DE19638874A1

DE19638874A1 - Mobilfunk-Planarantenne

Info

Publication number: DE19638874A1
Application number: DE1996138874
Authority: DE
Inventors: Lutz Dr Ing Rothe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-09-23
Filing date: 1996-09-23
Publication date: 1998-03-26

Description

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Konfigurierung einer extrem miniaturi sierten und in erster Linie flächenhaft ausgedehnten Antennenkomponente mit der Eigenschaft der Erzeugbarkeit einer linear polarisierten und breiten Sektor strahlung sowohl in der Horizontal- als auch in der Vertikalebene vorzugsweise innerhalb des Spektralbereiches zwischen 1 MHz und 1890 MHz. Weiterhin besteht das Ziel der Erfindung in der Entwicklung einer planaren Strahleranordnung mit einer ausgeprägten Rückstrahlungsdämpfung und damit einer Nutzstrahlung aus schließlich innerhalb einer Raumhemisphäre, so daß insbesondere für den Bereich der Fahrzeuganwendungen eine Antennenkom ponente entsteht, die es bei Anbringung der Antenne an den verglasten Flächen des Fahrzeuges ermöglicht, den Fahrgastraum aus dem Strahlungsraum des Strahlers auszublenden und hiermit die elektromagnetische Strahlungsbelastung des Nutzers gegenüber bekannten Antennenlösungen für diesen Bereich zu minimieren. Im weiteren verfolgt die Erfindung das Ziel der unmittelbaren Montagemöglichkeit des Planarstrahlers auf den verglasten Flächen und damit vorausgehend der konzeptions- bzw. dimensionierungsseitigen Berücksichtigung der elektromagnetisch relevanten Eigenschaften der dem Antennenmodul räum lich vorgeordneten dielektrischen Schichten, vorzugsweise der entsprechenden Verglasungen des Fahrgastraumes.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung bezieht sich vordergründig auf den Mobil funkbereich innerhalb des Mobilfunk-E-Netzes.

Hierbei bildet der Planarstrahler eine optionale Antennenkomponente bzw. Er satzkomponente der Fahrzeugaußenantenne mit der Montagemöglichkeit inner halb des Fahrgastraumes. Weitergehend bezieht sich der Anwendungsbereich auf allgemeine Innenraumanwendungen, indem die Strahlerkomponente eine räumlich abgesetzte Komponente vom jeweiligen Endgerät bildet und an der betreffenden Raumverglasung innenseitig und flächig montiert wird.

Die Strahlerkomponente ist vorteilhaft in den Fällen anzuwendbar, in denen der rückwärtig zur Antennenapertur gelegene Raum strahlungsfrei bzw. strahlungs arm gehalten und damit die elektromagnetische Strahlungsbelastung des Mobil funknutzers minimiert werden soll.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannte Antennenlösungen für den Bereich der Mobilfunkanwendungen beruhen auf Linearantennenkonzeptionen in Form von Monopolanordnungen in verkürzter oder unverkürzter Ausführung. Diese Linearantennen sind sowohl als extern montierbare Bordantennen als auch als unmittelbar mit dem Endgerät gekoppelte Komponenten bekannt sowie mit unterschiedlichem Richtfaktor und Wirkungsgrad behaftet, wobei diese Komponenten in der Azimutalebene ausschließlich rundstrahlend sind. Bekannte Flachantennenlösungen beruhen auf flächenhaft angeordneten, dipolähnlichen Konfigurationen, deren Richtdiagramm unregelmäßig und in Verbindung mit dem jeweiligen Untergrund die Merkmale einer signifikanten Strahlungsfelddeformation aufweisen. Die auf den Anwendungsbereich bezogenen Strahlungseigenschaften sind denen der klassischen Linearantennen deutlich unterlegen. Gleichfalls sind gezielte Ausblendeigenschaften des Strahlungsdiagrammes nicht nachweisbar.

