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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kreispolarisationsantenne,
die eine an sie übertragene
kreispolarisierte Mikrowelle empfängt und die empfangene Mikrowelle
gleichrichtet, um elektrische Energie herzustellen, und auf eine
Rectenna, welche die Kreispolarisationsantenne verwendet.
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Die
japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 5-110,334
offenbart beispielsweise den Aufbau eines Kreispolarisationsantennenelements
aus dem Stand der Technik. Die durch diese Patentanmeldungsveröffentlichung
offenbarte Antenne ist mit einem Masseleiter, der auf einer Rückseite
einer dielektrischen Leiterplatte angeordnet ist, einer Ringfeldantenne
mit Störelementen
auf einer ihrer Flächen
und einer stromzuführenden
Leiterbahnstruktur ausgestattet, die so angeordnet ist, dass sie
mit der Ringfeldantenne nicht in Kontakt ist, und ist so aufgebaut,
dass sie der stromzuführenden
Leiterbahnstruktur von der Rückseite
der dielektrischen Leiterplatte her elektrischen Strom zuführt. Die
Antennenelemente aus dem Stand der Technik können mittels der Ringfeldantenne
und des Masseleiters ein Strahlungsfeld bilden, indem sie der stromzuführenden
Leiterbahnstruktur elektrischen Strom zur Verfügung stellen, und können aufgrund der
Betriebsabläufe
der Störelemente
eine Strahlung mit kreispolarisierter Welle erzeugen.
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[Patentbezugsschrift
1] japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 5-110,334
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Bei
dem in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
5-110,334 offenbarten Antennenelement muss sichergestellt werden,
dass die dielektrische Leiterplatte eine bestimmte Dicke oder darüber hat,
um die Eigenschaften des Strahlungsfelds aufrechtzuerhalten, das
von Ringfeld und Masseleiter erzeugt wird. Die japanische Patentanmeldung
mit der Veröffentlichungsnummer 5-110,334
offenbart einen Fall, bei dem die dielektrische Leiterplatte zum
Beispiel eine Dicke von B = 1,3 mm hat. Ein Problem bei dem Antennenelement
aus dem Stand der Technik besteht darin, dass es schwierig ist,
die Dicke der dielektrischen Leiterplatte gering auszulegen, weil
das Antennenelement aus dem Stand der Technik einen Masseleiter
aufweist. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Dicke des
ganzen Antennenelements aus dem Stand der Technik zunimmt, weil
der elektrische Strom der stromzuführenden Leiterbahnstruktur
von der Rückseite
der dielektrische Leiterplatte her zugeführt werden muss.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehenden Probleme
zu lösen,
und es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Kreispolarisationsantenne, die auch dann noch eine Strahlung mit
einer kreispolarisierten Welle erzeugen kann, wenn die Dicke ihrer
Leiterplatte geringer ausgelegt ist, und die über den Raum an sie übertragene
Mikrowellen empfangen und gleichrichten kann, um elektrischen Strom
zu erzeugen, und eine Rectenna bereitzustellen, welche die Kreispolarisationsantenne
verwendet.
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Nach
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kreispolarisationsantenne
bereitgestellt, die Folgendes umfasst: eine dielektrische Leiterplatte;
eine auf einer Fläche
der dielektrischen Leiterplatte ausgebildete symmetrische Zuleitung;
eine auf der Fläche
der dielektrischen Leiterplatte ausgebildete Schleifenantenneneinheit,
die in der Form einer Schleife ausgebildet und an die symmetrische Zuleitung
angeschlossen ist; und zwei Störelemente, wovon
jedes in Form eines Zahns ausgebildet ist und von der Schleifenantenneneinheit
nach innen zur Mitte der Schleifenantenneneinheit vorsteht, wobei
die beiden Störelemente
einander gegenüberliegend
angeordnet sind.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kreispolarisationsantenne bereitgestellt,
die Folgendes umfasst: eine dielektrische Leiterplatte; eine auf
einer Fläche
der dielektrischen Leiterplatte ausgebildete symmetrische Zuleitung;
eine auf der Fläche
der dielektrischen Leiterplatte ausgebildete Schleifenantenneneinheit,
die in der Form einer Schleife ausgebildet und an die symmetrische
Zuleitung angeschlossen ist; und zwei Störelemente, wovon jedes in Form
einer Kurbel ausgebildet ist und von der Schleifenantenneneinheit
nach außen
vorsteht, wobei die beiden Störelemente
einander gegenüberliegend
angeordnet sind.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kreispolarisationsantenne bereitgestellt,
die Folgendes umfasst: eine dielektrische Leiterplatte; eine auf
einer Fläche
der dielektrischen Leiterplatte ausgebildete symmetrische Zuleitung;
eine auf der Fläche
der dielektrischen Leiterplatte ausgebildete Schleifenantenneneinheit,
die in der Form einer Schleife ausgebildet und an die symmetrische
Zuleitung angeschlossen ist; zwei erste Störelemente, wovon jedes in Form
eines Zahns ausgebildet ist und von der Schleifenantenneneinheit nach
innen vorsteht, wobei die beiden ersten Störelemente einander gegenüberliegend
angeordnet sind; und zwei zweite Störelemente, wovon jedes in Form einer
Kurbel ausgebildet ist und von der Schleifenantenneneinheit nach
außen
vorsteht, wobei die beiden zweiten Störelemente einander gegenüberliegend angeordnet
sind.
