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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Antenne mit anisotropem
Verbundstoff. Sie findet Anwendung in den Telekommunikationen, insbesondere
in dem Frequenzband zwischen ungefähr 50 MHz und ungefähr 4 GHz.
Die erfindungsgemäße Antenne
kann sowohl zum Senden als auch zum Empfangen dienen.
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STAND DER TECHNIK
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Die
sogenannten "Schalenantennen" (antennes dites "de peau") werden generell
durch ein metallisches Gehäuse
gebildet, auf dem ein Element vorgesehen ist, das ein elektromagnetisches
Feld abstrahlen oder empfangen kann. Die Länge dieses Elements entspricht
generell der halben Wellenlänge des
zu sendenden oder zu empfangenden Felds. Es kann durch einen Spalt
gebildet werden, vorgesehen in einer metallischen Platte, oder durch
ein metallisches Muster (Strang oder Streifen).
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Die
beigefügte 1 zeigt
eine Antenne mit einem Element 10, fähig abzustrahlen oder zu empfangen,
eine leitende Ebene oder Leitebene 12, leitende Wände 13,
zylindrisch oder parallelflach, eine dielektrische Schicht 14,
die sich auf der Vorderseite des Ganzen befindet und als Schutz
dient, und schließlich
einen Leiter 16, der das Element 10 mit nicht
dargestellten Sende- und Empfangseinrichtungen verbindet. Das abgestrahlte
oder empfangene elektromagnetische Feld ist symbolisch durch Pfeile R
dargestellt.
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Bei
diesem Antennentyp ist die Distanz D zwischen dem Strahlungselement
und der den Boden des Gehäuses
bildenden Leitebene problematisch. Diese Distanz muss ausreichend
groß sein,
damit es zwischen der eintreffenden Welle und der durch das Gehäuse reflektierten
Welle keine zerstörerischen
Interferenzen gibt, darf aber nicht exzessiv sein, was für die Verstärkung und
die Bandbreite der Antenne schlecht wäre.
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Um
dieses Problem zu beseitigen, hat man schon daran gedacht, zwischen
dem abstrahlenden und empfangenden Element und der Leitebene ein Dielektrikum
mit hohem Index vorzusehen, was ermöglicht, die Distanz D zu reduzieren.
Aber diese Reduzierung geht auf Kosten der Bandbreite der Antenne.
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Man
hat auch daran gedacht, magnetische Substrate aus Ferrit zu verwenden,
um die Antenne auf ein bestimmtes Frequenzband abzustimmen. Aber
die spezielle Natur dieses Materials (generell aus Keramik) sowie
seine Masse und seine radioelektrischen Eigenschaften begrenzen
seine Anwendung, insbesondere für
die großen
Flächen.
Eine weitere große
Begrenzung ist verbunden mit dem Entmagnetisierungsfeld eines Substrats
aus Ferrit. Mit einem parallelflachen Ferritsubstrat sind nämlich Entmagnetisierungskoeffizienten,
die sich deutlich von Null unterscheiden. Daraus resultiert ein
dynamisches Entmagnetisierungsfeld, das das Produkt eines Entmagnetisierungskoeffizienten
mal der Sättigungsmagnetisierung
des Ferrits ist. Dieses Feld erhöht
die Resonanzfrequenz und reduziert dabei die Permeabilität des Ferritsubstrats.
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Das
statische Entmagnetisierungsfeld (gleich dem Produkt des Entmagnetisierungskoeffizienten
in der Richtung des angewandten Magnetfelds mal der Sättigungsmagnetisierung)
reduziert die Bedeutung des Ferritsubstrats in dem Fall, wo ein äußeres Magnetfeld
angewendet wird, um die Eigenschaften des Antennensubstrats abzustimmen.
Das auf das Substrat anzuwendende Feld ist nämlich gleich der Summe des
Innenfelds und des Entmagnetisierungsfelds, und ein Erhöhen des
Werts des anzuwendenden Felds läuft
darauf hinaus, die Leistung des Magnetensystems oder den Verbrauch
eines Elektromagnets zu erhöhen.
