DE69914528T2

DE69914528T2 - Monopolantenne

Info

Publication number: DE69914528T2
Application number: DE69914528T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Moriguchi-shi Yamamoto; Toshimitsu Katano-shi Matsuyoshi; Koichi Hirakata-shi Ogawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1998-06-04
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2019-06-02
Also published as: EP0963004A3; CN1244053A; CN1196230C; DE69914528D1; EP0963004A2; US6188366B1; EP0963004B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Monopolantenne, die hauptsächlich für die Mobilkommunikation verwendet wird, und insbesondere eine Monopolantenne, die sich als Antenne für eine Basisstation eignet.
Aus US-A-4 201 989 ist eine Breitbandantenne mit frequenzabhängiger Ferritkerninduktivität bekannt. Die magnetische Permeabilität des Ferritkerns ist umgekehrt proportional zu der Frequenz, um die Impedanz über einen Bereich von Frequenzen hinweg auf einen gewünschten Wert einzustellen. Die Spule verbindet ein Ende eines Strahlungselements mit einer kreisförmigen Oberkapazitätsmetallscheibe, die an dem Ende des Strahlungselements angebracht ist.
US-A-5 568 157 beschreibt eine Antenne mit niedrigem Profil für zweierlei Zwecke zur gleichzeitigen UHF- und LF-Benutzung mit zwei koplanaren Antennenelementen, von denen eines kreisförmig ist und das andere ein konzentrischer Kreisring ist, der durch ein Dielektrikum davon getrennt ist, sowie mit einem dritten linearen Antennenelement, das sich von der Mitte des kreisförmigen Elements erstreckt.
20 zeigt eine herkömmliche Monopolantenne mit einem Antennenelement, das elektromagnetische Wellen bei zwei Frequenzen erregt. In 20 bedeutet die Bezugszahl 91 einen plattenförmigen Erdleiter, die Bezugszahl 92 einen in der Mitte des Erdleiters 91 befindlichen Stromzuführungsteil und die Bezugszahl 93 ist ein Antennenelement, das aus einem linearen Leiter besteht. Das Antennenelement 93 weist in seiner Mitte eine Spule 93a auf und ein Ende des Antennenelements 93 ist elektrisch mit dem Stromzuführungsteil 92 verbunden, der sich in der Mitte des Erdleiters 91 befindet, sodaß er senkrecht auf dem Erdleiter 91 steht.
In dem Antennenelement 93 werden elektromagnetische Wellen mit niedriger Frequenz in dem gesamten Antennenelement erregt und aufgrund der zentralen Spule 93a werden elektromagnetische Wellen mit derselben Phase, aber höherer Frequenz, Ober- und unterhalb der Spule 93a erregt. Somit kann man eine Zweifrequenz-Monopolantenne, die bei verschiedenen Frequenzen oszilliert, erhalten.
Bei dieser herkömmlichen Monopolantenne muß die Höhe des Antennenelements 93 jedoch mindestens 1/4 der Wellenlänge bei der niedrigeren Erregungsfrequenz oder mindestens 3/4 der Wellenlänge bei der höheren Erregungsfrequenz betragen, sodaß das Antennenelement 93 relativ hoch und die Miniaturisierung schwierig wird. Außerdem ist es strukturell unmöglich, elektromagnetische Wellen zu erregen, deren Frequenzen nahe beieinander liegen, sodaß die Frequenzen, die erregt werden können, begrenzt sind. In der Praxis ist ein Betrieb von bis zu zwei Frequenzen möglich.
Wenn diese herkömmliche Monopolantenne zum Beispiel an der Decke eines Zimmers installiert wird, ist es außerdem vorzuziehen, daß die Antenne mit dem Kopf nach unten dem Boden zugewandt installiert wird, sodaß das Antennenelement 93 dem Raum zugewandt ist, in den die elektromagnetischen Wellen eingestrahlt werden, um die Strahlungseffizienz der Antenne zu verbessern. In diesem Fall ist es vorzuziehen, daß keine Objekte die Übertragung zwischen dem Antennenelement 93 und dem Strahlungsraum behindern und daß ein Sichtkontakt zwischen dem Antennenelement 93 und dem gesamten Strahlungsraum hergestellt werden kann. Darüber hinaus werden Monopolantennen benötigt, die so installiert werden können, daß sie kaum bemerkbar sind, wenn jedoch eine herkömmliche Monopolantenne mit einem aus der Decke hervorstehenden Antennenelement 93 verwendet wird, wird ihre optische Erscheinung unangenehm, da das Antennenelement 93 relativ lang ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Monopolantenne mit einer einfachen Konfiguration, die bei mehreren Frequenzen betrieben werden kann und klein ist.
Eine Monopolantenne gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Erdleiter, einen Stromzuführungsteil, der sich auf einer Oberfläche des Erdleiters befindet, einen linearen Leiter mit einem ersten Ende, das mit dem Stromzuführungsteil verbunden ist, und einem zweiten Ende, einen planaren Leiter, der mit dem zweiten Ende des linearen Leiters verbunden ist, und einen ringförmigen Leiter, dessen innerer Rand über eine Antiresonanzschaltung mit einem äußeren Rand des planaren Leiters verbunden ist. Gemäß dieser ersten Konfiguration einer Monopolantenne wird durch Einstellen der Resonanzfrequenz der Antiresonanzschaltung auf f₁ die Impedanz der Antiresonanzschaltung bei der Frequenz f₁ hoch und der planare Leiter und der ringförmige Leiter werden elektrisch voneinander blockiert, sodaß das den linearen Leiter und den planaren Leiter umfassende System mit der ersten Frequenz f₁ und das sich von dem linearen Leiter zu dem ringförmigen Leiter erstreckende System mit einer zweiten Frequenz f₂ erregt werden kann. Wenn der planare Leiter senkrecht zu dem linearen Leiter verbunden wird und der ringförmige Leiter in derselben Ebene wie der planare Leiter angeordnet wird, kann die Höhe des Teils der Antenne, der den linearen Leiter, den planaren Leiter und den ringförmigen Leiter enthält, vermindert werden. Mit dieser ersten Konfiguration einer Monopolantenne erhält man folglich eine kompakte Monopolantenne mit einfacher Konfiguration, die bei mehreren Frequenzen betrieben werden kann.
Es wird bevorzugt, daß die Monopolantenne gemäß dieser ersten Konfiguration weiterhin eine Erdleitung umfaßt, die den planaren Leiter und/oder den ringförmigen Leiter mit dem Erdleiter verbindet. Mit dieser Konfiguration kann die Eingangsimpedanz der Antenne bei jeder Betriebsfrequenz angehoben werden. Folglich kann die Impedanzanpassung zwischen der Antenneneingangsimpedanz und dem Stromzuführungsteil für jede Betriebsfrequenz verbessert werden, wodurch die Eigenschaften der Antenne verbessert werden.
Bei der Monopolantenne gemäß dieser ersten Konfiguration können der planare Leiter und der Ringformleiter in einer Ebene oder in verschiedenen Ebenen angeordnet werden.
Es ist vorzuziehen, daß bei der Monopolantenne gemäß dieser ersten Konfiguration der Ringformleiter mehrere ringförmige Leiter umfaßt und daß gegenüberliegende innere Ränder und äußere Ränder benachbarter ringförmiger Leiter über eine Antiresonanzschaltung verbunden werden. Bei dieser Konfiguration ist es möglich, eine Monopolantenne zu erhalten, die bei drei oder mehr Betriebsfrequenzen betrieben werden kann. In diesem Fall ist es vorzuziehen, daß die Monopolantenne weiterhin eine Erdleitung umfaßt, die den planaren Leiter und/oder die mehreren ringförmigen Leiter mit dem Erdleiter verbindet. In bestimmten Fällen ist die Impedanzanpassung mit einem ringförmigen Leiter ausreichend, und in diesen Fällen ist es nicht notwendig, sie an eine Erdleitung anzupassen. Besonders reicht die Impedanzanpassung des innersten planaren Leiters oder ringförmigen Leiters manchmal aus. Außerdem können in diesem Fall der planare Leiter und die mehreren Ringformleiter in einer Ebene oder in verschiedenen Ebenen angeordnet werden.
Es ist vorzuziehen, daß bei der Monopolantenne gemäß dieser ersten Konfiguration der planare Leiter ein plattenförmiger Leiter ist. In diesem Fall ist es vorzuziehen, daß der Stromzuführungsteil in der Mitte der Oberfläche des Erdleiters angeordnet und das erste Ende des linearen Leiters so mit dem Stromzuführungsteil verbunden ist, daß der lineare Leiter senkrecht zu dem Erdleiter ist, und das zweite Ende des linearen Leiters so mit der Mitte des planaren Leiters verbunden ist, daß der lineare Leiter senkrecht zu dem planaren Leiter ist, und der Ringformleiter konzentrisch um den planaren Leiter herum angeordnet ist.
Es ist vorzuziehen, daß bei der Monopolantenne gemäß dieser ersten Konfiguration die Antiresonanzschaltung eine Parallelschaltung aus einer Spule und einem Kondensator ist.
Außerdem ist es vorzuziehen, daß bei der Monopolantenne gemäß dieser ersten Konfiguration die Antiresonanzschaltung nur aus einer Spule besteht. Mit dieser Konfiguration kann die Anzahl von Teilen reduziert werden.
Es ist vorzuziehen, daß bei der Monopolantenne gemäß dieser ersten Konfiguration der planare Leiter, die Antiresonanzschaltung und der ringförmige Leiter auf einem dielektrischen Substrat strukturiert sind. Mit dieser Konfiguration ist eine elektrische Blockierung bei den gewünschten Frequenzen durch Einstellen des Musters der Antiresonanzschaltung möglich.
Es ist vorzuziehen, daß die Monopolantenne gemäß dieser ersten Konfiguration weiterhin einen Reflexionsleiter umfaßt, der auf einer Seite des Erdleiters angeordnet ist, die der Seite, auf der der planare Leiter angeordnet ist, gegenüberliegt, dergestalt, daß der Reflexionsleiter durch einen Raum zwischen beiden elektrisch an den Erdleiter angekoppelt wird. Mit dieser Konfiguration können die folgenden Effekte erzielt werden. Da ein elektrischer Strom aufgrund der elektrischen Kopplung durch den Raum auch in dem Reflexionsleiter fließt, wird auch von dem Rand des Reflexionsleiters eine elektromagnetische Welle abgestrahlt. Folglich entspricht die Strahlung elektromagnetischer Wellen von dieser Monopolantenne der Summe der Strahlung von dem Erdleiter, der Strahlung von der durch den linearen Leiter, den planaren Leiter und den ringförmigen Leiter definierten Antenne und der Strahlung von dem Reflexionsleiter, und die Gerichtetheit der Monopolantenne kann verändert werden, indem man die Größe des Erdleiters und des Reflexionsleiters oder den Abstand zwischen dem Erdleiter und dem Reflexionsleiter einstellt. In diesem Fall ist es vorzuziehen, daß der Reflexionsleiter elektrisch mit dem Erdleiter verbunden ist. Mit dieser Konfiguration können die folgenden Effekte erzielt werden. Der elektrisch mit dem Erdleiter verbundene Reflexionsleiter dient nicht nur als ein Reflexionsleiter, sondern auch elektrisch als ein Erdleiter, wodurch Stromlecks aus dem Stromzuführungsteil unterdrückt werden, sodaß die Eingangsimpedanz der Antenne stabilisiert werden kann. Weiterhin ist es in diesem Fall vorzuziehen, daß der Reflexionsleiter mehrere Reflexionsleiter umfaßt und mindestens einer der mehreren Reflexionsleiter elektrisch mit dem Erdleiter verbunden ist. Weiterhin ist es in diesem Fall vorzuziehen, daß der Erdleiter und der Reflexionsleiter Oberflächen aufweisen, die einander zugewandt sind, und ein Oberflächeninhalt des Reflexionsleiters größer als ein Oberflächeninhalt des Erdleiters ist. Mit dieser Konfiguration wird die räumliche Kopplung zwischen dem Erdleiter und dem Reflexionsleiter verstärkt, wodurch die Effizienz verbessert wird, mit der Strahlung von dem Reflexionsleiter ausgeführt wird.
