DE19914340A1 - Miniaturisiertes Flächenstrahlersystem für Mobilfunkanwendungen - Google Patents
Miniaturisiertes Flächenstrahlersystem für MobilfunkanwendungenInfo
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist die Konfigurierung eines extrem miniaturisierten und in erster Linie flächenhaft ausgedehnten Antennensystems mit der Eigenschaft der Erzeugbarkeit einer linear polarisierten und räumlich breiten Doppelsektorstrahlung vorzugsweise für Mobilfunkanwendungen innerhalb der Spektralbereiche des D- und E-Mobilfunknetzes. DOLLAR A Die erfinderische Lösung beruht hierbei auf einem breitbandig angepaßten sowie unsymmetrischen Wellenleiterresonator in Schlitzleitungstechnik. DOLLAR A Deskriptoren: DOLLAR A Linearstrahler, Monopol, Planarantenne, Planarstrahler, Resonanzstrahler, Strahlungsdiagramm, Sektorstrahlung, Polarisation, Richtfaktor, Wirkungsgrad, Wellenleitung, Wellenimpedanz, Wellenleiterresonator, Schlitzleitung.
Description
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 koordinatenseitig
breiten Doppelsektorstrahlung vorzugsweise in den Spektralbereichen zwischen
890 MHz und 960 MHz sowie zwischen 1710 MHz und 1880 MHz. Weiterhin
besteht das Ziel der Erfindung in der Entwicklung einer planaren Strahleranord
nung vorzugsweise für den Bereich der Fahrzeuganwendungen, die es bei An
bringung der Antenne an den verglasten Innenflächen des Fahrzeuges oder jeg
lichen dielektrischen Flächen und Begrenzungen beliebiger Räume oder Objekte
ermöglicht, jegliche rundstrahlende Außenantennen für die Übertragung elektro
magnetischer Strahlungsfelder vorzugsweise in den genannten Spektralbereichen
effektiv zu substitutieren. Die gegenständliche Erfindung verfolgt fernerhin das
Ziel, Flächenstrahlerkomponenten mit der unmittelbaren Möglichkeit der tech
nisch oder designerisch orientierten Systemintegrierbarkeit sowie der Tarnbarkeit
für sowohl stationäre als auch portable oder mobile Objekte bzw. Anwendungen
sowie mit der Einsatzmöglichkeit bzw. der speziellen Eignung als Körper- oder
Kofferantenne zu entwickeln. Im weiteren verfolgt die Erfindung das Ziel der
unmittelbaren Montagemöglichkeit des Flächenstrahlers auf den dielektrischen,
vorzugsweise verglasten, Flächen und damit vorausgehend der konzeptions- bzw.
dimensionierungsseitigen Berücksichtigung der elektromagnetisch relevanten
Eigenschaften der dem Antennenmodul räumlich vorgeordneten dielektrischen
Schichten oder Räume, vorzugsweise der entsprechenden Verglasungen des
Fahrgast- oder Nutzraumes land-, luft- oder seemobiler Objekte.
Das Ziel der Erfindung besteht weiterhin darin, die für die Konfigurierung des
Planarstrahlers erforderlichen dielektrischen Strukturträger durch Verwendung
ausschließlich elektrisch leitfähiger und selbsttragender dünner Platten, vorzugs
weise metallischer Platten oder Folien, zu ersetzen und die durch die Verwen
dung dielektrischer Basismaterialien mit einer vom evakuierten Raum abwei
chenden Dielektrizitätszahl bedingte geometrische Verkürzung mittels verteilter
kapazitiver Strukturelemente zu erwirken.
Das Anwendungsgebiet der Erfindung bezieht sich vordergründig auf den Mobil
funkbereich innerhalb des Mobilfunk-D-Netzes sowie des Mobilfunk-E-Netzes.
Hierbei bildet der Flächenstrahler 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 bzw. an der dielektrischen Raum- oder Objektwandung innen
seitig und flächig montiert wird.
