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Dokumentenidentifikation DE602005001108T2 10.01.2008
EP-Veröffentlichungsnummer 0001675276
Titel Antennenanordnung mit Dipolen und vier Metallstäben
Anmelder NTT DoCoMo Inc., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Kimura, Yasuko, Chiyoda-ku Tokyo 100-6150, JP
Vertreter Hoffmann, E., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 82166 Gräfelfing
DE-Aktenzeichen 602005001108
Vertragsstaaten DE, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 14.12.2005
EP-Aktenzeichen 050273119
EP-Offenlegungsdatum 28.06.2006
EP date of grant 09.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2008
IPC-Hauptklasse H04B 7/04(2006.01)A, F, I, 20060530, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01Q 19/10(2006.01)A, L, I, 20060530, B, H, EP   H01Q 9/18(2006.01)A, L, I, 20060530, B, H, EP   H01Q 1/24(2006.01)A, L, I, 20060530, B, H, EP   H01Q 19/30(2006.01)A, L, I, 20060530, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine kleine Antenne, die eine enge Halbwertsbreite (HPBW) in der Horizontalebene aufweist und beispielsweise für eine sechs Sektoren aufweisende Drahtloszone eines Systems der dritten Generation (IMT-2000) angepasst werden kann. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Antenne, die eine Mehrzahl von nicht mit Strom versorgten metallischen Leitern verwendet und deren Strahlcharakteristik in der Horizontalebene für eine sechs Sektoren aufweisende Drahtloszone geeignet ist.

Eine wiederholte Verwendung der gleichen Frequenz in benachbarten Zonen ist ein Kennzeichnen eines Systems der dritten Generation, und um die Teilnehmerkapazität zu vergrößern, muss das Dienstgebiet unterteilt und die Anzahl der Sektoren vergrößert werden. Es ist ebenfalls bekannt, dass für ein Vergrößern der Teilnehmerkapazität ein Verengen der HPBW in der Horizontalebene effektiver als ein Verengen des Winkels der Sektorunterteilung ist (siehe: "Optimal Beamwidth of Base Station Antennas for W-CDMA", 1999 General Conference of The Institute of Electronics, Information, and Communication Engineers). In einer sechs Sektoren aufweisenden Drahtloszone wird, da der Teilungswinkel eines Sektors 60° beträgt, eine Antenne benötigt, deren HPBW in der Horizontalebene enger als 60° ist, um die Teilnehmerkapazität zu vergrößern.

Allgemein bekannte Verfahren zum Verengen der HPBW in der Horizontalebene beinhalten ein Vergrößern der Reflexionsvorrichtung. 11 zeigt eine herkömmliche Antenne, bei der die HPBW in der Horizontalebene durch eine Dipolantenne und einen planaren Reflektor auf 45° gesetzt ist. Dipolantennen 111 und 112 sind parallel zum planaren Reflektor 110 und vor diesem angeordnet. Die Aperturbreite des planaren Reflektors 110, um eine HPBW von 45° in der Horizontalebene zu bewirken, beträgt 150 mm, wie durch ein Momentenverfahren gefunden wird, wenn die verwendete Mittenfrequenz beispielsweise 2 GHz beträgt, und es wird bei 2 GHz eine Wellenlänge von &lgr;2G benötigt.

Durch ein weiteres allgemein bekanntes Verfahren wird der gleiche Effekt wie beim Verbreitern der Antennenapertur dadurch erzielt, dass ein metallischer Leiter in der Nähe der Antenne platziert wird und im metallischen Leiter ein elektrischer Strom induziert wird. 12 zeigt eine bekannte 60°-Strahlantenne, bei der auf beiden Seiten der Antenne metallische Leiter platziert sind und die HPBW in der Horizontalebene auf 45° gesetzt ist. Die Dipolantennen 121 und 122, die sich vor dem Reflektor 120 befinden, sind einander gegenüberliegend und parallel zum planaren Reflektor 120 angeordnet. Metallische Leiter 123 und 124, deren Länge in Längsrichtung im Wesentlichen gleich groß wie die des Reflektors 120 ist, sind parallel zu den Dipolantennen 121 und 122 unter einem größeren Abstand als der Abstand zwischen den Dipolantennen 121 und 122 angeordnet. Diese metallischen Leiter 123 und 124 erzeugen den gleichen Effekt wie ein Verbreitern des in 11dargestellten Reflektors 110, und die HPBW in der Horizontalebene ist auf 45° gesetzt. Eine weitere 60°-Strahlantenne ist aus XP 1200042 bekannt.

Ein weiteres in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-15365 beschriebenes Beispiel, das einen metallischen Leiter verwendet, ist in 14 dargestellt. Bei dem in 14 dargestellten Beispiel ist ein erster Metalldraht 142, dessen Länge im Wesentlichen gleich groß wie die des Radoms einer üblichen Mehrfrequenz-120°-Strahlantenne 140 ist, an einer Position in einer Entfernung S1 von der Mitte der Strahlantenne 140 in Richtung ± 90° bezüglich der Hauptstrahlungsrichtung der Antenne 140 platziert, ein zweiter Metalldraht 143, der kürzer als der erste Metalldraht 142 ist, ist in einer Position in einem Abstand S2 platziert, der geringer als der Abstand S1 in der gleichen Richtung ist, und die HPBW ist auf 90° verengt.

