DE102007037614A1

DE102007037614A1 - Mehrteilige Antenne mit zirkularer Polarisation

Info

Publication number: DE102007037614A1
Application number: DE102007037614A
Authority: DE
Inventors: Guy-Aymar Dr. Chakam; Andreas Schäfer; Martin Dr. Weinberger
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: DE102007037614B4; US8284111B2; WO2009019177A1; US20100194659A1

Abstract

Es wird eine Antennenvorrichtung angegeben, die einen ersten Antennenzweig (1, 21, 31, 41, 51, 61) und einen zweiten Antennenzweig (2, 22, 32, 42, 52, 62) umfasst, wobei sowohl der erste als auch der zweite Antennenzweig die Form einer nicht geschlossenen Leiterschleife aufweisen und der erste Antennenzweig in einer zu der von der jeweiligen Leiterschleife umgrenzten Fläche im Wesentlichen senkrechten Richtung so zum zweiten Antennenzweig beabstandet angeordnet ist, dass die vom Fußpunkt zum freien Ende des ersten Antennenzweigs bestimmte erste Schleifenrichtung entgegen der vom Fußpunkt zum freien Ende des zweiten Antennenzweigs bestimmten zweiten Schleifenrichtung angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen und bezieht sich im Besonderen auf eine Antennenanordnung mit zirkularer Polarisation.
Um einen kontrollierten Zugang zu Kraftfahrzeugen zu ermöglichen, sind funkbasierende Zugangssysteme inzwischen Standard. Diese Zugangssysteme dienen in erster Linie dem komfortablen Aufsperren und Verschließen von Fahrzeugtüren und Kofferraum, sowie dem Aktivieren und Deaktivieren einer im Fahrzeug vorhandenen Wegfahrsperre.
Durch Integration einer bidirektionalen Kommunikation in die Funkübertragung zwischen der mobilen Funkstation des Zugangssystems und der als Bordstation ausgebildeten Gegenstelle im Fahrzeug können Fernbedienungs- und Fernabfragefunktionen realisiert werden. So ist es möglich den Status des Fahrzeugs betreffende Daten mittels der mobilen Station abzurufen. Beispielsweise Informationen über den Füllstand des Kraftstofftanks, den Reifendruck oder dergleichen mehr. Darüber hinaus bietet die bidirektionale Kommunikation üblicherweise auch die Möglichkeit weitere Funktionen des Fahrzeugs aufzurufen, so dass sich z. B. Fahrzeugfenster, Sonnendächer und Schiebetüren, aber auch eine eventuell im Fahrzeug vorhandene Standheizung aus größerer Entfernung bedienen lassen.
Für die Funkverbindung zwischen mobiler Station und Bordstation des Zugangssystems stehen mehrere Frequenzbereiche zur Verfügung, die sich vorwiegend im ISM-Band (Industrial, Scientific, and Medical Band; Band für Industrie, Wissenschaft und Medizin) befinden. Die für die Funkkommunikation reservierten Frequenzbänder sind dabei nicht in allen Ländern identisch, so dass die Funkstationen meist für mehrere Frequenzbänder optimiert werden müssen.
Die von den funkbasierenden Zugangssystemen unterstützten Dienste erfordern eine Reichweite von wenigen Metern (z. B. zum Aufschließen der Fahrzeugtüren) bis zu einigen hundert Metern und bei Fernabfragen eventuell Kilometern. Bestimmte Dienste wie z. B. das Öffnen der Fahrzeugtüren können dabei bisweilen erst aufgerufen werden, wenn ein gewisser Abstand zum Fahrzeug unterschritten ist. Andere, wie z. B. ein Abfragen der aktuellen Parkdauer, sollten über möglichst große Entfernungen ausführbar sein. Die Ausbreitungsbedingungen für die Funkwellen zwischen den beiden Stationen des Zugangssystems sind dabei von verschiedenen Parametern geprägt. Abgesehen vom Frequenzbereich sind dies in erster Linie die Entfernung zwischen den Funkstationen, die Polarisationsrichtung der zur Funkübertragung verwendeten elektromagnetischen Welle, die Art der im oder am Fahrzeug angebrachten Antenne(n), die Art der in der mobilen Station verwendeten Antenne(n), die Orientierung der mobilen Funkstation im Raum sowie deren Lage in der Hand oder am Körper des Benutzers und schließlich auch die Umgebung im Bereich der Funkverbindungsstrecke, die zu einer Mehrwegeausbreitung der Funksignale führen kann.
