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Dokumentenidentifikation DE102005003685A1 03.08.2006
Titel Antenne mit Reflektor
Anmelder Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG, 81671 München, DE
Erfinder Knüttel, Andreas, 84494 Neumarkt-Sankt Veit, DE;
Nielsen, Ludwig, 82319 Starnberg, DE
Vertreter Mitscherlich & Partner, Patent- und Rechtsanwälte, 80331 München
DE-Anmeldedatum 26.01.2005
DE-Aktenzeichen 102005003685
Offenlegungstag 03.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.08.2006
IPC-Hauptklasse H01Q 9/28(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Antenne mit zumindest einem Reflektor (12) und mindestens einem Strahlelement (2-6). Das Strahlelement (2-6) ist von dem Reflektor (12) beabstandet angeordnet und umfasst zumindest einen ersten Strahlkörper (7), dessen Geometrie einem Ausschnitt eines dreiachsigen Ellipsoids entspricht, bei dem zumindest zwei der drei Halbachsen (9, 10, 11) unterschiedlich sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Antenne mit einem Reflektor.

Reflektorantennen, bei denen mittels eines Reflektors die einfallende Strahlung auf das eigentliche Strahlelement der Antenne reflektiert wird, sind bekannt. Außerdem ist es bekannt, als Strahlelement ein Ellipsoid zu verwenden. Ein solches Rotationsellipsoid wird bevorzugt bei breitbandigen Anwendungen als Strahlelement eingesetzt. Aufgrund der Rotationssymmetrie des Ellipsoids und der daraus resultierenden Mindestdistanz und der Wechselwirkungen mit einem Reflektor ist jedoch die Kombination aus einem Reflektor mit einem ellipsoiden Strahlelement schwierig. Insbesondere ist es für eine breitbandige Anwendung dann erforderlich, zusätzlich belastende Elemente vorzusehen, mit denen eine Impedanzanpassung erfolgt.

Solche diskreten Bauelemente zur Impedanzanpassung haben jedoch eine Reduzierung der Empfindlichkeit durch ihre dämpfende Wirkung zufolge.

Zum Stand der Technik sei auf die DE 195 22 436 A1 verwiesen, aus der es bekannt ist, mehrere Dipole um einen Tragmast herum anzuordnen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Antenne zu schaffen, welche in einem breitbandigen Frequenzspektrum einsetzbar ist, wobei auf eine Impedanzanpassung durch diskrete Bauelemente verzichtet werden kann.

Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Antenne mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Antenne besteht aus zumindest einem Reflektor und zumindest einem Strahlelement. Das Strahlelement ist von dem Reflektor beabstandet angeordnet. Das Strahlelement besteht aus zumindest einem ersten Strahlkörper, wobei die Geometrie dieses ersten Strahlkörpers einem Ausschnitt eines dreiachsigen Ellipsoids entspricht. Bei diesem dreiachsigen Ellipsoid sind zumindest zwei der insgesamt drei Halbachsen unterschiedlich lang. Durch die Kombination aus einem Reflektor mit einem in seiner Geometrie einem Ausschnitt eines Ellipsoids entsprechenden Strahlkörper lässt sich die breitbandige Funktion der Antenne beibehalten, ohne dass eine Impedanzkorrektur durch diskrete Bauelemente erforderlich ist. Die geringe Änderung der Impedanz in dem Frequenzband ist dabei in der Wechselwirkung zwischen dem Reflektor und dem beabstandet dazu angeordneten Strahlkörper begründet. Durch die Verwendung lediglich eines Ausschnitt des Ellipsoids verringert sich dabei die Impedanzänderung über die Frequenz, so dass im Gegensatz zu einer Anordnung mit einem vollständigen Ellipsoiden auf zusätzliche diskrete Bauelemente verzichtet werden kann.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Antennen ausgeführt.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, den Strahlkörper so bezüglich des Reflektors zu positionieren, dass seine geschlossene Seite zu der von dem Reflektor abgewandten Seite orientiert ist, also der Mittelpunkt des dreiachsigen Ellipsoids auf der dem Reflektor zugewandten Seite des Strahlkörpers liegt. Für die Geometrie des ellipsoiden Strahlkörpers hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, alle drei Halbachsen des dreiachsigen Ellipsoids unterschiedlich lang zu wählen, wobei besonders bevorzugt die kürzeste der drei Halbachsen senkrecht zu der Reflektorfläche verläuft. Dies ergibt eine Anordnung, bei der die ellipsoide Geometrie des Strahlkörpers zu dem Reflektor hin abgeflacht ist.

