DE102008019366B3

DE102008019366B3 - Mehrschichtige Antenne planarer Bauart

Info

Publication number: DE102008019366B3
Application number: DE102008019366A
Authority: DE
Inventors: Gerald Schillmeier; Frank Mierke
Original assignee: Kathrein Werke KG
Current assignee: Continental Advanced Antenna GmbH
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2009-11-19
Anticipated expiration: 2028-04-18
Also published as: BRPI0910300A2; JP2011517915A; WO2009127318A1; EP2238647B1; EP2238647A1; ES2383940T3; JP5154691B2; CN102017303A; CA2719300A1; ATE548781T1; CN102017303B

Abstract

Eine verbesserte mehrschichtige Antenne zeichnet sich durch folgende Merkmale aus: - die Patch-Anordnung (13) ist zumindest zweigeteilt und umfasst neben dem primären Patch-Element (53) ein sekundäres Patch-Zusatzelement (55), - das Patch-Element (53) und das Patch-Zusatzelement (55) sind zur Veränderung ihrer Gesamthöhe (114) aufeinander zu und zumindest teilweise ineinander positionierbar, und - das Patch-Zusatzelement (55) ist durch eine separate Halte- und Trageinrichtung, vorzugsweise durch eine die gesamte Antennenanordnung überdeckende Haube (61) gehalten.

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Antenne planarer Bauart nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine gattungsbildende mehrschichtige Antenne ist aus der DE 10 2006 027 694 B3 bekannt geworden.
Die mehrschichtige Antenne planarer Bauart umfasst dabei eine elektrisch leitende Massefläche, eine leitende Strahlungsfläche (die im parallelen Abstand zur Massefläche angeordnet ist) sowie einen dielektrischen Träger, der zwischen der Massenfläche und der Strahlungsfläche sandwichartig vorgesehen ist. Oberhalb der Strahlungsfläche ist eine Trageinrichtung angeordnet, auf der ein elektrisch leitfähiges Patch-Element positioniert ist. Die Trageinrichtung für das Patch-Element weist eine Dicke oder Höhe auf, die kleiner ist als die Dicke oder Höhe des Patch-Elementes.
Das Patch-Element selbst kann als Volumenkörper, also als Vollmaterial ausgebildet sein. Möglich ist auch, dass das Patch-Element aus einer Metallplatte oder einem Metallblech besteht, welches beispielsweise durch Schneiden oder Stanzen mit umlaufenden und vom dielektrischen Träger weg verlaufende Stege, Ränder oder dergleichen versehen ist.
Eine derartige Antenne eignet sich insbesondere als Kraftfahrzeug-Antenne, beispielsweise auch für die SDARS-Dienste. Dazu kann eine derartige Patchantenne neben weiteren Antennenstrahlern für andere Dienste auf einer gemeinsamen Sockelanordnung auf separaten zur Sockelanordnung in der Regel vertikal nach oben vorstehenden Antennenstrukturen etc. versehen sein.
Eine derartige gesamte Antennenanordnung befindet sich dann unterhalb einer Haube, wie dies beispielsweise aus der EP 1 616 367 B1 bekannt ist.
Bei derartigen Antennenanordnungen beispielsweise unter Verwendung einer aus der eingangs genannten DE 10 2006 027 694 B3 bekannten Patchantenne muss darauf geachtet werden, dass gewisse Toleranzen eingehalten werden. Dies erfordert durchaus, dass zur Vermeidung eines nicht ausreichenden Innenraumes innerhalb einer Haube ein zusätzliches geringes Maß von 1–2 mm als Toleranzausgleich zur Verfügung stehen muss. Bei haubenförmigen Abdeckungen führt dies aber insgesamt durchaus zu einer spürbaren Vergrößerung der gesamten Haube, da bereits eine geringe Vergrößerung der Minimalhöhe aufgrund einer bestimmten Kurvengestaltung der Haube zu einer nicht gewünschten Verbreiterung und Verlängerung des Haubengehäuses insgesamt führt.
Eine kompakte Breitbandantenne ist zudem aus der EP 1 793 451 A1 bekannt geworden. Gemäß 4 und 5 dieser Vor veröffentlichung umfasst die Patchantennen-Anordnung eine Massefläche, eine oberhalb der Massefläche durch ein dielektrisches Substrat davon getrennt angeordnete aktive flächenförmige Patchantenne, oberhalb der im Abstand eine flächige parasitäre Patchantenne angeordnet ist. Diese ebenfalls flächige parasitäre Patchantenne ist an der Unter- oder Innenseite eines Radoms befestigt, welches das dielektrische Substrat oberhalb der Massefläche mit dem Außen-Wandlungsumfang mit umfasst.