Eine Monopolantenne gemäß einer zweiten Konfiguration der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Erdleiter, einen Stromzuführungsteil, der sich auf einer Oberfläche des Erdleiters befindet, einen linearen Leiter mit einem ersten Ende, das mit dem Stromzuführungsteil verbunden ist, und einem zweiten Ende und einen ringförmigen Leiter, dessen innerer Rand über eine Antiresonanzschaltung mit dem zweiten Ende des linearen Leiters verbunden ist.
Es ist vorzuziehen, daß die Monopolantenne dieser zweiten Konfiguration weiterhin eine Erdleitung umfaßt, die den ringförmigen Leiter mit dem Erdleiter verbindet.
Es ist vorzuziehen, daß bei der Monopolantenne dieser zweiten Konfiguration der Ringformleiter mehrere ringförmige Leiter umfaßt und gegenüberliegende innere Ränder und äußere Ränder angrenzender ringförmiger Leiter über eine Antiresonanzschaltung verbunden sind. In diesem Fall ist es vorzuziehen, daß die Monopolantenne weiterhin eine Erdleitung umfaßt, die zumindest einen der mehreren ringförmigen Leiter mit dem Erdleiter verbindet. Darüber hinaus können die mehreren Ringformleiter in einer Ebene angeordnet werden oder mindestens einer der mehreren ringförmigen Leiter kann in einer verschiedenen Ebene angeordnet werden. In diesem Fall ist es vorzuziehen, daß sich der Stromzuführungsteil in der Mitte der Oberfläche des Erdleiters befindet und die mehreren ringförmigen Leiter konzentrisch um den Stromzuführungsteil herum angeordnet sind.
Es ist vorzuziehen, daß bei der Monopolantenne der zweiten Konfiguration die Antiresonanzschaltung eine Parallelschaltung mit einer Spule und einem Kondensator ist.
Es ist vorzuziehen, daß bei der Monopolantenne der zweiten Konfiguration die Antiresonanzschaltung nur aus einer Spule besteht.
Es ist vorzuziehen, daß bei der Monopolantenne der zweiten Konfiguration die Antiresonanzschaltung und der ringförmige Leiter auf einem dielektrischen Substrat strukturiert sind.
Es ist vorzuziehen, daß die Monopolantenne der zweiten Konfiguration weiterhin einen Reflexionsleiter umfaßt, der auf einer Seite des Erdleiters angeordnet ist, die der Seite, auf der ein ringförmiger Leiter angeordnet ist, gegenüberliegt, dergestalt, daß der Reflexionsleiter durch einen Raum zwischen beiden elektrisch an den Erdleiter angekoppelt wird. In diesem Fall ist es vorzuziehen, daß der Reflexionsleiter elektrisch mit dem Erdleiter verbunden ist. Weiterhin ist es vorzuziehen, daß der Reflexionsleiter mehrere Reflexionsleiter umfaßt, wobei mindestens einer der mehreren Reflexionsleiter elektrisch mit dem Erdleiter verbunden ist. Darüber hinaus ist es vorzuziehen, daß der Erdleiter und der Reflexionsleiter Oberflächen aufweisen, die einander zugewandt sind, und ein Oberflächeninhalt des Reflexionsleiters größer als ein Oberflächeninhalt des Erdleiters ist.
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Monopolantenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Antennenelements in einer ersten und einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Beispiel für eine Antiresonanzschaltung der Antennenelemente in der ersten und der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein Beispiel für eine Antiresonanzschaltung der Antennenelemente in der zweiten und der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5(a) eine ist schematische perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine Oberlade- Monopolantenne gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5(b) ist eine schematische perspektivische Ansicht des Antennenelements der Monopolantenne in 5(a).
6 zeigt die Verkürzung der Oberlade-Monopolantenne gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt die Beziehung zwischen dem Durchmesser des plattenförmigen Leiters und der Höhe des Antennenelements in der Oberlade-Monopolantenne gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei konstanter Resonanzfrequenz.
8(a) und (b) zeigen ein Beispiel für die Eigenschaften einer Monopolantenne gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Antennenelements in einer dritten und einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Antennenelements in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt ein Beispiel für eine Antiresonanzschaltung des Antennenelements in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Antennenelements, in dem der plattenförmige Leiter und die ringförmigen Leiter in verschiedenen Ebenen angeordnet sind.
13 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Antennenelements, das einen linearen Leiter und ein ringförmiges Element umfaßt.
14 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Monopolantenne einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15(a)–(d) zeigen die Eigenschaften einer Monopolantenne einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer herkömmlichen Monopolantenne.
16 zeigt ein Beispiel dafür, wie die Monopolantenne der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung installiert werden kann.
17 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Monopolantenne einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Monopolantenne einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Monopolantenne einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Monopolantenne.
Es folgt eine Erläuterung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen.
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 1, 2 und 3 erläutert.
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Monopolantenne gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 bedeutet die Bezugszahl 11 einen plattenförmigen Erdleiter, die Bezugszahl 12 einen koaxialen Stromzuführungsteil (der im Folgenden als „Stromzuführungsteil" bezeichnet wird), der sich in der Mitte des Erdleiters 11 befindet, und die Bezugszahl 13 ein Antennenelement. Der Stromzuführungsteil 12 befindet sich auf der Oberfläche des Erdleiters 11 und das Antennenelement 13 ist elektrisch mit dem Stromzuführungsteil 12 verbunden und steht senkrecht auf dem Erdleiter 11.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Antennenelements in 1. Als ein Beispiel zeigt diese Zeichnung eine Dreifrequenz-Monopolantenne. In 2 bedeutet die Bezugzahl 21 einen linearen Leiter, die Bezugszahl 22 einen plattenförmigen Leiter, die Bezugszahl 23 eine Antiresonanzschaltung, die Bezugszahl 24 einen ringförmigen Leiter, die Bezugszahl 25 eine Antiresonanzschaltung und die Bezugszahl 26 einen ringförmigen Leiter. Der plattenförmige Leiter 22, der ringförmige Leiter 24 und der ringförmige Leiter 26 sind in konzentrischen Ringen, beginnend mit dem plattenförmigen Leiter 22 auf der Innenseite auf derselben Ebene angeordnet. Das obere Ende des linearen Leiters 21 ist elektrisch senkrecht mit der Mitte des plattenförmigen Leiters 22 verbunden. Der äußere Rand des plattenförmigen Leiters 22 ist über die Antiresonanzschaltung 23 mit dem inneren Rand des ringförmigen Leiters 24 verbunden. Der äußere Rand des ringförmigen Leiters 24 ist über die Antiresonanzschaltung 25 mit dem inneren Rand des ringförmigen Leiters 26 verbunden.
Die Antiresonanzschaltungen 23 und 25 umfassen eine Spule 31 und einen Kondensator 32, wie zum Beispiel in 3 gezeigt.
Es folgt eine Erläuterung des Betriebs einer Monopolantenne mit der oben beschriebenen Konfigura tion.
Bevor über den Betrieb dieser Monopolantenne (und den Mehrfrequenzbetrieb von Antennenelementen) ins Einzelne gegangen werden soll, folgt zu allererst eine Erläuterung von Oberlade-Monopolantennen, die die grundlegende Struktur dieser Monopolantenne bilden.
5(a) ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Oberlade-Monopolantenne. 5(b) ist eine schematische perspektivische Ansicht des Antennenelements in 5(a). In 5(a) bedeutet die Bezugszahl 11 einen Erdleiter, die Bezugszahl 12 einen Stromzuführungsteil und die Bezugszahl 13 ein Antennenelement. In 5(b) bedeutet die Bezugszahl 21 einen linearen Leiter und Bezugszahl 22 einen plattenförmigen Leiter.
Wie in 5(b) gezeigt, umfaßt das Antennenelement 13 der Oberlade-Monopolantenne einen linearen Leiter 21 und einen plattenförmigen Leiter 22. Das obere Ende des linearen Leiters 21 ist elektrisch senkrecht mit der Mitte des plattenförmigen Leiters 22 verbunden. Der plattenförmige Leiter 22 und der Erdleiter 11 können als einen Kondensator zwischen ihnen bildend betrachtet werden, sodaß das Antennenelement 13 einer kapazitiven Last äquivalent ist, die mit dem oberen Ende des linearen Leiters 21 verbunden ist. Diese Situation ist in 6 gezeigt. In 6 bedeutet die Bezugszahl 51 einen äquivalenten Kondensator und Bezugszahlen 52 und 53 Übertragungsleitungen. Weiterhin bedeutet in 6 ? die Wellenlänge im leeren Raum, f ist die Frequenz und die Länge h' der Übertragungsleitung 53 ist die Länge des Teils, um den das Antennenelement 13 aufgrund des Oberladeteils kürzer geworden ist. Wie in 6 gezeigt, kann das Monopolantennenelement 13 des Oberladetyps als ein Kondensator 51 der Kapazität C, der mit einer Übertragungsleitung 52 verbunden ist, ausgedrückt werden, und ein herkömmliches Viertelwellenlängen-Monopolantennenelement kann als eine Übertragungsleitung 53 der Länge h' mit offenen Enden, die mit einer Übertragungsleitung 52 verbunden sind, ausgedrückt werden. Anders gesagt, wird die Länge h' des Teils, um den das Antennenelement 13 aufgrund des Oberladeteils kürzer ist, so entschieden werden, daß die Impedanz des von der Übertragungsleitung 52 her gesehenen Kondensators 51 der Impedanz der von der Übertragungsleitung 52 her gesehenen Übertragungsleitung 53 äquivalent ist. Die Kapazität C des Antennenelements 13 der Oberlade-Monopolantenne ist proportional zu dem Durchmesser des plattenförmigen Leiters 22, sodaß auf der Basis dieser Argumentation die Beziehung zwischen dem Durchmesser des plattenförmigen Leiters 22 zu der Höhe des Antennenelements 13 für konstante Resonanzfrequenz wie in 7 gezeigt aussieht. Wie in 7 gezeigt, kann durch Vergrößern der Größe des plattenförmigen Leiters 22 die Höhe des Antennenelements 13 verringert werden.
