DE102005061864A1

DE102005061864A1 - Antennenanordnung

Info

Publication number: DE102005061864A1
Application number: DE102005061864A
Authority: DE
Inventors: Bert Jannsen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2007-07-05
Also published as: JP2009521149A; EP1966853A1; CN101341631A; US20090179820A1; WO2007073992A1

Abstract

Bei einer Antennenanordnung ist ein Antennenelement (1) vorgesehen, welches einer leitenden Fläche (2) vorgelagert ist. Für die Einstellung der Antennenstrahlcharakteristik wird mindestens ein Formparameter des Abstandshalters (3) zwischen Antennenelement (1) und leitender Fläche (2) und mindestens ein Formparameter der leitenden Fläche (2) berücksichtigt.

Description

Stand der Technik

Insbesondere für den Empfang von Sattelitendiensten wie SDARS oder GPS sind Antennen vorteilhaft, die einfach und kompakt aufbaubar sind. Zusätzlich muss die Strahlcharakteristik, das heißt das Antennendiagramm, an die Erfordernisse der verschiedenen Dienste einstellbar sein. In der Regel werden heutzutage Patch-Antennen verwendet, die sowohl kompakt und kostengünstig hergestellt werden können als auch die für die Sattelitendienste geforderte Polarisation (links/rechts zirkular) bereitstellen können. Die Einstellbarkeit des Antennendiagramms (Gewinn in Abhängigkeit des Elevations- und des Azimuthwinkels) bei diesen Antennen ist allerdings nur begrenzt möglich.

Aus der WO 02/431183 A1 ist eine Antennenanordnung mit einem Patch-Antennenelement bekannt, das einer leitenden Fläche beabstandet vorgelagert ist. Es sind dort Maßnahmen getroffen zur genauen und reproduzierbaren Fixierung des Patch-Antennenelements gegenüber der leitenden Fläche.

Die EP 0716470 B1 offenbart eine ähnliche Struktur mit einem beabstandeten Patch-Antennenelement gegenüber einer leitenden Fläche. Zur Unterdrückung von Strahlungsanteilen in Rückwärtsrichtung sind in der leitenden Fläche dielektrischen Komponenten eingelagert.

Bei der EP 901185 A1 mit einem Patch-Antennenelement und einer beabstandeten leitenden Fläche sind Maßnahmen zur Unterdrückung von Polarisationsdrehungen aufgezeigt.

Offenbarung der Erfindung

Mit den Maßnahmen des Anspruchs 1, das heißt, dass für die Einstellung der Antennenstrahlcharakteristik mindestens ein Formparameter des Abstandshalters zwischen Antennenelement und leitender Fläche und mindestens ein Formparameter der leitenden Fläche berücksichtigt ist, lässt sich eine geforderte Antennenstrahlcharakteristik auf einfache Weise einstellen, ohne dass spezielle aufwendige Zusatzmaßnahmen getroffen werden müssen, wie Schlitzstrukturen in der leitenden Fläche, Einlagerungen von dielektrischen Materialien etc.

Allein durch die Beeinflussung der Form des sowieso notwendigen Abstandshalters für das Antennenelement in Relation zur Form und Größe der leitenden Fläche lassen sich unterschiedliche Strahlcharakteristiken für unterschiedliche Dienste mit eventuell erforderlichen Polarisationen einstellen. Die Kontur der Strahlcharakteristik lässt sich allein über die Höhe des Abstandshalters und/oder die Ausdehnung der leitenden Fläche bzw. ihrem Radius bei Ausgestaltung als Kreisfläche beeinflussen. So kann z. B. abhängig von diesen beiden Formparametern der Gewinn außerhalb des Zentrums des Antennenelements so eingestellt werden, dass neben dem Empfang zirkular polarisierter Wellen vertikal polarisierte Wellen, insbesondere bei niedrigen Elevationswinkeln, mit ausweichender Signalstärke empfangen werden können. Weitere Formparameter/Freiheitsgrade zur Beeinflussung der Antennenstrahlcharakteristik beim Abstandshalter sind die Höhe der Stege, die Größe der durch die Stege von einander getrennten Öffnungen oder Kanten, die die Öffnungen in ihrer Höhe und/Breite reduzieren.

Bei den Antennenanordnungen gemäß den vorgenannten Veröffentlichungen sind keine Maßnahmen erkennbar, die Antennenstrahlcharakteristik anhand eines Formparameters der leitenden Fläche und des Abstandshalters des Antennenelements zur leitenden Fläche hin gezielt zu beeinflussen.