Aus der Vorveröffentlichung Anguera, J.; Boada, L.; Puente, C.; Borja, C.; Soler, J.: ”Stacked H-shaped microstrip patch antenna,” IEEE Transactions an Antennas and Propagation, Bd. 52, Nr. 4, 983–993, April 2004 sind H-förmige Patchantennenanordnungen bekannt geworden, ebenso wie aus der Vorveröffentlichung Moussa, I. K.; Mohamed, D. A. E.; Badran, I.: ”Analysis of Stacked Rectangular Microstrip Antenna,” National Radio Science Conference, 2007.1-11, 13–15 März 2007. Aus der zuletzt genannten Vorveröffentlichung ist auch die Wirkung variabler Abstände von Patch-Elementen zur Strahlungsfläche zu entnehmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, eine nochmals verbesserte mehrschichtige Antenne planarer Bau art zu entwickeln, die auch bei optimalem Antennenempfang eine Verringerung der einzuhaltenden Toleranzen ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die mehrschichtige Antenne planarer Bauart entspricht grundsätzlich jenem Aufbau, wie er aus der DE 10 2006 027 694 B3 bekannt ist. Insoweit wird auf den Offenbarungsgehalt der vorstehend genannten Vorveröffentlichung verwiesen und zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.
Die Verbesserung lässt sich nunmehr dadurch realisieren, dass das auf der planaren Patchantenne oberhalb der Trageinrichtung 19 vorgesehene parasitäre Patch nunmehr zumindest zweigeteilt ist und ein erstes Patch-Element sowie ein Patch-Zusatzelement umfasst. Zur Variierung der Gesamthöhe der beiden Patch-Elemente können diese teleskopähnlich unterschiedlich weit zusammengefahren werden, bevorzugt das eine in das andere unterschiedlich weit eintauchen. Das eine Patch-Element kann dabei vorzugsweise boxenförmig oder boxenähnlich bevorzugt mit einem umlaufenden und nach oben hin offenen Rand gestaltet sein. Das zweite nachfolgend teilweise auch als Patch-Zusatzelement bezeichnete Patch-Element kann aus einem Volumenkörper oder beispielsweise einem ebenfalls boxenförmig gestalteten Strahlungselement bestehen oder dieses umfassen, so dass beide Patch-Elemente aufeinander zu in unterschiedlicher Lage positioniert werden können, in welcher das eine Patch-Element in dem anderen quasi um eine gewisse Höhe ”eintaucht”. Mit anderen Worten sollte also vorzugsweise zumindest eines der beiden Patch-Elemente eine Länge und/oder eine Breite aufweisen, die bevorzugt zumindest geringfügig kleiner ist als das lichte Innenmaß des mit einem umlaufenden oder in der Regel umlaufenden geschlossenen Rand versehene zweite Patch-Element über ein gewisses Maß bei Bedarf eintauchen kann. Dabei kann das weitere zur parasitären Strahleranordnung gehörende Patch-Zusatzelement wie erwähnt als Volumenkörper oder auch als boxenförmig gestaltetes Element vorgesehen sein, welches bevorzugt nach unten hin offen ist. Insbesondere in diesem Falle kann aber auch das untere Patch-Element als Volumenkörper oder als beispielsweise sogar nach unten hin offenes, boxenförmiges Patch-Element ausgestattet sein, welches in das obere Patch-Zusatzelement eintauchen kann, insbesondere dann, wenn es geringfügig kleiner dimensioniert ist (also in Längs- und Querrichtung) als das obere Patch-Zusatzelement.
Diese Patch-Zusatzeinrichtung wird nunmehr an der Innenseite der die gesamte Antennenanordnung übergreifenden Haube befestigt und/oder ist darüber gehalten, und zwar derart, dass diese Patch-Zusatzeinrichtung direkt oberhalb der auf der Trageinrichtung befindlichen Patch-Anordnung sitzt. In Seitenansicht soll dabei bevorzugt kein Abstandsraum zwischen den Rändern oder Stegen der auf der Trägereinrichtung befindlichen Patch-Anordnung und der darüber befindlichen Patch-Zusatzeinrichtung vorgesehen sein. Bei Toleranzabweichung kann dann aber durchaus die obere Patch-Zusatzeinrichtung in das auf der Trägereinrichtung befindliche boxenförmige Patch-Element unterschiedlich tief eintauchen, oder aber es entsteht zwischen beiden ein Spalt.
Grundsätzlich kann die Anordnung auch umgekehrt sein, dass beispielsweise das an der Haube befestigte Patch-Element größer dimensioniert und mit dem erwähnten in der Regel geschlossenen umlaufenden Rand oder Steg versehen ist und dabei bei Bedarf das darunter liegende über die eigentliche Patchantenne gehaltene Patch-Element je nach Bedarf unterschiedlich weit übergreift.