Das Verfahren zum Vergrößern der in 11 dargestellten Reflexionsvorrichtung weist Nachteile auf, insofern als eine bereits installierte Antenne nicht verwendet werden kann. Dies erfordert selbstverständlich ein Austauschen der Antenne, was eine Dienstunterbrechung unvermeidbar macht und dem Benutzer eine Belastung auferlegt. Wenn die Reflexionsvorrichtung vergrößert wird, kann es in einigen Fällen, da die windausgesetzte Oberfläche zunimmt und die Festigkeit des Baumaterials zu einem Problemthema wird, wenn die Antenne auf dem Hausdach eines Gebäudes oder dergleichen montiert ist, unmöglich werden, eine gewünschte Antenne zu installieren. Verfahren zum Vergrößern der Reflexionsvorrichtung bringen daher beträchtliche Belastungen sowohl im Hinblick auf die Wartung als auch auf ökonomische Aspekte mit sich.

Das in 12 dargestellte Verfahren, bei dem die metallischen Leiter 123, 124 in der Nähe der Antenne platziert werden, weist insofern Vorteile auf als die bestehende Antenne verwendet werden kann. Jedoch weist das herkömmliche Verfahren Nachteile in Bezug darauf auf, dass beim Verengen der HPBW der Rückwärtskeulenpegel und die Seitenkeulenpegel zunehmen.

Die durchgezogene Linie in 13 bezeichnet die Richtcharakteristik in der Horizontalebene der in 12 dargestellten Antenne, bei der die HPBW durch Verwenden metallischer Leiter verengt wird. In 13 ist der Winkel der Hauptstrahlungsrichtung der Antenne auf 90° gesetzt, und die Achsenskala ist so normiert, dass der Maximalwert 0 dB beträgt. Die halbe Bandbreite (–3 dB) bei nicht vorhandenen metallischen Leitern 123, 124 von 12, wie durch die gestrichelte Linie in 13 bezeichnet, beträgt 60°, jedoch beträgt die halbe Bandbreite tatsächlich 45°, wie in 13 dargestellt, bedingt durch den Effekt des Platzierens der metallischen Leiter. Jedoch wird die Rückwärtskeule in Richtung von 270° um ca. 3 dB vergrößert. Der Antennengewinn in Richtung von 30° und 150°, die um 60° gegenüber der Hauptstrahlungsrichtung versetzt sind, liegt auch bei einem Pegel von ca. –13 dB, und ein Absenken des Gewinnes der Rückwärtskeule und der Seitenkeulen zur Verminderung der Interferenz ist erwünscht, wenn man den ursprünglichen Zweck berücksichtigt, der darin besteht, die Teilnehmerkapazität durch Vermindern der Interferenz zu vergrößern, um die HPBW zu verengen. Es lässt sich kaum behaupten, dass eine geeignete Richtcharakteristik in der horizontalen Ebene durch herkömmliche Verfahren erzielt wird, die einen metallischen Leiter in dieser Weise verwenden.

INHALT DER ERFINDUNG

Diese Erfindung wurde in Anbetracht der zuvor erwähnten Nachteile entwickelt, und ein Ziel von dieser besteht darin, eine Antenne bereitzustellen, bei der eine HPBW von 45° bei einer bestehenden Antenne erzielt wird, die eine HPBW von 60° in der Horizontalebene aufweist und bei der die Seitenkeulen und die Rückwärtskeule verringert sind.

Diese Erfindung weist auf: einen rechteckigen Reflektor; erste und zweite Dipolantennen, die vor dem Reflektor angeordnet und parallel zur Längskante des Reflektors ausgerichtet sind; stabförmige erste metallische Leiter, die parallel zu den ersten und zweiten Dipolantennen angeordnet sind und von den Dipolantennen um einen Abstand X1 nach außen hin in Richtung parallel zur kurzen Kante des Reflektors getrennt sind, und um einen Abstand Y1 nach vorne in Richtung senkrecht zum Reflektor getrennt sind, und stabförmige zweite metallische Leiter, die parallel zu den ersten und zweiten Dipolantennen angeordnet sind und von den Dipolantennen um einen Abstand X2, der größer als der Abstand X1 ist, bezüglich zueinander nach außen hin in Richtung parallel zur kurzen Kante des Reflektors getrennt sind und um einen Abstand Y2, der größer als ein Abstand Y1 ist, nach vorne in Richtung senkrecht zum Reflektor getrennt sind.

