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Die
Erfindung betrifft eine abstimmbare Antenne planarer Bauart nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Patchantennen
bzw. sogenannte Microstrip-Antennen sind hinlänglich bekannt. Sie umfassen üblicherweise
eine elektrisch leitfähige
Grundfläche, ein
darüber
angeordnetes dielektrisches Trägermaterial
und eine auf der Oberseite des dielektrischen Trägermaterials vorgesehene elektrisch
leitfähige
Strahlungsfläche.
Die obere Strahlungsfläche
wird in der Regel durch eine quer zu den vorstehend genannten Ebenen
und Schichten verlaufende Speiseleitung angeregt. Als Anschlusskabel
dient vor allem ein Koaxialkabel, dessen Außenleiter an einem Anschluss
mit dem Masseleiter elektrisch verbunden ist, wohingegen der Innenleiter
des Koaxialkabels mit der oben liegenden Strahlungsfläche elektrisch
verbunden ist.
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Eine
abstimmbare Microstrip-Antenne ist beispielsweise aus der
US 4 475 108 bekannt geworden.
Bei dieser Patchantenne werden integrierte Varactor-Dioden zur Frequenzabstimmung
verwendet.
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Die
Verwendung von Varactor-Dioden zur Abstimmung einer Antenne ist
aber grundsätzlich auch
aus der Veröffentlichung
IEEE "Transactions
on Antennas and Propagation",
September 1993, Rod B. Waterhouse: "Scan Performance of Infinite Arrays of
Microstrip Patch Elements Loaded with Varactor Diodes", Seiten 1273 bis
1280, bekannt.
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Aus
der Vorveröffentlichung
IEEE "Transactions
on Antennas and Propagation",
September 1993, A.S. Daryoush: "Optically
Tuned Patch Antenna for Phased Array Applications", 1986, Seiten 361-364,
ist als bekannt zu entnehmen, eine optisch kontrollierte Pin-Diode
zur Frequenzabstimmung zu verwenden. Sie befindet sich in einer
Ebene der Patchfläche
und verbindet diese mit einer zusätzlichen Koppelfläche.
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Ein
insoweit sehr ähnliches
Prinzip ist grundsätzlich
auch aus der
US 5 943
016 A sowie der
US 6
864 843 B2 zu entnehmen. Dass letztlich auch eingebrachte
Kapazitäten
zur Frequenzabstimmung verwendet werden können, die beispielsweise in
ein Patch eingearbeitet sind, ist aus der
US 6 462 271 B2 bekannt.
Eine sehr aufwendige mechanische Abstimmung der Patchantenne kann
aber auch gemäß der Vorveröffentlichung
IEEE "Transaction
on Antennas and Propagation",
S.A. Bokhari, J-F Züricher: "A Small Microstrip
Patch Antenna with a Convenient Tuning Option", November 1996, vol. 48, Seiten 1521-1528,
als bekannt entnommen werden.
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Unabhängig von
den vorstehend genannten Patchantennen sind mehrschichtige Antennen
planarer Bauart beispielsweise auch als sogenannte "stacked"-Patchantennen bekannt
geworden. Mittels eines derartigen Antennentyps besteht die Möglichkeit, die
Bandbreite einer derartigen Antenne zu erhöhen bzw. Resonanzen in zwei
oder mehreren Frequenzbereichen zu gewährleisten. Durch derartige
Antennen kann auch der Antennengewinn verbessert werden.
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Nachteilig
ist bei allen derartigen vorbekannten Antennenanordnungen der vergleichsweise
aufwendige Aufbau.
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Denn
bei den eingangs genannten vorbekannten abstimmbaren Antennen ist
in der Regel eine Reihe weiterer Bauteile erforderlich, die häufig sogar
direkt in die Patchantenne mit integriert sein müssen. Dies erfordert in der
Regel nicht nur eine aufwendigere Entwicklung, sondern führt häufig auch zu
einer Verteuerung der Herstellungskosten.
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Darüber hinaus
sind die vorbekannten Maßnahmen
zur Erzielung einer abstimmbaren Patchantenne häufig nicht auf handelsübliche Keramik-Patchantennen
anwendbar oder übertragbar.
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Schließlich weisen
die oben genannten vorbekannten Patchantennen auch den Nachteil
auf, dass sie zwar Maßnahmen
für die
Frequenzabstimmung vorschlagen, dass aber die vorgeschlagenen Maßnahmen
in der Regel nicht zur Beeinflussung des Antennendiagramms dienen.