Die Monopolantenne gemäß dieser Ausführungsform umfaßt mehrere Oberlade-Monopolantennen, die bei bestimmten Frequenzen resonant sind und mit dem oben beschriebenen Entwurfsverfahren entworfen werden, integriert zu einer Antenne.
Die Erregung elektromagnetischer Wellen wird mit dem System des linearen Leiters 21 und des plattenförmigen Leiters 22 bei einer ersten Frequenz f₁ durchgeführt, wobei sich das System bei einer zweiten Frequenz f₂ von dem linearen Leiter 21 zu dem ringförmigen Leiter 24 erstreckt, und wobei sich das System bei einer dritten Frequenz f₃ von dem linearen Leiter 21 zu dem ringförmigen Leiter 26 erstreckt. Bei dieser Konfiguration ist die erste Frequenz f₁ die höchste, die zweite Frequenz f₂ liegt dazwischen und die dritte Frequenz f₃ ist die niedrigste.
Um elektromagnetische Wellen auf diese Art zu erregen, müssen die ringförmigen Leiter 24 und 26 elektrisch bei der ersten Frequenz f₁ aus dem System, das aus dem linearen Leiter 21 und dem plattenförmigen Leiter 22 besteht, herausblockiert werden, und der ringförmige Leiter 26 muß bei der zweiten Frequenz f₂ elektrisch aus dem System, das sich von dem linearen Leiter 21 zu dem ringförmigen Leiter 24 erstreckt, herausblockiert werden. Deshalb ist zwischen dem äußeren Rand des plattenförmigen Leiters 22 und dem inneren Rand des ringförmigen Leiters 24 eine Antiresonanzschaltung 23 und zwischen dem äußeren Rand des ringförmigen Leiters 24 und dem inneren Rand des ringförmigen Leiters 26 eine Antiresonanzschaltung 25 vorgesehen. Die Resonanzfrequenz der Antiresonanzschaltung 23 ist an die erste Frequenz f₁ angepaßt. Folglich ist die Impedanz der Antiresonanzschaltung 23 bei der ersten Frequenz f₁ hoch, sodaß der plattenförmige Leiter 22 und der ringförmige Leiter 24 bei dieser Frequenz voneinander blockiert sind. Folglich wird durch den linearen Leiter 21 und den plattenförmigen Leiter 22 eine Antenne realisiert, die bei der ersten Frequenz f₁ resoniert. Bei niederigeren Frequenzen als der ersten Frequenz f₁ wird die Impedanz der Antiresonanzschaltung 23 niedrig, sodaß bei diesen Frequenzen der plattenförmige Leiter 22 und der ringförmige Leiter 24 im wesentlichen elektrisch verbunden sind.
Ähnlich wird, wenn die Resonanzfrequenz der Antiresonanzschaltung 25 an die zweite Frequenz f₂ angepaßt und der ringförmige Leiter 24 bei der zweiten Frequenz f₂ elektrisch von dem ringförmigen Leiter 26 blockiert wird, durch das sich von dem linearen Leiter 21 zu dem plattenförmigen Leiter 24 erstreckende System eine Antenne realisiert, die bei der zweiten Frequenz f₂ resoniert. Bei niedrigeren Frequenzen als der zweiten Frequenz f₂ wird die Impedanz der Antiresonanzschaltung 25 niedrig, sodaß bei diesen Frequenzen der ringförmige Leiter 24 und der ringförmige Leiter 26 im wesentlichen elektrisch verbunden sind.
Somit kann man eine Mehrfrequenzmonopolantenne erhalten, die bei drei verschiedenen Frequenzen f₁, f₂ und f₃ betrieben werden kann.
Bei der Monopolantenne dieser Ausführungsform wird durch Anordnen des Stromzuführungsteils 12 in der Mitte der Oberfläche des plattenförmigen Erdleiters 11, Verbinden des linearen Leiters 21 senkrecht in der Mitte des plattenförmigen Leiters 22 und durch Anordnen der ringförmigen Leiter 24 und 26 konzentrisch um den plattenförmigen Leiter 22 herum eine axiale Symmetrie hergestellt, sodaß Strahlung, die keine Gerichtetheit in der seitlichen Richtung aufweist möglich wird.
8 zeigt die Antenneneigenschaften der Monopolantenne gemäß dieser Ausführungsform. 8(a) zeigt die VSWR-Eigenschaften der Eingangsimpedanz einer Probeantenne und 8(b) zeigt die Strahlungseigenschaften dieser Probeantenne.
Wie in 8(a) zu sehen ist, resoniert die Monopolantenne bei den Frequenzen f₁, f₂ und f₃.
Um ein Beispiel zu geben, vergleicht 8(b) die Strahlungseigenschaften bei den Frequenzen f₁ und f₂ zweier einzelner herkömmlicher Monopolantennen mit den Strahlungeneigenschaften der Monopolantenne dieser Ausführungsform. Wie in 8(b) gezeigt, kann die erfindungsgemäße Monopolantenne bei mehreren Frequenzen betrieben werden und zeigt dieselben Eigenschaften wie zwei einzelne Monopolantennen bei mehreren Betriebsfrequenzen.
Gemäß dieser Ausführungsform kann man also eine Monopolantenne erhalten, die eine kompakte und einfache Konfiguration aufweist, bei mehreren Frequenzen betrieben werden kann und dieselben Eigenschaften wie mehrere einzelne Monopolantennen bei mehreren Betriebsfrequenzen zeigt.
Außerdem enthielten bei dieser Ausführungsform die Antiresonanzschaltungen 23 und 25 Parallelschaltungen einer Spule 31 und eines Kondensators 32, obwohl die Konfiguration der Antiresonanzschaltungen 23 und 25 auf keinerlei Weise auf diese Konfiguration beschränkt ist.
Außerdem enthielten bei dieser Ausführungsform beide Antiresonanzschaltungen 23 und 25 Parallelschaltungen einer Spule 31 und eines Kondensators 32, obwohl die Konfiguration der Antiresonanzschaltungen 23 und 25 auf keinerlei Weise auf diese Konfiguration beschränkt ist und es auch möglich ist, daß entweder die Antiresonanzschaltung 23 oder die Antiresonanzschaltung 25 eine Spule 31 und einen Kondensator 32 und dabei die andere Antiresonanzschaltung 25 oder 23 nur eine Spule 31 aufweist.
Zweite Ausführungsform
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 1, 2 und 4 erläutert.
Die Konfiguration einer Monopolantenne gemäß dieser Ausführungsform ist dieselbe wie die Konfiguration für die erste Ausführungsform (siehe 1). Weiterhin ist die Konfiguration der Antennenteile dieser Ausführungsform auch dieselbe wie bei der ersten Ausführungsform (siehe 2). Bei dieser Ausführungsform bestehen die Antiresonanzschaltungen 23 und 25 jedoch nur aus einer Spule 41, wie zum Beispiel in 4 gezeigt ist.
Der Betrieb der Monopolantenne dieser Ausführungsform ist derselbe wie bei der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß die Monopolantenne dieser Ausführungsform die Hochfrequenzblockiereigenschaften der Spulen 41 ausnutzt. Das heißt, durch Auswählen von Spulen 41 entsprechender Größe kann die Impedanz der Spulen 41 bei gewünschten Frequenzen hoch sein und der plattenförmige Leiter 22 und der ringförmige Leiter 24 oder der ringförmige Leiter 24 und der ringförmige Leiter 26 in 2 können im wesentlichen voneinander elektrisch blockiert werden. Bei niedrigeren Frequenzen wird die Impedanz der Spulen 41 niedrig, sodaß sie im wesentlichen leitfähig sind. Somit kann man eine Monopolantenne erhalten, die bei mehreren Frequenzen betrieben werden kann.
Da bei dieser Ausführungsform die Antiresonanzschaltungen 23 und 25 nur aus einer Spule 41 bestehen, kann die Anzahl von Teilen verringert werden.
Gemäß dieser Ausführungsform kann man also eine Monopolantenne erhalten, die eine sehr einfache Konfiguration aufweist, bei mehreren Frequenzen betrieben werden kann und dieselben Eigenschaften wie einzelne Monopolantennen bei mehreren Betriebsfrequenzen zeigt.
Außerdem bestehen bei dieser Ausführungsform beide Antiresonanzschaltungen 23 und 25 nur aus einer Spule 41, obwohl die Konfiguration der Antiresonanzschaltungen 23 und 25 auf keinerlei Weise auf diese Konfiguration beschränkt ist und es auch möglich ist, daß entweder die Antiresonanzschaltung 23 oder die Antiresonanzschaltung 25 nur aus einer Spule 41 besteht und eine Parallelschaltung einer Spule 41 und eines Kondensators für die andere Antiresonanzschaltung 25 oder 23 verwendet wird.
Dritte Ausführungsform
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 1, 3 und 9 erläutert.
Die Konfiguration einer Monopolantenne gemäß dieser Ausführungsform ist dieselbe wie die Konfiguration für die erste Ausführungsform (siehe 1).
9 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Antennenelements von 1 für diese Ausführungsform. Als Beispiel zeigt diese Zeichnung eine Dreifrequenz-Monopolantenne. In 9 bedeutet die Bezugszahl 21 einen linearen Leiter, die Bezugszahl 22 einen plattenförmigen Leiter, die Bezugszahl 23 eine Antiresonanzschaltung, die Bezugszahl 24 einen ringförmigen Leiter, die Bezugszahl 25 eine Antiresonanzschaltung und die Bezugszahl 26 einen ringförmigen Leiter. Die Bezugszahlen 61, 62 und 63 bedeuten Erdleitungen. Der plattenförmige Leiter 22, der ringförmige Leiter 24 und der ringförmige Leiter 26 sind in konzentrischen Ringen, beginnend mit dem plattenförmigen Leiter 22 auf der Innenseite, auf derselben Ebene angeordnet. Ein Ende des linearen Leiters 21 ist elektrisch senkrecht mit der Mitte des plattenförmigen Leiters 22 verbunden. Der äußere Rand des plattenförmigen Leiters 22 ist über die Antiresonanzschaltung 23 mit dem inneren Rand des ringförmigen Leiters 24 verbunden. Der äußere Rand des ringförmigen Leiters 24 ist über die Antiresonanzschaltung 25 mit dem inneren Rand des ringförmigen Leiters 26 verbunden. Zusätzlich sind der plattenförmige Leiter 22, der ringförmige Leiter 24 und der ringförmige Leiter 26 durch eine Erdleitung 61, eine Erdleitung 62 und eine Erdleitung 63 mit dem Erdleiter 11 (siehe 1) verbunden.
Die Antiresonanzschaltungen 23 und 25 sind Parallelschaltungen, die eine Spule 31 und einen Kondensator 32 umfassen, wie zum Beispiel in 3 gezeigt.
