DE102011007786A1

DE102011007786A1 - antenna device

Info

Publication number: DE102011007786A1
Application number: DE102011007786A
Authority: DE
Inventors: Heiko Braun; Dorothea Sturtz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2012-10-25
Also published as: WO2012143180A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Antennenvorrichtung, insbesondere für ein Handortungsgerät (12a), mit zumindest zwei Flächenstrahlern (14a–e, 16a–e, 18a–e, 20a–e), die zu einer Spiegelebene (22a–e) zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet sind. Es wird vorgeschlagen, dass zumindest zwei der Flächenstrahler (14a–e, 16a–e, 18a–e, 20a–e) jeweils zumindest einen Speisepunkt (26a–e) aufweisen, der jeweils an einer der Spiegelebene (22a–e, 24a–e) abgewandten Außenseite angeordnet ist.The invention is based on an antenna device, in particular for a hand-held location device (12a), with at least two surface emitters (14a-e, 16a-e, 18a-e, 20a-e) which at least essentially form a mirror plane (22a-e) are designed mirror-symmetrically. It is proposed that at least two of the surface radiators (14a-e, 16a-e, 18a-e, 20a-e) each have at least one feed point (26a-e), which is located on one of the mirror planes (22a-e, 24a-e). e) is arranged facing away from the outside.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Antennenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an antenna device according to the preamble of claim 1.

In der Druckschrift DE10 2005 062 874 A1 ist bereits eine Antennenvorrichtung für ein Handortungsgerät mit vier Flächenstrahlern, die zu einer Spiegelebene zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet sind, vorgeschlagen worden.In the publication DE10 2005 062 874 A1 an antenna device for a handheld location device with four area radiators, which are formed to a mirror plane at least substantially mirror-symmetrical, has already been proposed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht aus von einer Antennenvorrichtung, insbesondere für ein Handortungsgerät, mit zumindest zwei Flächenstrahlern die zu einer Spiegelebene zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrischen ausgebildet sind.The invention relates to an antenna device, in particular for a handheld location device, with at least two area radiators which are formed to a mirror plane at least substantially mirror-symmetrical.