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Demgegenüber ist
es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte abstimmbare
Antenne planarer Bauart zu schaffen, bei der mit vergleichsweise
geringem Aufwand nicht nur eine Frequenzabstimmung, sondern vor
allem eine Beeinflussung des Antennendiagramms möglich ist. Dabei soll die erfindungsgemäße Antenne
bevorzugt unter Verwendung handelsüblicher Patchantennen herstellbar sein.
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Die
Aufgabe wird mit den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich
zahlreiche Vorteile realisieren.
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Als
wesentlicher Vorteil ergibt sich, dass mit der Antenne auf einfachem
Wege eine Beeinflussung des Antennendiagramms möglich ist, ohne dass ein beachtlicher
Aufwand für
unter Umständen
kompliziert herzustellende zusätzliche
Bauteile oder auch nur eine Feinabstimmung notwendig ist. Eine teure Spezialentwicklung
oder eine teure Herstellung von Zusatzteilen wird also vermieden.
Vor allem aber ergibt sich als wesentlicher Vorteil, dass im Rahmen der
Erfindung handelsübliche
Patch-Antennen, vor allem handelsübliche Keramik-Patch-Antennen
verwendbar sind. Diese müssen – wenn sie
im Rahmen der Erfindung verwendet werden – nicht speziell verändert, sondern
nur im Sinne der Erfindung komplettiert werden, wodurch sich ein
sehr kostengünstiger Gesamtaufbau
ergibt. Dabei ist im Rahmen der Erfindung sowohl eine Frequenzabstimmung
als auch eine Beeinflussung des Antennen-Diagramms möglich.
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Dies
ist umso überraschender,
als die zuoberst auf der Patchantenne vorgesehene Strahlungsstruktur
eine Längs-
und Quererstreckung aufweisen kann, die größer ist bzw. die den Rand der
darunter befindlichen Strah lungsfläche zumindest teilweise überdeckt
und sich über
den Rand der Strahlungsfläche
hinaus erstreckt. Zu erwarten wäre
nämlich
in einem derartigen Fall, dass die zuoberst befindliche Patchfläche das
Strahlungsdiagramm nachteilig beeinflusst.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann die über
der Patch-Antenne befindliche Metall-Struktur nicht nur eine in
Längs-
und Querrichtung größere Dimensionierung
als die darunter befindliche Patch-Antenne aufweisen. Zumindest
können
auch Verformungen, Durchbrüche
etc. in dieser Metallstruktur ausgebildet sein. Möglich ist sogar,
dass diese Metallstruktur in einzelne Metall-Struktur-Elemente und/oder -Bereiche
aufgeteilt ist, die beispielsweise mechanisch und/oder elektrisch
nicht miteinander verbunden sind.
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Allerdings
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
die Metall-Struktur zumindest über
eine elektrische Verbindung mit der Massefläche verbunden ist, wobei diese
elektrische Verbindung eine galvanische Verbindung sein kann, eine
kapazitive, serielle und/oder eine, die unter Verwendung von elektrischen
Baukomponenten und Baugruppen hergestellt ist. Zumindest kann also
in einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung die erwähnte
leitende oder leitfähige
Struktur über
zumindest eine elektrische Verbindung unter Zwischenschaltung zumindest
einer elektrischen Komponente mit der Massefläche verbunden sein. Die elektrische
Verbindung zwischen der Massefläche
und der Metall-Struktur oberhalb der Patch-Antenne kann also wie
erwähnt durch
direkten Kontakt erfolgen oder aber auch durch Verwendung beliebiger
elektrischer Bauteile, um damit die Eigenschaft der Antenne zu beeinflussen.
In Betracht kommen hier bei spielsweise Varactor-Dioden, welche eine
stromgesteuerte Kapazität
darstellen. Dadurch lässt
sich die Patch-Antenne in ihrer Frequenz abstimmen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die erwähnte
elektrische Verbindung zwischen der Metallstruktur und der Massefläche unter
Verwendung von Tragfüßen oder Stützfüßen gebildet,
an denen eine elektrisch leitfähige
Leitung ausgebildet ist oder die selbst elektrisch leitfähig sind.
Bevorzugt sind die Stützfüße oder
der zumindest eine Stützfuß insoweit
ebenfalls aus einer Metall-Struktur
gebildet, die beispielsweise einstückig mit der Metall-Struktur
oberhalb der Patchantenne verbunden und lediglich durch Stanzen
und Kanten hergestellt sein kann.
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Bevorzugt
sind in Umfangsrichtung der Metall-Struktur mehrere Stützeinrichtungen
vorgesehen, die vorzugsweise gleichzeitig die elektrische Verbindung
zur Massefläche
gegebenenfalls unter Verwendung weiterer elektrischer Bauteile und
Baukomponenten bilden. Bei einer n-Polygonalgestaltung der Metall-Struktur
sind bevorzugt n-Füßchen vorgesehen.