Durch diese erfindungsgemäße Anordnung kann insgesamt die Haube niedriger bauen, da kein zusätzliches wenn auch nur geringes Höhenmaß für Toleranzabweichungen bereitgestellt werden muss. Sollten Toleranzabweichungen vorhanden sein, so führt dies allenfalls dazu, dass das an der Innenseite der Haube gehaltene Patch-Zusatzelement unterschiedlich weit in die darunter befindliche boxenförmige, auf der Trageinrichtung sitzende Patch-Anordnung eingreifen kann.
Dieses zweigeteilte Patch wirkt aber in elektrischer Hinsicht wie das in dem gattungsbildenden Stand der Technik gemäß der DE 10 2006 027 694 B3 beschriebene einteilige Patch-Element.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erörterung der Erfindung. Dabei zeigen im Einzelnen:
1: eine Querschnittsdarstellung durch eine erfindungsgemäß mehrschichtige Antenne, insbesondere Patchantenne mit einem erfindungsgemäß zusätzlich vorgesehenen Patch-Zusatzelement;
2: eine schematische Draufsicht auf das Aus führungsbeispiel gemäß 1;
3: eine schematische räumliche Darstellung der erfindungsgemäßen Patchantenne mit einem nach Art einer offenen Box gestalteten primären Patch-Element, in welches ein Patch-Zusatzelement eintaucht;
4: eine entsprechende Darstellung zu 3, jedoch ohne das weitere Patch-Zusatzelement;
5: eine schematische Querschnittsdarstellung durch das in 3 wiedergegebene Ausführungsbeispiel mit einer alles überdeckenden Haube;
6: eine zu 5 abweichende Querschnittsdarstellung mit einer abweichenden Haubengeometrie und einer andersartigen Halteeinrichtung für das Patch-Zusatzelement;
7: ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel von 2 in schematischer Draufsicht; und
8: ein zu 3 abweichendes Ausführungsbeispiel mit einem Patch-Zusatzelement, welches oben liegend in der Zentralfläche eine Ausnehmung aufweist.
Nachfolgend wird zunächst auf das Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 4 Bezug genommen, in denen eine Patchantenne gezeigt ist, die längs einer axialen Achse Z übereinander angeordnete Flächen und Schichten aufweist. Ein derartiges Patch-Element ist vom Grundsatz her aus der DE 10 2006 027 694 B3 bekannt, auf deren Offenbarungsgehalt in vollem Umfange Bezug genommen wird. Allerdings weist das aus DE 10 2006 027 694 B3 bekannte Patch-Element keine zweigeteilte parasitäre Patch-Anordnung mit einem erfindungsgemäß Patch-Zusatzelement auf.
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 Massefläche n-polygonal sein und/oder sogar mit kurvigen Abschnitten versehen oder kurvig gestaltet sein, obgleich dies unüblich ist.
Der dielektrische Träger 5 mit einer Oberseite 5a und einer Unterseite 5b weist eine ausreichende Höhe oder Dicke auf, die in der Regel einem Vielfachen der Dicke der Massenfläche 3 entspricht, also 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.
Abweichend vom dielektrischen Körper 5 kann auch ein an dersartiges Dielektrikum oder ein andersartiger Dielektrikum-Aufbau vorgesehen sein, auch unter Verwendung von Luft oder mit einer Schicht von Luft neben einem weiteren dielektrischen Körper. Bei Verwendung von Luft als Dielektrikum muss dann natürlich eine entsprechende Trägereinrichtung beispielsweise mit Stelzen, Bolzen, Säulen etc. vorgesehen sein, um die weiteren darüber befindlichen und nachfolgend noch erläuterten Teile der Patchantenne zu tragen und zu halten.
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.
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.
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.
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.
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.
Dis bisher erläuterte Patchantenne A kann beispielsweise aus einer handelsüblichen Patchantenne bestehen, vorzugsweise aus einer sogenannten Keramik-Patchantenne, bei der also die dielektrische Trägerschicht 5 aus einem Keramikmaterial besteht. Entsprechend der weiteren Schilderung ergibt sich, dass über die bisher erläuterte Patchantenne A hinaus gehend eine Patchantenne im Sinne einer Stacked-Patchantenne weiter ausgebildet ist, bei der mit Seiten- oder Höhenversatz zur oberen Strahlungsfläche 7 zusätzlich ein Patch-Anordnung 13 vorgesehen ist die ein erstes primäres Patch-Element 53 und ein zweites sekundäres Patch-Zusatzelement 55 umfasst. Dabei ist das erste parasitäre Patch-Element 53 so gestaltet, dass es gegenüber der erwähnten Massefläche 3 und der Strahlungsfläche 7 eine dreidimensionale Struktur mit unterschiedlicher, d. h. größerer Höhe oder Dicke aufweist.