Ein besonders vorteilhafter Ausschnitt des dreiachsigen Ellipsoiden ergibt sich dann, wenn das dreiachsige Ellipsoid durch eine erste Schnittfläche und eine näherungsweise dazu senkrecht angeordnete zweite Schnittfläche ausgeschnitten wird. Die verwendete erste Schnittfläche und zweite Schnittfläche müssen dabei nicht zwingend ebene Flächen sein. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, eine ebene erste Fläche sowie eine ebene zweite Fläche zu verwenden, und die Schnitte in zwei der Symmetrieebenen des Ellipsoids zu legen. Der so entstehende Strahlkörper entspricht damit einem Viertel des vollständigen Ellipsoiden.

Der erste Strahlkörper wird hinsichtlich des Reflektors bevorzugt so angeordnet, dass die erste Schnittfläche, die sich entlang der längsten Halbachse erstreckt, parallel zu der Reflektoroberfläche angeordnet ist.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Strahlelement ein Dipolstrahler. Der Dipolstrahler umfasst dabei neben dem ersten Strahlkörper einen zweiten Strahlkörper, der ebenfalls ein Ausschnitt eines dreiachsigen Ellipsoiden ist. Insbesondere entsprechen sich die ellipsoiden Geometrien, d. h. die drei Halbachsen des ersten Strahlkörpers und die entsprechenden Halbachsen des zweiten Strahlkörpers sind paarweise gleich.

Zueinander werden die beiden Strahlkörper des Dipolstrahlers bevorzugt so angeordnet, dass eine Halbachse des ersten Strahlkörpers und die entsprechende Halbachse des zweiten Strahlkörpers sowie die Flächennormale des Reflektors in einer gemeinsamen ersten Ebene liegen. Dabei können diese Halbachse des ersten Strahlkörpers und die entsprechende Halbachse des zweiten Strahlkörpers auch einen von 0 ° abweichenden Winkel einschließen.

Der erste Strahlkörper und der zweite Strahlkörper sind weiterhin bezüglich einer zweiten Ebene symmetrisch angeordnet. Die zweite Ebene steht senkrecht auf der ersten Ebene und der Reflektoroberfläche. Dabei sind jeweils die geschlossenen Enden der Strahlkörper in Richtung auf die zweite Ebene hin orientiert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung bildet der Reflektor eine um eine Reflektorachse geschlossene Oberfläche aus, wobei entlang des Umfangs der geschlossenen Reflektoroberfläche mehrere Dipolstrahler angeordnet sind. Die Reflektorachse fällt z. B. mit einer Achse eines Antennenturms auf einem Schiff zusammen, so dass um diesen Antennenturm herum eine Mehrzahl von Dipolstrahlern angeordnet ist. Die mehreren Dipolstrahler sind dabei vorzugsweise mit ihrer Längsachse parallel zur Reflektorachse angeordnet. In axialer Richtung bezüglich der Reflektorachse sind die Dipolstrahler identisch positioniert, so dass die jeweils gleich ausgebildeten Dipolstrahler auf einer gemeinsamen horizontalen Ebene angeordnet sind. Für einen Durchmesser von etwa 60 cm bis 110 cm ergeben sich bei einem geforderten Frequenzbereich von etwa 180 MHz bis 600 MHz besonders gute Eigenschaften für acht Dipolstrahler.

Entlang des Umfangs der Reflektoroberfläche weisen die Dipolstrahler zu ihren benachbarten Dipolstrahlern jeweils einen Abstand auf. In zumindest einem Teil dieser Abstände ist zwischen den Dipolstrahlern ein Trennblech angeordnet, welches sich in axialer Richtung erstreckt und von dem Reflektor radial nach außen gerichtet ist.

Üblicherweise erstreckt sich die Reflektorachse in vertikaler Richtung. Bei dieser Anordnung ist es besonders vorteilhaft, in axialer Richtung beabstandet von den Dipolstrahlern ein sich horizontal erstreckendes Dachblech vorzusehen. Das Dachblech erstreckt sich von dem Reflektor in radialer Richtung nach außen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, zusätzlich zu diesem Dachblech ein Fußblech vorzusehen, welches auf der von dem Dachblech abgewandten Seite der Dipolstrahler und ebenfalls beabstandet zu diesen ausgebildet ist und sich dort in radialer Richtung nach außen von dem Reflektor erstreckt. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn das Dachblech sowie das Fußblech eine identische Geometrie aufweisen und sich somit eine zu einer horizontalen Ebene symmetrische Antenne ergibt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Antenne sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne mit mehreren Dipolstrahlern in perspektivischer Darstellung;

2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der dreiachsigen ellipsoiden Grundform der Strahlkörper;

3 einen Schnitt durch die Antenne der 1;

4 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antenne in perspektivischer Darstellung;

5 einen Schnitt durch die Antenne der 4;

6 eine Seitenansicht der bevorzugten Geometrie der Dipolstrahler des zweiten Ausführungsbeispiels;

7 eine Draufsicht eines Strahlkörpers des Dipolstrahlers aus 6;

8 eine Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antenne;

9 ein Verlauf des "Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)" in dem bevorzugten Frequenzband;

10 ein Messdiagramm des Antennengewinns in Abhängigkeit von der Frequenz;

11 eine Auswahl von Vertikaldiagrammen bei verschiedenen Frequenzen und

12 eine Auswahl von Horizontaldiagrammen bei verschiedenen Frequenzen.

In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne 1 dargestellt. Die Antenne 1 weist mehrere in der perspektivischen Darstellung sichtbare Dipolstrahler 2, 3, 4, 5 und 6 sowie weitere verdeckte Dipolstrahler auf. Zusätzlich zu den in der 1 sichtbaren Dipolstrahlern sind auf der in der Darstellung abgewandten Seite der Antenne 1 weitere Dipolstrahler angeordnet. Die Dipolstrahler sind identisch aufgebaut und weisen eine Geometrie auf, die einem Ausschnitt eines dreiachsigen Ellipsoids entspricht.

Die Grundform eines solchen dreiachsigen Ellipsoids ist in der 2 dargestellt. In einem kartesischen Koordinatensystem wird ein dreiachsiges Ellipsoid durch drei Halbachsen a, b, c vollständig beschrieben. Das Ellipsoid ist dabei symmetrisch zu drei jeweils aus zwei Achsen des Koordinatensystems gebildeten Symmetrieebenen sowie zu seinem Mittelpunkt M.

Der in der 1 dargestellte Dipolstrahler 3 weist einen ersten Strahlkörper 7 sowie einen zweiten Strahlkörper 8 auf. Der besseren Übersichtlichkeit wegen wird nachfolgend die Geometrie aller Dipolstrahler nur am Beispiel des Dipolstrahlers 3 erläutert.

Der erste Strahlkörper 7 des Dipolstrahlers 3 entspricht einem Ausschnitt eines Ellipsoids mit den drei Halbachsen 9, 10 und 11. Der den ersten Strahlkörper 7 definierende Ausschnitt des Ellipsoids wird durch eine erste Schnittfläche und eine zweite Schnittfläche festgelegt, mit denen die ellipsoide Grundform geschnitten wird. In dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Schnittfläche dabei eine ebene Fläche, die in der durch die erste Halbachse 9 und die zweite Halbachse 10 gebildeten Ebene liegt. Es wird damit eine erste Schnittkante 13 gebildet. Durch die zweite Schnittfläche wird eine zweite Schnittkante 14 an dem ersten Strahlkörper 7 ausgebildet. Die zweite Schnittfläche schneidet die erste Schnittfläche vorzugsweise in einem näherungsweise rechten Winkel und liegt damit etwa in der durch die zweite und dritte Halbachse 10 und 11 definierten Ebene. Dieser rechte Winkel besteht vorzugsweise in dem Bereich, in dem die erste Schnittfläche und die zweite Fläche sich schneiden. Wie es in der 1 zu erkennen ist, können die beiden Schnittflächen auch von einer ebenen Fläche abweichen. So ist es in der 1 dargestellt, dass die zweite Schnittfläche abgewinkelt ist und sich damit eine wellenförmige zweite Schnittkante 14 an dem ersten Strahlkörper 7 ergibt.

Der so als Ausschnitt eines dreiachsigen Ellipsoiden erhaltene erste Strahlkörper 7 ist beabstandet von einem Reflektor 12 angeordnet. Der Reflektor 12 bildet in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Teilfläche eines Antennenturms 15. Der Antennenturm 15 besteht bevorzugt aus 8 solcher Teilflächen, die um eine Reflektorachse 16 herum symmetrisch und geschlossen angeordnet sind.

