DE102004054015A1

DE102004054015A1 - Planare Breitbandantenne

Info

Publication number: DE102004054015A1
Application number: DE102004054015A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schano
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2006-05-11
Also published as: JP4518514B2; JP2008519516A; EP1812988A2; WO2006051010A2; DE502005008508D1; WO2006051010A3; EP1812988B1; US7847751B2; US20080297430A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine planare Breitbandantenne, welche eine flächige ellipsenförmige Antenneneinrichtung 2, 3, 4 aufweist. Die ellipsenförmige Antenneneinrichtung 2, 3, 4 weist ein mittleres Antennenelement 2, ein erstes abgewinkeltes Antennenelement 3 und ein zweites abgewinkeltes Antennenelement 4 auf. Das mittlere Antennenelement 2 ist parallel zu einem Träger 1 angeordnet. Die abgewinkelten Antennenelemente 3, 4 werden durch zwei gegenüberliegende Segmente der ellipsenförmigen Antenneneinrichtung 2, 3, 4 gebildet. Die abgewinkelten Antennenelemente 3, 4 weisen in Richtung des Trägers 1. An dem ersten abgewinkelten Antennenelement 3 ist ein Fußpunkt 13 angebracht, über welchen eine Einspeisung eines Signals erfolgen kann. Eine Impedanzeinrichtung 7 verbindet das zweite abgewinkelte Antennenelement 4 mit einem Masse-Punkt 12, welcher sich in der Nähe des Fußpunktes 13 befindet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine planare Breitbandantenne.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine Antenne, welche an einem Fahrzeug angebracht ist, beschrieben wird, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt.

In Fahrzeugen werden zunehmend Geräte verwendet, welche drahtlos kommunizieren. Um eine Kommunikation dieser Geräte mit Basisstationen außerhalb des Fahrzeuges zu ermöglichen bzw. zu verbessern, werden an dem Fahrzeug Antennen angebracht. Hierbei wird angestrebt, möglichst nur eine Antenne für alle verwendeten Frequenzbänder anzuordnen. Die mittlerweile verwendeten Bänder des Funkfrequenzspektrums liegen im Bereich zwischen 800 MHz und 5 GHz. Bisher werden planare inverted-f-Antennen (PIFA) verwendet, welche eine Mehrzahl an diskreten Resonanzen in ihrer Antennenstruktur ermöglichen. Durch ein geschicktes Design von Schlitzen in einem planaren Flächenelement der PIFA ist es möglich, die Abstrahlungscharakteristik der Antenne auf die benötigten Frequenzbänder abzustimmen. Jedoch ist es hierbei notwendig, die PIFA in Abhängigkeit von Ihrer Umgebung anzupassen, um die entsprechende Abstrahlcharakteristik zu erhalten, da sich die diskreten Resonanzfrequenzen in Abhängigkeit der Umgebung verschieben. Dies hat zur Folge, dass das Design der Antenne für jedes neue Fahrzeug oder eine andere Anordnung der Antenne an dem Fahrzeug neu angepasst werden muss.

Ein weitere Antenne ist ein Kreisscheiben-Monopol, welcher ein kreisförmiges Antennenelement aufweist, welches vertikal stehend zu einem Träger angeordnet ist. Das kreisförmige Antennenelement wird mit der Ader eines Koaxialkabels verbunden. Die Abstrahlcharakteristik des Kreisscheiben-Monopols weist eine Mindestfrequenz auf. Ab dieser Mindestfrequenz ergibt sich eine nahezu kontinuierliche Abstrahlcharakteristik des Monopols im Frequenzraum. Eine Anpassung des Kreisscheiben-Monopols an die Umgebung ist daher nicht notwendig. Der Nachteil des Kreisscheiben-Monopols ist sein vertikaler Aufbau und der damit verbundene Platzbedarf. Das kreisförmige Antennenelement hat typischerweise einen Durchmesser von etwa 10 cm. Zudem müssen Vorkehrungen getroffen werden, um das herausragende runde Antennenelement vor mechanischen Einwirkungen zu schützen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine verbesserte Breitbandantenne mit geringer Bauhöhe bereitzustellen.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine planare Breitbandantenne mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass eine planare Breitbandantenne eine flächige ellipsenförmige Antenneneinrichtung aufweist. Die ellipsenförmige Antenneneinrichtung weist ein mittleres Antennenelement ein erstes und ein zweites abgewinkeltes Antennenelement auf. Das mittlere Antennenelement ist parallel zu einem Träger angeordnet. Die abgewinkelten Antennenelementen werden durch zwei gegenüberliegende Segmente der ellipsenförmigen Antenneneinrichtung gebildet. Die abgewinkelten Antennenelemente weisen in Richtung des Trägers. An dem ersten abgewinkelten Antennenelement ist ein Fußpunkt angebracht, über welchen eine Einspeisung eines Signals erfolgen kann. Eine Impedanzeinrichtung verbindet das zweite abgewinkelte Antennenelement mit einem Masse-Punkt, welcher sich in der Nähe des Fußpunktes befindet.

