DE19934671C1

DE19934671C1 - Planare Antenne

Info

Publication number: DE19934671C1
Application number: DE1999134671
Authority: DE
Inventors: Jochen Christ; Ulrich Mahr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2001-04-19
Anticipated expiration: 2019-07-24
Also published as: WO2001008261A1; EP1205008A1

Abstract

Eine planare Antenne, die ein symmetrisches Richtdiagramm, bei dem Nebenzipfel weitgehend unterdrückt werden, erzeugt, besteht aus einem Strahlerelement (1), das in einem Abstand über einer Massefläche (2) angeordnet ist, und an der an zwei gegenüberliegenden Seiten Leitungsarme (4, 5) angeordnet sind, deren Enden über einen unterhalb des Strahlerelements (1) verlaufenden Steg (6) miteinander verbunden sind. Ein Signalanschlußpunkt (7) liegt unterhalb des Strahlerelements (1) und ist dort mit dem Steg (6) kontaktiert.

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine planare Antenne, bestehend aus einem Strahlerelement, das in einem Abstand über einer Massefläche angeordnet ist, wobei mit dem Strahlerelement eine Speiseleitung verbunden ist, die zwei an gegenüberliegenden Seiten des Strahlerelements angeordnete Leitungsarme aufweist.

Aus IEEE-Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 46., No. 6, June 1998, Seite 807 bis 812 ist eine planare Antenne bekannt. Damit die Antenne möglichst breitbandig ist, wird zwischen dem Strahlerelement und der Massefläche eine möglichst niedrige Permittivität gewählt. Das Dielektrikum Luft erfüllt diese Voraussetzung. Zu dem Zweck wird das Strahlerelement mit einem gewissen Abstand über der Massefläche, die auf einem Substrat aufgebracht ist, angeordnet. Die Zuführung bzw. Auskopplung von Signalen zum bzw. vom Strahlerelement erfolgt gemäß der genannten Druckschrift mittels einer planaren Leitung, die einerseits an einem hochohmigen Speisepunkt des Strahlerelements angeschlossen ist und andererseits bis zu einem Anschlusspunkt für einen Koaxialstecker auf das Substrat heruntergeführt ist. Dabei liegt der Anschlusspunkt für den Koaxialstecker seitlich des Strahlerelements. Das Strahlerelement wird auf dem Substrat mittels eines nichtmetallischen Stifts abgestützt. Die vom Strahlerelement zum Anschlusspunkt auf dem Substrat schräg verlaufende Verbindungsleitung führt zu einer Deformation des Richtdiagramms der planaren Antenne, d. h. zu einer Erhöhung der Nebenzipfel und der Unsymmetrie des Richtdiagramms.

Eine planare Antenne mit den einleitend genannten Merkmalen geht aus Petosa, A. et al: Suppression of unwanted probe radiation in wideband probe-fed microstrip patches, ELETRONICS LETTERS, 4 March 1999, Vol. 35, No. 5, S. 335-357 hervor. Die Speiseleitung für das planare Strahlerelement besteht hier aus zwei Koppelstiften, die symmetrisch an gegenüberliegenden Rändern mit dem Strahlerelement verbunden sind und zu einer Streifenleitungsstruktur auf einem unterhalb des Strahlerelements angeordnete, mit einer Massefläche versehenen Substrat führen. Für jeden Koppelstift ist auf dem Substrat ein eigener Anschlusspunkt vorgesehen, wodurch sich der Herstellungsaufwand für die planare Antenne erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine planare Antenne der eingangs genannten Art anzugeben, die ein möglichst symmetrisches Richtdiagramm, bei dem Nebenzipfel möglichst weitgehend unterdrückt sind, erzeugt und mit möglichst geringem Aufwand herstellbar ist.

Vorteile der Erfindung

Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Signalankopplung an das Strahlerelement durch zwei Leitungsarme erfolgt, die an gegenüberliegenden Seiten des Strahlerelements angeordnet sind, wobei die Enden der Leitungsarme über einen unterhalb des Strahlerelements verlaufenden Steg miteinander verbunden sind. Der Anschlusspunkt, z. B. für ein Koaxialkabel, liegt unterhalb des Strahlerelements und ist dort mit dem Steg kontaktiert. Dieser Aufbau der planaren Antenne führt zu einem sehr symmetrischen Richtdiagramm mit weitgehend reduzierten Nebenzipfeln. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die beiden Leitungsarme, die der Signalkopplung an das Strahlerelement dienen, gleichzeitig als Stützen für das Strahlerelement auf dem Substrat dienen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Der Ausbildung eines symmetrischen nebenzipfelarmen Richtdiagramms kommt es entgegen, wenn die Leitungsarme, ausgehend vom Strahlerelement zum gemeinsamen Steg hin, verjüngt sind.

