DE10060618A1 - Miniaturisiertes Flächenstrahlersystem für Bündelfunkanwendungen - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist die Konfigurierung eines extrem miniaturisierten und in erster Linie flächenhaft ausgedehnten Antennensystems mit der Eigenschaft der Erzeugbarkeit einer linear polarisierten und räumlich breiten Doppelsektorstrahlung, vorzugsweise für Mobilfunkanwendungen innerhalb der Spektralbereiche des 70 cm-Bandes. DOLLAR A Die erfinderische Lösung beruht hierbei auf einem breitbandig angepaßten sowie unsymmetrischen Wellenleiterresonator in Schlitzleitungstechnik. DOLLAR A Deskriptoren: DOLLAR A Linearstrahler, Monopol, Planarantenne, Planarstrahler, Resonanzstrahler, Strahlungsdiagramm, Sektorstrahlung, Polarisation, Richtfaktor, Wirkungsgrad, Wellenleitung, Wellenimpedanz, Wellenleiterresonator, Schlitzleitung.

Description

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Konfigurierung einer extrem miniaturi­ sierten und in erster Linie flächenhaft ausgedehnten Antennenkomponente mit der Eigenschaft der Erzeugbarkeit einer linear polarisierten und koordinaten­ seitig breiten Doppelsektorstrahlung, vorzugsweise in den Spektralbereichen zwischen 410 MHz und 470 MHz. Weiterhin besteht das Ziel der Erfindung in der Entwicklung einer planaren Strahleranordnung, vorzugsweise für den Be­ reich der Fahrzeuganwendungen, die es bei Anbringung der Antenne an den verglasten Innenflächen des Fahrzeuges oder jeglichen dielektrischen Flächen und Begrenzungen beliebiger Räume oder Objekte ermöglicht, jegliche rund­ strahlende Außenantennen für die Übertragung elektromagnetischer Strahlungs­ felder vorzugsweise in den genannten Spektralbereichen effektiv zu substitu­ ieren. Die gegenständliche Erfindung verfolgt fernerhin das Ziel, Flächenstrah­ lerkomponenten mit der unmittelbaren Möglichkeit der technisch oder designe­ risch orientierten Systemintegrierbarkeit sowie der Tarnbarkeit für sowohl stationäre als auch portable oder mobile Objekte bzw. Anwendungen sowie mit der Einsatzmöglichkeit bzw. der speziellen Eignung als Körper- oder Kofferan­ tenne zu entwickeln. Im weiteren verfolgt die Erfindung das Ziel der unmittel­ baren Montagemöglichkeit des Flächenstrahlers auf den dielektrischen, vor­ zugsweise verglasten Flächen und damit vorausgehend der konzeptions- bzw. dimensionierungsseitigen Berücksichtigung der elektromagnetisch relevanten Eigenschaften der dem Antennenmodul räumlich vorgeordneten, dielektrischen Schichten oder Räume, vorzugsweise der entsprechenden Verglasungen des Fahrgast- oder Nutzraumes land-, luft- oder seemobiler Objekte.

Das Ziel der Erfindung besteht weiterhin darin, die für die Konfigurierung des Planarstrahlers erforderlichen, dielektrischen Strukturträger durch Verwendung ausschließlich elektrisch leitfähiger und selbsttragender, dünner Platten, vor­ zugsweise metallischer Platten oder Folien, zu ersetzen und die durch die Ver­ wendung dielektrischer Basismaterialien mit einer vom evakuierten Raum ab­ weichenden Dielektrizitätszahl bedingte, geometrische Verkürzung mittels ver­ teilter, kapazitiver Strukturelemente zu erwirken.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung bezieht sich vordergründig auf den Mobilfunkbereich innerhalb des 70-cm-Bandes und damit den Bündelfunk­ bereich. Hierbei bildet der Flächenstrahler eine optionale Antennenkomponente bzw. Ersatzkomponente der Fahrzeugaußenantenne mit der Montagemöglich­ keit innerhalb des Fahrgastraumes. Weitergehend bezieht sich der Anwendungs­ bereich auf allgemeine Innenraumanwendungen, indem die Strahlerkomponente eine räumlich abgesetzte Komponente vom jeweiligen Endgerät bildet und an der betreffenden Raumverglasung bzw. an der dielektrischen Raum- oder Ob­ jektwandung innenseitig und flächig montiert wird.

