EP0761021B1 - Antenne mit elektrisch niedriger bauhöhe - Google Patents

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EP0761021B1
EP0761021B1 EP96907252A EP96907252A EP0761021B1 EP 0761021 B1 EP0761021 B1 EP 0761021B1 EP 96907252 A EP96907252 A EP 96907252A EP 96907252 A EP96907252 A EP 96907252A EP 0761021 B1 EP0761021 B1 EP 0761021B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
frequency range
bridge
conductive surface
electrically
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96907252A
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English (en)
French (fr)
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EP0761021A1 (de
Inventor
Heinz Lindenmeier
Jochen Hopf
Leopold Reiter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuba Automotive GmbH and Co KG
Original Assignee
Fuba Automotive GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuba Automotive GmbH and Co KG filed Critical Fuba Automotive GmbH and Co KG
Publication of EP0761021A1 publication Critical patent/EP0761021A1/de
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Publication of EP0761021B1 publication Critical patent/EP0761021B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/30—Combinations of separate antenna units operating in different wavebands and connected to a common feeder system
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/325—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle
    • H01Q1/3275—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle mounted on a horizontal surface of the vehicle, e.g. on roof, hood, trunk
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point

Definitions

  • the invention relates to an antenna in the preamble of the claim 1 mentioned type.
  • An antenna of this type can be very advantageous in radio mode on motor vehicles for mobile radio services be used. It has in particular in the GHz frequency range the advantage of a small height with the desired Directional diagram to connect.
  • the invention is based on antennas of this type, as they are known from the DAS 2153 827 and DAS 2633 757 as well as European patent applications EP 0176311, EP 0177362 and EP 0163454 are known.
  • the antennas described there essentially consist of one L-shaped flat part over a conductive base or are designed as U-shaped flat antennas.
  • All antennas of this type are according to the current state of the art Technology monofrequency antennas i.e. they are at their basic resonance frequency operated what is physically a requirement for that is that the directional diagram when built over a conductive Surface essentially has a round characteristic.
  • a mobile radio antenna on motor vehicles there is a desire for antennas that are in multiple frequency ranges can be used simultaneously.
  • a cellular antenna both in the D mobile network at around 0.9 GHz and in the frequency range of the e-cellular network at approximately twice the frequency (1.8 GHz).
  • the simultaneous use of one is often Antenna in the frequency-adjacent GPS navigation radio service desired.
  • the object of the invention is therefore in an antenna according to the Preamble of claim 1, with the help of easy to carry out Measures to establish the function for several frequency ranges. These measures are designed to be as cost effective as possible Enable manufacturing.
  • Fig. 1 L-shaped antenna with an almost rectangular first conductive Hatched area over conductive counterweight marked effect zones in another higher frequency
  • Fig. 2 Antenna as Fig. 1, but with an almost circular first conductive surface and missing circle segment.
  • Fig. 3 Antenna with a trapezoidal first conductive surface conductive counterweight and exemplary design of Slits 10, which have a high input impedance at their open End to suppress edge currents in another higher one Frequency range and with additional slots as capacitive Load at the open end, the slots being rectangular Cutouts are loaded inductively, so that the open Slot end at the surface edge, a high-impedance reactance in the sets another higher frequency range.
  • Dashed minimal Size of the second conductive area.
  • Fig. 3a Simplified equivalent circuit diagram of an inventive Antenna to explain the principle of action.
  • Fig. 4 Antenna as Fig. 3 with slots 10 in the bridge 4 to Matching the self-inductance of the bridge in the different Frequency ranges.
  • Fig. 5 L-shaped antenna over a conductive base with a circular sector as the first conductive surface 1 and almost quarter-wavelength slots in the wider frequency range for suppression of currents in the peripheral area of the first area.
  • the different long slots cause resonances in two frequencies adjacent to each other higher frequency ranges.
  • Fig. 6 circular sector antenna with the same shaped second conductive Surface and attachment of the antenna coaxial line parallel to this area.
  • the basic principle of operation of the antenna according to the invention is based on it, with the help of the natural resonance of slots and recesses on the conductive surfaces of the antenna in different Frequency ranges to bring about an antenna resonance.
  • this can be brought about by the fact that the Slots 10 in the first frequency range on the current distribution affect the antenna little and due to the natural resonance of the slot arrangements the current flow on the antenna is designed in this way is that also in this frequency range the antenna impedance resonance exists.
  • the largest dimension of the first conductive area 1 is less than 3/8 lambda, so that is azimuthal Circular diagram e.g. even at double the frequency of the low Frequency range still largely exist.
