-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antenne, um zirkular-polarisierte
elektro-magnetische Signale abzustrahlen und zu empfangen, insbesondere
Signale im Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Frequenzbereich.
-
Die
kürzlichen
Entwicklungen bei kommerziellen Mikrowellen- und Millimeterwellen-Kommunikationssystemen
sind enorm. Mögliche
Anwendungen auf breiter Basis sind Breitband-Heimnetze, drahtlose
LANs, private Kurzwellenverbindungen, automatisches Millimeterwellen-Radar,
Mikrowellenfunk und TV-Verteilungssysteme (Sender und äußerst preiswerte
Empfänger).
Insbesondere wird das Frequenzband von 59 bis GHz für die Kurzbereich-Hochdatenraten-Kommunikation
in bezug auf eine große
Vielfalt von praktischen Anwendungen sehr wichtig, beginnend von
einer sehr hohen Datenrate von WLANs bis zur HD-Videoübertragung für Heimanwendungen. Aufgrund
der möglichen
Massenmarkteinführung
von tragbaren Einrichtungen für
diese Anwendungen existiert eine Notwendigkeit nach billigen und
effektiven zirkular-polarisierten Antennen mit hohem Gewinn. Zirkular-polarisierte
Antennen haben den Hauptvorteil, dass keine Notwendigkeit für eine genaue
Orientierung der Antenne im Gegensatz zu linear-polarisierten Antennen
notwendig ist, so dass zirkular-polarisierte Antennen lediglich
auf die Richtung der Datenübertragung
ausgerichtet werden müssen. Wenn
die reflektierten Sendewellen den Empfänger erreichen, haben diese
reflektierten Wellen eine geänderte
Polarisation verglichen zu den Wellen des nichtreflektierten Hauptpfads.
Somit sind einfachere Modulationsschemen insbesondere für den 60 GHz-Betriebsbereich
möglich.
-
Zirkular-polarisierte
Antennen mit einer Dipoleinrichtung zum Abstrahlen und zum Empfangen von
elektro-magnetischen Signalen sind in Form verschiedener Variationen
bekannt. Beispielsweise beschreiben K. Hirose, K. Kawai, H. Nakano "An array antenna
composed of outer- fed curl elements" IEEE AP-S 1998, 0-7803-4478-2/98 eine
Antenne mit mehr als einem spiralförmig-geformten Element, welches
an einer Zuführleitung
bzw. Speiseleitung angebracht ist. Der vorgeschlagene Antennenaufbau
hat den Nachteil, dass eine komplette Multielement-Hochgewinn-Strahlenantenne
nicht auf der Basis des vorgeschlagenen Lösungswegs realisiert werden
kann. Um die Antenne zu speisen, wurde eine Mikrostrei fenleitung
vorgeschlagen, und die Dipolbereiche der Antenne sind versetzt und
besitzen keinen Zuführungspunkt
am gleichen Ort. Allgemein leidet die in diesem Artikel vorgeschlagene
Lösung an
dem Nachteil einer kleinen Betriebsbandbreite und einer kleinen
Achsenverhältnisbandbreite
und weiter daran, dass ein Hochgewinnbetrieb und eine Planare Speisung
des Antennenausbaus nicht möglich
sind.
-
R.
Ramirez, N. Alexopoulos "Single
proximity feed microstrip alchimedean spiral antennas" IEEE AP-S 1998,
0-7803-4478-2/98 schlagen zirkular-polarisierte Antennenelemente
mit spiralförmigen
Dipolstrukturen vor, wobei das Speisen der spiralförmigen Strahlerelemente
in der Mitte der Antennen ausgeführt
wird. Obwohl Spiralformelemente, die in der Mitte gespeist werden,
zum Bereitstellen einer hohen Betriebsbandbreite bekannt sind, hat
diese Art an Speisung den Nachteil einer großen geometrischen Größe und eines
sehr eingeschränkten
Gewinns.