Die Strahlerkomponente ist vorteilhaft in den Fällen anwendbar, in denen die Bedingung der schnellen und unaufwendigen Montierbarkeit ohne Verwendung von Werkzeugen sowie die Bedingung der sowohl bezüglich des Antennenmo­ duls als auch bezüglich der Montageebene zerstörungsfreien und einschrän­ kungslosen Lösbarkeit und damit der Wiederverwendbarkeit zu erfüllen sind bzw. erfüllt sein sollten. Der weitere Vorteil der Erfindung soll in der externen Aufnahmefähigkeit jeglicher lösbar oder unlösbar mit dem Antennenmodul bzw. mit dessen Radom verbundener, dielektrischer Folien, Verkleidungen oder Ummantelungen beliebiger Strukturierung, vorzugsweise dielektrischer Folien mit beliebiger Bedruckung und Farbgebung, bestehen, so daß auf dieser Basis das Feld der zweckorientierten Tarnbarkeit sowie der designerischen Gestalt­ barkeit bzw. designerischen Integrationsfähigkeit umfassend erschließbar ist. Darüber hinausgehend bildet die erfindungsgemäße Strahlerkomponente ein Ba­ sismodul für Kurz- oder Mittelstreckenübertragungssysteme für kommunikati­ ons- sowie sensor- oder sicherheitstechnische Anwendungen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannte Antennenlösungen für den Bereich der Mobilfunkanwendungen be­ ruhen auf Linearantennenkonzeptionen in Form von Monopolanordnungen in verkürzter oder unverkürzter Ausführung. Diese Linearantennen sind sowohl als extern montierbare Bordantennen als auch als unmittelbar mit dem Endgerät gekoppelte Komponenten bekannt sowie mit unterschiedlichem Richtfaktor und Wirkungsgrad behaftet, wobei diese Komponenten in der Azimutalebene aus­ schließlich rundstrahlend sind. Bekannte Flachantennenlösungen beruhen auf flächenhaft angeordneten, dipolähnlichen Konfigurationen, deren Richtdia­ gramm unregelmäßig und in Verbindung mit dem jeweiligen Untergrund die Merkmale einer signifikanten Strahlungsfelddeformation aufweisen. Die auf den Anwendungsbereich bezogenen Strahlungseigenschaften sind denen der klassischen Linearantennen deutlich unterlegen. Gleichfalls sind gezielte Ausblendungseigenschaften des Strahlungsdiagrammes nicht nachweisbar. Gleichfalls sind keine Lösungen bekannt, deren elektromagnetische bzw. Strahlungseigenschaften auf der Basis unsymmetrischer und offener Wellen­ leitertechniken, insbesondere der Microstriptechnik, unter Verwendung selbst­ tragender, leitfähiger Folienleiter oder folienähnlicher Leitflächen erzielt werden.

