DE69118037T2

DE69118037T2 - Ebene Antenne mit hohem Gewinn und grossem Wirkungsgrad

Info

Publication number: DE69118037T2
Application number: DE69118037T
Authority: DE
Inventors: Hironori Ishizaka; Hisayoshi Mizugaki; Masahiko Ohta
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1990-07-25
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2011-07-23
Also published as: KR950003960B1; EP0468413A3; KR930010834B1; JPH0482405A; JP2846081B2; DE69118037D1; EP0468413A2; EP0468413B1; KR100313264B1; KR920003578A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flächenantenne wie im Oberbegriff von Anspruch 1 angegeben.
Eine derartige Flächenantenne des Standes der Technik (EP-A-0 345 454) ist als eine Alternative zu einer Parabolantenne für eine Mikrowellenübertragung entwickelt worden. Bei dieser Antenne des Standes der Technik wird das Strahlungselement durch einen Schlitz und einen Flekken gebildet, die beide auf der zweiten Leiterplatte angebracht sind, während auf der ersten Leiterplatte nur eine Zuleitung angebracht ist. Der Phasenunterschied zwischen den Strahlungselementen wird zum Zweck des Neigens der resultierenden Strahlungskeule in Erwägung gezogen. Um den Antennenwirkungsgrad bei der ebenen Mikrostrip-Array-Antenne mit einer Strahlneigung zu maximieren, sollte der Abstand zwischen je zwei aneinandergrenzenden Strahlungselementen 0.8λ bis 0.9λ betragen. Bei dieser Art von Antenne ist es jedoch erforderlich, den Abstand zwischen aneinandergrenzenden Strahlungselementen auf 0.64λ oder weniger zu setzen.
In einem anderen Beispiel (EP-A-0 345 454) einer Flächenantenne gibt es eine in Fig. 1(A) und 1(B) gezeigte Mikrostrip-Flächenantenne, wo die Antenne umfaßt: einen dielektrischen Körper 2; eine Stromzuführungsleitung 5 in Form einer Streifenleitung, die auf einer Oberseite des dielektrischen Körpers 2 angebracht ist, sowie ein fleckenförmiges Strahlungselement 4, das auf der Oberseite des dielektrischen Körpers 2 am Ende der Stromzuführungsleitung 5 angebracht ist. Für den praktischen Gebrauch verfügt die Antenne tatsächlich über eine Vielzahl von in einem Feld angeordneten fleckenförmigen Strahlungselementen, zwischen denen die Stromzuführungsleitungen 5 angeordnet sind, deren Längen, Verzweigungsstellen und Leitungsdicken um der Phasen- und Impedanzanpassung willen geeignet eingestellt sind.
Bei dieser Art einer Mikrostrip-Flächenantenne sind jedoch die Stromzuführungsleitungen 5 auf der Strahlungsfläche freiliegend, so daß von den Verzweigungs- und Biegungsabschnitten der Stromzuführungsleitungen 5 unnötige Strahlungen abgestrahlt werden. Als Folge ist die Strahlungscharakteristik bei dieser Art einer Mikrostrip-Flächenantenne ziemlich niedrig gewesen.
Als eine Verbesserung an einer solchen herkömmlichen Mikrostrip-Flächenantenne ist eine in Fig. 2(A) und 2(B) gezeigte Mikrostrip-Flächenantenne vorgeschlagen worden, wo die Antenne umfaßt: einen ersten dielektrischen Körper 2; einen ersten Erdungsleiterkörper 1, der auf einer unteren Seite des ersten dielektrischen Körpers 2 angebracht ist; eine Stromzuführungsleitung 5 in Form einer Streifenleitung, die auf einer oberen Seite des ersten dielektrischen Körpers 2 angebracht ist; ein fleckenförmiges Strahlungselement 4, das auf der oberen Seite des ersten dielektrischen Körpers 2 am Ende der Stromzuführungsleitung 5 angebracht ist; einen zweiten dielektrischen Körper 21, der auf der oberen Seite des ersten dielektrischen Körpers 2 über dem Strahlungselement 4 und der Stromzuführungsleitung 5 gebildet ist, sowie einen zweiten Erdungsleiterkörper 11, der auf der oberen Seite des zweiten dielektrischen Körpers 21 angebracht ist und einen Schlitz 3 an einer Stelle aufweist, die direkt über dem Strahlungselement 4 liegt. Eine Antenne dieses Typs wird in dem folgenden Dokument gezeigt: IEEE TRANSACTIONS ON BROADCASTING, Band 34, Nr. 4, Dezember 1988, New York, US, Seiten 457-464, Ito et al.: "PLANAR ANTENNAS FOR SATELLITE RECEPTION", siehe Fig. 11.