Ist die Metall-Struktur rechteckförmig oder quadratisch gebildet,
ist also vorzugsweise an jeder Seite bevorzugt im mittleren Bereich
ein entsprechender, bevorzugt elektrisch leitfähiger Stützfuß angeordnet. Ist die Metall-Struktur
in unterschiedliche Teil-Strukturen unterteilt, ist für jede elektrisch
leitfähige Teil-Struktur
zumindest ebenfalls vorzugsweise ein Stützfuß vorgesehen, der wiederum
bevorzugt elektrisch leitfähig
ist.
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Anstelle
der Metall-Strukturen kann auch eine allgemein elektrisch-nicht-leitfähige Struktur
vorgesehen sein, beispielsweise in Form eines dielektrischen Körpers, der
mit einer entsprechenden leitfähigen
Schicht überzogen
ist.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist dabei die elektrisch leitfähige Struktur,
also die sogenannte Metallstruktur, beispielsweise durch eine Kupferfläche auf
einer Leiterplatine gebildet. Die Leiterplatine könnte dabei
beispielsweise an der Oberseite metallisiert sein, wohingegen auf
der Unterseite die elektrischen Bauteile (beispielsweise eine Varactor-Diode) platziert
sind. Die bevorzugt als Trageinrichtung vorgesehenen Tragfüße könnten beispielsweise
mit abgegrenzten Flächen
der oberen Leiterplattenmetallisierung verbunden und mittels Durchkontaktierungen an
die elektrischen Bauteile geführt
sein. Alternativ könnten
sich auch die elektrischen Bauteile auf der Oberseite der Leiterplatine
befinden.
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Obgleich
die erfindungsgemäße Patchantenne
also noch eine zusätzliche
leitfähige
Struktur im Abstand zur oben liegenden Strahlungsfläche aufweist,
handelt es sich gleichwohl nicht um eine "stacked"-Patchantenne im herkömmlichen
Sinne, da bei stacked-Patchantennen die zuoberst vorgesehene Patchfläche (also
die in Rede stehende zusätzliche Strahlungsfläche) nicht über eine
leitende Verbindung mit der Massefläche kontaktiert ist.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei
zeigen im Einzelnen:
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1:
eine schematische axiale Querschnittsdarstellung durch eine handelsübliche Patchantenne
nach dem Stand der Technik;
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2:
eine schematische Draufsicht auf die nach dem Stand der Technik
bekannte Patchantenne gemäß 1;
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3:
eine schematische Quer- oder Seitendarstellung einer erfindungsgemäßen abstimmbaren
Patchantenne;
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4:
eine schematische Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß 3;
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5:
eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Patchantenne mit einer zu 4 abweichenden
Ausführungsform
für das
oben sitzende Patchelement;
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6:
eine 3 entsprechende Seiten- oder Querschnittsdarstellung
der erfindungsgemäßen Patchantenne
unter Wiedergabe einer verwendeten Trageinrichtung für das obere
Patchelement;
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6a:
ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel
zu 3;
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7:
ein nochmals abgewandeltes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Antenne
mit einer lochförmigen
Ausnehmung in einer oberhalb der Patchantenne befindlichen elektrischen
Struktur;
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8:
ein nochmals abgewandeltes Ausführungsbei spiel
mit mehreren voneinander getrennten elektrischen Strukturen in seitlicher
Querschnittsdarstellung;
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9:
eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel
nach 8; und
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10:
eine Draufsicht vergleichbar dem Ausführungsbeispiel nach 8 und 9,
jedoch mit einer Abwandlung.
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In 1 ist
in schematischer Seitendarstellung und in 2 in schematischer
Draufsicht der Grundaufbau eines handelsüblichen Patchstrahlers A (Patchantenne)
gezeigt, der anhand der 3 ff. zu einer abstimmbaren
Patchantenne erweitert wird.
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Die
in den 1 und 2 gezeigte Patchantenne umfasst
mehrere längs
einer Achse Z übereinander
angeordnete Flächen
und Schichten, auf die nachfolgend eingegangen wird.
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Aus
der schematischen Querschnittsdarstellung gemäß 1 ist zu
ersehen, dass die Patchantenne A auf ihrer sogenannten Unter- oder
Anbauseite 1 eine elektrisch leitfähige Massefläche 3 aufweist. Auf
der Massefläche 3 bzw.
mit Seitenversatz dazu angeordnet ist ein dielektrischer Träger 5,
der üblicherweise
in Draufsicht eine Außenkontur 5' aufweist, die
der Außenkontur 3' der Massefläche 3 entspricht.