-
Das
japanische Patent
JP 622 16
407 schlägt
eine Spiralantenne vor, welche Paare von spiralförmigen Elementen auf einem
Isoliersubstrat mit einer gemeinsamen Versorgungsleitung (Speiseleitung)
hat. Um die Strukturproduktion und die Konstruktion zu vereinfachen,
ist die Antenne mit Spiralelementen und einer Zuleitung auf einem
gemeinsamen Isolationssubstrat versehen und erlaubt einen Zuführungspunkt,
der für
die Antenne ausreichend ist.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine zirkular-polarisierte
Antenne mit einer Dipoleinrichtung bereitzustellen, welche ein erstes
und ein zweites Element aufweist, um elektro-magnetische Signale
abzustrahlen und zu empfangen, wobei das erste und das zweite Element
eine Spiralform haben, die in einer einfachen und kosteneffektiven
Weise hergestellt werden kann und mit einem hohen Gewinn betrieben
werden kann.
-
Die
obige Aufgabe wird durch eine Antenne nach Patentanspruch 1 gelöst, die
aufweist:
ein dielektrisches Substrat, welches eine vordere
und eine hintere dielektrische Fläche aufweist, zumindest eine
Dipoleinrichtung, die ein erstes und ein zweites Element aufweist,
um elektro-magnetische Signale abzustrahlen und zu empfangen, wobei
das erste Element auf der vorderen Fläche und das zweite Elemente
auf der hinteren Fläche
gedruckt sind, wobei das erste bzw. das zweite Element eine Spiralform haben,
wobei beide Spiralen offen sind, und eine gedruckte Metallzuführeinrichtung,
um Signale zu und von der Dipoleinrichtung zu liefern, wobei die
gedruckte Metallzuführeinrichtung
eine erste Leitung, welche auf die vordere Fläche gedruckt ist und mit dem
ersten Element an einem ersten Zuführpunkt gekoppelt ist, und
eine zweite Leitung aufweist, welche auf die hintere Fläche gedruckt
ist und mit dem zweiten Element an einem zweiten Zuführpunkt
gekoppelt ist, wobei der erste und der zweite Zuführpunkt
einander überlappen.
-
Die
vorgeschlagene neue Antenne ist eine zirkular-polarisierte Antenne,
welche einfach und sehr kostenwirksam hergestellt werden kann und welche
mit einem hohen Gewinn im Mikrowellen- und im Millimeter-Wellenbereich
betrieben werden kann. Außerdem
erlaubt die vorgeschlagene Antennenstruktur eine planare Zuführung, welche
einen einfachen und leichten Übergang
und eine Schnittstellenstruktur zur Verbindung mit anderen Verarbeitungselementen
im Hochfrequenzbereich erlaubt. Die vorgeschlagene Antennenstruktur
erlaubt die Integration anderer Hochfrequenz-Integrationsschaltungskomponenten
auf dem gleichen Substrat, da die geometrische Größe der Dipoleinrichtung
aufgrund der Spiralform sehr klein ist. Außerdem kann die vorgeschlagene
Antennengeometrie leicht reproduziert werden, was bedeutet, dass
die Herstellungstoleranzen nicht kritisch sind.
-
Vorteilhafterweise
haben die Spiralen, welche durch das erste und das zweite Element
gebildet sind, einen konstanten Radius. Anders ausgedrückt haben
die Spiralen eine zirkulare Form, so dass jedes Element einen Ring
bildet. Hierdurch kann die Spirale, welche durch das erste und das
zweite Element gebildet ist, beinahe eine geschlossene Schleife
bilden. Eine der allgemeinen Merkmale der Antennen nach der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass der erste und der zweite Zuleitungspunkt
die erste und die zweite Zuleitungsleistung bzw. Speiseleitung mit
einem Ende von jedem von dem ersten bzw. dem zweiten Element koppelt.