Bei einer Mikrostrip-Flächenantenne, die aus einer Vielzahl von solchen in einem Feld angeordneten Antenneneinheiten gebildet ist, sind die Stromzuführungsleitungen 5 in einem Raum angeordnet, der zwischen dem ersten und zweiten Erdungsleiterkörper 1 und 11 liegt, so daß die unnötigen Abstrahlungen von den Verzweigungs- und Biegungsabschnitten der Stromzuführungsleitungen 5 dazu neigen, unterdrückt zu werden, indem sie durch den zweiten Erdungsleiterkörper 11 blockiert werden, während die Abstrahlungen von den Strahlungselementen 4 ohne irgendwelche Behinderung über die Schlitze 3, wie in Fig. 2(C) gezeigt, übertragen werden können, so daß der Antennenwirkungsgrad verbessert werden kann.
Obwohl diese Mikrostrip-Flächenantenne bei der Unterdrückung der unnötigen Abstrahlungen von den Stromzuführungsleitungen wirkungsvoll ist, ist sie auch mit einem Problem verbunden, daß der Strahlungswirkungsgrad dieser Antenne niedrig wird, wenn die Fläche des Schlitzes 3 klein ist, so daß der Gewinn verglichen mit den Antennen von Fig. 1(A) und 1(B) um 1 bis 4 dB niedriger ist. Wenn die Fläche des Schlitzes 3 erhöht wird, kann der Gewinn verbessert werden, aber die Wirkung des Unterdrückens der unnötigen Abtrahlungen von den Stromzuführungsleitungen würde so verschlechtert werden, daß der Antennengewinn niedrig wird.
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine Flächenantenne mit hohem Gewinn und hohem Antennenwirkungsgrad zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Die Array-Antenne der vorliegenden Erfindung wird durch eine Vielzahl von Antenneneinheiten gebildet, wo jedes Strahlungselement mit allen Schlitzen der Antenne über den zweiten dielektrischen Körper in strahlender Verbindung steht, der für alle Antenneneinheiten der Antenne gemeinsam zur Verfügung stellt wird. Diese Array-Struktur der vorliegenden Erfindung ist hier wegen des kennzeichnenden Merkmals, das die Verwendung des konstanten Schlitzabstandes mit einem Wert gleich 0.72 bis 0.93 mal einer Wellenlänge betrifft, die einer Mittenfrequenz eines Frequenzbandes für zu verwendende Wellen entspricht, realisierbar. Dieser konstante Schlitzabstand wird spezifisch so gewählt, daß die Phase von Wellen, die von einem Schlitz abgestrahlt werden, im wesentlichen mit der Phase von Wellen ausgerichtet ist, die von angrenzenden Schlitzen abgestrahlt werden. Diese Erwägung betreffend die Phasen der von den Schlitzen abgestrahlten Wellen ist erforderlich, um den ausreichend hohen Antennenwirkungsgrad und Gewinn gleichzeitig zu verwirklichen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1(A) und 1(B) sind eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht eines Beispiels einer herkömmlichen Mikrostrip-Flächenantenne.
Fig. 2(A) und 2(B) sind eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht eines anderen Beispiels einer herkömmlichen Mikrostrip-Flächenantenne.
Fig. 2(C) ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen Mikrostrip-Flächenantenne, die aus Antenneneinheiten in einer in Fig. 2(A) und 2(B) gezeigten Form aufgebaut ist.
