DE10104863A1 - Planare Antenne - Google Patents

Abstract

Es soll eine planare Antenne angegeben werden, die mit hoher Stabilität auf einer Leiterplatte fixierbar ist und die zudem ein möglichst symmetrisches Richtdiagramm mit weitgehend reduzierten Nebenzipfeln erzeugt. Diese Antenne besteht aus einer elektrisch leitenden Platte (1), die an einander gegenüberliegenden Rändern zwei abgewinkelte Seitenabschnitte (2, 3) aufweist, welche als Leitungsarme zur Ankopplung der Antenne an ein Speisenetzwerk dienen. Jeder der beiden Leitungsarme (2, 3) ist mit einem eigenen Anschluss (4, 5) versehen, der mit dem auf einer Leiterplatte befindlichen Speisenetzwerk verbindbar ist.

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine planare Antenne, bestehend aus einer elektrisch leitenden Platte, die an einander gegenüberliegenden Rändern zwei abgewinkelte Seitenabschnitte aufweist, welche als Leitungsarme zur Ankopplung der Antenne an ein Speisenetzwerk dienen.

Eine derartige planare Antenne ist in der DE 199 34 671 A1 beschrieben. Bei dieser Antenne sind die beiden von der Platte abgewinkelten Seitenabschnitte über einen unterhalb der Platte verlaufenden Steg miteinander verbunden. An dem Steg befindet sich ein einziger Anschlusspunkt zur Kontaktierung der Antenne mit einem auf einer Leiterplatte befindlichen Speisenetzwerk. Dieser einzige Anschluss, der neben der elektrischen Kontaktierung auch der Fixierung der Antenne auf der Leiterplatte dient, gewährleistet nur eine unzureichende mechanische Stabilität der auf dem Substrat angeordneten planaren Antenne. Insbesondere wenn die planare Antenne in einem Gerät eingebaut wird, das einer mechanischen Belastung ausgesetzt ist, reicht die in der DE 199 34 671 A1 beschriebene Fixierung der planaren Antenne auf der Leiterplatte nicht aus.

Eine planare Antenne geht auch aus der Schrift von Petosa et al., "Suppression of unwanted probe radiation in wideband probe-fed microstrip patches", Electronics Letters, Vol. 35, Nr. 5, S. 355-357, 04. März 1999 hervor. Die planare Antenne besteht hier ebenfalls aus einer als Strahlungselement dienenden elektrisch leitenden Platte. Von dieser Platte zweigen zwei Leitungsarme zur Ankopplung der Antenne an ein auf einer Leiterplatte befindliches Speisenetzwerk ab. Diese Leitungsarme bestehen aus zwei Koppelstiften, die einerseits an der Unterseite der leitenden Platte fixiert und andererseits mit Leiterbahnen des Speisenetzwerks auf der Leiterplatte kontaktiert sind. Die elektrisch leitende Platte wird hier lediglich von zwei Stiften auf der Leiterplatte getragen. Diese Art der Halterung der als Strahlungselement dienenden Platte ist nicht von hoher Stabilität. Dies erweist sich insbesondere dann als Nachteil, wenn die Antenne in einem einer mechanischen Beanspruchung ausgesetzten Gerät, z. B. einem Radargerät zur Detektion von Wandeinschlüssen, eingesetzt wird. Bei nicht ausreichender Stabilität der planaren Antenne kann es zu einer Dejustage kommen, was eine Verschiebung des Antennendiagramms und damit eine Verfälschung der Messergebnisse zur Folge haben kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine planare Antenne der eingangs genannten Art anzugeben, die mit hoher Stabilität auf einer Leiterplatte fixierbar ist und zudem von ihren elektrischen Eigenschaften her ein sehr symmetrisches Richtdiagramm mit weitgehend reduzierten Nebenzipfeln erzeugt.

Vorteile der Erfindung

Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die das Strahlerelement der Antenne bildende elektrisch leitende Platte zwei an einander gegenüberliegenden Rändern abgewinkelte Seitenabschnitte aufweist, welche als Leitungsarme zur Ankopplung der Antenne an ein Speisenetzwerk dienen, und dass jeder der beiden Leitungsarme mit einem eigenen Anschluss versehen ist, der mit dem auf einer Leiterplatte befindlichen Speisenetzwerk verbindbar ist.

