DE102009023861A1

DE102009023861A1 - Antennenelement

Info

Publication number: DE102009023861A1
Application number: DE102009023861A
Authority: DE
Inventors: Akira Miyoshi; Kozo Katagami Shimizu
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2009-12-24
Also published as: US8174455B2; US20090303143A1; JP2009296256A; JP4562010B2

Abstract

Offenbart wird ein Antennenelement. Ein Substrat besteht aus einem dielektrischen Material und hat eine erste Seite. Ein erstes Antennenelement besteht aus leitfähigem Material und ist auf der ersten Seite vorgesehen. Ein erster Leistungsspeiseabschnitt besteht aus leitfähigem Material und ist auf dem ersten Antennenelement angeordnet. Ein zweites Antennenelement besteht aus leitfähigem Material, ist auf der ersten Seite vorgesehen und bildet eine Schleife, die das erste Antennenelement mit einem Zwischenraum umgibt. Ein zweiter Leistungsspeiseabschnitt besteht aus leitfähigem Material. Der zweite Leistungsspeiseabschnitt erstreckt sich von dem zweiten Antennenelement in Richtung des ersten Antennenelements und ist so angeordnet, dass eine elektromagnetische Kopplung mit dem ersten Antennenelement gebildet wird. Ein Störungselement besteht aus leitfähigem Material und erstreckt sich ausgehend von dem zweiten Antennenelement. Eine Schleifenlänge beträgt das Doppelte einer Umfangslänge des ersten Antennenelements.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Antennenelement, insbesondere auf ein Antennenelement, das für den Empfang eines GPS-Signals von einem GPS-Satelliten geeignet ist.
Wie in diesem technischen Bereich wohlbekannt ist, werden verschiedene Arten von Antennen auf einem Fahrzeug befestigt. Eine dieser Antennen ist eine GPS(globales Positionierungssystem)-Antenne.
GPS ist ein Positionierungssystem, das einen Satelliten verwendet. Das GPS ist so aufgebaut, dass Radiowellen (GPS-Signale) von vier oder mehr Satelliten von insgesamt vierundzwanzig die Erde umrundenden Satelliten (im Folgenden als GPS-Satelliten bezeichnet) empfangen werden. Das GPS ist in der Lage, die Position und Höhe (auf einer Karte) eines beweglichen Körpers mit hoher Genauigkeit auf Basis der Theorie der Triangulation zu berechnen, wobei Lagebeziehungen und Zeitdifferenzen zwischen dem beweglichen Körper und den GPS-Satelliten, die durch die empfangenen Radiowellen (GPS-Signale) erhalten werden, verwendet werden.
In den vergangenen Jahren hat sich die Verwendung des GPS verbreitet. So wird z. B. das GPS für Fahrzeugnavigationssysteme zur Detektion der Position eines Fahrzeugs in einem bewegten Zustand verwendet. Das Fahrzeugnavigationssystem enthält eine GPS-Antenne zum Empfang der GPS-Signale, einen Prozessor zur Verarbeitung der GPS-Signale, die durch die GPS-Antenne empfangen wurden, um so die gegenwärtige Position des Fahrzeugs zu ermitteln, und eine Anzeige zur Darstellung der durch den Prozessor ermittelten Position auf einer Karte. Als GPS-Antenne wird eine Flachantenne, wie z. B. eine Patchantenne, verwendet.
Die in Patentdokument 1 offenbarte Patchantenne enthält ein dielektrisches Substrat, eine Patchantennenelektrode, eine Masseelektrode und einen Speiseanschluss. Das dielektrische Substrat hat eine Oberseite und eine Unterseite, die einander gegenüberliegen. Das dielektrische Substrat ist mit einem Durchgangsloch versehen, das bei einem Speisepunkt von der Oberseite zur Unterseite reicht. Die Patchantennenelektrode wird durch ein leitfähiges Material gebildet und ist auf der Oberseite des dielektrischen Substrats vorgesehen. Die Masseelektrode wird durch ein leitfähiges Material gebildet und ist auf der Unterseite des dielektrischen Substrats vorgesehen. Die Masseelektrode hat eine Öffnung, die im Wesentlichen konzentrisch zu dem Durchgangsloch ausgeführt ist, und einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser des Durchgangslochs. Der Speiseanschluss hat ein erstes und ein zweites Ende. Das erste Ende des Speiseanschlusses ist an dem Speisepunkt mit der Patchantennenelektrode gekoppelt. Das zweite Ende des Speiseanschlusses wird durch die Öffnung zur Unterseite des dielektrischen Substrats geführt. Der Speisepunkt ist an einer Stelle abseits von dem Mittelpunkt der Patchantennenelektrode vorgesehen.