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Das
Patent US-5563616 empfiehlt, ein geschichtetes anisotropes Material
in dem Abstrahlungs- oder Empfangselement anzuordnen, da dieses
Material eine relativ hohe Permittivität hat.
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Die
vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, alle oben erwähnten Nachteile
zu beseitigen.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Zu
diesem Zweck empfiehlt die Erfindung, zwischen der Leitebene und
dem Abstrahlungs- oder Empfangselement einen anisotropen Verbundstoff anzuordnen,
gebildet durch einen Stapel aus abwechselnd ferromagnetischen und
elektrisch isolierenden Schichten. Diese Schichten sind senkrecht zur
Leitebene. Wenn sie direkt auf dieser Ebene ruhen, tun sie dies
mit ihren Schnittflächen.
Außerdem sind
diese Schichten so ausgerichtet oder konfiguriert, dass sie senkrecht
sind (oder im Wesentlichen senkrecht sind) zu der elektrischen Resultierenden des
abgestrahlten oder empfangenen Felds, wobei diese Resultierende
in der Ebene der Antenne erfasst wird.
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Der
in der Erfindung benutzte Verbundstoff ist an sich bekannt und wird
manchmal mit "LIFT" für "Lamellaire Isolant
Ferromagnétique
sur la Tranche" (isolierende
ferromagnetische Stirnseiten-Lamellenstruktur) bezeichnet. Er wird
beschrieben in den Dokument FR-A-2 698 479. Ein Verfahren zum Messen seiner
elektromagnetischen Eigenschaften ist beschrieben in FR-A-2 699
683. Ein solcher Verbundstoff hat eine hohe Permeabilität und eine
niedrige Permittivität
im Bereich der Höchstfrequenzen
bzw. Mikrowellen für
eine unter einem normalen bzw. senkrechten Einfallwinkel eintreffende
ebene Welle mit einer Linearpolarisation (Magnetfeld parallel zu den
Schichten und elektrisches Feld senkrecht zu den Schichten). Es
ist möglich,
den Frequenzgang dieses Materials abzustimmen, indem man mehrere ferromagnetische
Werkstoffe kombiniert.
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Der
fragliche Verbundstoff ist anisotrop, das heißt, dass seine elektromagnetischen
Eigenschaften je nach Orientierung der magnetischen und elektrischen
Felder in Bezug auf die Schichten sehr unterschiedlich sind. Wenn
das elektrische Feld zu den ferromagnetischen Schichten senkrecht
ist, lässt
das Material die elektromagnetische Welle eindringen. Wenn hingegen
das elektrische Feld zu den leitfähigen Lamellen parallel ist,
wird es durch das Material, das sich dann wie ein Metall verhält, total
reflektiert.
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Wenn
ein solcher anisotroper Verbundstoff in einer Antenne direkt auf
der Leitebene angeordnet ist, entspricht seine Oberflächenimpedanz
einem Kurzschluss aufgrund der durch den Verbundstoff gebildeten
Leitung, und dies bei der günstigen
Polarisierung (Magnetfeld parallel zu den Lamellen und elektrisches
Feld senkrecht zu den Schichten). Diese Impedanz wird definiert
durch: Z = Z0th(j·2π·N·e/λ),wo
e die Dicke des Verbundstoffs und Z0 eine
charakteristische Impedanz ist, N2 = ε⊥·μ// ist
und Z2 = (μ//ε⊥), wobei ε⊥ und μ// jeweils
die senkrecht zu den Schichten gezählte Permittivität ist und μ// die
parallel zu den Schichten gezählte
Permeabilität.
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Bei
den anderen Polarisierungen nähert
sich die Impedanz der eines Metalls, also null.
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Die
einen anisotropen Verbundstoff bildenden Materialien sind leichtgewichtig
und leicht zu formen. Zudem kann man leicht besondere Frequenzgänge erhalten,
indem man die Permeabilität
der Materialien variiert. Außerdem
kann die Leiteigenschaft des Verbundstoffs für eine spezielle Richtung des Feldes
ein Vorteil sein.