Die Antenne(n) der im Fahrzeug befindlichen Funkstation ist (sind) im Allgemeinen so ausgestaltet, dass für die gesendeten und empfangenen Signale eine bestimmte Polarisation der Funkwelle bevorzugt wird. Meist ist dies die vertikale Polarisation, d. h. die Polarisationsrichtung, bei der der E-Vektor vertikal ausgerichtet ist. Bedingt ist dies durch die vorwiegend auf den Fahrzeugen eingesetzte verkürzte vertikale Monopolantenne.
Bei den mobilen Funkstationen werden meist Schleifen- oder Monopolantennen sowie Kombinationen beider Antennenarten eingesetzt. Im Falle von Monopolantennen werden vor allem Helixantennen bevorzugt.
Schleifenantennen zeichnen sich durch ihre geringe Handempfindlichkeit aus, besitzen im Allgemeinen jedoch einen geringen Wirkungsgrad und erzeugen eine rein lineare Polarisation.
Der Wirkungsgrad von Monopolantennen ist in der Regel größer, aufgrund des kleineren Massegegengewichts ist die über die Antenne übertragene Leistung jedoch sehr empfindlich gegenüber Berührung (Handempfindlichkeit). Auch diese Antennenart unterstützt nur eine Polarisationsrichtung und weist darüber hinaus auch noch eine zusätzlich Nullstelle im Richtdiagramm auf. In mobilen Funkgeräten mit kleinerer Reichweite werden bisweilen Monopolantennen eingesetzt, die unmittelbar auf die Leiterplatte des Geräts gedruckt werden. In diesem Fall ist die Handempfindlichkeit noch größer, da bei einer Benutzung des Geräts meist die gesamte Antenne mit der Hand abgedeckt wird.
Antennenanordnungen mit einer Kombination von Schleifen- und Monopolantennen ermöglichen zwar einen Kompromiss, je nach Berührung überwiegt jedoch die Charakteristik der einen oder der anderen Antennenart. In der Praxis sind die beiden Antennen parallel geschaltet, wodurch sich eine Verstimmung von einer der beiden Antennen immer auch auf die Abstrahl- bzw. Empfangscharakteristik der jeweils anderen Antenne auswirkt. Abstrahlung und Empfang von elektromagnetischen Wellen erfolgen auch bei diesen Antennenkombinationen weitgehend linear polarisiert.
Für Antennen mit hohem Wirkungsgrad kommen unter anderem Strukturen mit Monopol- oder Dipolcharakter in Frage. Schleifenstrukturen haben bei den für mobile Funkstationen vertretbaren Leiterabmessungen üblicherweise zu hohe Verluste, um für die geforderten Reichweiten tauglich zu sein.
Bei allen zuvor beschriebenen Antennenarten und eventuellen Kombinationen davon sind immer Bereiche im Richtdiagramm vorhanden, bei denen keine bzw. nur eine unzureichende Verbindung möglich ist. Abgesehen von der Handempfindlichkeit und den so genannten Nullstellen im Richtdiagramm ist hierbei vor allem die lineare Polarisation ein Problem. Da in der Regel ein Benutzer entscheidet, wie er die mobile Funkstation in der Hand hält, ist es einem Hersteller nicht möglich die relativen Polarisationsrichtungen von mobiler Station und Bordstation aufeinander abzustimmen. Vielmehr ist davon auszugehen, dass die Polarisationsrichtungen beider Stationen im Bedarfsfall beliebig zueinander orientiert sein können. Je nach Polarisationsrichtung können daher bei gleichen Distanzen zwischen mobiler Funkstation und Fahrzeug durchaus unterschiedliche Übertragungsbedingungen vorherrschen. Im Extremfall können die Polarisationsrichtungen von Mobilstation und Bordstation senkrecht aufeinander stehen, wodurch trotz üblicherweise ausreichender Sendeleistung selbst bei relativ kleinen Abständen keine Kommunikation zustande kommt.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antennenanordnung anzugeben, die eine zuverlässigere Übertragung von Funksignalen zwischen einer mobilen Funkstation und einer anderen Funkstation ermöglicht.
Die Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen der Erfindung gelöst.