Die Strahlerkomponente ist vorteilhaft in den Fällen anwendbar, in denen die
Bedingung der schnellen und unaufwendigen Montierbarkeit ohne Verwendung
von Werkzeugen sowie die Bedingung der sowohl bezüglich des Antennenmo
duls als auch bezüglich der Montageebene zerstörungsfreien und einschränkungs
losen Lösbarkeit und damit der Wiederverwendbarkeit zu erfüllen sind bzw. er
füllt sein sollten. Der weitere Vorteil der Erfindung soll in der externen Aufnah
mefähigkeit jeglicher lösbar oder unlösbar mit dem Antennenmodul bzw. mit
dessen Radom verbundener dielektrischer Folien, Verkleidungen oder Ummante
lungen beliebiger Strukturierung, vorzugsweise dielektrischer Folien mit belie
biger Bedruckung und Farbgebung, bestehen, so daß auf dieser Basis das Feld der
zweckorientierten Tarnbarkeit sowie der designerischen Gestaltbarkeit bzw. de
signerischen Integrationsfähigkeit umfassend erschließbar ist.
Darüber hinausgehend bildet die erfindungsgemäße Strahlerkomponente ein Ba
sismodul für Kurz- oder Mittelstreckenübertragungssysteme für kommunikations-
sowie sensor- oder sicherheitstechnische Anwendungen.
Bekannte Antennenlösungen für den Bereich der Mobilfunkanwendungen be
ruhen 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 ge
koppelte Komponenten bekannt sowie mit unterschiedlichem Richtfaktor und
Wirkungsgrad behaftet, wobei diese Komponenten in der Azimutalebene aus
schließlich 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 Anwen
dungsbereich bezogenen Strahlungseigenschaften sind denen der klassischen
Linearantennen deutlich unterlegen. Gleichfalls sind gezielte Ausblendungs
eigenschaften des Strahlungsdiagrammes nicht nachweisbar. Gleichfalls sind
keine Lösungen bekannt, deren elektromagnetische bzw. Strahlungseigenschaften
auf der Basis unsymmetrischer und offener Wellenleitertechniken, insbesondere
der Microstriptechnik, unter Verwendung selbsttragender leitfähiger Folienleiter
oder folienähnlicher Leitflächen erzielt werden.
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 der Technik erweitert wird.
Die erfinderische Aufgabe besteht in der Konfigurierung einer extrem miniaturi
sierten und flächenhaften Strahlerkomponente mit der Eigenschaft der Erzeug
barkeit einer linear polarisierten und räumlich breiten Doppelsektorstrahlung mit
dem Ziel der Erzeugung einer Nutzstrahlung innerhalb jeder der zwei Raumhemi
sphären des sphärischen Strahlungsraumes vorzugsweise in den Spektralberei
chen zwischen 890 MHz und 960 MHz bzw. 1710 MHz und 1880 MHz.
Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht weiterhin in der Entwicklung einer
flächenhaften Strahleranordnung vorzugsweise für den Bereich der Fahrzeugan
wendungen, die es bei Anbringung der Antenne an den verglasten Innenflächen
des Fahrzeuges oder jeglichen dielektrischen Flächen und Begrenzungen belie
biger Räume oder Objekte ermöglicht, jegliche rundstrahlende, vorzugsweise
lineare oder ringförmige oder ringschlitzförmige Außenantennen für die Über
tragung elektromagnetischer Strahlungsfelder vorzugsweise in den genannten
Spektralbereichen effektiv zu substituieren. Fernerhin besteht die erfindungsgemäße
Aufgabe in der Konfigurierung einer Flächenstrahlerkomponente mit der unmittel
baren Möglichkeit der technisch oder designerisch orientierten Systemintegrier
barkeit sowie der Tarnbarkeit für sowohl stationäre als auch portable oder mobile
Objekte bzw. Anwendungen sowie mit der Einsatzmöglichkeit bzw. der spezi
ellen Eignung als Körper- oder Kofferantenne, wobei in jedem der genannten
Fälle die Bedingung der schnellen und unaufwendigen Montierbarkeit ohne Ver
wendung von Werkzeugen sowie der Bedingung der sowohl bezüglich des An