Fig. 3(A) und 3(B) sind eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht einer ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Mikrostrip-Flächenantenne.
Fig. 4(A) und 4(B) sind Draufsichten von zwei Anordnungen von aneinandergrenzenden Schlitzen, für die eine Beziehung zwischen dem Gewinn und dem relativen Schlitzabstand untersucht wird.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen dem Gewinn und dem relativen Schlitzabstand, die für die zwei Anordnungen von Fig. 4(A) und 4(B) erhalten wird.
Fig. 6 ist eine Draufsicht einer Anordnung von benachbarten Schlitzen, für die eine Beziehung zwischen dem Gewinn und dem relativen Schlitzabstand untersucht wird.
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen dem Gewinn und der relativen Schlitzgröße, die für eine Antenne und für ein einzelnes Strahlungselement erhalten wird.
Fig. 8(A) bis 8(F) sind Darstellungen von verschiedenen möglichen Formen für das Strahlungselement in der Mikrostrip-Flächenantenne von Fig. 3(A) und 3(B).
Fig. 9 ist eine Draufsicht einer Array-Antenne, die durch Anordnen einer Vielzahl der Mikrostrip-Flächenantennen von Fig. 3(A) und 3(B) in einem Feld gebildet wird.
Fig. 10(A) und 10(B) sind eine Schnittansicht bzw. eine Draufsicht einer zweiten Ausführung einer erfindungsgemäßen Mikrostrip-Flächenantenne.
Fig. 11 ist eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen dem Gewinn und der relativen Schlitzgröße, die für einen Fall, der das passive Element benutzt, und einen Fall, der das passive Element nicht benutzt, erhalten wird.
Fig. 12 ist ein Schaltbild für eine mögliche paarweise Anordnung von zwei Strahlungselementen in der erfindungsgemäßen Mikrostrip-Flächenantenne.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Auf Fig. 3(A) und 3(B) verweisend wird eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Mikrostrip-Flächenantenne im einzelnen beschrieben.
In dieser in Fig. 3(A) und 3(B) gezeigten ersten Ausführung wird eine Mikrostrip-Flächenantenne 10 aus einer Vielzahl von in einem Feld angeordneten Antenneneinheiten gebildet, von denen jede umfaßt: einen ersten dielektrischen Körper 2; einen ersten Erdungsleiterkörper 1, der auf einer Unterseite des ersten dielektrischen Körpers 2 angebracht ist; eine Stromzuführungsleitung 5 in Form einer Streifenleitung, die auf einer Oberseite des ersten dielektrischen Körpers 2 angebracht ist; ein fleckenförmiges Strahlungselement 4, das auf der Oberseite des ersten dielektrischen Körpers 2 am Ende der Stromzuführungsleitung 5 angebracht ist; einen zweiten dielektrischen Körper 21, der auf der Oberseite des ersten dielektrischen Körpers 2 über dem Strahlungselement 4 und der Stromzuführungsleitung 5 gebildet ist, sowie einen zweiten Erdungsleiterkörper 11, der auf der Oberseite des zweiten dielektrischen Körper 21 angebracht ist und einen Schlitz 3 an einer Stelle besitzt, die direkt über dem Strahlungselement 4 liegt.
Bei dieser Mikrostrip-Flächenantenne 10 sind die Strahlungselemente 4 und die Schlitze 3 in einem ebenen Feld mit einem konstanten Intervall d in sowohl der Längs- als auch der Querrichtung angeordnet, wo ein Wert dieses Intervalls d gleich 0.72 bis 0.93 oder bevorzugter 0.85 bis 0.93 mal einer Wellenlängs λo, die einer Mittenfrequenz eines Frequenzbandes für die durch diese Mikrostrip-Flächenantenne 10 zu sendenden oder zu empfangenden Wellen entspricht, aus dem folgenden Grund festgelegt ist.