Es wird vorgeschlagen, dass zumindest zwei der Flächenstrahler jeweils zumindest einen Speisepunkt aufweisen, der jeweils an einer der Spiegelebene abgewandten Außenseite angeordnet ist. Insbesondere soll unter einem „Flächenstrahler” ein Teil einer Antenne verstanden werden, der dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil einer elektromagnetischen Welle abzustrahlen und der ein Verhältnis von einer Länge zu einer Breite aufweist, die kleiner als 8, vorzugsweise kleiner als 6, besonders bevorzugt kleiner als 4, ist. Vorzugsweise ist der Flächenstrahler aus einem, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Material, vorteilhaft jedoch aus einer Beschichtung und/oder besonders vorteilhaft aus einem insbesondere gebogenen Blechteil. Die Beschichtung könnte beispielsweise mittels einer physikalischen und/oder chemischen Gasphasenabscheidung, einer Lackierung, Spincoating, Sprühcoating und/oder Sputtern, insbesondere auf einen Strahlerträger und/oder auf ein Dielektrikum, aufgebracht sein. Vorzugsweise sind die Flächenstrahler miteinander unverbunden, das heißt insbesondere gegeneinander isoliert. Alternativ könnten die Flächenstrahler durch Kondensatoren, Spulen und/oder vorteilhaft Widerstände miteinander verbunden sein, und zwar vorteilhaft an Stellen, an denen ein Abstand zwischen den Flächenstrahlern am geringsten ist. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Unter einer „Spiegelebene” soll insbesondere eine Ebene verstanden werden, zu der die zumindest zwei Flächenstrahler zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrisch angeordnet und geformt sind. Vorzugsweise sind die Flächenstrahler zu zwei Spiegelebenen spiegelsymmetrisch. In diesem Zusammenhang soll unter „zumindest im Wesentlichen” insbesondere verstanden werden, dass wenigstens 50%, vorteilhaft wenigstens 75%, besonders vorteilhaft wenigstens 90%, eines Volumens der Flächenstrahler spiegelsymmetrisch angeordnet und geformt ist. Unter dem Begriff „Speisepunkt” soll insbesondere ein Punkt verstanden werden, auf den bei einem Senden eine elektrische Energie auf den Flächenstrahler mittels eines insbesondere geschirmten Leiters aufgebracht wird und insbesondere von dem bei einem Empfangen eine elektrische Energie mittels des insbesondere geschirmten Leiters abgeleitet wird. Insbesondere soll unter einer „abgewandten Außenseite” ein Bereich des Flächenstrahlers verstanden werden, der von der Spiegelebene am weitesten beabstandet ist. Vorzugsweise ist die abgewandte Außenseite des Flächenstrahlers zumindest teilweise auf einer von einer Massefläche aufgespannten Ebene angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Antennenvorrichtung können ein hoher Antennengewinn, eine große Bandbreite, geringe Reflektionen an einem Messobjekt und eine besonders geringe kapazitive Verkopplung zwischen dem Speisepunkt erreicht werden.It is proposed that at least two of the area radiators each have at least one feed point which is arranged in each case on an outer side facing away from the mirror plane. In particular, a "surface radiator" should be understood to mean a part of an antenna which is intended to emit at least part of an electromagnetic wave and which has a ratio of a length to a width which is less than 8, preferably less than 6, particularly preferred less than 4, is. The surface radiator is preferably made of a material which appears expedient to the person skilled in the art, but advantageously of a coating and / or particularly advantageously of a sheet metal part which is in particular bent. The coating could, for example, be applied by means of a physical and / or chemical vapor deposition, a coating, spin coating, spray coating and / or sputtering, in particular to a radiator carrier and / or to a dielectric. Preferably, the surface radiators are unconnected with each other, that is in particular isolated from each other. Alternatively, the surface radiators could be connected to one another by capacitors, coils and / or advantageously resistors, advantageously in places where a distance between the surface radiators is the lowest. By "intended" is intended to be understood in particular specially designed and / or equipped. A "mirror plane" should in particular be understood to mean a plane to which the at least two area radiators are arranged and shaped at least essentially mirror-symmetrically. The area radiators are preferably mirror-symmetrical to two mirror planes. In this context, the term "at least substantially" should be understood to mean that at least 50%, advantageously at least 75%, particularly advantageously at least 90%, of a volume of the surface radiators is arranged and shaped mirror-symmetrically. The term "feeding point" is to be understood in particular a point on which an electrical energy is applied to the surface radiator by means of a particular shielded conductor and in particular is derived from the receiving at an electrical energy by means of the particular shielded conductor. In particular, a "remote outside" is to be understood as meaning a region of the surface radiator which is furthest from the mirror plane. Preferably, the remote outside of the surface radiator is at least partially disposed on a plane spanned by a ground plane. The inventive design of the antenna device, a high antenna gain, a wide bandwidth, low reflections on a measurement object and a particularly low capacitive coupling between the feed point can be achieved.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Flächenstrahler dazu vorgesehen sind, bei einer differenziellen Speisung zumindest im Wesentlichen parallel zu der Spiegelebene eine elektromagnetische Welle abzustrahlen, wodurch eine für eine Ortung vorteilhafte Sende- und Empfangscharakteristik erreicht werden kann. Unter einer „differenziellen Speisung” soll insbesondere verstanden werden, dass die Speisepunkte der Flächenstrahler in zumindest einem Betriebszustand an einem Sendezeitpunkt mit unterschiedlichen, insbesondere gegenphasigen Signalen versorgt werden. Vorzugsweise strahlen die Flächenstrahler ähnlich wie eine Dipolantenne, sind jedoch im Gegensatz zu einer Dipolantenne an der Außenseite gespeist. Insbesondere soll unter der Wendung „parallel zu der Spiegelebene” verstanden werden, dass die Flächenstrahler bei einer differenziellen Speisung ein Antennendiagramm aufweisen, dessen Hauptmaximum zumindest im Wesentlichen parallel zu der Spiegelebene ausgerichtet ist. Vorteilhaft ist das Hauptmaximum des Antennendiagramms der Flächenstrahler im Wesentlichen senkrecht zu einer Massefläche ausgerichtet. Vorzugsweise ist das Hauptmaximum des Antennendiagramms des Flächenstrahlers zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Senkrechten der Massefläche. Unter „zumindest im Wesentlichen” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass zwischen einer Ausrichtung des Hauptmaximums des Antennendiagramms des Flächenstrahlers und der Spiegelebene ein Winkel kleiner 30 Grad, vorteilhaft kleiner 15 Grad, liegt. Insbesondere weist die elektromagnetische Welle zumindest eine Frequenz zwischen 100 MHz und 20 GHz, vorteilhaft zwischen 500 MHz und 10 GHz, besonders vorteilhaft zwischen 3 GHz und 7 GHz auf. Vorteilhaft weisen die Flächenstrahler in dem Frequenzbereich zumindest teilweise eine Verstärkung größer als 3 dBi, besonders vorteilhaft größer als 6 dBi auf. Unter „abstrahlen” soll insbesondere aussenden verstanden werden.In a further embodiment, it is proposed that the surface radiators are provided to emit an electromagnetic wave in a differential feed, at least substantially parallel to the mirror plane, as a result of which a transmission and reception characteristic which is advantageous for locating can be achieved. A "differential feed" is to be understood in particular as meaning that the feed points of the area radiators are supplied with different, in particular anti-phase, signals at at least one operating state at a transmission time. Preferably, the area radiators radiate similar to a dipole antenna, but in contrast to a dipole antenna are fed on the outside. In particular, the phrase "parallel to the mirror plane" should be understood to mean that the surface radiators in the case of a differential feed have an antenna pattern whose main maximum is aligned at least substantially parallel to the mirror plane. Advantageously, the main maximum of the antenna pattern of the area radiators is oriented substantially perpendicular to a ground plane. Preferably, the main maximum of the antenna pattern of the area radiator is at least substantially parallel to a perpendicular of the ground plane. By "at least substantially" should be understood in this context, in particular, that an angle of less than 30 degrees, advantageously less than 15 degrees, lies between an orientation of the main maximum of the antenna pattern of the area radiator and the mirror plane. In particular, the electromagnetic wave has at least a frequency between 100 MHz and 20 GHz, advantageously between 500 MHz and 10 GHz, particularly advantageously between 3 GHz and 7 GHz. Advantageously, the area radiators in the frequency range at least partially have a gain greater than 3 dBi, particularly advantageously greater than 6 dBi. Under "radiate" should be understood in particular send out.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Antennenvorrichtung zumindest vier Flächenstrahler umfasst, wodurch konstruktiv einfach mehrere unterschiedliche Signale vorteilhaft gesendet und empfangen werden können. Vorzugweise weist die Antennenvorrichtung zumindest acht Flächenstrahler zur Aussendung von zumindest vier unterschiedlichen Polarisationen und/oder Frequenzen auf.Furthermore, it is proposed that the antenna device comprises at least four area radiators, whereby structurally simple several different signals can advantageously be transmitted and received. Preferably, the antenna device has at least eight area radiators for emitting at least four different polarizations and / or frequencies.