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Nach
den vorstehenden Aspekten der vorliegenden Erfindung kann, da die
Kreispolarisationsantenne ohne Vorsehen irgendeines Masseleiters
auf der Rückseite
der dielektrischen Leiterplatte ausgebildet ist, der Aufbau der
Kreispolarisationsantenne vereinfacht und die Produktivität erhöht werden. Wenn
es sich darüber
hinaus bei der dielektrischen Leiterplatte um eine Dünnschicht-Leiterplatte
handelt, kann das Gewicht der Kreispolarisationsantenne gesenkt
werden.
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Nach
noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine
Rectenna bereitgestellt, die Folgendes umfasst: eine dielektrische
Leiterplatte; eine auf der dielektrischen Leiterplatte angeordnete
und in Form einer Schleife ausgebildete Schleifenantenneneinheit;
zwei Störelemente,
die in der Schleifenantenneneinheit so angeordnet sind, dass sie
einander gegenüberliegen;
und eine auf der dielektrischen Leiterplatte angeordnete Gleichrichterschaltung,
um elektrische HF-Leistung, die von der Schleifenantenneneinheit
empfangen wird, gleichzurichten.
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Nach
diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann, da das Rectenna-Element,
das eine kreispolarisierte Welle empfängt und gleichrichtet, ohne
Vorsehen irgendeines Masseleiters auf der Rückseite der dielektrischen
Leiterplatte ausgebildet ist, der Aufbau des Rectenna-Elements vereinfacht und
die Produktivität
erhöht
werden. Wenn es sich darüber
hinaus bei der dielektrischen Leiterplatte um eine Dünnschicht-Leiterplatte
handelt, kann das Gewicht der Kreispolarisationsantenne gesenkt
werden.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Rectenna
bereitgestellt, die Folgendes umfasst: eine dielektrische Leiterplatte; eine
Vielzahl von Rectenna-Elementen, wovon jedes eine auf der dielektrischen
Leiterplatte angeordnete und in Form einer Schleife ausgebildete
Schleifenantenneneinheit umfasst; zwei Störelemente, die in der Schleifenantenneneinheit
so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen, und eine auf der
dielektrischen Leiterplatte angeordnete Gleichrichterschaltung,
um elektrischen HF-Strom, der von der Schleifenantenne empfangen
wird, gleichzurichten; und eine Kombinationsschaltung mit einer
Streifenleitung, die positive Eingänge der Gleichrichterschaltungen
der Vielzahl von Rectenna-Elementen miteinander verbindet, und eine
weitere Streifenleitung, die negative Eingänge der Gleichrichterschaltungen
der Vielzahl von Rectenna-Elementen miteinander verbindet, um die
Vielzahl von Rectenna-Elementen miteinander parallel zu schalten.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Rectenna
bereitgestellt, die Folgendes umfasst: eine dielektrische Leiterplatte; eine
Vielzahl von Rectenna-Elementen, wovon jedes eine auf der dielektrischen
Leiterplatte angeordnete und in Form einer Schleife ausgebildete
Schleifenantenneneinheit umfasst; zwei Störelemente, die in der Schleifenantenneneinheit
so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen, und eine auf der
dielektrischen Leiterplatte angeordnete Gleichrichterschaltung,
um elektrische HF-Leistung, die von der Schleifenantenneneinheit
empfangen wird, gleichzurichten; und eine Kombinationsschaltung,
um die Gleichrichterschaltungen der Vielzahl von Rectenna-Elementen in Reihe
zu schalten.
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Nach
den vorstehend erwähnten
Aspekten der vorliegenden Erfindung kann, da das Rectenna-Element,
das eine kreispolarisierte Welle empfängt und gleichrichtet, ohne
Vorsehen irgendeines Masseleiters auf der Rückseite der dielektrischen Leiterplatte
ausgebildet ist, der Aufbau des Rectenna-Elements vereinfacht und
die Produktivität
erhöht werden.
