DE4022072A1 - Reflektor-antenne in microstriptechnik - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Reflek­ torantenne in Microstriptechnik, die als Sende- und Empfangsantenne vorzugsweise im UHF-Bereich verwendbar ist. Es gibt viele Antennen, die wie die hier vorlie­ gende auf der Microstriptechnik basieren. Sie bestehen meist aus einer doppelkupferkaschierten mit Dielektrikum gefüllten Platte, bei der die eine Seite als Antennen­ seite und die andere Seite als Masseseite benutzt wird. Bekannte Antennen dieser Art haben den gemeinsamen Nachteil, daß sie ihre Funktion im geringen Abstand zu metallischen Oberflächen nicht erfüllen. Außerdem sind diese Antennen vom Volumen her, das sie einnehmen, größer gleich einem Viertel der Wellenlänge, auch als Lambda-viertel Antennen bezeichnet.

Zur Vermeidung dieser Nachteile des Standes der Technik geht die Erfindung von der Aufgabe aus, eine Antenne für den UHF-Bereich zu schaffen, die in ihren geometrischen Abmessungen kleiner als ein Viertel der Wellenlänge Lambda sein soll. Sie soll außerdem flache Bauweise aufweisen, in Gießharz eingießbar sein und annähernd Rundumcharakteristik aufweisen. Außerdem soll sie gegen äußere Einwirkung widerstandsfähig und mit geringen Kosten herstellbar sein. Diese Aufgabe wird durch eine Reflektor-Antenne gemäß einem oder mehreren der nachfol­ genden Schutzansprüche gelöst.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung näher erläu­ tert, wobei Fig. 1 bis Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel für "Zwei Frequenz-Empfang" und Fig. 6 bis Fig. 10 ein Ausfüh­ rungsbeispiel für "Ein Frequenz-Empfang" darstellen.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht der Antennenvorderseite der Reflek­ tor-Antenne,

Fig. 2 eine Ansicht der Antennenrückseite der Reflektor- Antenne,

Fig. 3 eine Ansicht der montierten Frontansicht der Reflektor-Antenne,

Fig. 4 eine Ansicht der Reflektorrückseite der Reflek­ tor-Antenne,

Fig. 5 eine Ansicht der Reflektorvorderseite der Reflek­ tor-Antenne,

Fig. 6 eine Ansicht der Antennenvorderseite der Reflek­ tor-Antenne,

Fig. 7 eine Ansicht der Antennenrückseite der Reflektor- Antenne,

Fig. 8 eine Ansicht der montierten Stirnansicht der Reflektor-Antenne,

Fig. 9 eine Ansicht der Reflektorrückseite der Reflek­ tor-Antenne,

Fig. 10 eine Ansicht der Reflektorvorderseite der Reflek­ tor-Antenne.

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele darge­ stellt, eine für "Ein Frequenz-Empfang" und eine weitere für "Zwei Frequenz-Empfang", die beide nach dem gleichen Prinzip aufgebaut sind. Der Unterschied besteht nur darin, daß bei dem Ausführungsbeispiel für "Zwei Fre­ quenz-Empfang" auf ein zusätzliches Masseelement in Form einer vorderen Antennenmasseseite (1) erforderlich ist, wodurch ein Resonator gebildet wird, der auf zwei Fre­ quenzen anspricht.

Die Reflektor-Antenne in der Ausführung für den "Ein Frequenz-Empfang" besteht aus einer doppelkupfer­ kaschierten Platte, die das erste Dielektrikum (14) besitzt. Die Platte hat eine Antennenseite (3) und eine hintere Antennenmasseseite (7). Der Reflektor besteht aus einer doppelkupferkaschierten Platte, die das zweite Dielektrikum (15) besitzt, weiterhin eine Reflektoraußenseite (9) bzw. Reflektorinnenseite (10). Die Antennenseite (3) wird so montiert, daß der Reflek­ tor auf der hinteren Antennenmasseseite mit Hilfe eines Distanzbolzen (20) befestigt wird. Zur Befestigung wer­ den die Befestigungsschraube eins (6) sowie die Befes­ tigungsschraube zwei (8) benutzt. Die Einkoppelbohrung (4) und die Isolation der Einkoppelbohrung auf der Antennenmasseseite (5) zeigt zur Reflektorplatte hin. Der Distanzbolzen (20) wird ohne Isolation mit der Reflektorinnenseite (10), der hinteren Antennenmas­ seseite (7) und mit einer metallfreien Fläche/Isolie­ rung (21) auf der Antennenseite (3) verbunden. Die Antenne wird durch die Einkoppelbohrung (4) an der Antennenseite (3) gespeist. Der elektrische Anschluß der Reflektor-Antenne kann mit Hilfe einer Koaxleitung oder ähnlichem erfolgen; darüber hinaus ist es möglich eine mit Elektronik bestückte Platine direkt auf die hintere Antennenmasseseite (7) anzubringen. Für den elektrischen Anschluß ist lediglich darauf zu achten, daß der signalführende Leiter elektrisch mit der Anten­ nenseite (3) verbunden wird und die Masseleitung mit der hinteren Antennenmasseseite (7) elektrisch verbun­ den wird.