Die vorliegenden Erfinder haben nämlich ein Experiment durchgeführt, um eine Beziehung zwischen einem relativen Schlitzabstand D/λo und dem Strahlungsgewinn für zwei in Fig. 4(A) und 4(B) gezeigte Fälle zu ermitteln. Bei einem in Fig. 4(A) gezeigten Fall besitzt das Strahlungselement 4 einen Schlitz 3, der sich direkt über ihm befindet, und einen weiteren Schlitz 31, der sich in einem Abstand D vom Schlitz 3 in einer Längs- oder einer Querrichtung befindet, während in einem in Fig. 4(B) gezeigten Fall das Strahlungselement 4 einen Schlitz 3 besitzt, der sich direkt über ihm befindet, und einen weiteren Schlitz 32, der sich in einem Abstand D in einer Diagonalrichtung vom Schlitz 3 befindet.
Das durch dieses Experiment erhaltene Ergebnis wird in Fig. 5 zusammen mit einem Fall gezeigt, bei dem das Strahlungselement 4 nur einen direkt über ihm gelegenen Schlitz 3 besitzt. Gemäß dem in Fig. 5 gezeigten Ergebnis kann beobachtet werden, daß der Gewinn für den Fall von Fig. 4(A) oder den Fall von Fig. 4(B) größer wird als der Fall, der nur einen einzigen Schlitz für den relativen Schlitzabstand D/λo innerhalb eines Bereiches von 0.72 bis 0.93 benutzt.
Dieses Ergebnis bedeutet, daß die Phase der vom Schlitz 31 oder 32 abgestrahlten Wellen und die Phase der vom Schlitz 3 abgestrahlten Wellen nur für den relativen Schlitzabstand D/λo in einem Bereich von 0.72 bis 0.93 im wesentlichen miteinander ausgerichtet sind, und daß der Gewinn durch den Phasenunterschied zwischen diesen Wellen für den relativen Schlitzabstand D/λo außerhalb dieses Bereiches beeinflußt wird.
Auf der Grundlage dieser Beobachtung wird ein in Fig. 6 gezeigter Fall, bei dem das Strahlungselement 4 einen Schlitz 3, der sich direkt über ihm befindet, und acht weitere Schlitze besitzt, die diesem Schlitz 3 in der Längs- Quer- und Diagonalrichtung benachbart sind, in Erwägung gezogen, und ein Bereich des relativen Schlitzabstandes D/λo, für den der Gewinn größer sein kann als der, der durch einen einzelnen Schlitz erhalten wird, und für den der Antennenwirkungsgrad größer als 60% sein kann, wird als ein Bereich von 0.85 bis 0.93 bestimmt.
Aus diesem Grund wird dieser Bereich als für das Intervall d zwischen den Schlitzen 3 bei der in Fig. 3(A) und 3(B) gezeigten ersten Ausführung geeignet ausgewählt. Bei dieser ersten Ausführung werden daher die Strahlungselemente 4 und die Schlitze 3 in einem Feld mit einem solchen Intervall angeordnet, für das die Phase der von einem Schlitz abgestrahlten Wellen mit der Phase der von angrenzenden Schlitzen abgestrahlten Wellen ausgerichtet werden kann, so daß es möglich wird, einen hohen Antennengewinn zu verwirklichen, während ein Merkmal beibehalten wird, um die unnötige Abstrahlung von den Stromzuführungsleitungen im Interesse des Antennenwirkungsgrades zu unterdrücken.
Ferner wird bei dieser ersten Ausführung die Form jedes Schlitzes 3 als ein Quadrat mit einer Seitenlänge gleich 0.48 bis 0.65 mal einer Wellenlänge λo, die einer Mittenfrequenz eines Frequenzbandes für die durch diese Mikrostrip-Flächenantenne 10 zu sendenden oder zu empfangenden Wellen entspricht, aus dem folgenden Grund gewählt.
Die vorliegenden Erfinder haben nämlich ein Experiment durchgeführt, um eine Beziehung einer relativen Schlitzgröße l/λo in bezug auf den Gewinn pro Antenne, die 384 Strahlungselemente enthält, zu ermitteln, der durch eine obere Kurve angezeigt wird, oder in bezug auf den Gewinn pro einzelnes Strahlungselement, der durch eine untere Kurve angezeigt wird.