Während die zweite Halbachse 10 und die dritte Halbachse 11 bei dem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne 1 gleich lang sind, ist die erste Halbachse 9 länger. Die erste Halbachse 9 und die zweite Halbachse 10 verlaufen parallel zu der Reflektorachse 16. Bezüglich des Reflektors 12 ist der erste Strahlkörper 7 so orientiert, dass der Schnittpunkt der drei Halbachsen 9, 10, 11, der den Mittelpunkt M bildet, zwischen dem ersten Strahlkörpers 7 und dem Reflektor 12 liegt. Die Krümmung des ersten Strahlkörpers 7 weist daher von dem Antennenturm 15 nach außen.

Wie es bereits erläutert wurde, sind die Strahlelemente der erfindungsgemäßen Antenne 1 Dipolstrahler. Zusätzlich zu dem ersten Strahlkörper 7 weist der Dipolstrahler 3 daher einen zweiten Strahlkörper 8 auf. Der zweite Strahlkörper 8 entspricht in seiner Geometrie dem ersten Strahlkörper 7. Die dem zweiten Strahlkörper 8 zugrunde liegende ellipsoide Grundform ist daher ein Elipsoid mit einer ersten Halbachse 9', einer zweiten Halbachse 10' sowie einer dritten Halbachse 11'. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 sind dabei die zweite und dritte Halbachse 10', 11' des zweiten Strahlkörpers 8 ebenfalls gleich lang und insbesondere gleich lang wie die zweite und dritte Halbachse 10, 11 des ersten Strahlkörpers 7.

Auch die erste Halbachse 9' des zweiten Strahlkörpers 8 ist vorzugsweise gleich lang wie die erste Halbachse 9 des ersten Strahlkörpers 7. Insbesondere korrespondieren auch die Schnittflächen zum Festlegen des Ausschnitts des Ellipsoids. Die beiden ersten Halbachsen 9, 9' und die Flächennormale des Reflektors 12 definieren eine erste Ebene. Die beiden ersten Halbachsen 9, 9' können auch einen von 180° verschiedenen Winkel einschließen. Der Reflektor 12 besteht aus einer ebenen Fläche, wobei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel acht solcher ebenen Flächen zu dem Antennenturm 15 zusammengesetzt sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die ersten Halbachsen 9, 9' auf einer gemeinsamen Geraden. Auch die jeweils zweite und dritte Halbachse 10, 10' und 11, 11' der Strahlkörper 7 und 8 liegen paarweise parallel zueinander. Der erste Strahlkörper 7 und der zweite Strahlkörper 8 sind damit symmetrisch bezüglich einer zweiten Ebene angeordnet. Die zweite Ebene steht sowohl auf der ersten Ebene als auch auf dem Reflektor 12 senkrecht.

Wie es bereits erläutert wurde, sind gleichmäßig um den Antennenturm 15, der aus acht Reflektoren 12 besteht, insgesamt acht Dipolstrahler angeordnet. Die Dipolstrahler sind dabei jeweils mittig vor einem Reflektor 12 angeordnet und bezüglich der Reflektorachse 16 axial identisch positioniert. Auch der Abstand der einzelnen Dipolstrahler von ihren jeweiligen Reflektoren 12 ist identisch, so dass die Mittelpunkte M, M' des ersten bzw. zweiten Strahlkörpers 7, 8 jeweils auf einem Kreis mit Mittelpunkt auf der Antennenachse 16 angeordnet sind.

Von dem Antennenturm 15 erstreckt sich in radialer Richtung nach außen ein Dachblech 17. Das Dachblech 17 ist mit dem Antennenturm 15 verbunden und erstreckt sich bis zu einer Dachblechkante 18, die vorzugsweise eine mit der Geometrie des Antennenturms 15 korrespondierende Form aufweist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist daher die Dachblechkante 18 ein regelmäßiges Achteck. Das Dachblech 17 ist in axialer Richtung versetzt zu den Dipolstrahlern angeordnet und hat von den Dipolstrahlern einen axialen Abstand d1.

