EP0818848B1 - Aktive Empfangsantenne - Google Patents

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EP0818848B1
EP0818848B1 EP97111125A EP97111125A EP0818848B1 EP 0818848 B1 EP0818848 B1 EP 0818848B1 EP 97111125 A EP97111125 A EP 97111125A EP 97111125 A EP97111125 A EP 97111125A EP 0818848 B1 EP0818848 B1 EP 0818848B1
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EP
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slot
slot antenna
antenna
cavity
supply lines
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Johann-Friedrich Dr. Luy
Erwin Dr. Biebl
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Conti Temic Microelectronic GmbH
Mercedes Benz Group AG
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DaimlerChrysler AG
Conti Temic Microelectronic GmbH
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    • 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
    • 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
    • H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them

Definitions

  • the invention relates to a slot antenna arrangement according to the preamble of Patent claim 1.
  • the slot antenna is used in receiving satellite signals, e.g. to Navigation, as well as in land, water and air vehicles.
  • Slot antennas with radiation field coupling are suitable for such receiving antennas.
  • the e.g. have a feed line on the back of a substrate (B.D.M Pozar, IEEE Trans. Antennas Prop. Vol. AP-34, no. 12, pp. 1439-1446 (1996)).
  • Japanese Patent Application 0 6383923A discloses a slot antenna with one a cavity formed of a dielectric material, the slot in a conductive Wall is brought.
  • the object of the invention is to provide a powerful slot antenna arrangement, with the different polarized waves are received and the easy to the Vehicle body are adaptable.
  • the invention has the advantage that by the integrated switched on and off low-noise preamplifier (LNA) excellent reception performance can be achieved.
  • LNA low-noise preamplifier
  • Antennas are circular as well as linear due to the switchable LNA to receive polarized waves.
  • the flat, mechanically robust design the antenna, as well as their invisible and aerodynamically optimal arrangement in the Vehicle body advantageous.
  • the antenna 1 is introduced as a slot-shaped recess in the metallic vehicle body 2.
  • the antenna is closed from the back by a cavity 3 with shallow depth.
  • the cavity is filled with a dielectric, eg Teflon, polystyrene or the like.
  • the low-noise preamplifier (LNA) is connected to the antenna by different lengths of leads L 1 , L 2 , so that, for example, when receiving circularly polarized waves, the addition the two rotated by 90 ° linear polarization states in the LNA takes place.
  • the correct phase position of the waves is set via different lengths of supply lines L 1 , L 2 .
  • the LNA is introduced into the dielectric and connected via leads L 1 , L 2 to the metallic body.
  • the entire antenna introduced into the metallic body can be coated with a lacquer layer 4.
  • the power supply and the decoupling of the amplified signal takes place, for example, via the lines L 1 , L 2 introduced in the dielectric.
  • the lines L 1 , L 2 microstrip lines can be used. This has the advantage that the structure of the antenna in sandwich technique is possible.
  • the use of coaxial cables offers the advantage that lower electrical losses occur.
  • the slot-shaped antenna contour can be linear Slit, ring slot or cone-shaped slot designed are.
  • FIG. 2 for example, an embodiment of a ring slot 5 is shown.
  • the back cavity has a depth of eg 1mm.
  • the cross-sectional area of the cavity of the antenna is ever designed according to the shape of the slot antenna, since the shape of the Resonance frequency of the antenna determines.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Schlitzantennenanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Schlitzantenne findet Verwendung beim Empfang von Satellitensignalen, z.B. zur Navigation, sowie in Land-, Wasser- und Luftfahrzeugen.
Für derartige Empfangsantennen eignen sich Schlitzantennen mit Strahlungsfeldankopplung, die z.B. eine Speiseleitung auf der Rückseite eines Substrates besitzen (B.D.M Pozar, IEEE Trans. Antennas Prop. Vol. AP-34, No. 12, S. 1439-1446 (1996)).
Aus der japanischen Patentanmeldung 0 6383923A ist eine Schlitzantenne mit einem aus einem dielektrischen Material gebildeten Hohlraum bekannt, deren Schlitz in eine leitende Wand gebracht ist.
In der US-Patentschrift 5,489,913 ist eine Schlitzantenne mit Hohlraum bekannt, die sehr kleine Abmessungen besitzt. Über unterschiedliche Schlitzanordnungen mit entsprechenden Koppelstrukturen werden unterschiedliche polarisierte Wellen empfangen.
Aufgabe der Erfindung ist es eine leistungsstarke Schlitzantennenanordnung anzugeben, mit der unterschiedliche polarisierte Wellen empfangen werden und die einfach an die Fahrzeugkarosserie anpaßbar sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch den integrierten um- und abschaltbaren rauscharmen Vorverstärker (LNA) hervorragende Empfangsleistungen erzielt werden. Mit der Antenne sind durch den um- und abschaltbaren LNA sowoahl zirkular als auch linear polarisierte Wellen zu emfpangen. Weiterhin ist die flache, mechanisch robuste Ausgestaltung der Antenne, sowie deren unsichtbare und aerodynamisch optimale Anordnung in der Fahzeugkarosserie vorteilhaft.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben unter Bezugnahme auf schematisch Zeichnungen.
Gemäß FIG. 1 ist die Antenne 1 als schlitzförmige Aussparung in die metallische Fahrzeugkarosserie 2 eingebracht. Um die rückseitige Abstrahlung zu verhindern, ist die Antenne von hinten durch einen Hohlraum 3 mit geringer Tiefe abgeschlossen. Der Hohlraum ist mit einem Dielektrikum gefüllt, z.B. Teflon, Polystyrol o.ä.. Der rauscharme Vorverstärker (LNA) ist durch unterschiedlich lange Zuleitungen L1, L2 mit der Antenne verbunden, so daß z.B. beim Empfang von zirkular polarisierten Wellen, die Addition der beiden um 90° gedrehten linearen Polarisationszustände im LNA erfolgt. Die richtige Phasenlage der Wellen wird über unterschiedlich lange Zuleitungen L1, L2 eingestellt. Der LNA ist in das Dielektrikum eingebracht und über Zuleitungen L1, L2 mit der metallischen Karosserie verbunden. Die gesamte in die metallische Karosserie eingebrachte Antenne ist mit einer Lackschicht 4 beschichtbar.
Die Stromversorgung und die Auskopplung des verstärkten Signals erfolgt z.B. über die im Dielektrikum eingebrachten Leitungen L1, L2. Für die Leitungen L1, L2 können Microstrip-Leitungen verwendet werden. Dies hat den Vorteil, daß der Aufbau der Antenne in Sandwich-Technik möglich ist. Die Verwendung von Koaxialleitungen bietet den Vorteil, daß geringere elektrische Verluste auftreten.
Die schlitzförmige Antennenkontur kann als linearer Schlitz, Ringschlitz oder konusförmiger Schlitz ausgestaltet sind.
In FIG. 2 ist z.B. eine Ausgestaltung eines Ringschlitzes 5 dargestellt. Der rückseitige Hohlraum hat eine Tiefe von z.B. 1mm. Die Zuleitungen L1, L2 sind z.B. Microstrip-Leitungen mit einer Länge von L1 = λ/4 /εr und L2 = λ/ εr bei einer Wellenlänge von z.B. λ = 18,75cm (entspricht einer Frequenz f = 1,6 GHz.
Die Querschnittsfläche des Hohlraums der Antenne wird je nach Form der Schlitzantenne gestaltet, da die Form die Resonanzfrequenz der Antenne bestimmt.
Alle Bauteile werden bündig zur Oberfläche der metallischen Fahrzeugkarosserie ausgeführt. Damit kann die Antenne überlackiert werden und ist somit nicht sichtbar. Da für die Schlitzantenne die gesamte sie umgebende Metallfläche (z.B. das gesamte Fahrzeugdach) als Massefläche wirkt, wird eine nahezu halbkugelförmig isotrope Richtcharakteristik erreicht, wie sie für die geplanten Anwendungsgebiete notwendig ist. Durch Integration der Antennenstruktur in eine konvexe Oberfläche (Fahrzeugaußenhaut) kann eine nierenförmige Antennencharakteristik erreicht werden.

