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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Ringantenne
für zirkulär polarisierte Wellen
und insbesondere auf eine Ringantenne, die zur Verwendung in einer
Endgerätevorrichtung
für ein
Kommunikationssystem mit einer Mode zirkulär polarisierter Wellen geeignet
ist.
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STAND DER
TECHNIK
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Von
den Ringantennen für
zirkulär
polarisierte Wellen ist eine mit einer dünnen und niedrigen Konstruktion
als eine Antenne geeignet, die an Mobileinrichtungen wie etwa Kraftfahrzeugen
und Flugzeugen angebracht werden kann, da die durch die angebrachte
Antenne gebildeten Vorsprünge
offensichtlich nicht sichtbar sind, wobei es verschiedene Vorschläge für die zirkulär polarisierte
Antenne gegeben hat. Ein Beispiel ist eine "loop antenna having passive element,
B-104", die von
Hisamatsu Nakano und drei Koautoren auf der nationalen Frühjahrskonferenz
des Japan Electronic Information Communication Institute 1994 angekündigt wurde
und auf S. 2–104
beschrieben ist. Die oben erwähnte
Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen ist in den 5 bis 7 gezeigt,
wobei 6 eine C1-artige Ringantenne für zirkulär polarisierte Wellen als ein
erstes Beispiel veranschaulicht und 7 eine C2-artige Ringantenne
für zirkulär polarisierte
Wellen als ein zweites Beispiel veranschaulicht.
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5 ist
eine Aufrissansicht der Antenne für zirkulär polarisierte Wellen und 6 ist
eine Draufsicht der C1-artigen Ringantenne für zirkulär polarisierte Wellen.
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Die
C1-artige Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen besitzt ein koaxiales Speiseringelement 100,
das parallel zu einer Masseebene 105 angeordnet ist, und
ein passives Ringelement 101 mit einem größeren Durchmesser
als das koaxiale Speiseringelement 100, das über dem
koaxialen Speiseringelement 100 und parallel zu ihm angeordnet
ist und eine konzentrische Konfiguration zu ihm aufrecht erhält. Der
Zwischenraum zwischen der Masseebene 105 und dem koaxialen
Speiseringelement 100 ist als H1 angegeben
und der Zwischenraum zwischen der Masseebene 105 und dem
passiven Element 101 ist als Hp angegeben.
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In
der so konstruierten zirkulär
polarisierten Ringantenne wird das koaxiale Speiseringelement 100 so
gespeist, dass ein Ende des I-förmigen
Leiters 104, wie in 6 gezeigt
ist, mit dem koaxialen Speiseringelement 100 verbunden
ist, während
das andere Ende des I-förmigen
Leiters mit einem Speiseleiter 106 verbunden ist. Wie in 5 gezeigt
ist, ist der Speiseleiter 106 mit einem Mittelleiter einer Koaxialleitung 102 verbunden.
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Das
passive Ringelement 101 ist mit einem Unterbrechungsabschnitt 103 versehen;
wobei ein von dem Unterbrechungsabschnitt 103 und dem I-förmigen Leiter 104 gebildeter
Winkel und eine Länge
des Unterbrechungsabschnitts 103 als Φp bzw. Δg angegeben
sind.
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Sofern
der Winkel Φp so spezifiziert ist, dass er nahe bei +45° oder –135° liegt, wird
in diesem Fall durch die Wirkung des Unterbrechungsabschnitts 103 eine
linksdrehend zirkulär
polarisierte Welle ausgestrahlt; sofern der Winkel Φp nahe –45° oder +135° spezifiziert
ist, wird durch die Wirkung des Unterbrechungsabschnitts 103 eine
rechtsdrehend zirkulär polarisierte
Welle ausgestrahlt. Dort fließt
in dem koaxialen Speiseringelement 100 und in dem passiven Ringelement 101 ein
Strom einer praktisch fortschreitenden Welle. Wenn die Umfangslänge des
koaxialen Speiseringelements 100, C1 = 1λ, die Umfangslänge des
passiven Ringelements 101, C2 = 1,25λ, H1 =
0,0667λ,
Hp = 0,0792λ, Δg = 0,0104λ, Φp = ±42° oder 139° gegeben
sind, wobei λ die
Freiraumwellenlänge
ist, ist die Gewinn-Frequenz-Kennlinie der C1-artigen Ringantenne
für zirkulär polarisierte
Wellen in 3 als b gezeigt, während die
Achsenverhältnis-Frequenz-Kennlinie
der zirkulär
polarisierten Welle in 4 als b gezeigt ist.
