DE4329123A1

DE4329123A1 - Microstrip-Antenne

Info

Publication number: DE4329123A1
Application number: DE19934329123
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Mahr
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1993-08-30
Filing date: 1993-08-30
Publication date: 1995-03-09

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Microstrip-Antenne, deren auf einem Substrat angeordnete leitende Fläche mit einer planaren Speiseleitung gekoppelt ist, wobei die Speiseleitung durch einen Einschnitt in der leitenden Fläche zu einem Koppelpunkt führt, an dem zwischen der Speiseleitung und der leitenden Fläche Impedanzanpassung besteht.

Eine derartige Microstrip-Antenne ist aus IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. AP-29, No. 1, January 1981, Seiten 2 bis 24 bekannt. Die Speiseleitung ist hier an einer Längsseite einer rechteckigen leitenden Fläche (üblicherweise Patch genannt) angekoppelt, um linear polarisierte Wellen anzuregen. In derselben Veröffentlichung sind auch Microstrip- Antennen für zirkulare Polarisation beschrieben mit nur einer einzigen Speiseleitung, welche direkt am Rand des Patches angekoppelt ist. Die Impedanz am Rand des Patches entspricht in der Regel aber nicht der Impedanz der Speiseleitung, so daß eigens Maßnahmen zur Impedanzanpassung ergriffen werden müßten. Wird dagegen, wie einleitend gesagt, die Speiseleitung durch einen Einschnitt in das Innere des Patches geführt, so kann ein an die Impedanz der Speiseleitung angepaßter Koppelpunkt ausgewählt werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Microstrip- Antenne der eingangs genannten Art anzugeben, die für zirkulare Polarisation ausgelegt ist und dabei ihr Herstellungsaufwand und ihr Platzbedarf möglichst gering sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die nach der Erfindung ausgeführte Struktur der Microstrip- Antenne benötigt für die Ankopplung zirkular polarisierter Wellen über eine Speiseleitung keine aufwendigen Anpaßschaltungen. Die Realisierung sowohl des Patches als auch der Speiseleitung in Microstrip-Technik auf einer Substratseite wirkt sich günstig auf den Herstellungsaufwand aus. Da solche Microstrip-Antennen meistens in größeren Gruppen auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind, kommt eine Verringerung des Herstellungsaufwandes und auch des Platzbedarfs besonders stark zum Tragen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine Microstrip-Antenne. Sie besteht bekanntermaßen aus einer auf einer Seite eines Substrats 1 aufgebrachten leitenden Fläche 2 - Patch genannt - und aus einer Massefläche, die sich auf der gegenüberliegenden Substratseite befindet.

In der Figur ist eine Sicht auf den Patch 2 dargestellt, der mit einer einzigen Speiseleitung 3 gekoppelt und so ausgebildet ist, daß mit der Antenne zirkular polarisierte Wellen ausgesendet bzw. empfangen werden können. Die Speiseleitung 3 ist wie der Patch 2 in Microstriptechnik auf dem Substrat 1 realisiert. Damit zwischen der Speiseleitung 3 und dem Patch 2 optimale Impedanzanpassung besteht, ist die Speiseleitung 3 durch einen Einschnitt 4 im Patch 2 zu einem Punkt darin geführt, an dem die Impedanz des Patches 2 der Impedanz der Speiseleitung möglichst nahe kommt.

Die Speiseleitung 3 koppelt zwei orthogonal zueinander orientierte Wellenmoden an den als Resonator wirkenden Patch 2 an. Damit die beiden an sich entarteten orthogonal zueinander orientierten Wellenmoden zusammen eine zirkular polarisierte Welle ergeben, müssen sie um 90° gegeneinander phasenverschoben sein. Den 90° Phasenversatz erreicht man dadurch, daß die Entartung der beiden Wellenmoden aufgehoben wird, d. h. daß die Resonanzfrequenzen beider Wellenmoden gegeneinander versetzt werden. Bei einem im Ausführungsbeispiel dargestellten Rechteck-Patch 2 wird die Entartung der orthogonalen Wellenmoden durch Abschrägung zweier diagonal gegenüberliegender Ecken 5 und 6 erzielt. Die Entartung der Wellenmoden läßt sich aber auch mit anderen Patch-Formen realisieren, z. B. elliptische oder asymmetrische n-Ecken.

Durch die oben beschriebene Ankopplung der Speiseleitung 3 durch den Einschnitt 4 im Patch 2 werden die Resonanzfreguenzen der orthogonalen Wellenmoden zu stark gegeneinander verschoben, so daß keine rein zirkulare Polarisation entsteht. Um dem entgegenzuwirken, wird mindestens ein weiterer Einschnitt in dem Patch 2 vorgesehen, der möglichst senkrecht zu dem Einschnitt 4 für die Speiseleitung 3 verläuft. Wie der Figur zu entnehmen ist, ist es zumindest bei einem Rechteck-Patch zweckmäßig, zusätzlich zum Einschnitt 4 für die Speiseleitung 3 an allen anderen Seiten des Patches 2 Einschnitte 7, 8, 9, die paarweise orthogonal zueinander verlaufen, vorzusehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind in den zusätzlichen Einschnitten 7, 8 und 9 offene Leitungsstücke 10, 11 und 12 an den Patch 2 angekoppelt. Über die Wahl der Orte der Einschnitte 7, 8 und 9, deren Breite und Tiefe und der Länge eventuell vorhandener Leitungsstücke 10, 11 und 12 läßt sich eine für zirkulare Polarisation erforderliche Aufhebung der Entartung der Wellenmoden verwirklichen. Die zusätzlichen Einschnitte 7, 8, 9 und evtl. vorhandenen Leitungsstücke 10, 11, 12 beeinflussen nämlich die Randströme des Patches 2 so, daß dadurch die Störung der Randströme durch den Einschnitt 4 für die Speiseleitung 3 in einem für die gewünschte Entartung erforderlichen Maße kompensiert wird.

Die Einschnitte 4, 7, 8, 9 im Patch 2 haben noch den vorteilhaften Effekt, daß die Resonanzfrequenzen der Wellenmoden gegenüber denen bei einem Patch ohne Einschnitte absinken. D.h. die Seitenlängen des Patches müssen verkürzt werden, damit die Resonanzfrequenzen die gewünschten Werte beibehalten. Eine Verkleinerung des Patches kommt aber der eingangs als vorteilhaft beschriebenen Raumersparnis entgegen.

Claims

1. Microstrip-Antenne, deren auf einem Substrat angeordnete leitende Fläche mit einer planaren Speiseleitung gekoppelt ist, wobei die Speiseleitung durch einen Einschnitt in der leitenden Fläche zu einem Koppelpunkt führt, an dem zwischen der Speiseleitung und der leitenden Fläche Impedanzanpassung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Fläche (2) mit mindestens einem weiteren Einschnitt (7, 8, 9) versehen ist, der so plaziert und dimensioniert ist, daß zwei in der Antenne angeregte orthogonale Wellenmoden in ihren Resonanzfrequenzen so weit gegeneinander versetzt sind, daß sie eine zirkular polarisierte Welle bilden.

2. Microstrip-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem weiteren Einschnitt (7, 8, 9) ein mit der leitenden Fläche (2) gekoppeltes planares Leitungsstück (10, 11, 12) verläuft.

3. Microstrip-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Einschnitt (7, 9) zu dem Einschnitt für die Speiseleitung rechtwinklig verläuft.

4. Microstrip-Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Fläche (2) mit vier Einschnitten (4, 7, 8, 9) versehen ist, die paarweise orthogonal zueinander verlaufen.