Das durch dieses Experiment erhaltene Ergebnis wird in Fig. 7 gezeigt, aus dem ersichtlich ist, daß der Gewinn pro Einzelstrahlungselement größer als herkömmlich erreichbare 8 dB für die relative Schlitzgröße l/λo in einem Bereich von 0.48 bis 0.65 mit einer Spitze bei einem Wert von etwa 0.59 wird.
Aus diesem Grund wird dieser Bereich als für die Schlitzgröße des Schlitzes 3 bei der in Fig. 3(A) und 3(B) gezeigten ersten Ausführung geeignet ausgewählt. Der Antennenwirkungsgrad kann daher bei dieser ersten Ausführung weiter verbessert werden, indem die Schlitzgröße innerhalb dieses Bereiches übernommen wird.
Hier ist zu bemerken, daß die Form jedes Schlitzes 3 als eine runde Scheibe mit einem Durchmesser von 0.48 bis 0.65 mal einer Wellenlänge λo, die einer Mittenfrequenz eines Frequenzbandes für die durch diese Mikrostrip-Flächenantenne 10 zu sendenden oder zu empfangenden Wellen entspricht, anstelle der quadratischen Form, wie oben beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt, gewählt werden kann.
Es ist ferner zu bemerken, daß die Form jedes Strahlungselements 4 bei dieser ersten Ausführung aus verschiedenen in Fig. 8(A) bis 8(F) gezeigten Formen ausgewählt werden kann. In einem Fall, der mit linear polarisierten Wellen zu tun hat, kann das fleckenförmige Strahlungselement einer quadratischen Form, wie in Fig. 8(A) gezeigt, oder einer runden Scheibenform, wie in Fig. 8(B) gezeigt, verwendet werden. In einem Fall, der mit zirkular polarisierten Wellen zu hat, kann das Strahlungselement mit Zweipunkt-Stromzuführung einer quadratischen Form, wie in Fig. 8(C) gezeigt, oder einer runden Scheibenform, wie in Fig. 8(D) gezeigt, an denen zwei Stromzuführungsleitungen Mit 90º Phasenunterschied befestigt sind, verwendet werden. Ferner kann in diesem Fall das Strahlungselement mit Einpunkt-Stromzuführung, das eine sogenannte Störung enthält, bei der ein Verhältnis in bezug auf die Längs- und Querrichtungen verändert wird, wie z.B. die in Fig. 8(E) und 8(F) gezeigten, stattdessen verwendet werden.
Das heißt, die Mikrostrip-Flächenantenne 10 dieser ersten Ausführung ist tatsächlich wie folgt konstruiert worden.
Bei einer in Fig. 3(A) und 3(B) gezeigten Konfiguration wird der erste Erdungsleiterkörper 1 aus einer Aluminiumplatte von 140 mm x 140 mm Größe und 3 mm Dicke gebildet. Der erste dielektrische Körper 2 wird aus einem Polyethylenschaum von 2 mm Dicke mit der relativen Dielektrizitätskonstante von etwa 1.1 gebildet, der auf seiner oberen Seite von einem durch eine Kupferfolie gebildeten Substrat bedeckt wird, die an einem Polyethylenfilm von 25 µm Dicke befestigt ist, wo die Antennenschaltung mit den Strahlungselementen 4 und den Stromzuführungsleitungen 5 auf diesem Substrat gebildet wird, indem die unnötigen Teile der Kupferfolie von dem Substrat weggeätzt werden. Der zweite dielektrische Körper 21 wird aus einem Polyethylenschaum von 2 mm Dicke mit der relativen Dielektrizitätskonstante von etwa 1.1 gebildet, und der zweite Erdungsleiterkörper 11 wird aus einer Aluminiumplatte von 0.5 mm Dicke gebildet, auf der die Schlitze 3 an Stellen gebildet werden, die direkt über den Strahlungselementen 4 liegen.
Die Anzahl der Strahlungselemente 4 und der Schlitze 3 ist hier jeweils 16, und diese 16 Strahlungselemente 4 und 16 Schlitze 3 sind in einem ebenen Feld mit einem konstanten Intervall d in der Längs- und Querrichtung angeordnet, wo ein Wert dieses Intervalls d auf 0.89 mal eine Wellenlänge λo = 11.85 GHz gesetzt ist, die einer Mittenfrequenz eines Frequenzbandes für die durch diese Mikrostrip-Flächenantenne 10 zu sendenden oder zu empfangenden Wellen entspricht, während die Form jedes Schlitzes 3 als ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 0.51 mal der erwähnten Wellenlänge λo gewählt wird, was einen Wert von 13 mm ergibt.