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7 ist
eine Draufsicht der C2-artigen Ringantenne für zirkulär polarisierte Wellen. Die
C2-artige Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen besitzt das koaxiale Speiseringelement 100,
das parallel zu einer Masseebene 105 angeordnet ist, und
das passive Ringelement 101 mit einem größeren Durchmesser
als das koaxiale Speiseringelement 100, das über dem
koaxialen Speiseringelement 100 und parallel zu ihm angeordnet
ist und eine konzentrische Konfiguration zu ihm aufrecht erhält. Der
Zwischenraum zwischen der Masseebene 105 und dem koaxialen
Speiseringelement 100 ist als H1 angegeben und
der Zwischenraum zwischen der Masseebene 105 und dem passiven
Element 101 ist als Hp angegeben.
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In
der so konstruierten C2-artigen zirkulär polarisierten Antenne wird
das koaxiale Speiseringelement 100 so gespeist, dass ein
Ende des I-förmigen
Leiters 104, wie in 7 gezeigt
ist, mit dem koaxialen Speiseringelement 100 verbunden
ist, während
das andere Ende des I-förmigen
Leiters mit einem Speiseleiter 106 verbunden ist. Wie in 5 gezeigt
ist, ist der Speiseleiter 106 mit einem Mittelleiter der
Koaxialleitung 102 verbunden.
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Das
passive Ringelement 101 ist mit zwei Unterbrechungsabschnitten 103 versehen,
die einander gegenüberliegend
angeordnet sind; wobei ein von dem Unterbrechungsabschnitt 103 und
der Achse des I-förmigen
Leiters 104 gebildeter Winkel und die Länge des Unterbrechungsabschnitts 103 als Φp bzw. Δg
angegeben sind.
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Sofern
der Winkel Φp so spezifiziert ist, dass er nahe bei +45° und –135° liegt, wird
in diesem Fall durch die Wirkung des Unterbrechungsabschnitts 103 eine
linksdrehend zirkulär
polarisierte Welle ausgestrahlt; sofern der Winkel Φp nahe –45° oder +135° spezifiziert
ist, wird durch die Wirkung des Unterbrechungsabschnitts 103 eine
rechtsdrehend zirkulär polarisierte
Welle ausgestrahlt. Dort fließt
in dem koaxialen Speiseringelement 100 und in dem passiven Ringelement 100 ein
Strom einer praktisch fortschreitenden Welle, während in dem passiven Ringelement 101 ein
Strom einer stehenden Welle fließt.
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Wenn
die Umfangslänge
des koaxialen Speiseringelements 100, C1 = 1λ, die Umfangslänge des passiven
Ringelements 101, C2 = 1,25λ, H1 = 0,0667λ, Hp = 0,1λ, Δg = 0,01042λ, Φp = ±23°, –113° oder –23°, +113° gegeben
sind, wobei λ die
Freiraumwellenlänge
ist, ist die Gewinn-Frequenz-Kennlinie in 3 als c
gezeigt, während
die Achsenverhältnis-Frequenz-Kennlinie
der zirkulär
polarisierten Welle in 4 als c gezeigt ist.
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Allerdings
ist die Frequenzbandbreite, in der ein spezifischer Gewinn erzeugt
wird, in der herkömmlichen
Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen, wie in 3 und 4 gezeigt
ist, schmal und die Frequenzbandbreite, in der das Achsenverhältnis der
zirkulär
polarisierten Welle von 3,0 dB oder weniger gegeben ist, so schmal
wie etwa 1,2%, was ein Problem darstellt.
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Ferner
benötigt
die herkömmliche
zwei Ringelemente des koaxialen Speiserings und des passiven Rings,
was die Konstruktion kompliziert macht und ein weiteres Problem
stellt.
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Somit
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ringantenne
für zirkulär polarisierte Wellen
zu schaffen, die die Frequenzbandbreite, in der ein spezifischer
Gewinn und eine spezifische Achsenverhältnis-Frequenz-Kennlinie für zirkulär polarisierte
Wellen erreicht werden, verbreitern kann, wobei eine weitere Aufgabe
die Schaffung einer einfach konstruierten Ringantenne für zirkulär polarisierte
Wellen ist.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Angesichts
der vorstehenden Aufgabe umfasst die Ringantenne für zirkulär polarisierte
Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung alle in Anspruch 1 dargelegten Merkmale.