Ebenfalls zu einer Symmetrierung und Nebenzipfelreduzierung des Richtdiagramms trägt bei, daß die Signalankopplung vom Anschlußpunkt an den Steg so erfolgt, daß zwischen den Signalanteilen an den beiden Leitungsarmen eine 180°- Phasenverschiebung besteht. Zweckmäßigerweise ist dazu der Steg als Leitungsverzweigung ausgebildet, von der ein Leitungsende mit dem mittig unterhalb des Strahlerelements liegenden Anschlußpunkt kontaktiert ist und die Leistungsverzweigung solche Leitungslängen aufweist, daß sich die 180°-Phasenverschiebung zwischen den Signalanteilen an den Leitungsarmen einstellt.

Die Symmetrierung und Nebenzipfelunterdrückung des Richtdiagramms kann auch noch durch Verlängerungen des Strahlerelements seitlich neben den von ihm abzweigenden Leitungsarmen unterstützt werden.

Der die beiden Leitungsarme miteinander verbindende Steg kann als eine auf dem Substrat geätzte Leitung ausgebildet sein.

Ein sehr geringer Herstellungsaufwand der planaren Antenne entsteht dadurch, daß das Strahlerelement, seine beiden Leitungsarme und der Steg als ein Blechstanzteil gefertigt werden.

Zeichnung

Die Erfindung wird nun anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer planaren Antenne,

Fig. 2 ein Blechstanzteil einer planaren Antenne einer ersten Form,

Fig. 3 ein Blechstanzteil einer planaren Antenne einer zweiten Form und

Fig. 4 eine Leitungsverzweigung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In der Fig. 1 ist - in einer Seitenansicht - eine planare Antenne dargestellt, bestehend aus einem planaren Strahlerelement 1 und einer zugehörigen Massefläche 2. Das Strahlerelement 1 ist gegenüber der Massefläche 2 in einem gewissen Abstand gehalten, so daß sich zwischen beiden ein Dielektrikum mit sehr niedriger Permittivität, nämlich Luft, befindet und somit ein sehr breitbandiger Betrieb der Antenne möglich ist. Als Träger für das Strahlerelement 1 und die Massefläche 2 dient ein Substrat 3, wobei das Strahlerelement 1 auf der Oberseite und die Massefläche 2 auf der Unterseite des Substrats 3 aufgebracht sind.

Zur Ein- und Auskopplung von Signalen zum bzw. vom Strahlerelement 1 sind an zwei gegenüberliegenden Seiten des Strahlerelements 1 Leitungsarme 4 und 5 angeordnet, deren auf dem Substrat 3 aufliegenden Enden über einen unterhalb des Strahlerelements 1 verlaufenden Steg 6 leitend miteinander verbunden sind. Ein Anschlußpunkt 7 zur Signalankopplung liegt unterhalb des Strahlerelements 1; und zwar ist der Innenleiter 8 einer Koaxialleitung am Anschlußpunkt 7 mit dem Steg 6 kontaktiert, und der Außenleiter 9 der Koaxialleitung ist mit der Masseleitung 2 an der Unterseite des Substrats 3 verbunden. Der Anschlußpunkt 7 ist so gelegt, daß die beiden Signalanteile an den Leitungsarmen 4 und 5 eine gegenseitige Phasenverschiebung von 180° aufweisen. Durch die Anordnung des Anschlußpunktes 7 unterhalb des Strahlerelements 1 und die gegenphasige Ankopplung der Signalanteile über die symmetrischen Leitungsarme 4 und 5 an das Strahlerelement 1 werden parasitäre Strahlungen, die zu Nebenzipfeln im Richtdiagramm führen, weitgehend unterdrückt, und es entsteht ein symmetrisches Richtdiagramm der planaren Antenne.

Zur Verdeutlichung des Aufbaus des Strahlerelements 1 mit seinen beiden Leitungsarmen 4, 5 und dem diese beiden Leitungsarme 4, 5 miteinander verbundenen Steg 6 ist in der Fig. 2 eine perspektivische Darstellung von der Seite des Steges 6 her gezeigt. Alle Teile, das Strahlerelement 1, die beiden Leitungsarme 4, 5 und der Steg 6 lassen sich auf sehr einfache Art und Weise als ein Blechstanzteil herstellen. Aus dem gestanzten Blech werden dann die beiden Leitungsarme abgewinkelt und der Steg 6 aus zwei an den Leitungsarmen 4 und 5 befindlichen Fortsätzen, die miteinander verlötet werden, gebildet.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Leitungsarme 4 und 5 rechteckig ausgebildet. In einem anderen in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Leitungsarme 4' und 5', ausgehend vom Strahlerelement 1 zum gemeinsamen Steg 6 hin, verjüngt. Mit der Vejüngung der Leitungsarme werden Sprünge der Leitungsbreite vermieden, was einer größeren Bandbreite der Antenne zugute kommt, weil dadurch Streufelder reduziert werden. Der Verlauf der Leitungsverjüngung kann unterschiedliche Formen, z. B linear, exponentiell etc., haben.