Ein tragbares Navigationsgerät ist bekannt. Es ist erforderlich, dass die GPS-Antenne an dem tragbaren Navigationsgerät befestigt ist. Es gibt zwei Arten zur Befestigung der GPS-Antenne an dem tragbaren Navigationsgerät. Die erste Art besteht darin, dass die GPS-Antenne an dem Äußeren des tragbaren Navigationsgeräts befestigt ist. Die zweite Art besteht darin, dass die GPS-Antenne innerhalb des tragbaren Navigationsgeräts vorgesehen ist. Für die erste Art gibt es zwei Verfahren. Das erste Verfahren besteht darin, dass ein die GPS-Antenne beinhaltendes Antennengehäuse auf einem oberen Abschnitt des tragbaren Navigationsgeräts vorgesehen ist. Das zweite Verfahren besteht darin, dass das Antennengehäuse in einem beliebigen Winkel bezüglich des Antennengehäuses an dem Antennengehäuse befestigt ist. Im Gegensatz dazu ist in der zweiten Art die GPS-Antenne auf einer in dem tragbaren Navigationsgerät untergebrachten Leiterplatte angeordnet.
Das in Patentdokument 2 offenbarte Antennengerät kann eine Steuerung der Direktionalität und/oder eine Multifrequenzanpassung realisieren. Das Antennengerät enthält eine Basisplatte, ein dielektrisches Teil, das auf einer Hauptseite der Basisplatte ausgebildet ist, ein im Wesentlichen rechteckiges Speiseelement, das auf einer Oberseite des dielektrischen Teils ausgebildet ist, die der Seite des dielektrischen Teils gegenüberliegt, das der Basisplatte gegenüberliegt, ein im Wesentlichen rechteckiges parasitäres Element, das symmetrisch zu dem Speiseelement entlang einer elektrischen Feldfläche und einer magnetischen Feldfläche angeordnet ist, und einem Schalter, der zumindest in einer der Regionen in der Nähe der vier Spitzen des parasitären Elements ausgebildet ist und das Speiseelement und die Basisplatte kurzschließt.

[Patentdokument 1] japanische Patentveröffentlichung Nr. 2008-66979 A
[Patentdokument 2] japanische Patentveröffentlichung Nr. 2006-261941 A

Unter Bezug auf die 1 bis 5 wird eine herkömmliche Patchantenne 10 erläutert. In den 1 bis 3 wird die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (Tiefenrichtung) durch die X-Richtung dargestellt, die Links- und Rechtsrichtung (Breitenrichtung) wird durch die Y-Richtung dargestellt, und die Profilrichtung (Höhenrichtung, Dickenrichtung) wird durch die Z-Richtung dargestellt.
Die Patchantenne 10 wird gebildet durch ein dielektrisches Substrat 12, das im Wesentlichen quaderförmig ist, eine Patchantennenelektrode 14, eine Masseelektrode 16 und einen Speiseanschluss 18, der eine Nietenform hat.
Das dielektrische Substrat 12 wird durch ein Keramikmaterial gebildet, das eine hohe Permittivität (z. B. eine relative Permittivität ε_r von 20) aufweist, wie z. B. Bariumtitanat. Das dielektrische Substrat 12 hat eine Oberseite 12u und eine Unterseite 12d, die einander in Z-Richtung gegenüberliegen, und Seitenflächen 12s. Die Ecken der Seitenflächen 12s des dielektrischen Substrats 12 sind abgeschrägt. Das dielektrische Substrat 12 ist mit einer Durchgangsbohrung 12a versehen, die von der Oberseite 12u zur Unterseite 12d reicht.
In dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel ist das dielektrische Substrat 12 so eingerichtet, dass seine Länge in X-Richtung 25 mm, die Länge in Y-Richtung 25 mm und die Länge in Z-Richtung 4 mm beträgt.