Ferner wird vorgeschlagen, dass zwei Flächenstrahler jeweils ein Strahlerpaar bilden und die Strahlerpaare unterschiedliche, insbesondere voneinander unabhängige Polarisationen aufweisen, wodurch unterschiedliche Messobjekte, insbesondere dünne Drähte, vorteilhaft geortet werden können. Unter einem „Strahlerpaar” sollen insbesondere zwei in zumindest einem Betriebszustand mit voneinander abhängigen Signalen angeregte Flächenstrahler verstanden werden. Vorzugsweise sind die Flächenstrahler eines Strahlerpaars differenziell angeregt. Vorteilhaft weisen die Flächenstrahler eine bestimmte Antennencharakteristik, insbesondere mit einem Hauptmaximum parallel zu der Spiegelebene, auf. Unter einer „Polarisation” soll insbesondere eine Ausrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt und/oder eine Veränderung eines elektrischen Anteils der elektromagnetischen Welle verstanden werden. Vorzugsweise strahlen die Strahlerpaare in zwei unterschiedliche Polarisationen die sich um mehr als 60 Grad, vorteilhaft mehr als 75 Grad, besonders vorteilhaft 90 Grad, unterscheiden. Alternativ könnten die Flächenstrahler eine zirkular polarisierte elektromagnetische Welle aussenden.Furthermore, it is proposed that two area radiators each form a radiator pair and the radiator pairs have different, in particular mutually independent polarizations, as a result of which different measurement objects, in particular thin wires, can advantageously be located. A "pair of emitters" should be understood to mean, in particular, two surface emitters excited in at least one operating state with mutually dependent signals. Preferably, the surface radiators of a radiator pair are differentially excited. The area radiators advantageously have a specific antenna characteristic, in particular with a main maximum parallel to the mirror plane. A "polarization" is to be understood in particular as an alignment at a specific time and / or a change in an electrical component of the electromagnetic wave. Preferably, the radiator pairs radiate into two different polarizations which differ by more than 60 degrees, advantageously more than 75 degrees, particularly advantageously 90 degrees. Alternatively, the area radiators could emit a circularly polarized electromagnetic wave.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Flächenstrahler zumindest teilweise gekrümmte Strahlerflächen aufweisen, wodurch eine vorteilhafte Sende- und Empfangscharakteristik erreicht werden kann. Insbesondere soll unter dem Begriff „gekrümmt” verstanden werden, das die Strahlerflächen in einer Ebene, die parallel zu dem Hauptmaximum des Antennendiagramms der Flächenstrahler ausgerichtet ist, einen insbesondere konvexen Bogen bildet. Vorzugweise weisen die Strahlerflächen Tangenten auf, die einen der Strahlerfläche zugewandten Winkel einschließen, der kleiner als 150 Grad, vorzugsweise kleiner als 135 Grad, besonders bevorzugt kleiner als 120 Grad ist. Unter einer „Strahlerfläche” soll insbesondere eine in Richtung des Hauptmaximum des Antennendiagramms der Flächenstrahler weisende Oberfläche des Flächenstrahlers verstanden werden. Vorzugsweise ist die Strahlerfläche loch- und/oder schlitzfrei ausgeführt, wodurch eine Resonanz mit einem Vielfachen einer Sendefrequenz vermieden werden kann.In addition, it is proposed that the area radiators have at least partially curved radiator surfaces, as a result of which an advantageous transmission and reception characteristic can be achieved. In particular, the term "curved" should be understood, which forms the radiator surfaces in a plane which is aligned parallel to the main maximum of the antenna pattern of the surface radiators, in particular a convex arc. Preferably, the radiator surfaces have tangents that include an angle facing the radiator surface that is less than 150 degrees, preferably less than 135 degrees, more preferably less than 120 degrees. A "radiator surface" is to be understood in particular as meaning a surface of the planar radiator pointing in the direction of the main maximum of the antenna pattern of the surface radiator. Preferably, the radiator surface is perforated and / or slit-free, whereby a resonance with a multiple of a transmission frequency can be avoided.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Flächenstrahler eine zumindest teilweise gekrümmte Außenkante aufweisen, wodurch eine vorteilhafte Sende- und Empfangscharakteristik möglich ist. Vorzugsweise weist die Außenkante, die insbesondere die Strahlerfläche begrenzt, auf wenigstens 25%, vorteilhaft 40%, besonders vorteilhaft 60%, ihrer Gesamtlänge eine Form auf, die von einer Geraden verschieden ist. Vorzugsweise ist die gekrümmte Außenkante in Erstreckungsrichtung konvex geformt. Vorzugsweise weist zumindest eine gerade Anzahl von Flächenstrahlern eine zumindest teilweise gekrümmte Außenkante auf.Furthermore, it is proposed that the area radiators have an at least partially curved outer edge, as a result of which an advantageous transmission and reception characteristic is possible. Preferably, the outer edge, which in particular limits the radiator surface, to at least 25%, advantageously 40%, particularly advantageously 60%, of their total length has a shape that is different from a straight line. Preferably, the curved outer edge is convexly shaped in the extension direction. Preferably, at least one even number of surface radiators has an at least partially curved outer edge.