Wenn es sich darüber
hinaus bei der dielektrischen Leiterplatte um eine Dünnschicht-Leiterplatte
handelt, kann das Gewicht der Kreispolarisationsantenne gesenkt
werden.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
deutlich, wie sie in den beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die 1A und 1B sind
eine Vorder- und eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Kreispolarisationsantenne
nach Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigen;
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die 2A und 2B sind
eine Vorder- und eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Kreispolarisationsantenne
nach einer. Variante von Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigen;
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die 3A und 3B sind
eine Vorder- und eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Kreispolarisationsantenne
nach einer anderen Variante von Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung zeigen;
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die 4A und 4B sind
eine Vorder- und eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Kreispolarisationsantenne
nach einer weiteren Variante von Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung zeigen;
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die 5A und 5B sind
eine Vorder- und eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Kreispolarisationsantenne
nach noch einer weiteren Variante von Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung zeigen;
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6 ist
ein Blockschema, das die Funktionalität eines Rectenna-Elements nach
Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist
eine Ansicht, die den Aufbau des Rectenna-Elements nach Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ist
eine Ansicht, die den Aufbau einer Rectenna nach Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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9 ist
eine Ansicht, die den Aufbau einer Rectenna nach einer Variante
von Ausführungsform 3
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsform 1
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Eine
Kreispolarisationsantenne nach Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung wird nun mit Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben. Die 1A und 1B sind
Ansichten, die den Aufbau der Kreispolarisationsantenne nach Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigen. 1A ist eine
Vorderansicht der Kreispolaxisationsantenne, und 1B ist
eine Querschnittsansicht der Kreispolarisationsantenne. In 1A bezeichnet
Bezugszahl 1 eine dielektrische Leiterplatte, Bezugszahl 2 eine
Schleifenantenne, Bezugszahl 3 eine symmetrische Zuleitung
und Bezugszahl 4 ein Störelement. Die
Schleifenantenneneinheit 2, die symmetrische Zuleitung 3 und
die beiden Störelemente 4 werden auf
der Leiterplatte 1 unter Verwendung von Herstellungsverfahren
wie Drucken und Ätzen
ausgebildet. Die Schleifenantenneneinheit 2 ist entlang
des Umfangs eines Kreises ausgebildet und an die symmetrische Zuleitung 3 angeschlossen.
Jedes der beiden Störelemente 4 ist
ein Teil in der Form. eines Zahns, welcher um 45 Grad gegen eine
Energiezufuhrrichtung geneigt ist, in der elektrischer Strom über die symmetrische
Zuleitung 3 in die Schleifenantenneneinheit 2 eingespeist
wird (d.h. die Richtung der X-Achse), und welcher von der Schleifenantenneneinheit 2 nach
innen zu deren Mitte vorsteht. Die beiden Störelemente 4 sind an
zwei gegenüberliegenden
Punkten in der Schleifenantenneneinheit 2 angeordnet, so
dass sie einander gegenüberliegen.
Wie in 1B gezeigt ist, ist auf der
Rückseite
der dielektrischen Leiterplatte 1 kein Masseleiter ausgebildet, und
die Schleifenantenneneinheit 2, die symmetrische Zuleitung 3 und
die beiden Störelemente 4 sind nur
auf der Vorderseite der dielektrischen Leiterplatte 1 ausgebildet.
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Somit
ist auf der Rückseite
der dielektrischen Leiterplatte 1 kein Masseleiter ausgebildet,
und die Schleifenantenneneinheit 2, die symmetrische Zuleitung 3 und
die beiden Störelemente 4 sind
nur auf der Vorderseite der dielektrischen Leiterplatte 1 so
ausgebildet, dass elektrischer Strom über die symmetrische Zuleitung 3 in
die Schleifenantenneneinheit 2 eingespeist wird. Im Ergebnis
kann der Aufbau der Kreispolarisationsantenne vereinfacht und die
Produktivität
erhöht
werden. Eine Leiterplatte mit einer Dicke von mehreren Millimetern,
welche für
gewöhnlich
verwendet wird, kann als dielektrische Leiterplatte 1 verwendet
werden. Als Alternative kann eine Dünnschichtleiterplatte mit einer
geringeren Dicke als dielektrische Leiterplatte 1 verwendet
werden. Die Dünnschichtleiterplatte
kann eine Dicke von Dutzenden bis Hunderte von Mikrometern haben.
Bei dem Kreispolarisationsantennenelement aus dem Stand der Technik
können,
da ein Masseleiter angeordnet und eine vom Masseleiter und einer
Ringfeldantenne hervorgerufenes Strahlungsfeld verwendet wird, keine
ausreichenden Strahlungsfeldeigenschaften (Strahlungsleistung usw.)
bereitgestellt werden, wenn die dielektrische Leiterplatte dünn ausgelegt ist.
Nach Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung hingegen kann, da keine Beziehung zwischen der
Kreispolarisationsantenne und irgendeinem Masseleiter vorgesehen
ist, die Dicke der dielektrischen Leiterplatte 1 so dünn ausgelegt
werden, wie sie nur irgend hergestellt werden kann.
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Beispielsweise
muss im Falle einer Feldantenne oder Patch-Antenne aus dem Stand
der Technik, die einen Masseleiter aufweist, ein Wert B/λ auf ca.
0,02 oder darüber
eingestellt werden, damit die Strahlungsleistung 90% beträgt. Konkret
ausgedrückt
muss B = 1,2 mm oder darüber
für ein
C-Band (ca. 5 GHz) und B = 0,8 mm oder darüber für ein X-Band (ca. 7,5 GHz)
eingestellt werden, wobei B die Dicke der dielektrischen Leiterplatte
und λ die
Wellenlänge
einer von der Kreispolarisationsantenne empfangenen Mikrowelle ist.