Dieser dielektrische Träger 5 kann
aber auch größer oder
kleiner dimensioniert und/oder mit zur Außenkontur 3' der Massefläche 3 abweichender
Außenkontur 5' versehen sein.
Allgemein kann die Außenkontur 3' der Masse fläche n-polygonal
sein und/oder sogar mit kurvigen Abschnitten versehen oder kurvig
gestaltet sein, obgleich dies unüblich
ist.
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Der
dielektrische Träger 5 weist
eine ausreichende Höhe
oder Dicke auf, die in der Regel einem Vielfachen der Dicke der
Massenfläche 3 entspricht. Im
Gegensatz zur Massefläche 3,
die näherungsweise
lediglich aus einer zweidimensionalen Fläche besteht, ist der dielektrische
Träger 5 als
dreidimensionaler Körper
mit ausreichender Höhe
und Dicke gestaltet.
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Auf
der Oberseite 5a gegenüberliegend
zur Unterseite 5b (die benachbart zur Massefläche 3 zu liegen
kommt) ist eine elektrisch leitfähige
Strahlungsfläche 7 ausgebildet,
die ebenfalls wieder näherungsweise
als zweidimensionale Fläche
verstanden werden kann. Diese Strahlungsfläche 7 wird über eine
Speiseleitung 9 elektrisch gespeist und angeregt, die bevorzugt
in Querrichtung, insbesondere senkrecht zur Strahlungsfläche 7 von
unten her durch den dielektrischen Träger 5 in einer entsprechenden Bohrung
oder einem entsprechenden Kanal 5c verläuft.
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Von
einer in der Regel unten liegenden Anschlussstelle 11,
an welcher ein nicht näher
gezeigtes Koaxialkabel angeschlossen werden kann, ist dann der Innenleiter
des nicht gezeigten Koaxialkabels mit der Speiseleitung 9 elektrisch-galvanisch und
damit mit der Strahlungsfläche 7 verbunden.
Der Außenleiter
des nicht gezeigten Koaxialkabels ist dann mit der unten liegenden
Massefläche 3 elektrisch-galvanisch
verbunden.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 ff.
ist eine Patchantenne beschrieben, die ein Dielektrikum 5 und
eine in Draufsicht quadratische Form aufweist. Diese Form oder die
entsprechende Kontur oder Umrisslinie 5' kann aber auch von der quadratischen
Form abweichen und allgemein eine n-polygonale Form aufweisen. Obgleich
unüblich,
können
sogar kurvige Außenbegrenzungen
vorgesehen sein.
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Die
auf dem Dielektrikum 5 sitzende Strahlungsfläche 7 kann
eine gleiche Kontur oder Umrisslinie 7' aufweisen wie das darunter befindliche
Dielektrikum 5. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Grundform
ebenfalls der Umrisslinie 5' des
Dielektrikums 5 angepasst quadratisch gebildet, weist aber an
zwei gegenüberliegenden
Enden Abflachungen 7'' auf, die quasi
durch Weglassen eines gleichschenklig rechtwinkligen Dreiecks gebildet
sind. Allgemein kann also auch die Umrisslinie 7' eine n-polygonale
Umrisslinie oder Kontur darstellen oder sogar mit einer kurvigen
Außenbegrenzung 7' versehen sein.
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Die
erwähnte
Massefläche 3 wie
aber auch die Strahlungsfläche 7 werden
teilweise als "zweidimensionale" Fläche bezeichnet,
da deren Dicke so gering ist, dass sie quasi nicht als "Volumenkörper" bezeichnet werden
können.
Die Dicke der Massefläche
und der Strahlungsfläche 3, 7 bewegt
sich üblicherweise
unter 1 mm, d.h. in der Regel unter 0,5 mm, insbesondere unter 0,25
mm, 0,20 mm, 0,10 mm.
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Oberhalb
der so gebildeten Patchantenne A, die beispielsweise aus einer handelsüblichen
Patchantenne A bestehen kann, vorzugsweise aus einer sogenannten
Keramik-Patchantenne (bei der also die dielektrische Trägerschicht 5 aus
einem Keramikmaterial besteht), ist nunmehr bei einer erfindungsgemäßen abstimmbare
Patchantenne gemäß 3 und 4 im
Seiten- oder Höhenversatz
zur oberen Strahlungsfläche 7 zusätzlich eine
patch-ähnliche
leitende Struktur 13 angeordnet (3).