Bevorzugt wird eine Trageinrichtung 19 mit einer Dicke oder Höhe 17, insbesondere eine dielektrische Trageinrichtung 19 eingesetzt, worüber das primäre Patch-Element 53 gehalten und getragen wird. Diese dielektrische Trageinrichtung 19 besteht bevorzugt aus einer Haft- oder Montageschicht 19' (6), die beispielsweise als sogenannte doppelseitig klebende Haft- und Montageschicht 19' ausgebildet sein kann. Es können hierzu handelsübliche doppelseitig klebende Klebebänder oder doppelseitig klebende Schaumbänder, Klebepads oder dergleichen verwendet werden, die eine entsprechende, vorstehend genannte Dicke aufweisen. Dies eröffnet die einfache Möglichkeit, hierüber das erwähnte Patch-Element 53 auf der Oberseite einer handelsüblichen Patchantenne, insbesondere einer handelsüblichen Keramik-Patchantenne zu befestigen und zu montieren.
Die so geschilderte Stacked-Patchantenne ist auf einem in 1 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 Stacked-Patchantenne kann beispielsweise ins besondere 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.
Das primäre Patch-Element 53 kann beispielsweise aus einem elektrisch leitfähigen, nach oben hin offenen boxenförmigen Metallkörper mit entsprechender Längs- und Quererstreckung und ausreichender Höhe bestehen.
Wie aus der räumlichen Darstellung gemäß 3 und 4 ersichtlich ist, kann dieses Patch-Element 53 eine rechteckförmige oder quadratische Struktur mit entsprechendem Umriss 53' aufweisen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Patch-Element 53 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.
Wie aus den Figuren zu ersehen ist, ist die parasitäre Patch-Anordnung 13 zweigeteilt und umfasst das auf der Trägereinrichtung 19 sitzende oder daran befestigte und gehaltene primäre Patch-Element 53, welches nach Art einer nach oben hin offenen Box gestaltet ist und eine Basis- oder Zentralfläche 153 umfasst, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem umlaufenden Rand oder einem umlaufenden Steg 53b (allgemein also einer entsprechenden Erhebung 53b) versehen ist, der sich von der Ebene der auch zur Massefläche parallelen Basisfläche 153 quer, insbesondere senkrecht erhebt. Ein derartiges Patch-Element 53 kann beispielsweise durch Schneiden und Kanten aus einem elektrisch leitfähigen Metallblech hergestellt werden, wobei die umlaufenden Stege 53b in den Eckbereichen miteinander elektrisch/galvanisch beispielsweise durch Löten verbunden sein können (wobei ferner im Zentralabschnitt 153 auch noch Ausnehmungen vorgesehen sein können, worauf nachfolgend nicht weiter eingegangen wird.
Oberhalb dieses primären Patch-Elementes 53 befindet sich dann das sekundäres Patch-Zusatzelement 55, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls boxenförmig gestaltet ist, und zwar nach Art eines Volumenkörpers mit entsprechender Länge und Breite und Höhe. Die Dimensionierung in Länge und Breite ist derart, dass die Maße z. B. zumindest geringfügig kleiner sind als die freie Innen- und Querlänge zwischen den umlaufenden Stegen 53b des primären Patch-Elementes 53. Dies eröffnet nämlich die Möglichkeit, dass das sekundäre Patch-Element, d. h. das sekundäre Patch-Zusatzelement 55 in unterschiedlichem Maße in den Innenraum 53a des unteren Patch-Elementes 53 eintauchen kann. Mit anderen Worten kommt das zuunterst liegende Niveau, d. h. die unterste Begrenzungsebene 55' im Innenraum 53a des primären Patch-Elementes 53 zu liegen, also unterhalb der oberen Begrenzungsebene 53', die durch die obere umlaufende Kante der Stege oder Ränder oder Außenwände 53b vorgegeben ist.
Abweichend von einem so gebildeten Volumenkörper kann aber auch das sekundäre Patch-Zusatzelement 55 auch so ausgestaltet sein, dass es ähnlich wie das untere Patch-Element 53 nach Art einer offenen Box mit einem Innenraum 55a (siehe 5 und 6) und mit einem umlaufenden Rand oder einem umlaufenden Steg 55b (allgemein einer umlaufenden Erhebung 55b) gebildet ist, also dieses sekundäre Patch-Zusatzelement 55 mit seiner Öffnungsseite nach unten weist und durch den oben liegenden Boden 155 abgeschlossen ist.
