DE69320859T2 - Flache, elliptisch polarisierte Antenne - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Antennenmatrix, wie sie in der Präambel von Anspruch 1 erklärt wird.
• Die Erfindung betrifft außerdem eine transportable Antenne, im besonderen, aber nicht ausschließlich, zur Verwendung mit einem satellitengestützten mobilen Nachrichtenübertragungssystem, wie beispielsweise MOBILESAT, das für Benutzer entwickelt worden ist, die in Gegenden außerhalb vorhandener Datenübertragungsinfrastrukturen zu tun haben.
• Solche transportablen Antennen sind unter anderem dazu gedacht, zusammen mit tragbaren Endgeräten, zum Beispiel mit Aktentaschen-Endgeräten, benutzt zu werden, die mit dem oben erwähnten satellitengestützten tragbaren Nachrichtenübertragungssystem verbunden sind, obgleich solche Antennen auch für stationäre Anwendungen benutzt werden können, die mit dem System in Verbindung stehen.
• Eine bekannte Antennenanordnung, die Eigenschaften besitzt, die für die Verwendung mit einem satellitengestützten tragbaren Nachrichtenübertragungssystem des oben erwähnten Typs geeignet sind, ist eine Spiralantenne, die einen einzelnen Leiter oder eine Vielzahl Leiter umfaßt, die von einer Basis ausgehend spiralförmig gewickelt sind. Ein Nachteil dieser bekannten Antenne besteht darin, daß ihre Form und Abmessungen so sind, daß die Antenne für tragbare Endgeräte, die eine kompakte Antenne benötigen, nicht geeignet ist.
• Eine andere bekannte Antennenanordnung ist eine Mikrostreifenleitungsantenne, die einen Streifen aus leitfähigem Material umfaßt, der in engem Kontakt mit einer Seite eines ebenen nichtleitenden Substrates steht, wobei sich auf der anderen Seite des Substrates eine als Dünnschicht ausgebildete Masse fläche befindet und wobei der leitfähige Streifen die Form einer langgestreckten Reihenmatrix miteinander verbundener Schleifen aufweist. Wenn auch diese letztgenannte bekannte Antenne die nachteilige Form und Abmessungen der Spiralantenne überwunden hat, so sind, weil die Massefläche und das nichtleitende Substrat in engem Kontakt stehen, die dielektrischen Eigenschaften des Substrates kritisch und bringen Entwicklungsprobleme mit sich.
• Noch ein weiterer Nachteil der letztgenannten bekannten Antenne besteht darin, daß sie mit einem angepaßten Lastwiderstand belastet werden muß und daß deshalb, wenn die Antenne im Abstrahlmodus arbeitet, ein Teil der Sendeleistung im Lastwiderstand umgesetzt wird und somit der Wirkungsgrad verringert wird.
• Eine weitere langgestreckte Reihenmatrix miteinander verbundener Schleifen, die mit einem angepaßten Lastwiderstand belastet wird, ist aus der US-Patentschrift 4 160 978 bekannt. Zusätzlich zu dem oben erwähnten Beispiel leidet die Reihenanordnung darunter, daß die elektrisch leitfähigen Teile nicht in Form paralleler Flächen ausgebildet werden können.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte flache, zirkular polarisierte Antenne bereitzustellen, die die Nachteile des vorstehend beschriebenen Standes der Technik überwindet.
• Gemäß der Erfindung wird dies durch ein Antennenanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht. Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung werden in den Unteransprüchen definiert.
• Damit die Erfindung einfach realisiert werden kann, werden jetzt Ausführungsformen derselben in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben, in welchen:
• Fig. 1 eine Draufsicht einer ersten Anordnung abstrahlender Leiter gemäß der Erfindung ist.
• Fig. 2 eine Draufsicht einer zweiten Anordnung abstrahlender Leiter gemäß der Erfindung ist.
• Fig. 3 eine, perspektivische Darstellung einer Antenne ist, die die in Fig. 1 gezeigte Leiteranordnung enthält.
• Bezugnehmend auf Fig. 1 umfaßt die Anordnung eine flächige Matrix aus vier seriell verbundenen vollständigen Schleifen 1, 2, 3 und 4 aus Draht oder aus anderem leitfähigen Material, obgleich verstanden werden sollte, daß die Matrix nicht unbedingt eben sein muß. Jede der Schleifen ist zu einer benachbarten Schleife um ungefähr 90º gedreht. Die Bogenlänge jeder Schleife entspricht ungefähr 1 Wellenlänge der Betriebsfrequenz der Antenne. Die. Schleifen 1, 2, 3 und 4 sind durch entsprechende lineare Leiter 5, 6 und 7 untereinander verbunden, wobei die Länge jedes linearen Leiters ungefähr 1/4 Wellenlänge der Betriebsfrequenz der Antenne entspricht. Jedes Ende der Schleifenmatrix schließt in einem Einspeisepunkt P beziehungsweise Q ab.
