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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kommunikation
und betrifft im spezielleren die Impedanzanpassung und die Einstellung einer
Mehrfachresonanzfrequenz einer zirkularpolarisierten Flachantenne,
die für
die Satellitenkommunikation verwendet wird. Ferner bezieht sich
die vorliegende Erfindung auf ein tragbares Radio, das eine zirkularpolarisierte
Flachantenne verwendet.
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Das
Konzept eines tragbaren Mobiltelefons, das von Satelliten Gebrauch
macht, ist in jüngerer Zeit
von verschiedenen Firmen vorgeschlagen worden. Im Hinblick auf die
für das
tragbare Mobiltelefon verwendeten Frequenzbänder wird den Aufwärtsstrecken-Kommunikationen
von einem am Boden befindlichen tragbaren Mobiltelefon zu einem
Kommunikationssatelliten ein Frequenzband von 1,6 GHz zugewiesen,
und den Abwärtsstrecken-Kommunikationen
von dem Kommunikationssatelliten zu dem am Boden befindlichen tragbaren
Mobiltelefon wird ein Frequenzband von 2,4 GHz zugewiesen.
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Das
Frequenzband mit 1,6 GHz wird auch bidirektionalen Kommunikationen
zwischen Bodenstationen und dem Kommunikationssatelliten zugewiesen.
Bei den Kommunikationen werden üblicherweise
zirkularpolarisierte Wellen verwendet, um die Qualität einer
Kommunikationsschaltung zu gewährleisten.
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Es
ist bereits eine Flachantenne in tatsächlichem Gebrauch, die eine
Funkwelle (z.B. eine zirkularpolarisierte, rechtsdrehende Welle
mit 1,5 GHz) empfängt,
die von einem GPS-(Global Positioning Satellite)Satelliten übertragen
wird. Bei der Flachantenne handelt es sich um eine Mikrostreifen-Antenne (MSA)
mit rückwärtigem Anschluß an einem
Punkt, die eine plattenartige dielektrische Substanz, einen Flächenleiter
(d.h. ein Strahlungselement), der auf der einen Seite der plattenartigen
dielektrischen Substanz vorgesehen ist, sowie einen Erdungsleiter
aufweist, der auf der anderen Seite der plattenartigen dielektrischen
Substanz vorgesehen ist.
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5 zeigt
eine Darstellung zur Erläuterung einer
bestehenden Mikrostreifen-Antenne (MSA) 21 mit rückwärtigem Anschluß an einem
Punkt bei Betrachtung direkt von oben, wobei ein flächig ausgebildeter
Leiter 21b eine Rechteck-Quaderform aufweist. Unter Bezeichnung
der Länge
der längeren
Seiten PO und QR des Flächenleiters 21b mit
L und der Länge
der kürzeren
Seiten PQ und OR des Flächenleiters 21b mit
S ist der Leiter derart ausgebildet, daß die Relation 100 × L/S =
etwa 102 % bis 103 % beträgt.
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Die
längeren
Seiten PO und QR erzeugen Resonanz bei relativ niedrigen Frequenzen
und zeigen eine ellipsenförmig
polarisierte Welle. Im Gegensatz dazu erzeugen die kürzeren Seiten
PQ und OR Resonanz bei vergleichsweise höheren Frequenzen und zeigen
eine weitere ellipsenförmig
polarisierte Welle, die zu der vorstehend beschriebenen ellipsenförmig polarisierten
Welle orthogonal ist. Der Flächenleiter
wirkt zwischen den vorstehend genannten Frequenzen als Zirkularpolarisations-Antenne.
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Zum
Anschließen
einer elektrischen Anschlußleitung
mit einer charakteristischen Impedanz von 50 Ohm mittels eines Anschlußstifts 21a (von hinten)
wird die Impedanz der elektrischen Anschlußleitung an die des Anschlußstifts
angepaßt,
indem die Position des Anschlußstifts 21a eingestellt
wird. Genauer gesagt ist es bekannt, daß es lediglich notwendig ist,
den Anschlußstift 21a in
einer beliebigen Position entlang von im wesentlichen diagonalen
Linien eines Quadrats anzuordnen.
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Es
ist bereits ein die MSA 21 bildendes dielektrisches Substrat 21c in
Gebrauch, und zwar in Form eines dielektrischen Substrats mit einer
dielektrischen Konstante von etwa 20, einer Dicke von 4 mm bis 6
mm und einer Größe von etwa
25 mm. Ein GPS benötigt
eine sehr schmale Bandbreite in der Größenordnung von etwa 1 MHz.
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Da
im Gegensatz dazu ein tragbares Satellitenfunktelefon die Übertragung
und den Empfang eines Signals in einer vergleichsweise breiteren
Bandbreite in der Größenordnung
von etwa 10 MHz vornimmt, muß die
Dicke des dielektrischen Substrats 21c erhöht werden,
um dadurch die Bandbreite vergleichsweise breiter zu machen. Bei
einem System, das einen Satelliten auf einer niedrigen Umlaufbahn verwendet,
besteht ferner die Notwendigkeit, die Verstärkung einer Antenne bei einem
geringen Elevationswinkel zu gewährleisten.