Durch diese Konfiguration kann eine Antenne bereitgestellt werden, bei der eine HPBW von 45° bei einer bestehenden Antenne erzielt werden kann, die eine HPBW von 60° in der Horizontalebene aufweist, und bei der die Seitenkeulen und die Rückwärtskeule verringert sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1A ist eine perspektivische Ansicht, welche die Antenne dieser Erfindung zeigt, bei der vier metallische Leiter verwendet werden;

1B ist eine Draufsicht der in 1A dargestellten Antenne;

2A ist eine perspektivische Ansicht, welche die bekannte 60°-Strahlantenne zeigt, welche die Basis dieser Erfindung ist;

2B ist eine Draufsicht der in 2 dargestellten bekannten Antenne;

3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Breite W des Hauptreflektors, der HPBW in der Horizontalebene und den Seitenkeulen darstellt;

4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Länge T des seitlichen Reflektors in Ausdehnungsrichtung, der HPBW in der Horizontalebene, und der seitlichen Keulen darstellt;

5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der HPBW in der Horizontalebene und dem Winkel darstellt, unter dem sich die ersten und zweiten seitlichen Reflektoren in Vorwärtsrichtung von beiden Enden des Hauptreflektors öffnen;

6 ist ein Diagramm, das die Richtcharakteristik in der Horizontalebene der Antenne dieses Beispiels darstellt;

7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Länge der ersten und zweiten metallischen Leiter und der HPBW in der Horizontalebene darstellt;

8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Durchmesser der ersten und zweiten metallischen Leiter und der HPBW in der Horizontalebene darstellt;

9A ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Berechnung der Änderung der HPBW in der Horizontalebene darstellt, wenn die Position des ersten metallischen Leiters in einem Zustand verändert wird, bei dem die Position des zweiten metallischen Leiters auf X2 = 0,73 &lgr; und Y2 = 0,26 &lgr; gesetzt ist;

9B ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Berechnung der Änderung des FS-Verhältnisses unter den gleichen Bedingungen wie in 9A zeigt;

10A ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Berechnung der Änderung der HPBW in der Horizontalebene darstellt, wenn die Position des ersten metallischen Leiters in einem Zustand verändert wird, bei dem die Position des zweiten metallischen Leiters auf X2 = 0,8 &lgr; und Y2 = 0,13 &lgr; gesetzt ist;

10B ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Berechnung der Änderung des FS-Verhältnisses unter den gleichen Bedingungen wie in 10A zeigt;

11 ist ein Diagramm, das eine herkömmliche Antenne zeigt, bei der die HPBW in der Horizontalebene durch Dipolantennen und einen planaren Reflektor auf 45° gesetzt ist;

12 ist ein Diagramm, das eine 60°-Strahlantenne zeigt, bei der metallische Leiter auf beiden Seiten der herkömmlichen Antenne angeordnet sind und die HPBW in der Horizontalebene auf 45° gesetzt ist;

13 ist ein Diagramm, das die Richtcharakteristik in der Horizontalebene der in 12 dargestellten herkömmlichen Antenne zeigt, die metallische Leiter verwendet; und

14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Standes der Technik zeigt, das metallische Leiter verwendet.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.

Die Antenne der Erfindung, die vier metallische Leiter verwendet, ist in 1 dargestellt. Eine perspektivische Ansicht von dieser ist in 1A dargestellt, und eine Draufsicht von dieser ist in 1B dargestellt. Eine erste Dipolantenne 2 und eine zweite Dipolantenne 3 sind parallel zueinander vor einem rechteckigen plattenförmigen Reflektor 10, sowie parallel (Z-Achse) zur Längskante des Reflektors 10 angeordnet. Parallel zu den ersten und zweiten Dipolantennen 2 und 3 sind stabförmige erste metallische Leiter 6 und 7 angeordnet, die von den Dipolantennen um einen Abstand X1 nach außen hin in Richtung parallel (X-Achse) zur kurzen Seite des Reflektors 10, und einen Abstand Y1 in Richtung senkrecht (Y-Achse) zum Reflektor 10 getrennt sind. Ebenfalls parallel zu den ersten und zweiten Dipolantennen 2 und 3 sind stabförmige zweite metallische Leiter 8 und 9 angeordnet, die von den Dipolantennen um einen Abstand X2, der größer als der Abstand X1 ist, bezüglich zueinander nach außen hin in Richtung parallel zur kurzen Kante des Reflektors 10 sowie um einen Abstand Y2 in Richtung senkrecht zum Reflektor 10 getrennt sind. Bezugszeichen 4 und 5 in den mittleren Abschnitten der ersten Dipolantenne 2 und der zweiten Dipolantenne 3 bezeichnen Stromeinspeisungspunkte. Die ersten und zweiten Dipolantennen 2 und 3 weisen in dem in 1A dargestellten Beispiel eine rechteckige plattenartige Form auf, jedoch können diese Antennen auch stabförmig sein.