Die Patchantennenelektrode 14 wird durch ein leitfähiges Material gebildet und ist auf einem Mittelabschnitt der Oberseite 12u des dielektrischen Substrats 12 vorgesehen. Die Patchantennenelektrode 14 hat eine rechteckige Form und eine Größe, bei der die Länge in X-Richtung 12,3 mm und die Länge in Y-Richtung 12,5 mm beträgt. Die Patchantennenelektrode 14 wird z. B. durch einen Silbermusterdruck gebildet.
Wie in 2D gezeigt, wird die Masseelektrode 16 durch ein leitfähiges Material gebildet und ist auf der Unterseite 12d des dielektrischen Substrats 12 vorgesehen. Die Masseelektrode 16 hat eine Öffnung 16a, die im Wesentlichen konzentrisch zu der Durchgangsbohrung 12a ist und einen Durchmesser hat, der größer ist als der Durchmesser der Durchgangsbohrung 12a.
Eine Speisestelle 15 ist an einer Stelle vorgesehen, die in X-Richtung und in Y-Richtung gegenüber dem Mittelpunkt der Patchantennenelektrode 14 verschoben ist. Ein oberer Endabschnitt 18a des Speiseanschlusses 18 ist mit dem Speisepunkt 15 gekoppelt. Ein unterer Endabschnitt 18b des Anschlusses 18 wird durch die Durchgangsbohrung 12a und den Masseöffnungsabschnitt 16a zur Unterseite der Masseelektrode 16 geführt.
Ein Lötmittel wird als Speisepunkt 15 verwendet. Der Speisepunkt 15 hat daher eine konvexe Form, die über die Hauptfläche der Patchantennenelektrode 14 herausragt.
Der in der Zeichnung gezeigte Speiseanschluss 18 enthält einen Nietstift mit einem an dem oberen Endabschnitt 18a vorgesehenen Kopf 181 und einem stabförmigen Körper 182, der sich von dem oberen Endabschnitt 18a zu einem unteren Endabschnitt 18b des Speiseanschlusses 18 erstreckt. Der Kopf 181 des Speiseanschlusses 18 ist durch Löten mit der Patchantennenelektrode 14 verbunden, wobei der Kopf 181 des Speiseanschlusses 18 über die Hauptfläche der Patchantennenelektrode 14 herausragt.
Wie in 4 gezeigt, ist das Antennenelement 10 in einem tragbaren Navigationsgerät (PND) 80 untergebracht, wenn das Antennenelement 10 als GPS-Antenne verwendet werden kann.
Das tragbare Navigationsgerät (PND) 80, das in 4 dargestellt ist, enthält ein Gehäuse 82 und eine Anzeige 84, die auf der Vorderseite des Gehäuses 82 vorgesehen ist. In diesem Fall ist das Antennenelement 10 auf einer (später beschriebenen) Leiterplatte befestigt, die in dem tragbaren Navigationsgerät 80 untergebracht ist.
Wie in 5 gezeigt, kann ein derartiges tragbares Navigationsgerät 80 auch als Fahrzeugnavigationsgerät verwendet werden, indem es senkrecht auf dem Armaturenbrett in einem Fahrzeug angebracht wird. In diesem Fall ist die Leiterplatte 86 des tragbaren Navigationsgeräts 80 ebenfalls in einer senkrechten Lage angeordnet. Da das als GPS-Antenne verwendete Antennenelement 10 ebenfalls auf der Hauptfläche der Leiterplatte 86 befestigt ist, ist die Normale der Oberseite 12u des dielektrischen Substrats 12 in horizontaler Richtung bezüglich der GPS-Satelliten 70 ausgerichtet, die sich in Richtung des Zenits befinden, d. h. z. B. in Richtung der Vorderseite des Fahrzeugs.
Wie in 5 gezeigt, ist in dem herkömmlichen Patchantennenelement 10 der Hauptstrahl immer in vertikaler Richtung (Normalenrichtung) A bezüglich der Oberseite 12u des dielektrischen Substrats 12 ausgerichtet. Mit der herkömmlichen Patchantenne 10 wird es daher schwierig, die GPS-Signale von den Satelliten 70 effizient zu empfangen.
Das Patentdokument 2 offenbart lediglich eine Antennenvorrichtung, die eine Steuerung der Direktionalität und/oder der Multifrequenzanpassung realisieren kann, und gibt keine Hinweise auf die Anordnung der Antennenvorrichtung innerhalb des tragbaren Navigationsgeräts oder eines damit verbundenen Problems.
