DE69131660T2

DE69131660T2 - Anpassungsvorrichtung für eine Mikrostreifenantenne

Info

Publication number: DE69131660T2
Application number: DE69131660T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Kuroda; Koji Maruyama; Noboru Ono; Ichiro Toriyama
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-07-30
Filing date: 1991-07-24
Publication date: 2000-04-06
Anticipated expiration: 2011-07-25
Also published as: EP0469779B1; EP0469779A2; AU642756B2; EP0469779A3; US5233360A; DE69131660D1; AU8132191A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anpassungseinrichtung, die geeignet ist für die Verwendung mit einer Mikrostreifenantenne und so weiter.
Eine konventionelle Mikrostreifenantenne 10 ist in Fig. 1 dargestellt; diese Mikrostreifenantenne 10 weist ein Strahlungselement 13 auf, welches auf einer dielektrischen Schicht 12 vorgesehen ist, die auf einem Erdungsleiter 11 gebildet ist. Die Mikrostreifenantenne 10 wird für den Funkverkehr in Flugzeugen, Automobilen und so weiter benutzt, wo insbesondere UHF-/SHF-Bänder benutzt werden, da die Mikrostreifenantenne 10 eine gewünschte Richtwirkung in einer Richtung bei ihrem einfachen Aufbau und geringer Installationshöhe liefern kann.
Da die Mikrostreifenantenne 10 einen hohen Q-Wert und eine schmale Frequenzbandbreite aufweist, kann sie indessen nicht bei Funkverbindungen verwendet werden, die zwei Frequenzen zum Senden und Empfangen benutzen.
Um dem obigen Mangel abzuhelfen, ist vorgeschlagen worden, ein passives Antennenelement vor dem Strahlungselement anzuordnen, um das Frequenzband durch den resultierenden Doppelresonanzzustand zu verbreitern. Dieser Vorschlag weist indessen ein Problem insofern auf, als die Höhe der gesamten Antenne unvermeidlich vergrößert ist, da das passive Antennenelement vor dem Strahlungselement angeordnet wird.
Demgegenüber beschreibt die japanische Offenlegungsschrift Nr. 62-279704 eine solche Technik, daß eine Anpassungseinrichtung mit einer Stichleitung zwischen der Antenne und der Speiseleitung eingefügt wird, wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist.
Wie in Fig. 1 gezeigt, weist die Anpassungseinrichtung 20 Leiter-Leitungen 23 bis 25, die über eine dielektrische Schicht 22 mit einem geerdeten Leiter 21 in Reihe geschaltet sind, und eine Stichleitung 26 von einer L-förmigen Konfiguration auf, die von einem Mittelpunkt PM aus verzweigt. Außerdem sind Anschlüsse 27, 28 auf der Lastseite bzw. der Eingangsseite derart vorgesehen, daß sie mit den Leiter-Leitungen 23 bis 25 verbunden sind. Ein Speisepunkt 14 der Antenne 10 ist mit dem einen Anschluß 27 der Anpassungseinrichtung 20 über eine koaxiale Speiseleitung 15 und einen Verbinder bzw. Stecker 16 verbunden. Der andere Anschluß 28 der Anpassungseinrichtung 20 ist mit einer (nicht dargestellten) Speiseleitung verbunden.
Eine Länge 11 zwischen dem Speisepunkt 14 und dem Mittelpunkt PM ist so gewählt, daß bei zwei unterschiedlichen Frequenzen f1, f2 (f1 < f2) die Wirkleitwertkomponenten bei Betrachtung vom Mittelpunkt PM der Anpassungseinrichtung 20 aus zur Antennen-10-Seite hin gleich sind, daß aber die Blindleitwertkomponenten B1, B2 ( B1 > B2 ) im Vorzeichen entgegengesetzt sind.
Ferner sind eine Länge 12 und der Wellenwiderstand der Stichleitung 26 so gewählt, daß die Blindleitwertkomponenten der Stichleitung 26 bei Betrachtung vom Mittelpunkt PM Werte -B1, -B2 bei den Frequenzen f1 bzw. f2 annehmen.
Demgemäß sind bei den beiden gewünschten Frequenzen f1, f2 die resultierenden Scheinleitwerte bei Betrachtung vom Mittelpunkt PM sowohl zu der Stichleitung 26 als auch zu der Antenne 10 hin einander gleich.
Die Zwischen-Leiter-Leitung 24 ist ein bekannter λ/4-Impedanzwandler, der den resultierenden Scheinleitwert bei Betrachtung vom Mittelpunkt PM aus in einen Standardwert [1] bei Betrachtung vom eingangsseitigen Anschluß 28 her wandelt. Die Veröffentlichung "IEEE Transactions an Antennas and Propagation", Vol. 23, No. 1, Januar 1975, New York, USA, Seiten 90 bis 93: Howell, John Q.:" Microstrip Antennas", auf die die Oberbegriffe der beigefügten Ansprüche 1 und 6 basieren, gibt einen derartigen λ/4-Impedanzwandler an. Insbesondere gibt die betreffende Veröffentlichung einen aus einem Mikrostreifen gebildeten Viertel-Wellenlängen-Transformator an, der einen ersten relativ breiten Bereich aufweist, welcher mit einem relativ schmalen Bereich verbunden ist, der seinerseits mit einer Mikrostreifenantenne verbunden ist.