Die Erfindung umfasst eine Antennenvorrichtung mit einem ersten Antennenzweig und einem zweiten Antennenzweig, wobei sowohl der erste als auch der zweite Antennenzweig die Form einer nicht geschlossenen Leiterschleife aufweisen und der erste Antennenzweig in einer zu der von der jeweiligen Leiterschleife umgrenzten Fläche im Wesentlichen senkrechten Richtung so zum zweiten Antennenzweig beabstandet angeordnet ist, dass die vom Fußpunkt zum freien Ende des ersten Antennenzweigs bestimmte erste Schleifenrichtung entgegen der vom Fußpunkt zum freien Ende des zweiten Antennenzweigs bestimmten zweiten Schleifenrichtung angeordnet ist.
Die Erfindung umfasst ferner eine Funkstation die eine solche Antennenvorrichtung aufweist.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen zur Aufzählung von Merkmalen verwendeten Begriffe "umfassen", "aufweisen", "beinhalten", "enthalten" und "mit", sowie deren grammatikalische Abwandlungen, generell als nichtabschließende Aufzählung von Merkmalen, wie z. B. Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen, Größen und dergleichen aufzufassen ist, die in keiner Weise das Vorhandensein anderer oder zusätzlicher Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen ausschließt.
Eine entsprechende Antennenvorrichtung weist eine zirkular polarisierte Abstrahl- und Empfangscharakteristik auf, die eine zuverlässige Funkverbindung unabhängig von der Ausrichtung zu einer Funkgegenstelle ermöglicht und eine geringe Handempfindlichkeit aufweist. Aufgrund der kompakten Ausführung der Antennenzweige in Leiterschleifenform eignet sich die Antennenvorrichtung insbesondere für den Einsatz in kleinen mobilen Funkgeräten, deren Geräteabmessungen ein Viertel der zur Übertragung verwendeten Wellenlänge unterschreiten (z. B. Fahrzeugschlüssel).
Die Erfindung wird in ihren abhängigen Ansprüchen weitergebildet.
Vorzugsweise entspricht die Form des ersten Antennenzweigs im Wesentlichen der Form des zweiten Antennenzweigs, wodurch eine definierte Ausbildung des E-Feldes erreicht werden kann.
Der erste Antennenzweig kann gegenüber dem zweiten Antennenzweig vorteilhaft so angeordnet sein, dass sich die Lage des ersten Antennenzweigs aus einer 180° Rotation des zweiten Antennenzweigs um eine in Gerätelängsrichtung gelegene Achse ergibt, um ein im Wesentlichen parallel zum H-Feld ausgerichtetes E-Feld zu erreichen.
Eine kompakte Antennenstruktur wird erreicht, indem der erste und der zweite Antennenzweig zusammen einen parallelepipedförmigen Hohlraum umgrenzen, wobei der parallelepipedförmige Hohlraum insbesondere auch quaderförmig ausgebildet sein kann. Eine vorteilhafte Verkleinerung der Antennenstruktur kann dabei erreicht werden, wenn die Schleifenenden des ersten und des zweiten Antennenzweigs jeweils in eine der Umgrenzungsflächen des Hohlraums hineinragen, oder wenn die Endabschnitte des ersten und des zweiten Antennenzweigs so zurückgefaltet ausgeführt sind, dass sie in einem Abstand und im Wesentlichen parallel zu einem anderen Abschnitt des jeweiligen Antennenzweigs angeordnet sind.
Alternativ kann eine kompakte Antennenstruktur auch erzielt werden, wenn der erste und der zweite Antennenzweig zusammen einen zylinderförmigen Hohlraum umgrenzen, wobei der erste Antennenzweig und der zweite Antennenzweig jeweils entweder wendelförmig oder spiralförmig ausgebildet sein können.
Der Abstand zwischen dem ersten Antennenzweig und dem zweiten Antennenzweig ist zweckmäßig im Wesentlichen konstant. Bedarfsweise kann die Steigung des ersten Antennenzweigs und/oder des zweiten Antennenzweigs nicht konstant sein. Der Abstand zwischen dem ersten Antennenzweig und dem zweiten Antennenzweig kann zur Optimierung einer Anpassung der Antennenstruktur an eine Gehäusegeometrie dabei entlang der Schleifenrichtung variieren.
Günstigerweise sind der erste und der zweite Antennenzweig jeweils unter einem Winkel mit einem Fußabschnitt verbunden. Der Winkel beträgt dabei vorzugsweise neunzig Grad.