Zusammenfassung
Es ist daher ein vorteilhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Antennenelement anzugeben, das Satellitenwellen, wie z. B. GPS-Signale, effizient empfangen kann, selbst wenn die Normalenrichtung der Patchantennenelektrode in Frontrichtung ausgerichtet ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Antennenelement zur Verfügung gestellt, das umfasst:
ein Substrat, bestehend aus einem dielektrischen Material und mit einer ersten Seite;
einem ersten Antennenelement, bestehend aus leitfähigem Material, das auf der ersten Seite vorgesehen ist;
einem ersten Leistungsspeiseabschnitt, bestehend aus leitfähigem Material, der auf dem ersten Antennenelement angeordnet ist;
einem zweiten Antennenelement, bestehend aus leitfähigem Material, das auf der ersten Seite vorgesehen ist und eine Schleife bildet, die das erste Antennenelement mit einem Zwischenraum umgibt;
einem zweiten Leistungsspeiseabschnitt, bestehend aus leitfähigem Material, der sich von dem zweiten Antennenelement in Richtung des ersten Antennenelements erstreckt und so angeordnet ist, dass eine elektromagnetische Kopplung mit dem ersten Antennenelement gebildet wird; und
einem Störungselement, bestehend aus leitfähigem Material, das sich ausgehend von dem zweiten Antennenelement erstreckt,
wobei ein Schleifenlänge das Doppelte der Umfangslänge des ersten Antennenelements beträgt.
Das Antennenelement kann so ausgebildet sein, dass das Substrat eine quaderförmige Form hat.
Das Antennenelement kann so ausgeführt sein, dass das Substrat aus Keramik besteht.
Das Antennenelement kann so ausgeführt sein, dass das Antennenelement des Weiteren eine Masseelektrode, bestehend aus leitfähigem Material umfasst, die auf einer zweiten Seite des Substrats gegenüber der ersten Seite vorgesehen ist, wobei das erste Antennenelement, das zweite Antennenelement, der zweite Leistungsspeiseabschnitt, das Störungselement und die Masseelektrode aus gedruckten Mustern, bestehend aus Silber, gebildet werden.
Das Antennenelement kann so ausgebildet sein, dass das Antennenelement des Weiteren umfasst: eine Masseelektrode, bestehend aus leitfähigem Material, die auf einer zweiten Seite des Substrats gegenüber der ersten Seite vorgesehen ist; und einen Leistungsspeiseanschluss mit einem Endabschnitt, der elektrisch mit dem Antennenelement verbunden ist, wobei das Substrat mit einer Durchgangsbohrung ausgebildet ist, die die erste Seite und die zweite Seite verbindet und einen ersten Durchmesser hat, wobei der Leistungsspeiseanschluss sich durch die Durchgangsbohrung erstreckt, und wobei die Masseelektrode mit einer Bohrung versehen ist, die konzentrisch zu der Durchgangsbohrung ist und einen zweiten Durchmesser hat, der größer ist als der erste Durchmesser.
Das Antennenelement kann so ausgeführt sein, dass: das erste Antennenelement eine erste Seite hat, eine zweite Seite gegenüber der ersten Seite, eine dritte Seite, und eine vierte Seite gegenüber der dritten Seite; wobei die erste Seite und die zweite Seite eine erste Länge haben, und die dritte Seite und die vierte Seite eine zweite Länge haben, die kürzer ist als die erste Länge; die Schleife vier gerade Abschnitte hat, deren Längen jeweils gleich sind; der erste Leistungsspeiseabschnitt an einer Stelle vorgesehen ist, die näher an der ersten Seite als an der zweiten Seite liegt; der zweite Leistungsspeiseabschnitt sich von einem der geraden Abschnitte gegenüber der zweiten Seite ausgehend erstreckt.
Das Antennenelement kann so ausgeführt sein, dass: das Störungselement sich ausgehend von einem der geraden Abschnitte gegenüber der zweiten Seite erstreckt.
Das Antennenelement kann so ausgeführt sein, dass: der zweite Leistungsspeiseabschnitt einen ersten Abschnitt hat, der sich von einem der geraden Abschnitte gegenüber der zweiten Seite in Richtung der zweiten Seite erstreckt, und einen zweiten Abschnitt, der sich ausgehend von dem ersten Abschnitt in einer Richtung parallel zu der zweiten Seite erstreckt.