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Außerdem präsentiert
die Anwendung eines Magnetfelds bei einem anisotropen Bauteil nicht
die Nachteile wie bei den Ferriten. Man kann nämlich mit kleinen Volumenbruchteilen
an magnetischem Material hohe Permeabilitäten erzielen. Das Entmagnetisierungsfeld
ist dann proportional zur Sättigungsmagnetisierung
geteilt durch ihren Volumenbruchteil. So erhält man statische und dynamische
Entmagnetisierungsfeldwerte, die deutlich kleiner sind als im Falle der
Ferrite. Bei einer erfindungsgemäßen Antenne mit
anisotropem Verbundstoff kann man also ein äußeres Magnetfeld anwenden,
entweder um die Frequenzabstimmung zu modifizieren oder um das Permeabilitätsniveau
an die gewünschte
Frequenz anzupassen (mit Hilfe von Permanentmagneten). Insbesondere
kann ein äußeres Magnetfeld
nützlich sein,
um die magnetischen Verluste bei der Arbeitsfrequenz zu reduzieren.
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Genaugenommen
hat die vorliegende Erfindung also eine Antenne wie definiert in
dem Anspruch 1 zum Gegenstand. Sie umfasst ein Element, das fähig ist,
ein elektromagnetisches Feld abzustrahlen oder zu empfangen, wobei
dieses Element vor einer Leitebene angeordnet ist, und die Antenne dabei
zwischen diesem Abstrahlungs- und Empfangselement und der Leitebene
einen anisotropen Verbundstoff umfasst, gebildet durch einen Stapel
aus abwechselnd ferromagnetischen und elektrisch isolierenden Schichten,
wobei diese Schichten senkrecht sind zu der Leitebene und zu der
elektrischen Komponente des durch die Antenne abgestrahlten oder
empfangenen Felds.
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Der
Verbundstoff kann – muss
aber nicht unbedingt – direkt
auf der Leitebene angeordnet werden.
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Das
genannte Abstrahlungs- und Empfangselement kann irgend eine bekannte
Form haben: gerader oder spiraliger Spalt, leitfähige Stränge oder Streifen, gerade oder
spiralig. Die Verbundstoffschichten müssen entsprechend orientiert
sein, um immer senkrecht (oder im Wesentlichen senkrecht) zu der
elektrischen Komponente des abgestrahlten oder empfangenen Feldes
zu sein. Diese Komponente ist die Komponente in der Ebene der Antenne (wobei
man die Komponente des senkrecht zu der Ebene der Antenne orientierten
elektrischen Felds nicht berücksichtigt).
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1,
schon beschrieben, zeigt einen Querschnitt einer Schalenantenne
(antenne de peau) nach dem Stand der Technik;
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2 zeigt
eine Linearspaltantenne;
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3 liefert
die elektromagnetischen Kennlinien eines Verbundstoffs des Typs
LIFT (Lamellaire Isolant Ferromagnétique sur la Tranche)(isolierende ferromagnetische
Stirnseiten-Lamellenstruktur);
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4 zeigt
die Veränderung
des Stationärwellenverhältnisses
(TOS) in Abhängigkeit
von der Frequenz bei einer Antenne nach den 2A und 2B mit dem Verbundstoff der 3;
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die 5 zeigt
die Verstärkung
der Antenne mit und ohne anisotropem Verbundstoff in Abhängigkeit
von der Höhe
der Antenne;
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die 6 zeigt
das Anpassungsband der Antenne;
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die 7 liefert
die elektromagnetischen Kennlinien für einen Verbundstoff auf der
Basis von CoNbZr;
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die 8A, 8B zeigen
eine Antenne mit spiraligem Spalt in der Draufsicht und im Schnitt;
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die 9 zeigt
den Verbundstoff im Fall der 8A und 8B in
der Draufsicht;
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die 10 zeigt
eine Antenne mit Spalt und zentraler Erregung;
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die 11A und 11B zeigen
eine Antenne mit zwei geradlinigen leitenden Strängen in der Draufsicht und
im Schnitt;
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die 12 zeigt
eine Antenne mit zwei leitenden Streifen;
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die 13A und 13B zeigen
eine Antenne mit leitenden spiraligen Streifen in der Draufsicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
SPEZIELLER REALISIERUNGSARTEN
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Wie
schon erwähnt,
spielt der verwendete erfindungsgemäße Verbundstoff die Rolle des
Impedanzwandlers. Er muss so konzipiert sein, dass die Effizienz
der Antenne größtmöglich ist.