Um unsymmetrische elektrische oder magnetische Belastungen der Antennen-Struktur im Gerät zu kompensieren, kann von der streng symmetrischen Anordnung der Antennenteile abgewichen werden, wozu die Ausbildung und/oder Anordnung des ersten Antennenzweigs gegenüber dem zweiten Antennenzweig vorteilhaft zumindest eine Abweichung von der Symmetrie aufweist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Ansprüchen sowie den Figuren. Die einzelnen Merkmale können bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung je für sich oder zu mehreren verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, von denen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Antennenvorrichtung zum Erzeugen einer zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle zeigt,
2 die Stromrichtungen der Antennenvorrichtung von 1 und die dadurch erzeugten Felder im Nahfeld veranschaulicht,
3 die Abstrahlungscharakteristik der Antennenvorrichtung von 1 zeigt,
4 das Diagramm in der x-y-Ebene der Antenne von 1 zeigt,
5 das Diagramm in der x-z-Ebene der Antenne von 1 zeigt,
6 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Antennenvorrichtung zum Erzeugen einer zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle zeigt,
7 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Antennenvorrichtung zum Erzeugen einer zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle zeigt,
8 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Antennenvorrichtung zum Erzeugen einer zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle zeigt,
9 ein für einen anderen Frequenzbereich geeignetes fünftes Ausführungsbeispiel einer Antennenvorrichtung zum Erzeugen einer zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle zeigt und
11 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Antennenvorrichtung zum Erzeugen einer zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle zeigt.
In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Antennenvorrichtung 10 zum Erzeugen eines zirkular polarisierten Fernfeldes dargestellt. Die Vorrichtung weist zwei Strahlerelemente auf, die als erster Antennenzweig 1 und zweiter Antennenzweig 2 ausgebildet sind. Jeder der Antennenzweige 1 und 2 ist jeweils über einen Fußabschnitt 3 bzw. 4 an einem Schaltungsträger 7, beispielsweise einer Platine, befestigt. Auf dem Schaltungsträger 7 befindet sich in der Regel eine Beschaltung der zugehörigen Funkstation.
Zwischen den Fußpunkten der beiden Fußabschnitte 3 und 4 und mit diesen elektrisch verbunden ist die (in der Figur nicht gezeigte) HF-Einspeisung 5 angeordnet. In dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der mit dem zweiten Antennenzweig 2 verbundene Fußabschnitt 4 zusätzlich auch mit der Massefläche des Schaltungsträgers 7 verbunden.
Zweck der Fußabschnitte 3 und 4 ist es, die Antennenzweige 1 und 2 in einem bestimmten Abstand und einer bestimmten Lage relativ zum Schaltungsträger 7 sowie auch zueinander zu halten. Vorzugsweise sind die Antennenzweige wie gezeigt symmetrisch zu derjenigen Oberfläche des Schaltungsträgers 7 angeordnet, auf der sich die Fußpunkte der Antennenstruktur befinden.
Grundsätzlich bildet jeder der beiden Antennenzweige 1 und 2 eine nicht geschlossene Leiterschleife aus. Die beiden Leiterschleifen sind dabei so gegensinnig zueinander angeordnet, dass sich in der Draufsicht (in Richtung oder entgegengesetzt der z-Achse) eine scheinbar geschlossene Schleifenstruktur ergibt. In der dargestellten Ausführungsform umgrenzt diese "geschlossene" Schleifenstruktur eine rechteckförmige Fläche. Sind die beiden Antennenzweige 1 und 2 wie in der 1 dargestellt (in z-Richtung) senkrecht übereinander angeordnet, so umgrenzen die von den beiden gebildeten Leiterschleifen einen quaderförmigen Hohlraum. Sind die beiden Antennenzweige 1 und 2 (in z-Richtung) dagegen schräg versetzt übereinander angeordnet, so hat dieser Hohlraum die Form eines schiefen Parallelepipeds.
In der 2 sind die Stromverteilungen auf den Leiterstrukturen der Antennenvorrichtung von 1 und die hierüber erzeugten Felder veranschaulicht. Die erste Leiterstruktur der Antennenvorrichtung wird vom ersten Antennenzweig 1 zusammen mit dem ersten Fußabschnitt 3, die zweite Leiterstruktur vom zweiten Antennenzweig 2 zusammen mit dem zweiten Fußabschnitt 4 gebildet. Gespeist wird die Antennenanordnung über die HF-Einspeisung 11, die an die Fußpunkte der beiden Leiterstrukturen angeschlossen ist. Auf den Leiterstrukturen ist die Stromrichtung durch Pfeilspitzen angedeutet. Die angegebene Stromrichtung ist nur für eine der beiden Halbwellen der leitungsgebundenen Welle gültig. Bei der anderen Halbwelle kehren sich die Stromrichtung und damit auch die Richtungen des erzeugten elektrischen und magnetischen Feldes um. Die physikalischen Verhältnisse sind jedoch für beide Halbwellen gleich.