Der gemessene Antennengewinn dieser Mikrostrip-Flächenantenne war 19.5 dB. Demzufolge ist der Gewinn pro Einzelstrahlungslement verglichen mit einem Fall des Strahlungselements mit nur einem Schlitz direkt über ihm um etwa 3 dB verbessert worden.
Des weiteren werden 24 Antennen mit einer gerade oben beschriebenen Konfiguration von Fig. 3(A) und 3(B) in einem quadratischen Feld, wie in Fig. 9 gezeigt, angeordnet, wobei sich ein Stromzuführungspunkt in der Mitte des quadratischen Feldes befindet, um eine Array-Antenne zu bilden. Der gemessene Antennengewinn dieser Array-Antenne war 33.2 dB. Demzufolge ist der Gewinn pro Einzelstrahlungselement verglichen mit einem Fall des Strahlungselements mit nur einem Schlitz über ihm um etwa 3.3 dB verbessert worden.
Außerdem wurde die Antenne mit einer der in Fig. 3(A) und 3(B) gezeigten ähnlichen Konfiguration außer, daß die Form jedes Schlitzes 3 als eine runde Scheibe mit einem Durchmesser von 0.51 mal der erwähnten Wellenlänge λo gewählt wurde, aufgebaut, und es wurden ebenfalls ähnliche Ergebnisse wie bei der Konfiguration von Fig. 3(A) und 3(B) erhalten.
Mit Verweis auf Fig. 10(A) und 10(B) wird nun eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Mikrostrip-Flächenantenne im einzelnen beschrieben.
Bei der in Fig. 10(A) und 10(B) gezeigten zweiten Ausführung wird eine Mikrostrip-Flächenantenne aus einer Vielzahl von ein einem Feld angeordneten Antenneneinheiten gebildet, von denen jede umfaßt: einen ersten dielektrischen Körper 2; einen ersten Erdungsleiterkörper 1, der auf einer unteren Seite des ersten dielektrischen Körpers 2 angebracht ist; eine Stromzuführungsleitung 5 in Form einer Streifenleitung, die auf einer oberen Seite des ersten dielektrischen Körpers 2 angebracht ist; ein fleckenförmiges Strahlungselement 4, das auf der oberen Seite des ersten dielektrischen Körpers 2 an einem Ende der Stromzuführungsleitung 5 angebracht ist; einen zweiten dielektrischen Körper 21, der auf der oberen Seite des ersten dielektrischen Körpers 2 über dem Strahlungselement 4 und der Stromzuführungsleitung 5 gebildet ist; einen zweiten Erdungsleiterkörper 11, der auf der oberen Seite des zweiten dielektrischen Körpers 21 angebracht ist und einen Schlitz 3 an einer Stelle aufweist, die direkt über dem Strahlungselement 4 liegt; einen dritten dielektrischen Körper 22, der auf der oberen Seite des zweiten Erdungsleiterkörpers 11 gebildet ist, sowie ein passives Element 6, das auf der oberen Seite des dritten dielektrischen Körpers 22 an einer Stelle direkt über dem Schlitz 3 angebracht ist.
Bei dieser Mikrostrip-Flächenantenne sind die Strahlungselemente 4 und die Schlitze 3 in einem ebenen Feld mit einem konstanten Intervall d in der Längs- und Querrichtung angeordnet, wo ein Wert dieses Intervalls d auf 0.72 bis 0.93 oder besser 0.85 bis 0.93 mal einer Wellenlänge λo gesetzt ist, die einer Mittenfrequenz eines Frequenzbandes für die durch diese Mikrostrip-Flächenantenne zu sendenden oder zu empfangenden Wellen entspricht, wie in der oben beschriebenen ersten Ausführung.