Der Betrieb einer Monopolantenne gemäß dieser Ausführungsform ist derselbe wie der Betrieb einer Monopolantenne gemäß der ersten Ausführungsform.
Bei der Monopolantenne gemäß der oben erläuterten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konnte die Antennenhöhe durch Verwendung des plattenförmigen Leiters 22 und der ringförmigen Leiter 24 und 26 für das Antennenelement 13 vermindert werden. Wenn eine solche Konfiguration benutzt wird, verringert sich jedoch die Eingangsimpedanz der Antenne bei den Betriebsfrequenzen und manchmal verschlechtert sich die Impedanzanpassung mit dem Stromzuführungsteil 12. Wenn sich die Impedanzanpassung mit dem Stromzuführungsteil 12 verschlechtert, wird die dem Antennenelement zugeführte elektrische Leistung vermindert und die Strahlungseffizienz der Antenne verschlechtert sich.
In diesem Fall muß die Impedanzanpassung mit dem Stromzuführungsteil 12 verbessert werden, um die Antenneneigenschaften zu verbessern, indem die Eingangsimpedanz der Antenne bei den verschiedenen Betriebsfrequenzen erhöht wird.
Deshalb sind der plattenförmige Leiter 22 und die ringförmigen Leiter 24 und 26 durch die Erdleitungen 61, 62 und 63 mit dem Erdleiter 11 verbunden. Dadurch erhöht sich die Eingangsimpedanz der Antenne bei den verschiedenen Betriebsfrequenzen, und als Folge wird die Impedanzanpassung zwischen der Antenneneingangsimpedanz und der Impedanz des Stromzuführungsteils 12 bei den verschiedenen Betriebsfrequenzen verbessert, wodurch sich die Eigenschaften der Antenne verbessern.
Bei dieser Ausführungsform kann also die Impedanzanpassung zwischen der Antenneneingangsimpedanz und der Impedanz des Stromzuführungsteils verbessert werden, und man kann eine Monopolantenne erhalten, die mit ausgezeichneter Strahlungseffizienz bei mehreren Frequenzen betrieben werden kann.
Bei der Monopolantenne dieser Ausführungsform wird durch Positionieren des Stromzuführungsteils 12 in der Mitte der Oberfläche des plattenförmigen Erdleiters 11, Verbinden des linearen Leiters 21 in der Mitte des plattenförmigen Leiters 22, sodaß er senkrecht auf dem plattenförmigen Leiter 22 steht, und durch Anordnen der ringförmigen Leiter 24 und 26 konzentrisch um den plattenförmigen Leiter 22 herum eine axiale Symmetrie hergestellt, sodaß Strahlung ohne Gerichtetheit in der seitlichen Richtung der Antenne möglich wird.
Außerdem enthielten bei dieser Ausführungsform die Antiresonanzschaltungen 23 und 25 Parallelschaltungen einer Spule 31 und eines Kondensators 32, obwohl die Konfiguration der Antiresonanzschaltungen 23 und 25 auf keinerlei Weise auf diese Konfiguration beschränkt ist.
Außerdem enthielten bei dieser Ausführungsform beide Antiresonanzschaltungen 23 und 25 Parallelschaltungen einer Spule 31 und eines Kondensators 32, obwohl die Konfiguration der Antiresonanzschaltungen 23 und 25 auf keinerlei Weise auf diese Konfiguration beschränkt ist und es auch möglich ist, daß entweder die Antiresonanzschaltung 23 oder die Antiresonanzschaltung 25 eine Parallelschaltung aus einer Spule 31 und einem Kondensator 32 enthält und die andere Antiresonanzschaltung 25 oder 23 nur eine Spule 31.
Außerdem sind bei dieser Ausführungsform der plattenförmige Leiter 22 und die ringförmigen Leiter 24 und 26 über den Erdleiter 11 mit Masse verbunden, obwohl es ausreicht, wenn von dem plattenförmigen Leiter 22 und den ringförmigen Leitern 24 und 26 mindestens einer über den Erdleiter 11 mit Masse verbunden ist.
Vierte Ausführungsform
Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 1, 4 und 9 erläutert.
Die Konfiguration einer Monopolantenne gemäß dieser Ausführungsform ist dieselbe wie die Konfiguration für die erste Ausführungsform (siehe 1). Außerdem ist die Konfiguration des Antennenelements bei dieser Ausführungsform dieselbe wie bei der dritten Ausführungsform (siehe 9).
Die Antiresonanzschaltungen 23 und 25 bestehen nur aus einer Spule 41, wie zum Beispiel in 4 gezeigt.
Der Betrieb der Monopolantenne dieser Ausführungsform ist derselbe wie bei der dritten Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß die Monopolantenne dieser Ausführungsform die Hochfrequenzblockiereigenschaften der Spulen 41 ausnutzt. Das heißt, durch Auswahl von Spulen 41 entsprechender Größe kann die Impedanz der Spulen 41 bei gewünschten Frequenzen hoch sein und der plattenförmige Leiter 22 und der ringförmige Leiter 24 oder der ringförmige Leiter 24 und der ringförmige Leiter 26 in 9 können im wesentlichen elektrisch voneinander blockiert werden. Bei niedrigeren Frequenzen wird die Impedanz der Spulen 41 niedrig, sodaß sie im wesentlichen leitfähig sind. Man kann also eine Monopolantenne erhalten, die bei mehreren Frequenzen betrieben werden kann.
Da bei dieser Ausführungsform die Antiresonanzschaltungen 23 und 25 nur aus einer Spule 41 bestehen, kann die Anzahl von Teilen verringert werden.
Man kann also gemäß dieser Ausführungsform eine Monopolantenne mit guter Strahlungseffizienz erhalten, die eine sehr einfache Konfiguration aufweist, bei mehreren Frequenzen betrieben werden kann und dieselben Eigenschaften wie mehrere Monopolantennen bei mehreren Betriebsfrequenzen zeigt.
Außerdem sind bei dieser Ausführungsform der plattenförmige Leiter 22 und die ringförmigen Leiter 24 und 26 über den Erdleiter 11 mit Masse verbunden, obwohl es ausreicht, wenn von dem plattenförmigen Leiter 22 und den ringförmigen Leitern 24 und 26 mindestens einer über den Erdleiter 11 mit Masse verbunden ist.
Fünfte Ausführungsform
Die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 1, 10 und 11 erläutert.
Die Konfiguration einer Monopolantenne gemäß dieser Ausführungsform ist dieselbe wie die Konfiguration für die erste Ausführungsform (siehe 1).
10 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Antennenelements von 1. Als Beispiel zeigt diese Zeichnung eine Dreifrequenz-Monopolantenne. In 10 bedeutet die Bezugszahl 21 einen linearen Leiter, die Bezugszahl 22 einen plattenförmigen Leiter, die Bezugszahl 23 eine Antiresonanzschaltung, die Bezugszahl 24 einen ringförmigen Leiter, die Bezugszahl 25 eine Antiresonanzschaltung, die Bezugszahl 26 einen ringförmigen Leiter und die Bezugszahl 71 ein dielektrisches Substrat. Der plattenförmige Leiter 22, der ringförmige Leiter 24 und der ringförmige Leiter 26 sind in konzentrischen Ringen, beginnend mit dem plattenförmigen Leiter 22 auf der Innenseite, auf derselben Ebene angeordnet. Ein Ende des linearen Leiters 21 ist senkrecht mit der Mitte des plattenförmigen Leiters 22 verbunden. Der äußere Rand des plattenförmigen Leiters 22 ist über die Antiresonanzschaltung 23 mit dem inneren Rand des ringförmigen Leiters 24 verbunden. Der äußere Rand des ringförmigen Leiters 24 ist über die Antiresonanzschaltung 25 mit dem inneren Rand des ringförmigen Leiters 26 verbunden. Zusätzlich sind der plattenförmige Leiter 22, die ringförmigen Leiter 24 und 26 und die Antiresonanzschaltungen 23 und 25 auf das dielektrische Substrat 71 aufstrukturiert.
11 zeigt das metallische leitfähige Muster der Antiresonanzschaltungen 23 und 25 in 10 auf dem dielektrischen Substrat 71. Die Bezugszahl 81 gibt das auf dem dielektrischen Substrat 71 ausgebildete metallische Muster an. Das Muster für die Antiresonanzschaltungen 23 und 25 kann zum Beispiel eine Parallelschaltung mit einem Spulenmuster 82 und einem Kondensatormuster 83 sein, wie in 11 gezeigt. Durch Einstellen des Spulenmusters 82 und des Kondensatormusters 83 kann eine elektrische Blockierung bei der gewünschten Frequenz erzielt werden und es wird möglich, diese Monopolantenne bei mehreren Frequenzen zu betreiben.
Mit dieser Ausführungsform kann also die Herstellungspräzision und Zuverlässigkeit des Antennenelements verbessert werden und man kann eine Monopolantenne erhalten, die bei mehreren Frequenzen betrieben werden kann.
Außerdem enthalten bei dieser Ausführungsform beide Antiresonanzschaltungen 23 und 25 Parallelschaltungen eines Spulenmusters 82 und eines Kondensatormusters 83, obwohl die Konfiguration der Antiresonanzschaltungen 23 und 25 auf keinerlei Weise auf diese Konfiguration beschränkt ist und es auch möglich ist, daß entweder die Antiresonanzschaltung 23 oder die Antiresonanzschaltung 25 eine Parallelschaltung mit einem Spulenmuster 82 und einem Kondensatormuster 83 enthält und für die andere Antiresonanzschaltung 25 oder 23 nur ein Spulenmuster 82 genommen wird.
Darüber hinaus sind bei dieser Ausführungsform beide Antiresonanzschaltungen 23 und 25 auf dem dielektrischen Substrat 71 strukturiert, obwohl es auch möglich ist, entweder die Antiresonanzschaltung 23 oder die Antiresonanzschaltung 25 durch Strukturieren auf dem dielektrischen Substrat 71 auszubilden und die andere Antiresonanzschaltung 25 oder 23 nicht durch Strukturieren auf dem dielektrischen Substrat 71 auszubilden.
Die obige erste bis fünfte Ausführungsform wurde unter Verwendung einer Dreifrequenz-Monopolantenne als Beispiel erläutert, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Monopolantennen einer solchen Konfiguration beschränkt. Indem zum Beispiel nur ein ringförmiger Leiter genommen wird, kann man eine Zweifrequenz-Monopolantenne erhalten, und indem drei oder mehr ringförmige Leiter genommen werden, kann man eine Monopolantenne erhalten, die bei vier oder mehr Frequenzen betreibbar ist.
Außerdem wurde die obige erste bis fünfte Ausführungsform an Hand einer mit einem plattenförmigen Erdleiter 11 ausgestatteten Dreifrequenz-Monopolantenne als Beispiel erläutert, obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt ist. Der Erdleiter kann eine beliebige Form aufweisen, wie zum Beispiel elliptisch oder polygonal, wie zum Beispiel dreieckig.