Claims (7)

  1. Schlitzantennenanordnung, die als Empfangsantenne für unterschiedlich polarisierte Wellen verwendet wird, und die von hinten durch einen mit einem Dielektrikum gefüllten und eine Metallfläche aufweisenden Hohlraum (3) abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Schlitzantenne durch Zuleitungen (L1, L2) phasenrichtig mit einem rauscharmen um- und abschaltbaren Vorverstärker (LNA) zur Ankopplung der Schlitzstruktur verbunden ist, derart, daß über unterschiedliche Längen der Zuleitungen (L1, L2) eine bestimmte Phasenlage der empfangenen Wellen eingestellt wird, und
    daß der Vorverstärker (LNA) und die Zuleitungen (L1, L2) in den Hohlraum (3) eingebracht sind.
  2. Schlitzantennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine schlitzförmige Aussparung der Antenne in einer Metallfläche (2) eingebracht ist.
  3. Schlitzantennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzantenne als Ringschlitz (5) ausgebildet ist.
  4. Schlitzantennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (L1, L2) Microstrip-Leitungen sind.
  5. Schlitzantennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (L1, L2) Koaxialleitungen sind.
  6. Schlitzantennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Hohlraums (3) nach der Form der Schlitzantenne gestaltet ist, und daß der Hohlraum (3) eine Tiefe von etwa 1 mm aufweist.
  7. Verwendung einer Empfangsantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzanordnung in eine metallische Fahrzeugkarosserie eingebracht ist und überlackierbar ist.
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