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In
der vorstehenden Ringantenne für
zirkulär polarisierte
Wellen ist der Winkel, den der in dem C-artigen Ringelement vorgesehene
Unterbrechungsabschnitt und der I-förmige Leiter bilden, als etwa ±35° bis etwa ±45° oder als
etwa ±135° bis etwa ±145° spezifiziert;
ist die Umfangslänge
des C-artigen Ringelements als etwa 1,0λ bis etwa 1,5λ spezifiziert,
ist der Zwischenraum zwischen dem C-artigen Ringelement und der
Masseebene als etwa 0,05λ bis etwa
0,26λ spezifiziert,
ist die Länge
des I-förmigen Leiters
als etwa 0λ bis
etwa 0,47λ spezifiziert,
wobei die Freiraumwellenlänge
als λ gegeben
ist.
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Da
eine Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung durch ein Ringelement gebildet sein kann, ist die Konstruktion einfacher
und kann die zirkulär
polarisierte Ringantenne außerdem
in einer kleinen und niedrigen Konstruktion hergestellt sein; womit
sie für
eine in Mobileinrichtungen eingebaute BS- oder GPS-Antenne geeignet
ist.
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Da
die Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen durch eine Koaxialein speisung gespeist werden
kann, kann der Einspeisungsverlust verringert werden, sodass die
Ringantenne schwer durch die Bedingungen, die die Einspeisung umgeben,
zu beeinflussen ist.
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Da
die Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung ferner eine breite Frequenzkennlinie gegenüber dem
Achsenverhältnis
der zirkular polarisierten Wellen und eine breite Gewinn-Frequenz-Kennlinie mit einem hohen
Gewinn besitzt, kann sie als eine gemeinsam genutzte Antenne in
einem Kommunikationssystem verwendet werden, die mehrere Moden zirkulär polarisierter
Wellen mit verschiedenen Frequenzen sendet. Da sie eine breite Antenneneingangsimpedanz-Frequenz-Kennlinie
besitzt, kann der Herstellungsprozess einfacher sein, wodurch die
Herstellungskosten gesenkt werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Konstruktion einer Ausführungsform
der Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, 2 ist eine Aufrissansicht und
eine Draufsicht, die eine Konstruktion einer Ausführungsform
der Ringantenne für
zirkulär polarisierte
Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, 3 ist ein Diagramm, das eine
Gewinn-Frequenz-Kennlinie der Ringantenne für zirkulär polarisierte Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung und gemäß der herkömmlichen
Konstruktion zeigt, 4 ist ein Diagramm, das eine
Achsenverhältnis-Frequenz-Kennlinie
für zirkulär polarisierte Wellen
der Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung und gemäß der herkömmlichen
Konstruktion zeigt, 5 ist eine Aufrissansicht, die
ein Beispiel einer Konstruktion der herkömmlichen Ringantenne für zirkulär polarisierte Wellen
zeigt, 6 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer
Konstruktion der herkömmlichen
Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen zeigt, und 7 ist eine
Draufsicht, die ein weiteres Beispiel einer Konstruktion der herkömmlichen
Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen zeigt.
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BESTE AUSFÜHRUNGSART
DER ERFINDUNG
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Konstruktion einer Ausfüh rungsform
der Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. In dieser Figur ist 1 ein C-artiges Ringelement
mit einem ausgebildeten Unterbrechungsabschnitt 6, ist 2 ein
I-förmiger
Leiter, dessen eines Ende mit dem C-artigen Ringelement 1 verbunden
ist und dessen anderes Ende als ein Speisepunkt 5 dient,
ist 3 eine Masseebene, die parallel zu dem C-artigen Ringelement 1 ist,
ist 4 eine Koaxialleitung zum Senden einer Leistung, die
in das C-artige Ringelement eingespeist wird, und ist 7 eine Speiseleitung,
deren eines Ende mit dem Speisepunkt 5 verbunden ist und
deren anderes Ende mit dem Mittelleiter der Koaxialleitung 4 verbunden
ist.
