DE19703864A1 - Streifenleitungs-Antennenelement für zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen - Google Patents

Description

Mit der Bezeichnung "disturbed Patch Antenna" sind in Streifen­ leitungstechnik ausgeführte Mikrowellen-Antennenelemente für zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen bekannt, die aus einer auf der Substratoberseite angeordneten quadratischen oder annähernd quadratischen, als Strahler wirkenden Leiterflä­ che bestehen (Druckschrift "Diskussionssitzung Antennen für mo­ bile Systeme", Fachausschuß "Antennen" der ITG im VDE, Starn­ berg 18.-19.4.1996) Die Speiseleitung für ein solches Anten­ nenelement kann direkt oder kapazitiv an den Strahler angekop­ pelt sein. Durch die Ankopplung der Speiseleitung an einer Ecke des Substrates werden beide räumlich orthogonale Patchmoden an­ geregt, deren Phasen durch eine Geometriestörung, z. B. in Form eines Einschnittes an zwei einander gegenüberliegenden Kanten, gegeneinander um 90° verschoben sind. Die kapazitive Ankopplung der Zuleitung erfordert eine zusätzliche leitende Fläche inner­ halb des Substrates. Bei der Verwendung des bekannten Antennen­ elementes in einer Strahleranordnung zusammen mit signalerzeu­ genden oder signalverarbeitenden Komponenten sind längere Wege und flächenbeanspruchende Wegführungen für die Zuleitung nicht vermeidbar, ebensowenig wie oft notwendige Kontaktierungen durch das Substrat hindurch. Das sind sehr störende Nachteile, insbesondere bei der Realisierung von monolithisch integrierten aktiven Antennenbauelementen im Millimeterwellenbereich.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antennenbauelement der bekannten Art derart abzu­ wandeln, daß eine ausschließlich planare Fertigungstechnik da­ für in planaren monolithisch integrierten Schaltungsanordnungen mit signalerzeugenden und/oder signalverarbeitenden Komponenten ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführte geometrische Ausgestaltung des Antennenelementes gelöst.

Der erfindungsgemäße Aufbau des Antennenelementes ermöglicht sehr kurze Speiseleitungswege, wobei die Leitungsführung in Be­ zug auf die Strahlerflächen unkritisch ist. Daraus ergeben sich Vorteile im Hinblick auf sowohl eine günstigere Ausnützung der Fläche der Substratoberseite als auch auf die Polarisations­ reinheit (hohe Kreuzpolarisationsdämpfung).

Ausführungsbeispie­ le der Erfindung sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnung wird das erfindungs­ gemäße Antennenelement im Prinzip erläutert. Mit 1 ist eine als Strahler wirkende quadratische Leiterfläche bezeichnet, die auf der Substratoberseite eines nicht dargestellten einschichtigen Substrates angeordnet ist, dessen Unterseite elektrisch leitend beschichtet ist. Die geometrischen Abmessungen können, wie z. B. in der obengenannten Druckschrift erläutert, nach bekannten Kriterien bestimmt werden; desgleichen eine in Fig. 1 nicht dargestellte Geometriestörung der soweit bekannten, als Strah­ ler wirkenden Leiterfläche 1. Zur Lösung der hier vorliegenden Aufgabe dient die Leiterfläche 3, die mit ihrer Speiseleitung 4 nach Form und Größe mit der Leiterfläche 1 einschließlich deren Speiseleitung 2 übereinstimmt. Die Lage dieser Leiterfläche 3 mit Speiseleitung 4 in Bezug zur Leiterfläche 1 mit Speiselei­ tung 2 ist derart bestimmt, daß sie um 180° geschwenkt um einen Drehpunkt 5 ist, der in der Verlängerung der Speiseleitung 2 und in geringem Abstand dazu liegt. Eine nicht dargestellte Komponente signalerzeugender oder signalverarbeitender Art kann jetzt bei der erfindungsgemäßen Strahleranordnung zwischen die freien Enden der beiden Speiseleitungen 2 und 4 geschaltet wer­ den. Von vorteilhafter Bedeutung ist bei dem erfindungsgemäßen Antennenelement die Tatsache, daß man die Speiseleitungen weit­ gehend frei von Vorschriften über eine bestimmte Lage und Lei­ tungsführung in Bezug auf die Leiterflächen verlegen kann und damit Freiraum für eine optimierte Nutzung der Substratoberflä­ che gewinnt. Die Speiseleitung kann praktisch unter jedem Win­ kel zur Leiterfläche von ihrem Ansatzpunkt nahe einer Ecke weg­ geführt und auch sehr kurz gehalten werden.