Durch die Verwendung der Anpassungseinrichtung 20 ist es möglich, die Impedanzwerte der Antenne 10 bei den beiden gewünschten Frequenzen f1, f2 anzupassen, wodurch das Frequenzband erweitert ist.
Die obige Anpassungseinrichtung 20 kann mit der Antenne 10 als eine Einheit gebildet werden, indem von ihnen zwei geerdete Leiter gemeinsam geschaltet werden, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 17 einen Verbindungsleiter, und 29 bezeichnet einen nicht geerdeten Leiter. Der nicht geerdete Leiter 29 repräsentiert die Speiseleitung 15, die Leiter-Leitungen 23 bis 25 und die Stichleitung 26, wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist.
Da bei der obigen Anpassungseinrichtung 20 jedoch die Stichleitung 26 von der Leiter-Leitung 23 aus verzweigt, ist die Größe der Anpassungseinrichtung 20 relativ groß, obwohl die Stichleitung 26 von einer L-Form ist.
Falls die Anpassungseinrichtung 20 aus koaxialen Leitern gebildet wird bzw. ist, wird überdies die Anpassungseinrichtung 20 im Aufbau kompliziert.
In der US-A-4.445.122 ist eine flache Plattenantenne mit einer Impedanzanpassungsschaltung zur Vergrößerung der Bandbreite der Antenne angegeben. Diese Einrichtung leidet jedoch an ähnlichen Problemen, wie sie unter Bezugnahme auf Fig. 1 diskutiert worden sind.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Kombination aus einer Antenne und einer Anpassungseinrichtung geschaffen, wobei die betreffende Anpassungseinrichtung zwischen der Antenne und einer Speiseleitung eingefügt ist, wobei die Mittenfrequenz der Antenne mit λ gegeben ist und wobei die Anpassungseinrichtung umfaßt:
eine Leitung hoher Impedanz einer ersten bestimmten Länge, die auf der Seite der betreffenden Antenne vorzusehen ist; und eine Leitung niedriger Impedanz einer zweiten bestimmten Länge, die auf der Seite der betreffenden Speiseleitung vorgesehen ist,
wobei die Leitung hoher Impedanz und die Leitung niedriger Impedanz miteinander in Reihe geschaltet sind.
Diese Kombination ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung hoher Impedanz ein wenig kürzer ist als eine λ/4-Leitung, daß die Leitung niedriger Impedanz weitgehend eine λ-Leitung ist,
daß die Impedanz der Leitung hoher Impedanz im wesentlichen gleich der Impedanz der Speiseleitung ist und daß die Impedanz der Leitung niedriger Impedanz wesentlich niedriger ist als die Impedanz der Leitung hoher Impedanz,
wobei a) die Frequenzbandbreite der Einrichtung, bestehend aus der Vereinigung der mit der Anpassungseinrichtung verbundenen Antenne und gemessen durch Bestimmung des Frequenz intervalls, in welchem die Reflexionsverluste am Ende der Anpassungseinrichtung, welches nicht mit der Antenne verbunden ist, oberhalb eines gegebenen Wertes liegen, der einen geeigneten Betrieb der Antenne zuläßt, breiter ist als b) die Frequenzbandbreite der Antenne allein gemessen durch Bestimmung des Frequenzintervalls, bei dem die Reflexionsverluste direkt am Antennenanschlußpunkt (PLD) oberhalb desselben gegebenen Wertes liegen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Kombination aus einer Antenne und einer Anpassungseinrichtung geschaffen, wobei die Anpassungseinrichtung zwischen der Antenne und einer Speiseleitung eingefügt ist, wobei die Mittenfrequenz der Antenne mit λ gegeben ist und wobei die Anpassungseinrichtung umfaßt:
eine Impedanzleitung einer ersten bestimmten Länge, die auf der Seite der betreffenden Antenne vorgesehen ist, eine erste Leitung niedriger Impedanz einer zweiten bestimmten Länge, die mit der Impedanzleitung der ersten bestimmten Länge in Reihe geschaltet ist.
Diese Kombination ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung hoher Impedanz einer dritten bestimmten Länge ihrerseits mit der Leitung niedriger Impedanz in Reihe geschaltet ist, und daß eine zweite Leitung niedriger Impedanz der betreffenden zweiten bestimmten Länge mit der genannten Leitung hoher Impedanz auf der Seite der Speiseleitung in Reihe geschaltet ist,
daß die Impedanzleitung der ersten bestimmten Länge ein wenig kürzer ist als eine λ/4-Leitung,
daß die ersten und zweiten Leitungen niedriger Impedanz weitgehend λ/4-Leitungen sind,