tennenmoduls als auch bezüglich der Montageebene zerstörungsfreien und ein
schränkungslosen Lösbarkeit und damit der Wiederverwendbarkeit zu erfüllen
sind und die externe Aufnahmefähigkeit des Antennenmoduls jeglicher lösbar
oder unlösbar mit dem Antennenmodul bzw. mit dessen Radom verbundener
dielektrischer Verkleidungen oder Ummantelungen beliebiger Strukturierung,
vorzugsweise dielektrischer Folien mit beliebiger Bedruckung und Farbgebung,
gegeben ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem eine leitfähige Platte
oder Folie (1) mit kreisförmiger, elliptischer, dreieckförmiger, quadratischer,
rechteckiger, pentagonaler, hexagonaler, octagonaler oder beliebiger Berandung,
vorzugsweise kreisförmiger Berandung, vorzugsweise bestehend aus Messing,
Kupfer oder Aluminium, mit einer schlitzförmigen Struktur (2), bestehend aus
einem oder mehreren und untereinander verbundenen schlitzförmigen Segmenten
(2.1), (2.2), (2.3), (2.4), . . . gleicher oder ungleicher Schlitzbreite, vorzugsweise
ungleicher Schlitzbreite, die für den Fall mehrerer schlitzförmiger Segmente pa
rallel, rechtwinklig oder in einem beliebigen Winkel zueinander angeordnet sind,
versehen wird. Die Aufgabe wird weiterhin dadurch gelöst, indem die schlitzför
mige Struktur (2) vorzugsweise mittels eines koaxialen Wellenleiters (3) elektro
magnetisch angeregt wird, indem der Innenleiter (3.1) des koaxialen Wellenleiters
(3) in einer definierten Entfernung von den Begrenzungen der schlitzförmigen
Struktur (2) bzw. eines Segmentes der schlitzförmigen Struktur rechtwinklig zur
Achse der schlitzförmigen Struktur über die schlitzförmige Struktur geführt und
endseitig an einer der achsenparallelen Begrenzungen der schlitzförmigen Struk
tur (2) galvanisch mit der leitfähigen Platte oder Folie (1) verbunden wird, wobei
der Außenleiter (3.2) des koaxialen Wellenleiters (3) an der gegenüberliegenden
achsenparallelen Begrenzung der schlitzförmigen Struktur (2) galvanisch, vor
zugsweise mittels einer Lötverbindung, mit der leitfähigen Platte oder Folie (1)
verbunden wird. Die strukturierte leitfähige Platte oder Folie (1) wird erfindungs
gemäß mittels eines dielektrischen Gefäßsystems (4) umschlossen, wobei das Ge
fäßsystem (4) in Form eines Radoms mit beliebiger Kontur, vorzugsweise mit ei
ner der Berandung der strukturierten leitfähigen Platte oder Folie (1) angepaßten
Kontur und damit einer kreisförmigen Kontur, vorzugsweise bestehend aus einem
mittels Spritzverfahren oder Tiefziehverfahren erstellten und aus einem oder
mehreren Elementen bestehenden Formteiles oder in der Folge eines Verschäu
mungsverfahrens gebildet wird, innerhalb dessen die strukturierte leitfähige Platte
oder Folie (1) eingefügt wird bzw. integriert ist. Die Positionierung bzw. Befesti
gung des Gefäßsystems erfolgt vorzugsweise mittels einer doppelseitig mit je
weils einer Klebeschicht ausgestatteten dielektrischen Folie (5) beliebiger Dicke
und Berandung, vorzugsweise kreisförmiger oder kreisringförmiger Berandung,
wobei der doppelklebenden dielektrischen Folie eine weitere, vorzugsweise ein
seitig mit einer Haftschicht ausgestattete dielektrische Folie (6) beliebiger Beran
dung, vorzugsweise kreisförmiger oder kreisringförmiger Berandung, vorgesetzt
werden kann, deren Haftschichtebene vorzugsweise mit einer ein- oder mehr
farbigen, vorzugsweise mehrfarbigen, Bedruckung ausgebildet ist und für den Fall
der Glasmontage (7) ein sichtbares Bild erzeugt. Der erfindungsgemäße Vorteil
besteht insbesondere in der beliebigen Wechselbarkeit des Positionierungsortes
der Antennenkomponente und/oder der Bildfolie (6) bei sachlich unbegrenzter
Wiederverwendbarkeit des Antennenmoduls.
Die Bemessung der Resonanzbedingung des Strahlersystems bzw. des Eingangs
impedanz- und Strahlungsleitwertprofils erfolgt hierbei unter Einbeziehung des
geometrischen und Suszeptibilitätsprofils des Gefäßsystems (4) sowie der dielek
trischen Folien (5) und (6) einschließlich der Montageebene (7), so daß das An
tennensystem als Schlitzwellenleiterresonator mit ebenenweise diskontinuierlich
partialisierter, unsymmetrischer, dielektrischer Belastung und damit als flächen
haftes Verbundstrahlersystem zu betrachten ist.
Die Erfindung soll anhand zweier praxisrelevanter Ausführungsbeispiele näher
erläutert werden.
Ausführungsbeispiel 1 bezieht sich hierbei auf eine miniaturisierte und planare,
dualbandige Kofferantenne für die Spektralbereiche 890 MHz bis 960 MHz
sowie 1710 MHz bis 1880 MHz, deren Strahlermodul (1) in der Abb. 1.1
dargestellt ist.
Gemäß der Abb. 1.1 wird eine leitfähige Platte oder Folie (1), bestehend aus
Messing, mit einer schlitzförmigen Struktur (2), bestehend aus den schlitzförmi
gen Segmenten (2.1) bis (2.5), versehen. Gemäß der Abb. 1.1 wird die
schlitzförmige Struktur (2) mittels eines koaxialen Wellenleiters (3) angeregt,
indem der Innenleiter (3.1) im Punkt (8) mit der leitfähigen Platte (1) und der
Außenleiter (3.2) im Punkt (9) mit der leitfähigen Platte galvanisch mittels jeweils
einer Lötverbindung verbunden werden.
Ausführungsbeispiel 2 bezieht sich auf ein miniaturisiertes und planares, dualban
diges Strahlersystem für Fahrzeug-Innenraumanwendungen bzw. für die Glas
montage innerhalb der Spektralbereiche 890 MHz bis 960 MHz sowie 1710 MHz
bis 1880 MHz, dessen Strahlermodul (1) in der Abb. 1.2 dargestellt ist.
Gemäß der Abb. 1.2 wird eine leitfähige Platte oder Folie (1), bestehend aus
Messing, mit einer schlitzförmigen Struktur (2), bestehend aus den schlitzförmi
gen Segmenten (2.1) bis (2.5), versehen.
Die strukturierte und leitfähige Platte (1) gemäß der Abb. 1.1 bzw. 1.2
wird jeweils in ein zylinderförmiges dielektrisches Radom (4), vorzugsweise
bestehend aus einer Polystyrol- oder Polyvinylchlorid-Komposition, eingefügt.
Mittels einer doppelseitig mit jeweils einer Klebeschicht versehenen dielek
trischen Folie (5), bestehend aus Polystyrolschaum, sowie einer einseitig mit einer
Klebeschicht versehenen Bildfolie (6) wird das Antennenmodul bzw. dessen
Radom (4) gemäß der Abb. 2 auf einer dielektrischen Montageebene (7),
bestehend aus der Fahrzeugverglasung, positioniert bzw. befestigt.