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Die
so geschilderte abstimmbare Patchantenne ist beispielsweise auf
einem in 3 lediglich als Linie angedeuteten
Chassis B positioniert, welches beispielsweise das Basis-Chassis
für eine Kraftfahrzeug-Antenne
darstellen kann, in welchem die erfindungsgemäße Antenne gegebenenfalls neben
weiteren Antennen für
andere Dienste eingebaut sein kann. Die erfindungsgemäße abstimmbare Patchantenne
kann beispielsweise insbesondere als Antenne für die geostationäre Positionierung und/oder
für den
Empfang von Satelliten- oder terrestrischen Signalen, beispielsweise
des sogenannten SDARS-Dienstes, verwendet werden. Einschränkungen
für die
Verwendung auch für
andere Dienste sind jedoch nicht gegeben.
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Die
patch-ähnliche
leitende Struktur 13 kann beispielsweise aus einem elektrisch
leitfähigen
Metallkörper,
also beispielsweise einem Metallblech mit entsprechender Längs- und/oder Quererstreckung bestehen
oder allgemein aus einer elektrisch leitfähigen Schicht, die auf einem
entsprechend dimensionierten Substrat (beispielsweise in Form eines
elektrischen Körpers
oder einer dielektrischen Platte vergleichbar einer Leiterplatine)
ausgebildet ist.
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Wie
aus der Draufsicht gemäß 4 ersichtlich
ist, kann dieses Patchelement 13 aber auch einen von einer
rechteckförmigen
oder quadratischen Struktur abweichenden Umriss 13' aufweisen.
Wie nämlich
bekannt ist, kann durch Abarbeiten von Randbereichen, beispielsweise
von in 4 ersichtlichen Eckbereichen 13a noch
eine gewisse Anpassung der Patchantenne vorgenommen werden.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
weist die patch-ähnliche
leitfähige
Struktur 13 eine Längserstreckung
und eine Quererstreckung auf, die zum einen größer ist als die Längs- und
Quererstreckung der Strahlungsfläche 7 und/oder
zum anderen auch größer ist
als die Längs-
und Querstreckung des dielektrischen Trägers 5 und/oder der
darunter befindlichen Massefläche 3.
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Ganz
allgemein kann die patch-ähnliche
leitfähige
Struktur 13 ganz oder teilweise auch konvexe oder konkave
und/oder sonstige kurvige Umrisslinien oder einen n-polygonalen
Umriss aufweisen oder Mischformen von beiden, wie dies nur schematisch für ein abweichendes
Ausführungsbeispiel
gemäß 5 in
Draufsicht gezeigt ist, wobei das Patchelement 13 in diesem
Fall eine unregelmäßige Außenkontur
oder einen unregelmäßigen Umriss 13' aufweist.
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Wie
aus 3 zu ersehen ist, ist die patch-ähnliche
leitfähige
Struktur 13 in einem Abstand 17 oberhalb der Strahlungsfläche 7 angeordnet.
Dieser Abstand kann in weiten Bereichen gewählt werden. Dabei sollte dieser
Abstand 17 wenn möglich
nicht kleiner als 0,5 mm sein, vorzugsweise mehr als 0,6 mm, 0,7
mm, 0,8 mm, 0,9 mm oder gleich oder mehr als 1 mm betragen. Werte
um 1,5 mm, also allgemein zwischen 1 mm bis 2 mm oder 1 mm bis 3
mm, 4 mm oder bis 5 mm sind voll ausreichend.
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Andererseits
ist auch zu ersehen, dass der Abstand 17 der patch-ähnlichen
leitfähigen
Struktur 13 bevorzugt kleiner ist als die Höhe oder
Dicke 15 des dielektrischen Trägers 5. Bevorzugt
weist der Abstand 17 der zuoberst liegenden leitfähigen Struktur 13 ein
Maß auf,
welches weniger als 90%, insbesondere weniger als 80%, 70%, 60%,
50% oder sogar weniger als 40% und gegebenenfalls 30% oder weniger
als 20% der Höhe
oder Dicke 15 des Trägerelementes 5 entspricht.
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Wie
aus den 3 bis 5 zu ersehen
ist, ist bei dem gewählten
Ausführungsbeispiel
unter Verwendung einer plattenförmig
elektrisch leitfähigen Struktur 13,
die mit ihrer Ebene bevorzugt parallel zum Chassis B bzw. zur Massefläche 3 und/oder
zur Strahlungsfläche 7 auf
der zur Massefläche 3 gegenüberliegenden
Seite der Strahlungsfläche 7 angeordnet
ist, die elektrisch leitfähige
Struktur 13 über
Stützfüße 213 gehalten.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist dabei in Draufsicht in Umfangsrichtung versetzt liegend pro
Längsseite 13a jeweils
ein Stützfuß 213 angeordnet,
der im gezeigten Ausführungsbeispiel
quer zur Massefläche
oder Grundfläche
des Chassis B verläuft,
im gezeigten Ausführungsbeispiel sogar
senkrecht. Dabei wird gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel
davon ausgegangen, dass die Massefläche 3 der Patchantenne
A mit einer Chassis-Massefläche
B galvanisch oder kapazitiv verbunden ist.