daß die Leitung hoher Impedanz weitgehend eine λ/2-Leitung ist,
daß die Impedanzleitung der ersten bestimmten Länge eine Standard-Impedanz aufweist,
daß die Impedanz der ersten und zweiten Leitungen niedriger Impedanz wesentlich geringer ist als die Standard-Impedanz, und daß die Impedanz der Leitung hoher Impedanz wesentlich höher ist als die Standard-Impedanz,
wobei a) die Frequenzbandbreite der Einrichtung, bestehend aus der Vereinigung der mit der Anpassungseinrichtung verbundenen Antenne und gemessen durch Bestimmung des Frequenzintervalls, in welchem die Reflexionsverluste am Ende der Anpassungseinrichtung, welches nicht mit der Antenne verbunden ist, oberhalb eines gegebenen Wertes liegen, der einen geeigneten Betrieb der Antenne ermöglicht, breiter ist als b) die Frequenzbandbreite der Antenne allein gemessen durch Bestimmung des Frequenzintervalls, in welchem die Frequenzverluste unmittelbar am Antennenanschlußpunkt (PLD) oberhalb desselben gegebenen Wertes liegen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind außerdem Verfahren zur Anpassung einer Antenne an eine Speiseleitung geschaffen, wie dies in den beigefügten Ansprüchen 9 und 10 definiert ist.
Demmäß kann die vorliegende Erfindung eine verbesserte Anpassungseinrichtung für die Verwendung mit einer Antenne bereitstellen, bei der die oben erwähnten, mit dem Stand der Technik verbundenen Mängel und Nachteile verringert sind.
Die vorliegende Erfindung kann spezieller eine Anpassungseinrichtung für die Verwendung mit einer Antenne, die klein und einfach ist, sowie eine kleine und einfache Anpassungseinrichtung für die Verwendung mit einer Antenne bereitstellen, durch welche eine Antenne mit schmalem Band an eine Speiseleitung über ein breites Band angepaßt werden kann.
Die obigen sowie weitere Zeile bzw. Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung von veranschaulichenden Anführungsbeispielen näher ersichtlich werden, die in Verbin dung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen sind, wobei einander entsprechende Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten zur Bezeichnung derselben oder entsprechenden Teile benutzt sind.
Fig. 1 zeigt in einer Perspektivansicht ein Beispiel einer Anordnung einer Anpassungseinrichtung für die Verwendung mit einer Antenne nach dem Stand der Tecknik.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht eines weiteren Beispiels einer Anordnung einer Anpassungseinrichtung zur Verwendung mit einer Antenne gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 3 zeigt eine erweiterte Ansicht einer Anordnung einer Ausführungsform der Anpassungseinrichtung für die Verwendung mit einer Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 bis 6 zeigen Smith-Diagramme, die zur Erläuterung der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung herangezogen werden.
Fig. 7 zeigt in einer grafischen Darstellung den Verlauf der Frequenz in Abhängigkeit von der Reflexionsdämpfung bzw. den Reflexionsverlusten, welche zur Erläuterung der ersten Ausführungsform herangezogen wird.
Fig. 8 zeigt eine erweiterte Ansicht einer Anordnung einer zweiten Ausführungsform der Anpassungseinrichtung für eine Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 bis 11 zeigen Smith-Diagramme, die zur Erläuterung der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung herangezogen werden.
Fig. 12 zeigt in einem Diagramm den Verlauf der Frequenz in Abhängigkeit von der Reflexionsdämpfung bzw. den Reflexionsverlusten, welches zur Erläuterung der zweiten Ausführungsform herangezogen wird.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 3 zeigt eine erweiterte Ansicht der ersten Ausführungsform der Anpassungseinrichtung für eine Mikrostreifenantenne gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 sind den in Fig. 1 gezeigten Einzelteilen entsprechende Einzelteile mit denselben Bezugszeichen wie dort bezeichnet, weshalb sie nicht im einzelnen beschrieben zu werden brauchen.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist bei dem Strahlungselement 13 der Mikrostreifenantenne 10 der Speisepunkt 14 um eine bestimmte Distanz rf von deren Mitte verschoben, und dieses Strahlungselement 13 wird im TM-Modus (transversaler magnetischer Modus) 21 erregt.
In Frequenzband von 2,5 GHz sind beispielsweise der Radius ra des Strahlungselements 13 und die Versetzungs- bzw. Offset- Distanz rf des Speisepunkts 14 ausgewählt mit ra = 35,5 mm rf = 17,5 mm,