• Im Betrieb strahlt eine in Schleife 1 umlaufende Stromwelle eine elliptisch polarisierte Welle in zwei Richtungen ab, wobei jede Richtung senkrecht auf der Ebene steht, in welcher die flächige Antennenmatrix liegt. Schleife 2 gleicht Schleife 1 mit der Ausnahme, daß sie um ungefähr 90º gedreht ist. Der lineare Leiter 5 ist 1/4 Wellenlänge lang, und somit bewirkt die Kombination der Effekte der Wellenlänge von Schleife 1, der Wellenlänge des linearen Leiters 5 und der Drehung der Schleife 2 bezogen auf Schleife 1, daß die von Strahlung von Schleife 2 ungefähr phasengleich mit der Strahlung von Schleife 1 ist, wodurch die Strahlung in Richtung der Normalen zu der Ebene, in welcher die Matrix liegt, verstärkt wird. Dieses Verhalten setzt sich mit gleichen Kombinationseffekten der linearen Leiter 6 und 7 und der Schleifen 3 und 4 fort.
• Die oben beschriebene Matrix kann in einem vorgegebenen Abstand zu einer leitfähigen Massefläche angebracht werden, so daß die Strahlung von einer Seite reflektiert und zu der Strahlung von der entgegengesetzten Seite hinzugefügt wird.
• Vorzugsweise wird die Matrix aus Schleifen und verbindenden linearen Leitern auf einer Trägerplatte aus isolierendem Material angebracht und kann vorzugsweise die Form von Leiterbahnen auf einer Leiterplatte haben.
• Der Einspeisepunkt Q kann unverbunden bleiben, oder er kann mit einer geeigneten Impedanz abgeschlossen werden. Zum Beispiel soll der Fall betrachtet werden, wenn die Matrix von Fig. 1 benachbart zu einer Massefläche angebracht ist und wenn der Einspeisepunkt massebezogen angesteuert wird. Wenn der Einspeisepunkt Q mit einer Impedanz abgeschlossen wird, die ungefähr der charakteristischen Impedanz der Matrix über der Massefläche entspricht, ähnelt der Strom in den Leitern einer einzelnen Wanderwelle, und die Strahlung der Matrix wird näherungsweise zirkular polarisiert sein. Jede andere Abschlußimpedanz oder ein fehlender Abschluß bewirkt, daß ein Strom vom Einspeisepunkt Q reflektiert wird und daß der reflektierte Strom bezüglich des eingespeisten Stromes Strahlung mit entgegengesetzter Polarisation aussenden wird.
• In Fig. 2 ist eine symmetrische Version der Matrix dargestellt. Diese Matrix umfaßt zwei Teilschleifen 8 und 9 und vier vollständige Schleifen 10, 11, 12 und 13 und zwei Einspeisepunkte S und T, die zwei Abschnitte bilden, wobei ein Abschnitt die Teilschleife 8 und die vollständigen Schleifen 10 und 11 umfaßt, die im Einspeisepunkt T enden, und wobei der andere Abschnitt die Teilschleife 9 und die vollständigen Schleife 12 und 13 umfaßt, die im Einspeisepunkt S enden.
• Im Betrieb, wenn die Einspeisepunkte S und T symmetrisch angesteuert werden, so daß S und T mit Spannungen gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase angesteuert werden, verstärkt die Strahlung des mit dem Einspeisepunkt T verbundenen Abschnitts die Strahlung des Abschnitts der Matrix, der mit dem Einspeisepunkt S verbunden ist. Die umgekehrte Polarisation erhält man, wenn ein Spiegelbild oder die inverse Anordnung verwendet wird.
• Bezugnehmend auf Fig. 3 wird die Anordnung von Fig. 1 auf einem flächigen Substrat 14 aus isolierendem Material gehaltert. Eine leitfähige Massefläche 15 wird durch Abstandsstücken 16, 17 und 18 in einer vorgegebenen festen Abstandsbeziehung zum Substrat 14 gehalten.
• Bezugnehmend auf die verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen wird verständlich, daß die Form der Schleifen kreisförmig, quadratisch oder polygonartig sein kann und daß die verbindenden Leiter gerade oder gebogen sein können.
• Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf viele Besonderheiten beschrieben wurde, so ist doch verständlich, daß gleichwertige Teile verwendet werden können, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.