Das andere Ende des ersten und des zweiten Elements ist ein freies und
offenes Ende. Somit bedeutet, da das erste und das zweite Element
beinahe eine geschlossene Schleife bilden, dass das freie oder offene
Ende jedes der Elemente sehr nahe an der Stelle ist, wo der erste
und der zweite Zuleitungspunkt sind, jedoch diesen nicht berührt.
-
Alternativ
dazu bilden die Spiralen des ersten und des zweiten Elements, die
jeweils einen konstanten Radius haben, weniger als eine vollständige Drehung.
-
Bei
einem weiteren vorteilhaften Beispiel der Antenne nach der vorliegenden
Erfindung haben die Spiralen, welche das erste bzw. das zweite Element gebildet
sind, einen abnehmenden Radius in Richtung auf ihr offenes Ende.
Dies bedeutet, dass der Radius der Spirale am Anfang, d.h., in der
Nähe am jeweiligen
Zuleitungspunkt größer ist
und in Richtung auf das offene Ende des entsprechenden Elements abnimmt.
Hierdurch können
die Spiralen, welche durch das erste bzw. das zweite Element gebildet sind,
vorteilhafterweise weniger als eine, eine oder mehrere als eine
vollständige
Umdrehung in Abhängigkeit
von der erforderlichen Größe und Anwendung bilden.
-
Außerdem ist
es vorteilhaft, wenn die Breite des ersten bzw. des zweiten Elements
vom entsprechenden Zuleitungspunkt in Richtung auf das jeweilige
offene Ende der Spiralen abnimmt. Alternativ dazu könnte es
vorteilhaft sein, wenn die Breite des ersten bzw. des zweiten Elements
vom jeweiligen Zuleitungspunkt in Richtung auf das entsprechende
offene Ende der Spiralen ansteigt.
-
Weiter
ist es vorteilhaft, dass die erste und die zweite Leitung der Metallzuleitungseinrichtung abgeglichene
Mikrostreifenleiter hat.
-
Außerdem erstrecken
sich vorteilhaft die erste und die zweite Leitung der Metallzuleitungseinrichtung über den
entsprechenden Zuleitungspunkt.
-
Außerdem ist
es vorteilhaft, dass eine Reflektoreinrichtung vorgesehen sein kann,
welche beabstandet zu und parallel zur hinteren Fläche des
dielektrischen Substrats ist, wobei ein verlustarmes Material zwischen
dem Reflektor und der hinteren Fläche angeordnet ist. Hierdurch
ist der Reflektor vorteilhaft von der Mitte des Substrats um eine
viertel Wellenlänge
der Mittenbetriebsfrequenz der Antenne beabstandet.
-
Die
vorliegende Erfindung liefert weiter eine Phasenantennengruppe,
die mehrere Antennen oder Antennenelemente wie oben beschrieben
aufweist, wobei die Metallzuleitungseinrichtung der Antenne mit
Metallübertragungsstrukturen
verbunden ist, die entsprechend auf die vordere Fläche und
die hintere Fläche
des dielektrischen Substrats aufgedruckt sind. Hierdurch werden
die Übertragungsstrukturen vorteilhaft
abgeglichen und umfassen jeweils abgeschrägte Mikrostreifenleitungen.
Die abgeschrägten Mikrostreifenleitungen
liefern vorteilhaft eine verbesserte Impedanzanpassung. Weiter sind
in vorteilhafter Weise mehrere Löcher
im Substrat vorgesehen. Die Löcher
im Substrat auf Lagen, wo kein erstes und zweites Element und eine
Metallzuführungseinrichtung
aufgedruckt sind, vergrößern die
Achsenverhältnisqualität der Antenne,
wodurch im gleichen Zeitpunkt ein preisgünstiger Herstellungsprozess
aufrechterhalten werden kann.