  • an inductance L 4.13 with a series radiation resistance R s increases and the capacity C 13 represents the capacitance of the inner zone 13 to the base plate and the capacitance C 12, the capacity of the current path 12 with the base plate and L 12 is the series inductance of this current path, the capacitance C 11 of the two edge zones 11 with the base plate is connected in parallel with the connection point 3 via the input impedance Z 10, which is high impedance at this frequency, at the open end of the slots 10.
  • a slot forms an electrical line in a conductive surface, the wave resistance of which increases with the slot width 9.
  • the resonance is mainly formed from the sum of the capacitances C 11 , C 12 , C 13 and the inductance L 12 , L 4 , 13 , the resonance of the slot line results in a complete shutdown of the relatively large ones Capacitance C 11 , whereby the antenna resonates even at the higher frequency. Accordingly, the frequency difference between the first and second resonance is greater, the larger the zone 11 in FIG. 1 is selected by the corresponding position of the slots 10, ie the closer the slots adjacent to the connection point 3 are.
  • the shape of the antenna can affect the basic mode of operation can be freely chosen within wide limits.
  • the one described Effect of the antenna of this kind can be brought about if the first conductive surface e.g. Rectangular shape, trapezoidal shape, Circle sector shape or circular shape with missing circle segment. Also a symmetry condition regarding the surface shape and the arrangement of the slots does not necessarily have to be observed will.
  • the corresponding ones are shown in FIG. 2 for clarification Effective zones for an antenna with a circular shape and a missing one Circle segment entered.
  • FIG. 3 shows an example of an advantageous embodiment of two Slots 10 for designing the current path 12 and the low-current Edge zones 11 and the inner one effective for resonance formation Zone 13 in Fig. 1.
  • the slots 10 in their main direction as To design the boundary of the current path. Is the slot in the higher frequency lambda / 4 long, so it owns at its open End at the edge of the first surface a high input impedance, so that currents at this frequency from connection point 3 to the low-current Zones 11 are hindered in their flow. Noteworthy at the lower frequency, provided that e.g. only half the size the slots for the streams are not essential Obstacle.
  • the first conductive surface 1 are included.
  • you can such slots are introduced into the slots 10, which at their opposite the edge of the conductive surface 1 End with an inductive cutout from the conductive Area 1 is complete.
  • the borders of these sections 14 acts inductively due to its longer length in contrast to Slot, which is a strong due to the small slot width has a capacitive effect.
  • the Reactive resistance in the open end of the slot second frequency range can be designed with high resistance, so that Edge currents on the first conductive surface 1 are significantly suppressed will.
  • the bridge 4 mainly acts inductively. 4 are Slits 10 are also made in the bridge 4 to be on this Way using the changed inductance in a second Frequency range in which the slots have 1/4 wavelength resonance at their open end possess the resonance frequency of the antenna also produce in this frequency range.
  • the first senior Surface 1 of the antenna has the shape of a circular sector with no sector triangle at the top of the circle sector.
  • the Slots 10 are largely straight in this example Sector rays, starting from the circular edge of the sector in Direction of the inner zone of the first conductive surface 1, arranged.
  • Such an antenna can be very advantageous as Antenna for the D mobile network (approx. 900 MHz) and the E mobile network (approx. 1800 MHz). In this case it is Length of the slots about Lambda / 4 to choose for the frequency range of the E network; in the higher frequency range mainly the inner zone 13 of the first conductive Area 1 near the edge 5 and the bridge 4.
  • a special one advantageous embodiment of this antenna covers equally the frequency of the global positioning system (GPS). This is easily achieved by using several slots with slightly unequal lengths for the Slits 10a and 10b in Fig. 5 resonate the antenna at the GPS frequency (1574 MHz) is also reached.
  • GPS global positioning system
  • the circle sector angle for example, 90 degrees.
  • the slots are arranged symmetrically to the bisector. The shorter ones have 6 slits lying near the center line in this Example for the suppression of currents in the electric network frequency range a length of 0.25 lambda. For the longer slots in Fig. 5 was used to generate the resonance of the antenna on the GPS frequency a length of 0.23 lambda is selected.
  • Such an antenna has the particular advantage of being simple Manufacturability. Will it over a conductive base plate or a mechanical support plate, so the first first conductive surface 1 and the bridge 4 from a sheet in one Operation together with the slots 10a and 10b with typical required slot widths of 0.5 ... 1.5 mm are punched out will. By bending the edge 5 at a right angle, the Antenna with the lower edge of the bridge 4 in a simple way mounted on the counterweight. After matching the Position of the slots and their dimensions such that Resonances of the antenna can arise at all three frequencies so with the help of a punch tool the antenna with large Precision and extremely inexpensive to manufacture. One is also in the choice of the sector angle with the invention Antenna relatively free.
  • An antenna according to the invention can e.g. as in Fig. 6, also with mutually congruent conductive surfaces 1 and 2 can be designed.
