DE3306054A1

DE3306054A1 - Foil antenna

Info

Publication number: DE3306054A1
Application number: DE19833306054
Authority: DE
Inventors: Rudolf 3400 Göttingen Dvorak; Gerd E.A. Dr. Meier
Original assignee: MEIER MESSTECHNIK
Current assignee: MEIER MESSTECHNIK
Priority date: 1983-02-22
Filing date: 1983-02-22
Publication date: 1984-08-23

Abstract

A foil antenna having at least one flat, flexible structure (foil) and at least one approximately flat antenna system, which are connected to one another to achieve a common spatial position and shape. The flexibility of the complete system allows the shape and position of the antenna system to be varied for purposes of erecting, use, transportation, and storage and for purposes of changing the electrical characteristics. The flat shape of the antenna systems on foils is particularly suitable for the design of broadband antennas with flat elements.

Description

Folien-AntenneFoil antenna

Die Erfindung betrifft eine Folien-Antenne mit wenigstens einer flächigen, flexiblen Struktur und wenigstens einem
annähernd flächigen Antennensystem, insbesondere für elektromagnetische Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Lage und Form der flächigen Struktur die räumliche Lage und Form des mit ihr verbundenen Antennensystems festlegt.The invention relates to a film antenna with at least one flat, flexible structure and at least one
approximately flat antenna system, in particular for electromagnetic waves, characterized in that the spatial position and shape of the flat structure defines the spatial position and shape of the antenna system connected to it.

Die heute üblichen Antennen werden überwiegend aus Drähten, Seilen, Metallstäben, Blechen und starren Isolatoren hergestellt und sind tragwerkartig zusammengesetzt.-Als flexible Antennensysteme sind nur die aus Drähten und Seilen zusammengesetzten Antennensysteme von großen Sende- und Empfangsanlagen sowie vereinzelte, meist als Fahrzeugantennen ausgeführte Gummi- oder glasfaserbewehrte Linearantenne bekannt.The antennas commonly used today are mainly made from wires, ropes, metal rods, sheet metal and rigid insulators and are put together like a load-bearing structure. -As flexible antenna systems, only those made of wires and Ropes composed of antenna systems of large transmitting and receiving systems as well as isolated, mostly as vehicle antennas Executed rubber or glass fiber reinforced linear antenna known.

Die Lage und Form der Elemente eines Antennensystems lassen sich mit der bisher gebräuchlichen Bauweise, zumal \-renn es sich um flexible Antennensysteme handelt, nur mit großem
technischen Aufwand fixieren. Auch Transport, Verpackung
und Lagerung solcher bekannten Antennensysteme mit umfangreichen Montage- bzw. Demontagearbeiten und sperrigen Einzelteilen sind aufwendig. Die bei Antennensystemen einzubauenden Isolatoren für Strahlerelemente und Leitungen sind
als separate Elemente störanfällig und wenig stabil.The position and shape of the elements of an antenna system can be personalized with the previously customary design, especially \ it -renn are flexible antenna systems is only with great
fix technical effort. Also transport, packaging
and storage of such known antenna systems with extensive assembly or disassembly work and bulky items are expensive. The insulators for radiator elements and lines to be installed in antenna systems are
as separate elements prone to failure and not very stable.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, für Antennensysteme,' deren Elemente in einzelnen oder auch mehreren
sich durchdringenden oder parallelen Flächen angeordnetThe invention therefore sets itself the task of antenna systems, 'their elements in single or multiple
interpenetrating or parallel surfaces

sind, eine einfache Fixierung der Form und Lage der Antennenelemente und soweit erforderlich deren gegenseitige Entkoppelung (Isolierung) herbeizuführen.are a simple fixation of the shape and position of the antenna elements and, if necessary, to bring about their mutual decoupling (isolation).

Erfindungogemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die wenigstens annähernd in einer Fläche angeordneten Elemente eines Antennensystems mit einer flächigen, flexiblem ^^ΓΓ'In accordance with the invention this object is achieved in that the Elements of an antenna system arranged at least approximately in a surface with a flat, flexible ^^ ΓΓ '

— ο —- ο -

Struktur so verbunden sind, daß die räumliche Lage und Fora der flächigen Struktur die räumliche Lage und Form des Antennensystem s festlegt. Als flächige, flexible Struktur kommen beispielsweise Folien aus Kunststoff, Gummi, Keramik, Metall, Gewebe oder r-ietze aus Kunststoff oder ^v!aturf asern, Glasfasern, Kohlefasern, Drähten,.Schaumstoffe, Filze und Papier infrage.Structure are connected in such a way that the spatial position and Fora of the flat structure determines the spatial position and shape of the antenna system. As flat, flexible structure, for example, films made of plastic, rubber, ceramic, metal, fabric or r-ietze plastic or ^v aturf asern, glass fibers, carbon fibers in question, wires, .Schaumstoffe, felt and paper!.

Zum praktischen Gebrauch kann die Gesamtstruktur ausgelegt, aufgehängt oder durch andere Mittel in eine gewünschte Lage und Form gebracht- werden. Eine gewerbliche Anwendung solcher Folien-Antennen ergibt sich besonders im Bereich der Zimmerantennen und Einbauantennen beispielsweise für Fernsehgeräte und für ausgedehnte Antennensysteme von Weltraumsateliiten.For practical use, the overall structure can be designed hung up or brought into a desired position and shape by other means. A commercial application of such Foil antennas are particularly useful in the area of indoor antennas and built-in antennas, for example for televisions and for extensive antenna systems of space satellites.

Nach Anspruch 2. kann durch die Leitfähigkeit und die Di-"l;5 elektrizitätskonstante der Struktur beispielsweise die Isolierung von Antennenelementen sowie deren Stromdichte und Kapazität beeinflußt werden.According to claim 2, the conductivity and the di- "l; 5 Electricity constant of the structure, for example the insulation of antenna elements and their current density and Capacity can be influenced.

Nach Anspruch 3- wird es sich bei der Struktur vorzugsweise um Folien, insbesondere Kunststoff- oder Metallfolien handeln, die einerseits wegen ihrer guten Isolatorwirkung andererseits wegen hoher Leitfähigkeit und Kapazität für die Gestaltung von Antennensystemen hervorragend geeignet sind.According to claim 3, the structure is preferred to be foils, in particular plastic or metal foils, which on the one hand because of their good insulating effect on the other hand, because of its high conductivity and capacity, it is excellently suited for the design of antenna systems are.

Nach Anspruch A-. kann die flächige, flexible Struktur in sich mehrfach zusammenhängend sein, das bedeutet z. 3., daß sich im Großen aus solchen flächigen Strukturen Ballons herstellen lassen. Damit können einerseits Kombinationen von großen Hohlspiegeln und den zugehörigen Empfangselementen auf einfache Weise realisiert und z. B. durch geringen Überdruck im Inneren in Form gebracht werden. Andererseits lassen sich auf solchen Ballonwänden auch andere aus Einzelelementen zusammengesetzte Ricbjcantennensystenie, wie z. B. Yagi- oderAccording to claim A-. can the flat, flexible structure in be connected multiple times, that means z. 3. that large balloons can be produced from such flat structures. On the one hand, this allows combinations of large concave mirrors and the associated receiving elements realized in a simple way and z. B. be brought into shape by a slight overpressure inside. On the other hand let Other Ricbjcantennensystenie composed of individual elements, such as z. B. Yagi or

3ϋ logarithmisch-periodicche Antennen realisieren.-Im Kleinen ist eine mehrfach zusammenhängende Struktur, z. durch eine Schaumstoffplatte oder eine gelochte PlastikfolieRealize 3ϋ logarithmic-periodic antennas.-Im Small is a multi-related structure, e.g. through a foam sheet or a perforated plastic sheet

realisiert. , -realized. , -

Besonders netzartige Sbrukturen können zur Reduzierung des Windwiderstandes bei Außenantennen zweckmäßig sein.Particularly net-like structures can be used to reduce the Wind resistance for external antennas can be useful.