Eine Größenordnung
der Strahlungseffizienz der Antenne in Bezug auf eine ähnliche
bzw. gleiche Antenne ohne Kurzschluss liefert folgende Formel: E = –10log(|Z/(Z
+ 1)|)wo Z die Oberflächenimpedanz
ist.
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Für einen
Verbundstoff, dessen Anteil an ferromagnetischem Material nicht
zu klein ist (typisch über
2%), und für
Dicken sehr viel kleiner als eine Viertelwellenlänge, liefert folgende Formel
eine erste Annäherung: Z = j2πμ//e/λwo e
die Höhe
des Verbundstoffs ist und λ die
Wellenlänge
im Vakuum.
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Der
auf einer Leitebene angeordnete Verbundstoff muss bei der betreffenden
Frequenz eine ausreichend große
(höher
als 0,5) normalisierte Oberflächenimpedanz
aufweisen, damit die Effizienz E nicht zu klein ist. Die typische
Dicke des Verbundstoffs liegt unter λ/20. Zwischen dem Verbundstoff und
dem abstrahlenden Element kann sich eventuell eine dielektrische
Schicht oder Luft befinden. Die Dicke dieser Schicht überschreitet
generell λ/10
nicht.
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Ein
günstiger
Fall ist der, wo das Verlustniveau klein bleibt (μ''/μ' < 0,15, wo μ'' der
imaginäre Teil
der Permeabilität
ist und μ' der reelle Teil),
so dass die in das Material eindringenden und an der Abstrahlung
partizipierenden stationären
Wellen nicht zu schnell abgeschwächt
werden.
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Um
den Verbundstoff zu realisieren, kann man ein ferromagnetisches
Material mit einer gyromagnetischen Resonanz verwenden, die höher ist die
halbe Betriebfrequenz der Antenne und zum Beispiel niedriger als
das 1,2-Fache dieser Frequenz. Der Volumenbruchteil bzw. -anteil
des ferromagnetischen Materials kann kleiner sein als 5%.
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Die
Permeabilität
eines anisotropen Verbundstoffs hängt von Eigenschaften des ferromagnetischen
Materials ab. Man kann die Abhängigkeitsgesetze
in folgendem Artikel finden: "Demonstration
of anisotropic composites with tuneable microwave permeability manufactured
from ferromagnetic thin films" von
O. ARCHER, P. LE GOURRIEREC, G. PERRIN, P. BACLET und O. ROBLIN,
veröffentlicht
in "IEEE Trans.
Microwave Theory and Techniques",
Vol. 44, 674, 1996.
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Die
Höchstfrequenz-
bzw. Mikrowelleneigenschaften einer gewissen Anzahl ferromagnetischer Materialien
werden vor allem in folgendem Artikel beschrieben: "Investigation of
the gyromagnetic permeability of amorphous CoFeNiMoSiB manufactured
by different techniques" von
O. ARCHER, C. BOSCHER, P. LE GUELLEC, P. BACLET, G. PERRIN, veröffentlicht
in "IEEE Trans par
Mag.", Vol. 32,
4833 (1996), und in dem Artikel: "Microwave permeability of ferromagnetic
thin films with stripe domain structure" von O. ARCHER, C. BOSCHER, B. BRULE,
G. PERRIN, N. VUKADINOVIC, G. SURAN und H. JOISTEN, veröffentlicht
in "Journal of Appl.
Phys." (1997).
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Der
Benutzungsfrequenzbereich der erfindungsgemäßen Antenne ist das Band zwischen
ungefähr
50 MHz und ungefähr
4 GHz. Jenseits von 4 GHz machen die mit den dünnen Schichten erzielten Permeabilitätsniveaus
sie weniger attraktiv und die zur Realisierung der Antennen notwendigen
Dicken werden kleiner als ein Zentimeter, so dass es kaum einen
Vorteil bringt, diese Dicke noch weiter zu reduzieren.