Das so erläuterte Patch-Zusatzelement 55 wird nunmehr durch eine separate Trageinrichtung 61 vorzugsweise in Form einer die Antenne überdeckenden und aufnehmenden Haube oder Gehäuse 61' gehalten.
In 5 ist dabei ein erstes schematisches Ausführungsbeispiel im senkrechten Schnitt quer zur Masseebene bzw. quer zu den Strahlungsebenen der Patchantenne wiedergegeben, bei welcher an der oben liegenden, in diesem Ausführungsbeispiel flach gestalteten Hauben-Oberseite 61a an der dort befindlichen Innenseite 61b das sekundäre Patch-Zusatzelement 55 mit seiner Oberseite 13a, die durch die Basis- oder Zentralfläche 155 gebildet ist, beispielsweise durch Kleben, durch einen separaten Rast- oder Fixiermechanismus etc. gehalten und befestigt ist.
Diese Ausführungsform erlaubt es Toleranzfehler leicht dadurch auszugleichen, dass je nach dem sich ergebenden Gesamtaufbau der Patchantenne einschließlich des primären Patch-Elementes 53 und des Patch-Zusatzelementes 55 sowie nach Höhe der Haube 61 und dem zur Verfügung stehenden lichten Innenmaß unterhalb dieser Haube 61 dieses Patch-Zusatzelement 55 unterschiedlich weit in das untere primäre Patch-Element 53 eintauchen kann. Dadurch lassen sich Toleranzfehler ausgleichen.
Bei der Variante gemäß 6 ist eine abweichende, im Querschnitt eher trapezförmige Haubengestaltung gezeigt. In diesem Falle ist das oben liegende Patch-Zusatzelement 55 über eine separate Trageinrichtung 63 an der Oberseite 61a der Haube aufgehängt. Es können hier beliebige mechanische Halte- und/oder Rast- und/oder Klemmmechanismen in Betracht kommen, um das obere Patch-Zusatzelement entsprechend zu tragen und zu fixieren.
Aus dem geschilderten Aufbau ergibt sich also, dass die Gesamthöhe 114 der Patch-Anordnung 13 durchaus entsprechend den unterschiedlichen Toleranzbedingungen leicht variieren kann. Dies wird dadurch erzielt, dass die Patch-Anordnung 13 zumindest zweigeteilt ist und die beiden im gegebenenfalls unterschiedlichen Relativabstand zueinander positionierbare Bestandteile, nämlich das Patch-Element 53 und das Patch-Zusatzelement 55 umfasst.
Die Dicke der gesamten Patch-Anordnung 13 soll bevorzugt ein Maß aufweisen, welches nicht nur das Doppelte, das 3-, 4- oder 5-fache usw., sondern vor allem das 10-fache, 20-, 30-, 40-, 50-, 60-, 70-, 80-, 90- und/oder 100-fache und mehr der Dicke der Massefläche 3 und/oder der Dicke der Strahlungsfläche 7 beträgt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Dicke oder Höhe 114 der gesamten Patch-Anordnung 13 gleich oder größer als ein Abstand 17 zwischen der Unterseite des Patch-Elementes 53 und der Oberseite der Strahlungsfläche 7. Andererseits sollte dieser Abstand auch 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.
Ferner ist auch zu ersehen, dass die Höhe oder Dicke 114 der dreidimensionalen Patch-Anordnung 13 bevorzugt kleiner ist als die Höhe oder Dicke 15 des dielektrischen Trägers 5. Bevorzugt weist die Gesamtdicke oder Gesamthöhe 114 der Patch-Anordnung 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.
Zudem ist eine Beschränkung auf die vorstehend genannte Höhe nicht zwingend notwendig. Von daher kann die Höhe oder Dicke 114 der dreidimensionalen Patch-Anordnung 13 auch eine größere und vor allem deutlich größere Höhe oder Dicke aufweisen als die Dicke oder Höhe 15 des dielektrischen Trägers 5. Mit anderen Worten kann diese Höhe oder Dicke 15 des Trägerelementes 5 beispielsweise auch ein Maß aufweisen, welches bis zum 1,5-fachen, 2-fachen, 4-, 5-, 6-, 7-, 8-, 9- und/oder dem 10-fachen und mehr der Höhe oder Dicke 15 des Trägerelementes 5 entspricht.
Andererseits soll die Dicke oder Höhe 114 der gesamten Patch-Anordnung 13 bevorzugt größer sein als das Abstandsmaß 17 zwischen der Strahlungsfläche 7 und der Unterseite 13b des Patch-Elementes 13.
Die Höhe 114a des unteren Patch-Elementes 53 und die Höhe 114b des oberen Patch-Zusatzelementes 55 sind bevorzugt gleich, um einen maximalen Toleranzausgleich zu ermöglichen. Bevorzugt sollen zumindest die beiden Einzelhöhen 114a und 114b (5) bezüglich des Patch-Elementes 53 im Verhältnis zum Patch-Zusatzelement 55 und weniger als 50%, insbesondere weniger als 40%, 30%, 20%, insbesondere weniger als 10% voneinander abweichen.
Auch das obere Patch-Zusatzelement 55 ist natürlich elektrisch leitfähig oder an seiner Außenseite oder gegebenenfalls mit einem Hohlraumkörper mit einer leitenden Innenseite versehen. Von daher kann dieser Körper ebenfalls aus Metall bestehen oder aus einem Kunststoffmaterial oder dielektrischen Körper, der gegebenenfalls mit einer elektrisch leitfähigen Schicht überzogen ist. In der Praxis kann dabei ein Einbau innerhalb einer Haube zum Tragen kommen, bei der das obere zweite Patch-Element 55 eventuell mit seiner unteren Begrenzungsebene 55' nur in Höhe der oberen Begrenzungsebene 53' des unteren Patch-Elementes 53 zu liegen kommt, oder sogar geringfügig darüber positioniert ist.
Nur der Vollständigkeit halber wird auch erwähnt, dass der Gesamtaufbau von unterem und oberen Patch-Element umgekehrt vorgenommen sein kann, dergestalt, dass beispielsweise das von den Außenkonturen kleiner dimensioierte obere Patch-Element 55 auf der Trägereinrichtung 19 aufgebaut ist und das in den Figuren untere geschildete Patch-Element 53 an einer Haube befestigt und/oder gehalten ist, mit anderen Worten also das dann oben liegende Patch-Element das untere übergreift und das untere Patch-Element in dem oberen Patch-Element eintauchen kann. Dies würde aber zu einer Vergrößerung der Haubenabmessung führen, was grundsätzlich weniger erwünscht ist.
Grundsätzlich wird auch angemerkt, dass das jeweils eine Teil der gesamten Patch-Anordnung 13, welches kleiner dimensioniert ist und in das jeweils andere Patch-Element oder Patch-Zusatzelement (welches nach Art einer offenen Box gestaltet ist) eintauchen kann, als Volumenkörper (also Vollkörper) oder ebenfalls als nach einer Seite hin offene Box gestaltet sein kann. Dabei liegt die offene Seite des so gestalteten boxenförmigen Patch-Elementes 53 oder Patch-Zusatzelementes 55 bevorzugt jeweils auf der dem anderen Patch-Element zugewandt liegenden Seite. Mit anderen Worten liegen also die offenen Seiten des Patch-Elementes 53 und des Patch-Zusatzelementes 55 auf den beiden aufeinander zugewandt liegenden Seiten. Grundsätzlich kann die Öffnungsseite, insbesondere bei dem kleiner dimensionierten Patch-Zusatzelement 55, auch auf der zum Patch-Element 53 abgewandt liegenden Seite ausgebildet sein.
Abschließend wird anhand von 7 nur grundsätzlich erläutert, dass auch andere geometrische Formen und Konturen nicht nur für die obere Strahlungsfläche 7, sondern bevorzugt auch für die beiden ineinander greifbaren Patch-Einrichtungen 53, 55 denkbar sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist zumindest an zwei gegenüberliegenden Bereichen sowohl das Patch-Element 53 als auch das Patch-Zusatzelement 55 mit einer von einer rechteckförmigen oder quadratischen Struktur abweichenden Form versehen, in dem hier an den Eckbereichen Abflachungen 153' bzw. 155' vorgesehen sind. Ganz allgemein sollten allerdings die Umrissformen beider Patch-Elemente 53, 55 so aneinander angepasst sein, dass sie in der Regel zumindest ähnlich zueinander sind und eine optimale quasi teleskopartige Ineinanderfügbarkeit erlauben.
Es sind bisher Ausführungsbeispiele beschrieben worden, bei denen, wie in den Zeichnungen dargestellt worden ist, das Patch-Element 53 und das Patch-Zusatzelement 55 zumindest teilweise ineinander eintauchen. Wie bereits erwähnt worden ist, können die beiden Patch-Elemente 53, 55 auch so angeordnet sein, dass die untere Begrenzungsebene des oberen Patch-Elementes und die obere Begrenzungsebene des unteren Patch-Elementes gerade in einer Ebene liegen oder dass sogar zwischen diesen beiden Begrenzungsebenen ein Abstand gebildet ist. Die Anordnung soll dabei derart sein, dass der maximale Abstand zwischen der oberen Begrenzungsebene 53' des primären Patch-Elementes 53 und der unteren Begrenzungsebene 55' des Patch-Zusatzelementes 55 kleiner ist als das 5-fache der Höhe 114b des Patch-Zusatzelementes 55, vorzugsweise kleiner ist als das 4-fache, 3-fache, 2-fache und insbesondere 1-fache der Höhe 114b des Patch-Zusatzelementes 55 oder sogar kleiner ist als die halbe Höhe 114b.
Schließlich wird auch noch auf das Ausführungsbeispiel gemäß 8 verwiesen, das nur zur Vervollständigung möglicher Abwandlungen zeigt, dass beispielsweise auch in der oberen Basis- oder Zentralfläche 155 des Patch-Zusatzelementes 55 eine Ausnehmung oder ein Ausschnitt 55'' eingebracht sein kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist diese Ausnehmung 55'' rundloch- oder kreisförmig gestaltet.

Claims

Mehrschichtige Antenne planarer Bauart, insbesondere Patchantenne vorzugsweise unter Ausschluss einer inverted F-Antenne, mit mehreren entlang einer axialen Achse (Z) mit oder ohne Seitenversatz zueinander anordneten Flächen und/oder Schichten, mit den folgenden Merkmalen: – es ist eine elektrisch leitende Massefläche (3) vorgesehen, – es ist eine leitende Strahlungsfläche (7) vorgesehen, die im seitlichen Abstand zur Massefläche (3) anordnet ist und vorzugsweise parallel dazu verläuft, – es ist ein dielektrischer Träger (5) vorgesehen, der zwischen der Massefläche (3) und der Strahlungsfläche (7) zumindest in einer Teilhöhe und/oder einem Teilbereich gegebenenfalls neben Luft angeordnet ist, – die Strahlungsfläche (7) ist mit einer elektrisch leitenden Speiseleitung (9) elektrisch verbunden, – mit einer Trageinrichtung (19), die direkt oder mittelbar auf der zur Massefläche (3) gegenüberliegenden Seite der Strahlungsfläche (7) vorgesehen ist, – mit einer elektrisch leitfähigen Patch-Anordnung (13), welche auf der zur Strahlungsfläche (7) gegenüberlie genden Seite der Trageinrichtung (19) vorgesehen ist, – die Trageinrichtung (19) weist eine Dicke oder Höhe (17) auf, die kleiner ist als die Dicke oder Höhe (114) der Patch-Anordnung (13), – die Patch-Anordnung (13) umfasst ein Patch-Element (53), welches boxenförmig oder boxenähnlich gestaltet ist und dazu neben einem Basis- oder Zentralabschnitt (153) quer dazu wegstehende Erhebungen, Ränder und/oder Stege (53b) umfasst, – die Patch-Anordnung (13) ist zumindest zweigeteilt und umfasst neben dem primären Patch-Element (53) ein sekundäres Patch-Zusatzelement (55), – das Patch-Element (53) und das Patch-Zusatzelement (55) sind zur Veränderung ihrer Gesamthöhe (114) aufeinander zu und zumindest teilweise ineinander positionierbar, und – das Patch-Zusatzelement (55) ist durch eine separate Halte- und Trageinrichtung, vorzugsweise durch eine die gesamte Antennenanordnung überdeckenden Haube (61) gehalten.
Mehrschichtige Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Patch-Zusatzelement (55) mit seiner unteren Begrenzungsebene (55') so angeordnet ist, dass die untere Begrenzungsebene (55') in Höhe oder unterhalb der oberen Begrenzungsebene (53') des primären Patch-Elementes (53) zu liegen kommt.
Mehrschichtige Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Patch-Zusatzelement (55) mit seiner unteren Begrenzungsebene (55') so angeordnet ist, dass die untere Begrenzungsebene (55') oberhalb der oberen Begren zungsebene (53') des primären Patch-Elementes (53) zu liegen kommt, und zwar mit einem maximalen Abstand, der geringer ist als die 5-fache Höhe (114b), vorzugsweise geringer ist als die 4-fache, 3-fache, 2-fache Höhe und insbesondere geringer ist als die Höhe (114b) des Patch-Zusatzelementes (55b) und bevorzugt geringer ist als die halbe Höhe (114b) des Patch-Zusatzelementes (55).
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge und/oder Breite des Patch-Zusatzelementes (55) so dimensioniert ist, dass es in den Aufnahmeraum (53a) des Patch-Elementes (53) eintauchen kann, der durch die Zentralfläche (153) und die vorzugsweise umlaufenden Erhebungen, Ränder und/oder Stege (53b) des primären Patch-Elementes (53) umgrenzt ist.
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge und Breite des Patch-Zusatzelementes (55) zumindest geringfügig kleiner sind als das lichte Innenmaß des Aufnahmeraumes (53a) des Patch-Elementes (53).