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Antennenvorrichtung zumindest einen Massekörper mit einer Massefläche umfasst, auf deren Ebene die Flächenstrahler zumindest teilweise angeordnet sind, wodurch eine Antenne mit einem vorteilhaft hohen Antennengewinn und einem vorteilhaften Vor-Rück-Verhältnis erreicht werden kann. Unter einer „Massefläche” soll insbesondere eine vorzugsweise ebene Erstreckung des elektrisch leitenden Massekörpers verstanden werden, die wenigstens so groß wie die Strahlerfläche der Flächenstrahler ist. Vorzugsweise ist der Massekörper, als eine dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Schicht und/oder als ein Gitter, vorteilhaft jedoch als eine Kupferschicht einer Platine ausgebildet. Unter „zumindest teilweise” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass der Flächenstrahler eine von der Massenfläche aufgespannte Ebene berührt und/oder schneidet.In a further embodiment, it is proposed that the antenna device comprises at least one mass body with a ground plane on whose plane the area radiators are at least partially arranged, whereby an antenna with an advantageously high antenna gain and an advantageous front-to-back ratio can be achieved. A "ground plane" is to be understood in particular to be a preferably planar extension of the electrically conductive mass body, which is at least as large as the radiator surface of the area radiator. Preferably, the mass body is designed as a layer which appears to be suitable for a person skilled in the art and / or as a grid, but advantageously as a copper layer of a printed circuit board. By "at least partially" is to be understood in this context, in particular, that the surface radiator touches a plane spanned by the mass surface plane and / or cuts.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Flächenstrahler zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Massefläche ausgerichtete Strahlerflächenbereiche aufweisen, wodurch konstruktiv einfach eine vorteilhafte Anpassung der Antenne und eine vorteilhafte Sende- und Empfangscharakteristik möglich sind. Unter dem Ausdruck „zumindest im Wesentlichen senkrecht” soll insbesondere verstanden werden, dass die Strahlerfläche zu einer Senkrechten der Massefläche in zumindest einem Bereich einen Winkel kleiner als 30 Grad vorteilhaft keiner als 15 Grad aufweist. Unter einem „Strahlerflächenbereich” soll insbesondere eine Fläche verstanden werden, die zumindest einen Teil der Strahlerfläche bildet und insbesondere weitere, kantenfrei angerenzende Flächen umfasst.Furthermore, it is proposed that the area radiators have at least substantially perpendicular to the plane of the ground plane aligned radiator surface areas, which structurally simple an advantageous adaptation of the antenna and an advantageous transmission and reception characteristics are possible. The expression "at least substantially perpendicular" is to be understood in particular to mean that the emitter surface to a perpendicular of the ground surface in at least one region has an angle smaller than 30 degrees, advantageously none other than 15 degrees. A "radiator surface area" is to be understood as meaning, in particular, a surface which forms at least part of the radiator surface and in particular comprises further surfaces which adjoin without edges.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Flächenstrahler an den Speisepunkten zumindest auf der Ebene der Massefläche angeordnet sind, wodurch eine vorteilhafte Anpassung der Antenne und eine vorteilhafte Sende- und Empfangscharakteristik erreicht werden können. Unter „zumindest auf einer Ebene der Massefläche” soll insbesondere verstanden werden, dass die Speisepunkte auf der Ebene der Massefläche und/oder insbesondere auf einer dem Hauptmaximum des Antennendiagramms der Flächenstrahler abgewandten Seite der Massefläche angeordnet sind.It is also proposed that the surface radiators are arranged at the feed points at least on the plane of the ground plane, whereby an advantageous adaptation of the antenna and an advantageous transmission and reception characteristic can be achieved. By "at least on one level of the ground plane" should be understood in particular that the feed points at the level of the ground plane and / or in particular on a the main maximum of the antenna pattern of the surface radiator side facing away from the ground surface are arranged.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Antennenvorrichtung einen Strahlerträger aufweist, der dazu vorgesehen ist, die Flächenstrahler relativ zu einer Massefläche beabstandet zu befestigen. Unter einem „Strahlerträger” soll insbesondere ein Gestell und/oder ein Bauteil mit einer Trägerfläche verstanden werden, die eine mechanische Verbindung zu dem Flächenstrahler und der Massefläche aufweist. Vorzugsweise sind die Flächenstrahler stoffschlüssig mit dem Strahlerträger verbunden. Vorzugsweise ist der Strahlerträger dazu vorgesehen, durch seine dielektrische Eigenschaft eine Antennencharakteristik zu beeinflussen, wodurch insbesondere eine Fokussierung der ausgestrahlten elektromagnetischen Wellen erreicht werden kann. Vorzugsweise ist der Strahlerträger zumindest teilweise von einem Kunststoffspritzteil gebildet.In addition, it is proposed that the antenna device has a radiator support which is provided to fix the surface radiators spaced relative to a ground plane. A "radiator carrier" should be understood in particular to mean a frame and / or a component having a carrier surface which has a mechanical connection to the surface radiator and the ground plane. Preferably, the surface radiators are integrally connected to the radiator support. Preferably, the radiator support is intended to influence by its dielectric property an antenna characteristic, whereby in particular a focusing of the emitted electromagnetic waves can be achieved. Preferably, the radiator support is at least partially formed by a plastic injection molded part.

