EP0927437B1 - Mobilfunk-planarantenne - Google Patents

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EP0927437B1
EP0927437B1 EP97942943A EP97942943A EP0927437B1 EP 0927437 B1 EP0927437 B1 EP 0927437B1 EP 97942943 A EP97942943 A EP 97942943A EP 97942943 A EP97942943 A EP 97942943A EP 0927437 B1 EP0927437 B1 EP 0927437B1
Authority
EP
European Patent Office
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layer
conductive
layers
planar aerial
planar
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP97942943A
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English (en)
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EP0927437A1 (de
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Lutz Rothe
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Priority claimed from DE1997106571 external-priority patent/DE19706571A1/de
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/1271—Supports; Mounting means for mounting on windscreens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • 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
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration

Definitions

  • the invention relates to a planar antenna, in particular for Mobile radio, the planar antenna being two in one predefined Has spaced conductive layers.
  • the field of application of the invention relates primarily on the mobile radio area and here in particular on the E and D networks.
  • Known antenna solutions for the area of Mobile radio applications are based on linear antenna designs in Form of monopoly orders in shortened or unabridged Execution. These linear antennas are both external mountable on-board antennas as well as directly with the Terminal-coupled components known and with different directional factor and efficiency, where these components in the azimuth plane only are omnidirectional.
  • Known flat antenna solutions are based on areal, dipole-like configurations, their Directional diagram irregular and in connection with the respective Underlying the characteristics of a significant Have radiation field deformation.
  • the on the Radiation properties related to application are those inferior to the classic linear antennas. Likewise are targeted blanking properties of the Radiation diagram undetectable.
  • there are none Known solutions whose electromagnetic or Radiation properties based on asymmetrical and open waveguide techniques, especially the Microstrip technology, using self-supporting conductive Foil conductors or foil-like guide surfaces can be achieved.
  • a planar antenna is known from EP 0 176 311 A2, which has a ground plane that is medium to a dielectric The substrate layer is kept at a distance from the radiator element is.
  • the radiator element is made by means of a coaxial Waveguide fed and is by means of short-circuit connections electrically conductive on one side with the ground plane connected.
  • the radiator element is a geometrical partial surface the ground plane.
  • One is also known from EP 0 176 311 areal short circuit connection between ground level and Radiator element known.
  • the object of the present invention is an areal Radiator component with the property of the producibility of a linearly polarized and spatially broad sector radiation as well in the azimuthal as well as in the elevation plane as well as one pronounced attenuation and thus one Useful radiation only within a spatial hemisphere preferably in the spectral ranges between 890 MHz and 960 MHz or 1710 MHz and 1890 MHz.
  • the vibration conditions of the planar emitter can be advantageous using a simulation software for examination perform field problems of high frequency radiation. It should be noted that one for each spectral range Abundance of different vibration conditions depending on Emitter characteristics must be taken into account. There one full calculation taking this into account Boundary conditions is not possible is the specialist inevitably relies on simulation attempts, provided that he Planar emitter according to the invention for its conditions want to shape.
  • the vibration conditions of the planar radiator can also advantageously be influenced with diaphragms produced in the second layer by cutouts in the conductive layer.
  • the diaphragms form implemented capacities with distributed parameters, which in this form electrically extend the waveguide geometry or offer the possibility of geometric miniaturization.
  • the arrangement of the diaphragms is chosen symmetrically, since the condition of symmetry is the prerequisite for maintaining the preferred polarization of the electric field vector.
  • the diaphragm position there is the possibility of changing the direction of vibration of the field vectors primarily influenced by the diaphragms and thus of the resulting field profiles resulting from superposition.
  • the aperture position and contour primarily determine the increase or decrease of the capacitive or inductive components within the blind component balance. Since the apertures introduced fundamentally influence the complex waveguide properties, in addition to changing the spectral oscillation condition, this also gives the possibility of influencing the spectral bandwidth of the excited oscillation type.
  • the area of each aperture can be either circular, elliptical, rectangular, square, triangular, hexagonal or irregular.
  • the optimal shape of the diaphragms and their arrangement can usually only be determined empirically by simulation attempts.
  • the electromagnetic resonance-vibrating arrangement is excited or fed by means of a coaxial waveguide, the inner conductor of the waveguide being conductively connected to the second layer and the outer conductor of the waveguide being conductively connected to the first layer, and the inner conductor being axially symmetrical to the aperture boundary through a diaphragm within the first layer and is arranged without a galvanic connection to it.