Ein Beispiel für eine abgewinkelte Speiseleitung zeigt Fig. 2. Hier ist z. B. die Speiseleitung 2a schon nach kurzer Wegführung von ihrem Ansatzpunkt an der Leiterfläche 1a um 90° abgewinkelt in Richtung auf das andere Ende der gleichen Quadratseite par­ allel zu dieser weitergeführt; sie endet in geringem Abstand vor dem Drehpunkt 5a, der in Verlängerung der Speiseleitung 2a auf halber Höhe der Quadratseite liegt, von der sie wegführt. Die Schwenkung der Leiterfläche 1a mit ihrer Speiseleitung 2a um den Drehpunkt 5 ergibt dann die aus der Zeichnung ersichtli­ che Lage der zweiten Leiterfläche 3a mit ihrer Speiseleitung 4a.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsge­ mäßen Antennenelementes. Hier ist eine der Fig. 1 ähnliche, je­ doch kürzere Wegführung der Speiseleitungen 2b und 4b vorgenom­ men und zwischen die Enden der Speiseleitung 2b und 4b eine zu der nicht dargestellten signalerzeugenden oder signalverarbei­ tenden Komponente hinführende Transformationsleitung 6 geschal­ tet.

Selbstverständlich sind auch noch andere geometrische Abwand­ lungen des erfindungsgemäßen Antennenelementes denkbar; so kann z. B. auch eine von der Ausführung nach Fig. 2 abweichende Aus­ führung mit um 90° abgewinkelten Speiseleitungen verwendet wer­ den, die nach der entgegengesetzten Seite wegführen. Denkbar ist - ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen - z. B. auch eine Ausbildung der als Strahler wirkenden Leiterflächen mit einer 90°-Umwegleitung nach Fig. 1B auf Seite 93 der oben­ genannten Druckschrift. Wichtig bei einer solchen abweichenden Auslegung ist immer, daß beide Leiterflächen übereinstimmend entweder für links- oder rechtsdrehende zirkulare Polarisation ausgelegt sind, so daß sich eine konstruktive Überlagerung der von ihnen abgestrahlten elektromagnetischen Wellen ergibt.

Claims (4)

1. Antennenelement in Streifenleitungstechnik für zirkular po­ larisierte elektromagnetische Wellen im Mikrowellen-Frequenzbe­ reich bestehend aus einer quadratischen oder annähernd quadra­ tischen, als Strahler wirkenden Leiterfläche 1 und deren Spei­ seleitung 2 auf der Substratoberseite dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite, gleichartig ausgebildete Leiterfläche 3 mit Speiseleitung 4 auf der Substratoberseite um 180° um einen ge­ ring beabstandeten Drehpunkt 5 in der Verlängerung der Speise­ leitung 2 geschwenkt angeordnet ist (Fig. 1).

2. Antennenelement nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeich­ net, daß die Speiseleitungen 2a und 4a nach ihrer Wegführung vom Ansatzpunkt auf der Leiterfläche (1a, 3a) jeweils um 90° abgewinkelt in Richtung auf das andere Ende der gleichen Qua­ dratseite parallel zu dieser weitergeführt werden (Fig. 2).

3. Antennenelement nach Patentanspruch 1 und 2 dadurch ge­ kennzeichnet, daß die abgewinkelten Speiseleitungen (2a, 4a) in geringem Abstand vor einem Drehpunkt (5a) enden, der in ihrer Verlängerung auf halber Höhe der Quadratseite liegt (Fig. 2).

4. Antennenelement nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeich­ net, daß die Speiseleitungen kurz sind und zwischen deren Enden eine Transformationsleitung 6 angeschaltet ist, die, um 90° ge­ gen die Speiseleitungen (2b, 4b) abgewinkelt, parallel zu den Quadratseiten der Leiterflächen (1b, 3b) nach einer Seite hin weiterführt (Fig. 3).