Die elektrischen sowie Gebrauchseigenschaften bekannter Antennenlösungen schließen die Erlangung der Ziele der gegenständlichen Erfindung aus, so daß mit der gegenständlichen Erfindung die für die benannten Anwendungsfelder einsetzbare Technik gegenüber dem bekannten Stand der Technik erweitert wird.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Die erfinderische Aufgabe besteht in der Konfigurierung einer extrem minia­ turisierten und flächenhaften Strahlerkomponente mit der Eigenschaft der Er­ zeugbarkeit einer linear polarisierten und räumlich breiten Doppelsektorstrah­ lung mit dem Ziel der Erzeugung einer Nutzstrahlung innerhalb jeder der zwei Raumhemisphären des sphärischen Strahlungsraumes, vorzugsweise in den Spektralbereichen von 410 MHz bis 430 MHz bzw. 450 MHz bis 470 MHz. Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht weiterhin in der Entwicklung einer flächenhaften Strahleranordnung, vorzugsweise für den Bereich der Fahrzeugan­ wendungen, die es bei Anbringung der Antenne an den verglasten Innenflächen des Fahrzeuges oder jeglichen dielektrischen Flächen und Begrenzungen belie­ biger Räume oder Objekte ermöglicht, jegliche rundstrahlende, vorzugsweise lineare oder ringförmige oder ringschlitzförmige Außenantennen für die Über­ tragung elektromagnetischer Strahlungsfelder, vorzugsweise in den genannten Spektralbereichen effektiv zu substituieren. Fernerhin besteht die erfindungsge­ mäße Aufgabe in der Konfigurierung einer Flächenstrahlerkomponente mit der unmittelbaren Möglichkeit der technisch oder designerisch orientierten System­ integrierbarkeit sowie der Tarnbarkeit für sowohl stationäre als auch portable oder mobile Objekte bzw. Anwendungen sowie mit der Einsatzmöglichkeit bzw. der speziellen Eignung als Körper- oder Kofferantenne, wobei in jedem der genannten Fälle die Bedingung der schnellen und unaufwendigen Montier­ barkeit ohne Verwendung von Werkzeugen sowie der Bedingung der sowohl bezüglich des Antennenmoduls als auch bezüglich der Montageebene zerstö­ rungsfreien und einschränkungslosen Lösbarkeit und damit der Wiederver­ wendbarkeit zu erfüllen sind und die externe Aufnahmefähigkeit des Antennen­ moduls jeglicher lösbar oder unlösbar mit dem Antennenmodul bzw. mit dessen Radom verbundener, dielektrischer Verkleidungen oder Ummantelungen belie­ biger Strukturierung, vorzugsweise dielektrischer Folien mit beliebiger Be­ druckung und Farbgebung, gegeben ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem eine leitfähige Platte oder Folie (1) mit kreisförmiger, elliptischer, dreieckförmiger, quadratischer, rechteckiger, pentagonaler, hexagonaler, octagonaler oder beliebiger Beran­ dung, vorzugsweise kreisförmiger Berandung, vorzugsweise bestehend aus Messing, Kupfer oder Aluminium, mit einer schlitzförmigen Struktur (2), be­ stehend aus einem oder mehreren und untereinander verbundenen, schlitzförmi­ gen Segmenten (2.1), (2.2), (2.3), (2.4), . . . gleicher oder ungleicher Schlitz­ breite, vorzugsweise ungleicher Schlitzbreite, die für den Fall mehrerer schlitz­ förimger Segmente parallel, rechtwinklig oder in einem beliebigen Winkel zu­ einander angeordnet sind, versehen wird. Die Aufgabe wird weiterhin dadurch gelöst, indem die schlitzförmige Struktur (2) vorzugsweise mittels eines koaxi­ alen Wellenleiters elektromagnetisch angeregt wird, indem der Innenleiter des koaxialen Wellenleiters in einer definierten Entfernung von den Begrenzungen der schlitzförmigen Struktur (2) bzw. eines Segmentes der schlitzförmigen Struktur rechtwinklig zur Achse der schlitzförmigen Struktur über die schlitz­ förmige Struktur geführt und endseitig an einer der achsenparallelen Begren­ zungen der schlitzförmigen Struktur (2) galvanisch mit der leitfähigen Platte oder Folie (1) verbunden wird, wobei der Außenleiter des koaxialen Wellen­ leiters an der gegenüberliegenden, achsenparallelen Begrenzung der schlitzför­ migen Struktur (2) galvanisch, vorzugsweise mittels einer Lötverbindung, mit der leitfähigen Platte oder Folie (1) verbunden wird. Die strukturierte, leitfähige Platte oder Folie (1) wird erfindungsgemäß mittels eines dielektrischen Gefäß­ systems umschlossen, wobei das Gefäßsystem in Form eines Radoms mit belie­ biger Kontur, vorzugsweise mit einer der Berandung der strukturierten, leitfähi­ gen Platte oder Folie (1) angepaßten Kontur und damit einer kreisförmigen Kontur, vorzugsweise bestehend aus einem mittels Spritzverfahren oder Tief­ ziehverfahren erstellten und aus einem oder mehreren Elementen bestehenden Formteiles oder in der Folge eines Verschäumungsverfahrens gebildet wird, innerhalb dessen die strukturierte, leitfähige Platte oder Folie (1) eingefügt wird bzw. integriert ist. Die Positionierung bzw. Befestigung des Gefäßsystems er­ folgt vorzugsweise mittels einer doppelseitig mit jeweils einer Klebeschicht ausgestatteten, dielektrischen Folie beliebiger Dicke und Berandung, vorzugs­ weise kreisförmiger oder kreisringförmiger Berandung, wobei der doppelkle­ benden, dielektrischen Folie eine weitere, vorzugsweise einseitig mit einer Haftschicht ausgestattete, dielektrische Folie beliebiger Berandung, vorzugs­ weise kreisförmiger oder kreisringförmiger Berandung, vorgesetzt werden kann, deren Haftschichtebene vorzugsweise mit einer ein- oder mehrfarbigen, vor­ zugsweise mehrfarbigen Bedruckung ausgebildet ist und für den Fall der Glas­ montage ein sichtbares Bild erzeugt. Der erfindungsgemäße Vorteil besteht ins­ besondere in der beliebigen Wechselbarkeit des Positionierungsortes der Anten­ nenkomponente und/oder der Bildfolie bei sachlich unbegrenzter Wiederver­ wendbarkeit des Antennenmoduls.