-
In
der folgenden Beschreibung werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung ausführlicher
in bezug auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 eine schematische Bodenansicht
einer Antenne gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
2 eine schematische Kopfansicht
eines anderen Beispiels einer Antenne nach der vorliegenden Erfindung
zeigt;
-
3 einen schematischen Querschnitt
der Antenne nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
4 einen schematischen Querschnitt
einer abgeglichen Zuleitungsstruktur für eine Antenne nach der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
5 eine schematische Kopfansicht
einer Phasenmatrixantenne nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
6 eine Bodenansicht der
Phasenantennengruppe zeigt, welche in 5 gezeigt
ist;
-
7 eine schematische Kopfansicht
eines weiteren Beispiels einer Phasenantennegruppe nach der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
8 eine schematische Bodenansicht
der Phasenmatrixantenne zeigt, welche in 7 gezeigt ist;
-
9 eine schematische Kopfansicht
einer abgeschrägten
Mikrostreifenleitung zeigt;
-
10, 11 und 12 den
Gewinn eines Einzelantennenelements gemäß der vorliegenden Erfindung
für unterschiedliche
Drehwinkel zeigen;
-
13, 14 und 15 die
Ellipsenform der Phasenantennengruppe zeigen, welche aus 4 × 4 Einzelantennen
besteht, gemäß der vorliegenden Erfindung,
die eine Dipoleinrichtung hat, welche in 1 gezeigt ist, für verschiedene Drehwinkel;
-
16 ein schematisches Diagramm
des Achsenverhältnisses über die
Frequenz für
eine Phasenantennengruppe zeigt, welche aus 2 × 2 Antennen besteht, gemäß der vorliegenden
Erfindung, mit Doppelwindungsspiralen;
-
17 ein schematisches Diagramm
des Achsenverhältnisses über der
Frequenz für
eine Phasenantennengruppe zeigt, wie sie für Messungen für 16 verwendet wird, wobei
jedoch Löcher
im Substrat vorhanden sind;
-
18 ein Diagramm des gemessenen
Gewinns in Abhängigkeit
von der Frequenz für
ein Antennenmodell gemäß der Phasenantennengruppe zeigt,
die in 5 und 6 gezeigt ist, und
-
19 ein Diagramm eines gemessenen Eingangs-Rückkehr-Verlusts
als Funktion der Frequenz für
die Phasenantennengruppe zeigt, wie sie für die Messungen für 17 verwendet wird.
-
1 zeigt eine schematische
Bodenansicht eines ersten Beispiels einer Antenne eines Antennenelements 1 nach
der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt
eine schematische Draufsicht eines zweiten Beispiels einer Antenne
oder eines Antennenelements nach der vor liegenden Erfindung, und 3 zeigt einen allgemeinen
Querschnitt einer Antenne 1 nach der vorliegenden Erfindung.
-
Die
Antenne 1 nach der vorliegenden Erfindung ist eine zirkular-polarisierte
Antenne mit einer Dipoleinrichtung, die ein erstes Element 5 und
ein zweites Element 6 hat, um elektro-magnetische Signal
im Hochfrequenzbereich abzustrahlen und zu empfangen, d.h., im Mikrowellen-
oder Millimeter-Wellenbereich. Die Antenne 1 nach der vorliegenden
Erfindung ist besonders für
einen Betrieb in einem Bereich zwischen 5 und 60 GHz geeignet. Die allgemeine
Form des ersten Elements 5 und des zweiten Elements 6 der
Dipoleinrichtung der Antenne 1 nach der vorliegenden Erfindung
ist spiralförmig, wobei
beide Spiralen offen sind, wie man in 1 und 2 erkennen kann. Das erste
Element 5, welches mit 5a im Beispiel, welches
in 1 gezeigt ist, bezeichnet
ist, und mit 5b im Beispiel, welches in 2 gezeigt ist, ist auf eine vordere Fläche 3 eines
dielektrischen Substrats 2 gedruckt. Der Drehsinn der beiden
Spiralen, welche die Dipoleinrichtung der Antenne 1 nach
der vorliegenden Erfindung bilden, ist entsprechend einander entgegengesetzt.
