DE102005034966B4

DE102005034966B4 - Ultrabreitbandantenne

Info

Publication number: DE102005034966B4
Application number: DE200510034966
Authority: DE
Inventors: Günter Kompa; Reungwaree Amnoiy
Original assignee: Universitaet Kassel
Current assignee: Universitaet Kassel
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2025-07-23
Also published as: DE102005034966A1

Abstract

Ultrabreitbandantenne mit einer Frequenzbandbreite von 0.1 GHz bis 20 GHz für Ultrabreitbandradarsysteme sowie Multiband-Mobilfunksysteme, bestehend aus Antennenelement 1, Masseplatte 4, Reflektor 5 und Einspeisung 6, wobei das Antennenelement 1 aus einer dünnen Metallplatte besteht, deren Form und Dimension der in 5 gezeigten Überlappungsfläche zweier sich schneidender Kreise entspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Ultrabreitbandantenne für Ultrabreitbandradarsysteme sowie Multiband-Mobilfunksysteme.
Aus [1] ist eine Bow-tie Antenne nach 1 zur Abstrahlung breitbandiger Signale bekannt. Nachteile der vorgeschlagenen Lösung resultieren aus Reflexionen der angeregten Welle am Speisepunkt sowie am Antennenrand. Zur Unterdrückung dieser unerwünschten Reflektionen sind zusätzliche kapazitive und resistive Maßnahmen zu treffen.
In [2] wird eine trapezförmige Breitbandantenne mit einer Frequenzbandbreite von 1 GHz bis 5 GHz vorgeschlagen (2), so dass die Aussendung elektrischer Impulse auf Impulsweiten von 70 ps begrenzt wird.
In [3] wird eine Ultrabreitbandantenne mit der Bezeichnung PICA (Planar Inverted Cone) beschrieben, die eine Frequenzbandbreite von 1.5 GHz bis 20 GHz aufweist. Unterhalb von 1.5 GHz steigt die Fehlanpassung stark an, so dass Anwendungen in diesem Frequenzbereich ausgeschlossen sind.
In [4] werden breitbandige elliptische Scheibenmonopolantennen mit Frequenzbereichen von 1 bis 12 GHz beschrieben.
In [5] werden softwareoptimierte Scheibenmonopolantennen beschrieben mit Frequenzbereichen von 1 bis 12,5 GHz.
In [6] beträgt der Frequenzbereich 0,8 bis 6 GHz.
In [7] beträgt der Frequenzbereich 1–13 GHz
In [8] beträgt der Frequenzbereich 2 bis 20 GHz
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antennenstruktur der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine extreme Frequenzbandbreite von 0.1 GHz bis 20 GHz aufweist und optimal über diesen Frequenzbereich angepasst ist. Erreicht wird dies durch die Ultrabreitbandantenne des Anspruchs 1.
Anhand von 4 bis 8 wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Wie in 4 dargestellt, ergibt sich die Antennenform 1 aus der Überlappung zweier Kreise 2, 3. Die schraffierte Antennenfläche 1 wird somit begrenzt durch einen Teil des Kreises 2, bezeichnet mit 2', und einen Teil des Kreises 3, bezeichnet mit 3'. Der Radius des Teilkreises 3' bestimmt die Anpassung der Antenne am Speisepunkt und der Teilkreis 2' die Abstrahlungscharakteristik. Optimierungsvariable sind die Radien R2 und R3 sowie der Abstand D der Kreismittelpunkte. Wegen der Ähnlichkeit mit der Form eines Rugby-Balls wird die erfindungsgemäße Antenne auch als „Rugby-Ball“-Antenne bezeichnet.
In 5 ist die optimierte Ultrabreitbandantenne nach der Erfindung dargestellt mit weiteren Antennenelementen. Zur Gewichtseinsparung kann das Antennenelement 1, die Masseplatte 4 und der Reflektor 5 perforiert sein.
Die Ultrabreitbandantenne besteht aus dem Antennenelement 1, der Masse-Grundplatte 4 sowie dem Reflektor 5. Das Antennenelement 1 ist senkrecht in geringem Abstand zu einer Masseplatte 4 angeordnet. Die Anregung der Antenne erfolgt eine koaxiale Speiseleitung 6. Der Reflektor dient zur Optimierung der Abstrahlungscharakteristik.
6 zeigt die Ausstrahlung eines Impulses von der Breitseite der Antenne in Abhängigkeit des Elevationswinkels ⊝. 7 zeigt die Ausstrahlung eines Impulses von der Randseite der Antenne in Abhängigkeit des Elevationswinkels ⊝. 8 zeigt das Stehwellenverhältnis (VSWR) der Antenne als Funktion der Frequenz.
Literatur

[1] SHLAGER, Kurt L.; SMITH, Glenn S.; MALONEY, James G.: Optimization of bow-tie antennas for pulse radiation. In: IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 42, 1994, No. 7, S. 975–982. – ISSN 0018-926X
[2] DUZDAR, Ayman: Design and Modeling of an UWB Antenna for a Pulsed Microwave Radar Sensor. Kassel. S. 184. – Kassel, Universität Gesamthochschule Kassel, Doktorarbeit, 2001
[3] SUH, Seong-Youp: A comprehensive investigation of new planar wideband antennas. Blacksburg, Virginia, 2002. 230 S. – Blacksburg, State Univ., Dis, 2002
[4] AGRAWALL, N.P., Kumar, G., Ray, K.P.: "Wideband planar monopole antennas", Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, Vol. 46, No. 2, 294–295, Feb 1998, doi: 10.1109/8.660976
[5] KERKHOFF, Aaron J.; ROGERS, Robert L.; LING, Hao: Design and analysis of planar monopole antennas using a genetic algorithm approach. In: IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 52, 2004, No. 10, S. 2709–2718. – ISSN 0018-926X doi: 10.1109/TAP.2004.834429
[6] WO 2004/ 073 112 A1
[7] EP 0 766 343 A2
[8] US 6 842 141 B2

Claims

Ultrabreitbandantenne mit einer Frequenzbandbreite von 0.1 GHz bis 20 GHz für Ultrabreitbandradarsysteme sowie Multiband-Mobilfunksysteme, bestehend aus Antennenelement 1, Masseplatte 4, Reflektor 5 und Einspeisung 6, wobei das Antennenelement 1 aus einer dünnen Metallplatte besteht, deren Form und Dimension der in 5 gezeigten Überlappungsfläche zweier sich schneidender Kreise entspricht.
Ultrabreitbandantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenelement 1 in geringem Abstand senkrecht zu einer Masseplatte 4 angeordnet ist.
Ultrabreitbandantenne nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Antennenelement ein Reflektor 5 angeordnet ist.
Ultrabreitbandantenne nach, den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung der Antennenstruktur über eine koaxiale Speiseleitung 6 erfolgt.
Ultrabreitbandantenne nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Antennenelement 1, Masseplatte 4, und Reflektor 5 perforiert sind.