Durch den symmetrischen Aufbau der Antenne, nämlich der leitenden Platte mit zwei einander gegenüberliegenden als Leitungsarme dienenden Seitenabschnitten, erhält das Strahlungsdiagramm der Antenne eine sehr symmetrische Form mit geringen Nebenzipfeln. Eine hohe mechanische Stabilität bei der Fixierung der Antenne auf einer Leiterplatte wird dadurch erreicht, dass beide Seitenabschnitte der leitenden Platte mit jeweils einem eigenen Anschluss versehen sind, die mit einem auf der Leiterplatte befindlichen Speisenetzwerk elektrisch und auch mechanisch verbindbar sind. Die elektrisch leitende Platte der Antenne erfährt somit eine Fixierung an zwei Punkten, wodurch sie eine sehr hohe Stabilität erfährt. Dadurch, dass die Leitungsarme der Antenne als von gegenüberliegenden Rändern der leitenden Platte abgewinkelte Seitenabschnitte ausgeführt sind, kann die gesamte Antenne als ein Blechteil hergestellt werden, das durch einen Biegevorgang in die gewünschte Form der Antenne gebracht werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Es ist zweckmäßig, dass die Anschlüsse an den Leitungsarmen der Antenne jeweils Mittel zur elektrischen Kontaktierung mit dem Speisenetzwerk auf der Leiterplatte und Mittel zur mechanischen Fixierung der Antenne an der Leiterplatte aufweisen. Die Mittel zur elektrischen Kontaktierung können z. B. aus einer oder mehreren Lötfahnen bestehen, die auf eine Leiterbahn des Speisenetzwerks gelötet werden können. Die Mittel zur mechanischen Fixierung bestehen vorteilhafter Weise aus ein oder mehreren in Öffnungen der Leiterplatte einsteckbaren Stiften.

Die Symmetrierung und Nebenzipfelunterdrückung des Antennendiagramms kann dadurch verbessert werden, dass die Platte seitlich neben den Leitungsarmen Verlängerungen aufweist. Vorzugsweise sind an jeder Seite neben jedem Leitungsarm ein oder mehrere Verlängerungen der Platte vorhanden, so dass insgesamt eine symmetrische Geometrie der Platte entsteht. Die seitlichen Verlängerungen der Platte haben auch eine gute Anpassung für tiefere Frequenzbereiche zur Folge.

Es ist zweckmäßig, dass ein oder mehrere der Verlängerungen aus der Platten-Ebene so herausgebogen sind, dass sie als Stützen für die Antenne gegenüber einer die Antenne abdeckenden Gehäusewand wirken. Dadurch erhält die Antenne eine weitere Stabilisierung ihrer Position, was gleichbedeutend ist mit einer stabilen Ausrichtung des Antennendiagramms. Vorzugsweise sind die aus der Platten- Ebene herausgebogenen Verlängerungen federnd ausgebildet.

Um das Einlöten der Anschlussarme der Antenne auf der Leiterplatte zu erleichtern, sind die Leitungsarme mit Durchbrüchen versehen, welche den Blick auf die Anschlüsse an den unteren Enden der Leitungsarme freigeben.

Fertigungstechnisch sehr vorteilhaft ist, dass die gesamte Antenne als ein Blechstanzteil realisiert ist.

Die erfindungsgemäße Antenne erweist sich besonders vorteilhaft in einer Verwendung als Sende- und/oder Empfangsantenne in einem Wandradargerät, mit dem Einschlüsse in einer Wand aufspürbar sind. Gerade wenn ein solches Wandradargerät in höheren Stückzahlen produziert wird, erweist sich die planare Antenne in den vorangehend dargelegten Ausführungsformen fertigungstechnisch als sehr vorteilhaft.

Zeichnung

Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer planaren Antenne einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die planare Antenne,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer planaren Antenne einer zweiten Ausführungsform und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die in Fig. 3 dargestellte planare Antenne, eingebaut in einem Gehäuse.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die in der Fig. 1 dargestellte planare Antenne besteht aus einer leitenden Platte 1, die das Strahlerelement der Antenne bildet. Die elektrisch leitende Platte 1 hat in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine rechteckige Form; sie kann aber auch eine davon abweichende - z. B. runde, ovale oder dergleichen - Form aufweisen. An zwei gegenüberliegenden Rändern sind von der leitenden Platte 1 Seitenabschnitte 2 und 3 abgewinkelt, die zur Ankopplung der Antenne an ein Speisenetzwerk dienen. Die Draufsicht auf die Antenne in Fig. 2 gibt beide abgewinkelten Seitenabschnitte 2 und 3 zu erkennen. An den der leitenden Platte 1 abgewandten Enden verjüngen sich die als Leitungsarme 1 und 2 dienenden Seitenabschnitte auf jeweils einen Anschluss 4 bzw. 5. Die an den Leitungsarmen 2 und 3 vorhandenen Anschlüsse 4 und 5 dienen zur Kontaktierung der Leitungsarme 2 und 3 an einem Speisenetzwerk, das z. B. in Streifenleitungstechnik auf einer Leiterplatte aufgebracht ist, und gleichsam auch zur Fixierung der Antenne auf dieser Leiterplatte.

