DE19758217A1

DE19758217A1 - Dualband-Hybridantenne

Info

Publication number: DE19758217A1
Application number: DE19758217A
Authority: DE
Original assignee: SUCKER UDO DR
Current assignee: SUCKER UDO DR
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 1999-07-01

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 vertikal polarisierten Rundstrahlung in der Azimutalebene vorzugsweise innerhalb der GSM- bzw. DCS-Spektralberei che zwischen 890 MHz und 960 MHz sowie zwischen 1710 MHz und 1880 MHz und der Eigenschaft der Erzeugbarkeit einer rechtsdrehend zirkular polarisierten und koordinatenseitig breiten Sektorstrahlung mit der Hauptstrahlungsrichtung parallel zur Flächennormalen der Anordnung.

Das Ziel der Erfindung besteht insbesondere darin, die beiden Strahlungsfunktio nen einer hybriden bzw. Kombinationsanordnung zuzuordnen sowie die Signal ein- bzw. -auskopplung ausschließlich mittels eines Signalpfades bzw. eines Signalkopplungselementes zu erzeugen.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung bezieht sich vordergründig auf den Mobil funkbereich sowie den Bereich der Mobilnavigation mittels des Empfangs bzw. der Bewertung der GPS-Signale. Hierbei bildet der Planarstrahler eine Antennen komponente für die Außenmontage bzw. für Außenbordanwendungen sowohl für landmobile und Luftfahrzeuge als auch für maritime Bewegungs- und Verkehrs mittel.

Darüber hinausgehend bildet die erfindungsgemäße Strahlerkomponente ein Basismodul für Kurz- und Mittelstreckenübertragungssysteme innerhalb kommu nikations-, sensor- oder sicherheitstechnischer Anwendungen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannte Antennenlösungen für den Bereich der Mobilkommunikation 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 Wirkungs grad behaftet. Flachversionen mit der Eigenschaft der Vertikalpolarisation des elektrischen Feldvektors sowie der Rundstrahlcharakteristik in der Azmiutalebene beruhen auf der Ring-Schlitz-Konzeption.

Bekannte Antennenlösungen für den Empfang der GPS-Signale basieren auf Wendelantennenkonzeptionen sowie Resonatorantennenkonzeptionen in Micro striptechnik, wobei hierbei sowohl niederdielektrische Strukturträger in Form von Polytetrafluorethylen-Kompositionen als auch hochdielektrische Strukturträger in Form elektrisch hochgütiger Keramiken als Strukturträger Anwendung finden.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht in der Konfigurierung einer extrem miniaturisierten und flächenhaften Strahlerkomponente mit der Eigenschaft der Erzeugbarkeit einer vertikal polarisierten Rundstrahlung in der Azimutalebene des flächig auf einer dielektrischen oder leitfähigen Grundebene montierbaren Strahlers sowie einer gegenüber dem Frequenzbereich der Rundstrahlung spektral versetzten zirkular polarisierten Sektorstrahlung mit dem Strahlungsmaximum in Richtung der Flächennormalen des Strahlers bzw. der Strahlerachse.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem zwei leitfähige Platten oder Folien (1), (2) in einem definierten Abstand flächenparallel zueinander an geordnet werden und die Platte oder Folie (1) mit einer kreisförmigen Berandung ausgebildet sowie die leitfähige Platte oder Folie (2) gleichfalls mit einer kreis förmigen Berandung ausgebildet werden, wobei die Platten oder Folien (1), (2) mit gleichem oder unterschiedlichem, vorzugsweise unterschiedlichem Durch messer ausgeführt werden und die Platte oder Folie (2) einen kleineren Durch messer als die Platte oder Folie (1) aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe weiterhin dadurch gelöst, daß die beiden Platten oder Folien (1), (2) mittensymmetrisch sowie planparallel übereinander angeordnet und im Mittelpunkt (3) mittels eines leitfähigen Zylinders oder Zylindermantels, vorzugsweise Zylinders (4) verbunden werden, wobei die leit fähigen Verbindungen zwischen der Platte oder Folie (1) und dem leitfähigen Zylinder (4) sowie zwischen der Platte oder Folie (2) und dem leitfähigen Zylinder (4) vorzugsweise als Schraub-, Niet- oder Lötverbindung ausgeführt werden. Hierbei wird die Platte oder Folie (2) mit vier, jeweils vom Mittelpunkt (3) der Platte oder Folie (2) ausgehenden Radialschlitzen (5.1), (5.2), (5.3), (5.4) in einem gegenseitigen Winkelabstand von 90 Winkelgrad versehen, wobei die Radialschlitze (5) mit zueinander unterschiedlicher Langem sowie gleicher Schlitz breite oder zueinander gleicher Länge sowie unterschiedlicher Schlitzbreite in der Weise ausgeführt werden, daß die jeweils um 180 Winkelgrad zueinander ver setzten Radialschlitze (5) die gleiche Länge für den Fall der Identität der Schlitz breiten aufweisen oder die jeweils um 180 Winkelgrad zueinander versetzten Radialschlitze (5) die gleiche Schlitzbreite für den Fall der Identität der Schlitz längen aufweisen. Erfindungsgemäß können die vier Radialschlitze mit iden tischer Schlitzlänge sowie identischer Schlitzbreite ausgeführt werden, wobei die vier Radialschlitze (5) jeweils mit einem oder mehreren konzentrierten Blindelementen (11) gekoppelt werden, deren elektrische Eigenschaften paar weise in der Weise identisch sind, daß jeweils zwei um 180 Winkelgrad versetzte Blindelemente (11) oder Blindelementegruppen (12) bezüglich des Mittelpunktes (3) der Platten oder Folien (1), (2) spiegelsymmetrisch angeordnete Kopplungs punkte und gleiche Kennwerte aufweisen.