Die vorliegende Erfindung weist gegenüber den bekannten Lösungsansätzen den Vorteil auf, dass die Bauhöhe der planaren Breitbandantenne gering ist. Zudem ergibt sich durch die flächige ellipsenförmige Antenneneinrichtung eine nahezu kontinuierliche Abstrahlcharakteristik in einem breiten Frequenzband. Die Abstrahlcharakteristik entspricht weitestgehend der einer Kreisscheibenmonopolantenne.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in Patentanspruch 1 angegebenen planaren Breitbandantenne.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Impedanzanpassungseinrichtung flächig und ellipsenförmig. Durch einen weitgehend symmetrischen Aufbau der Impedanzanpassungsreinrichtung und der ellipsenförmigen Antenneneinrichtung wird eine sehr gute Impedanzanpassung erreicht. Entsprechend weist die Impedanzanpassungseinrichtung einer weiteren Weiterbildung abgewinkelte Elemente auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Impedanzeinrichtung diskrete Bauelemente auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Antenneneinrichtung und/oder die Impedanzeinrichtung kreisförmig.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist der Träger leitfähig und mit einer Masse verbunden.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist eine Abschirmungseinrichtung zwischen der Impedanzanpassungseinrichtung und der Antenneneinrichtung angebracht. Vorteilhafterweise lassen sich durch die Abschirmungseinrichtung eine unerwünschte Signalübertragung von der Impedanzanpassungseinrichtung auf die Antenneneinrichtung über die Luft unterbinden.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung sind die Impedanzanpassungseinrichtungen auf gegenüberliegenden Seiten des Trägers angeordnet.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung werden die ellipsenförmige Formen durch polygonale Formen genähert.

ZEICHNUNGEN
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, sowie vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Figuren der Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In den Figuren zeigen:
1 eine räumliche Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Aufsicht und eine Seitenansicht der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
3 eine Seitenansicht aus einer zweiten Richtung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts gegenteiliges angegeben ist.
In den 1, 2 und 3 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Oberhalb eines leitfähigen Trägers 1 ist eine ellipsenförmige flächige Antenneneinrichtung angeordnet. Die Antenneneinrichtung setzt sich aus einem mittleren Antennenelement 2 und einem ersten abgewinkelten Antennenelement 3 und einem zweiten abgewinkelten Antennenelement 4 zusammen. Das mittlere Antennenelement 2 weist weitgehend eine elliptische Form auf. Nur fehlen der Ellipse zwei gegenüberliegende Segmente. Die abgewinkelten Antennenelemente weisen genau die Form dieser fehlenden Segmente auf. Die entsprechende Form der Antenneneinrichtung kann ausgehend von einer Ellipse durch abknicken der beiden Segmente erreicht werden.
An der Spitze des ersten abgewinkelten Antennenelements 3 ist ein Fußpunkt 13 angebracht. Der Fußpunkt 13 wird mit der Ader 11 eines Koaxialkabels 9 verbunden. Das Koaxialkabels 9 kann die Breitbandantenne mit einer Sende- und/oder Empfangseinrichtungen verbinden. Das Koaxialkabel steht exemplarisch für Leiter, welche für die Übertragung von hochfrequenten Signalen geeignet sind.
Die Spitze des zweiten abgewinkelten Antennenelements 4 ist mit einer Impedanzanpassungseinrichtung 7 verbunden. Die Anpassungseinrichtung 7 ist ebenfalls ellipsenförmig ausgestaltet. Die Impedanzanpassungseinrichtung 7 verbindet die Spitze des zweiten Antennenelements 4 mit einem Massepunkt 12. Dieser Massepunkt 12 befindet sich in der Nähe des Fußpunktes 13. Der Massepunkt 12 kann mit der Schirmung 10 des Koaxialkabel 9 verbunden werden.
In der dargestellten Ausführungsform befindet sich die Impedanzanpassungseinrichtung 7 auf der gleichen Seite des Trägers 1 wie das mittlere Antennenelement 2. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, die Impedanzeinrichtung 7 auf der anderen Seite des Trägers 1 anzuordnen. Hierfür ist eine Bohrung in den Träger 1 einzubringen, durch welche das zweite Antennenelement 4 mit der Impedanzeinrichtung 7 verbunden werden kann.
Der Vorteil der planaren Breitbandantenne ist die relativ geringe Höhe, welche in einer Ausführungsform etwa 2 cm beträgt. Durch den ellipsenförmigen Aufbau der Antenneneinrichtung und der Impedanzanpassungseinrichtung 7 wird eine Abstrahlcharakteristik erreicht, welche vorteilhafterweise wie ein Kreisscheiben-Monopol ein breites Emissionsband aufweist. Deshalb kann diese Antenne universell für ein großes Frequenzspektrum und ohne Anpassungen an die Umgebung des Aufstellungsortes verwendet werden.
Die Breitbandantenne weist keine bevorzugte Abstrahlrichtung in der Trägerebene auf, sondern emittiert rundstrahlend. Dies ist für den Einsatz der Antenne in einem bewegten Fahrzeug notwendig, da sich während der Fahrt keine Ausrichtung der Antenne ohne größeren Aufwand erreichen lässt.
Die Impedanzanpassungseinrichtung 7 kann durch eine oder mehrere zusätzliche Masseflächen abgeschirmt werden. Auf diese Weise lassen sich Wechselwirkungen zwischen dem mittleren Antennenelement 2 und der Impedanzanpassungseinrichtung 7 unterdrücken, welche durch Abstrahlungen von der Impedanzeinrichtung 7 ergeben.
Somit wird sichergestellt, dass eine Wechselwirkung nur über leitende Kontakte erfolgt und Interferenzeffekte werden vermieden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiel vorstehend beschrieben wurde ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Die Form der Antennenelemente kann durch polygonale Formen genähert werden.
Zudem kann die Impedanzanpassungseinrichtung diskrete Bauelemente aufweisen.