[Struktur des Reflektors und der Dipolantennen]

Als Erstes ist die 60°-Strahlantenne, welche die Basis der 45°-Strahlantenne der Erfindung bildet, in 2 dargestellt, welche die spezifische Struktur des Reflektors und der ersten und zweiten Dipolantennen darstellt. Eine perspektivische Ansicht der 60°-Strahlantenne, welche die Basis der Erfindung bildet, ist in 2A dargestellt, und eine Draufsicht von dieser ist in 2B dargestellt. Der Reflektor 10 weist einen rechteckigen plattenförmigen Hauptreflektor 20 sowie erste und zweite seitliche Reflektoren 21 und 22 auf, die nach vorn gekrümmt sind und sich von den Kanten auf beiden Seiten des Hauptreflektors 20 erstrecken. Die Länge der Längskante des Hauptreflektors 20 ist größer als die Länge der ersten und zweiten Dipolantennen 2 und 3. Die ersten und zweiten Dipolantennen, die um einen Abstand dV nach vorne von den Kanten auf beiden Seiten des Hauptreflektors 20 getrennt sind, sind parallel zu den Seitenkanten des Hauptreflektors 20 angeordnet. Aus Gründen der Einfachheit wird bei dieser Beschreibung W verwendet, um die Länge der kurzen Kante des Hauptreflektors 20 zu bezeichnen, &thgr; wird verwendet, um den Öffnungswinkel in Vorwärtsrichtung von beiden Enden des Hauptreflektors 20 zu bezeichnen, und T wird verwendet, um die Länge in Ausdehnungsrichtung der ersten und zweiten seitlichen Reflektoren 21 und 22 zu bezeichnen.

[Breite W des Hauptreflektors]

3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Breite W des Hauptreflektors 20, der HPBW in der Horizontalebene und der Seitenkeulen darstellt. Die Breite W des Hauptreflektors 20ist in der horizontalen Achse durch den Wellenlängen-Äquivalenzwert bezeichnet, wenn die verwendete Mittenfrequenz 2,0 GHz beträgt. Die vertikale Achse auf der linken Seite zeigt die HPBW (Grad) in der Horizontalebene, und die vertikale Achse auf der rechten Seite zeigt den Pegel (dB) der Seitenkeulen. Die HPBW in der Horizontalebene, wenn die Breite W des Hauptreflektors 20 zwischen 0,5 &lgr; und 0,75 &lgr; verändert wird, ist durch die durchgehende Linie bezeichnet, und der Seitenkeulenpegel ist durch die gestrichelte Linie bezeichnet.

Wenn die Breite W des Hauptreflektors 20 vergrößert wird, verengt sich die HPBW in der Horizontalebene fast umgekehrt proportional zu W. Es ist eine Kennlinie dargestellt, bei der eine HPBW, die ca. 61,8° beträgt, wenn die Breite W des Hauptreflektors 20 den Wert 0,5 &lgr; hat, sich in fast linearer Weise auf eine HPBW von ca. 58,4° verengt, wenn W = 0,75 &lgr;. Wenn die Länge der kurzen Kante des Reflektors auf diese Weise vergrößert wird, verengt sich die HPBW. Diese Beziehung wurde auch beim Kapitel des Standes der Technik beschrieben.

In gleicher Weise wie die HPBW in der Horizontalebene sind die Seitenkeulen auch in einer Beziehung, bei der deren Pegel umgekehrt proportional zu einer Vergrößerung der Breite W des Hauptreflektors 20 abnimmt. Der Pegel der Seitenkeulen nimmt mit Zunahme der Breite W des Reflektors 10 ab, jedoch ist das Diagramm des Seitenkeulenpegels so dargestellt, dass es zur rechten Seite hin ansteigt.

Somit kann, je mehr die Breite W des Hauptreflektors vergrößert wird, desto mehr die HPBW in der Horizontalebene verengt werden. Jedoch treten Nachteile, die zuvor als durch die Erfindung zu überwindende Nachteile beschrieben wurden, auf, wenn die Breite W des Hauptreflektors einfach vergrößert wird. Daher wird bei dieser Ausführungsform eine Breite W von 0,66 &lgr; (Wellenlängenäquivalente Werte von den Abmessungen gemäß der nachfolgenden Ausführungsformen sind auf drei Dezimalstellen oder weniger gerundet dargestellt) für den Hauptreflektor 20 verwendet.

[Länge T der seitlichen Reflektoren]

Die Beziehung zwischen der Länge T in Ausdehnungsrichtung der seitlichen Reflektoren 21 und 22, die HPBW in der Horizontalebene, und die Seitenkeulen sind in 4 dargestellt. Die Horizontalachse bezeichnet die Länge T der seitlichen Reflektoren in Ausdehnungsrichtung. Da der Wert der Länge T bei einer Bezeichnung als Wellenlängen-Äquivalent zu klein ist, ist sie hier in Millimetereinheiten dargestellt. Die vertikale Achse auf der linken Seite zeigt die HPBW (Grad) in der Horizontalebene, und die Vertikalachse auf der rechten Seite zeigt den Pegel (dB) der Seitenkeulen. Die HPBW in der Horizontalebene, bei einer zwischen 5 bis 30 mm veränderlichen Länge T der seitlichen Reflektoren 21 und 22 in Ausdehnungsrichtung, ist durch die durchgezogene Linie bezeichnet, und der Seitenkeulenpegel ist durch die gestrichelte Linie bezeichnet. Diese Daten sind für einen Fall, bei dem die Breite W des Hauptreflektors 20 den Wert 0,75 &lgr; hat.