Weiterhin können die vier Radialschlitze (11.1), (11.2), (11.3), (11.4) mit iden tischer Schlitzlänge sowie identischer Schlitzbreite ausgeführt werden, wobei jeweils zwei um 180 Winkelgrad versetzte Radialschlitze mit einer konzentrierten Blindbelastung gekoppelt werden, indem in den Ebenen der betreffenden Radial linien jeweils ein konzentriertes Blindelement (11) zwischen den Platten oder Folien (1) und (2) oder zwischen einem auf der jeweiligen Radiallinie der Platte oder Folie (2) gewählten Punkt und dem Verbindungspunkt (3) zwischen der Platte oder Folie (1) und der Platte oder Folie (2) eingeführt wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung wird mit einem koaxialen Wellenleiter ge koppelt, indem der Innenleiter (6) des koaxialen Wellenleiters leitfähig mit der Platte oder Folie (2) verbunden und der Außenleiter (7) des koaxialen Wellen leiters leitfällig mit der Platte oder Folie (1) verbunden wird, wobei der Außen leiter (7) durch die Blende (8) der Platte oder Folie (1) hindurchgehend in den Raum (9) zwischen den Platten oder Folien (1) und (2) in der Weise verlängert wird, daß das in den Zwischenraum der Platten oder Folien (1) und (2) einge führte Außenleitersegment die Platte oder Folie (2) nicht berührt und bezüglich des Innen- und Außendurchmessers identisch der Geometrie des Außenleiters (7) ausgeführt oder bezüglich des Innen- oder Außendurchinessers oder des Innen- und Außendurchinessers kontinuierlich oder diskontinuierlich getapert wird, wo durch über die definierte Bemessung der Längen- und Durchmesserverhältnisse die Möglichkeit der gezielten Festlegung bzw. Beeinflussung des Eingangsim pedanzprofils des Strahlers besteht. Hierbei wird der Kopplungspunkt des Innen leiters (6) mit der leitfähigen Platte oder Folie (2) bzw. der Mittelpunkt der Blende (8) innerhalb der leitfähigen Platte oder Folie (1) auf einer vom Mittel punkt der Platte oder Folie (1) bzw. der Platte oder Folie (2) ausgehenden Radial linie, die zur Mittellinie zweier in einem gegenseitigen Winkelabstand von 90 Winkelgrad angeordneter Radialschlitze (5) einen Winkel von 45 Winkelgrad ein schließt, angeordnet und bezüglich der radialen Positionierung derartig bemessen, daß eine der Wellenimpedanz des anregenden koaxialen Wellenleiters identische Eingangsimpedanz der Strahleranordnung entsteht.