Die HF-Einspeisung 11 lädt die beiden Antennenzweige 1 und 2 mit entgegen gesetzter Polarität auf, indem sie an den Fußpunkten der Leiterstrukturen den Antennenstrom I₀ einspeist. Der dabei in den beiden Zweigen 1 und 2 fließende Strom I nimmt entlang der Leitung unterschiedliche Amplitudenwerte an. Durch die gegensinnige Anordnung der Leiterstrukturen sind die durch den Stromfluss erzeugten Magnetfelder im unteren Antennenzweig 2 und oberen Antennenzweig 1 gleichsinnig ausgerichtet, so dass der H-Feld-Verlauf im Inneren des von den Leiterschleifen umschlossenen Hohlraums in erster Nähe rung den in der 2 veranschaulichte Richtungsverlauf aufweist. Die unterschiedliche Polarität der beiden Antennenzweige 1 und 2 führt zur Ausbildung eines elektrischen Feldes E, dessen Feldlinien in der 2 angedeutet sind.
Im Bereich des von den Leiterschleifen 1 und 3 sowie 2 und 4 umschlossenen Hohlraums sind die beiden über den Stromfluss I in den Antennenzweigen 1 und 2 erzeugten Felder, d. h. das elektrische E-Feld und das magnetische H-Feld, im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Diese parallele Ausrichtung ist auch im Fernfeld der Antennenanordnung gegeben. Damit stehen die sich daraus ergebenden E-Vektoren senkrecht aufeinander und sind gemäß ihrer Erzeugung auch noch um π/2 in ihrer Phase verschoben. Im Ergebnis erzeugt die in der 1 dargestellte Antennenstruktur somit eine zirkular polarisierte Welle, die von einer beliebig im Raum orientierten linear polarisierten Antennenstruktur mit geringen Verlusten empfangen werden kann. Die Antennenvorrichtung 10 von 1 gewährleistet somit eine Polarisationsanpassung der Signalübertragung, da eine orthogonale Ausrichtung der Polarisationsrichtungen von Funkwelle und Empfangsantenne stets ausgeschlossen ist.
Die Abstrahlungscharakteristik bzw. der Gesamtgewinn 12 der Antennenstruktur 10 von 1 ist in der 3 wiedergegeben. Es zeigt sich eine näherungsweise isotrope Verteilung des Gesamtgewinns. Der Unterschied zwischen (den dunkler dargestellten) Maxima und (den heller dargestellten) Minima beträgt nur wenige dB.
4 zeigt ein für die Antennenvorrichtung 10 von 1 berechnetes Diagramm in der x-y-Ebene 13, worin die Richtungsabhängigkeiten des Gewinns für die horizontale Polarisation (13a) und für die vertikale Polarisation (13b) dargestellt sind. Beide Kurven zeigen eine relativ homogene Verteilung. Die Amplituden der beiden orthogonalen Feldanteile sind dabei nahezu identisch. Durch entsprechende Wahl der Antennenparameter (speziell durch Wahl der Arbeitsfrequenz leicht abseits der Eigenresonanz) kann eine gegenseitige Verdrehung der Abstrahlrichtungen der beiden orthogonalen Feldanteile erreicht werden. Dadurch ist es möglich eine nahezu kugelförmige Abstrahlcharakteristik zu erreichen und somit die Abstrahlungseinbrüche im dreidimensionalen Raum stark zu reduzieren.
Die Richtungsabhängigkeiten beider Wellenabstrahlungen in der x-z-Ebene sind in der 5 gezeigt. Das Diagramm 14a (horizontale Polarisation) zeigt wie das Diagramm 14b (vertikale Polarisation) eine deutliche kardioidische Ausprägung, wobei die maximale Strahlungsleistung in einen Winkel von etwa neunzig Grad rotationssymmetrisch um die z-Achse abgegeben wird. Dies ähnelt dem typischen Verhalten einer Schleifenstruktur in der x-y-Ebene oder einer Dipol-Struktur in z-Richtung.