In der Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch eine auf einer Leiterplatte 6 angeordnete planare Antenne dargestellt. Diese Ansicht verdeutlicht, dass die Leitungsarme 2 und 3 die leitende Platte 1 der Antenne in einem gewissen Abstand über der ein Speisenetzwerk 7 tragenden Leiterplatte 6 gehalten wird. Damit befindet sich zwischen der leitenden Platte 1 der Antenne und der das z. B. in planarer Leitungstechnik ausgeführte Speisenetzwerk 7 tragenden Leiterplatte 6 ein Dielektrikum mit sehr niedriger Permitivität, nämlich Luft. Das Dielektrikum Luft mit sehr niedriger Permitivität ermöglicht einen sehr breitbandigen Betrieb der Antenne.

Die Antenne kann sowohl als Sende- als auch als Empfangsantenne verwendet werden. In dieser Doppelfunktion werden über die Leitungsarme 2 und 3 Sendesignale aus dem Speisenetzwerk 7 ausgekoppelt bzw. Empfangssignale in das Speisenetzwerk 7 eingekoppelt. Die Antenne kann aber auch nur in einer Einzelfunktion entweder als Sende- oder als Empfangsantenne betrieben werden.

Insbesondere in der perspektivischen Darstellung der Antenne in Fig. 1 wird am Beispiel des Anschlusses 5 der spezielle Aufbau der Anschlüsse 4 und 5 deutlich. An den beiden Anschlüssen 4 und 5 befindet sich jeweils eine Lötfahne 8 und 9, die auf eine Leiterbahn des Speisenetzwerks 7 auflötbar ist. Des Weiteren sind an den Anschlüssen 4 und 5 der Leitungsarme 2 und 3 zwei senkrecht nach unten abgewinkelte Stifte 10 und 11 vorhanden, die in Öffnungen 12 und 13 in der Leiterplatte 6 einsteckbar und ebenfalls darin verlötbar sind. Mit dieser Art von Anschlüssen 4 und 5 ist nicht nur eine elektrische Kontaktierung der Antenne mit dem Speisenetzwerk 7 möglich, sondern auch eine sehr stabile mechanische Fixierung der Antenne auf der Leiterplatte 6.

Um das Einlöten der Anschlüsse 4 und 5 der Leitungsarme 2 und 3 in die Leiterplatte 6 zu erleichtern, ist es zweckmäßig, in den Leitungsarmen 2 und 3 Durchbrüche 14 und 15 vorzusehen, welche den Blick auf die Anschlüsse 4 und 5 freigeben. Damit ist eine gute Kontrolle der Lötstellen möglich. Die Form der Durchbrüche 14 und 15 ist vorzugsweise rund; sie kann aber auch oval sein oder eine eckige Geometrie aufweisen. Da die Ströme durch die Leitungsarme 2 und 3 vornehmlich an den äußeren Kanten fließen, haben die Durchbrüche 14 und 15 in den Leitungsarmen 2 und 3 nahezu keine Auswirkung auf die Feldverteilung in den Leitungsarmen 2 und 3.

Eine Optimierung hinsichtlich der Bandbreite der planaren Antenne kann dadurch erfolgen, dass, wie den Fig. 1 bis 4 zu entnehmen ist, die leitende Platte 1 neben den Leitungsarmen 2 und 3 zungenartige Verlängerungen 16 bis 23 aufweist. In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind jeweils zwei Verlängerungen 16, 20; 17, 21; 18, 22; 19, 23 nebeneinander angeordnet. Mit den zwei nebeneinander angeordneten Verlängerungen wird eine Verbesserung der Anpassung der Antenne in Richtung tieferer Frequenzbereiche bewirkt. Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann auch seitlich von den Leitungsarmen 2 und 3 jeweils nur eine Verlängerung 16, 17, 18, 19 vorgesehen werden. Auch sie allein bewirken eine die Bandbreite der Antenne verbessernde Anpassung. Wenn nur ein schmalbandiger Betrieb der Antenne erforderlich ist, kann auch auf alle Verlängerungen verzichtet werden. Die Anpassung der Antenne lässt sich über die Länge und Breite und den Abstand zwischen den benachbarten Verlängerungen 16 bis 23 abstimmen.