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Die
Stützfüße 213 bestehen
also bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigen Material. Insbesondere
dann, wenn die patch-ähnliche
elektrisch leitfähige
Struktur 13 aus einem Metallblech durch Schneiden und/oder
Stanzen hergestellt ist, können
am Außenumfang
entsprechende Sützfüße mit ausgebildet sein,
die dann durch Kanten quer zur Fläche der patch-ähnlichen
leitfähigen
Struktur 13 verlaufen und mit ihrem freien Ende 213a dann
auf der Massefläche 3,
B elektrisch kontaktiert und mechanisch verankert werden können.
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Da
im gezeigten Ausführungsbeispiel
die leitfähige
Struktur 13 in Längs-
und Querrichtung größer dimensioniert
ist als die Längs-
und Querrichtung der darunter befindlichen Patchantenne, können die Füße also
senkrecht zur Massefläche 3 bzw.
Chassis-Massefläche
B an der Patchantenne A mit Seitenversatz 313 dazu vorbeilaufen.
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Grundsätzlich können aber
auch weniger oder mehr Füßchen verwendet
werden oder die Füße können an
anderer Stelle der leitfähigen
Struktur 13 mit dieser verbunden sein oder ansetzen.
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Dazu
ist in 5 gezeigt, dass bei diesem Ausführungsbeispiel
lediglich zwei schräg
gegenüberliegende
Stützfüße 213 verwendet
werden.
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Anstelle
der elektrisch voll leitfähigen
Stützfüße 213 können aber
auch beispielsweise Kunststoffkörper
für die
Stützfüße 213 verwendet
werden, die eventuell mit einer elektrisch leitfähigen Unter- oder Oberseite
oder allgemein Oberfläche
versehen sind, nämlich
durch Auftragen einer elektrisch leitfähigen Außenschicht. Von daher kann
parallel oberhalb der Strahlungsfläche 7 ein Substrat
oder ein dielektrischer Körper
vorgesehen sein, der beispielsweise mit entsprechenden Stützfüßen ergänzt oder von
Hause aus einstückig
versehen ist, also dieses Gebilde aus einem nicht leitfähigen Material
besteht und dann mit einer entsprechend leitfähigen Schicht oder Metallschicht überzogen
ist.
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Anhand
von 6 ist gezeigt, dass beispielsweise die mit einer
elektrisch leitfähigen Schicht überzogenen
oder mit einem separaten parallelen Draht oder sonstigen Lei tungen
ausgestatteten oder in sich leitfähigen Stützfüße unter Zwischenschaltung
von elektrischen Bauteilen 125 mit einer elektrischen leitfähigen Masse-
oder Grundfläche insbesondere
in Form eines Chassis B verbunden sein kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
gemäß 6 sind
dazu Varactor-Dioden 125' vorgesehen. Die
elektrisch leitfähigen
Stützfüße sind
ohne Herstellung des elektrisch galvanischen Kontaktes in diesem
Ausführungsbeispiel
durch entsprechende Bohrungen durch die Massefläche 3 bzw. im Chassis B
hindurchgeführt,
an ihrem freien Ende mit den erwähnten
elektrischen Bauteilen 125 beispielsweise in Form von Varactor-Dioden 125' elektrisch
galvanisch verbunden, beispielsweise an der Anschlussseite 125a,
wohingegen die zweite Anschlussseite 125b dann mit der
Massefläche 3 bzw.
B verbunden ist.
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Hierdurch
wird die Möglichkeit
geschaffen, stromgesteuert die Kapazität zu verändern oder einzustellen, wodurch
die so gebildete Patch-Antenne in ihrer Frequenz abgestimmt werden
kann. Ganz allgemein kann also dadurch die Eigenschaft der Antenne beeinflusst
werden.
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Grundsätzlich könnte beispielsweise
die Massefläche
oder das Chassis B nicht aus einem elektrisch leitfähigen Material
bestehen, sondern beispielsweise aus einer Leiterplatte (Dielektrikum).
Diese könnte
beispielsweise auf der Unterseite oder, worauf nachfolgend eingegangen
wird, auf der Oberseite, also auf der die Antenne tragenden Seite,
teilweise metallisiert und gegebenenfalls mit zusätzlichen Bauteilen,
insbesondere SMD-Bauteilen, beispielsweise in Form der Varactor-Diode 125, 125' bestückt sein.