Die Gruppenanordnung der flächigen, flexiblen Strukturen nach Anspruch '5. beinhaltet einerseits die übliche Gruppenanordnung von Antennensystemen zur Verbesserung der Richtwirkung, andererseits können aber mittels Durchdringung der flächigen Strukturen auch räumliche Antennensysteme, wie z. B. gekreuzter Yagi-Antennen für zirkulär polarisierte Wellen realisiert werden.
10The group arrangement of the flat, flexible structures according to claim 5. contains on the one hand the usual group arrangement of antenna systems to improve the directional effect, on the other hand, by penetrating the flat structures, spatial antenna systems, such as e.g. B. crossed Yagi antennas for circularly polarized waves can be realized.
10

Nach Anspruch 6. sollen die Strukturen, die insbesondere aus dünnen, verhältnismäßig wenig kerbfestem Material bestehen, z. B. mit Verfestigungsösen oder Anschlußklemmen für Kabel lokal bewehrt werden.According to claim 6, the structures, in particular consist of thin, relatively little notch-resistant material, e.g. B. with fastening loops or terminals for cables to be reinforced locally.

'2Tach Anspruch 7· kann "die für die Eigenschaften von Antennen systemen oft wichtige Form und Lage der Einzelelemente zuein ander sowie des Gesamtsystems im Saum durch Veränderung beispielsweise der Aufhängekräfte oder etwa für den Fall der . Ballonantenne durch Drohen in verschiedene Himmelsrichtungen geändert werden.According to claim 7 · can "which for the properties of antennas systems often important shape and position of the individual elements in relation to one another as well as the overall system in the hem through changes, for example the suspension forces or for the case of the. Balloon antenna by threatening in different directions be changed.

Anspruch 8. betrifft den Sachverhalt, daß es oft zweckmäßig ist, eine einmal gefundene Form und Lage der Antennenstruktür durch Verfestigung zu fixieren. Dies kann im einfachsten Fall dadurch geschehen, daß etwa eine Folien-Antenne mittels Nägeln in geeigneter Position an den Balken eines Dachstuhle befestigt wird. Für eine Weltraumantenne kann dies auch bedeuten*, daß sie nach Entfaltung aus einem Transportbehälter und nach Aufblasen oder Aufspannen der Struktur durch den Einfluß der Temperatur oder Strahlung im erforderlichen Maße aushärtet und formstabil· w>rd. Auch sind Anwendungen denkbai wo sehr weiche, flexible Strukturen, über Leisten in bestimmt Formen gebracht und durch Lack oder Kunstharzauftrag fixLen ^ v/erden.Claim 8 relates to the fact that it is often expedient to find a shape and location of the antenna structure to be fixed by solidification. In the simplest case, this can be done by using, for example, a film antenna Nails are attached in a suitable position to the beams of a roof truss. For a space antenna this can also mean * that after unfolding from a transport container and after inflating or stretching the structure through the Influence of temperature or radiation to the required extent hardens and dimensionally stable · w> approx. Applications are also thinkable where very soft, flexible structures are made into certain shapes using strips and fixed by applying paint or synthetic resin ^ v / ground.

Nach Anspruch 9- wird das Antennensystem in Deinen Elementen flächig mit der flexiblen Struktur verbunden. Das ist besonders wichtig bei z. B. aufgedampften oder gedruckten, aber auch bei auf kaschierten, ' du.nn.en leitenden Schichten, welche selbst eine zu geringe Sigenfestigkeit besitzen. Bei netzartigen, flexiblen Strukturen ist unter flächiger Verbindung mit leibenden Folien eine Verschweißung oder Verklebung zu verstehen.According to claim 9, the antenna system is in your elements flatly connected to the flexible structure. This is particularly important with z. B. vapor-deposited or printed, but also with laminated, 'you.nn.en conductive layers, which themselves have too little strength. In the case of reticulated, flexible structures, there is a two-dimensional connection to understand a welding or gluing with remaining foils.