Auf der von dem Dachblech 17 abgewandten Seite der Dipolstrahler ist außerdem ein Fußblech 19 angeordnet. Das Fußblech 19 erstreckt sich ebenfalls von dem äußeren Umfang des Antennenturms 15 in radialer Richtung. Die Fußblechkante 20 weist dabei wie die Dachblechkante 18 eine mit dem Querschnitt des Antennenturms 15 korrespondierende Geometrie auf und entspricht somit ebenfalls in ihrem Verlauf einem regelmäßigen Achteck. Das Fußblech 19 ist ebenfalls von den Dipolstrahlern beabstandet angeordnet und weist von der Unterkante der zweiten Strahlkörper 8 einen zweiten Abstand d2 auf, der vorzugsweise dem Abstand d1 entspricht.

Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind sowohl das Dachblech 17 als auch das Fußblech 19 als ebene Flächen ausgeführt. Diese ebenen Flächen erstrecken sich in radialer Richtung gleich weit von dem Antennenturm 15, so dass sich insgesamt eine Antenne 1 mit hoher Symmetrie bezüglich einer zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlkörper liegenden Symmetrieebene ergibt.

Die einzelnen Dipolstrahler sind in Umfangsrichtung des Antennenturms 15 beabstandet zueinander angeordnet. In den so ausgebildeten Abständen zwischen den einzelnen Dipolstrahlern, z. B. 4, 5, sind jeweils Trennbleche 21 angeordnet. Die Trennbleche 21 erstrecken sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel von dem Dachblech 17 bis zu dem Fußblech 19. In radialer Richtung erstrecken sich die Trennbleche 21 von dem Antennenturm 15 nach außen, wobei jedoch die radiale Erstreckung der Trennbleche 21 kleiner ist als die radiale Ausdehnung des Dachblechs 17 und des Fußblechs 19. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind Trennbleche 21 zwischen allen Dipolstrahlern angeordnet. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, lediglich zwischen jedem zweiten Dipolstrahler ein solches Trennblech vorzusehen oder für verschiedene Trennbleche verschiedene radiale oder axiale Ausdehnungen zu wählen. Damit lässt sich insbesondere die Rundheit der Strahlungscharakteristik beeinflussen.

In der 3 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Antenne 1 aus der 1 dargestellt. Die Schnittebene liegt dabei parallel zu der Symmetrieebene der Antenne 1 im Bereich des ersten Abstandes d1. Zusätzlich zu den Dipolstrahlern 2 bis 6, die auch in der perspektivischen Darstellung der 1 bereits erkennbar waren, sind nun die übrigen Dipolstrahler 22 bis 24 zu erkennen. Die acht Dipolstrahler 2 bis 6 und 22 bis 24 sind von den jeweiligen Reflektoren 12 mit einem dritten Abstand d3 angeordnet. Die dritte Halbachse 11 erstreckt sich in Richtung der Flächennormalen des Reflektors 12. In der Schnittdarstellung der 3 ist zu erkennen, dass die Fußblechkante 20 einem regelmäßigen Achteck entspricht. Die Antenne ist für einen Frequenzbereich von 180 MHz bis 600 MHz ausgelegt. Ein optimaler Kompromiss ergibt sich dabei für einen Antennenturm 15 mit einer Weite von ca. 800 mm bei einer Anordnung von acht Dipolstrahlern. Für andere Anwendungen, bei denen beispielsweise ein anderes Frequenzband abgedeckt werden soll, kann die Zahl der Dipolstrahler jedoch von dieser Anzahl abweichen. Insbesondere ist es auch möglich, einen im Querschnitt kreisförmigen Antennenturm als Reflektor einzusetzen, vor dem die Dipolstrahler dann angeordnet sind.

In der 3 ist es außerdem zu erkennen, dass die radiale Erstreckung des Fußblechs 19 geringer ist als die maximale radiale Erstreckung des ersten bzw. auch des zweiten Strahlelements 7 bzw. 8. Die Trennbleche 21 erstrecken sich von den Ecken des regelmäßigen Achtecks in radialer Richtung. Die radiale Erstreckung ist dabei größer als der dritte Abstand d3, in dem der erste Strahlkörper 7 und der zweite Strahlkörper 8 von dem Reflektor 12 angeordnet sind. Gleichzeitig ist die radiale Erstreckung der Trennbleche 21 kleiner als die radiale Erstreckung des Fußblechs 19.