Die Ausführungsform der Antennenvorrichtung 20 von 6 weist eine abgewandelte Form der Antennenzweige von 1 auf. Im Gegensatz zu den Antennenzweigen 1 und 2 sind die freien Enden 21b und 22b der Antennenzweige 21 bzw. 22 in der Ebene des jeweiligen Antennenzweigs zurückgeführt, so dass der letzte Leiterabschnitt 21b bzw. 22b eines Antennenzweigs parallel neben dem mehr in der Mitte des Antennenzweigs befindlichen Leiterabschnitt 21a bzw. 22a angeordnet ist. Hierdurch kann ein längerer Antennenzweig auf einer kleineren Fläche untergebracht werden, wodurch sich bei gleicher Länge des Antennenzweigs ein kleineres Antennenvolumen oder umgekehrt bei gleichem Antennenvolumen ein (für niedrigere Frequenzen geeigneter) längerer Antennenzweig ergibt. Da die Stromstärken auf den Antennenzweigen in der Weise ungleich verteilt sind, dass sie in der Mitte der Antennenzweige die größten Amplituden aufweisen, an deren Enden jedoch praktisch Null sind, trägt der Bereich um das freie Ende eines Antennenzweigs nur wenig zur Ausbildung des H-Feldes bei. Die dargestellte Rückführung der Enden der Antennenzweige ermöglicht daher eine der jeweils geforderten Resonanz entsprechende Länge der Antennenzweige auf verkleinertem Raum, ohne dabei die Abstrahlcharakteristik und -leistung der Antennenanordnung zu stark negativ zu beeinflussen.
In dem Ausführungsbeispiel der 7 ist eine alternative Form der Rückführung der Endabschnitte der Antennenzweige vorgestellt. Im Gegensatz zur vorherigen Ausführungsform sind hierbei die freien Enden der Leiterstrukturen nicht in der Ebene der Antennenzweigschleifen zurückgeführt. Vielmehr sind die Antennenzweige so gefaltet, dass die freien Enden 31b und 32b am zugehörigen Antennenzweig 31 bzw. 32 jeweils unter- bzw. oberhalb dessen jeweiligen mittleren Abschnitts 31a bzw. 32a angeordnet sind.
8 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform 40 einer Antennenanordnung zum Erzeugen einer zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen 10, 20 und 30 sind die beiden Antennenzweige 41 und 42 hierbei ringförmig ausgestaltet und setzen ohne Fußabschnitte direkt an den Einspeisepunkten für die HF-Einspeisung 11 auf. Jeder der beiden gegenläufig angeordneten Antennenzweige 41 und 42 weist eine wendelförmige Form auf, wodurch beide einen über ihren Umfang im Wesentlichen konstanten vertikalen (in der Figur in z-Richtung) Abstand aufweisen. Die beiden Antennenzweige 41 und 42 umgrenzen so einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum. Je nach den durch die Geometrie eines Geräts gestellten Anforderung kann von dieser Struktur mit konstanter Steigung mit konstantem Abstand der Antennenzweige in z-Richtung abgewichen werden. Das Höhenprofil der Antennenstruktur kann mit einem nahezu beliebigen Verlauf an den verfügbaren Raum angepasst werden.
Für kleinere Frequenzen mit längeren Wellenlängen wird die spiralförmige Ausbildung der Antennenzweige 51 und 52 gemäß der Darstellung 50 von 9 bevorzugt, die es ermöglich eine ringförmige Geometrie der Antennenzweige auf ein kleines Antennenvolumen zu beschränken. Der Abstand zwischen beiden Antennenzweigen wird wie gezeigt über Fußabschnitte herge stellt. Die beiden gegenläufig angeordneten Spiraläste 51 und 52 umgrenzen somit einen zylinderförmigen Hohlraum, wobei die inneren Spiralabschnitte der Antennenäste 51 und 52 jeweils in einer der Grundflächen des umschlossenen zylinderförmigen Volumens angeordnet sind.