Ferner wird bei dieser zweiten Ausführung die Form jedes Schlitzes 3 als ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 0.48 bis 0.65 mal einer Wellenlänge λo gewählt, die einer Mittenfrequenz eines Frequenzbandes für die durch diese Mikrostrip-Flächenantenne 10 zu sendenden oder empfangenden Wellen entspricht, wie in der oben beschriebenen ersten Ausführung.
Das zusätzliche Merkmal des passiven Elements 6 in dieser zweiten Ausführung hat die folgende Wirkung.
Die vorliegenden Erfinder haben nämlich ein Experiment durchgeführt, um eine Beziehung zwischen einer relativen Schlitzgröße l/λo und dem Gewinn für einen Fall, der das passive Element 6 benutzt, und einen Fall, der das passive Element 6 nicht benutzt, zu ermitteln.
Das durch dieses Experiment erhaltene Ergebnis wird zusammen mit einem Fall, der eine optimierte Mikrostrip-Struktur verwendet, in Fig. 11 gezeigt, aus der zu ersehen ist, daß der Gewinn für den Fall, der das passive Element 6 benutzt, verglichen mit dem Fall, der das passive Element 6 nicht benutzt, für kleinere Schlitzgrößen größer wird.
Hier ist zu bemerken, daß für die Form jedes passiven Elements 6 in dieser zweiten Ausführung jede für das normale Strahlungselement benutzte Form gewählt werden kann, z.B. eine quadratische Form oder eine runde Scheibenform.
Das heißt, die Mikrostrip-Flächenantenne dieser zweiten Ausführung ist tatsächlich wie folgt konstruiert worden.
Zusätzlich zu dem spezifischen Aufbau der Mikrostrip-Flächenantenne 10 der oben beschriebenen ersten Ausführung wird der drittte dielektrische Körper 22 aus einem Polyethylenschaum von 2 mm Dicke mit der relativen Dielektrizitätskonstante von etwa 1.1 gebildet, der auf seiner oberen Seite von einem durch eine Kupferfolie gebildeten Substrat bedeckt wird, die an einem Polyethylenfilm von 25 µm Dicke befestigt ist, wo das passive Element 6 auf diesem Substrat gebildet wird, indem die unnötigen Teile der Kupferfolie von dem Substrat an einer Stelle weggeätzt werden, die direkt über dem Schlitz 3 und dem Strahlungselement 4 liegt.
Der Wert des Intervalls d ist auf 0.89 mal einer Wellenlänge λo = 11.85 GHz gesetzt, die einer Mittenfrequenz eines Frequenzbandes für die durch diese Mikrostrip-Flächenantenne zu sendenden oder zu empfangenden Wellen entspricht, während für die Form jedes Schlitzes 3 ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 0.51 mal der erwähnten Wellenlänge λo gewählt wird, was wie im Fall der oben beschriebenen ersten Ausführung einen Wert von 13 mm ergibt.
Mit dieser Mikrostrip-Flächenantenne der zweiten Ausführung wurden ebenfalls ähnliche Ergebnisse wie bei der Konfiguration von Fig. 3(A) und 3(B) erhalten.
Bei dieser zweiten Ausführung kann daher der Antennenwirkungsgrad der Mikrostrip-Flächenantenne weiter verbessert werden, indem das zusätzliche passive Element benutzt wird.
Es ist zu bemerken, daß die Strahlungselemente 4 in den oben beschriebenen Ausführungen in Einheiten von Paaren, wie in Fig. 12 gezeigt, angeordnet werden können. Ein Strahlungselement 4a und ein weiteres angrenzendes Strahlungselement 4b können nämlich so angeordnet werden, daß das Strahlungselement 4a in bezug auf das Strahlungselement 4b um 90º gedreht ist und das Strahlungselement 4a mit der gemeinsamen einzigen Stromzuführungsleitung 5 über eine verzweigung 5a verbunden ist, während das Strahlungselement 4b mit der gemeinsamen einzigen Stromzuführungsleitung 5 über eine andere Verzweigung 5b verbunden ist, die länger als die Verzweigung 5a ist, so daß die Phasen der Strahlungselemente 4a und 4b auf der gemeinsamen einzigen Stromzuführungsleitung 5 aufeinander abgestimmt werden können.