Das Antennenelement kann so ausgeführt sein, dass: die Position des ersten Leistungsspeiseabschnitts näher an der dritten Seite liegt, als an der vierten Seite, und das Störungselement näher an einem der geraden Abschnitte gegenüber der dritten Seite liegt als der zweite Leistungsspeiseabschnitt.
Das Antennenelement kann so ausgeführt sein, dass: das Antennenelement dazu eingerichtet ist, ein GPS-Signal von GPS-Satelliten zu empfangen.
Ein tragbares Navigationsgerät, das das Antennenelement beinhaltet, kann so ausgeführt sein, dass: das tragbare Navigationsgerät eine Leiterplatte umfasst, auf der das Antennenelement befestigt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine herkömmliche Patchantenne zeigt.
2A ist eine Aufsicht der herkömmlichen Patchantenne.
2B ist eine Frontansicht der herkömmlichen Patchantenne.
2C ist eine Ansicht der linken Seite der herkömmlichen Patchantenne.
2D ist eine Ansicht der Unterseite der herkömmlichen Patchantenne.
3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III in 2A.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein tragbares Navigationsgerät zeigt, das die herkömmliche Patchantenne beinhaltet.
5 ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem das herkömmliche tragbare Navigationsgerät der 4 senkrecht an einem Armaturenbrett eines Fahrzeugs angebracht ist.
6 ist eine Aufsicht, die ein Antennenelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 zeigt einen Schnitt entlang einer Linie VII-VII in 6.
8 ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem ein tragbares Navigationsgerät, das das Antennenelement der Erfindung beinhaltet, senkrecht an dem Armaturenbrett eines Fahrzeugs angebracht ist.
9 ist ein Diagramm, das die Strahlungscharakteristik (senkrechte Strahlungscharakteristik) des Antennenelements der Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden im Detail in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Ein Antennenelement 10A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 6 und 7 erläutert. Das Antennenelement 10A hat den gleichen Aufbau wie die herkömmliche Antenne 10, mit Ausnahme, dass das dielektrische Substrat, wie später beschrieben wird, abgewandelt ist, und dass eine Schleifenantennenelektrode 22, eine Speiseleitung 24 und ein Störungselement 26 zusätzlich vorgesehen sind. Das dielektrische Substrat wird daher durch das Bezugszeichen 12A bezeichnet. Komponenten ähnlich zu denen der Antennenvorrichtung 10 werden durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine Wiederholung der entsprechenden Erläuterungen verzichtet wird.
In 6 und 7 wird die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (Tiefenrichtung) durch eine X-Richtung dargestellt, die Links- und Rechtsrichtung (Breitenrichtung) wird durch eine Y-Richtung dargestellt und die Aufrissrichtung (Höhenrichtung, Dickenrichtung) wird durch eine Z-Richtung dargestellt.
Das in den Zeichnungen dargestellte dielektrische Substrat 12A ist an den Ecken der Seitenflächen 12s nicht abgeschrägt. In den Zeichnungen ist das dielektrische Substrat 12A aus einem keramischen Material mit einer relativen Permittivität von 38 gebildet. Das dielektrische Substrat 12A hat eine Länge in X-Richtung von 25 mm, eine Länge in Y-Richtung von 25 mm und eine Länge in Z-Richtung von 4 mm.
Die Schleifenantennenelektrode 22, die Speiseleitung 24 und das Störungselement 26 und die Patchantennenelektrode 14 sind auf der Oberseite 12u des dielektrischen Substrats 12A ausgebildet.
Die Patchantennenelektrode 14 ist aus einem leitfähigen Material gebildet und im Mittelabschnitt der Oberseite 12u des dielektrischen Substrats 12 vorgesehen. Eine äußere Umfangslänge der Patchantennenelektrode 14 beträgt 1 λ, wenn eine Empfangswellenlänge des Antennenelements 10A λ beträgt. Die in der Zeichnungen gezeigte Patchantennenelektrode 14 ist durch einen Silbermusterdruck gebildet. Die Patchantennenelektrode 14 hat eine rechteckige Form mit einem Paar langer Seiten 142-1, 142-2, die einander entlang der X-Richtung gegenüberliegen, und einem Paar kurzer Seiten 141-1, 141-2, die einander in Y-Richtung gegenüberliegen.