  • the outer jacket of the coaxial line runs 7 parallel to the surface 2, so that it is the electric field perpendicular to the areas 1, 2 does not bother.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antenne mit elektrisch niedriger Bauhöhe, vorzugsweise für Frequenzen im GHz-Bereich. Sie besteht aus einer ersten elektrisch leitenden Fläche (1), welche in einem ersten Frequenzbereich in keiner Abmessung größer ist als 3/8 Lambda und einer zweiten als elektrisches Gegengewicht wirkenden elektrisch leitenden Fläche (2) von mindestens gleicher Größe, die im wesentlichen parallel zu der ersten leitenden Fläche (1), dieser gegenüber und in einem gewissen Abstand (A) davon angeordnet ist, und einer leitenden Brücke (4), welche eine Kante (5) der ersten leitenden Fläche (1) über eine Breite (B) hochfrequenzmäßig niederohmig mit der zweiten elektrisch leitenden Fläche (2) verbindet und die erste elektrisch leitende Fläche (1) in einem Ankopplungspunkt (3) hochfrequent leitend über einem Leiter (15) am Antennenanschlußpunkt mit dem Innenleiter einer Koaxialleitung (7) elektrisch leitend verbunden ist, deren Außenleiter (8) mit der zweiten elektrisch leitenden Fläche (2) verbunden ist und die Dimensionen der Antenne und der Ankopplungspunkt (3) so gewählt sind, daß die Antenne in dem ersten Frequenzbereich in Resonanz ist. Zur Resonanzbildung sind in mindestens einem weiteren Frequenzbereich, mindestens in einer der beiden leitenden Flächen oder/und in der leitenden Brücke (4) Schlitze (10) mit geeigneter Schlitzbreite (9) und Form gebildet und deren Berandungen sind jeweils derart gewählt, daß sie den Verlauf der Ströme auf den elektrisch leitenden Flächen (1, 2) und in der Brücke (4) im ersten und in jedem weiteren Frequenzbereich frequenzselektiv derart bestimmen, daß die Antenne sowohl im ersten wie auch jedem weiteren Frequenzbereich jeweils nahezu eine Resonanz aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenne der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. Eine Antenne dieser Art kann sehr vorteilhaft im Funkbetrieb auf Kraftfahrzeugen für Mobilfunkdienste eingesetzt werden. Sie besitzt insbesondere im GHz-Frequenzbereich den Vorteil, eine kleine Bauhöhe mit dem gewünschten Richtdiagramm zu verbinden.
Die Erfindung geht aus von Antennen dieser Art, wie sie aus der DAS 2153 827 und DAS 2633 757 sowie den Europäischen Patentanmeldungen EP 0176311, EP 0177362 und EP 0163454 bekannt sind. Die dort beschriebenen Antennen bestehen im wesentlichen aus einem L-förmigen flächigen Teil über einer leitenden Grundfläche bzw. sind als U-förmige flächige Antennen ausgeführt.
Das Wirkungsprinzip dieser Antennen besteht darin, bei der Betriebsfrequenz eine Resonanz zu besitzen, wobei die Resonanz durch eine ausgeglichene Blindleistungsbilanz zwischen der magnetischen Blindleistung und der kapazitiven Blindleistung ausgezeichnet ist, so daß an der vorgesehenen Antennenanschlußstelle eine im wesentlichen reelle bzw. eine nicht zu stark reaktive Impedanz herrscht. Diese Resonanzwirkung ist im Ersatzschaltbild Fig. 4 der EP 0177362 für eine L-förmige Antenne beschrieben. Bei Resonanz der L-Struktur sind dabei die Blindleistungen der magnetischen Felder, welche die starken Ströme auf der und in der Umgebung der Brücke 38 in Fig. 3 bilden, ausgewogen mit der kapazitiven Blindleistung, welche die elektrischen Felder zwischen der Fläche 36 und der Grundplatte 39 bilden.
Alle Antennen dieser Art sind nach dem gegenwärtigen Stand der Technik monofrequente Antennen d.h., sie werden bei ihrer Grundresonanzfrequenz betrieben, was physikalisch eine Voraussetzung dafür ist, daß das Richtdiagramm bei Aufbau über einer leitenden Fläche im wesentlichen eine Rundcharakteristik besitzt. Insbesondere beim Einsatz als Mobilfunkantenne auf Kraftfahrzeugen besteht jedoch der Wunsch nach Antennen, welche in mehreren Frequenzbereichen gleichzeitig einsetzbar sind. Als wichtiges Beispiel gilt die Verwendung einer Mobilfunkantenne sowohl im D-Mobilfunknetz bei ca. 0,9 GHz als auch im Frequenzbereich des E-Mobilfunknetzes bei etwa doppelter Frequenz (1,8 GHz). Zusätzlich ist vielfach die gleichzeitige Verwendung einer Antenne im frequenzbenachbarten GPS-Navigationsfunkdienst erwünscht.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei einer Antenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit Hilfe einfach durchzuführender Maßnahmen, die Funktion für mehrere Frequenzbereiche herzustellen. Diese Maßnahmen sollen eine möglichst kostengünstige Herstellung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antenne mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1: L-förmige Antenne mit nahezu rechteckiger erster leitender Fläche über leitendem Gegengewicht mit schraffiert gekennzeichneten Wirkungszonen in einem weiteren höherfrequenten Frequenzbereich: 11 = Randzonen mit kleinen Strömen; 13 = für Resonanzbildung wirksame innere Zone; 3 = Strombahn zwischen Ankopplungspunkt 3 und leitender Brücke 4.