Nach Anspruch 10. können jedoch auch Teilflachen der flächigen, flexiblen Struktur selbst mit einer Leitfähigkeit ausgestattet sein, so daß das Antennensystem selbst ein integraler Bestandteil der flächigen, flexihlen Struktur ist. Dies ist in besonders einfacher Weise verwirklicht, wenn beispielsweise ■ ein Netz in Teilen aus isolierendem Nylonfaden, in anderen Teilen aus Draht geknüpft wird. Auch aus nicht leitenden und leitenden Folien läßt sich eine geschlossene, flächige Struktur zusammensetzen, die ein Antennensystem darstellt.According to claim 10, however, partial areas of the flat, flexible structure itself equipped with a conductivity so that the antenna system itself is an integral part of the flat, flexible structure. This is special easily realized if, for example ■ a net in parts made of insulating nylon thread, in others Parts are made from wire. A closed, flat structure can also be obtained from non-conductive and conductive foils assemble, which represents an antenna system.

Nach Anspruch 11. können Mehrleiteranordnungen, Leitungstransformatoren, Kondensatoren sowie Leitungskreuzungen auch durch eine beispielsx^eise doppelseitige Beschichtung der flächigen, flexiblen Struktur mit leitfähigen Schichten realisiert werden. Dies ist besonders wichtig für Leitungskreuzungen, die sich in einer streng ebenen Leiteranordnung nicht herstellen lassen. Gewisse Mehrleiteranordnungen, Leitungstransformatoren, Spulen und Kondensatoren lassen sich natürlich auch in einer ebenen Anordnung auf oder in der flächigen, flexiblen Struktur durch Nebeneinander-Anordnung von Leitern herstellen.According to claim 11, multi-conductor arrangements, line transformers, Capacitors and line crossings also through a double-sided coating, for example the flat, flexible structure with conductive layers will be realized. This is particularly important for line crossings that are in a strictly level conductor arrangement can not be produced. Certain multi-conductor arrangements, line transformers, Coils and capacitors can of course also be in a planar arrangement on or in the flat, flexible structure through side-by-side arrangement of ladders.

ITach Anspruch 12. kann es zweckmäßig sein, beispielsweise zum Einschluß leitfähiger Antennenelemente, wie Metallfeinen, Drähte etc. die flächige, flexible Struktur aus mehreren miteinander verschweißten oder verklebten Folien o. ä.ITach claim 12, it may be appropriate, for example for the inclusion of conductive antenna elements, such as metal fines, Wires etc. the flat, flexible structure made of several foils or similar welded or glued together.

zusammenzusetzen. Dadurch werden die leitfähigen und spannungsrührenden Teile des Antennensystems nach außen völlig isoliert und geschützt.put together. This makes the conductive and stress-relieving Parts of the antenna system are completely isolated and protected from the outside.

1. Itach Anspruch .13· -können insbesondere .jArah;c-_j3^r_stjib^_. 1. Itach claim .13 · can in particular .jArah; c-_j3 ^ r_stjib ^ _.

förmige Antennenelemente nach Art von Sti c'.mustern auf der flächigen, flexiblen Struktur .mittels wechselnder Durchdringung in beliebigen flächigen Anordnungen fixiert werden. Dies ist besonders wichtig, wenn Strahlerelemente oder Leitungen ohne Verklebung ο. ä. mit einem folienartigen oder netzartigen Träger verbunden werden sollen.shaped antenna elements in the manner of Sti c'.pattern on the flat, flexible structure by means of alternating penetration be fixed in any planar arrangements. This is particularly important when using radiator elements or lines without gluing ο. Ä. With a film-like or reticulated carriers are to be connected.