Der Speisepunkt 15 ist an einer Stelle vorgesehen, die abseits vom Mittelpunkt der Patchantennenelektrode 14 liegt. In den Zeichnungen ist der Speisepunkt 15 an einer Stelle vorgesehen, die näher an der langen Seite 142-2 in Y-Richtung und der kurzen Seite 144-2 in X-Richtung liegt, als an der langen Seite 142-1 bzw. der kurzen Seite 144-1. Dadurch kann ein Patchantennenabschnitt, der die Patchantennenelektrode 14 enthält, eine rechtszirkulär polarisierte Welle empfangen.
Die Schleifenantennenelektrode 22 ist aus einem dielektrischen Material gebildet und an einem äußeren Umfangsabschnitt der Oberseite 12u des dielektrischen Substrats 12 vorgesehen. Das bedeutet, dass die Schleifenantennenelektrode 22 so angeordnet ist, dass sie die Patchantennenelektrode 14 mit einem Zwischenraums auf der Oberseite 12u des dielektrischen Substrats 12 umgibt. Die Schleifenlänge der Schleifenantennenelektrode 20 ist auf 2 λ gesetzt. Die Schleifenantennenelektrode 22 hat eine rechteckige Rahmenform mit vier leitfähigen Liniensegmenten 222-1, 222-2, 222-3 und 222-4 der gleichen Länge. Die in den Figuren gezeigte Schleifenantennenelektrode 22 wird ebenfalls durch den Silbermusterdruck gebildet.
Die Speiseleitung 24 wird durch ein leitfähiges Material gebildet und erstreckt sich in Richtung der Patchantennenelektrode 14 von der Schleifenantennenelektrode 22. Die Speiseleitung 24 ist elektromagnetisch mit der Patchantennenelektrode 14 gekoppelt. Das bedeutet, dass ein Zwischenraum δ zwischen der Patchantennenelektrode 14 und der Speiseleitung 24 vorgesehen ist, wobei die Speiseleitung 24 der Schleifenantennenelektrode 22 durch die elektromagnetische Kopplung Leistung zuführt. Da die Leistung durch die Schleifenantennenelektrode 22 über elektromagnetische Kopplung zugeführt wird, kann die Impedanzanpassung leicht realisiert werden. Die Impedanz kann angepasst werden, indem die Größe des Zwischenraums δ geändert wird. Außerdem kann die Frequenzcharakteristik des An tennenelements 10 geändert werden, indem eine Kopplungslänge L zwischen der Speiseleitung 24 und der Patchantennenelektrode 14 geändert wird.
Wie in 6 gezeigt, erstreckt sich die Speiseleitung 24 von einem leitfähigen Liniensegment 22-1, das der langen Seite 142-1 gegenüberliegt, welches wiederum der langen Seite 142-2 gegenüberliegt, der der Speisepunkt 15 näher liegt, als der langen Seite 142-1.
Ein Störungselement 26 ist aus einem leitfähigen Material gebildet und an der Schleifenantennenelektrode 22 vorgesehen. Konkret ist das Störungselement 26 an dem bestimmten leitfähigen Liniensegment 222-1 der Schleifenantennenelektrode 22 vorgesehen. In anderen Worten, das Störungselement 26 ist auf dem leitfähigen Liniensegment 222-1 an einer Stelle vorgesehen, wo es näher an der kurzen Seite 144-2 als an der kurzen Seite 144-1 liegt. Da das Störungselement 26 an dieser Stelle vorgesehen ist, kann ein Schleifenantennenabschnitt, der die Schleifenantennenelektrode 22 beinhaltet, eine rechtszirkulär polarisierte Welle empfangen.
Sowohl die Speiseleitung 24 als auch das Störungselement 26 werden durch Silbermusterdruck gebildet.
In der zuvor beschriebenen Konfiguration des Antennenelements 10A ist, obwohl die äußere Umfangslänge der Patchantennenelektrode 14 auf 1 λ und die Schleifenlänge der Schleifenantennenelektrode 22 auf 2 λ gesetzt ist, die Erfindung nicht auf die zuvor genannten äußeren Umfangslängen (Schleifenlängen) der Patchantennenelektrode 14 und der Schleifenantennenelektrode 22 beschränkt, solange die Schleifenlänge der Schleifenantennenelektrode das Doppelte der äußeren Umfangslänge der Patchantennenelektrode umfasst.