Außerdem wurde die obige erste bis fünfte Ausführungsform an Hand einer Dreifrequenz-Monopolantenne, die einen plattenförmigen Leiter 22 als den planaren Leiter und die ringförmigen Leiter 24 und 26, die konzentrisch um den plattenförmigen Leiter 22 angeordnet sind, als die ringförmigen Leiter verwendet, als Beispiel erläutert, obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt ist. Der planare Leiter und die ringförmigen Leiter können eine beliebige Form aufweisen, wie zum Beispiel elliptisch oder polygonal, wie zum Beispiel dreieckig.
Außerdem wurde die obige erste bis fünfte Ausführungsform an Hand einer Dreifrequenz-Monopolantenne, die axiale Symmetrie aufweist, als Beispiel erläutert, obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf Monopolantennen einer solchen Konfiguration beschränkt ist. Zum Beispiel kann sich der Stromzuführungsteil 12 auch an einer Position außerhalb der Mitte des Erdleiters 11 befinden. Durch Verwendung einer solchen Konfiguration wird eine Gerichtetheit in die von der Antenne abgestrahlten elektromagnetischen Wellen eingeführt und man kann eine Monopolantenne erhalten, die eine starke Gerichtetheit in bezug auf eine Richtung in der horizontalen Ebene aufweist.
Außerdem wurde die obige erste bis fünfte Ausführungsform an Hand einer Dreifrequenz-Monopolantenne, bei der der plattenförmige Leiter 22 senkrecht mit dem linearen Leiter 21 verbunden ist, als Beispiel erläutert, obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt ist. Zum Beispiel kann der plattenförmige Leiter 22 auch schräg mit dem linearen Leiter 21 verbunden werden. Bei einer solchen Konfiguration kann die Eingangsimpedanz verändert werden und die Anpassung mit dem Stromzuführungsteil 12 kann verbessert werden.
Außerdem wurde die obige erste bis fünfte Ausführungsform an Hand einer Dreifrequenz-Monopolantenne, bei der der plattenförmige Leiter 22 und die ringförmigen Leiter 24 und 26 auf derselben Ebene angeordnet sind, als Beispiel erläutert, obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt ist. Zum Beispiel können der plattenförmige Leiter 22 und die ringförmigen Leiter 24 und 26 in verschiedenen Ebenen angeordnet werden, oder mindestens einer der mehreren ringförmigen Leiter 24 und 26 kann in einer anderen Ebene als der plattenförmige Leiter 22 angeordnet werden. Genauer gesagt zeigen 12(a) und (b) Monopolantennen, wobei der plattenförmige Leiter 22, der ringförmige Leiter 24 und der ringförmige Leiter 26 alle in verschiedenen Ebenen angeordnet sind. 12(a) zeigt eine Monopolantenne, bei der die ringförmigen Leiter 24 und 26 in einer Ebene angeordnet sind, die niedriger als der plattenförmige Leiter 22 ist, wohingegen 12(b) eine Monopolantenne zeigt, bei der die ringförmigen Leiter 24 und 26 in einer Ebene angeordnet sind, die höher als der plattenförmige Leiter 22 ist. Wenn eine Halterung für die ringförmigen Leiter 24 und 26 bereitgestellt werden muß, kann man Stützstangen zum Beispiel aus einem Isolator, Teflon (Polytetrafluorethylen) oder Glasepoxidharz verwenden.
Außerdem wurde die obige erste bis fünfte Ausführungsform an Hand einer Monopolantenne als Beispiel erläutert, die folgendes umfaßt: einen linearen Leiter 21, der mit einem Ende mit einem Stromzuführungsteil 12, der sich auf der Oberfläche eines Erdleiters 11 befindet, verbunden ist, einen plattenförmigen Leiter 22, der mit dem anderen Ende des linearen Leiters 21 verbunden ist, einen ringförmigen Leiter 24, dessen innerer Rand über die Antiresonanzschaltung 23 mit dem äußeren Rand des plattenförmigen Leiters 22 verbunden ist, und einen ringförmigen Leiter 26, dessen innerer Rand über die Antiresonanzschaltung 25 mit dem äußeren Rand des ringförmigen Leiters 24 verbunden ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Wie in 13 gezeigt, ist es zum Beispiel auch möglich, daß der Antennenteil folgendes umfaßt: einen linearen Leiter 21, der mit einem Stromzuführungsteil verbunden ist, von dem ein Ende auf der Oberfläche des Erdleiters angeordnet ist, einen ringförmigen Leiter 24, dessen innerer Rand über eine Antiresonanzschaltung 23 mit dem anderen Ende des linearen Leiters 21 verbunden ist, und einen ringförmigen Leiter 26, dessen innerer Rand über eine Antiresonanzschaltung 25 mit dem äußeren Rand des ringförmigen Leiters 24 verbunden ist. In diesem Fall wird, wenn die Resonanzfrequenz der Antiresonanzschaltung 23 auf f₁ und die Resonanzfrequenz der Antiresonanzschaltung 25 auf f₂ eingestellt wird (mit f₁ > f₂) die Frequenz f₁ nur durch den linearen Leiter 21 erregt und die Frequenz f₂ wird durch das System erregt, das sich von dem linearen Leiter 21 zu dem ringförmigen Leiter 24 erstreckt, und die Frequenz f₃ wird durch das System erregt, das sich von dem linearen Leiter 21 zu dem ringförmigen Leiter 26 erstreckt.
Sechste Ausführungsform
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 14 erläutert.
14 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Monopolantenne gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 14 bedeutet die Bezugszahl 11 einen plattenförmigen Erdleiter beschränkter Größe, die Bezugszahl 12 einen Stromzuführungsteil, der sich in der Mitte des Erdleiters 11 befindet, die Bezugszahl 16 ein Antennenelement, das aus einem linearen Leiter besteht, und die Bezugszahl 14 einen plattenförmigen Reflexionsleiter. Der Stromzuführungsteil 12 ist auf der Oberfläche des Erdleiters 11 angeordnet und das Antennenelement 16 ist so elektrisch mit dem Stromzuführungsteil 12 verbunden, daß es senkrecht auf dem Erdleiter 11 steht. Der Reflexionsleiter 14 ist auf der Seite des Erdleiters 11, die der Seite, auf der das Antennenelement 16 angeordnet ist, gegenüberliegt, auf eine solche Weise parallel und konzentrisch zu dem Erdleiter 11 angeordnet, daß der Reflexionsleiter 14 durch den Raum zwischen beiden elektrisch an den Erdleiter 11 angekoppelt ist. Der Erdleiter 11 und der Reflexionsleiter 14 sind mit den Stützstäben 15 aus einem Isolator oder einem dielektrischen Material, wie zum Beispeil Teflon (Polytetrafluorethylen) oder Glasepoxidharz aneinander angebracht.
Also ist die Monopolantenne 1 dieser Ausführungsform axial symmetrisch. Deshalb wird Strahlung ohne Gerichtetheit in der seitlichen Richtung der Antenne möglich.
Es folgt eine Erläuterung dieser Monopolantenne.
Die Erregung elektromagnetischer Wellen wird in dem Antennenelement 16 ausgeführt. Eine Stromstehwelle mit einer Resonanzfrequenz f₀ wird in dem Antennenelement 16 erzeugt, sodaß eine elektromagnetische Welle mit der Frequenz f₀ abgestrahlt wird. Gleichzeitig fließt in dem Erdleiter 11 ein elektrischer Strom der entgegengesetzten Phase, sodaß der Randteil des Erdleiters 11 ebenfalls eine elektromagnetische Welle abstrahlt. Da die Monopolantenne 1 mit einem Erdleiter 11 beschränkter Größe ausgestattet ist, entspricht ihre elektromagnetische Strahlung der Summe der Strahlung von dem Antennenelement 16 und der Strahlung von dem Rand des Erdleiters 11, wobei beides Strahlungsquellen sind. Da die Monopolantenne 1 mit einem Reflexionsleiter 14 ausgestattet ist, der dem Erdleiter 11 gegenüberliegend auf der Seite des Erdleiters 11, die der Seite, auf der das Antennenelement 16 angeordnet ist, gegenüberliegt, so angeordnet ist, daß der Reflexionsleiter 14 durch den Raum zwischen beiden elektrisch an den Erdleiter 11 angekoppelt ist, fließt aufgrund dieser elektrischen Kupplung auch in dem Reflexionsleiter 14 ein Strom, sodaß auch von einem Randteil des Reflexionsleiters 14 eine elektromagnetische Welle abgestrahlt wird. Folglich entspricht die elektromagnetische Strahlung von dieser Monopolantenne der Summe der Strahlung aus dem Antennenelement 16, der Strahlung aus dem Randteil des Erdleiters 11 und der Strahlung aus dem Randteil des Reflexionsleiters 14. Durch Ändern der Größe des Erdleiters 11 und des Reflexionsleiters 14 oder des Abstands zwischen dem Erdleiter 11 und dem Reflexionsleiter 14 kann also die Gerichtetheit dieser Monopolantenne 1 verändert werden.
15 zeigt die Antenneneigenschaften einer Monopolantenne 1, die für Versuchszwecke gemäß dieser Ausführungsform hergestellt wurde. Die Monopolantennen 1₁ , 1₂ und 1' sind axial symmetrisch und mit einem linearen Leiter von einer Viertelwellenlänge als das Antennenelement 16 ausgestattet. 15(a) und 15(b) zeigen die Strahlungsgerichtetheit der Monopolantennen 1₁ und 12, die gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem Reflexionsleiter 14 ausgestattet sind, während 15(c) die Strahlungsgerichtetheit einer herkömmlichen Monopolantenne 1' zeigt, die nicht mit einem Reflexionsleiter 14 ausgestattet ist. Genauer gesagt zeigt 15(a) die Strahlungsgerichtetheit einer Monopolantenne 1₁ gemäß dieser Ausführungsform, die mit folgendem ausgestattet ist: einem plattenförmigen Erdleiter 11, der bei der Resonanzfrequenz des Antennenelements 16 einen Durchmesser von einer Wellenlänge aufweist, einem plattenförmigen Resonanzleiter 14 mit einem Durchmesser von zwei Wellenlängen der Resonanzfrequenz des Antennenelements 16, wobei der Abstand zwischen dem Erdleiter 11 und dem Reflexionsleiter 14 ein 1/4 der Resonanzwellenlänge des Antennenelements 16 beträgt. 15(b) zeigt die Strahlungsgerichtetheit einer Monopolantenne 1₂ gemäß dieser Ausführungsform, die mit folgendem ausgestattet ist: einem plattenförmigen Erdleiter 11 mit einem Durchmesser von 1,25 Wellenlängen der Resonanzfrequenz des Antennenelements 16, einem plattenförmigen Resonanzleiter 14 mit einem Durchmesser von zwei Wellenlängen der Resonanzfrequenz des Antennenelements 16, wobei der Abstand zwischen dem Erdleiter 11 und dem Reflexionsleiter 14 1/4 der Resonanzwellenlänge des Antennenelements 16 beträgt. 15(c) zeigt die Strahlungsgerichtetheit einer herkömmlichen Monopolantenne 1', die mit einem plattenförmigen Erdleiter 11 mit einem Durchmesser von zwei Wellenlängen der Resonanzfrequenz des Antennenelements 16 ausgestattet ist. Wie in 15(d) zu sehen ist, entsprechen die Richtungen x und y in diesen Zeichnungen der Ebene, die parallel zu den Flächen des Erdleiters 11 und des Reflexionsleiters 14 liegen, während z der zu den Flächen des Erdleiters 11 und des Reflexionsleiters 14 senkrechten Richtung entspricht. In den Strahlungsgerichtetheitsgraphen entspricht der Abstand zwischen zwei Skalierungsringen 10 dB (gemessen in dBd), wobei die Verstärkung einer Dipolantenne als Standard verwendet wird.