Wenn die Schichtdicke der dielektrischen Leiterplatte 1 mm oder
weniger beträgt
(genauer ausgedrückt,
wenn sie 1,2 mm oder weniger für
das C-Band und 0,8 mm oder weniger für das X-Band beträgt), wird
deshalb die Strahlungsleistung der Feldantenne aus dem Stand der
Technik, die einen Masseleiter aufweist, 90% oder weniger, und deshalb
verschlechtern sich ihre Eigenschaften, wohingegen eine solche Verschlechterung
der Eigenschaften bei der Kreispolarisationsantenne nach der vorliegenden
Erfindung theoretisch nicht auftritt.
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Im
Falle der Feldantenne aus dem Stand der Technik, die einen Masseleiter
aufweist, muss der Wert B/λ auf
ca. 0,006 oder darüber
ausgelegt werden, damit die Strahlungsleistung 60% beträgt, und deshalb
muss B = 0,36 mm oder höher
für das C-Band und B = 0,24
mm oder höher
für das
X-Band eingestellt werden. Wenn die Schichtdicke der dielektrischen
Leiterplatte ca. 0,3 mm oder weniger beträgt (genauer ausgedrückt, wenn
sie 0,36 mm oder weniger für
das C-Band und 0,24 mm oder weniger für das X-Band beträgt), wird
deshalb die Strahlungsleistung der Feldantenne aus dem Stand der
Technik, die einen Masseleiter aufweist, 60% oder weniger, und deshalb
verschlechtern sich ihre Eigenschaften, wohingegen eine solche Verschlechterung
der Eigenschaften bei der Kreispolarisationsantenne nach der vorliegenden
Erfindung theoretisch nicht auftritt.
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Andererseits
kann davon ausgegangen werden, dass die dielektrische Leiterplatte
eine Schichtdicke B von ca. 0,02 mm oder darüber haben muss, dass keine
zu Schaden führende
Verformung, wie Bruch oder Wärmeverformung
in der Kreispolarisationsantenne nach der vorliegenden Erfindung
auftritt. Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist,
kann die Schichtdicke der dielektrischen Leiterplatte nach der vorliegenden
Erfindung auf 0,02 mm bis 0,3 mm eingestellt werden (diese Obergrenze
von 0,3 mm verändert
sich je nach den Bändern),
wenn die Strahlungsleistung auf 60% oder darüber festgelegt wird, und kann
auf 0,02 mm bis 1 mm eingestellt werden (diese Obergrenze von 1
mm verändert
sich je nach den Bändern),
wenn die Strahlungsleistung auf 90% oder darüber festgelegt wird. In diesem
Fall kann die Kreispolarisationsantenne nach der vorliegenden Erfindung
im Vergleich zur Feldantenne aus dem Stand der Technik, die einen
Masseleiter und dieselbe Schichtdicke wie die Kreispolarisationsantenne
nach der vorliegenden Erfindung aufweist, bessere Strahlungseigenschaften
aufweisen.
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Wenn
kein Störelement 4 eingeplant
ist, hat das von der Schleifenantenne hervorgerufene elektrische
Feld eine Richtung, die wie in 1A gezeigt durch
einen Pfeil E dargestellt ist. Nach dieser Ausführungsform 1 ruft das Vorsehen
von zwei Störelementen 4 in
der Schleifenantenneneinheit 2 ein elektrisches Feld mit
zwei Komponenten E1 und E2 hervor. Im Ergebnis kann eine Strahlung
mit kreispolarisierter Welle erzeugt werden. Indem Größe und Breite
jedes der beiden Störelemente 4 ordnungsgemäß eingestellt
werden, können,
da die Größe (d.h.
die Höhe
jedes zahnförmigen
Teils) im Hinblick auf die Einwärtsrichtung
zur Mitte der Schleifenantenneneinheit 2 hin festgelegt
ist, die beiden Komponenten E1 und E2 gleich werden und untereinander
einen Phasenunterschied von 90 Grad haben.
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Die
so ausgebildete Kreispolarisationsantenne kann wie vorstehend erwähnt dünner ausgelegt werden,
und es kann auch eine Gewichtsreduktion der Kreispolarisationsantenne
erzielt werden. Das heißt,
wenn die dielektrische Leiterplatte 1 der Kreispolarisationsantenne
nach der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine Dicke von 0,1
mm aufweist, kann das Gewicht der Kreispolarisationsantenne auf 1/10
des Gewichts einer Kreispolarisationsantenne aus dem Stand der Technik
reduziert werden, die einen Masseleiter und eine dielektrische Leiterplatte mit
einer Dicke von 1 mm aufweist, indem nur ein Vergleich zwischen
dem Gewicht der dielektrischen Leiterplatte 1 und demjenigen
der dielektrischen Leiterplatte der Kreispolarisationsantenne aus
dem Stand der Technik gezogen wird. Da kein Masseleiter in der Kreispolarisationsantenne
nach der vorliegenden Erfindung eingeplant ist, kann darüber hinaus das
Gewicht der Kreispolarisationsantenne entsprechend reduziert werden.