Die elektrischen sowie Gebrauchseigenschaften bekannter Antennenlösungen schließen die Erlangung der Ziele der gegenständlichen Erfindung aus, so daß mit der gegenständlichen Erfindung die für die benannten Anwendungsfelder einsetz bare Technik gegenüber dem bekannten Stand erweitert wird.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Die erfinderische Aufgabe besteht in der Konfigurierung einer extrem miniaturisierten und flächenhaften Strahlerkomponente mit der Eigenschaft der Erzeugbarkeit einer linear polarisierten und breiten Sektorstrahlung sowohl in der Horizontal- als auch in der Vertikalebene sowie einer ausgeprägten Rück strahlungsdämpfung und damit einer Nutzstrahlung ausschließlich innerhalb einer Raumhemisphäre vorzugsweise innerhalb des Spektralbereiches von 1710 MHz bis 1890 MHz.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem ein verlustarmer und niederdielektrischer, folien- oder plattenförmiger Träger (1) mit kreis- oder dreieckförmiger Berandung einseitig leitfähig und ganzflächig beschichtet (2) und auf der gegenüberliegenden Fläche segmentartig leitfähig beschichtet (3) wird. Weiterhin wird die erfinderische Aufgabe dadurch gelöst, indem die segmentartig ausgebildete Schicht (3) mit der ganzflächig ausgebildeten Schicht (2) auf der gegenüberliegenden Seite des dielektrischen Trägers (1) partiell an der äußeren Berandung des kreisförmigen oder dreieckförmigen Trägers leitfähig verbunden wird. Die leitfähige Verbindung der beiden leitfähigen Schichten (2) und (3) erfolgt hierbei auf der der geradlinig verlaufenden Begrenzungslinie (4) der leitfähigen, segmentartig ausgebildeten Schicht gegenüberliegenden Außen kante (8). Erfindungsgemäß erfolgt die Anregung bzw. Speisung der elektro magnetisch resonant schwingenden Anordnung mittels einer koaxialen Wellen leitung, indem der Innenleiter des koaxialen Wellenleiters leitfähig mit der seg mentförmig und leitfähig ausgebildeten Schicht (3) verbunden und der Außen leiter des koaxialen Wellenleiters leitfähig mit der ganzflächig ausgebildeten leit fähigen Schicht (2) auf der Gegenseite verbunden wird. Der Innenleiter des ko axialen Wellenleiters wird durch eine elektromagnetische Blende, die als kreis förmige Öffnung innerhalb der ganzflächig ausgebildeten Schicht (2) gestaltet ist, axialsymmetrisch zur Blendenberandung und ohne galvanische Verbindung zu dieser geführt. Hierbei wird der Blendendurchmesser impedanzrichtig bemessen, wobei die Eingangsimpedanz durch den Ort der Ein- bzw. Auskopplung innerhalb der Fläche der segmentartig ausgebildeten und leitfähigen Schicht (3) bestimmt ist bzw. festgelegt wird. Die Ausführung der leitfähigen Verbindung zwischen den leitfähigen Schichten (2) und (3) erfolgt über eine leitfähige Beschichtung entlang des Kontaktierungsbereiches oder über die der Außenkontur des dielektrischen Trägers angepaßte linienhafte Anordnung punktueller Durchkontaktierungen. Die Anordnung wird geometrieseitig für den Resonanzfall dimensioniert, wobei die der Apertur vorgeordnete dielektrische Montageebene bzw. -schicht, die hierbei durch die entsprechende Raum- oder Fahrzeugverglasung oder auch anderweitige dielektrische Körperebene vergegenständlicht wird, in ihrer elektromagnetischen, primär kapazitiven Wirkung mittels einer induktiven Verstimmung der dielek trischen Störung äquivalenten Grades berücksichtigt wird. Die für den gegen ständlichen Anwendungsfall erforderliche relative Bandbreite wird insbesondere durch die antiparallele Ausbildung der Kurzschluß- und Strahlungsebenen zueinander erzielt.

Ausführungsbeispiel

Die gegenständliche Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Gemäß der Abbildung wird auf einem verlustarmen und niederdielektrischen Strukturträger (1), vorzugsweise Polypenco Q 200.5, Polycarbonat oder Poly styrol, mit einem Durchmesser von 93 mm sowie einer Basishöhe von 5 mm einseitig eine geschlossene leitfähige Schicht (2), vorzugsweise bestehend aus Kupfer oder Aluminium der Schichtdicke zwischen 5 µm und 800 µm, mittels additiver oder subtraktiver Techniken, vorzugsweise subtraktiver Techniken, erzeugt.