Erfindungsgemäß kann die Platte oder Folie (2) mit Blenden (10) kreisförmiger, elliptischer, quadratischer, rechteckiger, dreieckiger, pentagonaler oder hexago naler Kontur versehen werden, deren Mittelpunkte bzw. Diagonalenschnittpunkte bzw. Schnittpunkte der Winkel- oder Seitenhalbierenden auf jeweils vom Mittel punkt der Platte oder Folie (2) ausgehenden Radiallinien mit einem gegenseitigen Winkelabstand von 90 Winkelgrad angeordnet werden, indem die Blenden (10) auf jeweils zwei um 180 Winkelgrad zueinander versetzten und vom Mittelpunkt der Platte oder Folie (2) ausgehenden Radiallinien gleichartig bezüglich der Kontur und Abmessung sowie der Position ausgeführt werden, wobei die Blenden (10) jeweils einen Konturabschnitt bzw. ein Kontursegment aufweisen, der bzw. das den Berandungskreis der Platte oder Folie (2) schneidet.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Anordnung soll mittels eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Hierbei wird mittels der gegenständlichen Anordnung innerhalb des Frequenzbereiches zwischen 890 MHz und 960 MHz ein linear polarisiertes Strahlungsfeld mit azimutaler Rundstrahlcharakteristik bezüglich der Flächen normalen der Strahleranordnung sowie für die Frequenz 1575 MHz ein zirkular polarisiertes Strahlungsfeld mit Sektorcharakteristik mit der Hauptstrahlungs richtung parallel zur Flächennormalen der Strahleranordnung erzeugt.

Gemäß der Abb. 1 wird eine leitfähige metallische Platte (1) mit kreisför miger Berandung und dem Durchmesser von 90 mm, vorzugsweise bestehend aus Kupfer, Messing oder Aluminium, über eine leitfähige Buchse (4), vorzugsweise bestehend aus Kupfer, Messing oder Aluminium, mit einer zweiten leitfähigen metallischen Platte (2) mit kreisförmiger Berandung und dem Durchmesser von 76 mm in der Weise verbunden, daß die leitfähige Buchse (4) jeweils im Mittel punkt (3) der Platten (1), (2) positioniert wird und damit die Platten (1) und (2) symmetrisch und planparallel zueinander sowie mit einer gegenseitigen Distanz von 7.8 mm angeordnet sind. Hierbei wird die Platte (2) gemäß der Abb. 2 mit vier, jeweils vom Mittelpunkt (3) der Platte (2) ausgehenden Radialschlitzen (5.1), (5.2), (5.3), (5.4) mit der Schlitzbreite von 2 mm und einem gegenseitigen Winkelversatz von 90 Winkelgrad versehen, wobei die Radialschlitze (5.1) und (5.3) zueinander die gleiche Schlitzlänge von 24.2 mm und die Radialschlitze (5.2) und (5.4) zueinander die gleiche Schlitzlänge von 25.4 mm aufweisen.

Die Anordnung wird mit einem koaxialen Wellenleiter gekoppelt, indem der Innen leiter (6) des koaxialen Wellenleiters leitfähig mit der Platte (2) und der Außen leiter (7) des koaxialen Wellenleiters leitfähig mit der Platte (1) verbunden wird. Der Außenleiter (7) wird mittels einer leitfähigen Buchse (13) der geometrischen Länge von 6.3 mm gemäß der Abb. 3, vorzugsweise bestehend aus Kupfer, Messing oder Aluminium, die leitfähig mit der Blendenberandung (8) der Platte (1) verbunden wird, verlängert, wobei die Zentrierung der Buchse (13) mittels einer dielektrischen Buchse, vorzugsweise bestehend aus Polytetrafluorethylen, in der Weise erfolgt, daß das Durchmesserverhältnis in Verbindung mit der effek tiven dielektrischen Suszeptibilität des Polytetrafluorethylens die Wellenimpe danz des koaxialen Wellenleiters erzeugt.

Claims

1. Dualband-Hybridantenne, bestehend aus einer Anordnung geometrisch definierter und leitfähiger Ebenen, dadurch gekennzeichnet, daß