Fig. 2: Antenne wie Fig. 1, jedoch mit nahezu kreisförmiger erster leitender Fläche und fehlendem Kreissegment.
Fig. 3: Antenne mit trapezförmiger erster leitender Fläche über leitendem Gegengewicht und beispielhafter Ausgestaltung von Schlitzen 10, welche mit hoher Eingangsimpedanz an deren offenem Ende zur Unterdrückung von Kantenströmen in einem weiteren höheren Frequenzbereich und mit zusätzlichen Schlitzen als kapazitive Last am offenen Ende, wobei die Schlitze durch rechteckige Ausschnitte induktiv belastet sind, so daß sich am offenen Schlitzende am Flächenrand, ein hochohmiger Blindwiderstand im weiteren höheren Frequenzbereich einstellt. Gestrichelt: minimale Größe der zweiten leitenden Fläche.
Fig. 3a: Stark vereinfachtes Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen Antenne zur Erläuterung des Wirkungsprinzips.
Fig. 4: Antenne wie Fig. 3 mit Schlitzen 10 in der Brücke 4 zur Abstimmung der Eigeninduktivität der Brücke in den verschiedenen Frequenzbereichen.
Fig. 5: L-förmige Antenne über leitendem Grund mit einem Kreissektor als erster leitender Fläche 1 und nahezu Viertelwellenlängen-Schlitze im weiteren Frequenzbereich zur Unterdrückung von Strömen im Randgebiet der ersten Fläche. Die unterschiedlich langen Schlitze bewirken Resonanzen in zwei zueinander frequenzbenachbarten höheren Frequenzbereichen.
Fig. 6: Kreissektorantenne mit ebenso geformter zweiter leitenden Fläche und Anbringung der Antennenkoaxialleitung parallel zu dieser Fläche.
Das Grundwirkungsprinzip der erfindungsgemäßen Antenne beruht darauf, mit Hilfe der Eigenresonanz von Schlitzen und Aussparungen auf den leitenden Flächen der Antenne in unterschiedlichen Frequenzbereichen jeweils eine Antennenresonanz herbeizuführen. Auf einfachste Weise kann dies dadurch bewirkt werden, daß die Schlitze 10 im ersten Frequenzbereich die Stromverteilung auf der Antenne nur wenig beeinflussen und infolge der Eigenresonanz der Schlitzanordnungen der Stromfluß auf der Antenne derart gestaltet ist, daß ebenfalls in diesem Frequenzbereich bezüglich der Antennenimpedanz Resonanz besteht.
In der Fig. 1 ist das Wirkungsprinzip der Antenne nach der Erfindung dargestellt. Im ersten, also niederen Frequenzbereich, wirkt die gesamte erste leitende Fläche 1 und ist durch die Schlitze 10 gemäß dem Anspruch 1 nur wenig in ihrer Wirkung beeinträchtigt, so daß die Antenne in diesem Bereich wirkt wie die Antennen, die gemäß dem Stande der Technik beschrieben sind. Um in einem weiteren höheren Frequenzbereich ebenfalls eine gewünschte Resonanz zu erreichen, werden gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 in der Umgebung der Randzonen 11 Schlitze 10 eingebracht, welche insbesondere die hochwirksamen Randströme im höherfrequenten Bereich unterdrücken. Somit bildet sich gemäß der Erfindung zwischen dem Anschlußpunkt 3 und der Brücke 4 eine Strombahn 12 aus, auf der die Antennenströme fließen. Bei geeignetem Verlauf und geeigneter Dimensionierung der Schlitze 10 wird über diese Strombahn 12 die innere Zone 13, welche sich in der Nähe der Brücke 4 befindet, zur Resonanzbildung angeregt. Aufgrund der Kleinheit der inneren Zone 13 im Vergleich zur gesamten ersten leitenden Fläche 1 stellt sich zusätzlich zur ersten Resonanzfrequenz eine höhere Resonanzfrequenz für den weiteren Frequenzbereich ein. Ist die größte Abmessung der ersten leitenden Fläche 1 kleiner als 3/8 Lambda, so ist das azimutale Runddiagramm z.B. auch bei der doppelten Frequenz des niedrigen Frequenzbereichs noch weitgehend gegeben.