Claims (14)

1. Antennenmatrix zum Senden oder Empfangen eines Funksignals mit einer gegebenen Wellenlänge, wobei die Matrix eine vorgegebene Anzahl flächiger Schleifen (1, ..., 4, 8, ..., 13) umfaßt, die durch Verbindungsabschnitte (5, 6, 7) in Reihe geschaltet sind, wobei jede Schleife im wesentlichen symmetrisch zu einer Symmetrieachse ist, die durch die Mitte der Schleife und einen Punkt verläuft, in dem die Schleife mit einem Verbindungsabschnitt verbunden ist und eine Bogenlänge aufweist, die ungefähr der gegebenen Wellenlänge entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenmatrix eine schachbrettartige Anordnung bildet, wobei sich jede Schleife innerhalb eines Quadrates des Schachbrettes befindet und wobei zwei benachbarte Schleifen durch ein dazwischenliegendes Quadrat getrennt sind, dadurch, daß die Verbindungsabschnitte zwischen benachbarten Schleifen eine Länge von ungefähr einer Viertel Wellenlänge aufweisen und die Schleifen zwischen benachbarten Ecken solcher Quadrate verbinden, wobei die elektrische Länge von einem Punkt einer Schleife zu einem Punkt einer benachbarten Schleife, die mit dieser verbunden ist, für Punkte mit derselben Ausrichtung bezüglich der Zentren der entsprechenden Schleifen eine volle Wellenlänge beträgt, und dadurch, daß alle Schleifen und alle Verbindungsabschnitte innerhalb derselben Fläche liegen.

2. Antenne gemäß Anspruch 1, wobei mindestens eine, aber nicht alle Schleifen (8, 9) nur teilweise ausgeführt sind.

3. Antenne gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, zwei solcher Matrizen umfassend (11, 10, 8; 13, 12, 9)

4. Antenne gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei leitfähige Teile aus Draht sind.

5. Antenne gemäß Anspruch 4, wobei die Schleifen und die Verbindungsabschnitte jeder Matrix aus einer einzigen Länge des Drahtes gebildet sind.

6. Antenne gemäß Anspruch 1, wobei die Schleifen und die Verbindungsabschnitte elektrisch isoliert auf einem Trägermittel gehalten werden.

7. Antenne gemäß Anspruch 6, wobei das Trägermittel die Form einer ebenen Platte hat.

8. Antenne gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schleifen und die Verbindungsabschnitte aus einer Leiterbahn auf einer Leiterplatte (14) gebildet werden.

9. Antenne gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Ende jeder Matrix einen Einspeisepunkt (P, S, T) für das Signal bildet.

10. Antenne gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die symmetrischen Schleifen kreisförmig sind.

11. Antenne gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die symmetrischen Schleifen quadratisch oder rechteckig sind.

12. Antenne gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die symmetrischen Schleifen polygonförmig sind.

13. Antenne gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsabschnitte gerade sind.

14. Antenne gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ein leitfähige Grundfläche (15) enthaltend, die in einer vorgegebenen feststehenden Abstandsbeziehung (16, 17, 18) zu den Matrizen angeordnet ist.