- zwei leitfähige Platten oder Folien (1), (2) in einem definierten Abstand flächen parallel zueinander angeordnet werden, indem die Platte oder Folie (1) mit einer kreisförmigen Berandung ausgebildet und die leitfähige Platte oder Folie (2) gleichfalls mit einer kreisförmigen Berandung ausgebildet wird, wobei die Platten oder Folien (1), (2) mit einem unterschiedlichen Durchmesser bemessen werden und die Platte oder Folie (2) einen kleineren Durchmesser als die Platte oder Folie (1) aufweist;
- die beiden leitfähigen Platten oder Folien (1). (2) mittensymmetrisch überein ander angeordnet und im Mittelpunkt (3) mittels eines leitfähigen Zylinders (4) verbunden werden, wobei die leitfähige Verbindungen zwischen der Platte oder Folie (1) und dem leitfähigen Zylinder (4) sowie zwischen der Platte oder Folie (2) und dem leitfähigen Zylinder (4) vorzugsweise als Schraub-, Niet- oder Löt verbindung ausgeführt wird;
- die Platte oder Folie (2) mit vier Radialschlitzen (5.1), (5.2), (5.3), (5.4) in einem Winkel von jeweils 90 Winkelgrad zueinander versehen wird, wobei die Radialschlitze (5) mit zueinander unterschiedlicher Länge sowie gleicher Schlitz breite oder zueinander gleicher Länge sowie unterschiedlicher Schlitzbreite in der Weise ausgeführt werden, daß die jeweils um 180 Winkelgrad zueinander ver setzten Radialschlitze (5) die gleiche Länge für den Fall der Identität der Schlitz breiten aufweisen oder die jeweils um 180 Winkelgrad zueinander versetzten Radialschlitze (5) die gleiche Schlitzbreite für den Fall der Identität der Schlitz längen aufweisen;
- die Anordnung mit einem koaxialen Wellenleiter gekoppelt wird, indem der Innenleiter (6) des koaxialen Wellenleiters leitfähig mit der Platte oder Folie (2) verbunden und der Außenleiter (7) des koaxialen Wellenleiters leitfähig mit der Platte oder Folie (1) verbunden wird, wobei der Außenleiter (7) durch die Blende (8) der Platte oder Folie (1) hindurch in den Raum (9) zwischen den Platten oder Folien (1) und (2) verlängert wird;
- der Kopplungspunkt des Innenleiters (6) mit der leitfähigen Platte oder Folie (2) bzw. der Mittelpunkt der Blende (8) innerhalb der leitfähigen Platte oder Folie (1) auf einer vom Mittelpunkt der Platte oder Folie (1) bzw. Platte oder Folie (2) ausgehenden Radiallinie angeordnet wird, die zur Achsenlinie zweier mit einem gegenseitigen Winkelversatz von 90 Winkelgrad angeordneter Radialschlitze (5) jeweils einen Winkel von 45 Winkelgrad einschließt.

2. Dualband-Hybridantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte oder Folie (2) mit Blenden (10) kreisförmiger, elliptischer, quadratischer, rechteckiger, dreieckförmiger, pentagonaler oder hexagonaler Kontur versehen wird, deren Mittelpunkte, Diagonalenschnittpunkte bzw. Schnittpunkte der Winkel- oder Seitenhalbierenden auf jeweils vom Mittelpunkt der Platte oder Folie (2) ausgehenden Radiallinien mit einem gegenseitigen Winkelabstand von 90 Winkelgrad angeordnet werden und die Blenden (10) auf jeweils zwei 180 Winkelgrad zueinander versetzten und vom Mittelpunkt der Platte oder Folie (2) ausgehenden Radiallinien gleichartig bezüglich der Kontur und Abmessung sowie der Position ausgeführt werden, wobei die Blenden (10) der bezeichneten Kon turen jeweils einen Konturabschnitt bzw. ein Kontursegment aufweisen, der bzw. das den Berandungskreis der Platte oder Folie (2) schneidet.

3. Dualband-Hybridantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Radialschlitze (5) mit identischer Schlitzlänge sowie identischer Schlitz breite ausgeführt werden, wobei jeweils zwei um 180 Winkelgrad versetzte Radialschlitze mit einer konzentrierten Blindbelastung gekoppelt werden, indem in den Ebenen der betreffenden Radiallinien jeweils ein konzentriertes Blindele ment (11) zwischen den Platten oder Folien (1) und (2) eingeführt wird, wobei die konzentrierten Blindelemente gleiche elektrische Eigenschaften aufweisen und die Kopplungspunkte der konzentrierten Blindelemente (11) spiegelsymmetrisch zum Mittelpunkt (3) der Platten oder Folien (1), (2) angeordnet werden.

4. Dualband-Hybridantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Radialschlitze (5) mit identischer Schlitzlänge sowie identischer Schlitzbreite ausgeführt werden, wobei jeweils zwei um 180 Winkelgrad versetzte Radial schlitze mit einer konzentrierten Blindbelastung gekoppelt werden, indem in den Ebenen der betreffenden Radiallinien jeweils ein konzentriertes Blindelement (11) zwischen einem auf der jeweiligen Radiallinie der Platte oder Folie (2) ge wählten Punkt und dem Verbindungspunkt (3) zwischen der Platte oder Folie (1) und der Platte oder Folie (2) eingeführt wird, wobei die auf der betreffenden Radiallinie gewählten Punkte der Platte oder Folie (2) spiegelsymmetrisch zum Mittelpunkt (3) der Platten oder Folien (1), (2) angeordnet werden.