Um das Wirkungsprinzip der Antenne besser zu erläutern, wird das stark vereinfachte Ersatzschaltbild in Fig. 3a betrachtet, welches jedoch die einzelnen Wirkelemente nur ganz grob angenähert wiedergibt. Eine grobe Vereinfachung der Darstellung besteht darin, daß verteilt wirkende Blindelemente zum besseren Verständnis als konzentrierte Elemente dargestellt sind und somit nicht als frequenzunabhängig betrachtet werden können. Dennoch läßt sich anhand dieses vereinfachten Ersatzschaltbildes die grundsätzliche Wirkungsweise der Antenne im höheren Frequenzbereich erläutern. Schreibt man der mit der Grundplatte verbundenen Brücke 4 und der inneren Zone 13 eine Induktivität L4,13 mit einem Serienstrahlungwiderstand Rs zu und repräsentiert die Kapazität C13 die Kapazität der inneren Zone 13 mit der Grundplatte und die Kapazität C12 die Kapazität der Strombahn 12 mit der Grundplatte und ist L12 die Serieninduktivität dieser Strombahn, so ist die Kapazität C11 der beiden Randzonen 11 mit der Grundplatte über die bei dieser Frequenz hochohmigen Eingangsimpedanz Z 10 am offenen Ende der Schlitze 10 dem Anschlußpunkt 3 parallelgeschaltet. Durch Einfügung der Schlitzimpedanz Z 10 und deren Darstellung als hochohmiger Parallelresonanzkreis ist erkennbar, daß sich das erfindungsgemäße Resonanzverhalten bei mehreren Frequenzen einstellt. Ein Schlitz bildet in einer leitenden Fläche eine elektrische Leitung, deren Wellenwiderstand mit der Schlitzbreite 9 ansteigt. Tendenzweise ist die Wirkungsfrequenzbandbreite der Schlitzresonanz im Hinblick auf die Beeinflussung der Antennenströme umso größer, je größer die Schlitzbreite ist. Während bei der ersten, niedrigen Frequenz die Resonanz in der Hauptsache aus der Summe der Kapazitäten C11, C12, C13 und der Induktivität L12, L4,13 gebildet ist, ergibt sich bei Resonanz der Schlitzleitung eine vollkommene Abschaltung der relativ großen Kapazität C11, wodurch die Antenne auch bei der höheren Frequenz eine Resonanz besitzt. Demnach ist der Frequenzunterschied zwischen erster und zweiter Resonanz umso größer, je größer die Zone 11 in Fig.1 durch entsprechende Lage der Schlitze 10 gewählt ist, d.h. je näher die zum Anschlußpunkt 3 benachbarten Schlitze beieinander liegen.
Die Form der Antenne kann bezüglich der grundsätzlichen Wirkungsweise in weiten Grenzen frei gewählt werden. Die beschriebene Wirkung der Antenne dieser Art kann herbeigeführt werden, wenn die erste leitende Fläche z.B. Rechteckform, Trapezform, Kreissektorform bzw. Kreisform mit fehlendem Kreissegment besitzt. Auch eine Symmetriebedingung bezüglich der Flächenform und der Anordnung der Schlitze muß nicht zwingend eingehalten werden. Zur Verdeutlichung sind in Fig. 2 die entsprechenden Wirkungszonen für eine Antenne mit Kreisform und fehlendem Kreissegment eingetragen.