Wie der Darstellung eines Ausführungsbeispiels in der Fig. 3 zu entnehmen ist, ist an jeder Ecke der Platte 1 eine der Verlängerungen 20, 21, 22, 23 über die Ebene der Platte 1 herausgebogen. Dadurch erhalten diese herausgebogenen Verlängerungen 20, 21, 22 und 23 die Funktion von Stützen für eine die Antenne abdeckende Gehäusewand 28. In der Fig. 4 ist ausschnittweise eine solche Gehäusewand 28 dargestellt, welche die Antenne wie ein Radom überdeckt. Mit den als Stützen ausgebildeten Verlängerungen 20, 21, 22, 23 wird eine definierte Lage zwischen der leitenden Platte 1 der Antenne und der Gehäusewand 28 hergestellt. Dadurch wird eine mögliche Schräglage der Strahlungsfläche der Antenne zum Gehäuse, wie sie aufgrund von Einbautoleranzen oder einer Ungenauigkeit bei der Montage entstehen kann, ausgeglichen. Damit wird ein Schielen der Antenne verhindert, so dass stets eine definierte Strahlungsrichtung relativ zum Gehäuse gegeben ist. Es ist zweckmäßig, die aus der Platte 1 herausgebogenen Verlängerungen 20, 21, 22, 23 federnd auszubilden. Die Federwirkung kann noch dadurch unterstützt werden, dass in diese Verlängerungen 20, 21, 22, 23 Schlitze 24, 25, 26, 27 eingelassen werden.

Es ist zweckmäßig, die Antenne, wie in der Fig. 2 dargestellt, symmetrisch zumindest bezüglich einer die beiden Leitungsarme 2, 3 verbindenden Achse auszubilden. Das hat den Vorteil, dass keine bestimmte Einbaurichtung der Antenne eingehalten werden muss. Fertigungstechnisch gesehen ist es besonders vorteilhaft, die gesamte Antenne, bestehend aus der leitenden Platte 1, den Leitungsarmen 2 und 3 und den Anschlüssen 4, 5 aus einem Blechstanzteil herzustellen.

Die durch die vorangehend beschriebene Ausgestaltung der planaren Antenne bewirkte Symmetrierung und Nebenzipfelunterdrückung des Strahlungsdiagramms führt dazu, dass die nutzbare Abstrahlleistung der Antenne erhöht wird und eine störende, nicht in die gewünschte Richtung orientierte Abstrahlung, minimiert wird. Dadurch wird die Messempfindlichkeit eines Detektionssystems für das von der Antenne ausgesandte und an einem Gegenstand reflektierte Signal (Radarprinzip) erhöht. Die Nützlichkeit einer solchen erfindungsgemäßen Antenne - beispielsweise für ein Radarsystem zum Auffinden von Wandeinschlüssen - wird deutlich verbessert.

Claims (11)

1. Planare Antenne, bestehend aus einer elektrisch leitenden Platte (1), die an einander gegenüberliegenden Rändern zwei abgewinkelte Seitenabschnitte (2, 3) aufweist, welche als Leitungsarme (2, 3) zur Ankopplung der Antenne an ein Speisenetzwerk (7) dienen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Leitungsarme (2, 3) mit einem eigenen Anschluss (4, 5) versehen ist, der mit dem auf einer Leiterplatte (6) befindlichen Speisenetzwerk (7) verbindbar ist.

2. Planare Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (4, 5) an den Leitungsarmen (2, 3) jeweils Mittel (8, 9) zur elektrischen Kontaktierung mit dem Speisenetzwerk (7) auf der Leiterplatte (6) und Mittel (10, 11) zur mechanischen Fixierung der Antenne an der Leiterplatte (6) aufweisen.

3. Planare Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur elektrischen Kontaktierung aus ein oder mehreren Lötfahnen (8, 9) bestehen, die auf eine Leiterbahn des Speisenetzwerks (7) gelötet werden können.

4. Planare Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur mechanischen Fixierung aus ein oder mehreren in Öffnungen (12, 13) der Leiterplatte (6) einsteckbaren Stiften (10, 11) bestehen.

5. Planare Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (1) seitlich neben den Leitungsarmen (2, 3) Verlängerungen (16, .23) aufweist.

6. Planare Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Seite neben jedem Leitungsarm (2, 3) ein oder mehrere Verlängerungen (16, . . .23) der Platte (1) vorhanden sind.

7. Planare Antenne nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der Verlängerungen (20, 21, 22, 23) aus der Platten-Ebene so herausgebogen sind, dass sie als Stützen für die Antenne gegenüber einer die Antenne abdeckenden Gehäusewand (28) wirken.

8. Planare Antenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Platten-Ebene herausgebogenen Verlängerungen (20, 21, 22, 23) federnd ausgebildet sind.

9. Planare Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsarme Durchbrüche (14, 15) aufweisen, welche den Blick auf die Anschlüsse (4, 5) freigeben.

10. Planare Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Antenne als ein Blechstanzteil realisiert ist.

11. Planare Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Sende- und/oder Empfangsantenne in einem Wandradargerät, mit dem Einschlüsse in einer Wand aufspürbar sind, verwendet wird.