Zeichnungen
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 den Aufbau der Antennenanordnung gemäß der Erfindung,
2 die Abhängigkeit des Antennengewinns vom Radius einer kreisrunden leitenden Fläche bei konstanten Abmessungen des Abstandshalters,
3 die Abhängigkeit des Antennengewinns von der Höhe des Abstandshalters bei konstantem Radius einer kreisrunden leitenden Fläche und ansonsten konstanten Abmessungen des Abstandshalters.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein bestehendes Antennenelement 1, z. B. ein Patch-Antennenelement in Kombination mit einem Träger 9, einer Metallisierung 10 und einem Dielektrikum 11 durch Variation ihrer Umgebung, das heißt Formparameter wie Befestigungen und Flächenparametern, so beeinflusst werden kann, dass die Antennenstrahlcharakteristik über weite Bereiche eingestellt werden kann. In 1 ist das Konzept schematisch dargestellt. Einstellmöglichkeiten sind mindestens ein Formparameter der leitenden Fläche 2 in Kombination mit einem Formparameter des Abstandshalters 3 zwischen der leitenden Fläche 2 und dem Antennenelement 1. Der Abstandshalter 3, der in 1 in Form eines Quaders mit Öffnungen 7 und den dazu gehörigen Kanten 8 und Stegen 4 dargestellt ist, kann in unterschiedlicher Form ausgeführt sein. Die Erfindung beruht darauf, dass durch die Dimensionierung sowohl der Öffnungen 7, der Stege 4 und Kanten 8, als auch der Form und Größe der leitenden Fläche 2 die Antennenstrahlcharakteristik beeinflusst werden kann.
Die Einflüsse werden im Folgenden dargestellt.
1. Grundfläche (leitende Fläche 2): die Grundfläche kann dazu verwendet werden, die Antennenstrahlcharakteristik zu beeinflussen. Vorzugsweise wird diese als Kreisscheibe ausgeführt. 2 zeigt exemplarisch die Abhängigkeit des Gewinns (gain/dBi) linkszirkular polarisiert LCHP, vom Elevationswinkel bei einem Azimuth von 0° für den variierenden Formparameterradius r einer kreisrunden Grundfläche. Andere auch unsymmetrische Grundflächen sind realisierbar. Die Höhen h1 und h2 berücksichtigen den tatsächlichen Abstand der Metallisierung 10 des Patch-Elements 1 von der leitenden Fläche 2, da neben der Höhe h+dh des Abstandshalters 3 die Dicke des Dielektrikums 11 und des Trägers 9 eine Rolle spielen.
2. In 3 ist die Abhängigkeit des Gewinns (gain/dBi) vom Elevationswinkel bei Azimuth von 0° für den variierenden Formparameter Höhe des Antennenhalters h+dh bei einer konstanten kreisrunden Grundfläche und ansonsten konstanten Abmessungen des Abstandshalters 3 gezeigt. Als Formparameter des Abstandshalters 3 mit Stegen 4 zwischen einer Grundfläche 5 und einer Deckfläche 6 lassen sich auch folgende weitere Formparameter berücksichtigen: Höhe der Stege 4, Größe der durch die Stege 4 von einander getrennten Öffnungen 7, Kanten 8, die die Öffnungen 7 in ihrer Höhe und/oder Breite reduzieren. Bei 3 variiert dh zwischen –6 bis +6 mm bezogen auf die Ausgangshöhe h = 9,93 mm, während der Radius r = 160 mm konstant gewählt ist.
Wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist, lässt die Erfindung eine Einstallung der Formparameter derart zu, dass der Antennengewinn außerhalb des Zentrums des Patch-Elements 1 höher ist als im Zentrum. Dadurch lässt sich eine breitere Antennenstrahlcharakteristik erzielen und/oder eine Antennenstrahlcharakteristik für weitere Anwendungen, z. B. im Form von vertikal polarisierten Wellen, insbesondere bei niedrigen Elevationswinkeln.

Claims

Antennenanordnung, bestehend aus einem Antennenelement (1), welches einer leitenden Fläche (2) beabstandet vorgelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass für die Einstellung der Antennenstrahlcharakteristik mindestens ein Formparameter des Abstandshalters (3) zwischen Antennenelement (1) und leitender Fläche (2) und mindestens ein Formparameter der leitenden Fläche (2) berücksichtigt ist.
Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei vorgegebenem Formparameter der leitenden Fläche (2), z. B. der Radius bei einer Kreisscheibe, ein Formparameter des Abstandshalters (3) z. B. dessen Höhe so angepasst ist, dass sich eine vorgegebene Antennenstrahlcharakteristik einstellt.
Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei vorgegebenem Formparameter des Abstandshalters (3), z. B. dessen Höhe, ein Formparameter der leitenden Fläche (2), z. B. der Radius bei einer Kreisscheibe, so angepasst ist, dass sich eine vorgegebene Antennenstrahlcharakteristik einstellt.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Abstandshalter (3) mit Stegen (4) zwischen einer Grundfläche (5) und einer Deckfläche (6) mindestens eine der folgenden Größen als Formparameter berücksichtigt wird: Höhe der Stege (4), Größe der durch die Stege (4) von einander getrennten Öffnungen (7), Kanten (8), die die Öffnungen (7) in ihrer Höhe und/oder Breite reduzieren.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Antennenelement (1) ein Patch-Antennenelement vorgesehen ist.
Verwendung der Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Einstellung des Antennengewinns in Abhängigkeit des Elevations- und/oder Azimuthwinkels.
Verwendung der Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für Sattelitendienste mit zirkularer Polarisation.
Verwendung der Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer Einstellung der Formparameter derart, dass der Antennengewinn außerhalb des Zentrums des Antennenelements (1) höher ist als im Zentrum.