Fig. 3 zeigt beispielhaft eine vorteilhafte Ausgestaltung zweier Schlitze 10 zur Gestaltung der Strombahn 12 sowie der stromarmen Randzonen 11 und der für die Resonanzbildung wirksamen inneren Zone 13 in Fig. 1. Hierbei ist es vorteilhaft, zur Gestaltung der Strombahn 12, die Schlitze 10 in ihrer Hauptrichtung als Berandung der Strombahn zu gestalten. Ist der Schlitz bei der höheren Frequenz Lambda/4 lang, so besitzt er an seinem offenen Ende am Rand der ersten Fläche eine hohe Eingangsimpedanz, so daß Ströme bei dieser Frequenz vom Anschlußpunkt 3 zu den stromarmen Zonen 11 in ihrem Fluß behindert werden. Bei der nennenswert niedrigeren Frequenz, sofern diese z.B. nur halb so groß ist, stellen die Schlitze für die Ströme kein wesentliches Hindernis dar. Ihre Wirkung auf die Resonanzfrequenz im ersten Frequenzbereich kann auf bekannte Weise in die Dimensionierung der ersten leitenden Fläche 1 einbezogen werden. Zusätzlich können zu den Schlitzen 10 solche Schlitze eingebracht werden, welche an ihrem dem Rand der leitenden Fläche 1 entgegengesetztem Ende mit einem induktiv wirkenden Ausschnitt aus der leitenden Fläche 1 abgeschlossen ist. Die Berandung dieser Ausschnitte 14 wirkt aufgrund ihrer größeren Länge induktiv im Gegensatz zum Schlitz, welcher aufgrund der kleinen Schlitzbreite eine stark kapazitive Wirkung hat. Bei geeigneter Ausführung kann dabei der am offenen Ende des Schlitzes entstehende Blindwiderstand im zweiten Frequenzbereich hochohmig gestaltet werden, so daß Randströme auf der ersten leitenden Fläche 1 wesentlich unterdrückt werden. Diese Anordnung bewirkt, daß die in Fig. 1 mit 11 gekennzeichneten Zonen nur wenig zur Kapazität der ersten leitenden Fläche 1 gegenüber der als elektrisches Gegengewicht wirkenden elektrisch leitenden Fläche 2 beitragen. Die Verkleinerung der wirksamen Kapazität bewirkt somit im zweiten Frequenzbereich eine Resonanz, wobei die für die Resonanzbildung wirksame innere Zone 13 (siehe Fig. 1) über die Strombahn 12 zwischen Ankopplungspunkt 3 und leitender Brücke 4 in Fig. 1 angeregt wird.
Die Brücke 4 wirkt in der Hauptsache induktiv. In Fig. 4 sind Schlitze 10 ebenfalls in die Brücke 4 eingebracht, um auf diese Weise mit Hilfe der veränderten Induktivität in einem zweiten Frequenzbereich, in dem die Schlitze an ihrem offenen Ende 1/4-Wellenlängen-Resonanz besitzen, die Resonanzfrequenz der Antenne auch in diesem Frequenzbereich herstellen.
In Fig. 5 ist eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer Antenne nach der Erfindung dargestellt. Die erste leitende Fläche 1 der Antenne besitzt hier die Form eines Kreissektors mit fehlendem Sektordreieck an der Spitze des Kreissektors. Die Schlitze 10 sind bei diesem Beispiel auf weitgehend geradlinigen Sektorstrahlen, ausgehend vom kreisförmigen Rand des Sektors in Richtung der inneren Zone der ersten leitenden Fläche 1, angeordnet. Eine solche Antenne läßt sich sehr vorteilhaft als Antenne für das D-Mobilfunknetz (ca. 900 MHz) und das E-Mobilfunknetz (ca. 1800 MHz) einsetzen. In diesem Fall ist die Länge der Schlitze etwa Lambda/4 zu wählen für den Frequenzbereich des E-Netzes; im höheren Frequenzbereich wirken dabei in der Hauptsache nur die innere Zone 13 der ersten leitenden Fläche 1 in der Nähe der Kante 5 und die Brücke 4. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dieser Antenne deckt gleichermaßen die Frequenz des Global-Positioning-Systems (GPS) ab. Dies wird auf einfache Weise dadurch erreicht, daß durch Verwendung mehrerer Schlitze mit geringfügig ungleichen Längen für die Schlitze 10a und 10b in Fig. 5 eine Resonanz der Antenne bei der GPS-Frequenz (1574 MHz) ebenfalls erreicht wird. Bei einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antenne beträgt der Kreissektorwinkel beispielhaft 90 Grad. Die Schlitze sind symmetrisch zur Winkelhalbierenden angeordnet. Die kürzeren, nahe der Mittellinie 6 liegenden Schlitze haben in diesem Beispiel zur Unterdrückung von Strömen im E-Netzfrequenzbereich eine Länge von 0,25 Lambda. Für die längeren Schlitze in Fig. 5 wurde zur Erzeugung der Resonanz der Antenne auf der GPS-Frequenz eine Länge von 0,23 Lambda gewählt.
Eine solche Antenne hat den besonderen Vorteil der einfachen Herstellbarkeit. Wird sie über einer leitenden Grundplatte oder einer mechanischen Trägerplatte verwendet, so können die erste erste leitende Fläche 1 und die Brücke 4 aus einem Blech in einem Arbeitsgang gemeinsam mit den Schlitzen 10a und 10b mit typisch erforderlichen Schlitzbreiten von 0,5...1,5 mm ausgestanzt werden. Durch Biegen der Kante 5 im rechten Winkel wird die Antenne mit der unteren Kante der Brücke 4 auf einfache Weise auf dem Gegengewicht montiert. Nach gefundenem Abgleich der Position der Schlitze und ihrer Abmessungen derart, daß Resonanzen der Antenne bei allen drei Frequenzen entstehen, kann so mit Hilfe eines Stanzwerkzeugs die Antenne mit großer Präzision und außerordentlich kostengünstig hergestellt werden. Auch in der Wahl des Sektorwinkels ist man bei der erfindungsgemäßen Antenne relativ frei. Es zeigt sich, daß bei vorgegebener, nach dem Stande der Technik gewählter Trapez- oder Rechteck-Form für die erste leitende Fläche 1, nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung stets Schlitze 10 derart eingebracht werden können, um die erfindungsgemäße Aufgabe der Erzeugung von Mehrfachresonanzen zu lösen. Eine ähnlich einfache Herstellung einer Antenne nach der Erfindung kann in gedruckter Leiterplattentechnik erfolgen, wobei auch kompliziertere Schlitzformen kostengünstig realisiert werden können.