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Die 2 zeigt
ein Beispiel einer Antenne, die mit ungefähr 1,9 GHz abstrahlt. Das Abstrahlungs-
oder Empfangselement ist ein in einer leitenden Platte 21 vorgesehener
Spalt 20. Die Leitebene 22 trägt den anisotropen Verbundstoff 24.
Die elektrische Verbindung ist mit 26 bezeichnet. Die elektrische
Komponente des Felds ist mit E bezeichnet.
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Der
Spalt 20 kann eine Länge
von 79 mm und eine Breite von 2 mm haben. Die Metallplatte 21 kann
eine quadratische Platte von 300 × 300 mm2 sein.
Es wurden mehrere Höhen
getestet, nämlich
40 mm, 20 mm, 10 mm und 5 mm, die jeweils λ/4, λ/8, λ/16, λ/32 entsprechen.
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Der
Verbundstoff 24 wird durch ebene Lamellen gebildet und
ist so angeordnet, dass diese Lamellen alle parallel zu den Längsrändern des
Spalts 20 sind.
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Der
Verbundstoff kann durch eine ferromagnetische Schicht der Zusammensetzung
Co82Zr8Nb10 gebildet werden, abgeschieden auf einem
Film aus Mylar (Schutzmarke). Bei einem Realisierungsbeispiel betrug
die ferromagnetische Dicke 1,3 μm
und die des Mylar 10 μm.
Die Schichten ruhen mit ihrer Schnittfläche auf der metallischen oder
leitenden Ebene 22. Das elektrische Feld auf Höhe des Spalts ist
senkrecht zu diesem und folglich auch zu den Lamellen.
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Die 3 liefert
die elektromagnetischen Kennlinien des Verbundstoffs für die günstige Polarisierung
(das heißt
die Permittivität
senkrecht zu der Ebene der Schichten (ε'⊥ε''⊥)
und der Permeabilität
in der Ebene der Schichten (μ'//, μ''//) für das weiter
oben definierte Material. Die Dicke der Verbundplatte beträgt 1,9 mm,
was ihr eine Impedanz verleiht, deren Modul ungefähr 1,5 bis
1,9 GHz beträgt.
Es sei daran erinnert, dass die Permittivität der zu der Ebene dieser Schichten
parallelen Zusammensetzungen sehr groß ist und als unendlich betrachtet
werden kann.
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Die
experimentellen Kennlinien der so realisierten Antenne zeigen die 4 und 5 in
Abhängigkeit
von der Distanz D, die in Bruchteilen der Wellenlänge ausgedrückt ist.
Die 4 liefert das Stationärwellenverhältnis (TOS) und die 5 die Verstärkung (G),
ausgedrückt
in dB.
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Wenn
die Höhe
D des Hohlraums kleiner als 10 mm ist, das heißt kleiner als λ/16, nimmt
TOS am Antenneneingang bei der metallischen Konfiguration nach dem
Stand der Technik beträchtlich
zu (Kurve 25), während
es bei der erfindungsgemäßen Konfiguration
(Kurve 26) sehr niedrig bleibt. Bei kleineren Dicken wird
das Fehlen des Verbundmaterials redhibitorisch bzw. kritisch (TOS
von 7 für
D = 5 mm bei der klassischen metallischen Konfiguration), während man
mit dem Verbundstoff (für
eine Dicke von 1,9 mm) ein TOS von 3 erhält, was für zahlreiche Anwendungen ganz
akzeptabel ist.
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Die
Verstärkung
(5) ist für
eine Höhe
D = 10 mm mit (Kurve 83) oder ohne (Kurve 82)
Verbundstoff dieselbe. Für
noch kleinere Dicken beobachtet man eine schnelle Verschlechterung
bei der metallischen Lösung
nach dem Stand der Technik, während
man mit dem erfindungsgemäßen Verbundstoff
nur 3 dB verliert.