Claims

Planare Breitbandantenne mit: einem Träger (1); einer flächigen ellipsenförmigen Antenneneinrichtung (2, 3, 4), welche an dem Träger (1) befestigt ist, welche ein mittleres Antennenelement (2), ein erstes abgewinkeltes Antennenelement (3) und ein zweites abgewinkeltes Antennenelement (4) aufweist, wobei das mittlere Antennenelement (2) parallel zu dem Träger (1) angeordnet ist, die abgewinkelten Antennenelemente (3, 4) durch zwei gegenüberliegende Segmente der ellipsenförmigen Antenneneinrichtung (2, 3, 4) gebildet sind und die abgewinkelten Antennenelemente (3, 4) in Richtung des Trägers (1) weisen und wobei eine Einspeisung eines Signals an einem Fußpunkt (13) an dem ersten abgewinkelten Antennenelement (3) erfolgen kann; und einer Impedanzanpassungseinrichtung (7), welche das zweite abgewinkelte Antennenelement (4) mit einem Massepunkt (12) in der Nähe des Fußpunktes (13) verbindet.
Planare Breitbandantenne nach Anspruch 1, wobei die Impedanzanpassungseinrichtung (7) flächig und ellipsenförmig ist.
Planare Breitbandantenne nach Anspruch 2, wobei die Impedanzanpassungseinrichtung (7) abgewinkelte Elemente aufweist.
Planare Breitbandantenne nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Impedanzanpassungseinrichtung (7) diskrete Bauelemente aufweist.
Planare Breitbandantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Antenneneinrichtung (2, 3, 4) und/oder die Impedanzanpassungseinrichtung (7) kreisförmig ist.
Planare Breitbandantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Träger (1) leitfähig ist und mit einer Masse verbunden ist.
Planare Breitbandantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Abschirmungseinrichtung zwischen der Impedanzanpassungseinrichtung (7) und der Antenneneinrichtung (2, 3, 4) angebracht ist.
Planare Breitbandantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Impedanzanpassungseinrichtung (7) und die Antenneneinrichtung (2, 3, 4) auf gegenüberliegenden Seiten des Trägers (1) angeordnet sind.
Planare Breitbandantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ellipsenförmige durch polygonale Formen genähert sind.
Planare Breitbandantenne nach Anspruch 1, wobei die Impedanzeinrichtung (7) diskrete Bauelemente aufweist.