wenn die Dicke d12 und die Dielektrizitätskonstante s der dielektrischen Schicht 12 gegeben sind mit
d12 = 3,2 mm s = 2,6
Eine Anpassungseinrichtung 30 weist drei Leiter-Leitungen 33, 34 und 35 auf, die auf einer verlustarmen dielektrischen Schicht 32 gebildet und in Reihe geschaltet sind, welche beispielsweise aus Fluorkunststoff besteht, der auf dem geerdeten Leiter (nicht dargestellt) gebildet ist, womit eine Mikrostreifen-Leitungsstruktur gebildet ist.
Außerdem können bei dieser Ausführungsform, wie zuvor in Fig. 2 veranschaulicht, die Anpassungseinrichtung 30 und die ntenne 10 als ein Körper ausgebildet sein, indem der gemeinsam geerdete Leiter genutzt wird.
Die Breiten W33, W35 der Leiter-Leitungen 33, 35 an beiden Enden der Anpassungseinrichtung 30 sind derart reduziert, daß ihre Wellenwiderstände gleich dem Standardwert von 50 Ohm werden. Eine Breite W34 der Leiter-Leitung 34, die im Zwischenbereich der Anpassungseinrichtung 30 gebildet ist, ist so gewählt, daß sie breit genug ist, so daß ihr Wellenwiderstand beträchtlich abgesenkt ist, beispielsweise auf mehrere Ohm.
Eine Länge L33 der schmalen Leiter-Leitung 33 ist so gewählt, daß sie etwas kürzer ist als λ/4, und eine Länge L34 des breiten Leiters 34 ist so gewählt, daß sie im wesentlichen 1λ beträgt.
Die schmale Leiter-Leitung 33 ist mit dem Speisepunkt 14 der Antenne 10 verbunden, und die andere Leiter-Leitung 35 ist mit einem Anschluß bzw. Verbinder 36 verbunden. Dieser Anschluß 36 ist mit einer (nicht dargestellten) Speiseleitung verbunden, deren Wellenwiderstand 50 Ohm beträgt.
Blei dieser Ausführungsform ist, wie dies leicht aus den experimentellen Ergebnissen verständlich wird, gemäß denen ein Reflexionsverlust (Reflexionsdämpfung) eine Charakteristik einer scharfen V-Buchstabenkonfiguration zeigt, wie dies durch eine gestrichelte Linie in Fig. 7 veranschaulicht ist, die Frequenzbandbreite der Antenne 10 selbst extrem schmal, und die Lastimpedanz ZLD bei Betrachtung vom einen Ende PLD der Leiter-Leitung 33 zur Antenne 10 hin kann dem in Fig. 4 gezeigten Smith-Diagramm entnommen werden.
Diese Lastimpedanz ZLD wird im Smith-Diagramm durch eine Leitung mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm und einer Länge, die etwas kleiner ist als λ/4 (entsprechend der Leiter-Leitung 33) derart gedreht, daß die Zwischenimpedanz ZM bei Betrachtung vom Verbindungspunkt PM zwischen der breiten Leiter-Leitung 34 und der Leiter-Leitung 33 so ist, wie dies Fig. 5 veranschaulicht.
Diese Zwischenimpedanz ZM wird äquivalent einer Impedanz hinzuaddiert, die im wesentlichen dazu in einem gewünschten Frequenzbereich konjugiert ist, und zwar durch eine Leitung mit einem Wellenwiderstand von mehreren Ohm und einer Länge von etwa 1% (entsprechend der Leiter-Leitung 34). Infolgedessen ist die eingangsseitige Impedanz ZIN bei Betrachtung von dem anderen Ende PIN der breiten Leiter-Leitung 34 zur Antennenseite hin nahezu um die Mitte im Smith-Diagramm konzentriert, wie es in Fig. 6 gezeigt ist.
Infolgedessen zeigt der gesamte Reflexionsverlust bzw. die gesamte Reflexionsdämpfung am anderen Ende PIN der Leiter- Leitung 34 einen U-förmigen Kurvenverlauf, wie dies in Fig. 7 durch eine voll ausgezogene Linie gezeigt ist. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß die Mikrostreifenantenne 10 und die Speiseleitung über einen relativ breiten Frequenzbereich von etwa 50 MHz angepaßt sind.
Wie oben beschrieben, kann gemäß dieser Ausführungsform die Anpassungseinrichtung durch eine derart einfache Anordnung miniaturisiert werden, daß die breiten und schmalen Leiter- Leitungen mit den bestimmten Längen in Reihe geschaltet sind. Bei der obigen Ausführungsform ist die Anpassungseinrichtung 30, wie oben beschrieben, eine Mikrostreifenleitung vom offenen Typ; falls die Anpassungseinrichtung 30 als eine Einrichtung vom Abschirmungstyp gebildet werden kann, bei der die elektrische Schicht und eine geerdete Schicht auf beiden Seiten des Leitungs-Leiters gebildet sind, das ist eine Anpassungseinrichtung vom sogenannten Triplet-Typ, dann ist die Breite der Leiter-Leitung im wesentlichen um die Hälfte verringert, und ihre Länge ist im wesentlichen auf 1/4K reduziert, womit die Anpassungseinrichtung noch kleiner ausgebildet ist.