Die Reflektor-Antenne in der Ausführung für den "Zwei Frequenz-Empfang" besteht aus einer doppelkupfer­ kaschierten Platte, die das erste Dielektrikum (14) besitzt. Der Reflektor besteht aus einer doppelkupfer­ kaschierten Platte, die das zweite Dielektrikum (15) besitzt, weiterhin eine Reflektoraußenseite (9) bzw. Reflektorinnenseite (10). Die vordere Antennenmas­ seseite (1) sowie der Isolationsschlitz (2) und die Antennenseite (3) werden so montiert, daß der Reflektor auf deren Rückseite mit Hilfe eines Abstandsbügels (11) befestigt wird. Zur Befestigung werden die Befesti­ gungsschraube eins (6) sowie die Befestigungsschraube zwei (8) und die Schraubmutter eins (12) und Schraub­ mutter zwei (13) benutzt. Die Einkoppelbohrung (4) und die Isolation der Einkoppelbohrung auf der Antennenmas­ seseite (5) zeigt zur Reflektorplatte hin. Der Abstandsbügel (11) wird ohne Isolation mit der Reflek­ torinnenseite (10), der Reflektoraußenseite (9), der hinteren Antennenmasseseite (7) sowie der vorderen Antennenmasseseite (1) verbunden. Die Antenne wird durch die Einkoppelbohrung (4) und der Antennenseite (3) gespeist.

Der elektrische Anschluß der Reflektor-Antenne kann mit Hilfe einer Koaxleitung oder ähnlichem erfolgen, dar­ über hinaus ist es möglich, eine mit Elektronik bestückte Platine direkt auf die hintere Antennenmas­ seseite (7) anzubringen. Für den elektrischen Anschluß ist lediglich darauf zu achten, daß der signalführende Leiter elektrisch mit der Antennenseite (3) verbunden wird und die Masseleitung mit der hinteren Antennenmas­ seseite (7) elektrisch verbunden wird.

Im Gegensatz zu bekannten Antennen dieser Art nimmt die erfindungsgemäße Reflektor-Antenne einen wesentlich kleineren Raum ein. Dies ist bedingt durch die kleine Fläche der Antennenseite (3). Dies ist dadurch möglich, daß durch Versuche festgestellt wurde, daß durch Verbin­ den der rückwärtigen Antennenmasseseite (7) mit der Reflektorinnenseite (10) mittels eines Distanzbolzens (20) oder eines Bügels (11) die Empfangswirkung auch direkt beim Anbringen auf metallischen Flächen bzw. in sehr geringem Abstand von metallischen Flächen im Milli­ meterbereich die gleiche ist, wie die der bekannten größeren Antennen, die aber nicht bei diesem geringen Abstand bzw. bei Direktmontage die erforderliche Funk­ tion ausüben. Im einzelnen bedeutet dies, daß die vorge­ schlagene Reflektor-Antenne bei sehr geringem Abstand bzw. bei Direktmontage von metallischen Oberflächen ihre Funktion voll erfüllt. Deshalb ist diese Reflektor- Antenne besonders geeignet zum Anbringen an Stückgut, das in Transportsystemen bewegt wird und auf welches diese Antenne angebracht werden kann, besonders wenn die Fläche, auf der die Antenne angebracht wird, metallisch ist. Hierfür sind die bekannten Antennen, die nicht als Reflektor-Antennen wirken, nicht geeignet. Bei der erwähnten Anwendung der Reflektor-Antenne im Material­ fluß können somit drahtlos Signale an das jeweilige Stückgut gesendet werden, die als indirekte Kodierung für die Materialflußsteuerung dienen. An die Reflektor- Antenne kann eine elektronische Einrichtung angebracht werden mit eigener Batteriestromversorgung, die Spei­ cher-elemente enthält zur Speicherung der gesendeten Daten. Diese Daten können von Leseeinrichtungen längs der Transportstrecke abgefragt, ausgewertet und anschließend gelöscht werden. Ein weiteres Anwendungs­ gebiet sind z. B. Verkehrs-, Lenk- und Zählsysteme.

Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß die Reflektor­ innenseite (10), die Reflektoraußenseite (9) sowie das Dielektrikum zwei (15) verkleinert werden können, um freien Raum für die Batterie und die erwähnte elektroni­ sche Einrichtung zu schaffen. Dabei hat sich gezeigt, daß bis zu einer minimalen Flächengröße von etwa 45/100 die Reflektorinnenseite (10), die Reflektoraußenseite (9) sowie das Dielektrikum zwei (15) verkleinert werden können, wobei dann jeweils nur eine Abgleichung des Fußpunktwiderstandes erfolgen muß. Die vorstehend erwähnte Funktion der Reflektor-Antenne wird dadurch nicht verschlechtert. Während bekannte Antennen, die jedoch nicht als Reflektor-Antennen in geringer Nähe von bzw. direkt auf metallischen Flächen arbeiten, größere Plattenflächen benötigen, braucht die vorgeschlagene Antenne erheblich weniger Fläche, weil die metallische Fläche, an der sie in sehr kleinem Abstand bzw. direkt angebracht wird, eine vergrößerte Reflektorwirkung erzielt, was auf Veränderung des Streufeldes zurück­ zuführen ist.

Anstelle der rechteckförmigen Form der Platten können auch andere Flächen z. B. kreisförmige gewählt werden. Der Reflektor kann auch aus einer einfach kupferka­ schierten Platte bzw. einer einfachen metallischen Platte bestehen. Maßgebend ist hierbei immer der grund­ sätzliche Aufbau gemäß vorsätzlicher Beschreibung.

In der Praxis hat sich nach vielen Versuchen und deren Auswertung gezeigt, daß die beiden Ausführungsbeispiele gemäß den Zeichnungen die wesentlich günstigeren Funk­ tionen erfüllen als dies der Stand der Technik ergibt. So entstand innerhalb des Rahmens der Erfindung ein Ausführungsbeispiel der Reflektor-Antenne für eine Fre­ quenz und ein Ausführungsbeispiel für zwei Frequenzen.

Durch das Zusammensetzen zweier doppelkupferkaschierter Platten mit Hilfe eines Verbindungsstücks Distanz­ bolzen, bzw. Abstandsbolzen Fig. 3 (11) bzw. Fig. 8 (20) ist es möglich, eine Antenne zu konstruieren, die einen Empfang unabhängig vom späteren Arbeitsort ermög­ licht. Sie ist außerdem noch kleiner lambda 1/4. Die Prinzipien beruhen auf der Mikroleiterstreifentechnik. Bevorzugt kann die Antenne verwendet werden, wenn die Empfangselektronik zwischen der Antenne untergebracht ist. Der Abstandsbolzen (20) verursacht eine Mindes­ thöhe, die individuell für jeden Anwendungsfall bestimmt werden muß. Sie trägt aber dennoch in der Höhe weniger auf, als herkömmliche kurze Antennen. Der Distanzbolzen sowie die Verschiebung des Einkoppelpunk­ tes sind impedanzbestimmend. Gespeist wird die Antenne durch die Einkoppelbohrung (4) beschrieben in Fig. 7 und Fig. 2 oder durch ähnliche Verfahren. Aufgrund ihres Abstrahl- bzw. Empfangsverhaltens besitzt die Antenne nahezu eine Rundumcharakteristik.

Die Antenne Fig. 1 bis Fig. 5 ist fähig, auf zwei Fre­ quenzen zu arbeiten. Durch Einbringen von einem Iso­ lierschlitz kann also auf mehreren Frequenzen empfangen werden, wobei jede Empfangsfrequenz sehr schmalbandig ist. Die Antenne Fig. 6 bis Fig. 10 empfängt sehr schmalbandig auf einer Frequenz.