/Tach Anspruch 14·. ergeben sich, wenn die flächige, flexible Struktur und das Antennensystem aus stark elastischen Formen oder Materialien bestehen, zusätzliche Abstimmöglichkeiten durch Vergrößerung und Verkleinerung des Antennensystems mittels äußerer oder innerer Kräfte. Beispielsweise kann ein elastisches Antennensystem auf einer elastischen Ballonhülle durch Aufblasen oder Abblasen vergrößert oder verkleinert und damit in seinen elektrischen Eigenschaften verändert werden./ Tach claim 14 ·. arise when the flat, flexible Structure and the antenna system consist of highly elastic shapes or materials, additional options for tuning by enlarging and reducing the antenna system by means of external or internal forces. For example, a elastic antenna system on an elastic balloon envelope enlarged or reduced by inflating or deflating and thus changed in its electrical properties.

Nach Anspruch 1>- kann das Antennensystem ζ. Β. aus Yagi-, logarithmisch-periodischen, Halo-, Faltdipol- und Wendelantennen bestehen.According to claim 1> - the antenna system ζ. Β. from yagi-, logarithmic-periodic, halo, folded dipole and helical antennas exist.

Nach Anspruch 15. lassen sich die Antennenelemente dieser letzterwähnten und vieler anderer Antennen im Fall der Folienantenne besonders breitbandig ausführen, da die üblichen stabförmigen Strahler und Reflekborelemente hier als flächig Elemente mit großer Kapazität ausgeführt werden können.According to claim 15, the antenna elements of these last-mentioned and many other antennas in the case of the film antenna run particularly broadband, since the usual rod-shaped radiators and reflector elements are flat here Large capacity items can be run.

Als Ausführungsbeispiel wird eine spezielle für den Hausgebrauch 'bestimmte sogenannte "Teppichantenne" nach Anspruch 17- u. 18. beschrieben:As an exemplary embodiment, a so-called "carpet antenna" intended for domestic use is claimed 17 and 18 described:

Vielfach sind in Wohngebäuden, besonders in Mietwohnungen unzureichende Antennensysteme installiert, welche durch Zimmerantennen ersetzt werden. Hier bietet die Erfindung die Möglichkeit, eine besonders breitbandige Tür den kombinierte Fernseh- und UKW-Rundfunkernpf anp; geeignet;« Broitbandinüenne nach der deutschen Patant.inrneldung P 32 '*■?. 2?2. ; au:" einfachIn many residential buildings, especially in rental apartments, inadequate antenna systems are installed, which are replaced by indoor antennas. Here the invention offers the possibility of a particularly broadband door to the combined television and VHF radio broadcasting anp; suitable; "Broitbandinüenne according to the German patent registration P 32 " * ■ ?. 2? 2. ; au: "easy

-ΙΟΙ Weise in Wohnräumen zu benutzen. Dazu v/erden die halbherzförmigen Antennenflügel aus Aluminiumfolie zwischen zwei Plastikfolien eingeschweißt oder zwischen zwei dünne_o5chaumstoffolien geklebt. Auch die Zuleitung sowie ein gegebenenfalls nötiger Impedanztransformator kann auf den Trägerfolien befestigt werden. Die so geschaffene etwa 0,7 m χ 1, ^r: m große rechteckige Folien-Antenne mit einer Dicke von 0,5 - 10 mm (je nach Folie) kann unauffällig unter Teppichen oder Möbelstücken ausgelegt oder an Rollos, Decken oder Wänden befestigt werden»-ΙΟΙ way to use in living spaces. For this purpose, the half-heart-shaped antenna wings made of aluminum foil are welded between two plastic foils or glued between two thin foam foils. The supply line and an impedance transformer that may be required can also be attached to the carrier foils. The approximately 0.7 m χ 1, ^r : m large rectangular foil antenna created in this way with a thickness of 0.5 - 10 mm (depending on the foil) can be laid out inconspicuously under carpets or furniture or attached to roller blinds, ceilings or walls »

Zum Transport und zum Verkauf kann diese Antenne zu einem kleinen Paket zusammengefaltet oder aufgerollt werden.This antenna can be folded or rolled up into a small package for transport and sale.