Eine erfindungsgemäße Antenne kann z.B. wie in Fig. 6, auch mit zueinander kongruenten leitenden Flächen 1 und 2 gestaltet werden. In diesem Fall verläuft der Außenmantel der Koaxialleitung 7 parallel zur Fläche 2, so daß er das elektrische Feld senkrecht zu den Flächen 1, 2 nicht stört.

Claims (15)

  1. Antenne mit elektrisch niedriger Bauhöhe, vorzugsweise für Frequenzen im GHz-Bereich, bestehend aus einer ersten elektrisch leitenden Fläche (1), welche in einem ersten Frequenzbereich in keiner Abmessung größer ist als 3/8 Lambda und einer zweiten als elektrisches Gegengewicht wirkenden elektrisch leitenden Fläche (2) von mindestens gleicher Größe, die im wesentlichen parallel zu der ersten leitende Fläche (1), dieser gegenüber und in einem gewissen Abstand (A) davon angeordnet ist, und einer leitenden Brücke (4), welche eine Kante (5) der ersten leitenden Fläche (1) über eine Breite (B) hochfrequenzmäßig niederohmig mit der zweiten elektrisch leitenden Fläche (2) verbindet und die erste elektrisch leitende Fläche (1) in einem Ankopplungspunkt (3) hochfrequent leitend über einen Leiter (15) am Antennenanschlußpunkt mit dem Innenleiter einer Koaxialleitung (7) elektrisch leitend verbunden ist, deren Außenleiter (8) mit der zweiten elektrisch leitenden Fläche (2) verbunden ist und die Dimensionen der Antenne und der Ankopplungspunkt (3) so gewählt sind, daß die Antenne in dem ersten Frequenzbereich in Resonanz ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zur Resonanzbildung in mindestens einem weiteren Frequenzbereich, mindestens in einer der beiden leitenden Flächen oder/und in der leitenden Brücke (4) Schlitze (10) mit geeigneter Schlitzbreite (9) und Form gebildet sind und deren Berandung jeweils derart gewählt sind, daß sie den Verlauf der Ströme auf den elektrisch leitenden Flächen (1,2) und in der Brücke (4) im ersten und in jedem weiteren Frequenzbereich frequenzselektiv derart bestimmen, daß die Antenne sowohl im ersten wie auch jedem weiteren Frequenzbereich jeweils nahezu eine Resonanz aufweist.
  2. Antenne nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zur Resonanzbildung in mindestens einem weiteren, in der Frequenz höher liegenden Frequenzbereich, mindestens in einer der beiden elektrisch leitenden Flächen Schlitze (10) mit jeweils geeigneter Schlitzbreite (9) und einem jeweils zum Flächenrand weisenden offenen Ende gebildet sind und deren Verlauf in der Fläche und deren Längen bis zu ihrem geschlossenen Ende jeweils derart gewählt sind, daß sie den Verlauf der Ströme auf den Flächen im ersten Frequenzbereich nur wenig beeinträchtigen und dabei die für die Resonanzbildung wirksame Zone im wesentlichen durch die gesamte leitende Fläche gegeben ist, den Verlauf der Ströme auf diesen Flächen im jedem weiteren Frequenzbereich jedoch derart bestimmen, daß sich zwischen dem Ankopplungspunkt (3) und der leitenden Brücke (4) eine Strombahn (12) mit starken Strömen einstellt und entfernt von der leitenden Brücke (4) die Randzonen (11) der leitenden Fläche auf beiden Seiten dieser Strombahn nur kleine Ströme führen, sodaß sich die für die Resonanzbildung wirksame innere Zone (13) in der Nähe der leitenden Brücke (4) einstellt und diese Zone entsprechend der höheren Frequenz kleiner ist als die leitende Fläche, sodaß die Antenne auch in diesem Frequenzbereich eine Resonanz aufweist.
