännetecknad av att medlen för inbördes fasförskjutning innefattar ett mellan diskreta lägen omkopplingsbart fasnät (37) och att matningsnätet (2l,22) mellan matningspunkt (20) och antennelement (3,1-3.8, 4.1-4.8) är uppdelat i ett första grennät (22) för matning av nämnda första grupp av antennelement och ett andra grennät (21) för matning av nämnda andra grupp av antennelement, vilket första grennät är anordnat att införa väsentligen samma fasförskjutning mellan matningspunkten och de respektive antennelementen inom den första gruppen och vilket andra ' grennät är anordnat att införa väsentligen samma fasförskjutning mellan matningspunkten och de respektive antennelementen inom den andra gruppen.

2. Gruppantenn enligt föregående patentkrav, kännetecknar! av att det omkopplingsbara fasnätet (37) mellan ingång och utgång innefattar ett flertal altemativa antennsignalvägar (38-41) med olika fasförskjutning vilka är valbart inkopplingsbara en och en.

3. Gruppantenn enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att antennelement med den andra huvudlobriktningen ( 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 4.2, 4.4, 4.6, 4.8) är vridna en vinkel större än 0° och högst 90° och företrädesvis av storleksordningen 60° i förhållande till antennelement (3.1, 3.3, 3.5, 3.7, 4.1, 4.3, 4.5, 4.7) med den första huvudlobriktningen.

4. Gruppantenn enligt något av föregående patentkrav, kännetecknar] av att antennen är uppbyggd av två identiska rader med fyra antennelement (3.1, 3.3, 3.5, 3.7;resp 4.1, 4.3, 4.5, 4.7) tillhörande den första gruppen och fyra antennelement (3.2, 3.4, 3.6, 3.8; resp 4.2, 4.4, 4.6, 4.8) tillhörande den andra gruppen ingående i vardera raden. 500 094 8

5. Gruppantenn enligt något av föregående patentkrav, kännetecknar! av att fasnätet (37) är inrättat att inkoppla en fasförskjutning på 0°, 90° eller 180° mellan den första och andra gruppen av antennelement (3.1, 3.3, 3.5, 3.7, 4.1, 4.3, 4.5, 4.7; resp.3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 4.2, 4.4, 4.6, 4.8)

6. Gruppantenn enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att fasnätet (37) är anordnat att urkoppla den ena av nämnda grupper av antennelement. i

7. Gruppantenn enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att antennelementen (3.1-3.8, 4.1-4.8) utgörs av så kallade "patch"-element uppbyggda av väsentligen plana skikt av metall och dielektrikum.

8. Gruppantenn enligt patentkravet Ilkännetecknad av att "patch"- elementen är anordnade i en veckad struktur (2) omgiven av ett hölje (5).

9. Gruppantenn enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att antennen är dimensionemd för frekvenser inom radiotelefoniomrâdet, företrädesvis runt 900 MHz eller 1800 MHz.