Claims

Meier Messtechnik Dr. Θ. Ε. A. MEIER

Physicist

Dr Meier AmMenzeiberg6 D34OOGöttingen

330605A

Telephone (O5 51) 25 58 Postal check account Han 202 210-300 Kreissparkasse (BLZ 26O5O11O) 13

Date:

Registration 831

Meier Messtechnik, Am Menzelberg 6, D 3 ^z l-00 Göttingen

Foil antenna

20 claims

, 1st / film antenna with at least one flat, flexible len structure and at least one approximately flat antenna system, especially for electromagnetic Waves, characterized in that the spatial position and shape of the planar structure, the spatial position and Determines the shape of the antenna system connected to it.

2. Foil antenna according to claim 1, characterized -30 that the flat, flexible structure is at least partially made of electrical light conductors with certain dielectric constants consists.

3. Foil antenna according to one of claims 1 to 2 :, characterized in that the flat, flexible structure consists of foil.

C.

H-. Foil antenna according to one of claims 1 to 5, characterized in that the flat, flexible structure is in itself several times coherent.

5- film antenna according to one of claims 1 to 4., characterized in that several flat, flexible Structures are interconnected to form spatial groups.

6. Foil antenna according to one of claims 1 to 5, characterized in that the flat, flexible structures at suitable points with fastening elements are provided for introducing supporting and holding forces and for connecting antenna cables.

7 · Foil antenna according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the flat, flexible Structures through variable support and holding forces in certain shapes and positions suitable for the antenna system are brought into being.

8. Foil antenna according to one of claims 1 to 7 ··> characterized in that a certain shape and position of the flat, flexible structure by supporting and / or holding forces is fixed.

9 film antenna according to one of claims 1 to 8, characterized in that the antenna system is flatly connected to the flat, flexible structure.

10. Foil antenna according to one of claims 1 to 9, characterized in that the antenna system itself is part of the flat, flexible structure. ·

• 11. Foil antenna according to one of claims 1 to 10, 3 "i, characterized in that multi-conductor arrangements, Line transformers, capacitors and line crossings in the antenna system using the thickness

BAD ORIGINAL _ 3 _

the flat, flexible structure by stacking them will be realized.

12. Foil antenna according to one of claims 1. "to 11., characterized in that the planar, flexible structure consists of at least two planar interconnected Structures exists and the antenna system is embedded between these structures.

13- film antenna according to one of claims 1. to p., characterized in that for the "connection of wire

or rod-shaped antenna elements of the antenna system with the flat, flexible structure an alternating Penetration of the structure with alternating leadership of the elements on both sides of the structure is used. 15th

14 ·. Foil antenna according to one of claims 1 to 13, characterized in that the flat, flexible structure and the antenna system are made of highly elastic Shapes or materials exist so that the deformation by supporting or holding forces also increases and decreases the structure and the antenna system.

15. Foil antenna according to one of claims 1 to 14.,

characterized in that the antenna system consists of the • usual flat antenna systems.

16. Foil antenna according to one of claims 1 to 15, characterized in that the antenna system is particularly

Broadband, flat emitter and reflector elements contains.

"En-Anoenne by e nem dex · claims 1 -10., Characterized χβλοηχιζβ'- Chaet that an element of the antenna system a ^ e Br ν bbaiid-Rl. CHT antenna whose Antennen.ilügel In its characteristic Längoumriß about ha Is formed in the shape of a longitudinal outline with a convex curvature, whose radius of curvature decreases with increasing distance from the dining area, merging into the end segment of the antennae and the other longitudinal outline extending from the dining area iLon ^ aver 'curvature, whose radius of curvature decreases with increasing distance from the feeding point, into a more convex curvature than the end vertex would hold! and from this with lonvexer K: eüm-

Λ ', mung merges into the end vertex .-

13- film antenna according to one of claims 1b ':. S 17 ·,

thereby geiceaiizeLchaeb that the flat, flex'ble

. A roll · o _Structure: e> n carpet oö.er a carpet UQϋerlabe st!.

1- ^ o foil antenna according to one of claims 1 biü 18., characterized in that gelcerinze "■ chneü that for 'transport or storage the foil antenna is folded up ? .'-> and / or rolled up on a cylinder wi. approx.

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