Das Antennenelement 10A mit dem oben beschriebenen Aufbau hat ein Strahlungsmuster, das aus dem Strahlungsmusters des Patchantennenabschnitts inklusive der Patchantennenelektrode 14 und dem Strahlungsmuster des Schleifenantennenabschnitts inklusive der Schleifenantennenelektrode 22 besteht. Im Ergebnis kann die Hauptkeule des Antennenelements 10A in einer bestimmten Richtung (der rückwärtigen Richtung der X-Richtung in 6) gekippt werden. Ein derartiges Antennenelement 10A wird daher auch als „Kippkeulenantennenelement” bezeichnet.
Da außerdem die Patchantennenelektrode 14, die Schleifenantennenelektrode 22, die Speiseleitung 24 und das Störungselement 26 auf der Oberseite 12u des dielektrischen Substrats 12A ausgebildet sind, wird die Schleifenantennenelektrode 22 auch mit Leistung versorgt, indem der Patchantennenelektrode 14 am Speisepunkt 15 Leistung zugeführt wird. Daher ist nur ein Speisepunkt 15 erforderlich.
Wie in 8 gezeigt, kann das tragbare Navigationsgerät 80 auch als Fahrzeugnavigationsgerät verwendet werden, wenn es senkrecht an dem Armaturenbrett innerhalb des Fahrzeugs angebracht ist. In diesem Fall ist auch die Leiterplatte 86 des tragbaren Navigationsgeräts 80 senkrecht angeordnet. Da daher auch das Antennenelement 10A, das als GPS-Antenne verwendet wird, auf der Hauptseite der Leiterplatte 86 angebracht ist, ist die Normale der Oberseite 12u des dielektrischen Substrats 12A in Frontrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet.
Wie aber oben beschrieben wurde, ist die Hauptkeule des Antennenelements 10A in einer bestimmten Richtung B gekippt, wie durch den Pfeil B in 8 angedeutet. In anderen Worten, wie in 8 gezeigt, strahlt das Antennenelement 10A den Hauptstrahl in der Richtung B nach oben in vertikaler Richtung (Normalenrichtung) der Oberseite 12u des dielektrischen Substrats 12. Das Antennenelement 10A kann daher die GPS-Signale von den Satelliten 70 effizient empfangen. Das bedeutet, dass die Empfangsempfindlichkeit des tragbaren Navigationsgeräts 80 verbessert werden kann.
In 9 stellt RHCP ein Strahlungsmuster einer rechtszirkulär polarisierten Welle und LHCP ein Strahlungsmuster einer linkszirkulär polarisierten Welle dar.
9 zeigt, dass der Hauptstrahl der rechtszirkulär polarisierten Welle in Rückwärtsrichtung der X-Richtung (der Richtung nach oben in Beispiel der 8) durch einen Kippwinkel von ungefähr 25 Grad bezüglich (bezüglich der Vorwärtsrichtung in 8) der Z-Richtung (der Normalenrichtung der Oberseite 12u des dielektrischen Substrats 12) geneigt ist.
Obwohl lediglich einige beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann erkennen, dass zahlreiche Abwandlungen der beispielhaften Ausführungsformen möglich sind, ohne von der neuen Lehre und den Vorteilen der Erfindung abzuweichen. Demzufolge versteht sich, dass alle derartigen Abwandlungen unter die vorliegende Erfindung fallen sollen.
Das Material des dielektrischen Substrats ist nicht auf keramische Materialien beschränkt und kann auch ein Kunstharzmaterial umfassen. Obwohl das Patchantennenelement gemäß der vorliegenden Erfindung zum Empfangen der GPS-Signale geeignet ist, kann das Antennenelement gemäß der Erfindung auch als Antennenelement zum Empfang verschie dener Arten von Radiowellen verwendet werden. Obwohl das in 6 gezeigte Antennenelement 10A ein Antennenelement zum Empfangen der rechtszirkulär polarisierten Welle ist, kann das Antennenelement auch für den Empfang der linkszirkulär polarisierten Welle eingerichtet sein. Die Patchantennenelektrode 14 kann auch eine polygonale Form haben, die von der Quaderform abweicht, solange die polygonale Form zwei gegenüberliegende Seiten hat, wie z. B. eine hexagonale oder orthogonale Form.