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In
einem Fall, in dem das dielektrische Substrat vergrößert ist
(so daß es
etwa doppelt so dick wie eine bestehende GPS-Mikrostreifen-Antenne wird),
ist es jedoch im Hinblick auf eine Verbesserung der Eigenschaften
der Antenne in einer Bandbreite oder bei einem geringen Elevationswinkel
schwierig, daß ein
rechteckiger Flächenleiter
gleichzeitig die Anforderungen hinsichtlich einer Mehrfachresonanzfrequenz
sowie einer Impedanzanpassung erfüllt.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung löst
das vorstehend genannte Problem mit einer Mikrostreifen-Flachantenne,
wie sie im Anspruch 1 angegeben ist, sowie mit einem tragbaren Radio,
wie es im Anspruch 4 angegeben ist.
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Eine
Mikrostreifen-Flachantenne gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist aus dem Patentdokument WO-A1-9740548 (vgl. 1,
Antenne 1) bekannt.
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Ein
tragbares Radio gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 4 ist aus dem gleichen Patentdokument (vgl. 8) bekannt.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Mikrostreifen-Flachantenne mit rückwärtigem Anschluß an einem
Punkt gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von oben;
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2A und 2B Smith-Diagramme
zur Erläuterung
von Meßbeispielen
der Mikrostreifen-Flachantenne gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
der Mikrostreifen-Flachantenne
gemäß der vorliegenden
Erfindung bei Verwendung von dieser in Kombination mit einer wendelförmigen Antenne mit
vier Drähten;
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4 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
eines tragbaren Radios, das die in 3 dargestellte
Antenne aufweist; und
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5 eine
Draufsicht zur Erläuterung
einer herkömmlichen
Mikrostreifen-Flachantenne mit rückwärtiger Zufuhr
bei Betrachtung von oben.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt
eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Konfiguration einer
Flachantenne gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine
Mikrostreifen-Flachantenne (MSA); 1a bezeichnet einen Anschlußstift; 1b bezeichnet
einen Flächenleiter;
und 1c bezeichnet ein dielektrisches Substrat. Ein nicht
dargestellter Erdungsleiter ist mit der rückwärtigen Seite des dielektrischen
Substrats 1c verbunden, und der Anschlußstift 1b ist von der
Rückseite
her durch eine in dem Erdungsleiter ausgebildete Durchgangsöffnung in
berührungsfreier Weise
hindurchgeführt
und mit einem Anschlußpunkt H
des Flächenleiters 1b verbunden.
Eine erste Seite des Flächenleiters 1b bildet
die Seite AB, und eine zweite Seite von diesem bildet die Seite
BC. Eine dritte Seite des Flächenleiters 1b bildet
die Seite CD, und eine vierte Seite von diesem bildet die Seite
DA.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird zu Beginn ein Rechteck EBFD gebildet, und ein Schnittpunkt
der diagonalen Linie EF und der diagonalen Linie BD wird mit G bezeichnet. Der
Punkt H wird als Anschlußpunkt
entlang des Liniensegments EG plaziert, um eine zirkularpolarisierte rechtsdrehende
Welle zu erzeugen. Außerdem
ist im Hinblick auf eine Vereinfachung der Einstellung einer Mehrfachresonanzfrequenz
sowie der Impedanzanpassung die Seite EB auf die Seite A verlängert, und die
Seite BF ist auf die Seite B verlängert (wobei AB ≠ BC ist).
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Als
Ergebnis der Verlängerung
dieser Seiten werden die Seiten CD und DA zu schrägen Linien. Somit
nehmen die möglichen
Distanzen von dem Anschlußpunkt
H bis zu den Seiten zu. Kurz gesagt, es wird auch die Bandbreite
des Flächenleiters 1b vergrößert, und
die Bedingungen für
die Impedanzanpassung, die durch die Distanzen von dem Anschlußpunkt H
zu den Seiten bestimmt werden, werden weniger streng. 2 veranschaulicht ein Meßbeispiel der
Mikrostreifen-Flachantenne 1.
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Hierbei
veranschaulichen die 2A und 2B Meßbeispiele
bei einem trapezförmigen
Flächenleiter,
der durch die Punkte ABFD dargestellt ist und aus einer Verlängerung
der Seite EB des in 1 dargestellten und mit EBFD
bezeichneten Rechtecks resultiert. 2A zeigt
ein Smith-Diagramm, das man in einem Fall erhält, in dem die Verlängerung
(d.h. die Seite AE) des Flächenleiters
eine Länge
von 1,5 mm aufweist, während 2B ein Smith-Diagramm
darstellt, das man in einem Fall erhält, in dem die Verlängerung
(d.h. die Seite AE) eine Länge
von 2,0 mm aufweist.