Auf der der geschlossenen und leitfähigen Fläche (2) gegenüberliegenden Seite des dielektrischen Trägers (1) wird gemäß der Abbildung ein Flächensegment (3) mit einer leitfähigen Schicht, vorzugsweise bestehend aus Kupfer oder Aluminium der Schichtdicke zwischen 5 µm und 800 µm, belegt, wobei die er zeugte leitfähige Schicht (3) auf der der geradlinig verlaufenden Begrenzungs kante (4) der leitfähigen Schicht gegenüberliegenden Außenkante (8) des leitfähigen Flächensegmentes (3) gemäß der Abbildung leitfähig mit der ge schlossenen leitfähigen Fläche (2) verbunden wird. Die Speisung erfolgt mittels der Kontaktierung einer koaxialen Wellenleitung, indem im Punkt (6) gemäß der Abbildung der Innenleiter der koaxialen Wellenleitung der Wellenimpedanz von vorzugsweise 50 Ohm mit dem Flächensegment (3) leitfähig verbunden wird und der Außenleiter der koaxialen Wellenleitung mit der gegenüberliegenden, ge schlossenen und leitfähigen vollkreisflächigen (2) Schicht verbunden wird, wobei der Innenleiter der koaxialen Wellenleitung durch eine elektromagnetische Blende (7) in Form einer kreisförmigen Öffnung innerhalb der leitfähigen Schicht (2) mit dem Durchmesser des 3.2-fachen Innenleiterdurchmessers der koaxialen Wellen leitung geführt wird.

Claims

1. Mobilfunk-Planarantenne, bestehend aus einem strukturiert und leitfähig be schichteten dielektrischen, plattenförmigen Träger, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein verlustarmer und niederdielektrischer, folien- oder plattenförmiger Träger bzw. Körper (1) mit kreis- oder dreieckförmiger Berandung einseitig leitfähig beschichtet (2) wird;
- der einseitig leitfähig beschichtete niederdielektrische Träger auf der gegen überliegenden Fläche segmentartig leitfähig beschichtet (3) wird;
- die segmentartige leitfähige Schicht (3) mit der ganzflächig ausgebildeten leit fähigen Schicht (2) der gegenüberliegenden Seite des dielektrischen Trägers partiell an der äußeren Berandung des kreis- oder dreieckförmigen Trägers leitfähig verbunden wird;
- die segmentartige leitfähige Schicht (3) rechtwinklig zur Symmetrielinie (5) eine geradlinig verlaufende Begrenzung (4) aufweist;
- die der geradlinig verlaufenden Begrenzung (4) gegenüberliegende Begrenzung (8) der leitfähigen Fläche (3) kreis- oder dreieckförmig mit symmetrischer Ausdehnung bezüglich der Symmetrielinie (5) gestaltet wird;
- die Verbindung der beiden leitfähigen Schichten auf der der geradlinig ver laufenden Begrenzungslinie (4) der leitfähigen Segmentschicht gegenüber liegenden Außenkante (8) erfolgt;
- die Anregung bzw. Speisung der Anordnung mittels koaxialer Wellenleitung erfolgt, indem der Innenleiter leitfähig mit der Segmentschicht (3) verbunden wird und der Außenleiter leitfähig mit der ganzflächig ausgebildeten leitfähigen Schicht (2) auf der Gegenseite verbunden wird;
- der Innenleiter des koaxialen Wellenleiters durch eine Blende (7) innerhalb der ganzflächig ausgebildeten leitfähigen Schicht axial symmetrisch zur Blenden berandung und ohne galvanische Verbindung zu dieser geführt wird.

2. Mobilfunk-Planarantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Verbindung zwischen den beiden leitfähigen Schichten mittels ge schlossener leitfähiger Beschichtung entlang der Kontaktierungslange (8) sowie über der gesamten Höhe des dielektrischen Trägers erfolgt.

3. Mobilfunk-Planarantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Verbindung zwischen den beiden leitfähigen Schichten mittels linienhaft angeordneter punktueller Durchkontaktierungen erfolgt.

4. Mobilfunk-Planarantenne nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Berandung des dielektrischen Trägers im Bereich der leitfähigen Ver bindung der beiden leitfähigen Schichten bzw. die Anordnung der Durchkon taktierungen geradlinig derartig verläuft, daß die beiden Halblängen unter einem Winkel, ausgenommen den Winkel von 90 Winkelgrad, gemessen zwischen einer Halblänge und der Winkelhalbierenden, zueinander stehen.