Wie in 15(a) gezeigt, zeigt die Monopolantenne 1₁ in Richtung der Oberseite (der Seite, auf der das Antennenelement 16 vorgesehen ist) insbesondere in dem Bereich direkt darüber eine sehr starke Gerichtetheit. Auf der Unterseite der Antenne (der Seite, auf der der Reflexionsleiter 14 vorgesehen ist), ist die Strahlungsgerichtetheit extrem schwach. Das heißt, daß sich diese Monopolantenne 1₁ zum Beispiel für Korridore und Treppenhäuser eignet, in denen es viel freien Deckenraum gibt, oder auch zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Wellen zwischen einer Bodenstation und einem Ballon in der Luft. Da die Antenne in der seitlichen Richtung keine Gerichtetheit zeigt, eignet sie sich besonders für Strahlung vom Himmel.
Wie in 15(b) gezeigt, zeigt die Monopolantenne 1₂ eine sehr starke Gerichtetheit in Richtung der Oberseite (der Seite, auf der das Antennenelement 16 vorgesehen ist). Auf der Unterseite der Antenne (der Seite, auf der der Reflexionsleiter 14 vorgesehen ist), ist die Strahlungsgerichtetheit extrem schwach. Außerdem zeigt die Antenne eine starke Strahlungsgerichtetheit in Bezug auf seitliche Schrägrichtungen auf ihrer Oberseite. Das heißt, daß sich die Monopolantenne 1₂ für Zimmer mit normaler seitlicher Ausdehnung eignet. Da Strahlung ohne Gerichtetheit in Bezug auf seitliche Richtungen möglich wird, kann insbesondere in großen Räumen eine ausgezeichnete Strahlung erzielt werden, indem die Antenne in der Mitte der Decke des Raums plaziert wird.
Wie in 15(c) gezeigt, zeigt die herkömmliche Monopolantenne 1' eine größere Strahlungsgerichtetheit in bezug auf die Unterseite der Antenne (die Seite, auf der kein Reflexionsleiter vorgesehen ist) als die Monopolantennen 1₁ und 1₂ der vorliegenden Ausführungsform. Anders ausgedrückt, ist das Lecken elektromagnetischer Wellen auf der unteren Seite dieser Monopolantenne 1' vergleichsweise groß, sodaß sie sich nicht für eine Installation an der Decke des Raums eignet.
Hieraus wird deutlich, daß mit der Monopolantenne 1₁ und 1₂ , die mit einem Reflexionsleiter 14 ausgestattet sind, die elektromagnetischen Wellen, die auf der unteren Seite der Antenne abgestrahlt werden, durch den Reflexionsleiter 14 reflektiert werden, sodaß die Strahlung auf der Oberseite der Antenne verstärkt wird.
Außerdem kann, wenn die Monopolantenne 1 dieser Ausführungsform an der Decke eines Raums angebracht wird, der Reflexionsleiter 14 in einen inneren Teil 81 der Decke 80 eingearbeitet werden und der Erdleiter 11 kann an der Oberfläche der Decke 80 angebracht werden, sodaß nur das Antennenelement 16 in Richtung des Bodens aus der Decke 80 hervorsteht (siehe 16) und die Antenne kaum sichtbar ist, wenn ein linearer Leiter für das Antennenelement 16 benutzt wird, sodaß ihre optische Erscheinung nicht unangenehm sein wird.
Statt daß der lineare Leiter als das Antennenelement 16 dient, kann außerdem ein Antennenelement verwendet werden, bei dem das obere Ende des linearen Leiters senkrecht zu der Mitte eines plattenförmigen Leiters verbunden ist und das untere Ende des linearen Leiters mit dem Stromzuführungsteil 12 verbunden ist, der sich in der Mitte des Erdleiters 11 befindet. Wenn eine solche Konfiguration verwendet wird, wird die axiale Symmetrie erhalten, und wie bei Antennen in der Form eines umgedrehten Ls kann die Höhe des Antennenelements verringert werden, sodaß das optische Erscheinungsbild noch angenehmer wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann also die Strahlungsgerichtetheit der Monopolantenne 1 durch Verwendung eines Reflexionsleiters 14 verändert werden. Außerdem kann durch Einstellen der Größe des Erdleiters 11, des Reflexionsleiters 14 und des Abstands zwischen dem Erdleiter 11 und dem Reflexionsleiter 14 die gewünschte Strahlungsgerichtetheit erzielt werden. Gemäß dieser Ausführungsform kann man folglich eine Monopolantenne 1 mit einer einfachen Konfiguration und gewünschter Gerichtetheit erhalten, und durch Wählen einer axial symmetrischen Konfiguration kann man eine Monopolantenne 1 mit gleichförmiger Strahlungsgerichtetheit in bezug auf seitliche Richtungen der Antenne erhalten.
Wenn die Konfiguration dieser Ausführungsform verwendet wird, kann man die Eingangsimpedanz stabilisieren, indem bei der Resonanzfrequenz des Antennenelements 16 mindestens die Hälfte der Wellenlänge für den Durchmesser des Erdleiters 11 gewählt wird. Dies wird im folgenden ausführlicher erläutert.
Wenn bei der Monopolantenne 1, die mit dem plattenförmigen Erdleiter 11 ausgestattet ist, der Durchmesser des Erdleiters 11 bei der Resonanzfrequenz des Antennenelements 16 kleiner als die Hälfte der Wellenlänge ist, leckt Strom von dem äußeren koaxialen Leiter des Antenneneingangsteils nach außen, wodurch die Eingangsimpedanz instabil wird. Indem man den Durchmesser des Erdleiters 11 dieser Ausführungsform auf mindestens die Hälfte der Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz des Antennenelements 16 einstellt können Stromlecks von dem äußeren Koaxialleiter des Antenneneingangsteils nach außen vermieden werden und die Eingangsimpedanz kann stabilisiert werden, wodurch auch die Übertragung stabilisiert wird.
Siebte Ausführungsform
Eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 17 erläutert.
17 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Monopolantenne gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 17 bedeutet die Bezugszahl 11 einen Erdleiter, die Bezugszahl 12 einen Stromzuführungsteil, die Bezugszahl 16 ein Antennenelement, die Bezugszahl 14 einen Reflexionsleiter und die Bezugszahl 27 einen Verbindungsleiter. Mit Ausnahme des Verbindungsleiters 27 weist diese Ausführungsform dieselbe Konfiguration wie die sechste Ausführungsform auf, sodaß allen Teilen außer dem Verbindungsleiter 27 dieselben Bezugszahlen zugewiesen wurden, und ihre weitere ausführliche Erläuterung wurde hier weggelassen. Das charakteristische Merkmal der Monopolantenne 20 dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Erdleiter 11 und der Reflexionsleiter 14 durch den Verbindungsleiter 27 elektrisch verbunden sind. Es gibt mehrere mögliche Konfigurationen für die Verbindung des Erdleiters 16 und des Reflexionsleiters 14. Bei dieser Ausführungsform werden der Erdleiter 11 und der Reflexionsleiter 14 jedoch durch einen säulenförmigen Verbindungsleiter 27 elektrisch verbunden, der senkrecht zu der Mitte des Erdleiters 11 und des Reflexionsleiters 14, die beide plattenförmig sind, angeordnet ist, wodurch außerdem eine mechanische Verbindung zwischen beiden bereitgestellt wird. Außerdem wird der Durchmesser des Reflexionsleiters 14 auf mindestens die Hälfte der Wellenlänge bei der Resonenzfrequenz des Antennenelements 16 eingestellt.
Es folgt eine Erläuterung des Betriebs einer Monopolantenne mit dieser Konfiguration.
Die Monopolantenne 20 kann genauso wie die Monopolantenne 1 der sechsten Ausführungsform betrieben werden, zusätzlich ist aber der folgende Betrieb möglich. Wenn die Monopolantenne 20 in der Decke eines Raums installiert wird, kann der Reflexionsleiter 14 in einen Innenteil 81 der Decke 80 eingearbeitet werden, wie mit Bezug auf 16 erläutert wurde, es läßt sich aber nicht vermeiden, daß der Erdleiter 11 an der Decke 80 in Richtung der Raumseite exponiert ist. Wenn es erwünscht ist, daß der Erdleiter 11 so klein wie möglich ist, um ihn optisch zu verbergen, kommt es dazu, daß der Durchmesser des plattenförmigen Erdleiters 11 kleiner als die Hälfte der Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz des Antennenelements 16 wird. Bei einer solchen Konfiguration leckt jedoch Strom aus dem äußeren koaxialen Leiter des Antenneneingangsteils nach außen, was unweigerlich zu einer instabilen Eingangsimpedanz führt.
Andererseits ist mit der vorliegenden Ausführungsform die folgende Konfiguration möglich.
Erstens ist der Reflexionsleiter 14 elektrisch mit dem Erdleiter 11 verbunden. Deshalb dient der Reflexionsleiter 14 nicht nur als ein Reflexionsleiter (das heißt, zur Steuerung der Strahlungsrichtung der elektromagnetischen Wellen), sondern erfüllt elektrisch auch dieselbe Funktion wie der Erdleiter 11. Während er also wie zuvor als ein Reflexionsleiter dient, unterdrückt der Reflexionsleiter 14 außerdem Stromlecks und stabilisiert deshalb die Eingangsimpedanz. Auch wenn der Durchmesser des Erdleiters 11 auf einen kleinen Durchmesser von weniger als der Hälfte der Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz des Antennenelements 16 eingestellt wird, kann folglich das Instabilwerden der Eingangsimpedanz aufgrund von Stromlecks vermieden werden.
Zweitens wird der Durchmesser des Reflexionsleiters 14 auf mindestens die Hälfte der Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz des Antennenelements 16 eingestellt. Dadurch werden Stromlecks sogar noch strenger unterdrückt, sodaß die Eingangsimpedanz noch weiter stabilisiert werden kann.
Aus diesen Gründen können, auch wenn der Durchmesser des Erdleiters 11 auf einen Durchmesser von weniger als der Hälfte der Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz des Antennenelements 16, d. h. einen Wert, bei dem die Möglichkeit von Stromlecks vergleichsweise hoch ist, eingestellt wird, die zu erwartenden Stromlecks effektiv unterdrückt werden. Folglich können durch Verwendung dieser Ausführungsform sowohl die Miniaturisierung des Erdleiters 11 als auch die Stabilisierung der Eingangsimpedanz erzielt werden.