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Die
Draufsicht der Ringantenne für
zirkulär polarisierte
Wellen ist in 2(a) gezeigt und die Aufrissansicht
ist in 2(b) gezeigt.
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Wie
in 2 gezeigt ist, ist das vordere Ende der Speiseleitung 7 mit
dem Speisepunkt 5 des anderen Endes des I-förmigen Leiters 2 verbunden,
wodurch das C-artige Ringelement 1 durch die Koaxialleitung 4 gespeist
wird. Das andere Ende der Speiseleitung 7 ist mit dem Mittelleiter
der Koaxialleitung 4 verbunden.
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Somit
strahlt das C-artige Ringelement 1, wenn es gespeist wird,
durch die Wirkung des Unterbrechungsabschnitts 6 zirkulär polarisierte
Wellen aus.
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Der
Zwischenraum zwischen der Masseebene 3 und dem C-artigen
Ringelement 1 ist hier als h angegeben, während der
durch die Achse des I-förmigen
Leiters 2 und den Unterbrechungsabschnitt 6 gebildete
Winkel als Φa, die Länge
des Unterbrechungsabschnitts 6 als Δg, die Länge des I-förmigen Leiters als l und die
Umfangslänge
des C-artigen Ringelements 1, obgleich dies nicht veranschaulicht
ist, als c angegeben sind.
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Nachfolgend
werden in 3 und 4 unter
der Annahme, dass die Frequenz 11,85 [GHz], die Freiraumwellenlänge λ und c =
1,31λ, h
= 0,15λ, Φa = 320°,
l = 0,208λ, Δg = 0,018λ gegeben
sind, die Gewinn-Frequenz-Kennlinie
und die Achsenverhältnis-Frequenz-Kennlinie
der zirkulär
polarisierten Wellen gezeigt.
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Die
Gewinnkennlinie der Ringantenne für zirkulär polarisierte Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung ist wie in 3 gezeigt, wobei sie über einen breiten
Frequenzbereich von 8% einen hohen Gewinn von etwa 8,6 [dBi] angibt.
Die Achsenverhältniskennlinie
der Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung ist wie in 4 gezeigt, wobei sie einen breiten
Frequenzbereich von etwa 6,1% angibt, in dem das Achsenverhältnis der
zirkulär
polarisierten Welle von 3,0 dB oder weniger erreicht wird.
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Somit
kann die zirkulär
polarisierte Ringantenne gemäß der vorliegenden
Erfindung den Frequenzbereich, in dem das Achsenverhältnis der
zirkulär
polarisierten Welle von 3,0 dB oder weniger erreicht wird, im Vergleich
zur herkömmlichen
um das Fünffache
verbreitern und den Gewinn über
einen breiten Frequenzbereich wie in 3 gezeigt
hoch machen; somit kann das eine Stück der Ringantenne für zirkulär polarisierte
Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung Antennen in einem Kommunikationssystem ersetzen, die in
einem Frequenzbereich, der höher
als das L-Band ist, mehrere Moden zirkulär polarisierter Wellen mit
verschiedenen Frequenzen senden.
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Insbesondere
ist die Ringantenne für
zirkulär polarisierte
Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung, da sie klein und niedrig gemacht werden kann, für die Anwendung
als eine in Mobileinrichtungen eingebaute GPS- oder BS-Antenne geeignet.
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Der
Zwischenraum h zwischen der Masseebene 3 und dem C-artigen
Ringelement 1 kann im Bereich von etwa 0,05λ bis 0,26λ eingestellt
werden, der durch die Achse des I-förmigen Leiters 2 und
den Unterbrechungsabschnitt 6 gebildete Winkel Φa kann im Bereich von etwa 315° bis etwa
325° eingestellt werden,
die Länge Δg des Unterbrechungsabschnitts 6 kann
im Bereich von 0,01λ bis
etwa 0,02λ eingestellt
werden, die Länge
l des I-förmigen
Leiters kann im Bereich von etwa 0λ bis etwa 0,47λ eingestellt werden
und die Umfangslänge
c des C-artigen Ringelements 1 kann im Bereich von etwa
1,0λ bis
etwa 1,5λ eingestellt
werden.