Dazu ist in 6a der elektrisch leitfähige Fuß 213 (oder
eine am Fuß 213 ausgebildete
elektrisch leitfähige
Bahn oder allgemein Leitung) auf der Strahleroberseite der vorzugsweise
in Form einer Leiterplatine B ausgebildeten Basis mit einem elektrischen Bauteil 125,
insbesondere einem SMD-Bauteil 125 an der Anschlussseite 125a verbunden,
deren andere Anschlussseite 125b über eine Durchkontaktierung 125c mit
der auf der Unterseite der Leiterplatine B ausgebildeten Massefläche 303 elektrisch,
vorzugsweise elektrisch-galvanisch, verbunden ist.
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Ebenso
könnten
natürlich – wie anhand
von 6 gezeigt – diese
Bauteile 125 genauso auf der Leiterplatinen-Unterseite
vorgesehen bzw. bestückt sein.
Auch hier könnten
die Abstützfüße 213 beispielsweise
auf der Leiterplatinen-Oberseite
elektrisch-galvanisch, beispielsweise durch Löten an einer elektrisch leitfähigen Zwischenfläche, galvanisch kontaktiert
sein, die mittels Durchkontaktierungen 125c mit der auf
der Leiterplatinen-Unterseite vorgesehenen Bauteile 125 verbunden
sind.
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Im Übrigen ist
anhand von 6a gezeigt, dass beispielsweise
unterhalb des Patches 3, also auf der Oberseite des beispielsweise
als Leiterplatine B ausgebildeten Chassis ebenfalls eine metallisierte Schicht 403 (beispielsweise
eine Kupferbeschichtung) vorgesehen sein kann. Diese Schicht könnte mit
Durchkontaktierungen (in 6a nicht
eingezeichnet) mit der unteren Massefläche 303 (also auf der
Unterseite der Leiteplatine B) elektrisch-galvanisch verbunden sein,
um so die kapazitive Kopplung des Patches 3 zur Masse zu
verbessern. Ebenso könnte
diese metallisierte Schicht 403 in 6a auch nach
links und rechts bis über
die SMD-Bauteile 125 hinaus gehen (ohne natürlich mit
der Anschlussseite 125a elektrisch-galvanisch verbunden
zu sein).
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Anhand
von 7 ist in schematischer Draufsicht gezeigt, dass
die beispielsweise anhand der 5 beschriebene
patch-ähnliche
leitfähige Struktur 13 mit
einer Ausnehmung oder einem Loch 29 versehen sein kann.
Diese Ausnehmung oder dieses Loch 29 ist bevorzugt in jenem
Bereich vorgesehen, in welchem die Speiseleitung 9 mit
der Strahlungsfläche 7 in
der Regel durch Löten
verbunden ist. Denn an dieser Stelle ist üblicherweise eine über die Oberfläche der
Strahlungsfläche 7 überstehende
Löterhebung 31 ausgebildet
(wie dies beispielsweise für
ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel anhand
von 8 zu ersehen ist). Selbst wenn nur ein sehr geringer
Abstand 17 zwischen der leitfähigen Struktur 13 und
der benachbarten Strahlungsfläche 7 vorgesehen
ist, wird dadurch gewährleistet, dass
mit der darunter befindlichen in der Regel handelsüblichen
Patchantenne keine elektrische Kontaktierung zwischen einer Löterhebung 31 und
der leitfähigen
Struktur 13 vorgesehen ist, wobei diese Löterhebung 31 üblicherweise
im oberen Ende der Speiseleitung 9 an der Strahlungsfläche 7 ausgebildet
ist.
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Nachfolgend
wird noch ein weiteres Ausführungsbeispiel
anhand der 8 und 9 beschrieben,
wobei 8 eine schematische Seitendarstellung längs der
Schnittlinie VIII-VIII
in 9 und 9 eine schematische Draufsicht
auf das abgewandelte Ausführungsbeispiel
zeigt.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen dadurch, dass
nicht eine einheitliche gemeinsame elektrisch leitfähige Struktur 13,
sondern mehrere elektrisch leitfähige
Strukturen 13 ausgebildet sind, die eine flächige Gestaltung
aufweisen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die patch- ähnlichen
elektrisch leitfähigen
Strukturelemente 113 in einer gemeinsamen Ebene parallel
zur benachbarten Strahlungsfläche 7 sowie
parallel zur Massefläche 3 und/oder
parallel zur Chassisfläche
B angeordnet. Gegebenenfalls können
sie aber auch in unterschiedlichen Höhenebenen liegen. Auch diese
Strukturelemente müssen
nicht zwingend parallel zueinander bzw. zur Strahlungsfläche und
Massefläche
etc. liegen, sondern gegebenenfalls auch zumindest geringe Neigungswinkel
zueinander einschließen.