Bei Verwendung der Konfiguration dieser Ausführungsform weist der Reflexionsleiter 14 einen vergleichsweise großen Durchmesser von mindestens der Hälfte der Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz des Antennenelements 16 auf, wenn jedoch die Monopolantenne 20 an der Decke eines Raums angebracht wird, wird der Reflexionsleiter 14 in den inneren Teil der Decke eingearbeitet, sodaß der Teil der Antenne, der in Richtung der Innenseite des Raums exponiert ist, nicht vergrößert wird, auch wenn der Reflexionsleiter 14 etwas größer wird.
Das charakteristische Merkmal der Monopolantenne 20 dieser Ausführungsform besteht also darin, daß sie sowohl eine Stabilisierung der Eingangsimpedanz als auch eine Miniaturisierung erzielen kann, und ein weiteres charakteristisches Merkmal besteht darin, daß die strukturelle Stabilität der Antenne verbessert wird, indem der Erdleiter 11 mechanisch mit dem Verbindungsleiter 27 an den Reflexionsleiter 14 angekoppelt wird.
Gemäß dieser Ausführungsform kann man also eine Monopolantenne mit sehr einfacher Struktur und variabler Strahlungsgerichtetheit erzielen, die in Bezug auf ihren Betrieb und ihre Struktur eine stabilere Konfiguration aufweist.
Diese Ausführungsform wurde an Hand einer Monopolantenne 20, die mit einem einzigen Erdleiter 11 und einem einzigen Reflexionsleiter 14 ausgestattet ist, als Beispiel erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Monopolantennen dieser Konfiguration beschränkt, und es ist auch möglich, die Monopolantenne mit mehreren Reflexionsleitern auszustatten und all diese Reflexionsleiter mit Verbindungsleitern elektrisch mit dem Erdleiter 11 zu verbinden. Außerdem ist es möglich, mehrere Reflexionsleiter vorzusehen und selektiv mit einem Verbindungsleiter mindestens einen dieser Reflexionsleiter elektrisch mit dem Erdleiter 11 zu verbinden.
Die sechste und die siebte Ausführungsform wurden an Hand von Monopolantennen 20, die mit einem einzigen Reflexionsleiter 14 ausgestattet sind und die axiale Symmetrie aufweisen, als Beispiel erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Monopolantennen dieser Konfiguration beschränkt, und es ist auch möglich, die Form und die Größe des Erdleiters 11, die Anzahl und Form und die Größe des Reflexionsleiters und die Position des Erdleiters und des Reflexionsleiters bzw. der Reflexionsleiter einzustellen, um so eine Monopolantenne zu realisieren, die die gewünschte Strahlungsgerichtetheit aufweist.
Die sechste und die siebte Ausführungsform wurden an Hand von Monopolantennen 20, die mit einem Antennenelement 16, das einen linearen Leiter enthält, ausgestattet sind, als Beispiel erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Monopolantennen dieser Konfiguration beschränkt, und es ist auch möglich, die Mitte eines plattenförmigen Leiters mit dem oberen Ende des linearen Leiters zu verbinden, um ein Antennenelement zu bilden, und die Summe der Länge des linearen Leiters und des Radius des plattenförmigen Leiters auf die Länge des Antennenelements 16 einzustellen. Dadurch kann die Höhe der Monopolantenne noch weiter verringert werden. Wenn ein Antennenelement 13 gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform verwendet wird (d. h. ein Antennenelement, das einen linearen Leiter 21, einen plattenförmigen Leiter 22, ringförmige Leiter 24 und 26 und Antiresonanzschaltungen 23 und 25 umfaßt, oder ein Antennenelement, das einen linearen Leiter, einen ringförmigen Leiter und eine Antiresonanzschaltung umfaßt), können außerdem auch die Effekte der obigen ersten bis fünften Ausführungsform erreicht werden, sodaß man eine Monopolantenne mit noch besseren Eigenschaften erhalten kann.
Achte Ausführungsform
Eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 18 erläutert.
18 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Monopolantenne gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 18 bedeutet die Bezugszahl 11 einen Erdleiter, die Bezugszahl 12 einen Stromzuführungsteil, die Bezugszahl 31 ein Antennenelement und die Bezugszahlen 14A und 14B bedeuten Reflexionsleiter. Mit Ausnahme der Reflexionsleiter 14A und 14B und des Antennenelements 31 weist diese Ausführungsform dieselbe Konfiguration wie die sechste Ausführungsform auf, sodaß allen Teilen außer den Reflexionsleitern 14A und 14B und dem Antennenelement 31 dieselben Bezugszahlen zugewiesen wurden und ihre weitere ausführliche Erläuterung hier weggelassen wurde. Die Monopolantenne 30 dieser Ausführungsform ist mit einem Antennenelement 31 ausgestattet, das bei mehreren Resonanzfrequenzen erregt (das heißt, bei mehreren Frequenzen betrieben) werden kann. Das Antennenelement 31 ist senkrecht zu dem Erdleiter 11 angeordnet und ist elektrisch mit dem Stromzuführungsteil 12 verbunden, der sich in der Mitte des Erdleiters 11 befindet. Die Reflexionsleiter 14A und 14B sind plattenförmig und parallel zueinander und zu dem Erdleiter 11 angeordnet. Außerdem sind die Reflexionsleiter 14A und 14B koaxial in bezug auf den Erdleiter 11 angeordnet. Der Erdleiter 11, der Reflexionsleiter 14A und der Reflexionsleiter 14B werden durch Stützstäbe 15 zum Beispiel aus einem Isolator oder einem dielektrischen Material, wie zum Beispiel Teflon (Polytetrafluorethylen) oder Glasepoxidharz verbunden.
Außerdem kann bei der Monopolantenne 30 dieser Ausführungsform das Antennenelement 31 bei zwei Resonanzfrequenzen erregt werden und ist folglich mit zwei Reflexionsleitern (Reflexionsleiter 14A und 14B), die den beiden Resonanzfrequenzen entsprechen, ausgestattet, während axiale Symmetrie erhalten wird.
Es folgt eine Erläuterung einer Monopolantenne mit einer solchen Konfiguration.
Der Betrieb der Monopolantenne 30 ist im Prinzip derselbe wie der Betrieb der Monopolantenne 1 der sechsten Ausführungsform. Bei dieser Monopolantenne 30 kann das Antennenelement 31 jedoch bei zwei Resonanzfrequenzen f₀ und f₁ erregt werden. In diesem Fall variiert die Größe des Erdleiters 11 und der Reflexionsleiter 14A und 14B gemäß der Resonanzfrequenzen, und dasselbe gilt für die Strahlungsgerichtetheit. Durch Einstellen der Formen und der Größen des Erdleiters 11 und der Reflexionsleiter 14A und 14B und des Abstands zwischen dem Erdleiter 11 und den Reflexionsleitern 14A und 14B gemäß der Resonanzfrequenzen f₀ und f₁ kann deshalb für jede der Resonanzfrequenzen f₀ und f₁ die gewünschte Strahlungsgerichtetheit erzielt werden.
Weiterhin kann wie bei der sechsten Ausführungsform die Eingangsimpedanz dieser Monopolantenne 30 stabilisiert werden, indem der Durchmesser des Erdleiters 11 dieser Ausführungsform auf mindestens die Hälfte der Wellenlänge bei der unteren der Resonanzfrequenzen des Antennenelements 31 eingestellt wird.
Neunte Ausführungsform
Eine neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 19 erläutert.
19 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Monopolantenne gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 19 bedeutet die Bezugszahl 11 einen Erdleiter, die Bezugszahl 12 einen Stromzuführungsteil, die Bezugszahl 31 ein Antennenelement, die Bezugszahlen 14A und 14B Reflexionsleiter und die Bezugszahlen 41A und 41B Verbindungsleiter. Mit Ausnahme der Verbindungsleiter 41A und 41B weist diese Ausführungsform dieselbe Konfiguration wie die achte Ausführungsform auf, sodaß allen Teilen außer den Verbindungsleitern 41A und 41B dieselben Bezugszahlen wie bei der achten Ausführungsform zugewiesen wurden und ihre weitere ausführliche Erläuterung hier weggelassen wurde. Das charakteristische Merkmal der Monopolantenne 40 dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Erdleiter 11 und der Reflexionsleiter 14A durch den Verbindungsleiter 41A elektrisch verbunden sind und der Reflexionsleiter 14A und der Reflexionsleiter 14B durch den Verbindungsleiter 41B elektrisch verbunden sind. Es gibt mehrere mögliche Konfigurationen für die Verbindung des Erdleiters 11 und des Reflexionsleiters 14A oder für die Verbindung des Reflexionsleiters 14A und des Reflexionsleiters 14B. Bei dieser Ausführungsform werden der Erdleiter 11 und der Reflexionsleiter 14A jedoch durch einen säulenförmigen Verbindungsleiter 41A, der senkrecht in der Mitte des Erdleiters 11 und des Reflexionsleiters 14, die beide plattenförmig sind, angeordnet ist, elektrisch verbunden, wodurch nicht nur eine elektrische, sondern auch eine mechanische Verbindung zwischen beiden bereitgestellt wird. Ähnlich werden der Reflexionsleiter 14A und der Reflexionsleiter 14B durch einen säulenförmigen Verbindungsleiter 41B, der senkrecht in der Mitte des Reflexionsleiters 14A und des Reflexionsleiters 14B, die beide plattenförmig sind, angeordnet ist, elektrisch verbunden, wodurch nicht nur eine elektrische, sondern auch eine mechanische Verbindung zwischen beiden bereitgestellt wird. Außerdem wird der Durchmesser des größeren der Reflexionsleiter 14A und 14B (in 19 ist dies der Reflexionsleiter 14A in der Nähe des Erdleiters 11) auf mindestens die Hälfte der Wellenlänge bei der unteren Resonanzfrequenz des Antennenelements 31 eingestellt.
Es folgt eine Erläuterung einer Monopolantenne mit einer solchen Konfiguration.
Der Betrieb der Monopolantenne 40 stimmt im Prinzip mit dem Betrieb der Monopolantenne 1 der sechsten Ausführungsform überein. Bei dieser Monopolantenne 40 kann das Antennenelement 41 jedoch bei zwei Resonanzfrequenzen f₀ und f₁ erregt werden. In diesem Fall variiert die Größe des Erdleiters 11 und der Reflexionsleiter 14A und 14B gemäß den Resonanzfrequenzen, und das gleiche gilt für die Strahlungsgerichtetheit. Durch Einstellen der Formen und der Größen des Erdleiters 11 und der Reflexionsleiter 14A und 14B und des Abstands zwischen dem Erdleiter 11 und den Reflexionsleitern 14A und 14B gemäß den Resonanzfrequenzen f₀ und f₁ kann deshalb die gewünschte Strahlungsgerichtetheit für jede der Resonanzfrequenzen f₀ und f₁ erzielt werden.