Die offenen Enden der gezeigten Antennen-Strukturen sind aufgrund des hohen E-Feldes sehr empfindlich gegenüber einer Berührung. Eine Berührung bewirkt durch ihren in erster Linie kapazitiven Effekt eine Verstimmung der Antenne. Die in der 10 gezeigte Antennenstruktur 60 geht aus der in der 1 gezeigten durch Drehen von der aus den Fußabschnitten und den Antennenzweigen gebildeten Schleifenstruktur um 180 Grad parallel zur x-y-Ebene hervor. Zur Speisung der Strahlerelemente 61 und 62 über die jeweiligen Fußabschnitte 63 und 64 ist die Platine 7' stegförmig zu den Fußpunkten der Leiterstrukturen herausgeführt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen schließen die Fußabschnitte im Wesentlichen senkrecht an die Antennenzweige an. Andere Winkel können vorgesehen werden, wobei hierüber ein (bezüglich der x-y-Ebene) horizontaler Versatz der beiden Antennenzweige erreicht werden kann.
Den bisher vorgestellten Ausführungsformen ist gemeinsam, dass sie ähnlich einer Dipolstruktur zwei Antennenzweige bzw. inklusive den zugehörigen Fußabschnitten zwei Leiterschleifen aufweisen, die im Wesentlichen dieselbe Form besitzen. Beide Leiterschleifen sind gegensinnig zueinander angeordnet, indem die eine sich in einer Lage befindet, die sich aus einer Rotation der anderen um 180 Grad um eine zwischen den beiden Antennenzweigen gelegene Achse ergibt, wobei diese Achse vorzugsweise mit der Gerätelängsrichtung übereinstimmt, die in den Figuren von der x-Achse repräsentiert wird. Um unsymmetrische elektrische oder magnetische Belastungen der Antennen-Struktur im Gerät zu kompensieren, kann von der streng symmetrischen Anordnung der Antennenteile abgewichen werden indem der erste Antennenzweig leicht unsymmetrisch gegenüber dem zweiten Antennenzweig ausgebildet oder angeordnet ist.
Dabei kann eine unsymmetrische Gestaltung mit einer unsymmetrischen Anordnung kombiniert werden.

1: erster Antennenzweig gemäß erster Ausführungsform
2: zweiter Antennenzweig gemäß erster Ausführungsform
3: erster Fußabschnitt gemäß erster Ausführungsform
4: zweiter Fußabschnitt gemäß erster Ausführungsform
5: Einspeisung
6: Massefläche
7: Schaltungsträger/Platine
7': Schaltungsträger/Platine
10: Antennenvorrichtung gemäß erster Ausführungsform
11: HF-Einspeisung
12: Abstrahlungscharakteristik der Antennenanordnung gemäß erster Ausführungsform
13: Horizontaldiagramm der Antennenanordnung gemäß erster Ausführungsform
13a: Horizontaldiagramm der H-Feld angeregte Welle
13b: Horizontaldiagramm der E-Feld angeregte Welle
14: Vertikaldiagramm der Antennenanordnung gemäß erster Ausführungsform
14a: Vertikaldiagramm der H-Feld angeregte Welle
14b: Vertikaldiagramm der E-Feld angeregte Welle
20: Antennenvorrichtung gemäß zweiter Ausführungsform
21: erster Antennenzweig gemäß zweiter Ausführungsform
21a: mittlerer Abschnitt des ersten Antennenzweigs gemäß zweiter Ausführungsform
21b: Endabschnitt des ersten Antennenzweigs gemäß zweiter Ausführungsform
22: zweiter Antennenzweig gemäß zweiter Ausführungsform
22a: mittlerer Abschnitt des zweiten Antennenzweigs gemäß zweiter Ausführungsform
22b: Endabschnitt des zweiten Antennenzweigs gemäß zweiter Ausführungsform
23: erster Fußabschnitt gemäß zweiter Ausführungsform
24: zweiter Fußabschnitt gemäß zweiter Ausführungsform
30: Antennenvorrichtung gemäß dritter Ausführungsform
31: erster Antennenzweig gemäß dritter Ausführungsform
31a: mittlerer Abschnitt des ersten Antennenzweigs gemäß dritter Ausführungsform
31b: Endabschnitt des ersten Antennenzweigs gemäß dritter Ausführungsform
32: zweiter Antennenzweig gemäß dritter Ausführungsform
32a: mittlerer Abschnitt des zweiten Antennenzweigs gemäß dritter Ausführungsform
32b: Endabschnitt des zweiten Antennenzweigs gemäß dritter Ausführungsform
33: erster Fußabschnitt gemäß dritter Ausführungsform
34: zweiter Fußabschnitt gemäß dritter Ausführungsform
40: Antennenvorrichtung gemäß vierter Ausführungsform
41: erster Antennenzweig gemäß vierter Ausführungsform
42: zweiter Antennenzweig gemäß vierter Ausführungsform
50: Antennenvorrichtung gemäß fünfter Ausführungsform
51: erster Antennenzweig gemäß fünfter Ausführungsform