Claims (2)
1. Miniaturisiertes Flächenstrahlersystem für Mobilfunkanwendungen, bestehend
aus einer Anordnung geometrisch definierter und leitfähiger Schichten, dadurch
gekennzeichnet, daß
- 1. eine leitfähige Platte oder Folie (1) mit kreisförmiger, elliptischer, dreieckför miger, quadratischer, rechteckiger, pentagonaler, hexagonaler, octagonaler oder beliebiger Berandung, vorzugsweise kreisförmiger Berandung, mit einer schlitz förmigen Struktur (2), bestehend aus einem oder mehreren und untereinander ver bundenen schlitzförmigen Segmenten (2.1), (2.2), (2.3), (2.4), . . . gleicher oder ungleicher Schlitzbreite, vorzugsweise ungleicher Schlitzbreite, die für den Fall mehrerer schlitzförmiger Segmente (2) parallel, rechtwinklig oder in einem be liebigen Winkel zueinander angeordnet sind, versehen wird;
- 2. die schlitzförmige Struktur (2) vorzugsweise mittels eines koaxialen Wellen leiters (3) elektromagnetisch angeregt wird, indem der Innenleiter (3.1) des koaxi alen Wellenleiters (3) in einer definierten Entfernung von den Begrenzungen der schlitzförmigen Struktur (2) bzw. eines Segmentes der schlitzförmigen Struktur rechtwinklig zur Achse der schlitzförmigen Struktur (2) über die schlitzförmige Struktur (2) geführt und endseitig an einer der achsenparallelen Begrenzungen der schlitzförmigen Struktur (2) galvanisch mit der leitfähigen Platte oder Folie (1) verbunden wird;
- 3. der Außenleiter (3.2) des koaxialen Wellenleiters (3) an der gegenüberliegenden achsenparallelen Begrenzung der schlitzförmigen Struktur (2) galvanisch mit der leitfähigen Platte oder Folie (1) verbunden wird;
- 4. die strukturierte leitfähige Platte oder Folie (1) mittels eines dielektrischen Ge fäßsystems (4) mit beliebiger Kontur, vorzugsweise mit einer der Berandung der strukturierten leitfähigen Platte oder Folie (1) angepaßten und damit kreisför migen Kontur, umschlossen wird;
- 5. das Gefäßsystem (4) vorzugsweise mittels einer doppelseitig mit jeweils einer Haftschicht, vorzugsweise Klebeschicht, ausgestatteten dielektrischen Folie (5) beliebiger Dicke und Berandung, vorzugsweise kreisförmiger oder kreisringför miger Berandung, auf der Montagefläche befestigt bzw. positioniert wird;
- 6. der dielektrischen Folie (5) eine weitere, vorzugsweise einseitig mit einer Haft schicht, vorzugsweise Klebeschicht, ausgestattete dielektrische Folie (6) beliebi ger Berandung, vorzugsweise kreisförmiger Berandung, deren Haftschichtebene vorzugsweise mit einer ein- oder mehrfarbigen, vorzugsweise mehrfarbigen Bedruckung, ausgebildet ist, vorgesetzt wird.
2. Miniaturisiertes Flächenstrahlersystem für Mobilfunkanwendungen, nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäßsystem (4) unter Vorsatz der
dielektrischen Folien (5) und/oder (6) sowohl für den Fall der Konfigurierung des
Strahlermoduls als Wellenleiterresonator in Schlitzleitungstechnik (1) als auch für
den Fall der Konfigurierung des Strahlermoduls als Wellenleiterresonator in Strei
fenleitungs- bzw. Microstrip-, dielektrischer Bildleitungs- oder Koplanartechnik
für die Aufnahme bzw. Montage eines flächenhaften Strahlersystems auf einer
dielektrischen Montageebene (7), vorzugsweise einer Glasfläche, angewendet
wird.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914340A DE19914340A1 (de) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | Miniaturisiertes Flächenstrahlersystem für Mobilfunkanwendungen |
DE19923036A DE19923036A1 (de) | 1999-03-30 | 1999-05-19 | Miniaturisiertes Planarstrahlersystem für Mobilfunkanwendungen |
DE10008086A DE10008086A1 (de) | 1999-03-30 | 2000-02-22 | Systemintegrierbares Planarstrahlersystem für Mobilfunkanwendungen |
DE10008087A DE10008087A1 (de) | 1999-03-30 | 2000-02-22 | Miniaturisiertes Flächenstrahlersystem für Mobilfunkanwendungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914340A DE19914340A1 (de) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | Miniaturisiertes Flächenstrahlersystem für Mobilfunkanwendungen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19914340A1 true DE19914340A1 (de) | 2000-10-05 |
Family
ID=7902899
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914340A Withdrawn DE19914340A1 (de) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | Miniaturisiertes Flächenstrahlersystem für Mobilfunkanwendungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19914340A1 (de) |
-
1999
- 1999-03-30 DE DE19914340A patent/DE19914340A1/de not_active Withdrawn
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