Bei der Monopolantenne 40 dieser Ausführungsform sind die Reflexionsleiter 14A und 14B über die Verbindungsleiter 41A und 41B elektrisch mit dem Erdleiter 11 verbunden, und der Durchmesser des größeren der Reflexionsleiter 14A und 14B (in 19 ist dies der Reflexionsleiter 14B in der Nähe des Erdleiters 11) wird auf mindestens die Hälfte der Wellenlänge bei der unteren Resonanzfrequenz des Antennenelements 31 eingestellt. Auch wenn der Durchmesser des Erdleiters 11 auf einen Durchmesser von weniger als die Hälfte der Wellenlänge bei der unteren Resonanzfrequenz des Antennenelements 31, d. h. einen Wert, bei dem die Möglichkeit von Stromlecks vergleichsweise hoch ist, eingestellt wird, können deshalb die zu erwartenden Stromlecks effektiv unterdrückt werden. Durch Verwendung dieser Ausführungsform können folglich sowohl die Miniaturisierung des Erdleiters 11 als auch die Stabilisierung der Eingangsimpedanz erzielt werden. Der Grund dafür, daß diese Effekte erreicht werden können, ist derselbe wie für die siebte Ausführungsform erläutert und wird deshalb hier weggelassen.
Weiterhin wird die strukturelle Stabilität der Antenne dieser Ausführungsform verbessert, indem der Erdleiter 11 mit dem Verbindungsleiter 41A mechanisch an den Reflexionsleiter 14A angekoppelt wird, und indem der Reflexionsleiter 14A mit dem Verbindungsleiter 41B mechanisch an den Reflexionsleiter 14B angekoppelt wird.
Gemäß dieser Ausführungsform kann man also eine Monopolantenne mit einfacher Struktur und variabler Strahlungsgerichtetheit erhalten, die in bezug auf ihren Betrieb und ihre Struktur eine stabilere Konfiguration aufweist.
Diese Ausführungsform wurde an Hand einer Monopolantenne 40, die mit zwei Reflexionsleitern 14A, 14B und zwei Verbindungsleitern 41A, 41B ausgestattet ist, als Beispiel erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Monopolantennen dieser Konfiguration beschränkt, und es ist auch möglich, die Monopolantenne mit drei oder mehr Reflexionsleitern auszustatten und all diese Reflexionsleiter mit Verbindungsleitern elektrisch mit dem Erdleiter 11 zu verbinden. Außerdem ist es möglich, drei oder mehr Reflexionsleiter bereitzustellen und selektiv mindestens einen dieser Reflexionsleiter mit einem Verbindungsleiter elektrisch mit dem Erdleiter 11 zu verbinden.
Die achte und die neunte Ausführungsform wurden an Hand von Monopolantennen, die mit einem Antennenelement 31 ausgestattet sind, das bei zwei Resonanzfrequenzen f₀ und f₁ erregt werden kann und das folglich entsprechend den beiden Resonanzfrequenzen mit zwei Reflexionsleitern (Reflexionsleiter 14A und 14B) ausgestattet ist, während axiale Symmetrie erhalten wird, als Beispiel erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Monopolantennen dieser Konfiguration beschränkt, und es ist auch möglich, nur einen Reflexionsleiter zu verwenden. Außerdem kann man in diesem Fall die gewünschte Strahlungsgerichtetheit erreichen, indem die Form und die Größe des Erdleiters 11 und des Reflexionsleiters und der Abstand zwischen dem Erdleiter 11 und dem Reflexionsleiter eingestellt wird. Außerdem ist es möglich, die Strahlungsgerichtetheit bei jeder Resonanzfrequenz durch Kombinieren mehrerer Reflexionsleiter zu verändern. Zum Beispiel kann man die gewünschten Strahlungsgerichtetheiten bei den verschiedenen Resonanzfrequenzen erzielen, indem die Anzahl der Reflexionsleiter und ihre Formen und Größen eingestellt werden.
Wenn bei der oben erwähnten achten oder neunten Ausführungsform anstelle des (Mehrfrequenz-)Antennenelements 31, das bei mehreren Resonanzfrequenzen erregt werden kann, ein Antennenelement 13 gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform verwendet wird (d. h. ein Antennenelement, das einen linearen Leiter 21, einen plattenförmigen Leiter 22, ringförmige Leiter 24 und 26 und Antiresonanzschaltungen 23 und 25 umfaßt, oder ein Antennenelement, das einen linearen Leiter, einen ringförmigen Leiter und eine Antiresonanzschaltung umfaßt), werden außerdem auch die Effekte der obigen ersten bis fünften Ausführungsform erzielt, sodaß man eine Monopolantenne mit noch besseren Eigenschaften erhalten kann.

Claims

Monopolantenne, umfassend: einen Erdleiter (11), einen Stromzuführungsteil (12), der sich auf einer Oberfläche des Erdleiters (11) befindet, einen linearen Leiter (21) mit einem ersten Ende, das mit dem Stromzuführungsteil verbunden ist, und einem zweiten Ende, einen ringförmigen Leiter (24) und einen Planaren Leiter (22), der mit dem zweiten Ende des linearen Leiters (21) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rand des ringförmigen Leiters (24) über eine Antiresonanzschaltung (23) mit einem äußeren Rand des Planaren Leiters verbunden ist.
Monopolantenne nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Erdleitung, die den Planaren Leiter und/oder den ringförmigen Leiter (24) mit dem Erdleiter (11) verbindet.
Monopolantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Planare Leiter und der ringförmige Leiter (24) in einer Ebene angeordnet sind.
Monopolantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Planare Leiter und der Ringformleiter (24) in verschiedenen Ebenen angeordnet sind.
Monopolantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringformleiter (24) mehrere ringförmige Leiter (z. B. 24, 26) umfaßt und gegenüberliegende innere Ränder und äußere Ränder angrenzender ringförmiger Leiter (24, 26) über eine Antiresonanzschaltung (25) verbunden sind.
Monopolantenne nach Anspruch 5, weiterhin mit einer Erdleitung, die den Planaren Leiter und/oder die mehreren ringförmigen Leiter (24, 26) mit dem Erdleiter (11) verbindet.
Monopolantenne nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der planare Leiter und die mehreren Ringformleiter (24, 26) in einer Ebene angeordnet sind.
Monopolantenne nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der planare Leiter und zumindest einer der mehreren Ringformleiter (24, 26) in verschiedenen Ebenen angeordnet sind.
Monopolantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der planare Leiter ein plattenförmiger Leiter (22) ist.
Monopolantenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromzuführungsteil (12) in der Mitte der Oberfläche des Erdleiters (11) angeordnet ist, das erste Ende des linearen Leiters (21) so mit dem Stromzuführungsteil (12) verbunden ist, daß der lineare Leiter (21) senkrecht zu dem Erdleiter (11) steht, das zweite Ende des linearen Leiters (21) so mit der Mitte des planaren Leiters verbunden ist, daß der lineare Leiter (21) senkrecht zu dem planaren Leiter steht, und der Ringformleiter (24) konzentrisch um den planaren Leiter herum angeordnet ist.
Monopolantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antiresonanzschaltung (23) eine Parallelschaltung mit einer Spule (31) und einem Kondensator (32) ist.
Monopolantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antiresonanzschaltung (23) aus einer Spule (41) besteht.
Monopolantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der planare Leiter, die Antiresonanzschaltung (23) und der ringförmige Leiter (24) auf einem dielektrischen Substrat strukturiert sind.
Monopolantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 13, weiterhin mit einem Reflexionsleiter (14), der auf einer Seite des Erdleiters (11) angeordnet ist, die der Seite, auf der der planare Leiter angeordnet ist, gegenüberliegt, dergestalt, daß der Reflexionsleiter (14) durch einen Raum zwischen beiden elektrisch an den Erdleiter (11) angekoppelt wird.
Monopolantenne nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsleiter (14) elektrisch mit dem Erdleiter (11) verbunden ist.
Monopolantenne nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsleiter (14) mehrere Reflexionsleiter umfaßt und mindestens einer der mehreren Reflexionsleiter elektrisch mit dem Erdleiter (11) verbunden ist.
Monopolantenne nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdleiter (11) und der Reflexionsleiter (14) Oberflächen aufweisen, die einander zugewandt sind, und ein Oberflächeninhalt des Reflexionsleiters (14) größer als ein Oberflächeninhalt des Erdleiters ist.
Monopolantenne, umfassend: einen Erdleiter (11), einen Stromzuführungsteil (12), der sich auf einer Oberfläche des Erdleiters (11) befindet, einen linearen Leiter (21) mit einem ersten Ende, das mit dem Stromzuführungsteil verbunden ist, und einem zweiten Ende und einen ringförmigen Leiter (24) dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rand des ringförmigen Leiters (24) über eine Antiresonanzschaltung (23) mit dem zweiten Ende des linearen Leiters (21) verbunden ist.
Monopolantenne nach Anspruch 18, weiterhin mit einer Erdleitung, die den ringförmigen Leiter (24) mit dem Erdleiter verbindet.
Monopolantenne nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringformleiter (24) mehrere ringförmige Leiter (z. B. 24, 26) umfaßt und gegenüberliegende innere Ränder und äußere Ränder angrenzender ringförmiger Leiter (24, 26) über eine Antiresonanzschaltung (25) verbunden sind.
Monopolantenne nach Anspruch 20, weiterhin mit einer Erdleitung, die zumindest einen der mehreren ringförmigen Leiter (24, 26) mit dem Erdleiter verbindet.
Monopolantenne nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Ringformleiter (24, 26) in einer Ebene angeordnet sind.
Monopolantenne nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der mehreren Ringformleiter (24, 26) in einer verschiedenen Ebene angeordnet ist.
Monopolantenne nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Stromzuführungsteil (12) in einer Mitte der Oberfläche des Erdleiters (11) befindet und die mehreren ringförmigen Leiter (24, 26) konzentrisch um den Stromzuführungsteil (12) herum angeordnet sind.
Monopolantenne nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Antiresonanzschaltung eine Parallelschaltung mit einer Spule (31) und einem Kondensator (32) ist.
Monopolantenne nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Antiresonanzschaltung aus einer Spule (41) besteht.
Monopolantenne nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Antiresonanzschaltung (23) und der ringförmige Leiter (24) auf einem dielektrischen Substrat (71) strukturiert sind.
Monopolantenne nach einem der Ansprüche 18 bis 27, weiterhin mit einem Reflexionsleiter (14), der auf einer Seite des Erdleiters (11) angeordnet ist, die der Seite, auf der ein ringförmiger Leiter (24) angeordnet ist, gegenüberliegt, dergestalt, daß der Reflexionsleiter (14) durch einen Raum zwischen beiden elektrisch an den Erdleiter (11) angekoppelt wird.
Monopolantenne nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsleiter (14) elektrisch mit dem Erdleiter (11) verbunden ist.
Monopolantenne nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsleiter (14) mehrere Reflexionsleiter umfaßt und mindestens einer der mehreren Reflexionsleiter elektrisch mit dem Erdleiter (11) verbunden ist.
Monopolantenne nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdleiter (11) und der Reflexionsleiter (14) Oberflächen aufweisen, die einander zugewandt sind, und ein Oberflächeninhalt des Reflexionsleiters (14) größer als ein Oberflächeninhalt des Erdleiters (11) ist.