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Die 4 und 5 zeigen,
dass man bei einer Dicke D unter 10 mm alle Leistungen der erfindungsgemäßen Antenne
höher sind
als die einer klassischen Antenne.
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Weitere
Messungen wurden mit einer ähnlichen
Struktur durchgeführt,
deren Spaltlänge
aber 14 cm betrug, angepasst an einen Betrieb um 1,1 GHz. Die seitlichen
Dimensionen waren identisch. Die Höhe D wurde zwischen λ/4 und λ/64 gewählt. Die 6 zeigt
also das Anpassungsband mit einem TOS unter 3. Es ist bemerkenswert,
festzustellen, dass dieses Durchlassband sehr breit ist, selbst dann,
wenn man sich der metallischen Konfiguration nähert. Bei dem ausschließlich metallischen
Fall (Stand der Technik) verschlechtert sich TOS, und das assoziierte
Durchlassband reduziert sich.
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Man
kann versuchen, das Höchstfrequenzverhalten
der Antenne zu verbessern, insbesondere ihre Verstärkung, indem
man unter dem Spalt einen Verbundstoff anordnet, der die ihr zugestrahlte
Welle total absorbiert; das bedeutet eine Impedanz gleich 1. Es
ist auch von Vorteil, die Größe |Z/(Z
+ 1)| zu erhöhen,
indem man die Dicke oder das Verbundstofffüllungsverhältnis erhöht. So kann man ein Material bevorzugen,
das eine bestimmte Permeabilität μ' aufweist, aber bei
der Arbeitsfrequenz eher eine niedrige Permeabilität μ'' als eine hohe Permeabilität μ''. Dieser letztere Weg ist vorteilhaft,
denn je weniger magnetische Verluste die Antennenumgebung aufweist, umso
weniger Energie wird in der Nähe
der metallischen oder leitenden Ebene absorbiert, insbesondere bei
Moden oder Einfallwinkeln, die man normalerweise nicht berücksichtigt.
Sie wird jedoch phasengleich mit der abgestrahlten Welle reflektiert
und erhöht
folglich die Effizienz der Antenne.
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Bei
einer um 200 MHz arbeitenden Antenne kann man also ein Material
wie dasjenige wählen, dessen
elektromagnetischen Eigenschaften die 7 liefert.
Es handelt sich um einen Verbundstoff des Typs LIFT (Lamellaire
Isolant Ferromagnétique sur
la Tranche)(isolierende ferromagnetische Stirnseiten-Lamellenstruktur),
hergestellt aus CoNbZr mit einer Dicke von 0,9 μm, abgeschieden auf einem 1,2 μm dicken
Film aus Kapton (Schutzmarke); die mittlere Klebstoffdicke beträgt 2,5 μm; die Materialdichte beträgt 1,8.
Mit einer Permeabilität
gleich 21-3j bei 200 MHz weist dieses Material begrenzte Verluste auf.
Mit einer Dicke von 11 mm erreicht man eine Impedanz, deren Modul
nahe bei 1 liegt, was ermöglicht,
den Spalt entweder direkt auf dem Verbundstoff anzuordnen oder mit
einem Abstand unter λ/16
(nämlich
93 mm).
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Die 8A und 8B zeigen
noch eine Antenne mit einem spiralförmigen Spalt. In der 8A,
die eine Draufsicht ist, ist ein spiralförmiger Spalt 30 in
einer leitenden Platte 31 vorgesehen. Die 8B ist
ein Schnitt gemäß AA der 8A durch die
Leitebene 32, den Verbundstoff 34 und die Verbindung 36.
Der Verbundstoff ist in der 9 in der Draufsicht
(ohne Abstrahlungselement) dargestellt. Man sieht also in dem spiralförmigen Spalt 30 der 8A die
Kreise des Verbundstoffs. Die elektrische Komponente des abgestrahlten
oder empfangenen Felds ist mit E bezeichnet.