Es kann davon ausgegangen werden, dass diese Kreispolarisationsantenne auf
eine Rectenna (d.h. eine mit einer Gleichrichterschaltung ausgerüstete Antenne
: RECTIFYING ANTENNA, also Gleichrichterantenne) angewandt wird, welche
später
noch erwähnt
wird, um eine über
den Raum an sie übertragenen
Mikrowelle zu empfangen und gleichzurichten, um elektrischen Strom
zu erzeugen. Die dünnere
Auslegung der Kreispolarisationsantenne ist sehr wirksam beim Erzielen
einer Gewichtsreduktion der gesamten Rectenna, wenn diese eine großflächige Offnung
hat. Beispielsweise macht es die dünnere Auslegung der Kreispolarisationsantenne
möglich,
die Rectenna an einer Wand eines Bauwerks wie eines bestehenden
Gebäudes
zu befestigen.
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Die 2A und 2B sind
Ansichten, die den Aufbau einer Kreispolarisationsantenne nach einer
Variante von Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigen. 2A ist
eine Vorderansicht der Kreispolarisationsantenne, und 2B ist
eine Querschnittsansicht der Kreispolarisationsantenne. In 2A bezeichnet
Bezugszahl 5 ein Störelement in
der Form einer Kurbel. In den 2A und 2B bezeichnen
dieselben wie in den 1A und 1B gezeigten
Bezugszahlen dieselben Komponenten oder Einheiten wie diejenigen
dieser in den 1A und 1B gezeigten
Ausführungsform
1, oder gleiche Komponenten oder Einheiten.
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Jedes
der beiden in 2A gezeigten Störelemente 5 ist
ein kurbelförmiges
Teil, in welchen ein Ausschnitt, der sich vom Außenumfang zur Mitte der Schleifenantenneneinheit 2 erstreckt,
im entsprechenden in 1A gezeigten Störelement 4 ausgebildet
ist. Die zwei Störelemente 5 sind
an zwei gegenüberliegenden
Punkten in der Schleifenantenneneinheit 2 angeordnet, so
dass sie einander gegenüberliegen,
wobei die Mitte der Schleifenantenneneinheit 2 zwischen
den beiden Störelementen 5 liegt,
wie es bei den beiden Störelementen 4 von 1 der Fall ist. Da jedes der beiden Störelemente 5 somit
wie eine Kurbel geformt ist, kann die elektrische Länge der
Schleifenantenneneinheit 2 vergrößert werden, und deshalb kann
der Außendurchmesser
der in 2 gezeigten Schleifenantenneneinheit 2 im
Vergleich zu der in 1 gezeigten Schleifeantenneneinheit 2 mit
derselben Frequenz noch mehr reduziert werden.
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Die 3A und 3B sind
Ansichten, die den Aufbau einer Kreispolarisationsantenne nach einer
anderen Variante von Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigen. 3A ist
eine Vorderansicht der Kreispolarisationsantenne, und 3B ist
eine Querschnittsansicht der Kreispolarisationsantenne. In 3A bezeichnet
Bezugszahl 6 ein Störelement
in der Form einer Kurbel. In den 3A und 3B bezeichnen
dieselben wie in den 1A und 1B gezeigten
Bezugszahlen dieselben Komponenten oder Einheiten wie diejenigen
dieser in den 1A und 1B gezeigten
Ausführungsform
1, oder gleiche Komponenten oder Einheiten.
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Jedes
der beiden Störelemente 6 ist
ein Teil in der Form einer Kurbel, welche um 45 Grad gegen eine
Energiezufuhrrichtung geneigt ist, in der elektrischer Strom über die
symmetrische Zuleitung 3 in die Schleifenantenneneinheit 2 eingespeist
wird (d.h. die Richtung der X-Achse), und welche von der Schleifenantenneneinheit 2 entgegen
der Einwärtsrichtung zu
deren Mitte (d.h. nach außen
von der Schleifenantenneneinheit 2) vorsteht. Die beiden
Störelemente 6 sind
an zwei gegenüberliegenden
Punkten in der Schleifenantenneneinheit 2 angeordnet, so
dass sie einander gegenüberliegen.
Nach dieser Variante ruft das Vorsehen der beiden Störelemente 6 ein
elektrische Feld hervor, das in der Schleifenantenneneinheit 2 zwei
Komponenten E1 und E2 aufweist. Im Ergebnis kann eine Strahlung
mit kreispolarisierter Welle erzeugt werden. Indem Größe und Breite
jedes der beiden Störelemente 6 ordnungsgemäß eingestellt werden,
können,
da die Größe (d.h.
die Höhe
jedes kurbelförmigen
Teils) im Hinblick auf die Auswärtsrichtung
aus der Schleifenantenneneinheit 2 festgelegt ist, die
beiden Komponenten E1 und E2 gleich werden und untereinander einen
Phasenunterschied von 90 Grad haben. Die elektrische Länge der
Schleifenantenneneinheit 2 kann durch das Vorsehen der beiden
kurbelförmigen
Störelemente 6 wie
im Falle der 2A und 2B vergrößert werden.
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Die 4A und 4B sind
Ansichten, die den Aufbau einer Kreispolarisationsantenne nach einer
weiteren Variante von Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigen. 4A ist
eine Vorderansicht der Kreispolarisationsantenne, und 4B ist
eine Querschnittsansicht der Kreispolarisationsantenne. In den 4A und 4B bezeichnen
dieselben wie in den 1A, 1B, 2A, 2B, 3A und 3B gezeigten
Bezugszahlen dieselben Komponenten oder Einheiten wie diejenigen
dieser in den 1A, 1B, 2A, 2B, 3A und 3B gezeigten
Ausführungsform
1, oder gleiche Komponenten oder Einheiten.
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Nach
dieser Variante sind zwei Störelemente 4 und
zwei Störelemente 6 in
der Schleifenantenneneinheit 2 der Kreispolarisationsantenne
angeordnet, wie in den 4A und 4B gezeigt
ist. Dieses Vorsehen der beiden Störelemente 4 und der
beiden Störelemente 6 ruft
ein elektrisches Feld mit zwei Komponenten E1 und E2 in der Schleifenantenneneinheit 2 hervor.
Im Ergebnis kann eine Strahlung mit kreispolarisierter Welle erzeugt
werden. Indem Größe und Breite
jedes der beiden Störelemente 4 und der
Störelemente 6 ordnungsgemäß eingestellt
werden, können
die beiden Komponenten E1 und E2 gleich werden und untereinander
einen Phasenunterschied von 90 Grad haben.
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Die 5A und 5B sind
Ansichten, die den Aufbau einer Kreispolarisationsantenne nach noch
einer weiteren Variante von Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigen. 5A ist
eine Vorderansicht der Kreispolarisationsantenne, und 5B ist
eine Querschnittsansicht der Kreispolarisationsantenne. In den 5A und 5B bezeichnen
dieselben wie in den 1A, 1B, 2A, 2B, 3A und 3B gezeigten
Bezugszahlen dieselben Komponenten oder Einheiten wie diejenigen
dieser in den 1A, 1B, 2A, 2B, 3A und 3B gezeigten
Ausführungsform
1, oder gleiche Komponenten oder Einheiten.
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Nach
dieser Variante sind zwei Störelemente 5 und
zwei Störelemente 6 in
der Schleifenantenneneinheit 2 der Kreispolarisationsantenne
angeordnet, wie in den 5A und 5B gezeigt
ist. Dieses Vorsehen der beiden Störelemente 5 und der
beiden Störelemente 6 ruft
ein elektrisches Feld mit zwei Komponenten E1 und E2 in der Schleifenantenneneinheit 2 hervor.
Im Ergebnis kann eine Strahlung mit kreispolarisierter Welle erzeugt
werden. Indem Größe und Breite
jedes der beiden Störelemente 5 und der
beiden Störelemente 6 ordnungsgemäß eingestellt
werden, können
die beiden Komponenten E1 und E2 gleich werden und untereinander
einen Phasenunterschied von 90 Grad haben.
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Ausführungsform 2
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Ein
Rectenna-Element nach Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben. 6 ist
ein Funktionsblockschema, das die Funktionalität des Rectenna-Elements nach
Aus-führungsform 2 der
vorliegenden Erfindung zeigt. In 6 bezeichnet
Bezugszahl 10 eine Mikrowelle (d.h. HF-Strom), die über den Raum
an das Rectenna-Element übertragen
wird, Bezugszahl 11 bezeichnet eine Schleifenantenneneinheit,
Bezugszahl 12 ein Tiefpassfilter (das ab hier als LPF 12 bezeichnet
wird), Bezugszahl 13 bezeichnet eine Gleichrichterschaltung,
Bezugszahl 14 DC-Strom, der aus der Gleichrichterschaltung 13 ausgegeben
wird, und Bezugszahl 15 bezeichnet das Rectenna-Element,
in dem die Schleifenantenneneinheit 11, das LPF 12 und
die Gleichrichterschaltung 13 in Reihe geschaltet sind. 7 ist
ein Schema, das den Aufbau des Rectenna-Elements nach Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 7 gezeigt
ist, sind die Schleifenantenneneinheit 11, das LPF 12 und
die Gleichrichterschaltung 13 auf einer Fläche einer
dielektrischen Leiterplatte 1 ausgebildet. Es ist kein
Masseleiter auf der Rückseite der
dielektrischen Leiterplatte 1 eingeplant. In 7 bezeichnet
Bezugszahl 20 einen Widerstand, Bezugszahl 21 eine
Diode und Bezugszahl 22 einen Kondensator. In 7 bezeichnen
dieselben wie in den 1A und 1B gezeigten
Bezugszahlen dieselben Komponenten oder Einheiten wie die in den 1A und 1B dieser
Ausführungsform
1 gezeigten, oder gleiche Komponenten oder Einheiten.