Zudem geht die Erfindung aus von einem Handortungsgerät mit einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung. Unter einem „Handortungsgerät” soll insbesondere ein Gerät zur Bestimmung von zumindest einer Information über einer Position eines fernen, unsichtbaren und/oder vorteilhaft verdeckt angeordneten Objekts verstanden werden. Vorzugsweise ist das Handortungsgerät dazu vorgesehen, eine elektrische Leitung, eine Wasserleitung, einen Balken und/der ein anderes Objekt in einer Wand, einer Decke und/oder einem anderen festen Objekt zu orten.In addition, the invention is based on a hand-held device with an antenna device according to the invention. In particular, a device for determining at least one item of information about a position of a distant, invisible and / or advantageously concealed object should be understood as a "handheld location device". Preferably, the hand-held locating device is intended to locate an electrical line, a water pipe, a beam and / or another object in a wall, a ceiling and / or another fixed object.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawings, four embodiments of the invention are shown. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.

Es zeigen:Show it:

1 ein Handortungsgerät mir einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung, 1 a hand-held device with an antenna device according to the invention,

2 die Antennenvorrichtung aus 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel, 2 the antenna device 1 in a first embodiment,

3 ein schematischer Schnitt der Antennenvorrichtung aus 1, 3 a schematic section of the antenna device 1 .

4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Antennenvorrichtung aus 1 und 4 a second embodiment of the antenna device 1 and

5–7 weitere Ausführungsbeispiele der Antennenvorrichtung aus 1 mit unterschiedlich geformten Flächenstrahlern. 5 - 7 further embodiments of the antenna device 1 with differently shaped surface radiators.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt ein Handortungsgerät 12a mit einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung 10a, einer Recheneinheit 42a, einem Display 44a und Laufrollen 46a. Bei einem Betrieb verfährt ein Bediener das Handortungsgerät 12a mittels der Laufrollen 46a über einen nicht näher dargestellten Körper, insbesondere über eine Wand. Die Antennenvorrichtung 10a sendet elektromagnetische Wellen in den Körper und empfängt Reflektionen von in dem Körper angeordneten Messobjekten, beispielsweise von Kabeln, Wasserleitungen und/oder Holzbalken. Die Recheneinheit 42a bestimmt eine Position und/oder eine Entfernung der Messobjekte von der Antennenvorrichtung 10a und stellt diese von einer verfahrenen Strecke abhängig auf dem Display 44a dar. 1 shows a hand-held device 12a with an antenna device according to the invention 10a , a computing unit 42a , a display 44a and rollers 46a , During operation, an operator moves the handheld location device 12a by means of rollers 46a via a body, not shown, in particular on a wall. The antenna device 10a It transmits electromagnetic waves into the body and receives reflections from measurement objects arranged in the body, for example from cables, water pipes and / or wooden beams. The arithmetic unit 42a determines a position and / or a distance of the measurement objects from the antenna device 10a and puts them on the display depending on a traveled route 44a represents.

2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Antennenvorrichtung 10a. Die Antennenvorrichtung 10a weist vier Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a, einen Massekörper mit einer Massefläche 36a und einen Strahlerträger 40a auf. In 2 ist ein kapazitives Feld bei einem Betrieb eingezeichnet. Jeder Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a weist eine Strahlerfläche 32 auf, die von Strahlerflächen der anderen von den Flächenstrahlern 14a, 16a, 18a, 20a getrennt ausgebildet ist. Zwei der Flächenstrahler 14a, 16a bilden ein erstes Strahlerpaar 28a. Zwei der Flächenstrahler 18a, 20a bilden ein zweites Strahlerpaar 30a. Die Flächenstrahler 14a, 16a des ersten Strahlerpaars 28a sind spiegelsymmetrisch zu einer ersten Spiegelebene 22a ausgebildet. Die Flächenstrahler 14a, 16a des ersten Strahlerpaars 28a sind von der ersten Spiegelebene 22a beabstandet angeordnet. Die Flächenstrahler 18a, 20a des zweiten Strahlerpaars 30a sind spiegelsymmetrischen zu einer zweiten Spiegelebene 24a ausgebildet. Die Flächenstrahler 18a, 20a des zweiten Strahlerpaars 30a sind von der zweiten Spiegelebene 24a beabstandet angeordnet. Die Spiegelebenen 22a, 24a sind senkrecht zueinander ausgerichtet. 2 and 3 show a first embodiment of the antenna device 10a , The antenna device 10a has four area radiators 14a . 16a . 18a . 20a , a mass body with a ground plane 36a and a radiator carrier 40a on. In 2 is a capacitive field drawn in an operation. Every surface radiator 14a . 16a . 18a . 20a has a radiator surface 32 on, by the radiating surfaces of the other of the surface radiators 14a . 16a . 18a . 20a is formed separately. Two of the surface spotlights 14a . 16a form a first radiator pair 28a , Two of the surface spotlights 18a . 20a form a second pair of emitters 30a , The surface spotlights 14a . 16a of the first pair of emitters 28a are mirror-symmetrical to a first mirror plane 22a educated. The surface spotlights 14a . 16a of the first pair of emitters 28a are from the first mirror plane 22a spaced apart. The surface spotlights 18a . 20a of the second radiator pair 30a are mirror-symmetrical to a second mirror plane 24a educated. The surface spotlights 18a . 20a of the second radiator pair 30a are from the second mirror plane 24a spaced apart. The mirror levels 22a . 24a are aligned perpendicular to each other.