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (114a) des Patch-Elementes (53) und die Höhe (114b) des Patch-Zusatzelementes (55) gleich sind oder weniger als 50%, insbesondere weniger als 40%, 30%, 20% und insbesondere weniger als 10% voneinander abweichen.
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge und/oder die Breite des primären Patch-Elementes (53) von der Länge und/oder Breite des Patch-Elementes (55) um weniger als 40%, insbesondere weniger als 30%, 20%, 10% und weniger als 5% und insbesondere weniger als 2% voneinander abweichen.
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamthöhe (114) der Patch-Anordnung (13) kleiner ist als die Dicke oder Höhe (15) des dielektrischen Trägers (5) zwischen der Massefläche (3) und der Strahlungsfläche (7).
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamthöhe (114) der Patch-Anordnung (13) größer ist als die Dicke oder Höhe des dielektrischen Trägers (5) zwischen der Massefläche (3) und der Strahlungsfläche (7), wobei die Dicke oder Höhe (114) des Patchelementes (13) bis zum 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8-, 9- oder 10-fachen und mehr der Dicke oder Höhe (15) des dielektrischen Trägers (5) entspricht.
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Patch-Element (53) und/oder das Patch-Zusatzelement (55) eine Längs- und/oder Quererstreckung der Strahlungsfläche (7) aufweist, die größer oder gleich ist als die Längs- und/oder Quererstreckung des dielektrischen Trägers (5) und/oder größer ist als die Längs- oder Quererstreckung der Massefläche (3).
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtdicke oder Gesamthöhe (144) der Patch-Anordnung (13) mehr als das Doppelte, mehr als das 3-, 4- oder 5-fache, insbesondere mehr als das 6-, 7-, 8-, 9- oder 10-fache und insbesondere mehr als das 20-, 30-, 40-, 50-, 60-, 70-, 80-, 90- oder 100- fache und mehr der Dicke der Massefläche (3) und/oder der Dicke der Strahlungsfläche (7) beträgt.
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Patch-Element (53) und/oder das Patch-Zusatzelement (55) aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Metall besteht.
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Patch-Element (53) und/oder das Patch-Zusatzelement (55) aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material besteht und mit einer elektrisch leitfähigen Schicht ganz oder teilweise überzogen ist, wobei zumindest die Zentral- oder Basisabschnitte und/oder die umlaufenden Seitenbegrenzungen und/oder die vorgesehenen Ränder oder Stege mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen sind.
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Patch-Element (53) zumindest näherungsweise boxenförmig gestaltet ist, nämlich mit einem Zentralabschnitt (153), der von einem umlaufend geschlossenen oder abschnittsweise ausgebildeten Rand oder Steg (53b) umgeben ist, wobei die Öffnungsseite des so gebildeten boxenförmig gestalteten Patch-Elementes (53) von der Strahlungsfläche (7) oder der Massefläche (3) wegweisend liegt.
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Patch-Zusatzelement (55) zumindest näherungsweise boxenförmig gestaltet ist, nämlich mit einem Zentralabschnitt (153), der von einem umlaufend geschlossenen oder abschnittsweise ausgebildeten Rand oder Steg (55b) umgeben ist, wobei die Öffnungsseite des so gebildeten boxenförmig gestalteten Patch-Zusatzelementes (55) vorzugsweise auf die Strahlungsfläche (7) oder die Massefläche (3) zuweisend liegt.
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden unter Anpassung ihrer Gesamthöhe (114) ineinander unterschiedlich positionierbare Patch-Elemente (53) und Patch-Zusatzelemente (55) berührungsfrei oder unter gegenseitiger Kontaktierung ineinander eintauchen.
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Trägereinrichtung (19) das Patch-Element (53) angeordnet ist, welches einen Zentralabschnitt (153) aufweist, der von einem Rand oder Steg (53b) umgeben ist, der von der Strahlerfläche (7) weg ausgerichtet ist, und dass das Patch-Zusatzelement, welches über eine separate Trageinrichtung (61, 61') gehalten ist, mit kleineren Außenabmessungen hierin eintaucht.
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der beiden Patch-Elemente (53, 55), vorzugsweise das Patch-Zusatzelement (55) an der Innenseite der Haube (61) befestigt, insbesondere mittels kleben oder einer mechanischen Befestigungs-, Rast- oder Klemmeinrichtung gehalten ist.
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite der Haube (61) eine separate Trag- und/oder Befestigungseinrichtung (63) zur Fixierung des benachbarten Patch-Elementes vorzugsweise in Form des Patch-Zusatzelementes (55) vorgesehen ist.
Mehrschichtige Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Patch-Zusatzelement (55) an dessen Basis- oder Zentralfläche (155) eine Ausnehmung (55'') ausgebildet ist, vorzugsweise eine kreisförmige Ausnehmung.