DE60102574T2 - Gedruckte Dipolantenne mit dualen Spiralen - Google Patents

Gedruckte Dipolantenne mit dualen Spiralen Download PDF

Info

Publication number
DE60102574T2
DE60102574T2 DE60102574T DE60102574T DE60102574T2 DE 60102574 T2 DE60102574 T2 DE 60102574T2 DE 60102574 T DE60102574 T DE 60102574T DE 60102574 T DE60102574 T DE 60102574T DE 60102574 T2 DE60102574 T2 DE 60102574T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
antenna
spirals
printed
passing
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE60102574T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60102574D1 (de
Inventor
Prof. Dr. Aleksandar Nesic
Dr.-Ing. Veselin Heinrich-Hertz-Str. 1 Brankovic
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Deutschland GmbH
Original Assignee
Sony International Europe GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony International Europe GmbH filed Critical Sony International Europe GmbH
Publication of DE60102574D1 publication Critical patent/DE60102574D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60102574T2 publication Critical patent/DE60102574T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H01Q13/085Slot-line radiating ends
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/16Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • H01Q9/285Planar dipole

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Description

  • 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.

Claims (17)

  1. Antenne (1) welche aufweist: ein dielektrisches Substrat (2), welches eine vordere (3) und eine hintere (4) dielektrische Fläche aufweist, zumindest eine Dipoleinrichtung, die ein erstes (5) und ein zweites (6) Element aufweist, um elektro-magnetische Signale abzustrahlen und zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (5) auf der vorderen Fläche (3) und das zweite Elemente (6) auf der hinteren Fläche (4) 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 (7), welche auf die vordere Fläche (3) gedruckt ist und mit dem ersten Element (5) an einem ersten Zuführpunkt gekoppelt ist, und eine zweite Leitung (8) aufweist, welche auf die hintere (4) Fläche gedruckt ist und mit dem zweiten Element (6) an einem zweiten Zuführpunkt gekoppelt ist, wobei der erste und der zweite Zuführpunkt einander überlappen.
  2. Antenne (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralen, welche durch das erste (5) und das zweite (6) Element gebildet sind, einen konstanten Radius haben.
  3. Antenne (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralen, die durch das erste (5) bzw. das zweite Element (6) gebildet sind, fast eine geschlossene Schleife bilden.
  4. Antenne (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralen, die durch das erste (5) bzw. das zweite (6) Element gebildet sind, weniger als eine vollständige Drehung bilden.
  5. Antenne (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralen, welche durch das erste (5) bzw. das zweite (6) Element gebildet sind, einen abnehmenden Radius in Richtung auf ihr entsprechendes offenes Ende haben.
  6. Antenne (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralen, welche durch das erste (5) bzw. das zweite (6) Element gebildet sind, weniger als eine vollständige Drehung bilden.
  7. Antenne (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralen, welche durch das erste (5) bzw. das zweite (6) Element gebildet sind, eine komplette Drehung bilden.
  8. Antenne (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralen, welche durch das erste (5) bzw. das zweite (6) Element gebildet sind, mehr als eine vollständige Drehung bilden.
  9. Antenne (1) nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des erste (5) bzw. des zweiten (6) Elements in Richtung auf das jeweilige offene Ende der Spiralen abnimmt.
  10. Antenne (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des ersten (5) bzw. des zweiten (6) Elements in Richtung auf das offene Ende der Spiralen ansteigt.
  11. Antenne (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (7) und die zweite (8) Leitung der Metallzuführungseinrichtung abgeglichene Mikrostreifenleitungen sind.
  12. Antenne (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (7) und die zweite (8) Leitung der Metallzuführungseinrichtung sich über den entsprechenden Zuführungspunkt (9) hinaus erstrecken.
  13. Antenne (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch, einen Reflektor (11), der beabstandet zur und parallel mit der hinteren Fläche des dielektrischen Substrats (2) ist, wobei ein verlustarmes Material (12) zwischen dem Reflektor (11) und der hinteren Fläche angeordnet ist.
  14. Antenne (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (11) von der Mitte des Substrats (2) um eine Viertel-Wellenlänge der mittleren Betriebsfrequenz beabstandet ist.
  15. Phasenantennengruppe (13) mit mehreren Antennen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die gedruckte Metallzuführungseinrichtung der Antennen mit dem gedruckten Metallsendestrukturen (14) verbunden ist, die entsprechend auf die vordere Fläche (3) und die hintere Fläche (4) des dielektrischen Substrats (2) aufgedruckt sind.
  16. Phasenantennengruppe (13) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendestrukturen (14) abgeglichen sind und entsprechend abgeschrägte Mikrostreifenleitungen (15) aufweisen.
  17. Phasenantennengruppe (13) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Löcher (16) im Substrat (2) vorgesehen sind.
DE60102574T 2001-06-26 2001-06-26 Gedruckte Dipolantenne mit dualen Spiralen Expired - Fee Related DE60102574T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP01115380A EP1271692B1 (de) 2001-06-26 2001-06-26 Gedruckte planare Dipolantenne mit zwei spiralförmigen Armen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60102574D1 DE60102574D1 (de) 2004-05-06
DE60102574T2 true DE60102574T2 (de) 2005-02-03