  3. Antenne nach Anspruch 1 bis 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zur Resonanzbildung in mindestens einem weiteren Frequenzbereich in der leitenden Brücke (4) wenigstens ein Schlitz (10) mit geeigneter Schlitzbreite (9) mit einem zum Flächenrand weisenden offenen Ende gebildet ist und dessen Verlauf in der Fläche und dessen Länge bis zu ihrem geschlossenen Ende jeweils derart gewählt ist, daß er den Verlauf der Ströme auf den Flächen im ersten Frequenzbereich nur wenig beeinträchtigt und dabei die für die Resonanzbildung wirksame induktive Wirkung der Brücke im wesentlichen durch die gesamte Breite der Brücke gegeben ist, der Verlauf der Ströme auf dieser Brücke in jedem weiteren Frequenzbereich jedoch derart bestimmt ist, daß die wirksame Breite der Brücke entsprechend der weiteren Frequenz kleiner ist als die geometrische Breite B, sodaß die Antenne auch in diesem Frequenzbereich eine Resonanz aufweist.
  4. Antenne nach Anspruch 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    bei großem Frequenzverhältnis zwischen einem zweiten und dem ersten Frequenzbereich die Schlitze (10) bei konstanter Schlitzbreite (9) so gestaltet sind, daß sie im zweiten Frequenzbereich eine elektrische Länge von nahezu 1/4 Lambda besitzen, sodaß sie an dem am Rand der leitenden Fläche befindlichen offenen Ende einen großen Blindwiderstand aufweisen.
  5. Antenne nach Anspruch 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zur geometrischen Verkürzung der notwendigen Schlitzlänge eine kleine Schlitzbreite (9) derart gewählt ist und das geschlossene Ende des Schlitzes durch die Berandung einer ausgesparten Fläche (14), welche groß ist im Vergleich zur Fläche des Schlitzes, gebildet ist, sodaß der Schlitz im zweiten Frequenzbereich an seinem offenen Ende einen großen Blindwiderstand aufweist und dieser Blindwiderstand im ersten Frequenzbereich möglichst klein ist.
  6. Antenne nach Anspruch 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die erste elektrisch leitende Fläche (1) die Form eines Rechtecks besitzt und der Ankopplungspunkt (3) im wesentlichen auf der mittelsenkrechten Linie (16) der Kante (5) angebracht ist, welche die erste leitende Fläche (1) mit der Brücke (4) bildet.
  7. Antenne nach Anspruch 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die erste elektrisch leitende Fläche (1) die Form eines Kreises mit fehlendem Kreissegment besitzt und der Ankopplungspunkt (3) im wesentlichen auf der mittelsenkrechten Linie (16) der im wesentlichen geradlinigen Kante (5), welche durch das fehlende Kreissegment gebildet ist und welche die erste leitende Fläche Fläche (1) mit der Brücke (4) bildet, angebracht ist.
  8. Antenne nach Anspruch 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die erste elektrisch leitende Fläche (1) die Form eines Kreissektors mit fehlendem Sektordreieck an der Spitze des Kreissektors besitzt und der Ankopplungspunkt (3) im wesentlichen auf der Winkelhalbierenden (6) des Kreissektors angebracht ist und der Öffnungswinkel des Kreissektors kleiner ist als 180 Grad.
  9. Antenne nach Anspruch 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    mindestens zwei Schlitze (10) auf der ersten elektrisch leitenden Fläche (1) symmetrisch zur Symmetrielinie (6) ausgehend vom Rand im wesentlichen geradlinig in Richtung der leitenden Brücke (4) und in Richtung der wirksamen inneren Zone für den weiteren Frequenzbereich führen.
  10. Antenne nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    im wesentlichen geradlinige Schlitze in Form von Sektorstrahlen ausgehend vom Rand der ersten elektrisch leitenden Fläche (1) in Richtung der wirksamen inneren Zone (13) führen.
  11. Antenne nach Anspruch 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    unterschiedlich lange Schlitze zur Ausbildung von weiteren Resonanzen für weitere Frequenzbereiche auf der ersten oder/und zweiten leitenden Fläche (1,2) angeordnet sind.
  12. Antenne nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    mehrere symmetrisch zur Symmetrielinie angeordnete, im wesentlichen geradlinige Schlitze vorhanden sind, so daß sich wirksame innere Zonen zur Resonanzbildung im D-, E-Netz und für die satellitengestützte Navigation GPS einstellen.
  13. Antenne nach Anspruch 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die zweite leitende Fläche (2) eine im wesentlichen horizontale leitende Fläche einer Fahrzeugkarosserie ist.
  14. Antenne nach Anspruch 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die erste und zweite leitende Fläche im wesentlichen zueinander kongruent sind und der Außenmantel der Koaxialleitung 7 parallel zur zweiten leitenden Fläche 2 geführt ist, so daß er das elektrische Feld senkrecht zu den Flächen 1, 2 nicht stört.
  15. Antenne nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    sie auf einer nichtleitenden Fläche einer Fahrzeugkarosserie angebracht ist.
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