Wenn man auf das erste Element 5b, welches auf der vorderen
Fläche 3 gedruckt
ist, blickt, ist der Drehsinn vom Zuführungspunkt beispielsweise
entgegen dem Uhrzeigersinn, wie in 2 gezeigt
ist, wobei in diesem Fall der Drehsinn des zweiten Elements 6b,
welches auf die hintere Fläche 4 gedruckt
ist, im Uhrzeigersinn ist, wenn man auf die hintere Fläche blickt.
Der Fall von 1 ist verschieden.
Hier ist, wenn man auf die hintere Fläche 4 blickt, der
Drehsinn des zweiten Elements 6a entgegen dem Uhrzeigersinn,
wodurch, wenn auf die vordere Fläche 3 blickt,
der Drehsinn des ersten Elements Sa im Uhrzeigersinn ist. Das zweite
Element 6, welches mit 6a im Beispiel bezeichnet
ist, welches in 1 gezeigt
ist, und mit 6b im Beispiel, welches in 2 gezeigt ist, ist auf die hintere Fläche 4 des
dielektrischen Substrats 2 gedruckt. Das dielektrische
Substrat 2 hat allgemein eine ebene Form, wodurch die vordere
Fläche 3 und die
hintere Fläche 4 einander
gegenüberliegen
und parallel zueinander sind. Die dielektrische Konstante des dielektrischen
Substrats 2 beträgt ≥1. Ein geeignetes
Material für
das dielektrische Substrat 2 hat beispielsweise eine Dielektrizitätskonstante
von 2,17.
-
Das
erste Element 5 und das zweite Element 6 der Dipoleinrichtung
sind Metallleiter, welche auf die vordere Fläche 3 bzw. auf die
hintere Fläche 4 gedruckt
sind. Die Antenne 1 nach der vorliegenden Erfindung umfasst
außerdem
eine metallische Zuleitungseinrichtung, um Signale zu und von der
Dipoleinrichtung zu liefern. Die metallische Zuleitungseinrichtung
besitzt eine erste Mikrostreifenleitung, welche auf die vordere
Fläche 3 gedruckt
ist und mit dem ersten Element 5 an einem ersten Zuleitungspunkt gekoppelt
ist, der mit dem Bezugszeichen 9b in 2 bezeichnet ist. Die metallische Zuleitungseinrichtung
umfasst au ßerdem
eine zweite Mikrostreifenleitung 8, welche auf die hintere
Fläche
gedruckt ist und mit dem zweiten Element 6 an einem zweiten Zuleitungspunkt
gekoppelt ist, der mit dem Bezugszeichen 9a im Beispiel
bezeichnet ist, wie in 1 gezeigt
ist. Dieser erste Zuleitungspunkt und der zweite Zuleitungspunkt überlappen
einander, was bedeutet, dass sie auf der gleichen Linie senkrecht zur
vorderen Fläche 3 und
zur hinteren Fläche 4 des Substrats 2 liegen.
Das gleiche gilt für
die erste Mikrostreifenleitung 7 und die zweite Mikrostreifenleitung 8,
die einander überlappen,
um eine abgeglichene Mikrostreifenleitung zu bilden, von denen ein Querschnitt
in 4 betrachtet werden
kann.
-
Wie
oben aufgeführt
ist die allgemeine Form des ersten Elements 5 und des zweiten
Elements 6 der Dipoleinrichtung eine Spiralform. Hierdurch
kann der Radius der Spirale nicht variieren, wie in 1 gezeigt ist, bei dem das erste Element 5a und
das zweite Element 6a einen konstanten Radius haben. Bei
dem in 2 gezeigten Beispiel
haben das erste Element 5b und das zweite Element 6b einen
abnehmenden Radius vom ersten Zuleitungspunkt bzw. vom zweiten Zuleitungspunkt
in Richtung auf das offene Ende des entsprechenden Elements.
-
In
dem Beispiel, welches in 1 gezeigt
ist, bilden das erste Element 5a bzw. das zweite Element 6a beinahe
eine geschlossene Schleife oder einen Ring, wobei das offene oder
freie Ende jedes Elements beinahe den entsprechenden Zuleitungspunkt berührt. Bei
einer alternativen Ausführungsform,
welche nicht gezeigt ist, kann der Radius des ersten Elements 5a und
des zweiten Elements 6a noch konstant sein, wobei jedoch
das Element einen offenen Ring mit beispielsweise 3/4 oder die Hälfte einer
Drehung bilden kann.
-
Bei
dem in 2 gezeigten Beispiel
nimmt der Radius des ersten Elements 5b bzw. des zweiten Elements 6b mit
Beginn von dem jeweiligen Zuleitungspunkt ab, und die Elemente bilden
mehr als eine Drehung, insbesondere eine Drehung und eine viertel
Drehung. Bei alternativen Ausführungsformen kann
das erste Element 5b und das zweite Element 6b auch
weniger als eine Drehung bilden, exakt eine Drehung oder sogar mehrere
Drehungen. Bei dem in 2 gezeigten
Beispiel ist die Breite W eines jeden der Metallleiter, die das
erste Element 5b und das zweite Element 6b bilden,
vom Zuleitungspunkt zum freien Ende jedes Elements konstant. Die
Breite W kann jedoch in Abhängigkeit
von der Anwendung oder zu erzielenden Leistung ansteigen oder abnehmen.
-
Wie
man aus 1 und 2 ersehen kann, überlappen
sich das erste Element 5 und das zweite Element 6 der
Dipoleinrichtung der Antenne 1 nach der vorliegenden Erfindung
nicht, sondern bilden benachbarte Spiralen auf beiden Seiten der
Mikrostreifenleiter 7 und 8. Wenn man auf die
vordere Fläche 3 oder
die hintere Fläche 4 des
dielektrischen Substrats 2 blickt, liegen die Drehzentren
des ersten Elements 5 und des zweiten Elements 6 auf
einer Linie senkrecht zur Längsachse
der Mikrostreifenleiter 7 und 8.
-
Obwohl
es lediglich im Beispiel von 2 gezeigt
ist, können
alle Ausführungsformen
der Antenne 1 nach der vorliegenden Erfindung eine Erweiterung
der Mikrostreifenleiter 7 und 8 über die
Zuleitungspunkte hinaus haben. Dieses zusätzliche Teil 10 des
Mikrostreifenleiters 7 und 8 kann vorteilhaft sein,
um die Antennenanpassung in Abhängigkeit von
der Länge
ihres Erweiterungsteils 10 zu vergrößern.
-
Es
ist außerdem
vorteilhaft, wenn die Antenne 1 nach der vorliegenden Erfindung
eine Reflektorebene 11 aufweist, wie in 2 gezeigt ist. Die Reflektoreinrichtung 11 ist
beispielsweise eine Metallreflektorebene, die auf einem verlustarmen
Material 12 auf der gegenüberliegenden Seite des dielektrischen
Substrats 2 angeordnet ist. Das verlustarme Material 12 wirkt
als Lagerstruktur für
ein dielektrisches Substrat 2 und die Reflektoreinrichtung 11. Das
verlustarme Material 12 besitzt in vorteilhafter Weise
eine dielektrische Konstante in der Nähe von 1 und vorzugsweise weniger
als 1,2. Das verlustarme Material kann beispielsweise Polyurethan,
ein freier Spalt, der mit Luft gefüllt ist, oder anderes verlustarmes
Material sein. Die Reflektoreinrichtung 11 dient dazu,
den breitseitigen Gewinn der Antenne zu steigern. Vorteilhafterweise
ist die Reflektoreinrichtung 11 in einem Abstand d angeordnet,
der ungefähr
ein Viertel der elektrischen Wellenlänge der Mittenbetriebsfrequenz
der Antenne 1 ist.