Family

ID=8177823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60102574T Expired - Fee Related DE60102574T2 (de) 2001-06-26 2001-06-26 Gedruckte Dipolantenne mit dualen Spiralen

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6593895B2 (de)
EP (1) EP1271692B1 (de)
JP (1) JP2003051707A (de)
DE (1) DE60102574T2 (de)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2831734A1 (fr) * 2001-10-29 2003-05-02 Thomson Licensing Sa Dispositif pour la reception et/ou l'emission de signaux electromagnetiques a diversite de rayonnement
US7075493B2 (en) * 2002-05-01 2006-07-11 The Regents Of The University Of Michigan Slot antenna
US7439924B2 (en) * 2003-10-20 2008-10-21 Next-Rf, Inc. Offset overlapping slot line antenna apparatus
US7965837B2 (en) * 2003-04-30 2011-06-21 Sony Corporation Method and system for wireless digital video presentation
US20050135611A1 (en) * 2003-09-19 2005-06-23 Robert Hardacker Method and system for wireless digital communication
US7562379B2 (en) * 2003-12-22 2009-07-14 Sony Corporation Method and system for wireless digital multimedia presentation
DE102004004798B4 (de) * 2004-01-30 2006-11-23 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Leistungsfähige, kostengünstige Dipolantenne für Funkanwendungen
EP1622221A1 (de) * 2004-02-11 2006-02-01 Sony Deutschland GmbH Zirkular polarisierte Gruppenantenne
US7023386B2 (en) * 2004-03-15 2006-04-04 Elta Systems Ltd. High gain antenna for microwave frequencies
US8228235B2 (en) 2004-03-15 2012-07-24 Elta Systems Ltd. High gain antenna for microwave frequencies
EP1738602A1 (de) * 2004-04-21 2007-01-03 Telecom Italia S.p.A. Teilnehmeridentifikationskarte zur durchführung von funksender/-empfängerfunktionalität für anwendungen mit grosser reichweite
US7202790B2 (en) * 2004-08-13 2007-04-10 Sensormatic Electronics Corporation Techniques for tuning an antenna to different operating frequencies
US7268741B2 (en) * 2004-09-13 2007-09-11 Emag Technologies, Inc. Coupled sectorial loop antenna for ultra-wideband applications
DE102005008063B4 (de) 2005-02-22 2008-05-15 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Antenne
JP2007036618A (ja) * 2005-07-26 2007-02-08 Tdk Corp アンテナ
JP4794974B2 (ja) * 2005-10-19 2011-10-19 富士通株式会社 タグアンテナ,これを用いるタグ及びrfidシステム。
ES2347832T3 (es) * 2006-05-12 2010-11-04 Nuplex Resins B.V. Dispersion acuosa de un poliuretano de secado por autooxidacion.
US7265729B1 (en) * 2006-07-31 2007-09-04 National Taiwan University Microstrip antenna having embedded spiral inductor
US7777685B2 (en) * 2006-09-29 2010-08-17 Alcatel-Lucent Usa Inc. Small spherical antennas
KR100859718B1 (ko) * 2006-12-04 2008-09-23 한국전자통신연구원 인공자기도체를 이용한 도체 부착형 무선인식용 다이폴태그 안테나 및 그 다이폴 태그 안테나를 이용한 무선인식시스템
US7586462B1 (en) * 2007-01-29 2009-09-08 Stephen G. Tetorka Physically small spiral antenna
US20080284660A1 (en) * 2007-07-06 2008-11-20 X-Ether, Inc. Planar antenna
US20080316138A1 (en) * 2007-10-26 2008-12-25 X-Ether, Inc. Balance-fed helical antenna
JP2009118406A (ja) 2007-11-09 2009-05-28 Toshiba Corp アンテナ装置、無線タグ読み取り装置および物品管理システム
US20090128440A1 (en) * 2007-11-19 2009-05-21 X-Ether, Inc. Balanced antenna
CN201689980U (zh) 2010-05-04 2010-12-29 中兴通讯股份有限公司 偶极子天线及移动通信终端
US9184504B2 (en) * 2011-04-25 2015-11-10 Topcon Positioning Systems, Inc. Compact dual-frequency patch antenna