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Die
Schleifenantenneneinheit 11 entspricht der wie in den 1A, 2A, 3A, 4A oder 5A gezeigten
Schleifenantenneneinheit 2 von Ausführungsform 1 und erzeugt mittels
zwei oder mehr Störelementen
wie sie in den 1A, 2A, 3A, 4A oder 5A gezeigt
sind, eine Strahlung mit kreispolarisierter Welle. Die in 7 gezeigte
Schleifenantenneneinheit 11 besitzt zwei wie in 1 gezeigte Störelemente 4. Die Mikrowelle (d.h.
der HF-Strom) 10, die von der Schleifenantenneneinheit 11 empfangen
wird, wird über
das LPF 12 in die Gleichrichterschaltung 13 eingegeben
und von dieser in DC-Strom 14 umgewandelt. Das Rectenna-Element 15 gibt
somit DC-Strom 14 ab. Das LPF 12 filtert die Hochfrequenzkomponenten
des empfangenen HF-Stroms heraus. Das LPF 12 filtert auch
die Hochfrequenzkomponenten heraus, die ansonsten wieder über die Schleifenantenneneinheit 2 aufgrund von
stromzufuhrseitiger Reflexion (d.h. von der Seite der Gleichrichterschaltung 13)
der empfangenen elektrischen Wellen in den Raum rückgestrahlt
würden.
Nur vom Gesichtspunkt der Funktion des Empfangs und Umwandelns der über den
Raum an das Rectenna-Element übertragenen
Mikrowelle d.h. des HF-Stroms) 10 in DC-Strom 14 aus
gesehen, kann das LPF 12 entfallen und die Schleifenantenneneinheit 11 direkt
an die Gleichrichterschaltung 13 angeschlossen werden.
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Das
in 7 gezeigte Rectenna-Element ist wie die in den 1A, 2A, 3A, 4A oder 5A gezeigte
Kreispolarisationsantenne auf der Vorderseite der dielektrischen
Leiterplatte 1 angeschlossen. Somit ist kein Masseleiter
auf der Rückseite
der dielektrischen Leiterplatte 1 ausgebildet, und die
Schleifenantenneneinheit, das LPF 12 und die Gleichrichterschaltung 13 sind
auf der Vorderseite der dielektrischen Leiterplatte 1 ausgebildet.
Im Ergebnis kann der Aufbau des Rectenna-Elements vereinfacht und
die Produktivität
erhöht
werden. Da kein Masseleiter auf der Rückseite der dielektrischen
Leiterplatte 1 eingeplant ist, kann ihre Dicke geringer ausgelegt
werden. Wie zuvor bei Ausführungsform
1 erläutert,
kann, wenn eine Dünnschichtleitexplatte mit
einer Dicke von Dutzenden bis Hunderten Mikrometern als dielektrische
Leiterplatte 1 verwendet wird, das Gewicht des Rectenna-Elements
gesenkt werden.
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Ausführungsform 3
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Eine
Rectenna nach Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 8 und 9 erläutert. 8 ist
eine Ansicht, die den Aufbau der Rectenna nach Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung zeigt. In 8 bezeichnet Bezugszahl 30 einen
positiven Eingangsanschluss einer Gleichrichterschaltung jedes der
Vielzahl von Rectenna-Elementen 15, Bezugszahl 31 bezeichnet einen
positiven Eingangsanschluss der Gleichrichterschaltung jedes der
Vielzahl von Rectenna-Elementen 15, Bezugszahl 32 bezeichnet
einen positiven Stromeinspeisungsanschluss, welcher angeordnet ist
um in die Vielzahl der Rectenna-Elemente 15 elektrischen
Strom einzuspeisen, Bezugszahl 33 bezeichnet einen negativen
Stromeinspeisungsanschluss, der auch angeordnet ist, um elektrischen Strom
in die Vielzahl der Rectenna-Elemente 15 einzuspeisen,
Bezugszahl 34 bezeichnet eine Streifenleitung, welche die
positiven Eingangsanschlüsse 30 der
Vielzahl der Rectenna-Elemente 15 mit dem positiven Stromeinspeisungsanschluss 32 verbindet, und
Bezugszahl 35 bezeichnet eine andere Streifenleitung, welche
die negativen Eingangsanschlüsse 31 der
Vielzahl der Rectenna-Elemente 15 mit
dem negativen Stromeinspeisungsanschluss 33 verbindet.
Jedes der Vielzahl der Rectenna-Elemente 15 entspricht
dem in Ausführungsform
2 mit Bezug auf die 6 und 7 erläuterten
Rectenna-Element.
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Wie
in 8 gezeigt ist, sind die Vielzahl der Rectenna-Elemente 15 so
auf der dielektrischen Leiterplatte 1 angeordnet, dass
die Rectenna eine große Fläche hat.
Jedes der mehreren Rectenna-Elemente 15 kann mittels einer
darin angeordneten Schleifenantenneneinheit eine Mikrowelle (d.h.
HF-Strom) empfangen, die über
den Raum an es übertragen wird.
Die Schleifenantenneneinheit, die in jedem der mehreren Rectenna-Elemente 15 enthalten
ist, kann durch darin ausgebildete Störelemente eine kreispolarisierte
Welle empfangen, wie bei den Ausführungsformen 1 und 2 erläutert wurde.
Die Mikrowelle (d.h. der HF-Strom), die von jedem der mehreren Rectenna-Elemente 15 empfangen
wird, wird von einer Gleichrichterschaltung gleichgerichtet, die
in jedem der Vielzahl der Rectenna-Elemente 15 angeordnet ist,
und wird als elektrischer Gleichstrom ausgegeben. Die Streifenleitungen 34 und 35 der
Rectenna verbinden die mehreren Rectenna-Elemente 15 miteinander.
Die Streifenleitung 34 verbindet die positiven Eingangsanschlüsse 30 der
Gleichrichterschaltungen der Vielzahl der Rectenna-Elemente 15 miteinander,
und die Streifenleitung 35 verbindet die negativen Eingangsanschlüsse 31 der
Gleichrichterschaltungen der Vielzahl der Rectenna-Elemente 15 miteinander,
so dass eine Kombinationsschaltung entsteht, bei der die Vielzahl
der Rectenna-Elemente 15 miteinander parallel geschaltet
sind. Die Streifenleitung 35 ist auf der Rückseite
der dielektrischen Leiterplatte 1 angeordnet. Eine Durchkontaktierung
ist in einem Teil der dielektrischen Leiterplatte 1 ausgebildet
und entspricht dem negativen Anschluss 31 der Gleichrichterschaltung
der mehreren Rectenna-Elemente 15, so dass der negative
Anschluss 31 über die
Durchkontaktierung elektrisch an die Streifenleitung 35 angeschlossen
ist.
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9 ist
ein Blockschema, das den Aufbau einer Rectenna nach einer Variante
von Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung zeigt. In 9 bezeichnet
Bezugszahl 36 eine Streifenleitung, die eine Vielzahl von
Rectenna-Elementen, die in jeder der mehreren Gruppen enthalten
sind, in Reihe schaltet. Anders ausgedrückt schaltet die Streifenleitung 36 die
Eingangsanschlüsse
der Gleichrichterschaltungen der mehreren Rectenna-Elemente 15 in
Reihe (im Falle von 9 sind es vier Rectenna-Elemente), die in
jeder der mehreren Gruppen enthalten sind, und schaltet die mehreren
Gruppen miteinander parallel. Diese Verschaltung kann auf der Vorderseite
der dielektrischen Leiterplatte 1 ein Muster bilden, das
die mehreren Rectenna-Elemente 15 und die Streifenleitung 36 beinhaltet.
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Bei
der jeweils in den 8 und 9 gezeigten
Rectenna besteht keine Notwendigkeit, einen Masseleiter auf der
Rückseite
der dielektrischen Leiterplatte 1 anzuordnen, und die Dicke
der dielektrischen Leiterplatte 1 kann geringer ausgelegt
und deshalb das Gewicht gesenkt werden. Da die Rectenna eine großflächige Offnung
haben kann, ist es darüber
hinaus möglich,
zu verhindern, dass die gesamte Rectenna gewichtmäßig zunimmt.
Die geringere Dickenauslegung und die Gewichtreduktion der Rectenna
machen es möglich,
die Rectenna an einer Wand eines Bauwerks wie eines bestehenden
Gebäudes
zu befestigen.
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Viele
stark unterschiedliche Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
entworfen werden, ohne dass dabei vom Aussagegehalt und Umfang der
vorliegenden Erfindung abgewichen würde. Es sollte klar sein, dass
die vorliegende Erfindung mit Ausnahme dessen, was in den beigefügten Ansprüchen definiert
ist, nicht auf die speziellen in der Beschreibung beschriebenen
Ausführungsformen
beschränkt
ist.
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- 1
- Dielektxische
Leiterplatte
- 2
- Schleifenantenneneinheit
- 3
- Surmetrische
Zuleitung
- 4
- Störelement
(zahnförmig)
- 5,
6
- Störelement
(kurbelförmig)
- 10
- Mikrowelle
- 11
- Schleifenantenneneinheit
- 12
- Tiefpassfilter
LPF
- 13
- Gleichrichterschaltung
- 14
- DC-Strom
- 15
- Rectenna-Element
- 20
- Widerstand
- 21
- Diode
- 22
- Kondensator
- 30,
31
- Positiver
Eingangsanschluss
- 32
- Positiver
Stromeinseisungsanschluss
- 33
- Negativer
Stromeinspeisungsanschluss
- 34,
35, 36
- Streifenleitung