-
5 zeigt eine Kopfansicht
eines Beispiels einer Phasenantenne nach der vorliegenden Erfindung,
und 6 zeigt die entsprechende
Bodenansicht. 5 zeigt
hierdurch eine Ansicht, wenn man auf eine vordere Fläche 3 eines
dielektrischen Substrats 2 blickt, auf die die Phasenantennengruppe
aufgedruckt ist. 6 zeigt
die entsprechende Bodenansicht auf der hinteren Fläche 4 des
dielektrischen Substrats. Die Phasenantennengruppe 13 umfasst eine
symmetrisch angeordnete Vielzahl von Dipolen. Jeder Dipol umfasst
ein ersten Element 5, welches auf die vordere Fläche 3 gedruckt
ist, und ein zweites Element 6, welches auf die hintere
Fläche 4 gedruckt ist. 7 und 8 zeigen eine entsprechende Kopf- bzw.
Bodenansicht der Phasenantennengruppe mit einer größeren Anzahl
von Dipolen als Phasenantennengruppe, welche in 5 gezeigt ist. Die allgemeine Anordnung
ist jedoch die gleiche. Jede Dipoleinrichtung, welche aus einem
ersten Element 5 und einem zweiten Element 6 besteht,
wird zu abgeglichenen Mikrostreifenleitern 7 und 8 geführt und
damit verbunden. Lediglich ein Element 5 oder 6 ist
mit einer Mikrostreifenleitung 7 oder 8 verbunden.
Die abgeglichenen Mikrostreifenleiter 7 und 8 werden
durch eine Metallübertragungsstruktur 4 gespeist,
die ebenfalls auf die entsprechende vordere Fläche 3 bzw. die hintere
Fläche 4 aufgedruckt
ist. Die Metallübertragungsstruktur 4 besteht
grundsätzlich
aus abgeschrägten
Mikrostreifenlei tern, die bei T-Verbindungsstellen verbunden sind,
so dass ein rechteckiges Zuleitungsnetz gebildet ist. Ein Beispiel
einer abgeschrägten
Mikrostreifenleitung 15 ist in 9 gezeigt. Die Übertragungsstruktur 14,
die auf die jeweilige vordere Fläche 3 und
die hintere Fläche 4 gedruckt
ist, ist ebenfalls in bezug zueinander abgeglichen. Wie in 5, 6, 7 und 8 gezeigt ist, umfasst das
Substrat 2 außerdem
mehrere Durchgangslöcher 16.
Das Bereitstellen der Durchgangslöcher 16 und eine vergrößerte Anzahl
von Durchgangslöchern 16 bringt
die Dielektrizitätskonstante
des Substrats 2 näher
auf 1, wodurch die Qualität des Achsenverhältnisses
ansteigt, d.h., das niedrigste Achsenverhältnis, wie man im Diagramm
von 16 sehen kann.
-
Es
soll verstanden werden, dass die Phasenantennengruppe nach der vorliegenden
Erfindung Antennenelemente mit Dipolen gemäß einer der Formen wie oben
beschrieben aufweisen kann. Die Phasenantennengruppe, welche in 5 und 6 gezeigt ist, weist 4 × 4 Einzelantennen 1 auf
und ist besonders für
einen Betrieb im Bereich von 15 GHz geeignet. Außerdem ist die Übertragung
der Übertragungsstruktur 14 von
einer abgeglichenen Mikrostreifenleitung zu einer nichtabgeglichenen
Mikrostreifenleitung gezeigt. Die Phasenantennengruppe, welche in 7 und 8 gezeigt ist, umfasst 8 × 8 Einzelantennen 1 und
ist insbesondere für
den Betrieb im Frequenzbereich von 60 GHz geeignet. Hier ist die Übertragung
der Übertragungsstruktur 14 von
einer abgeglichenen Mikrostreifenleitung zu einer Wellenführung gezeigt.