In der 4 ist ein zweites, bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antenne 1 dargestellt. In ihrem wesentlichen Aufbau entspricht die Antenne 1' der in der 1 dargestellten Antenne 1. Im Unterschied zu dieser sind jedoch die Strahlkörper 7' und 8' durch Ausschnitte von Ellipsoiden gebildet, bei denen alle drei Halbachsen unterschiedlich lang sind. Die erste Schnittfläche und die zweite Schnittfläche, die den Ausschnitt des Ellipsoids festlegen, werden dabei durch die erste und zweite Halbachse 9, 10 des ersten Strahlkörpers 7' bzw. die zweite und dritte Halbachse 10, 11'' des ersten Strahlkörpers 7' gebildet. Damit ist der entstehende Strahlkörper 7' exakt ein Viertel eines vollständigen Ellipsoids. Die erste Schnittfläche ist dabei parallel zu der Oberfläche des Reflektors 12 angeordnet. Die zweite Schnittfläche steht senkrecht auf der ersten Schnittfläche und ist wie diese eine ebene Fläche. Der erste Strahlkörper 7' und der zweite Strahlkörper 8' sind so orientiert, dass ihre jeweils kürzeste Halbachse 11'' bwz. 11''' senkrecht zur Oberfläche des Reflektors 12 verläuft. Der erste Strahlkörper 7' und der zweite Strahlkörper 8' sind somit in Richtung auf den Reflektor 12 zu abgeflacht im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel der 1.

Als weiterer Unterschied erstrecken sich die Trennbleche nicht über den vollen Abstand zwischen Dachblech 17 und Fußblech 19. Vielmehr sind zwei Sätze von Trennblechen 21' und 21'' ausgebildet, bei denen der erste Satz Trennbleche 21' sich lediglich ein Stück weit von dem Dachblech 17 in Richtung auf das Fußblech 19 zu erstreckt.

Die Erstreckung in axialer Richtung ist dabei vorzugsweise kleiner als der erste Abstand d1, den das Dachblech 17 in axialer Richtung von den Dipolstrahlern 2 bis 6 und 22 bis 26 aufweist. Entsprechend dem ersten Satz von Trennblechen 21' ist ausgehend von dem Fußblech 19 ein zweiter Satz Trennbleche 21'' ausgebildet. Der zweite Satz Trennbleche 21'' erstreckt sich dabei in axialer Richtung von dem Fußblech 19 in Richtung des Dachblechs 17. Die Länge der axialen Erstreckung entspricht der Länge der axialen Erstreckung der Trennbleche 21'' des zweiten Satzes Trennbleche. Diese besonders bevorzugte Anordnung der abgeflachten Ellipsoide als Dipolstrahler 2' bis 6' zusammen mit den Trennblechen 21' und 21'', die sich lediglich über einen Teil des axialen Abstandes zwischen Dachblech 17 und Fußblech 19 erstrecken, wirken sich besonders positiv auf die Verkopplung der einzelnen Dipolstrahler aus. Als Ergebnis ergibt sich eine besonders gute Rundheit bei einem gleichzeitig über einen breiten Frequenzbereich gleichmäßigen Stehwellenverhältnis (VSWR, Voltage, Standing, Wave, Ratio).

In der 5 ist eine Draufsicht eines Schnitts entlang einer senkrecht zur Antennenachse 16 liegenden Schnittfläche im Bereich des ersten Abstands d1 dargestellt. Die Abflachung der Strahlkörper 7' ist darin gut zu erkennen. Zusätzlich ist in der 5 gezeigt, dass Anschlussleitungen 25 sich von der jeweiligen Fläche des Reflektors 12 in senkrechter Richtung zu den Dipolstrahlern 2' bis 6' und 22' bis 24' erstrecken.

In der 6 ist noch einmal eine vergrößerte Einzelansicht eines Dipolstrahlers 3' dargestellt. Die erste Halbachse 9 des ersten Strahlkörpers 7' sowie die erste Halbachse 9' des zweiten Strahlkörpers 8' verlaufen entlang einer gemeinsamen Geraden. Die jeweils geschlossenen Enden 26 und 27 des ersten Strahlkörpers 7' und des zweiten Strahlkörpers 8' sind dabei aufeinander zu orientiert und um einen Abstand d4 voneinander beabstandet.

Die zweite Halbachse 10 sowie die in der 6 nicht erkennbare dritte Halbachse 11'' des ersten Strahlkörpers 7' legen eine Ebene fest, die die zweite Schnittfläche 28 bildet. Entsprechend legen die zweite Halbachse 10' sowie die dritte Halbachse 11''' des zweiten Strahlkörpers 8' die Ebene fest, die die entsprechende zweite Schnittfläche des zweiten Strahlkörpers 8' bildet.