52: zweiter Antennenzweig gemäß fünfter Ausführungsform
60: Antennenvorrichtung gemäß sechster Ausführungsform
61: erster Antennenzweig gemäß sechster Ausführungsform
62: zweiter Antennenzweig gemäß sechster Ausführungsform
63: erster Fußabschnitt gemäß sechster Ausführungsform
64: zweiter Fußabschnitt gemäß sechster Ausführungsform
I: Strom in den Antennenzweigen
E: elektrisches Feld
H: magnetisches Feld

Claims

Antennenvorrichtung mit einem ersten Antennenzweig (1, 21, 31, 41, 51, 61) und einem zweiten Antennenzweig (2, 22, 32, 42, 52, 62), wobei sowohl der erste als auch der zweite Antennenzweig die Form einer nicht geschlossenen Leiterschleife aufweisen und der erste Antennenzweig in einer zu der von der jeweiligen Leiterschleife umgrenzten Fläche im Wesentlichen senkrechten Richtung so zum zweiten Antennenzweig beabstandet angeordnet ist, dass die vom Fußpunkt zum freien Ende des ersten Antennenzweigs bestimmte erste Schleifenrichtung entgegen der vom Fußpunkt zum freien Ende des zweiten Antennenzweigs bestimmten zweiten Schleifenrichtung angeordnet ist.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des ersten Antennenzweigs (1, 21, 31, 41, 51, 61) im Wesentlichen der Form des zweiten Antennenzweigs (2, 22, 32, 42, 52, 62) entspricht.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antennenzweig (1, 21, 31, 41, 51, 61) gegenüber dem zweiten Antennenzweig (2, 22, 32, 42, 52, 62) so angeordnet ist, dass sich die Lage des ersten Antennenzweigs im Wesentlichen aus einer 180° Rotation des zweiten Antennenzweigs um eine in Gerätelängsrichtung gelegene Achse (x) ergibt.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Antennenzweig zusammen einen parallelepipedförmigen Hohlraum umgrenzen.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Antennenzweig zusammen einen quaderförmigen Hohlraum umgrenzen.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifenenden (21b, 22b) des ersten (21) und des zweiten (22) Antennenzweigs jeweils in eine der Umgrenzungsflächen des Hohlraums hineinragen.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (31b, 32b) des ersten (31) und des zweiten (32) Antennenzweigs so zurückgefaltet ausgeführt sind, dass sie in einem Abstand und im Wesentlichen parallel zu einem anderen Abschnitt (31a, 32a) des jeweiligen Antennenzweigs (31, 32) angeordnet sind.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (41, 51) und der zweite (42, 52) Antennenzweig zusammen einen zylinderförmigen Hohlraum umgrenzen.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antennenzweig (41) und der zweite Antennenzweig (42) jeweils wendelförmig ausgebildet sind.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung des ersten Antennenzweigs (41) und/oder des zweiten Antennenzweigs (42) nicht konstant ist.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antennenzweig (51) und der zweite Antennenzweig (52) jeweils spiralförmig ausgebildet sind.
Antennenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem ersten Antennenzweig (1, 21, 31, 41, 51, 61) und dem zweiten Antennenzweig (2, 22, 32, 42, 52, 62) im Wesentlichen konstant ist.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem ersten Antennenzweig (1, 21, 31, 41, 51, 61) und dem zweiten Antennenzweig (2, 22, 32, 42, 52, 62) entlang der Schleifenrichtung variiert.
Antennenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (1, 21, 31, 41, 51, 61) und der zweite (2, 22, 32, 42, 52, 62) Antennenzweig jeweils unter einem Winkel mit einem Fußabschnitt (3, 23, 63; 4, 24, 64) verbunden sind.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel neunzig Grad beträgt.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Fußabschnitt (3, 23, 63; 4, 24, 64) an ein Ende des jeweiligen Antennenzweigs (1, 21, 31, 41, 51, 61; 2, 22, 32, 42, 52, 62) anschließt.
Antennenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung und/oder Anordnung des ersten Antennenzweigs (1, 21, 31, 41, 51, 61) gegenüber dem zweiten Antennenzweig (2, 22, 32, 42, 52, 62) zumindest eine Abweichung von der Symmetrie aufweist.
Funkstation mit einer Antennenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.