Falls die Anpassungseinrichtung 30 vom Triplet-Typ ist, sind die Breiten und Längen der beiden Leiter-Leitungen 33, 34 zu
W33 = 1,1 mm W34 = 12 mm
L33 = 15 mm L34 = 75 mm
im Frequenzband von beispielsweise 2,5 GHz ausgewählt, wenn die Dicke der dielektrischen Schicht und deren Dielektrizitatskonstante gegeben sind mit
d = 1,6 mm s = 2,6
Wie oben im einzelnen ausgeführt, kann bei der obigen Ausführungsform gemäß der Erfindung mit Rücksicht darauf, daß eine Leiter-Leitung hoher Impedanz, die eine erste bestimmte Länge auf der Antennenseite aufweist, mit einer Leiter-Leitung niedriger Impedanz in Reihe geschaltet ist, die eine zweite bestimmte Länge auf der Seite der Speiseleitung aufweist, die Anpassungseinrichtung für die Mikrostreifenantenne hergestellt werden, wobei diese Einrichtung klein und einfach ist und eine schmalbandige Antenne an eine Speiseleitung über einen breiten Frequenzbereich anpassen kann.
Fig. 8 veranschaulicht eine Anordnung einer zweiten Ausführungsform der Anpassungseinrichtung für eine Mikrostreifenantenne gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 8 ist die Anordnung der Mikrostreifenantenne 10 dieselbe wie jene in Fig. 3, weshalb sie nicht beschrieben zu werden braucht.
Gemäß Fig. 8 ist die Anpassungseinrichtung 40 von einem Mikrostreifenleitungstyp, und zwar derart, daß fünf Leiter- Leitungen 43, 44, 45, 46 und 47 auf einem (nicht dargestellten) geerdeten Leiter in Reihe über eine dielektrische Schicht 42 geringen Verlustes gebildet sind, die beispielsweise aus einem Fluorkunststoff gebildet ist.
Ähnlich der Fig. 2 können auch bei dieser Ausführungsform die Anpassungseinrichtung 40 und die Antenne 10 als ein Körper ausgebildet sein, indem der dafür gemeinsame geerdete Leiter genutzt wird.
Die Breiten W43 und W47 der Leiter-Leitungen 43, 47 an den entsprechenden Endbereichen sind so festgelegt, daß deren Wellenwiderstände zum Referenzwert von 50 Ohm werden. Die Breiten W44 und W46 der Leiter-Leitungen 44, 46 der Zwischenbereiche neben den Leiter-Leitungen 43, 47 sind derart breit gewählt, daß ihre Wellenwiderstände erheblich niedriger als der Referenzwert von 50 Ohm werden.
Eine Breite W45 des mittleren Leitungs-Leiters 45 ist derart schmal gewählt, daß dessen Wellenwiderstand erheblich höher ist als 50 Ohm.
Ferner ist die Länge L43 der Leiter-Leitung 43 am Ende etwas kleiner als λ/4 gewählt, wobei die beiden Längen L44, L46 der breiten Leiter-Leitungen 44, 46 mit etwa λ/4 gewählt sind und wobei die Länge L45 der mittleren Leiter-Leitung 45 mit etwa λ/2 gewählt ist.
Ehe Leiter-Leitung 43 am einen Ende ist mit dem Speisepunkt 14 der Antenne 10 verbunden, und die Leiter-Leitung 47 am anderen Ende ist mit einem Anschluß bzw. Verbinder 48 verbunden. Dieser Anschluß 48 ist mit einer Speiseleitung (nicht dargestellt) verbunden, deren Wellenwiderstand 50 Ohm beträgt.
Bei dieser Ausführungsform ist, wie dies ohne weiteres aus den experimentellen Ergebnissen verständlich ist, wonach der Reflexionsverlust (Reflexionsdämpfung) eine scharfe V-Form zeigt, wie dies in Fig. 12 durch eine gestrichelte Linie veranschaulicht ist, die Frequenzbandbreite der Antenne 10 selbst extrem schmal, und die Lastimpedanz ZLD bei Betrachtung vom Ende PLD der Leiter-Leitung 43 zur Antenne hin kann aus dem Smith-Diagramm gemäß Fig. 4 ermittelt werden.
Diese Lastimpedanz ZLD wird im Smith-Diagramm durch eine Leitung mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm und einer Länge gedreht, die geringfügig kleiner als λ/4 (was dem Leiter 43 entspricht), so daß die Zwischenimpedanz ZM1 bei Betrachtung vom Verbindungspunkt PM1 der breiten Leiter-Leitung 44 und der Leiter-Leitung 43 symmetrisch in bezug auf die reelle Achse bei den beiden bestimmten Frequenzen, f1, f2 ist, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist.
Ferner wandelt die Leitung mit einem niedrigen Wellenwiderstand und einer Länge von etwa λ/4 (was dem Leiter 44 entspricht) diese Zwischenimpedanz ZM1 so, daß die zweite Zwischenimpedanz ZM2 bei Betrachtung vom Verbindungspunkt PM2 zwischen der betreffenden Leitung und der mittleren Leiter- Leitung 45 zur Antennenseite hin einen kleinen Kreis beschreibt, der die reelle Achse bei den beiden bestimmten Frequenzen f1, f2 schneidet, wie dies Fig. 10 veranschaulicht.
Diese Zwischenimpedanz ZM2 wird durch die Leitung mit einem hohen Wellenwiderstand und einer Länge von etwa λ/2 (was dem Leiter 45 entspricht) derart gewandelt, daß die dritte Zwischenimpedanz ZM3 bei Betrachtung vom Verbindungspunkt PM3 zwischen der betreffenden Leitung und der zweiten Leiter- Leitung 46 zur Antennenleitung hin eine kleine Schleife beschreibt, die von der reellen Achse bei den beiden bestimmten Frequenzen f1, f2 getrennt ist, wie dies Fig. 11 veranschaulicht.
Ferner wird diese Zwischenimpedanz ZM3 durch eine Leitung mit einem niedrigen Wellenwiderstand und einer Länge von etwa λ/4 (was dem Leiter 46 entspricht) gewandelt.
Diese Zwischenimpedanz ZLD wird äquivalent zu einer Impedanz hinzuaddiert, die im wesentlichen konjugiert dazu in einem gewünschten Frequenzbereich ist, und zwar durch vier Leitungen 43 bis 46, die in Reihe geschaltet sind. Infolgedessen ist die Eingangsimpedanz ZIN bei Betrachtung von dem anderen Ende PIN der breiten Leiter-Leitung 46 zur Antennenseite hin nahezu um die Mitte im Smith-Diagramm konzentriert, wie dies in Fig. 6 veranschaulicht ist.
Somit beschreibt der gesamte Reflexionsverlust bzw. die gesamte Reflexionsdämpfung am anderen Ende PIN der Leiter- Leitung 46 eine U-förmige Kurve, wie dies durch eine voll ausgezogene Linie in Fig. 12 veranschaulicht ist. Aus Fig. 12 ist ersichtlich, daß die Mikrostreifenantenne 10 mit der Speiseleitung über einen relativ breiten Frequenzbereich von etwa 50 MHz angepaßt ist.
Wie oben beschrieben, kann die Anpassungseinrichtung dieser Ausführungsform durch eine derart einfache Anordnung miniaturisiert werden bzw. sein, daß die breiten und schmalen Leiter-Leitungen mit den bestimmten Längen in Reihe geschaltet werden.
Während bei der zweiten Ausführungsform die Anpassungseinrichtung 40 eine Mikrostreifenleitung vom offenen Typ ist, wie sie oben beschrieben worden ist, kann sie vom Abschirmungstyp sein, bei dem eine dielektrische Schicht und eine Erdungsschicht auf beiden Seiten des Leitungs-Leiters gebildet sind, dem sogenannten Triplet-Typ. In diesem Falle ist die Breite des Leitungs-Leiters im wesentlichen halbiert, und dessen Länge ist auf etwa 1/ &epsi; reduziert, womit die Anpassungseinrichtung dieser Ausführungsform noch kleiner ausgebildet ist.
Bei der Anpassungseinrichtung 40 vom Triplet-Typ sind die Längen der entsprechenden Leitungs-Leiter 43 und 46 beispielsweise mit
W43 = 1,1 mm W45 = 0,7 mm W44 = W46 = 4,5 mm
L43 = 12 mm L45 = 37,5 mm L44 = L46 = 19 mm
im Frequenzband von 2,5 GHz ausgewählt, wenn die Dicke und die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht gegeben sind mit
d = 1,6 mm s = 2,6
Während diese Ausführungsform die Anwendung der Erfindung bei einer Mikrostreifenleitung betrifft, kann die Erfindung bei einer koaxialen Leiter-Leitung angewandt werden; in diesem Falle ist ihr Aufbau extrem einfach.
Wie oben beschrieben, ist gemäß der zweiten Ausführungsform dar vorliegenden Erfindung mit Rücksicht darauf, daß die Standardimpedanz-Leitung, welche die erste bestimmte Länge aufweist und welche auf der Antennenseite vorgesehen ist, mit der Leitung niedriger Impedanz, die die zweite bestimmte Länge aufweist, und mit der Leitung hoher Impedanz, welche die dritte bestimmte Länge ihrerseits aufweist, in Reihe geschaltet ist, sowie mit Rücksicht darauf, daß die Speiseleitungsseite dieser Leitung hoher Impedanz mit der zweiten Leitung niedriger Impedanz, die die zweite bestimmte Länge aufweist, in Reihe geschaltet ist, die Anpassungseinrichtung für die Mikrostreifenantenne klein und im Aufbau einfach ist, und sie kann die schmalbandige Antenne mit der Speiseleitung über ein breites Frequenzband anpassen.
Nachdem die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben sind, dürfte einzusehen sein, daß die Erfindung auf jene präzisen Ausführungsformen nicht beschränkt ist und daß verschiedene Abänderungen und Modifikationen davon vom Durchschnittsfachmann ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken vorgenommen werden könnten, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Kombination aus einer Antenne und einer Anpassungseinrichhing, wobei die betreffende Anpassungseinrichtung zwischen der Antenne (10) und einer Speiseleitung eingefügt ist, wobei die Mittenfrequenz der Antenne mit λ gegeben ist und wobei die Anpassungseinrichtung umfaßt:

eine Leitung (33) hoher Impedanz einer ersten bestimmten Länge (L33), die auf der Seite der betreffenden Antenne (10) vorzusehen ist;

und eine Leitung (34) niedriger Impedanz einer zweiten bestimmten Länge (L34), die auf der Seite der betreffenden Speiseleitung vorzusehen ist,

wobei die Leitung (33) hoher Impedanz und die Leitung (34) niedriger Impedanz miteinander in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet,

daß die Leitung (33) hoher Impedanz ein wenig kürzer ist als eine λ/4-Leitung,

daß die Leitung (34) niedriger Impedanz weitgehend eine λ- Leitung ist,

daß die Impedanz der Leitung (33) hoher Impedanz im wesentlichen gleich der Impedanz der Speiseleitung (35, 36) ist und daß die Impedanz der Leitung (34) niedriger Impedanz wesentlich niedriger ist als die Impedanz der Leitung (33) hoher Impedanz,

wobei a) die Frequenzbandbreite der Einrichtung, bestehend aus der Vereinigung der mit der Anpassungseinrichtung verbundenen Antenne und gemessen durch Bestimmung des Frequenzintervalls, in welchem die Reflexionsverluste am Ende (36) der Anpassungseinrichtung, welches nicht mit der Antenne verbunden ist, oberhalb eines gegebenen Wertes liegen, der einen geeigneten Betrieb der Antenne zuläßt, breiter ist als b) die Frequenzbandbreite der Antenne allein gemessen durch Bestimmung des Frequenzintervalls, bei dem die Reflexionsverluste direkt am Antennenanschlußpunkt (PLD) oberhalb desselben gegebenen Wertes liegen.

2. Kombination nach Anspruch 1, wobei die genannte Antenne (10) eine Mikrostreifenantenne ist.

3. Kombination nach Anspruch 1 oder 2, wobei die genannte Anpassungseinrichtung, in der die Leitung (33) hoher Impedanz und die Leitung (34) niedriger Impedanz in Reihe geschaltet sind, durch eine Mikrostreifenleitung vom offenen Typ gebildet ist.

4. Kombination nach Anspruch 1 oder 2, wobei die genannte An-Anpassungseinrichtung, in der die Leitung hoher Impedanz und die Leitung niedriger Impedanz in Reihe geschaltet sind, aus einer Mikrostreifenleitung vom Triplet-Typ gebildet ist.

5. Kombination nach Anspruch 1 oder 2, wobei die genannte Anpassungseinrichtung, in der die Leitung hoher Impedanz und die Leitung niedriger Impedanz in Reihe geschaltet sind, aus einer Koaxialleitung gebildet ist.

6. Kombination aus einer Antenne und einer Anpassungseinrichtung, wobei die Anpassungseinrichtung zwischen der Antenne (10) und einer Speiseleitung eingefügt ist, wobei die Mittenfrequenz der Antenne mit λ gegeben ist und wobei die Anpassungseinrichtung umfaßt:

eine Impedanzleitung (43) einer ersten bestimmten Länge (L43), die auf der Seite der betreffenden Antenne vorgesehen ist,

eine erste Leitung (44) niedriger Impedanz einer zweiten bestimmten Länge (L44, L46), die mit der Impedanzleitung (43) der ersten bestimmten Länge (L43) in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet,

daß eine Leitung (45) hoher Impedanz einer dritten bestimmten Länge (L43) ihrerseits mit der Leitung (44) niedriger Impedanz in Reihe geschaltet ist,

und daß eine zweite Leitung (46) niedriger Impedanz der betreffenden zweiten bestimmten Länge (L44, L46) mit der genannten Leitung (45) hoher Impedanz auf der Seite der Speiseleitung in Reihe geschaltet ist,

daß die Impedanzleitung (43) der ersten bestimmten Länge (L43) ein wenig kürzer ist als eine λ/4-Leitung,

daß die ersten und zweiten Leitungen (44, 46) niedriger Impedanz weitgehend λ/4-Leitungen sind,

daß die Leitung (45) hoher Impedanz weitgehend eine λ/2-Leitung ist,

daß die Impedanzleitung (43) der ersten bestimmten Länge (L43) eine Standard-Impedanz aufweist,

daß die Impedanz der ersten und zweiten Leitungen (44, 46) niedriger Impedanz wesentlich geringer ist als die Standard- Impedanz,

und daß die Impedanz der Leitung (45) hoher Impedanz wesentlich höher ist als die Standard-Impedanz,

wobei a) die Frequenzbandbreite der Einrichtung, bestehend aus der Vereinigung der mit der Anpassungseinrichtung verbundenen Antenne und gemessen durch Bestimmung des Frequenzintervalls, in welchem die Reflexionsverluste am Ende (48) der Anpassungseinrichtung, welches nicht mit der Antenne verbunden ist, oberhalb eines gegebenen Wertes liegen, der einen geeigneten Betrieb der Antenne ermöglicht, breiter ist als b) die Frequenzbandbreite der Antenne allein gemessen durch Bestimmung des Frequenzintervalls, in welchem die Frequenzverluste unmittelbar am Antennenanschlußpunkt (PLD) oberhalb desselben gegebenen Wertes liegen.

7. Kombination nach Anspruch 6, wobei die genannte Antenne (10) eine Mikrostreifenantenne ist.

8. Kombination nach Anspruch 6 oder 7, wobei die genannte Anpassungseinrichtung, in der die Leitung (45) hoher Impedanz und die Leitung (44) niedriger Impedanz in Reihe geschaltet sind, aus einer Mikrostreifenleitung vom offenen Typ gebildet ist.

9. Verfahren zur Anpassung einer Antenne (10), die ein schmales Frequenzband mit einer Mittenfrequenz λ aufweist, und einer Speiseleitung, umfassend die Schritte der Reihenschaltung der Antenne (10) mit der Speiseleitung über eine Leitung (33) hoher Impedanz und eine Leitung (34) niedriger Impedanz in dieser Reihenfolge,

gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Auswählen der Impedanz der Leitung (33) hoher Impedanz gleich der Impedanz der Speiseleitung,

Auswählen der Länge der Leitung (34) niedriger Impedanz im · wesentlichen gleich λ,

Auswählen der Länge der Leitung (33) hoher Impedanz so, daß sie ein wenig kürzer ist als λ/4,

und Einstellen der Impedanz der Leitung (34) niedriger Impedanz um einen Wert, der erheblich niedriger ist als die Impedanz der Leitung (33) hoher Impedanz, damit sie um die gewünschte Betriebsfrequenz mit der Impedanz der Antenne (10) bei Betrachtung vom Verbindungspunkt (PM) zwischen der Leitung (34) niedriger Impedanz und der Leitung (33) hoher Impedanz konjugiert, derart, daß die Kombination aus der Antenne (10) und der beiden Impedanzleitungen (33, 34) an die genannte Speiseleitung über ein Frequenzband angepaßt ist, welches breiter ist als jenes der Antenne (10) allein.

10. Verfahren zur Anpassung einer Antenne (10), die ein schmales Frequenzband mit einer Mittenfrequenz λ aufweist, und einer Speiseleitung, umfassend die Schritte der Reihenschaltung der Antenne (10) mit der Speiseleitung über eine erste Leitung (43) hoher Impedanz und eine erste Leitung (44) niedriger Impedanz in dieser Reihenfolge, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Reihenschaltung einer zweiten Leitung (45) hoher Impedanz zu der ersten Leitung (44) niedriger Impedanz,

Reihenschaltung einer zweiten Leitung (46) niedriger Impedanz zu der zweiten Leitung (45) hoher Impedanz,

Auswählen der Impedanz der ersten Leitung (43) hoher Impedanz so, daß sie gleich der Impedanz der Speiseleitung ist,

Auswählen der Länge der ersten Leitung (43) hoher Impedanz so, daß sie ein wenig kürzer ist als λ/4,

Auswählen der Länge der ersten und zweiten Leitungen (44, 46) niedriger Impedanz so, daß sie im wesentlichen gleich λ/4 ist,

Auswählen der Länge der zweiten Leitung (45) hoher Impedanz so, daß sie im wesentlichen gleich λ/2 ist,

Einstellen der Impedanz der zweiten Leitung (45) hoher Impedanz um einen Wert, der erheblich höher ist als die Impedanz der Speiseleitung, und der Impedanz der ersten und zweiten Leitungen (44, 46) niedriger Impedanz um einen Wert, der erheblich niedriger ist als die Impedanz der Speiseleitung, damit sie um die gewünschte Betriebsfrequenz mit der Impedanz der Antenne (10) bei Betrachtung vom Verbindungspunkt (PM1) zwischen der ersten Leitung (43) niedriger Impedanz und der ersten Leitung (44) hoher Impedanz derart konjugieren, daß die Kombination aus der Antenne und den Impedanzleitungen (43, 44, 45, 46) an die Speiseleitung über ein Frequenzband angepaßt ist, welches breiter ist als jenes der Antenne (10) allein.