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Unter
der Annahme, daß die
Seiten AB, BC, CD und DA des Flächenleiters
eine Länge
von 20 mm, 19 mm, 18,6 mm bzw. 17,04 mm aufweisen, sowie unter der
weiteren Annahme, daß das
dielektrische Substrat 1c eine Dicke von 12 mm, eine dielektrische
Konstante von etwa 20 und eine äußere Größe von 28
mm × 28
mm aufweist, werden der Flächenleiter 1b und
eine wendelförmige
Antenne 2 in Kombination verwendet, wie dies in 3 dargestellt ist.
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3 zeigt
einen Erdungsleiter 4, wobei die wendelförmige Antenne 2 in
Koaxialrichtung mit einem unteren Bereich des Erdungsleiters 4 verbunden
ist. Die wendel förmige
Antenne 2 weist einen Acrylzylinder (oder einen dielektrischen
Pol) mit einem Durchmesser von 30 mm und vier Kupferfolienbänder (oder
Linearstrahlungselemente) 2b auf, die eine Breite von 4,5
mm besitzen und über
eine Höhe von
134 mm und um 180° wendelförmig auf
die Oberfläche
des Acrylzylinders gewickelt sind; die Kupferfolienbänder 2b sind
an dem unteren Ende des Acrylzylinders einander gegenüberstehend
angeordnet und mittels ummantelter Drähte elektrisch miteinander
verbunden.
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Die
Kreuzung zwischen den ummantelten Drähten an dem unteren Ende des
Acrylzylinders führt
zu keiner Gleichstrom-Kopplung. Obwohl die Mikrostreifen-Flachantenne 1 an
dem oberen Ende des Acrylzylinders 2a angebracht ist, sind
die Kupferfolienbänder 2b,
die als linearpolarisierte, wendelförmige Strahlungselemente dienen,
nicht direkt mit dem Erdungsleiter 4 verbunden.
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Zwischen
dem Erdungsleiter 4 und den Kupferfolienbändern 2b befindet
sich ein Randbereich (ein Leiter) 2d mit einer Breite von
etwa 7 mm, wobei dieser mit den wendelförmigen Strahlungselementen elektrisch
verbunden ist. Ein Koaxialkabel (oder ein Signalübertragungsweg) 6 ist
mit dem Anschlußstift 1a,
der durch eine in dem Erdungsleiter 4 ausgebildete Durchgangsöffnung 4a hindurchgeführt ist, über das
Innere des Acrylzylinders 2a verbunden, um dadurch dem
Flächenleiter 1b elektrische
Energie zuzuführen.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist
die Verstärkung
der Antenne bei geringem Elevationswinkel im Vergleich zu der Verstärkung einer
Antenne, die nur die Mikrostreifen-Flachantenne 1 verwendet,
verbessert. Es wird eine Antenne gebildet, die im wesentlichen in
jeder Richtung von einem geringen Elevationswinkel bis zum Zenith
eine gleichmäßige Richtwirkung
sowie ein verbessertes Achsenverhältnis aufweist.
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4 zeigt
ein tragbares Radio (oder ein tragbares Mobiltelefon), das die in 3 dargestellte Antenne
aufweist. Die wendelförmige
Antenne 2 ist über
einen Antennenabstützzylinder 13 abgestützt und
in Längsrichtung
von einem tragbaren Radio 11 beabstandet, wobei zwischen
diesen ein Kommunikationsbereich 13a vorgesehen ist.
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Bei
dem tragbaren Radio 11 bezeichnet das Bezugszeichen 11a einen
Empfangsbereich; 11b bezeichnet eine Anzeige; 11c bezeichnet
einen Betriebsbereich; und 11d bezeichnet einen Sendebereich.
Als Ergebnis davon, daß das
tragbare Radio die in 3 dargestellte Antenne aufweist,
wird es dem tragbaren Radio ermöglicht,
unter Verwendung einer einzigen Antenne mit einem Satelliten auf
einer niedrigen Umlaufbahn in Zenithrichtung eine Kommunikation
herzustellen.
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Wie
vorstehend beschrieben, ermöglicht
die vorliegende Erfindung selbst bei Ausbildung eines als Strahlungselement
zu verwendenden Flächenleiters
auf einem dielektrischen Substrat mit einer vergleichsweise großen Dicke
die gleichzeitige Erfüllung der
Bedingungen hinsichtlich der Einstellung einer gewünschten
Mehrfachresonanzfrequenz sowie der Impedanzanpassung zwischen einer
Anschlußleitung
und einem Anschlußstift.
Ferner versteht es sich von selbst, daß die vorliegende Erfindung
auch bei einer Antenne Anwendung finden kann, die ein dielektrisches
Substrat mit einer vergleichsweise geringen Dicke aufweist, wie
z.B. im Fall eines herkömmlichen
dielektrischen Substrats. Bei einer Flachantenne, die eine hohe
dielektrische Konstante aufweist und ein hohes Maß an dimensionmäßiger Genauigkeit
für einen
Flächenleiter
benötigt,
erzielt die vorliegende Erfindung ausgesprochen gute Effekte.