Die erste Schnittfläche 29 ist in der 7 zu erkennen, in der eine Draufsicht auf den ersten Strahlkörper 7' dargestellt ist. Die erste Schnittfläche 29 wird dabei durch die erste Halbachse 9 sowie die zweite Halbachse 10 festgelegt. Gemäß der besonders bevorzugten Ausführungsform werden daher die Ellipsoide durch eine erste ebene Schnittfläche 29 und eine zweite ebene Schnittfläche 28 geschnitten und so derjenige Ausschnitt festgelegt, der die Geometrie des ersten und des zweiten Strahlkörpers 7' bzw. 8' bildet. Die erste Schnittfläche 29 und die zweite Schnittfläche 28 stehen dabei senkrecht aufeinander. Bezüglich des Reflektors 12 ist die erste Schnittfläche 29 parallel angeordnet. In der 8 ist noch einmal eine Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Antenne 1' dargestellt. Zusätzlich sind in den ersten bzw. zweiten Strahlkörpern 7' bzw. 8' die Einspeisepunkte 30 dargestellt. Die Einspeisepunkte 30 sind von den geschlossenen Enden 26 bzw. 27 der ersten bzw. zweiten Strahlkörper 7' bzw. 8' beabstandet.

In der 8 ist außerdem noch einmal deutlich zu erkennen, dass die axiale Erstreckung der Trennbleche 21' und 21'' des ersten bzw. zweiten Satzes Trennbleche kleiner ist als der Abstand des Dachblechs von den ersten Strahlkörper 7' bzw. des Fußblechs von den zweiten Strahlkörpern 8'.

In der 9 ist für eine erfindungsgemäße Antenne 1' die Welligkeit des Stehwellenverhältnisses VSWR für einen Bezugswiderstand von 100 Ohm angegeben. Es ist zu erkennen, dass das VSWR im gesamten Frequenzband von 180 bis 60'0 MHz kleiner als 1,65 ist. Dieser lediglich gering schwankende Verlauf wird durch das Zusammenspiel der Ausschnitte von Ellipsoiden als Strahlkörper 7', 8' mit den Reflektoren 12 sowie den Dach- und Fußblechen 17, 19 und den Trennblechen 21', 21'' erreicht. Eine Anpassung durch ein Anpassnetzwerk ist nicht erforderlich.

Gleichzeitig wird ein Antennengewinn g erreicht, wie er in dem Diagramm der 10 dargestellt ist. Für einen Winkel von 90° zur Antennenachse 16 fällt der Antennengewinn g über den gesamten Frequenzbereich zu keiner Frequenz unter einen Wert von 2,0 dBi. Damit ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Antenne insbesondere für Anwendungen geeignet, bei welchen ein hoher Antennengewinn in horizontaler Richtung erforderlich ist. Solche Anwendungen stellen z. B. Antennen für die Schifffahrt dar.

In der 11 ist eine Serie von Vertikaldiagrammen dargestellt. Dargestellt ist nur die obere Hälfte des symmetrischen Diagramms. Die Vertikaldiagramme zeigen, dass in vertikaler Richtung also auf der Antennenachse 16 praktisch keine Energie abgestrahlt wird. Die Abstrahlung erfolgt wiederum über den gesamten Frequenzbereich von ca. 180 MHz bis 600 MHz bevorzugt in einer 90° zur Antennenachse 16 stehenden Richtung.

12 zeigt die Rundheit der erfindungsgemäßen Antenne 1'. Dabei ist zu erkennen, dass für die Frequenzen 300 MHz, 400 MHz und 500 MHz eine fast ideale Rundheit erreicht wird. Lediglich für 600 MHz ist die Gruppierung der acht Einzeldipole zu erkennen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere können Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.


Anspruch[de]
  1. Antenne mit zumindest einem Reflektor (12) und zumindest einem Strahlelement (26, 2224, 2'6', 22'24'), das von dem Reflektor (12) beabstandet angeordnet ist und das zumindest einen ersten Strahlkörper (7, 7') umfasst, dessen Geometrie einem Ausschnitt eines dreiachsigen Ellipsoids entspricht, bei dem zumindest zwei der drei Halbachsen (9, 10, 11, 11'') unterschiedlich sind.
  2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelpunkt (M) des dreiachsigen Ellipsoids auf der dem Reflektor (12) zugewandten Seite des Strahlkörpers (7, 7') liegt.
  3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlkörper (7, 7') so orientiert ist, dass eine der drei Halbachsen (9, 10, 11, 11'') näherunsgweise parallel zu einer Oberfläche des Reflektors (12) orientiert ist.
  4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle drei Halbachsen (9, 10, 11, 11'') unterschiedlich lang sind und die kürzeste der drei Halbachsen (11'') senkrecht zu der Oberfläche des Reflektors (12) verläuft.
  5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der die Geometrie des Strahlkörpers (7) bildende Ausschnitt durch einen Schnitt des dreiachsigen Ellipsoids mit einer ersten Schnittfläche (29) und einer näherungsweise dazu senkrecht angeordneten zweiten Schnittfläche (28) festgelegt wird.
  6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schnittfläche (29) parallel zu einer Oberfläche des Reflektors (12) verläuft.
  7. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlelement (26, 2224, 2'6', 22'24') ein Dipolstrahler ist, der einen zweiten Strahlkörper (8, 8') umfasst, der in seiner Geometrie dem ersten Strahlkörper (7, 7') entspricht und der ebenfalls beabstandet von dem Reflektor (12) angeordnet ist.
  8. Antenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halbachse (9) des ersten Strahlkörpers (7, 7') und eine entsprechende Halbachse (9') des zweiten Strahlkörpers (8, 8') und eine Flächennormale des beabstandeten Reflektors (12) in einer gemeinsamen ersten Ebene liegen.
  9. Antenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Strahlkörper (7, 7', 8, 8') symmetrisch zu einer senkrecht zu der ersten Ebene und der Oberfläche des Reflektors (12) angeordneten zweiten Ebene liegen.
  10. Antenne nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Strahlkörper (7, 7', 8, 8') mit jeweils einem geschlossenene Ende (26, 27) aufeinander zu orientiert sind.
  11. Antenne nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (12) eine um eine Antennenachse (16) herum geschlossene Geometrie aufweist und mehrere Strahlelemente (26, 2224, 2'6', 22'24') um diese geschlossene Geometrie herum angeordnet sind.
  12. Antenne nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die mehreren Strahlelemente (26, 2224, 2'6', 22'24') mit ihrer jeweiligen Längsachse in Richtung der Antennenachse (16) erstrecken.
  13. Antenne nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die hinsichtlich der Antennenachse (16) axiale Position der Strahlelemente (26, 2224, 2'6', 22'24') identisch ist.
  14. Antenne nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlelemente (26, 2224, 2'6', 22'24') entlang des Umfangs des Reflektors (12) beabstandet angeordnet sind und in zumindest einem Teil der so gebildeten Abstände jeweils ein sich von dem Reflektor (12) in radialer Richtung und entlang der Antennenachse (16) erstreckendes Trennblech (21, 21', 21'') angeordnet ist.
  15. Antenne nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dachblech (17) in axialer Richtung beabstandet zu dem/den Strahlenelement/en (26, 2224, 2'6', 22'24') angeordnet ist, das sich von dem Reflektor (12) in radialer Richtung nach außen erstreckt.
  16. Antenne nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Dachblech (17) ein Fußblech (19) auf der von dem Dachblech (17) abgewandten Seite des/der Strahlenelements/e (26, 2224, 2'6', 22'24') und in axialer Richtung beabstandet von diesen angeordnet ist und das Fußblech (19) sich von dem Reflektor (12) in radialer Richtung nach außen erstreckt.
  17. Antenne nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Dachblech (17) und das Fußblech (19) eine identische Geometrie aufweisen.
  18. Antenne nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach- und/oder Fußblech (17, 19) eben sind und die Flächennormale dieser Ebenen mit der Antennenachse (16) zusammenfällt.
  19. Antenne nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlelemente (26, 2224, 2'6', 22'24') entlang des Umfangs des Reflektors (12) beabstandet angeordnet sind und in zumindest einem Teil der so gebildeten Abstände jeweils ein sich von dem Reflektor (12) in radialer Richtung und entlang der Antennenachse (16) erstreckendes Trennblech (21, 21', 21'') angeordnet ist und dass zumindest ein Teil der Trennbleche (21', 21'') sich über nur einen Teil des axialen Abstandes von Dachblech (17) und Fußblech (19) erstrecken.
  20. Antenne nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Trennbleche (21) sich in axialer Richtung von dem Dachblech (17) bis zu dem Fußblech (19) erstrecken.
Es folgen 9 Blatt Zeichnungen






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