Aufstellung der Bezugszeichen:

Fig. 1 Antennenvorderseite
Fig. 2 Antennenrückseite
Fig. 3 montierte Frontansicht
Fig. 4 Reflektorrückseite
Fig. 5 Reflektorvorderseite
Fig. 6 Antennenvorderseite
Fig. 7 Antennenrückseite
Fig. 8 montierte Stirnansicht
Fig. 9 Reflektorrückseite
Fig. 10 Reflektorvorderseite

 1 vordere Antennenmasseseite
 2 Isolationsschlitz
 3 Antennenseite
 4 Einkoppelbohrung
 5 Isolation der Einkoppelbohrung auf der Antennenmasseseite
 6 Befestigungsschraube eins
 7 hintere Antennenmasseseite
 8 Befestigungsschraube zwei
 9 Reflektoraußenseite
10 Reflektorinnenseite
11 Abstandsbügel
12 Schraubmutter 1
13 Schraubmutter 2
14 erstes Dielektrikum
15 zweites Dielektrikum
16 
17 
18 
19 
20 Distanzbolzen
21 metallfreie Fläche/Isolierung

Claims (11)

1. Reflektor-Antenne in Microstriptechnik für den UHF-Bereich, für die Funktion über metallischen und nichtmetallischen Gegenständen mit annähernder Run­ dumcharakteristik, dadurch gekennzeichnet,

• - daß sie aus zwei parallel zueinander angeordneten Platten besteht,
• - daß eine Platte eine Antennenseite (3), eine Antennenmasseseite (7) mit einem dazwischen angeord­ neten ersten Dielektrikum (14) und die zweite Platte eine Reflektorinnenseite (10), eine Reflektoraußen­ seite (9) mit einem dazwischenliegenden zweiten Dielektrikum (15) aufweist,
• - daß beide Platten mit mindestens einem Distanz­ bolzen (20) verbunden sind, wobei die Antennenseite (3) im Bereich der Befestigungsschraube (6) kupferfrei ist,
• - daß die Länge der Platte mit der Anten­ nenseite (3) und der hinteren Antennenmasseseite (7) dem Maß Lambda/7 bzw. dem Maß Lambda/5,5 entspricht,
• - daß die Antennenseite (3) elektrisch leitend mit einem signalführenden Draht, z. B. mit einem in einem Koaxkabel verlaufenden signalführenden Draht verbun­ den ist, wobei dieser signalführende Draht durch Einkoppelbohrung (4) hindurchgeführt ist und mit der Antennenseite (3) mit dieser elektrisch leitend ver­ bunden ist, wobei außerdem dieser signalführende Draht gegen die hintere Antennenmasseseite (7) elek­ trisch isoliert ist, und
• - daß die hintere Antennenmasseseite (7) elektrisch leitend mit einer Masseleitung, z. B. mit der eines Koaxkabels verbunden ist.

2. Reflektor-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Elektronik bestückte Platine direkt auf die hintere Antennenmasseseite (7) angebracht ist, wobei diese Elektronik gegen die hintere Antennenmasseseite (7) elektrisch iso­ liert ist.

3. Reflektor-Antenne nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorinnenseite (10), die Reflektoraußenseite (9) sowie das Dielektrikum zwei (15) auf 45/100 gegenüber der Gesamtgröße der Antenne verkleinert ist.

4. Reflektor-Antenne nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor auch aus einer einfach kupferkaschierten Platte bestehen kann.

5. Reflektor-Antennen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor aus einer einfach metallisierten Platte besteht.

6. Reflektor-Antennen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor aus einer doppel­ metalisierten Platte mit dazwischen angeordnetem, flächenmäßig ausgebreitetem Dielektrikum besteht.

7. Reflektor-Antennen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor aus einer voll metallischen Platte besteht.

8. Reflektor-Antenne nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor aus einer einfach metallisierten Platte mit einem darunter angeord­ neten flächenmäßig ausgebildeten Dielektrikum besteht.

9. Reflektor-Antenne nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Platten durch einen Abstandsbügel (11) oder andere metallische Abstands­ halter verbunden sind, wobei der Abstandsbügel (11) elektrisch mit der Reflektorinnenseite (10) und der hinteren Antennenmasseseite (7) verbunden sind.

10. Reflektor-Antenne nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für den "zwei Frequenz-Empfang" ein zusätzliches Masseelement in Form einer vorderen Antennenmasseseite (1) vorgesehen ist, die von der Antennenmasseseite (3) mit Hilfe eines Isolations­ schlitzes (2) getrennt ist, wobei die vordere Anten­ nenmasseseite (1) mit der hinteren Antennenmas­ seseite (7) elektrisch verbunden ist.

11. Reflektor-Antenne nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß die fertige Antenne in Gießharz eingießbar ist.