Die HPBW in der Horizontalebene beträgt ca. 62,5°, wenn die Länge T 5 mm beträgt, und die HPBW verengt sich abrupt auf ca. 59,8°, wenn die Länge T auf 10 mm vergrößert wird. Die Änderung der HPBW erfolgt dann allmählich mit Zunahme der Länge T, und die Kennlinie gibt an, dass sich die HPBW von ca. 59,8° auf 58,4° in einer im Wesentliche umgekehrt proportionalen Beziehung zu einer Zunahme der Länge T auf bis zu 30 mm verändert. Die Seitenkeulenkennlinie zeigt ebenfalls geringfügig unterschiedliche Steigungen zwischen 5 bis 10 mm sowie zwischen 10 und 30 mm für die Länge T der seitlichen Reflektoren 21 und 22, jedoch nimmt deren Pegel im Wesentlichen linear zur Zunahme der Länge T ab.

Dadurch, dass die Länge T der seitlichen Reflektoren 21 und 22 in der Ausdehnungsrichtung auf diese Weise vergrößert wird, kann eine engere HPBW in der Horizontalebene erzielt werden. Die Länge T der seitlichen Reflektoren 21 und 22 betrug bei dieser Ausführungsform in Ausdehnungsrichtung 20 mm, was bezogen auf die Wellenlänge einem Wert von T = 0,13 &lgr; entspricht.

[Winkel &thgr; der seitlichen Reflektoren]

5 zeigt die Beziehung zwischen der HPBW in der Horizontalebene und dem Winkel &thgr;, unter dem sich die ersten und zweiten seitlichen Reflektoren 21 und 22 bezüglich der Vorwärtsrichtung von beiden Enden des Hauptreflektors 20 aus öffnen. Der Winkel &thgr; (Grad) wird durch die horizontale Achse bezeichnet, und die HPBW (Grad) in der Horizontalebene wird durch die vertikale Achse bezeichnet. Wenn der Winkel &thgr; den Wert 0° hat, d. h. wenn die seitlichen Reflektoren 21 und 22 sich in Vorwärtsrichtung unter einem rechten Winkel zum Hauptreflektor 20 von beiden Enden des Hauptreflektors 20 aus erstrecken, beträgt die HPBW in der Horizontalebene ca. 60,3°, und die HPBW beträgt 57,3°, wenn der Winkel &thgr; den Wert 50° hat. In diesem Intervall ist eine Kennlinie dargestellt, bei der sich die HPBW in fast linearer Weise bezüglich einer Vergrößerung des Winkels &thgr; verengt. Wenn der Winkel &thgr; auf diese Weise vergrößert wird, werden, da die kurze Kante, welche die sich nach vorne erstreckende Fläche gesehen von der Vorderseite des Reflektors 10 bildet, verlängert wird, die gleichen Effekte wie bei Erhöhung der Breite des Hauptreflektors 20 erzielt. Der Winkel &thgr; wurde bei dieser Ausführungsform auf 20° gesetzt.

Bei einer weiteren Konfiguration ist die Entfernung dV zwischen dem Hauptreflektor 10 und den Stromeinspeisungspunkten 4 und 5 auf 0,25 &lgr; gesetzt.

[Richtcharakteristik in der Horizontalebene bei dieser Ausführungsform]

Bei dieser Ausführungsform waren erste metallische Leiter 6 und 7 und zweite metallische Leiter 8 und 9 an der in 2 dargestellten Antenne vorgesehen.

Die Richtcharakteristik in der Horizontalebene ist in 6 für die Antenne dieser Ausführungsform dargestellt, bei der W = 0,66 &lgr;, dV = 0,25 &lgr;, T = 0,13 &lgr;, &thgr; = 20°, X1 ist 0,6 &lgr;, Y1 = –0,13 &lgr;, X2 = 0,73 &lgr;, und Y2 = 0,26 &lgr;. In 6 beträgt der Winkel der Hauptstrahlungsrichtung der Antenne 90°, und der Radius ist in Bezug auf den Antennengewinn ausgedrückt, wobei dieser –40 dB in der Mitte und 0 dB an Umfang beträgt. Die Richtcharakteristik in der Horizontalebene dieser Ausführungsform ist durch eine durchgehende Linie dargestellt, und die Richtcharakteristik in der Horizontalebene der herkömmlichen 45°-Strahlantenne, die im Kapitel des Standes der Technik beschrieben wurde, ist durch die gestrichelte Linie angegeben.

Die durchgezogene Linie und die gestrichelte Linie zeigen beide eine Ausführung einer 45°-Strahlantenne. Jedoch ist der Antennengewinn nach außen hin jenseits von 90° ± 45° bei der durch die gestrichelte Linie bezeichneten herkömmlichen Antenne hoch. Im Gegensatz zu der durch die gestrichelte Linie bezeichneten Kennlinie des Standes der Technik ist der Antennengewinn im Bereich von ± 40° bis ± 90° bezüglich der Hauptstrahlrichtung (90°) bei dieser Ausführungsform, die durch die durchgehende Linie bezeichnet ist, geringer als der des durch die gestrichelte Linie bezeichneten Standes der Technik. Der Antennengewinn, insbesondere beim Winkel von ± 60°, der bei der herkömmlichen Antenne ca. –13 dB betrug, beträgt ca. –20 dB, was eine beträchtliche Verbesserung darstellt. Mit anderen Worten ist der Seitenkeulengewinn reduziert. Die 270°-Richtung entgegengesetzt zur Hauptstrahlrichtung, insbesondere der Rückwärtskeulenpegel, ist um ca. 3 dB bis ca. –20 dB bezüglich der –17 dB des Standes der Technik verbessert.