Überdies besteht die Möglichkeit der vollständigen oder partiellen Einschäu­ mung der strukturierten, leitfähigen Platte oder Folie (1), so dass auf dieser Grundage ein vollständig systemintegrierbares Antennensystem verfügbar wird, sofern die Integration innerhalb dielektrischer Materialien bzw. Stoffkompositi­ onen erfolgt.

Die Bemessung der Resonanzbedingung des Strahlersystems bzw. des Ein­ gangsimpedanz- und Strahlungsleitwertprofils erfolgt hierbei unter Einbe­ ziehung des geometrischen und Suszeptibilitätsprofils des Gefäßsystems sowie der jeweiligen dielektrischen Folien, einschließlich der Montageebene, so daß das Antennensystem als Schlitzwellenleiterresonator mit ebenenweise diskonti­ nuierlich partialisierter, unsymmetrischer, dielektrischer Belastung und damit als flächenhaftes Verbundstrahlersystem zu betrachten ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines praxisrelevanten Ausführungsbeispieles für den Spektralbereich von 410 MHz bis 430 MHz näher erläutert werden. Gemäß der Abb. 1 wird eine leitfähige Platte oder Folie (1), bestehend aus Messing, mit einer schlitzförmigen Struktur (2), bestehend aus den schlitzförmi­ gen Segmenten (2.1) bis (2.6), versehen. Gemäß der Abb. 1 wird die schlitzförmige Struktur (2) mittels eines koaxialen Wellenleiters angeregt, in­ dem der Innenleiter des koaxialen Wellenleiters im Punkt (3) mit der leitfähigen Platte (1) und der Außenleiter mit der gegenüberliegenden, leitfähigen Schlitz­ strukturbegrenzung der leitfähigen Platte galvanisch mittels jeweils einer Löt­ verbindung verbunden werden, wobei die Verbindungspunkte sowohl des Innenleiters mit der leitfähigen Platte oder Folie (1) als auch des Außenleiters mit der leitfähigen Platte oder Folie (1) vorzugsweise auf der die Achse des Schlitzstruktursegmentes (2.1) orthogonal schneidenden sowie den Punkt (3) durchlaufenden Achse angeordnet werden.

Die strukturierte und leitfähige Platte (1) gemäß den Abb. 1 und 2 wird jeweils in ein zylinderförmiges, dielektrisches Radom, vorzugsweise bestehend aus einer Polystyrol- oder Polyvinylchlorid-Komposition, eingefügt. Mittels einer doppelseitig mit jeweils einer Klebeschicht versehenen, dielektrischen Folie, bestehend aus Polystyrolschaum, sowie einer einseitig mit einer Klebe­ schicht versehenen Bildfolie wird das Antennenmodul bzw. dessen Radom auf einer dielektrischen Montageebene, bestehend aus der Fahrzeugverglasung, positioniert bzw. befestigt.