Die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a weisen jeweils einen Speisepunkt 26a auf. Die Speisepunkte 26a der Flächenstrahler 14a, 16a des ersten Strahlerpaars 28a sind an einer Außenseite angeordnet, die der ersten Spiegelebene 22a abgewandten ist. Die Speisepunkte 26a der Flächenstrahler 18a, 20a des zweiten Strahlerpaars 30a sind an einer an einer Außenseite angeordnet, die der zweiten Spiegelebene 24a abgewandten ist. Die erste Spiegelebene 22a schneidet die Flächenstrahler 18a, 20a des zweiten Strahlerpaars 30a. Die zweite Spiegelebene 24a schneidet die 14a, 16a des ersten Strahlerpaars 28a. The surface spotlights 14a . 16a . 18a . 20a each have a feed point 26a on. The feeding points 26a the surface radiator 14a . 16a of the first pair of emitters 28a are arranged on an outside, the first mirror plane 22a is averted. The feeding points 26a the surface radiator 18a . 20a of the second radiator pair 30a are arranged on one on an outside, that of the second mirror plane 24a is averted. The first mirror plane 22a cuts the area radiator 18a . 20a of the second radiator pair 30a , The second mirror plane 24a cuts the 14a . 16a of the first pair of emitters 28a ,

Die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a weisen eine Länge l zwischen 10 mm und 60 mm auf. Die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a weisen eine Breite b zwischen 5 mm und 30 mm auf. Die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a weisen eine maximale Höhe h über der Massefläche 36a zwischen 5 und 35 mm auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a eine Länge von 25 mm, eine Breite von 15 mm und eine Höhe von 12 mm auf. Auf den Spiegelebenen 22a, 24a weisen die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a einen Abstand von 8 bis 9 mm zueinander auf. An den Speisepunkten 26a sind die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a 5 mm breit. Dadurch ist die Antennenvorrichtung 10a auf einen Frequenzbereich von 3 GHz bis 7 GHz optimiert.The surface spotlights 14a . 16a . 18a . 20a have a length l between 10 mm and 60 mm. The surface spotlights 14a . 16a . 18a . 20a have a width b between 5 mm and 30 mm. The surface spotlights 14a . 16a . 18a . 20a have a maximum height h above the ground plane 36a between 5 and 35 mm. In the embodiment shown, the surface radiators 14a . 16a . 18a . 20a a length of 25 mm, a width of 15 mm and a height of 12 mm. On the mirror levels 22a . 24a have the surface radiators 14a . 16a . 18a . 20a a distance of 8 to 9 mm to each other. At the feed points 26a are the surface radiators 14a . 16a . 18a . 20a 5 mm wide. This is the antenna device 10a optimized to a frequency range of 3 GHz to 7 GHz.

Das Handortungsgerät 12a weist einen nicht näher dargestellten Signalgenerator auf, der bei einem Betrieb die Flächenstrahler 14a, 16a des ersten Strahlerpaars 28a differenziell zueinander speist und die Flächenstrahler 18a, 20a des zweiten Strahlerpaars 30a differenziell zueinander speist. Dazu sind die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a an den Speisepunkten 26a mit einer Speiseleitung verbunden, und zwar in diesem Ausführungsbeispiel verlötet. Die Strahlerpaare 28a, 30a strahlen bei einem Betrieb elektromagnetische Wellen ab. Eine maximale Leitung strahlt die Antennenvorrichtung 10a in eine Richtung 48a eines Maxima eines Antennendiagramms der Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a ab, wobei die Richtung 48a parallel zu den Spiegelebenen 22a, 24a ausgerichtet ist. Die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a werden in einem Betriebszustand einzeln angeregt. Dadurch sendet die Antennenvorrichtung 10a in eine Richtung, die von der Richtung 48a des Maxima bei differenzieller Speisung verschieden ist. Die Strahlerpaare 28a, 30a senden bei einem Betrieb elektromagnetische Wellen mit unterschiedlichen Polarisationen aus. Die Polarisationen der beiden Strahlerpaare 28a, 30a weisen einen Winkel von 90 Grad zueinander auf.The hand-held device 12a has a signal generator, not shown, the area radiator during operation 14a . 16a of the first pair of emitters 28a feeds each other in a differential manner and the surface radiators 18a . 20a of the second radiator pair 30a feeds differentially to each other. These are the surface radiators 14a . 16a . 18a . 20a at the feed points 26a connected to a feed line, in this embodiment soldered. The emitter pairs 28a . 30a emit electromagnetic waves during operation. A maximum line radiates the antenna device 10a in one direction 48a a maxima of an antenna pattern of the surface radiators 14a . 16a . 18a . 20a off, taking the direction 48a parallel to the mirror planes 22a . 24a is aligned. The surface spotlights 14a . 16a . 18a . 20a are individually excited in one operating state. As a result, the antenna device transmits 10a in a direction different from the direction 48a of the maxima in differential feeding is different. The emitter pairs 28a . 30a in one operation emit electromagnetic waves of different polarizations. The polarizations of the two emitter pairs 28a . 30a have an angle of 90 degrees to each other.

Die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a weisen gekrümmte Strahlerflächen 32a auf. Die Strahlerflächen 32a sind in einem einer Mitte der Antennenvorrichtung 10a zugewandten Bereich im Wesentlichen parallel zu einer Ebene der Massefläche 36a angeordnet. Zudem weisen die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a Strahlerflächenbereiche 38a auf, die im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Massefläche 36a ausgerichtet sind. Die Strahlerflächenbereiche 38a sind jeweils an den Speisepunkt 26a angrenzend angeordnet, das heißt an einer Außenseite der Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a. Zwischen den mittleren Bereichen und den Strahlerflächenbereichen 38a sind die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a kantenfrei gekrümmt.The surface spotlights 14a . 16a . 18a . 20a have curved radiator surfaces 32a on. The radiator surfaces 32a are in one of a center of the antenna device 10a facing region substantially parallel to a plane of the ground plane 36a arranged. In addition, the surface spotlights 14a . 16a . 18a . 20a Emitter surface areas 38a on, which is substantially perpendicular to the plane of the ground plane 36a are aligned. The radiator surface areas 38a are each at the feed point 26a arranged adjacent, that is on an outer side of the surface radiator 14a . 16a . 18a . 20a , Between the middle areas and the radiator surface areas 38a are the surface radiators 14a . 16a . 18a . 20a curved without edges.