Seitlich neben den Leitungsarmen 4, 5 bzw. 4' und 5' können am Strahlerelement 1 Verlängerungen 10, 11, 12, 13 vorgesehen werden, mit denen durch geeignete Dimensionierung ihrer Länge und Breite eine optimale Anpassung des Strahlerelements 1 möglich ist, um die Bandbreite der Antenne zu verbessern.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 3 ist der Steg 6 ein Teil des gestanzten Blechs. Der Steg 6 kann aber auch eine auf dem Substrat 3 geätzte Leitung sein, mit der die beiden Leitungsarme 4, 5 bzw. 4', 5' auf dem Substrat 3 zu kontaktieren sind.

Die beiden Leitungsarme 4, 5 bzw. 4', 5' haben nicht nur die Funktion einer Signalankopplung vom und zum Strahlerelement 1. Sie dienen gleichzeitig auch als Stützen für das Srahlerelement 1 auf dem Substrat 3.

Um die gegenphasige Signalankopplung an den Leitungsarmen 4, 5 bzw. 4', 5' zu erreichen, ist, wie die Fig. 1, 2 und 3 zeigen, der Anschlußpunkt 7 am Steg 6 entsprechend weit aus der Mitte versetzt. Man kann aber auch eine mittige Signaleinspeisung am Steg 6 realisieren und damit die Strahlungssymmetrie der Antenne noch weiter erhöhen, indem entsprechend der Darstellung in Fig. 4 ein Teil des Steges 6 als Leitungsverzweigung ausgeführt ist. Die Leitungsverzweigung besteht aus einer Doppel-T-Verzweigung, wobei Verzweigungsarme 14 und 15 die beiden T-Verzweigungen 16 und 17 miteinander verbinden. Zwischen den beiden Verzweigungsarmen 14 und 15 führt eine Stichleitung 18 zur T-Verzweigung 16. Am Ende der Stichleitung 18 befindet sich der Anschlußpunkt 7 zur Signalein- bzw. auskopplung, wobei die Stichleitung so lang ist, daß der Anschlußpunkt 7 genau in der Mitte des Steges 6 zu liegen kommt. Die Verzweigungsarme 14 und 15 bewirken, daß Signalanteile, die von der T-Verzweigung 16 über die Verzweigungsarme 14, 15 und die T-Verzweigung 17 zu einem Ende des Steges 6 laufen, eine längere Laufzeit aufweisen als diejenigen Signale, die von der T-Verzweigung 16 direkt zum anderen Ende des Steges 6 sich ausbreiten. Durch entsprechende Dimensionierung der Länge der Verzweigungsleitungen 14 und 15 wird erreicht, daß die an beiden Enden des Steges 6 auftretenden Signalanteile eine gegenseitige Phasenverschiebung von 180° aufweisen.

Claims

1. Planare Antenne, bestehend aus einem Strahlerelement (1), das in einem Abstand über einer Massefläche (2) angeordnet ist, wobei mit dem Strahlerelement (1) eine Speiseleitung verbunden ist, die zwei an gegenüberliegenden Seiten des Strahlerelements (1) angeordnete Leitungsarme (4, 5, 4', 5') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Leitungsarme (4, 5, 4', 5') über einen unterhalb des Strahlerelements(1) verlaufenden Steg (6) miteinander verbunden sind, und dass dieser Steg (6) mit einem Anschlusspunkt (7) auf einem die Massefläche (2) tragenden Substrat (3) unterhalb des Strahlerelements (1) kontaktiert ist.

2. Planare Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsarme (4', 5'), ausgehend vom Strahlerelement (1) zum gemeinsamen Steg (6) hin, verjüngt sind.

3. Planare Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalankopplung vom Anschlußpunkt (7) an den Steg (6) so erfolgt, daß zwischen den Signalanteilen an den beiden Leitungsarmen (4, 5, 4', 5') eine 180°- Phasenverschiebung besteht.

4. Planare Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (6) eine Leitungsverzweigung (14, 15, 16, 17, 18) aufweist, von der ein Leitungsende mit dem mittig unterhalb des Strahlerelements (1) liegenden Anschlußpunkt (7) kontaktiert ist, und daß die Leitungsverzweigung (14, 15, 16, 17, 18) solche Leitungslängen aufweist, daß sich die 180°-Phasenverschiebung zwischen den Signalanteilen an den Leitungsarmen (4, 5, 4', 5') ergibt.

5. Planare Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (6) als eine auf dem Substrat (3) geätzte Leitung ausgebildet ist.

6. Planare Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlerelement (1), seine beiden Leitungsarme (4, 5, 4', 5') und der Steg (6) als ein Blechstanzteil realisiert sind.

7. Planare Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlerelement (1) seitlich neben den von ihm abzweigenden Leitungsarmen (4, 5, 4', 5') Verlängerungen (10, 11, 12, 13) aufweist.