Claims (2)

1. Miniaturisiertes Flächenstrahlersystem für Bündelfunkanwendungen, bestehend aus einer Anordnung geometrisch definierter und leitfähiger Ebenen, dadurch gekennzeichnet, daß
eine leitfähige Platte oder Folie (1) mit kreisförmiger, elliptischer, dreieckför­ miger, quadratischer, rechteckiger, pentagonaler, hexagonaler, octagonaler oder beliebiger Berandung, vorzugsweise kreisförmiger Berandung, mit einer schlitz­ förmigen Struktur (2), bestehend aus einem oder mehreren und untereinander verbundenen, schlitzförmigen Segmenten (2.1), (2.2), (2.3), (2.4), . . . gleicher oder ungleicher Schlitzbreite, vorzugsweise ungleicher Schlitzbreite, die für den Fall mehrerer, schlitzförmiger Segmente (2) parallel, rechtwinklig oder in einem beliebigen Winkel zueinander angeordnet sind, versehen wird;
die schlitzförmige Struktur (2) vorzugsweise mittels eines koaxialen Wellen­ leiters elektromagnetisch angeregt wird, indem der Innenleiter des koaxialen Wellenleiters in einer definierten Entfernung von den Begrenzungen der schlitzförmigen Struktur (2) bzw. eines Segmentes der schlitzförmigen Struktur rechtwinklig zur Achse der schlitzförmigen Struktur (2) über die schlitzförmige Struktur (2) geführt und endseitig an einer der achsenparallelen Begrenzungen der schlitzförmigen Struktur (2) galvanisch mit der leitfähigen Platte oder Folie (1) verbunden wird;
der Außenleiter des koaxialen Wellenleiters an der gegenüberliegenden, achsenparallelen Begrenzung der schlitzförmigen Struktur (2) galvanisch mit der leitfähigen Platte oder Folie (1) verbunden wird;
die strukturierte, leitfähige Platte oder Folie (1) mittels eines dielektrischen Ge­ fäßsystems mit beliebiger Kontur, vorzugsweise mit einer der Berandung der strukturierten, leitfähigen Platte oder Folie (1) angepaßten und damit kreisför­ migen Kontur, umschlossen wird;
das Gefäßsystem sowohl in Form eines beliebig geformten Antennenradoms mit beliebig bemessener Wandstärke ausgebildet werden kann als auch durch die definierte und konturbegrenzte Einschäumung der leitfähigen, strukturierten Platte oder Folie (1) synthetisiert werden kann;
das Gefäßsystem vorzugsweise mittels einer doppelseitig mit jeweils einer Haftschicht, vorzugsweise Klebeschicht, ausgestatteten, dielektrischen Folie beliebiger Dicke und Berandung, vorzugsweise kreisförmiger oder kreisringför­ miger Berandung, auf der Montagefläche befestigt bzw. positioniert wird;
der dielektrischen Folie eine weitere, vorzugsweise einseitig mit einer Haft­ schicht, vorzugsweise Klebeschicht, ausgestattete, dielektrische Folie beliebiger Berandung, vorzugsweise kreisförmiger Berandung, deren Haftschichtebene vorzugsweise mit einer ein- oder mehrfarbigen, vorzugsweise mehrfarbigen Be­ druckung, ausgebildet ist, vorgesetzt wird.

2. Miniaturisiertes Flächenstrahlersystem für Bündelfunkanwendungen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäßsystem unter Vorsatz der dielektrischen Folien sowohl für den Fall der Konfigurierung des Strahler­ moduls als Wellenleiterresonator in Schlitzleitungstechnik (1) als auch für den Fall der Konfigurierung des Strahlermoduls als Wellenleiterresonator in Strei­ fenleitungs- bzw. Microstrip-, dielektrischer Bildleitungs- oder Koplanartechnik für die Aufnahme bzw. Montage eines flächenhaften Strahlersystems auf einer dielektrischen Montageebene, vorzugsweise einer Glasfläche, angewendet wird.