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4494100A (en) * 1982-07-12 1985-01-15 Motorola, Inc. Planar inductors
JPS62216407A (ja) * 1986-03-17 1987-09-24 Nippon Dengiyou Kosaku Kk スパイラルアンテナ
JPH0748613B2 (ja) * 1989-01-18 1995-05-24 日本電気株式会社 スパイラルアンテナ
US6166694A (en) * 1998-07-09 2000-12-26 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Printed twin spiral dual band antenna
ATE279029T1 (de) * 2000-05-26 2004-10-15 Sony Int Europe Gmbh Doppel-spiralte schlitzantenne für zirkularpolarisation

Also Published As

Publication number Publication date
DE60102574D1 (de) 2004-05-06
EP1271692B1 (de) 2004-03-31
EP1271692A1 (de) 2003-01-02
US20030006938A1 (en) 2003-01-09
JP2003051707A (ja) 2003-02-21
US6593895B2 (en) 2003-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60102574T2 (de) Gedruckte Dipolantenne mit dualen Spiralen
DE102017103161B4 (de) Antennenvorrichtung und Antennenarray
DE60009874T2 (de) V-Schlitz-Antenne für zirkulare Polarisation
DE69531655T2 (de) Breitbandige Monopolantenne in uniplanarer gedruckter Schaltungstechnik und Sende- und/oder Empfangsgerät mit einer derartiger Antenne
DE69731230T2 (de) Mikrostreifenleitergruppenantenne
DE69832696T2 (de) Phasenverzögerungsleitung für kollineare Gruppenantenne
DE69827471T2 (de) Annähernd flaches, aperturgekoppeltes antennenelement
DE102010011867B4 (de) Breitbandige omnidirektionale Antenne
DE69633597T2 (de) Schleifenantenne für zirkularpolarisation
DE60034042T2 (de) Rahmenantenne mit vier resonanzfrequenzen
DE60315654T2 (de) Kompakte Mehrbandantenne
DE3787956T2 (de) Elektromagnetisch gekoppelte Antennenelemente in gedruckter Schaltungstechnik bestehend aus kapazitiv an die Zuführungsleitungen gekoppelten Streifenleitern oder Schlitzen.
DE69121352T2 (de) Vorrichtung zur Speisung eines Strahlungselementes für zwei orthogonale Polarisationen
DE69008116T2 (de) Ebene Antenne.
DE102005010895B4 (de) Aperturgekoppelte Antenne
DE602005002330T2 (de) Logarithmisch periodische Mikrostreifengruppenantenne mit geerdetem halbkoplanaren Übergang von Wellenleiter auf Mikrostreifenleitung
DE60035003T2 (de) Dualpolarisierte gedruckte Antenne und entsprechende Gruppenantenne
EP3440738B1 (de) Antennenvorrichtung
DE69127652T2 (de) Doppelkonus-Antenne mit halbkugelförmiger Strahlungscharakteristik
DE102007003388A1 (de) Rundhohlleiter-Antenne und Rundhohlleiter-Array-Antenne
DE69735807T2 (de) Wendelantenne mit gebogenen segmenten
DE69839348T2 (de) Zweibandantenne
DE60014594T2 (de) Doppelspiralige Schlitzantenne für Zirkulare Polarisation
EP3411921A1 (de) Dual polarisierte antenne
DE3931752A1 (de) Koaxialschlitzantenne des wanderwellenleitungstyps

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee