DE69218045T2

DE69218045T2 - Ebene Antenne

Info

Publication number: DE69218045T2
Application number: DE69218045T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Kuroda; Noboru Ono; Ichiro Toriyama
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-05-14
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 1997-06-19
Anticipated expiration: 2012-05-12
Also published as: EP0516303B1; DE69218045D1; US5371507A; KR920022585A; EP0516303A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Flachantennen, insbesondere aber eine kleine Flachantenne, die sich für ein Mobilfunkgerät o. ä. eignet.
Vereinfachte und miniaturisierte Flachantennen werden im allgemeinen in den Bereichen Satellitenkommunikation und Mobilfunk als Antennensysteme verwendet.
Bei der Mikrostreifenantenne, die zu bekanntesten Flachantennen zhhlt, gelangen meist kreisförmige oder rechteckige Strahlungselemente zur Anwendung.
Die Abmessungen dieser Strahlungselemente richten sich ausschließlich nach der verwendeten Frequenz.
In den Bereichen Satellitenkommunikation und Mobilfunk ist die Miniaturisierung der Antennen ein elementares Erfordernis. Wenn die Flachantenne mit einer Hochfrequenzschaltung kombiniert oder das ganze Funkgerät einschließlich des Antennensystems in einer Einheit zusammengefaßt wird, paßt ein rechteckiges Strahlungselement von der Form her besser als ein kreisförmiges Strahlungselement zu der Hochfrequenzschaltung, dem Funkgerät o. ä.
Außerdem werden in den oben erwähnten Kommunikationsbereichen kreispolarisierte Wellen verwendet. Zu diesem Zweck wird bei herkömmlichen Flachantennen, wie in Fig. 1 bis Fig. 3 der beigefügten Zeichnungen gezeigt, die Form quadratischer Strahlungselemente auf vorgegebene Weise, z. B. durch Abschneiden von Ecken, durch Ansatze oder Vergrößerung einer Seite geandert (d. h. sie sind nicht exakt quadratisch), um Gegenkopplung und Trennung herbeizufhren. Dabei ist ein einziger Speisepunkt vorgesehen, der an einer geeigneten Position auf einem solchen Strahlungselement angeordnet ist, wie in Fig. 1 bis Fig. 3 gezeigt.
Wie in Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen gezeigt, sind an beiden Enden einer Diagonalen eines quadratischen Strahlungselements 1 Aussparungen 1c gebildet, wobei ein einziger Speisepunkt 2 vorgesehen ist, der parallel zu einer Seite gegen den Mittelpunkt des Strahlungselements 1 um einen geeigneten Abstand versetzt ist Dadurch läßt sich das Strahlungselement 1 entlang der beiden Diagonalen in zwei zueinander senkrechten Modi betreiben, wie in Fig. 1 durch die Pfeile 3a und 3b dargestellt.
Diese beiden Modi werden als synthetisierte Modi von TM&sub1;&sub0; und TM&sub0;&sub1; bezeichnet. Wenn jedoch am Strahlungselement 1 nicht die Aussparungen 1c gebildet sind, wie in Fig. 1 mit den gestrichelten Linien gezeigt, dann haben zwei Modi 3a, 3b die gleiche Frequenz und lassen sich nicht unterscheiden. Dieser Zustand wird als Gegenkopplung bezeichnet.
Sind als Abweichung die beiden Aussparungen 1c gebildet, wie in Fig. 1 gezeigt, dann wirken die Abschnitte der Aussparungen 1c als starke elektrische Feldbereiche für den Modus 3a als auch den Modus 3b, so daß sich unterschiedliche Änderungen der Eigenfrequenz der Modi 3a und 3b ergeben. Infolgedessen haben die beiden Modi 3a und 3b eine unterschiedliche Frequenz und sind nicht mehr gegengekoppelt, weshalb sie sich unterscheiden lassen.
Wie oben beschrieben, läßt sich mit einer Flachantenne, die das in Fig. 1 gezeigte quadratische Strahlungselement und nur einen Speisepunkt 2 aufweist, eine kreispolarisierte Welle erzeugen, indem die Aussparungen 1c als Abweichung gebildet werden, bei der die Erregungsphasendifferenz 90º beträgt.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten quadratischen Strahlungselement 1S sind statt der Aussparungen 1c Ansätze 1b gebildet, und es läßt sich mit diesem, wie oben beschrieben, ebenfalls mittels einem einzigen Speisepunkt 2 eine kreispolarisierte Welle erzeugen.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten rechtwinkligen Strahlungselement 1W ist eine Seite 1 um eine geeignete Strecke (2Δ1) verlängert und auf einer Diagonaliinie an einer Stelle, die gegen den Mittelpunkt des Strahlungselements 1W um einen geeigneten Abstand versetzt ist, ein einziger Speisepunkt 2 angeordnet, so daß das Strahlungselement 1W in zwei zueinander senkrechten Modi, wie durch die Pfeile 3a und 3b dargestellt, seitenparallel betrieben werden kann.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Strahlungselement 1W ist die Abweichung durch die breitere Seite 1sp gebildet, was eine Erregungsphasendifferenz von 90º bewirkt und die Erzeugung einer kreispolarisierten Welle mittels eines einzigen Speisepunkts 2 ermöglicht.
Bei jedem der drei Beispiele besteht eine Beziehung zwischen einer Fläche S des ursprunglichen quadratischen Strahlungselements und der Fläche ΔS der Abweichung (Aussparung, Ansatz, Verlängerung), wie durch die folgende Gleichung 1 ausgedrückt
ΔS/S = 1/2Qo, (1)
wobei Qo die Leerlaufgüte der Flachantenne ist.
Zur Miniaturisierung von Flachantennen ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Seitenverhältnis des Strahlungselements so geändert wird, daß seine Seitenlänge senkrecht zur Erregungsrichtung 3, die sich aus der Position des Speisepunkts 2 ergibt, geringer ist, d. h. das in Fig. 4A gezeigte quadratische Strahlungselement 1 wird zu einem Strahlungselement 1m umgeformt, wie in Fig. 4B gezeigt.
Gemäß dem folgenden bekannten Verfahren wird die Größe des Strahlungselements verringert, indem das Strahlungselement 1 an einer Nullpotentiallinie 4, die durch den Mittelpunkt des ursprünglichen Strahlungselements 1 verläuft und zur Erregungsrichtung 3 senkrecht steht, mit einem Erdleiter 5 kurzgeschlossen wird, so als ob das quadratische Strahlungselement 1 von Fig. 5A auf ein Strahlungselement 1h reduziert würde, wie es in Fig. 5B und Fig. 5C gezeigt ist.
Bei der herkömmlichen miniaturisierten Flachantenne, wie sie in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigt ist, besteht jedoch ein bedeutender Unterschied zwischen den Seitenlängen des Strahlungselements in Erregungsrichtung und senkrecht zur Erregungsrichtung, so daß die Isotropie des Strhhlungselements verschlechtert wird. Infogedessen können keine voneinander unabhängigen orthogonalen Modi bei im wesendichen gleichen Eigenfrequenzen herbeigeführt werden und somit auch keine kreispolarisierten Wellen erzeugt werden. Aus diesem Grund läßt sich die herkömmliche Flachantenne nicht in Bereichen, die wie der Mobilfunk mit kreispolarisierten Wellen arbeiten, verwenden.
In US-A4 987421 sind Mikrostreifenantennen beschrieben. Diese setzen sich aus sechs verschiedenen Schichten zusammen: einer dielektrischen Platte, einem parasitären Leiter, einer Luft- oder Isolierschicht, einem Strahlungsleiter, einem dielektrischen Körper und einem Erdleiter, in dieser Reihenfolge. Der Strahlungsleiter knnn quadratisch sein, wobei er daan eine konzentrische quadratische Öffnung aufweist. Am Erdleiter ist senkrecht ein Koaxialkabel angebracht, das mit einem Speisepunkt am inneren Rand des Strahlungsleiters verbunden ist.
Der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht auf dieser Beschreibung.
Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine verbesserte Flachantenne zu schaffen, bei der die obengenaanten Mängel und Nachteile der herkömmlichen Technik verringert oder beseitigt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Flachantenne geschaffen, mit
- einem Erdleiter,
- einer ersten dielektrischen Schicht, die auf einer ersten Fläche des Erdleiters aufgebracht ist,
- einem auf der vom Erdleiter abgewandten Fläche der ersten dielektrischen Schicht aufgebrachten rechteckigen Strahlungselement, das eine konzentrisch gebildete Öffnung aufweist und somit rahmenförmig ist, sowie einen Speisepunkt, der nahe der Mitte einer Seite dieser Öffnung angeordnet ist, und
- einem mit diesem Speisepunkt verbundenen Koaxialstecker,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Flachantenne weiterhin
- eine zweite dielektrische Schicht, die auf der von der ersten dielektrischen Schicht abgewandten Fläche des Erdleiters aufgebracht ist, und
- eine Speiseleitung, die auf der vom Erdleiter abgewandten Fläche der zweiten dielektrischen Schicht vorgesehen und mittels eines in dem Strahlungselement, dem Erdleiter und den beiden dielektrischen Schichten gebildeten Durchgangsloch mit dem Strahlungselement verbunden ist, umfaßt und
daß der Koaxialstecker mit der Speiseleitung verbunden, an der zweiten dielektrischen Schicht seitlich angebracht und auf diese axial ausgerichtet ist und
daß die Isotropie des Strahlungselements beibehalten wird.
Mit der erfindungsgemäßen Flachantenne lassen sich mittels eines einzigen Speisepunkts kreispolarisierte Wellen erzeugen.
Diese Antenne kann weiterhin einen zweiten Speisepunkt umfassen, der nahe der Mitte einer zweiten Seite der Öffnung angeordnet ist, wobei die Speiseleitung mittels eines in dem Strahlungselement, dem Erdleiter und den beiden dielekirischen Schichten gebildeten zweiten Durchgangslochs mit dem zweiten Speisepunkt verbunden ist.
Vorzugsweise umfaßt die Speiseleitung mindestens eine Stichleitung.
Im folgenden wird diese Erfindung anhand nichteinschränkender Beispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht zur Darstellung eines ersten Beispiels für den Aufbau eines wesentlichen Teils einer herkömmlichen Flachantenne,
Fig. 2 eine Draufsicht zur Darstellung eines zweiten Beispiels für den Aufbau eines wesentlichen Teils einer herkörnnilichen Flachantenne,
Fig. 3 eine Draufsicht zur Darstellung eines dritten Beispiels für den Aufbau eines wesentlichen Teils einer herkömmlichen Flachantenne,
Fig. 4A und Fig. 4B Draufsichten zur Darstellung eines vierten Beispiels für den Aufbau eines wesentlichen Teils einer herkömmlichen Flachantenne,
Fig. 5A und Fig. 5B Draufsichten zur Darstellung eines fünften Beispiels für den Aufbau eines wesentlichen Teils einer herkömmlichen Flachantenne,
Fig. 5C einen Querschnitt zu Fig. 5B,
Fig. 6 eine Draufsicht zur Darstellung des Aufbaus einer Flachantenne gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 eine Seitenansicht zur Darstellung des Aufbaus der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 eine Unteransicht zur Darstellung des Aufbaus der Flachantenne gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9 eine schematische Darstellung zur Erklärung der Arbeitsweise der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 10 ein Diagranin zur Erklärung der Arbeitsweise der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 11 ein Diagramm zur Darstellung von Kennlinien, d. h. des Bezugs zwischen Umfangsverhältnis und Eingangsimpedanz, der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 12 ein Diagramm zur Darstellung von Kennlinien, d. h. des Bezugs zwischen Umfangsverhältnis und Maximalgewinn, der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 13 ein Smith-Diagramm von Kennlinien der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 14 ein Diagramm zur Darstellung von Kennlinien, d. h. des Bezugs zwischen Frequenz und Reflexionsverlust, der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 15 ein Diagramm von Strahlungskennlinien der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 16 eine Draufsicht einer Flachantenne gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 17 eine Seitenansicht der Flachantenne gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 18 eine Unteransicht der Flachantenne gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 19 eine schematische Darstellung zur Erklärung der Arbeitsweise der zweiten Ausführung der Flachantenne gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 20 eine Draufsicht zur Darstellung des Aufbaus einer Flachantenne gemäß einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 21 eine schematische Darstellung zur Erklärung der Arbeitsweise der dritten Ausführung der Flachantenne gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 22 eine Draufsicht zur Darstellung des Aufbaus einer Flachantenne gemäß einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung und
Fig. 23 eine schematische Darstellung zur Erklärung der Arbeitsweise der vierten Ausführung der Flachantenne gemäß der vorliegenden Erfindung.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Der Aufbau einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 bis Fig. 8 beschrieben.
In Fig. 6 bis Fig. 9 der beigefügten Zeichnungen bezeichnet die Bezugszhl 10 eine Flachantenne, bei der ein quadratisches Strahlungselement 13 auf einem quadratischen Erdleiter 11 konzentrisch aufgebracht ist, wobei sich dazwischen eine aus einem Fluorkunsstoff o. a hergestellte dielektrische Schicht 12 mit geringem dielektrischen Verlust befindet. Im Strahlungselement 13 ist konzentrisch eine quadratische Öffnung 14 gebildet, so daß dieses rahmenförmig ist Nahe der Mitte einer Seite 145 dieser Öffnung 14 ist ein Speisepunkt 15 angeordnet.
Bei der ersten Ausführung ist, wie in Fig. 7 gezeigt, auf der vom Strahlungselement 13 abgewandten Seite des Erdleiters 11 mittels einer dielekirischen Schicht 21 mit geringem dielekirischen Verlust eine Streifenleitung (Speiseleitung) 22 o. ä. angebracht, wodurch ein Mikrostreifen-Speisesystem 20 gebildet wird, wie in Fig. 8 gezeigt.
Ein Anschluß 22e der Speiseleitung 22 und der Speisepunkt 15 des Strahlungselements 13 sind über ein Durchgangsloch 16 miteinander verbunden und mittels eines Koaxialsteckers J an eine Signalquelle (nicht gezeigt) angeschlossen.
Wie in Fig. 8 gezeigt, ist an die Speiseleitung 22 des Speisesystems 20 an einem geeigneten Punkt Ptu eine Abstüstichleitung 23 angeschlossen.
Wenn die erfindungsgemäße Flachantenne 10 beispielsweise für das 3-GHz-Band verwendet wird, werden die Seitenlange D des Erdleiters 11, die Seitenlange Ar des Strahlungselements 13, die Seitenlange Br der quadratischen Öffnung 14, die Dicke t12 und die Dielektrizitätszahl Er der dielektrischen Schicht 12 folgendermaßen vorgegeben:
D=80mm, Ar = 23,8mm, Br = 11,5 mm, t12= 1,6mm und Er = 2,6.
Außerdem werden zur Erlangung eines Kennwiderstands von 50 Ω die Breite w22 der Speiseleitung 22 des Speisesystems 20, die Breite w23 der Abstimmstichleitung 23, die Dicke ei der dielektrischen Schicht 21 und die Länge 123 der Abstimmstichleitung 23 wie folgt vorgegeben:
w22 = w23 = 2,2mm, t21 = 0,8mm, 123 = 13,2mm, 1pe = 18,0mm.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der ersten Ausführung beschrieben, wobei zusätzlich auf Fig. 9 und Fig. 10 Bezug genommen wird.
Bei dem in Fig. 4A gezeigten quadratischen Strahlungselement besteht eine in der folgenden Gleichung 2 ausgedrückte Beziehung zwischen der Seitenlänge Ar und der Eigenfrequenz fim Hauptmodus (TM&sub1;&sub0;):
In dieser Gleichung 2 ist c die Lichtgeschwindigkeit, t die Dicke und Er die Dielektrizitätszahl der dielektrischen Schicht.
Außerdem repräsentiert in dieser Gleichung 2 x einen Wert, der von der Form des Strahlungselements abhängt Der Wert wird erlangt, indem eine von der Maxwellschen Gleichung abgeleitete Sekundärwellengleichung gelöst wird. Im Fall des in Fig. 4A gezeigten quadratischen Strahlungselements ergibt sich
x = π (3)
Wenn bei der Flachantenne 10 im quadratischen Strahlungselement 13, wie bei der ersten Ausführung beschrieben, konzentrisch die quadratische Öffnung 14 gebildet ist, ist es schwierig, den in der obigen Gleichung 2 vorkommenden inhärenten Wert x analytisch zu bestiminen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch experimentell festgestellt, daß der Wert x bei einem quadratischen rahmenförmigen Strahlungselement kleiner ist als bei einem nur quadratischen Strahlungselement.
Wenn das Strahlungselement 13 eine Seitenlänge Ar und die ihn ihm gebildete Offnung 14 eine Seitenlänge Br aufweist, wie in Fig. 9 gezeigt, und sich eine äquivalente Seitenlänge Beq der Öffnung 14 einer äquivalenten Seitenlange Aeq des Strhhlungselements 13 nähert (bzw. wenn sich das Verhältnis zwischen Innenumfang und Außenumfang Beq/Aeq dem Wert 1 nähert), nimmt der inhärente Wert x ab, wie in Fig. 10 gezeigt.
Die äquivalenten Seitenlängen Aeq und Beq stehen in Beziehung zu magnetischen Kraftlinienschleifen, die unter Berücksichtigung von Streuwirkungen theoretisch bestimmt werden, und werden daher durch die folgenden Gleichungen 4 und 5 ausgedrückt:
Aeq = Ar+4t 1n2/π (4)
Beq = Br-4t 1n2/π (5)
Wenn eine herkömmliche Flachantenne, die eine dielektrische Schicht der gleichen Qualitat und Dicke wie die obige Ausführung und ein Umfangsverhältnis von 0 aufweist, für das 3-GHz-Band verwendet wird, beträgt die Seitenlänge des Strahlungselements
Ar = 29,6mm (6)
Dieser Wert Ar ist um etwa 24% größer als die Seitenlange des quadratischen rahmen- förmigen Strahlungselements gemäß der obigen Ausführung. Bei der herkömmlichen Flachantenne sind der Erdleiter und die dielektrische Schicht auch um etwa diesen Prozentsatz größer.
Bei der ersten Ausführung wird der inhärente Wert x umso kleiner, je mehr sich das Umfangsverhältnis Beq/Aeq dem Wert 1 nähert, wie oben beschrieben. Wenn sich das Umfangsverhältnis Beq/Aeq dem Wert 1 nähert, nimmt die Eingangsimpedanz der Antenne zu, wie in Fig. 11 gezeigt, und ihr Maximalgewinn ab, wie in Fig. 12 gezeigt, auch wenn die Flachantenne mit Spannung betrieben wird, die an ihrem Innenumfang anliegt.
Infolgedessen beschränkt sich das Umfangsverhältnis in der praktischen Anwendung auf
0,6 ≥ Beq/Aeq (7)
Es wird angenommen, daß der Maximalgewinn sinkt, da die Verluste in der Anpassungsschaltung zunehmen.
Wenn bei der Flachantenne der ersten Ausführung das Umfangsverhältnis z.B. 0,4 betragt, ergibt sich für Impedanz versus Frequenz ein Smith-Diagramm, wie in Fig. 13 gezeigt, und für Reflexionsverlust versus Frequenz eine Kennlinie, wie in Fig. 14 gezeigt.
Die Strahlungscharakteristik in einer E-Ebene ist in Fig. 15 dargestellt, wobei die Strahlungscharkteristik in einer H-Ebene im wesentlichen deijenigen von Fig. 15 gleicht.
Da bei der ersten Ausführung im quadratischen Strahlungselement 13 konzentrisch die quadratische Öffnung 14 und somit eine rahmenförmige Flachantenne gebildet ist und der Speisepunkt nahe der Mitte einer Seite dieser Öffnung 14 angeordnet ist, laßt sich die Flachantenne unter Beibehaltung der Isotropie des Strahlungselements und Erlangung eines ausgezeichneten Raumfaktors sowie Eignung für Funkgeräte u. ä. noch mehr miniaturisieren.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 16 bis Fig. 18 eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 16 bis Fig. 18 sind Teile, die denen in Fig. 6 bis Fig. 8 entsprechen, mit den gleichen Zeichen bezeichnet und werden nicht mehr im einzelnen beschrieben.
In Fig. 16 ist mit der Bezugszahl 10D insgesamt eine zweite Ausführung der Flachantenne bezeichnet, bei der das quadratische Strahlungselement 13 auf dem quadratischen Erdleiter 11 konzentrisch aufgebracht ist, wobei sich dazwischen die dielektrische Schicht 12 mit geringem dielektrischen Verlust befindet. Im Strahlungselement 13 ist konzentrisch die quadratische Öffnung 14 gebildet, so daß dieses rahmenförmig ist.
Bei der zweiten Ausführung sind nahe der Mitten benachbarter Seiten 14a, 14b der Öffnung 14 zwei Speisepunkte 15a, 15b angeordnet.
Außerdem ist bei der zweiten Ausführung, wie in Fig. 17 gezeigt, auf der vom Strahlungselement 13 abgewandten Seite des Erdleiters 11 mittels einer dielektrischen Schicht 21 mit geringem dielektrischen Verlust eine Speiseleitung 22 o. ä. angebracht, wodurch ein Mikrostreifen-Speisesystem 20D gebildet wird, wie in Fig. 18 gezeigt.
Die Speiseleitung 22 und die Speisepunkte 15a, 15b des Strahlungselements 13 sind über Durchgangslöcher 16a, 16b miteinander verbunden.
Wie in Fig. 18 gezeigt, führen die Speiseleitungen 22a, 22b des Speisesystems 20D von einer Verzweigung Q zu Anschlüssen 22e, 22f, die zu den Speisepunkten 15a, 15b des Strahlungselements 13 gehören, und unterscheiden sich in der Lange um 1/4 (λ4) der Lange der verwendeten Funkwellen, so daß zwischen den Speisepunkten 15a, 15b eine Phasendifferenz von 90º besteht.
An geeigneten Punkten Pta, Ptb der beiden Speiseleitungen 22a, 22b zweigen Abstimmstichleitungen 23a, 23b ab. Die Verzweigung Q ist über ein λ/4-Anpassungselement 24 mit dem Koaxialstecker 3 verbunden.
Wenn die Flachantenne 10D der zweiten Ausführung beispielsweise für das 3-GHz-Band verwendet wird, werden die Abmessungen des Erdleiters 11, des Strahlungselements 13, der quadratischen Öffnung 14 etc wie bei der ersten Ausführung vorgegeben.
Außerdem werden die Abmessungen der Speiseleitungen 22a, 22b des Speisesystems 20D, der Abstimmstichleitungen 23a, 23b, des Anpassungselements 24 und die Dicke der dielektrischen Schicht 21 etc. wie folgt vorgegeben:
w22 = w23 = 2,2mm, w24 = 4,1mm,t21 = 0,8mm, 122a = 50,9 mm, 122b = 35,4 mm, 1pe = 1pf = 18,0 mm 123 = 13,2mm,124 = 15,5mm.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei zusätzlich auf Fig. 19 Bezug genommen wird.
Da auch bei der zweiten Ausführung das Strahlungselement 13 rahmenförmig ist und somit seine Isotropie beibehalt, ist mittels der Speisepunkte 15a, 15b eine orthogonale Erregung möglich, wie in Fig. 19 durch die Pfeile 3a, 3b dargestellt.
Wenn diese Speisepunkte 15a, 15b durch das Speisesystem 20D mit einer Phasendifferenz von 90º gespeist werden, erzeugt daher diese Flachantenne kreispolarisierte Wellen.
Da das Strahlungselement wie bei der ersten Ausführung rahmenförmig ist, lassen sich außerdem entsprechend seinem Umfangsverhalmis seine Abmessungen bei gleicher Eigenfrequenz verringern.
Mit der zweiten Ausführung lassen sich Charakteristiken erlangen, die denen in Fig. 13 bis Fig. 15 gleichen.
Da bei dieser Ausführung im quadratischen Strahlungselement konzentrisch die quadratische Öffnung und somit ein rahmenförmiges Strahlungselement gebildet ist und die Speisepunkte nahe den Mitten von zwei benachbarten Seiten dieser Öffnung so angeordnet sind, daß Spannung mit einer vorgegebenen Phasendifferenz zugeführt wird, lassen sich mit dieser Flachantenne kreispolarisierte Wellen erzeugen, wobei die Isotropie des Strahlungselements beibehalten und ein ausgezeichneter Raumfaktor sowie Eignung für Funkgerate u. ä. erreicht wird.
Da bei der zweiten Ausführung wie oben beschrieben im quadratischen Strahlungselement konzentrisch die quadratische Öffnung und somit ein rahmenförmiges Strahlungselement gebildet ist und die Speisepunkte nahe den Mitten von zwei benachbarten Seiten dieser Öffnung so angeordnet sind, daß Spannung mit einer vorgegebenen Phasendifferenz zugeführt wird, läßt sich die Flachantenne unter Beibehaltung der Isotropie des Strahlungselements und Erlangung eines ausgezeichneten Raumfaktors noch mehr miniaturisieren und durch geeignete Erregung zur Erzeugung kreispolarisierter Wellen verwenden.
Im folgenden wird unter Bezugnne auf Fig. 20 der Aufbau einer dritten Auführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. in Fig. 20 sind Teile, die denen in Fig. 6 entsprechen, mit den gleichen Zeichen bezeichnet und werden nicht mehr im einzelnen beschrieben.
In Fig. 20 ist die Flachantenne 10 gezeigt, bei der das quadratische Strahlungselement 13 auf dem quadratischen Erdleiter 11 konzentrisch aufgebracht ist, wobei sich dazwischen die aus einem Fluorkunststoff o. ä hergestellte quadratische dielektrische Schicht 12 mit geringem dielekirischen Verlust befindet.
An zwei gegenüberliegenden Ecken des Strahlungselements 13 sind Aussparungen 13c gebildet, die Gegenkopplung und Trennung herbeiführen. Im Strahlungselement 13 ist konzentrisch die quadratische Öffnung 14 gebildet, so daß dieses rahmeuförmig ist. Nahe der Mitte einer Seite 14s dieser Öffnung 14 ist der Speisepunkt 15 angeordnet. Dieser Speisepunkt 15 ist z.B. mittels des in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigten Speisesystems mit einer Signalquelle (nicht gezeigt) verbunden.
Wenn die Flacbantenne 10 der dritten erfindungsgemaßen Ausführung beispielsweise für das 3-GHz-Band verwendet wird, werden die Abmessungen des Erdleiters 11, des Strahlungselements 13 und der quadratischen Öffnung 14, die Dicke t12 und die Dielektrizitätszahl der dielektrischen Schicht 12 wie bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführung vorgegeben.
Außerdem werden die Leerlaufgüte Qo der Flachantenne 10 und die Abmessung Csd der Aussparung 13c wie folgt vorgegeben:
Qo = 77, Csd = 1,7 mm.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 21 die Arbeitsweise der dritten Ausführung dieser Erfindung beschrieben.
Wenn eine herkömmliche Flachantenne, die eine dielektrische Schicht der gleichen Qualität und Dicke wie die dritte erfindungsgemäße Ausführung und ein Umfangsverhältnis von 0 aufweist, beispielsweise für das 3-GHZ-Band verwendet wird, beträgt die Seitenlänge Ar des Strahlungselements wie bereits erwahnt
Ar = 29,6 mm.
Dieser Wert Ar ist um etwa 24% größer als die Seitenlänge des quadratischen rahmenförmigen Strahlungselements 13 gemäß der dritten Ausführung. Bei der herkömmlichen Flachantenne sind der Erdleiter und die dielektrische Schicht auch um etwa diesen Prozentsatz größer.
Außerdem haben bei der in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Flachantenne 1, die für Gegenkopplung und Trennung verwendet wird, die Leerlaufgüte Qo und die Abmessung Csd der Aussparung die Werte
Qo = 42, Csd = 3,2 mm.
Da bei der dritten Ausführung im quadratischen Strahlungselement, das die Aussparungen für Gegenkopplung und Trennung aulfweist, konzentrisch die quadratische Öffnung und somit ein rahmenförmiges Strahlungselement gebildet ist und der einzige Speisepunkt nahe der Mitte einer Seite dieser Öffnung angeordnet ist, laßt sich die Flachantenne unter Beibehaltung eines ausgezeichneten Raumfaktors und der Isotropie des Strahlungselements noch mehr miniaturisieren und zur Erzeugung kreispolarisierter Weuen verwenden. Auch hier werden Charakteristiken erlangt, die denen in Fig. 13 bis Fig. 15 gleichen.
Fig. 22 der beigefügten Zeichnungen zeigt den Aufbau einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung. In Fig. 22 sind Teile, die denen in Fig. 20 entsprechen, mit den gleichen Zeichen bezeichnet und werden nicht mehr im einzelnen beschrieben.
Wie in Fig. 22 gezeigt, umfaßt eine Flachantenne 105 ein quadratisches Strahlungselement 135, das auf dem quadratischen Erdleiter 11 konzentrisch aufgebracht ist, wobei sich dazwischen die dielektrische Schicht 12 mit geringem dielektrischen Verlust befindet
An zwei gegenüberliegenden Ecken des Strahlungselements 13S sind Ansätze 13b gebildet, die die obengenannte Gegenkopplung und Trennung herbeiführen. Im Strahlungselement 13S ist konzentrisch die quadratische Öffnung 14 gebildet, so daß dieses rahmenförmig ist Der Speisepunkt 15 ist wieder nahe der Mitte einer Seite 145 dieser Öffnung 14 angeordnet.
Dieser Speisepunkt 15 ist mittels des in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigten Speisesystems 20 mit einer Signalquelle (nicht gezeigt) verbunden.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der vierten Ausführung beschrieben, wobei zusätzlich auf Fig. 23 Bezug genommen wird.
Da auch bei dieser Ausführung das Strahlungselement 13S, das die Ansätze 13b für Gegenkopplung und Trennung aufweist, rahmenförmig ist und dessen Isotropie und günstiger Raumfaktor beibehalten werden, ist mittels eines einzigen Speisepunkts 15 eine, wie in Fig. 23 durch die Pfeile 3a, 3b dargestellt, orthogonale Erregung mit Phasendifferenz möglich, so daß sich mit dieser Flachantenne kreispolarisierte Wellen erzeugen lassen.
Außerdem lassen sich, wie bei der vorigen Ausführung, entsprechend dem Umfangsverhältnis des Strahlungselements 13S die Abmessungen bei gleicher Eigenfrequenz verringern.
Auch in diesem Fall werden Charkteristiken erlangt, die denen in Fig. 13 bis Fig. 15 gleichen.
Ferner läßt sich mit mehreren erfindungsgemäßen Flachantennen ein Antennensystem bilden.

Claims

1. Flachantenne mit

- einem Erdleiter (11),

- einer ersten dielekirischen Schicht (12), die auf einer ersten Flache des Erdleiters (11) aufgebracht ist,

- einem auf der vom Erdleiter (11) abgewandten Flache der ersten dielektrischen Schicht (12) aufgebrachten rechteckigen Strahlungselement (13), das eine konzentrisch gebildete Öffnung (14) aufweist und somit rahmenförmig ist, sowie einen Speisepunkt (15; 15a), der nahe der Mitte einer Seite dieser Öffnung angeordnet ist, und

- einem mit diesem Speisepunkt (15; 15a) verbundenen Koaxialstecker (J),

dadurch gekennzeichnet,

daß die Flachantenne weiterhin

- eine zweite dielektrische Schicht (21), die auf der von der ersten dielektrischen Schicht (12) abgewandten Flache des Erdleiters (11) aufgebracht ist, und

- eine Speiseleitung (22), die auf der vom Erdleiter (11) abgewandten Flache der zweiten dielektrischen Schicht (21) vorgesehen und mittels eines in dem Strahlungselement (13), dem Erdleiter (11) und den beiden dielektrischen Schichten (12,21) gebildeten Durchgangsloch mit dem Strahlungselement (13) verbunden ist, umfaßt und

daß der Koaxialstecker (J) mit der Speiseleitung (22) verbunden, an der zweiten dielektrischen Schicht (21) seitlich angebracht und auf diese axial ausgerichtet ist und

daß die Isotropie des Strahlungselements (13) beibehalten wird.

2. Flachantenne nach Anspruch 1, die weiterhin einen zweiten Speisepunkt (15b) umfaßt, der nahe der Mitte einer zweiten Seite der Öffnung angeordnet ist, wobei die Speiseleitung (22) mittels eines in dem Strahlungselement (13), dem Erdleiter (11) und den beiden dielektrischen Schichten (12,21) gebildeten zweiten Durchgangslochs mit dem zweiten Speisepunkt (15b) verbunden ist.

3. Flachantenne nach Anspruch 1 oder 2, bei der beim Strahlungselement das Verhältnis zwischen Innenumfang und Außenumfang nicht mehr als 0,6 betragt

4. Flachantenne nach Anspruch 1,2 oder 3, bei der das Strahlungselement (13) quadratisch ist.

5. Flachantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die im Strahlungselement (13) gebildete Öffnung (14) quadratisch ist.

6. Flachantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Strahlungselement (13) an einer seiner Diagonallinien ein Paar Aussparangen (13c) aufiweist.

7. Flachantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Strahlungselement (13) an einer seiner Diagonallinien ein Paar Ansätze (13b) aufweist.

8. Flachantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Speiseleitung (22) mindestens eine Stichleitung (23a, 23b) umfaßt.