-
10, 11 und 12 zeigen
Simulationsergebnisse für
den Antennengewinn für
eine Einzelantenne 1 nach der vorliegenden Erfindung für unterschiedliche
Drehwinkel bei 61 GHz. 10 zeigt
den Antennengewinn für
einen Drehwinkel ϕ = 0°, 11 zeigt den Antennengewinn
für einen
Drehwinkel ϕ = 45° und 12 zeigt den Antennengewinn
für einen Drehwinkel ϕ =
90°. Wie
man ersehen kann, ist der Antennengewinn für die Einzelantennen 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung unabhängig
bei unterschiedlichen verwendeten Drehwinkeln ziemlich gleich.
-
13, 14 und 15 zeigen
Simulationsergebnisse für
die Ellipsenform einer Phasenantennengruppe, welche 4 × 4 Einzelantennen 1 aufweist,
gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei jede Antenne 1 eine Struktur aufweist,
welche in 1 gezeigt
ist, für
unterschiedliche Drehwinkel bei 6,1 GHz. 13 zeigt die elliptische Ausbildung für einen
Drehwinkel ϕ = 0°, 14 zeigt die elliptische
Ausbildung für
einen Drehwinkel von ϕ = 45° und 15 zeigt die elliptische Ausbildung für einen
Drehwinkel ϕ = 90°.
-
16 zeigt das Diagramm des
Achsenverhältnisses
in der Hauptstrahlrichtung als Funktion der Frequenz für ein aktuelles
Modell einer Phasenantennengruppe mit 2 × 2 Einzelantennen 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Doppelringbändern
auf den gegenüberliegenden
Seiten des Substrats für eine
Dielektrizitätskonstante
von 1 und von 2,17 für das
dielektrische Substrat. 17 zeigt
ein Diagramm des Achsenverhältnisses
als Funktion der Frequenz für
die Phasenantennengruppe, welche in 16 verwendet
wird, für
einen größeren Frequenzbereich,
wobei Löcher
im Substrat der Phasenantennengruppe vorgesehen wurden. 18 zeigt ein Diagramm des
gemessenen Gewinns als Funktion der Frequenz für ein skaliertes realisiertes
Modell einer Phasenantennengruppe gemäß der Instruktion, die in 5 und 6 gezeigt ist, wobei der gemessene Gewinn
für beide
zirkulare Polarisationen gezeigt ist. 19 zeigt
ein Diagramm des gemessenen Eingangs-Rückkehr-Verlusts als Funktion
der Frequenz für
eine Phasenantennengruppe, welche für die Messungen in 17 verwendet wurde.
-
Wie
man sehen kann, sind der Gewinn, das Achsenverhältnis und die zugeführte Fehlerdämpfung einer
Phasenantennengruppe gemäß der vorliegenden
Erfindung gut. Die Vorteile des Antennenelements und der Phasenantennengruppe
nach der vorliegenden Erfindung sind ein besonders hoher Gewinn
aufgrund der größeren möglichen
Anzahl von Abstrahlungselementen, eines akuten Achsenverhältnisses,
der möglichen
ebenen Zuleitung und der gesamten ebenen Struktur der Phasenmatrixantenne.
Außerdem
ermöglicht
die vorliegende Erfindung die Herstellung der Antenne für tiefe
Millimeter-Wellenfrequenzen auch bei 60 GHz unter Verwendung herkömmlicher
Druckverfahren. Außerdem
erlaubt die kleine Baugröße und die
Form der Dipoleinrichtung der Antenne nach der vorliegenden Erfindung die
Integration eines weiteren vorderen Verarbeitungselements auf dem
gleichen Substrat 2, wo die Antennen 1 gedruckt
sind.