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Jedes
derartige elektrisch leitfähige
Strukturelement 13, 113 ist mittels eines ihm
zugeordneten Stützfußes 113 getragen,
gehalten und bevorzugt elektrisch angebunden, wenn keine separate
elektrische Leitung als Verbindungsleitung zur Massefläche (gegebenenfalls
unter Zwischenschaltung der erwähnten
elektrischen Bauelemente) vorgesehen ist.
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Auch
in diesem Ausführungsbeispiel
sind die Stützfüße 213 seitlich
im Abstand 313 zur Patchantenne A angeordnet, wobei die
elektrisch leitfähigen Strukturelemente 113 in
Draufsicht auf die obere Strahlungsfläche 7 diese zumindest
teilweise überdecken.
Die Strukturelemente 113 können dabei eine Längserstreckung
aufweisen, die deutlich kürzer
ist als die betreffende Seitenlänge
der Strahlungsfläche 7,
so dass diese so gebildeten Strukturelemente nur mit einem vergleichsweise
geringen Flächenabschnitt
die Strahlungsfläche 7 überdecken.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 8 und 9 ist
am umlaufenden Rand 113' der
elektrisch leitfähigen
Struktur 13, 113 ein Stützfuß 213 ausgebildet,
der beispielsweise mechanisch und/oder elektrisch mit der elektrisch
leitfähigen Struktur 13, 113 verbunden
ist.
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Wie
das Ausführungsbeispiel
gemäß 8 und 9 zeigt,
weist dabei jedes elektrisch leitfähige oder mit einer elektrisch
leitfähigen
Schicht überzogene
Strukturelement 13, 113 eine Länge auf, die bevorzugt zwischen
5% bis 95%, insbesondere 10% bis 90% liegt und jeden beliebigen
Zwischenwert davon annehmen kann. Ein bevorzugter Längenbereich entspricht
etwa 10% bis 60%, insbesondere 20% bis 50% der entsprechenden Länge der
Patch-Antenne A und/oder der oben liegenden Strahlungsfläche 7. Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 9 ist
dabei zu sehen, dass beispielsweise die Längserstreckung, jeweils gemessen
in Parallelrichtung der betreffenden Längserstreckung des Patch-Elementes
bezüglich
des in 9 oben und unten liegenden Strukturelementes 113 größer ist
als die Längserstreckung des
in 9 links und rechts liegenden Patch-Elementes.
Auch hierdurch kann eine gewünschte
Feinabstimmung vorgenommen werden.
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Die
jeweilige Quererstreckung der Strukturelemente 13, 113 in
den 8 und 9 in Überdeckungsrichtung zur Patch-Antenne A liegt in
den gleichen Größenordnungen
als vorzugsweise zwischen 10% bis 90% und 20% bis 60%, beispielsweise
um 30% bis 50% oder 30% bis 40%. Dabei soll der Anteil der Fläche des
Strukturelementes 113, welches in Draufsicht gemäß 9 die
Patch-Antenne A mit ihrem Dielektrikum überdeckt, vorzugsweise zumindest
mehr als 20%, insbesondere mehr als 30% oder 40% oder 50% der Fläche des
Strukturelementes 113 betragen. Der Anteil der Fläche des
Strukturelementes in Draufsicht gemäß 9, welche
die obere Strahlungsfläche überdeckt,
soll zumindest mehr als 5%, insbesondere mehr als 10%, 20% oder
vorzugsweise 30% der Fläche
des entsprechenden Patch-Elementes 113 gemäß Draufsicht
auf 9 betragen.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäß 10 entspricht
vom Grundsatz her jenem nach 9. Unterschiedlich
ist lediglich, dass die in 9 gezeigten leitfähigen Strukturen 13, 113 nicht
als mechanisch selbständige
elektrisch leitfähige
Strukturen ausgebildet sind, sondern als elektrisch leitfähige Flächen auf
einem elektrisch nicht leitfähigen
Substrat, insbesondere in Form einer dielektrischen Platte, beispielsweise
in Form einer sog. Leiterplatine. Dieses dielektrische Trägermaterial
oder dieses dielektrische Substrat ist mit dem Bezugszeichen 413 versehen.
Dieses Substrat 413 ist ebenfalls wieder durch vier Füße, nämlich auf
jeder Seite durch einen Fuß 213 mechanisch
abgestützt,
wobei die elektrische Verbindung von dem elektrischen Strukturelement 13, 113 auf
dem leiterplattenförmigen
Substrat 413 in gleicher Weise elektrisch mit dem Massepotential verbunden
sein kann, wie dies anhand von 9 und den
vorausgegangenen Beispielen erläutert
wurde.