Die Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2008-147182 , eingereicht am 4. Juni 2008, wird in ihrer Gesamtheit, inklusive Beschreibung, Zeichnungen und Ansprüche, hiermit durch Verweis mitaufgenommen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2008-66979 A [0007]
- JP 2006-261941 A [0007]
- JP 2008-147182 [0067]

Claims

Antennenelement, umfassend: ein Substrat, bestehend aus dielektrischem Material und mit einer ersten Seite; ein erstes Antennenelement, bestehend aus leitfähigem Material, das auf der ersten Seite vorgesehen ist; einen ersten Leistungsspeiseabschnitt, bestehend aus leitfähigem Material, der auf dem ersten Antennenelement angeordnet ist; ein zweites Antennenelement, bestehend aus leitfähigem Material, das auf der ersten Seite vorgesehen ist und eine Schleife bildet, die das erste Antennenelement mit einem Zwischenraum umgibt; einen zweiten Leistungsspeiseabschnitt, bestehend aus leitfähigem Material, der sich von dem zweiten Antennenelement in Richtung des ersten Antennenelements erstreckt und so angeordnet ist, dass eine elektromagnetische Kopplung mit dem ersten Antennenelement gebildet wird; und ein Störungselement, bestehend aus leitfähigem Material, das sich, ausgehend von dem zweiten Antennenelement, erstreckt, wobei eine Schleifenlänge das Doppelte einer Umfangslänge des ersten Antennenelements beträgt.
Antennenelement nach Anspruch 1, wobei das Substrat die Form eines Quaders hat.
Antennenelement nach Anspruch 1, wobei das Substrat aus Keramik besteht.
Antennenelement nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Masseelektrode aus leitfähigem Material, die auf einer zweiten Seite des Substrats gegenüber der ersten Seite vorgesehen ist, wobei das erste Antennenelement, das zweite Antennenelement, der zweite Leistungsspeiseabschnitt, das Störungselement und die Masseelektrode durch gedruckte Muster, bestehend aus Silber, gebildet werden.
Antennenelement nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: eine Masseelektrode, bestehend aus leitfähigem Material, die auf einer zweiten Seite des Substrats gegenüber der ersten Seite angeordnet ist; und einen Leistungsspeiseanschluss mit einem Endabschnitt, der mit dem ersten Antennenelement elektrisch verbunden ist, wobei das Substrat mit einer Durchgangsbohrung versehen ist, die die erste Seite und die zweite Seite verbindet und einen ersten Durchmesser hat, wobei der Leistungsspeiseanschluss sich durch die Durchgangsbohrung erstreckt, und wobei die Masseelektrode mit einer Bohrung versehen ist, die konzentrisch zu der Durchgangsbohrung ist und einen zweiten Durchmesser hat, der größer ist als der erste Durchmesser.
Antennenelement nach Anspruch 1, wobei: das erste Antennenelement eine erste Seite, eine zweite Seite gegenüber der ersten Seite, eine dritte Seite und eine vierte Seite gegenüber der dritten Seite hat; die erste Seite und die zweite Seite eine erste Länge haben, und die dritte Seite und die vierte Seite eine zweite Länge haben, die kürzer ist als die erste Länge; die Schleife vier gerade Abschnitt hat, deren Längen einander gleich sind; der erste Leistungsspeiseabschnitt an einer Stelle angeordnet ist, die näher an der ersten Seite als an der zweiten Seite liegt; der zweite Leistungsspeiseabschnitt sich ausgehend von einem der geraden Abschnitte gegenüber der zweiten Seite erstreckt.
Antennenelement nach Anspruch 6, wobei das Störungselement sich ausgehend von dem einen der geraden Abschnitte gegenüber der zweiten Seite aus erstreckt.
Antennenelement nach Anspruch 6, wobei der zweite Leistungsspeiseabschnitt einen ersten Teil hat, der sich von dem einen der geraden Abschnitte gegenüber der zweiten Seite zu der zweiten Seite erstreckt, und einen zweiten Teil, der sich von dem ersten Teil in der Richtung parallel zu der zweiten Seite erstreckt.
Antennenelement nach Anspruch 6, wobei die Position des ersten Leistungsspeiseabschnitts näher an der dritten Seite als an der vierten Seite liegt, und das Störungselement näher an einem der geraden Abschnitte gegenüber der dritten Seite liegt, als der zweite Leistungsspeiseabschnitt.
Antennenelement nach Anspruch 1, wobei das Antennenelement dazu eingerichtet ist, GPS-Signale von GPS-Satelliten zu empfangen.
Tragbares Navigationsgerät, umfassend eine Leiterplatte, auf der ein Antennenelement nach Anspruch 10 angebracht ist.