Claims

1. Ebene Antenne (10), die von einer Vielzahl von in einem Feld angeordneten Antenneneinheiten gebildet ist, mit:

einem ersten dielektrischen Körper (2);

einem ersten erdenden Leiterkörper (1), der auf einer Unterseite des ersten dielektrischen Körpers (2) vorgesehen ist;

einer Stromzuführungsleitung (5) in Form einer Streifenleitung, die auf einer Oberseite des ersten dielektrischen Körpers (2) vorgesehen ist;

einem fleckenförmigen Strahlerelement (4), das auf der Oberseite des ersten dielektrischen Körpers (2) an einem Ende der Stromzuführungsleitung (5) vorgesehen ist;

einem zweiten dielektrischen Körper (21), der auf der Oberseite des ersten dielektrischen Körpers (2) über dem Strahlerelement (4) und der Stromzuführungsleitung (5) gebildet ist, und

einem zweiten erdenden Leiterkörper (11), der auf der Oberseite des zweiten dielektrischen Körpers (21) vorgesehen ist und einen Schlitz (3) an einer Stelle hat, die unmittelbar oberhalb des Strahlerelements (4) angeordnet ist; wobei

die Strahlerelemente (4) und die Schlitze (3) der ebenen Antenne (10) in einem ebenen Feld mit einem konstanten Intervall (d) in zwei orthogonalen Richtungen angeordnet sind und jedes Strahlerelement (4) sich in strahlender Verbindung mit allen Schlitzen (3) der ebenen Antenne (10) durch den zweiten dielektrischen Körper (21) befindet, der für alle Antenneneinheiten der ebenen Antenne (10) gemeinsam vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das konstante Intervall (d) einen Wert gleich 0,72 bis 0,93 mal einer Wellenlänge (λ&sub0;) hat, die einer Mittenfrequenz eines Frequenzbandes für Wellen entspricht, die so benutzt werden, daß die Phase der von einem Fleck durch einen Schlitz (3) abgestrahlten Wellen im wesentlichen mit der Phase der Wellen ausgerichtet ist, die von dem gleichen Fleck durch die benachbarten Schlitze (3) abgestrahlt werden, wobei die Wellenlänge (λ&sub0;) in Luft gemessen wird.

2. Ebene Antenne nach Anspruch 1, wobei das konstante Intervall (d) des ebenen Feldes einen Wert gleich 0,85 bis 0,93 mal der Wellenlänge (λ&sub0;) hat, die der Mittenfrequenz des Frequenzbandes für die zu benutzenden Wellen entspricht.

3. Ebene Antenne nach Anspruch 1, wobei der Schlitz (3) jeder Antenneneinheit eine quadratische Form mit einer Seitenlänge von 0,48 bis 0,65 mal der Wellenlänge (λ&sub0;) hat, die der Mittenfrequenz des Frequenzbandes für die zu benutzenden Wellen entspricht.

4. Ebene Antenne nach Anspruch 1, wobei der Schlitz (3) jeder Antenne eine kreisförmige Scheibenform hat mit einem Durchmesser gleich 0,48 bis 0,65 mal der Wellenlänge (λ&sub0;), die der Mittenfrequenz des Frequenzbandes für die zu benutzenden Wellen entspricht.

5. Ebene Antenne nach Anspruch 1, wobei jede Antenneneinheit außerdem aufweist:

einen dritten dielektrischen Körper (22), der auf der Oberseite des zweiten erdenden Leiterkörpers gebildet ist, und

ein passives Element (6), das auf der Oberseite des dritten dielektrischen Körpers (22) an einer Stelle unmittelbar oberhalb des Schlitzes (3) vorgesehen ist.

6. Ebene Antenne nach Anspruch 1, wobei die Strahlerelemente der ebenen Antenne in Einheiten von Paaren angeordnet sind.