Dadurch, dass die ersten metallischen Leiter 6 und 7 und die zweiten metallischen Leiter 8 und 9 auf diese Weise angeordnet werden, kann der Strahl verengt werden, und die Seitenkeulen und die Rückwärtskeule kann ebenfalls verringert werden. Diese Änderungen der Kennlinie tragen zu einer vergrößerten Teilnehmerkapazität bei.

[Länge der ersten und zweiten metallischen Leiter]

7 zeigt die Beziehung zwischen der Länge der metallischen Leiter und der HPBW in der Horizontalebene. Dieses Diagramm zeigt das berechnete Ergebnis, wenn metallische Leiter 123 und 124, wie beispielsweise die in 12 dargestellten, an einer 120°-Strahlantenne zur Rechten bzw. zur Linken bezüglich der Hauptstrahlrichtung befestigt sind. Die Länge L der ersten und zweiten metallischen Leiter 6 und 7 ist auf der Horizontalachse als Wellenlängenäquivalenter Wert bezeichnet, wenn die verwendete Mittenfrequenz 2,0 GHz beträgt, und die HPBW in der Horizontalebene, wenn die Länge L von 0,13 &lgr; auf 1,0 &lgr; verändert wird, ist auf der vertikalen Achse in Grad angegeben. Die durchgehende Linie in 7 zeigt einen Fall, bei dem der Abstand X1 zwischen den Dipolantennen und den metallischen Leitern 0,4 &lgr; beträgt, und die gestrichelte Linie zeigt einen Fall, bei dem der Abstand X1 den Wert 0,53 &lgr; und der Abstand V1 den Wert 0 hat.

Wenn die Länge im Bereich vom 0,13 &lgr; bis 0,27 &lgr; liegt, ist die Kennlinie derart, dass die HPBW in der Horizontalebene mit zunehmender Länge L zunimmt, jedoch die HPBW bei einer Länge L von 0,4 &lgr; rasch abnimmt. Die HPBW, die bei einer Länge L von 0,27 &lgr; ca. 132° beträgt, verengt sich bei einer Länge L von 0,4 &lgr; auf ca. 71° in der durch die durchgehende Linie bezeichneten Kennlinie (X1 = 0,40 &lgr;). Die HPBW hat dann die Tendenz, sich mit zunehmender Länge L allmählich zu vergrößern, und wird bei einer Länge L von 1,0 &lgr; ca. 78°.

Diese Tendenz ist dieselbe, sogar wenn der Abstand X1 von den Dipolantennen sich auf 0,53 &lgr; ändert, wie durch die gestrichelte Linie angegeben. Die erzielten Effekte werden daher als feststehend betrachtet, solange die Länge der ersten und zweiten metallischen Leiter 6 und 7 einen Wert von 0,4 &lgr; oder größer ist.

Daher ist bei dieser Ausführungsform die Länge der ersten und zweiten metallischen Leiter 6 und 7 größer als die Länge der ersten und zweiten Dipolantennen 2 und 3, und fast gleich lang wie die lange Kante des Reflektors 10.

[Durchmesser der ersten und zweiten metallischen Leiter]

8 zeigt die Beziehung zwischen der HPBW in der Horizontalebene und dem Durchmesser der metallischen Leiter. Dieses Diagramm zeigt das berechnete Ergebnis, wenn metallische Leiter 123 und 124, wie beispielsweise die in 12 dargestellten, an einer 120°-Strahlantenne zur Linken bzw. zur Rechten bezüglich der Hauptstrahlrichtung befestigt sind. Der Durchmesser D der metallischen Leiter 123 und 124 ist auf der Horizontalachse als Wellenlängenäquivalenter Wert angegeben, wenn die verwendete Mittenfrequenz 2,0 GHz beträgt, und die HPBW in der Horizontalebene, bei einer Änderung des Durchmessers D zwischen 0,01 &lgr; und 0,24 &lgr;, ist in Grad auf der vertikalen Achse angegeben. Die durchgehende Linie zeigt einen Fall, bei dem der Abstand zwischen den Dipolantennen und den metallischen Leitern 0,27 &lgr; beträgt, und die gestrichelte Linie zeigt einen Fall, bei dem dieser Abstand 0,53 &lgr; beträgt.

Wenn der Durchmesser D im Bereich von 0,01 &lgr; bis 0,24 &lgr; liegt, ist die Kennlinie derart, dass sich die HPBW in der Horizontalebene mit zunehmendem Durchmesser D allmählich verengt. Die HPBW, die bei einem Durchmesser D von 0,01 &lgr; ca. 96° beträgt, verengt sich bei einem Durchmesser D von 0,24 &lgr; auf ca. 79° bei der durch die durchgehende Linie bezeichneten Kennlinie. Diese Tendenz ist dieselbe, sogar wenn der Abstand von den Dipolantennen zu den metallischen Leitern von 0,27 &lgr; auf 0,53 &lgr; verändert wird.

Es gibt eine geringe Änderung der HPBW in der Horizontalebene, wenn der Durchmesser D den Wert 0,05 &lgr; oder größer hat. Da die windausgesetzte Oberfläche abnimmt, wenn die metallischen Leiter schmaler gemacht werden, wurde der Durchmesser D bei dieser Ausführungsform auf 0,04 &lgr; gesetzt.

[Position der ersten und zweiten metallischen Leiter]

Um die optimale Position für die ersten und zweiten metallischen Leiter zu finden, wurde die Position der ersten metallischen Leiter 6 und 7 verändert, während die Position der zweiten metallischen Leiter 8 und 9 festgelegt war, und die Veränderungen des FS-Verhältnisses und der HPBW in der Horizontalebene wurden mittels eines Momentenverfahrens berechnet.

Die Ergebnisse der Berechnung der Änderungen des FS-Verhältnisses und der HPBW in der Horizontalebene, wenn die Position der ersten metallischen Leiter 6 und 7 verändert wurde, wobei die Position der zweiten metallischen Leiter 8 und 9 auf X2 = 0,76 &lgr; und Y2 = 0,26 &lgr; festgelegt war, sind durch die Graustufenschattierung in 9A und 9B angegeben. Die Zahl oberhalb der durchgehenden Linie in der Mitte von 9A bezeichnet die HPBW auf dieser Linie. Der Abstand in X-Achsenrichtung der ersten metallischen Leiter auf der horizontalen Achse und der Abstand in Y-Achsrichtung auf der vertikalen Achse sind als Wellenlängenäquivalente Werte angegeben, wenn die verwendete Mittenfrequenz 2,0 GHz beträgt.

Da eine HPBW von 45° angestrebt wird, ist der Bereich von 40° bis 50°, wie aus 9A gefunden, die Zone, die durch die gestrichelte Linie in einem X-Bereich von 0,46 &lgr; bis 0,73 &lgr; und einem Y-Bereich von –0,4 &lgr; bis ca. 0,06 &lgr; bezeichnet ist.

Das FS-Verhältnis (Verhältnis des vorderen und seitlichen Antennengewinnes) bei den gleichen Bedingungen ist in 9B dargestellt. 9B ist ein Graustufenschattierungsdiagramm, das den schlechtesten Wert des FS-Verhältnisses im Bereich von 180° bis 0° zeigt, wenn die Hauptstrahlrichtung auf 90° gesetzt ist. Die Zone, in der das FS-Verhältnis –17 dB oder weniger beträgt, wie aus 9B gefunden wird, ist die Zone, die durch die gestrichelte Linie in einem X-Bereich von 0,46 &lgr; bis 0,6 &lgr; und einem Y-Bereich von –0,13 &lgr; bis ca. 0,08 &lgr; bezeichnet ist.

Wenn das FS-Verhältnis beispielsweise –15 dB oder weniger beträgt, erweitert sich der X-Bereich auf 0,46 &lgr; bis 0,7 &lgr;, und der Y-Bereich verengt sich etwas auf –0,13 &lgr; bis ca. 0,02 &lgr;.

Die für die ersten metallischen Leiter 6 und 7 zu verwendende Position ändert sich somit gemäß der HPBW und der Größe des FS-Wertes, wenn jedoch der FS-Wert –17 dB oder weniger beträgt, beträgt der X1-Bereich 0,46 &lgr; bis 0,6 &lgr;, und der Y1-Bereich beträgt –0,13 &lgr; bis 0,06 &lgr;.

Speziell sei hier auf die Tatsache verwiesen, dass die Beziehung zwischen dem Abstand, der HPBW und dem FS-Verhältnis keine monotone, in eine Richtung verlaufende Beziehung ist. Eine Zone, bei der die HPBW 47° bis 50° beträgt, tritt plötzlich in 9A auf, wenn X = 0,69 &lgr; bis 0,75 &lgr;. In 9B tritt eine Zone von –13 dB plötzlich an der Position auf, bei der X = 0,86 &lgr; und Y = 0 &lgr;. Diese nichtmonotone Beziehung wurde als Erstes als Ergebnis der vorliegenden Studie offenbar, und wurde nicht vorausgesehen. Die zuvor erwähnten Bereiche für X1 und Y1 basieren auf Forschungsergebnissen.

Die Ergebnisse der Berechnung der Änderungen des FS-Verhältnisses und der HPBW in der Horizontalebene, wenn die Position der ersten metallischen Leiter 6 und 7 verändert wurde, wobei die Position der zweiten metallischen Leiter 8 und 9 auf X2 = 0,8 &lgr; und Y2 = 0,13 &lgr; festgelegt war, sind durch die Graustufenschattierung in 10A und 10B angegeben, in gleicher Weise wie bei den 9A und 9B. Da eine HPBW von 45° angestrebt wird, ist der Bereich von 40° bis 50°, wie aus 10A gefunden, die Zone, die durch die gestrichelte Linie in einem X-Bereich von 0,46 &lgr; bis 0,63 &lgr; und einem Y-Bereich von –0,2 &lgr; bis ca. 0,03 &lgr; bezeichnet ist.

Das FS-Verhältnis (Verhältnis des vorderen und seitlichen Antennengewinnes) bei den gleichen Bedingungen ist in 10B dargestellt. Die Zone, in der das FS-Verhältnis –17 dB oder weniger beträgt, wie aus 10B gefunden wird, ist die Zone, die durch die gestrichelte Linie in einem X-Bereich von 0,4 &lgr; bis 0,6 &lgr; und einem Y-Bereich von –0,2 &lgr; bis ca. 0,01 &lgr; bezeichnet ist.

Wenn das FS-Verhältnis beispielsweise –15 dB oder weniger beträgt, beträgt der X-Bereich zwischen 0,4 &lgr; bis ca. 0,64 &lgr;, und der Y-Bereich beträgt –0,2 &lgr; bis ca. 0,06 &lgr;.

Basierend auf den in 9A, 9B, 10A und 10B gezeigten Ergebnissen wurde in Erfahrung gebracht, dass, um die HPBW in der Horizontalebene auf 45° und das FS-Verhältnis auf –17 dB oder weniger zu bringen, die Position der ersten metallischen Leiter 6 und 7 so festgelegt sein sollte, dass X1 = 0,46 &lgr; bis 0,6 &lgr; und Y1 = –0,13 &lgr; bis 0,01 &lgr;, und die Position der zweiten metallischen Leiter sollte so festgelegt sein, dass X2 = 0,73 &lgr; bis 0,8 &lgr; und Y2 = 0,13 &lgr; bis 0,26 &lgr;.

Wie zuvor beschrieben, wird es möglich, die Seitenstrahl- und Rückwärtskeulenpegel zu minimieren und dabei die Strahlbreite zu verengen, und zwar durch Anordnen von insgesamt vier metallischen Leitern, so dass sich jeweils zwei Leiter zur Linken und zur Rechten des Antennenreflektors befinden.

Gemäß dieser Ausführungsform wurde eine HPBW von 45° erzielt, wenn die Breite W des Hauptreflektors 20 in Richtung dessen kurzer Kante 0,66 &lgr; betrug. Bei dieser Konfiguration wird eine Verminderung um 30 % oder mehr des Luftwiderstandes im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren erzeugt, bei dem die HPBW einfach dadurch verengt wird, dass die Länge der kurzen Kante des Reflektors verlängert wird. Die Länge des Hauptreflektors in Längskantenrichtung ist hier kein Thema, da die Antenne in Längskantenrichtung des Reflektors gemäß dem gewünschten Antennengewinn angeordnet ist. Um den Antennengewinn zu vergrößern, wird die Anzahl der Dipolantennenelemente vergrößert, die wie durch die gestrichelte Linie in 1A dargestellt angeordnet sind. In Verbindung damit wird der Hauptreflektor verlängert. Daher ist es, wenn der Antennengewinn der gleiche ist, möglich, den Luftwiderstand anhand der Breite des Hauptreflektors in Richtung der kurzen Kante von diesem zu vergleichen.

Im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem zwei metallische Leiter verwendet werden, kann eine Richtcharakteristik in der Horizontalebene erzielt werden, die für eine sechs Sektoren aufweisende Drahtloszone geeignet ist.

Bei der Beschreibung dieser Ausführungsform wurden die ersten und zweiten metallischen Leiter als zylindrisch beschrieben, jedoch können diese Leiter auch eine vierkantige säulenartige Form haben.

Auch bestand bei dieser Beschreibung der Reflektor aus einem rechteckigen plattenförmigen Hauptreflektor und seitlichen Reflektoren, jedoch können die Seitenstrahl- und Rückwärtskeulenpegel auch minimiert werden und dabei die HPBW verengt werden, indem man erste und zweite metallische Leiter bei einer Struktur verwendet, die lediglich einen Hauptreflektor und keine seitlichen Reflektoren aufweist.


Anspruch[de]
Antenne, die vier metallische Leiter verwendet, aufweisend:

einen rechteckigen Reflektor (10);

erste und zweite Dipolantennen (2, 3), die vor dem Reflektor angeordnet sind und parallel zur Längskante des Reflektors (10) und zueinander ausgerichtet sind;

ein Paar stabförmiger erster metallischer Leiter (6, 7), die parallel zu der ersten und der zweiten Dipolantenne (2, 3) angeordnet sind und von den Dipolantennen in der Richtung parallel zur kurzen Kante des Reflektors um einen Abstand X1 nach außen in bezug aufeinander getrennt sind und in der Richtung senkrecht zum Reflektor (10) um einen Abstand Y1 getrennt sind, und

ein Paar stabförmiger zweiter metallischer Leiter (8, 9), die parallel zu der ersten und der zweiten Dipolantenne (2, 3) angeordnet sind und von den Dipolantennen in der Richtung parallel zur kurzen Kante des Reflektors um einen Abstand X2, der größer ist als der Abstand X1, nach außen in bezug aufeinander getrennt sind und in der Richtung senkrecht zum Reflektor (10) um einen Abstand Y2 getrennt sind.






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