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In
der vorstehenden Beschreibung war der Winkel Φa im
Bereich von etwa 315° bis
etwa 325° spezifiziert;
allerdings erzeugt das Ausbilden des Unterbrechungsabschnitts 6 an
der zu dem obigen Winkel entgegengesetzten Stelle, etwa 135° bis etwa 145°, ebenfalls
eine Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen mit den oben beschriebenen Kennlinien. Außerdem braucht
zur Herstellung einer Ringantenne für zirkulär polarisierte Wellen einer
umgekehrt drehenden Mode der durch den Unterbrechungsabschnitt 6 gebildete
Winkel Φa, der in dem C-artigen Ringelement 1 und
in dem I-förmigen
Teil 2 vorgesehen ist, lediglich etwa 35° bis etwa
45° (etwa
215° bis etwa
225°) zu
sein. Das heißt,
es ist ausreichend, den Winkel Φa in der Ringantenne für zirkulär polarisierte Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung auf ±35° bis ±45° oder ±135° bis ±145° einzustellen.
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Da
die Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung eine breite Antenneneingangsimpedanz-Frequenz-Charakteristik
besitzt, die wenigstens 1,5-mal breiter als die herkömmliche
ist, können
die Abmessungstoleranzen an einer Fertigungsstraße und die Toleranzen der charakteristischen
Dispersionen der Werkstoffe im Gebrauch breiter eingestellt werden.
Somit kann der Herstellungsprozess einfacher sein, was zur Senkung
der Produktionskosten führt.
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Dadurch,
dass die Ringantenne für
zirkulär polarisierte
Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung wie in 1 und 2 durch
die Koaxialleitung 4 gespeist wird, kann sie die Speiseverluste
senken und schwer durch die Umgebungsbedingungen der Koaxialleitung 4 beeinflusst
werden, wodurch die intrinsische Eigenschaft der Ringantenne für zirkulär polarisierte
Wellen aufrechterhalten wird.
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Die
Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen kann so hergestellt werden, dass das C-artige Ringelement 1 durch
Mikrostreifenleiter auf einem dielektrischen Substrat ausgebildet
wird; allerdings kann sie ebenfalls dadurch hergestellt werden,
dass das dielektrische Material durch ein geschäumtes Material ersetzt wird,
das kaum eine dielektrische Funktion ausübt.
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Ferner
werden in einen zylindrischen Hohlraum oder in einen geraden Wellenleiter
entlang der Längsrichtung
mehrere kleine Bohrungen gebohrt, wobei die Speiseleitungen der
Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung in jede der Bohrungen eingeführt werden, wodurch mehrere
der Ringantennen für
zirkulär
polarisierte Wellen gespeist werden können. Durch diese Konstruktion
kann eine Antennengruppe gebildet werden, die einen höheren Gewinn
erzeugt.
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Außerdem kann
dadurch, dass in einem radialen Wellenleiter mehrere Ringantennen
für zirkulär polarisierte
Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehen werden, eine flache Antennengruppe mit hohem
Gewinn ausgebildet werden.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Da
die Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung wie oben beschrieben durch ein Ringelement hergestellt
sein kann, ist die Konstruktion einfacher und kann die zirkulär polarisierte
Ringantenne ebenfalls klein und niedrig hergestellt werden; wobei
sie somit für
eine in Mobileinrichtungen eingebaute BS- oder GPS-Antenne geeignet
ist.
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Da
die Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen durch eine Koaxialeinspeisung gespeist werden
kann, kann der Einspeisungsverlust gesenkt werden, was die Ringantenne
schwer durch die Bedingungen, die die Einspeisung umgeben, zu beeinflussen
macht, wodurch die intrinsische Eigenschaft der Ringantenne aufrechterhalten
wird.
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Da
die Ringantenne für
zirkulär
polarisierte Wellen gemäß der vorliegenden
Erfindung eine breite Frequenzcharakteristik in Abhängigkeit
von dem Achsenverhältnis
der zirkulär
polarisierten Welle und eine breite Gewinn-Frequenz-Charakteristik
mit einem hohen Gewinn besitzt, kann sie ferner als gemeinsam genutzte
Antenne in einem Kommunikationssystem verwendet werden, die mehrere
Moden zirkulär
polarisierter Wellen mit verschiedenen Frequenzen aussendet. Da
sie eine breite Antenneneingangsimpedanz-Frequenz-Charakteristik
besitzt, kann der Herstellungsprozess einfacher sein, wodurch die
Produktionskosten gesenkt werden.