Die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a weisen an den der Mitte zugewandten Bereichen eine gekrümmte Außenkante 34a auf. Der Mitte zugewandte Bereiche der Strahlerfläche 32a weisen eine Form einer halben Ellipse auf. Ein den Speisepunkten 26a zugewandter restlicher Bereich der Strahlerfläche 32a weist eine Form eines gleichschenklichen Trapezes auf.The surface spotlights 14a . 16a . 18a . 20a have at the center facing areas a curved outer edge 34a on. The middle-facing areas of the radiator surface 32a have a shape of half an ellipse. A the feeding points 26a facing the remaining area of the radiator surface 32a has a shape of an isosceles trapezium.

Die Massefläche 36a weist eine den Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a zugewandte Oberfläche auf, die mehr als vier Mal so groß ist, wie die Strahlerflächen 32a zusammen. Die Speisepunkte 26a sind im Wesentlichen auf einer Ebene der Massefläche 36a angeordnet. Die Massefläche 36a begrenzt in den Bereichen der Speisepunkte 26a Aussparungen 50a, durch die die Speisepunkte 26a kontaktiert sind.The ground plane 36a has a the surface radiator 14a . 16a . 18a . 20a facing surface, which is more than four times as large as the radiator surfaces 32a together. The feeding points 26a are essentially at a level of the ground plane 36a arranged. The ground plane 36a limited in the areas of the feeding points 26a recesses 50a through which the feeding points 26a are contacted.

Der Strahlerträger 40a befestigt die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a relativ zu der Massefläche 36a beabstandet. Zudem dient der Strahlerträger 40a als Dielektrikum, wodurch besonders kleine Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a verwendet werden können. Dazu weist der Strahlerträger 40a Flächenelemente 52a auf, die parallel zu den Flächenstrahlern 14a, 16a, 18a, 20a verlaufen. Die Flächenelemente 52a und die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a sind stoffschlüssig verbunden, und zwar verklebt. Alternativ könnten die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a auf die Flächenelemente 52a aufgedampft oder aufgesprüht sein. Der Strahlerträger 40a ist mit der Massefläche 36a verschraubt. Der Strahlerträger 40a verbindet die Massefläche 36a und die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a mittels Stegen.The radiator carrier 40a attached the surface spotlights 14a . 16a . 18a . 20a relative to the ground plane 36a spaced. In addition, the radiator carrier serves 40a as a dielectric, whereby particularly small area radiators 14a . 16a . 18a . 20a can be used. For this purpose, the radiator carrier 40a surface elements 52a on, parallel to the surface radiators 14a . 16a . 18a . 20a run. The surface elements 52a and the area radiators 14a . 16a . 18a . 20a are materially bonded, and glued. Alternatively, the surface radiators 14a . 16a . 18a . 20a on the surface elements 52a vapor-deposited or sprayed on. The radiator carrier 40a is with the mass area 36a screwed. The radiator carrier 40a connects the ground plane 36a and the area radiators 14a . 16a . 18a . 20a by means of webs.

In den 4 bis 7 sind weitere Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 3, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 nachgestellt. In dem Ausführungsbeispielen der 4 bis 7 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis e ersetzt.In the 4 to 7 further embodiments of the invention are shown. The following descriptions and the drawings are essentially limited to the differences between the exemplary embodiments, with reference in principle to the same reference components, in particular with respect to components with the same reference numerals, to the drawings and / or the description of the other embodiments, in particular 1 to 3 , can be referenced. To distinguish the embodiments of the letter a is the reference numerals of the embodiment in the 1 to 3 readjusted. In the embodiments of the 4 to 7 the letter a is replaced by the letters b to e.

4 zeigt eine Antennenvorrichtung 10b eines Handortungsgeräts mit zumindest vier Flächenstrahlern 14b, 16b, 18b, 20b. Die vier Flächenstrahler 14b, 16b, 18b, 20b sind zu zwei Spiegelebene 22b, 24b spiegelsymmetrischen ausgebildet. Die Flächenstrahler 14b, 16b, 18b, 20b weisen jeweils einen Speisepunkt 26b auf, der jeweils an einer Außenseite angeordnet ist, die einer der Spiegelebenen 22b, 24b abgewandt ist. Die Flächenstrahler 14b, 16b, 18b, 20b weisen eine im Wesentlichen elliptische Strahlerfläche 32b auf. Alternativ könnten Flächenstrahler andere, dem Fachmann für eine Frequenz und Bandbreite als sinnvoll erscheinende Formen und/oder Bereiche aufweisen, vorzugsweise jedoch rechteckige, runde und/oder quadratische Formen und/oder Bereiche. 4 shows an antenna device 10b a hand-held device with at least four surface radiators 14b . 16b . 18b . 20b , The four panel radiators 14b . 16b . 18b . 20b are to two mirror plane 22b . 24b formed mirror-symmetrical. The surface spotlights 14b . 16b . 18b . 20b each have a feed point 26b on, which is arranged in each case on an outer side, which is one of the mirror planes 22b . 24b turned away. The surface spotlights 14b . 16b . 18b . 20b have a substantially elliptical radiator surface 32b on. Alternatively, panel radiators could include other forms and / or areas that appear appropriate to a person skilled in the art for a frequency and bandwidth, but preferably rectangular, round and / or square shapes and / or areas.