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Bei
der dargestellten Realisierungsart sind die ferromagnetischen und
isolierenden Schichten zylindrisch. Die Spirale des Abstrahlspalts
und die Verbundstoffschichten sind also nicht genau parallel, aber
Abweichung von der Parallelität
ist gering (unter 10°)
und ohne Auswirkung auf die Leistungen der Antenne.
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Um
eine Breitbandantenne zu erhalten, die um 500 MHz herum sendet (was
einer Wellenlänge von
600 mm) entspricht, kann man eine Spaltlänge von ungefähr λ/2, nämlich 300
mm, vorsehen. Der Verbundstoff kann aus CoFeNiSiB mit einer Dicke von
1,3 μm sein;
die Klebstoffdicke kann 2,5 μm
betragen. Die Materialdichte beträgt dann 2,3. Dicken von 1 mm
ermöglichen,
Impedanzen über
1,5, also mit guten Eigenschaften, für Hohlraumtiefen der Größenordnung λ/10 oder
weniger zu erhalten.
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Die
Herstellung eines Verbundstoffs mit spiraligen Schichten, im Wesentlichen
parallel zu dem Spalt, kann realisiert werden, indem man Streifen
auf Vorformlinge wickelt, oder auf irgend eine andere Weise.
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Die
Abstrahlungszone des spiraligen Spalts ist abhängig von dessen Radius, wobei
dieser Wert mit der Frequenz verknüpft ist. Die Optimierung der Dicke
des Verbundstoffmaterials muss in Abhängigkeit von dem Radius des
Hohlraums erfolgen.
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Eine
andere, leichter zu realisierende Variante besteht darin, durch
Aufwicklung einen Verbundstofftorus herzustellen und den spiraligen
Spalt konzentrisch anzuordnen. Bei dieser Lösung wird zwar die Geometrie
der Felder weniger berücksichtigt,
sie ist aber akzeptabel, wenn der Öffnungswinkel der Spirale unter
30° liegt.
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Die 10 zeigt
wieder eine Antenne mit Spalt, aber in einer Variante, wo der Spalt
breit ist und in seinem Zentrum erregt wird. Der Spalt ist mit 40 bezeichnet,
die Leitebene mit 42, der Verbundstoff mit 44 und
die Versorgungsverbindung mit 46. Die Lamellen des Verbundstoffs
sind wieder parallel zu den Längsrändern des
Spalts ausgerichtet, das heißt senkrecht
zu der Komponente E.
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Die 11A und 11B zeigen – jeweils
in der Draufsicht und im Schnitt gemäß AA – eine Realisierungsart, bei
der die Antenne eine Dipolantenne ist. Das Abstrahlungs- oder Empfangselement
wird durch zwei leitende Stränge 50 gebildet.
Die Leitebene 52 trägt
den Verbundstoff 54 und eine dielektrische Schicht 55 kann
die beiden Stränge
tragen. Die Verbindung 56 ist doppelt. Die Lamellen des
Verbundstoffs 54 sind senkrecht zu den Strängen orientiert.
Für einen
Betrieb mit 2 GHz kann die Länge
jedes Strangs bei einem λ/2-Betrieb
75 mm betragen. Als Verbundstoff kann man das Material verwenden, dessen
Kennlinien die 3 zeigt, mit einer Dicke von
1,5 bis 3 mm. Die Dicke der dielektrischen Schicht 56 überschreitet λ/16 nicht.
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Die
Stränge
können
durch leitende Streifen ersetzt werden, wie dargestellt in der 12.
Diese Streifen tragen das Bezugszeichen 60, die Leitebene das
Bezugszeichen 62 und der Verbundstoff das Bezugszeichen 64.
Die Verbundstoffschichten sind dann Lamellen, die senkrecht sind
zu der Hauptabmessung der Streifen 60.
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In
den 13A und 13B schließlich, jeweils
eine Draufsicht und eine Schnittansicht gemäß AA, sind die leitenden Stränge 70 nicht
mehr geradlinig sondern spiralförmig.
Der Verbundstoff 74 wird dann durch radiale Lamellen gebildet,
die im Wesentlichen senkrecht sind zu den leitenden Strängen. Die Verbindung 76 ist
doppelt und versorgt die spiralförmigen
Stränge.