Die Antennenvorrichtung 10b weist einen Strahlerträger 40b auf. Der Strahlerträger 40b weist eine im Wesentlichen quadratische Grundfläche auf. Der Strahlerträger 40b weist eine gewölbte Oberfläche 54b auf, die die Flächenstrahler 14b, 16b, 18b, 20b befestigt. Der Strahlerträger 40b ist als ein massives Bauteil zwischen den Flächenstrahlern 14b, 16b, 18b, 20b und einer Massefläche 36b ausbildet. Alternativ könnte ein Strahlerträger halbschalenförmig oder ausgehöhlt ausgebildet sein.The antenna device 10b has a radiator support 40b on. The radiator carrier 40b has a substantially square base. The radiator carrier 40b has a curved surface 54b on that the area radiator 14b . 16b . 18b . 20b attached. The radiator carrier 40b is as a solid component between the surface radiators 14b . 16b . 18b . 20b and a ground plane 36b formed. Alternatively, a radiator carrier could be formed in the shape of a half shell or hollowed out.

Die 5 bis 7 zeigen eine Antennenvorrichtungen 10c–e, wobei Strahlerträger der Antennenvorrichtungen 10c–e nicht dargestellt sind. Die Antennenvorrichtungen 10c–e weisen Flächenstrahler 14c–e, 16c–e, 18c–e, 20c–e auf, die jeweils über einer Massefläche 36c–e angeordnet sind. Die Flächenstrahler 14c–e, 16c–e, 18c–e, 20c–e weisen unterschiedlich geformte Strahlerflächen 32c–e auf. Damit sind die Antennenvorrichtungen 10c–e für unterschiedliche Antennengewinne, Frequenzbereiche und Bandbreiten optimiert und weisen unterschiedliche Antennencharakteristiken auf. Ein besonders hoher Antennengewinn kann erreicht werden, indem die Strahlerflächen 32c–e in einem mittleren Bereich breiter ausgebildet sind als an einem Speisepunkt 26a, wie dies die 6 zeigt.The 5 to 7 show an antenna devices 10c -E, wherein radiator supports the antenna devices 10c -E are not shown. The antenna devices 10c -E have area radiators 14c -e, 16c -e, 18c -e, 20c -E on, each over a ground plane 36c -E are arranged. The surface spotlights 14c -e, 16c -e, 18c -e, 20c -E have differently shaped radiator surfaces 32c -E on. This is the antenna devices 10c -E are optimized for different antenna gains, frequency ranges and bandwidths and have different antenna characteristics. A particularly high antenna gain can be achieved by the radiator surfaces 32c Are formed wider in a central region than at a feed point 26a like this 6 shows.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005062874 A1 [0002]

Claims

Antenna device, in particular for a handheld location device ( 12a ), with at least two surface radiators ( 14a -e, 16a -e, 18a -e, 20a -E) leading to a mirror plane ( 22a E) are at least substantially mirror-symmetrical, characterized in that at least two of the surface radiators ( 14a -e, 16a -e, 18a -e, 20a E) at least one feed point ( 26a E), each at one of the mirror plane ( 22a -e, 24a E) facing away from the outside.

Antenna device according to claim 1, characterized in that the area radiators ( 14a -e, 16a -e, 18a -e, 20a -E) are provided, in a differential feed, at least substantially parallel to the mirror plane ( 22a -e, 24a -E) to emit an electromagnetic wave.

Antenna device according to claim 1 or 2, characterized by at least four area radiators ( 14a -e, 16a -e, 18a -e, 20a -e).

Antenna device according to claim 3, characterized in that two area radiators ( 14a -e, 16a -e, 18a -e, 20a -E) in each case a radiator pair ( 28a -e, 30a E) and the emitter pairs ( 28a -e, 30a -E) have different polarizations.

Antenna device according to one of the preceding claims, characterized in that the surface radiators ( 14a -e, 16a -e, 18a -e, 20a E) at least partially curved radiator surfaces ( 32a -E).

Antenna device according to one of the preceding claims, characterized in that the surface radiators ( 14a -e, 16a -e, 18a -e, 20a -E) an at least partially curved outer edge ( 34a -E).

Antenna device according to one of the preceding claims, characterized by at least one mass body with a ground surface ( 36a -E), at the level of which the surface radiators ( 14a -e, 16a -e, 18a -e, 20a -E) are at least partially arranged.

Antenna device according to claim 7, characterized in that the surface radiators ( 14a -e, 16a -e, 18a -e, 20a E) at least substantially perpendicular to the plane of the ground plane ( 36a E) aligned radiator surface areas ( 38a -B).

Antenna device at least according to claim 7, characterized in that the surface radiators ( 14a -e, 16a -e, 18a -e, 20a -E) at the feed points ( 26a -E) at least at one level of the ground plane ( 36a -E) are arranged.

Antenna device according to one of the preceding claims, characterized by a radiator carrier ( 40a . 40b ), which is intended to 14a -e, 16a -e, 18a -e, 20a -E) relative to a ground plane ( 36a -E) spaced apart.

Hand-held device with an antenna device ( 10a -E) according to any one of the preceding claims.