  • this can be used as a carrier for the two serve conductive layers, in which case the Conductive connection outside of the dielectric takes place for what the dielectric on its outer edge linear or surface can be coated.
  • the planar emitter according to the invention forms an optimal one Antenna component or replacement component of the Vehicle external antenna with the possibility of mounting within the Passenger compartment.
  • the area of application relates further to general indoor applications by the Emitter component a spatially separated component of forms the respective end device and on the relevant room glazing is mounted inside and flat. It is too possible that the room glazing itself as dielectric Carrier of the conductive two layers is used.
  • the inventive radiator component or planar antenna is advantageously applicable in cases where the rear space located to the antenna aperture radiation-free or kept low in radiation and thus the electromagnetic Radiation exposure of the user should be minimized.
  • Radiator component a basic module for short or Medium-range transmission systems for communication, sensor or safety-related applications.
  • Figure 1 shows a low loss low dielectric Structural support 1 preferably made of Polypenco Q 200.5, polycarbonate or polystyrene, with a diameter of 93 mm and one Base height of 5 mm, which is closed on one side conductive layer 2, preferably consisting of copper or Aluminum with a layer thickness between 5 ⁇ m and 800 ⁇ m.
  • the Conductive layer is preferably by means of additive or subtractive techniques.
  • This layer 2 is a segment of a circle which is reduced by a chord section compared to the first layer 2, the chord 4 being perpendicular to the axis of symmetry 15 of the layers 2, 3 is arranged.
  • the two conductive layers 2 and 3 are conductively connected to one another over the length L1, the counting of the halved length L 1/2 in each case being perpendicular to the rectilinear boundary edge 4 or the axis of symmetry 15 begins.
  • the planar emitter is fed by means of a coaxial waveguide, the outer conductor of the waveguide, not shown, being connected to the conductive layer 2 in the area of the aperture 7 and the inner conductor of the waveguide, not shown, being led through the aperture 7 to the connection point 6 of the second layer 3 .
  • the wave impedance of the waveguide is preferably 50 ohms.
  • the electromagnetic diaphragm 7 is formed by a circular opening within the conductive layer 2 with the diameter of 3.2 times the inner conductor diameter of the coaxial waveguide.
  • the length of the solder 80 changes continuously in the range L1, as a result of which a defined spectral range can be received or transmitted.
  • Figures 3 and 4 show an embodiment of a Planar antenna for the frequency range between 1710 MHz and 1890 MHz.
  • the galvanic coupling of the inner conductor of the coupling coaxial Waveguide is made with the conductive plate 30 at the point 60.
  • the inner conductor by means of a dielectric Socket, preferably PTFE socket, centered between the conductive plates 20 and 30 through the aperture 70 within the conductive plate 20 out.
  • the PTFE socket is called Cylinder jacket with a length of 4.8 +/- 0.1 mm, whose Outside diameter with 1.4 - 0.1 mm and its inside diameter over a length of 3.8 - 0.1 mm with 1.4 mm as well as over a Measured length of 1 mm with an inner diameter of 2.2 mm become.
  • the outer conductor of the signal coupler coaxial The waveguide is with the surface parallel to the plate 30 arranged conductive plate 20 in the immediate vicinity the aperture 70 coupled.
  • FIGS. 5 and 6 Another embodiment of the invention for a Planar antenna for the frequency range between 890 MHz and 960 MHz show FIGS. 5 and 6.
  • the galvanic coupling of the inner conductor of the Coupling coaxial waveguide is done with the conductive Plate 30 'at point 60'.
  • the inner conductor is by means of a dielectric socket, preferably a PTFE socket, centrically between the conductive plates 20 ⁇ and 30 ⁇ as well as through the aperture 70 ⁇ within the conductive plate 20 ⁇ guided.
  • the PTFE bushing is used as the cylinder jacket Length of 4.8 +/- 0.1 mm executed, the outer diameter with 1.4-0.1 mm and its inside diameter over a length of 3.8-0.1 mm with 1.4 mm and over a length of 1 mm with a Inner diameter of 2.2 mm.
  • the outer conductor of the signal-coupling coaxial waveguide is with the Conductive plate arranged parallel to the surface of the plate 38 ' 20 ⁇ coupled in the immediate vicinity of the aperture 70 ⁇ .
  • FIGS. 7 to 9 Another exemplary embodiment is shown in FIGS. 7 to 9.
  • a low-loss and low dielectric structure carrier 11 preferably Polypenco Q 200.5, polycarbonate or polystyrene, with a diameter of 93 mm and a base height of 5 mm on one side closed conductive layer 12, preferably consisting of Copper or aluminum with a layer thickness between 5 mm and 800 um, by means of additive or subtractive techniques, preferably subtractive techniques.
  • a surface segment 13 with a conductive Layer preferably consisting of copper or aluminum Layer thickness between 5 .mu.m and 800 .mu.m, occupied, the generated conductive layer 13 on the straight extending boundary edge 14 of the conductive layer opposite outer edge 18 of the conductive Surface segment 13 according to Figure 9 conductive with the closed conductive surface 12 is connected.
  • the Power is supplied by contacting a coaxial Wave conduction by the point 16 according to FIG.
  • Inner conductor of the coaxial waveguide with the wave impedance of preferably 50 ohms with the surface segment 13 conductive is connected and the outer conductor of the coaxial waveguide with the opposite, closed and conductive full circular layer 12 is connected, the Inner conductor of the coaxial waveguide through a electromagnetic aperture 17 in the form of a circular Opening within the conductive layer 12 with the Diameter of 3.2 times the inner conductor diameter of the coaxial waveguide is guided.
  • Figure 10 shows a support cylinder 9 from a conductive material.
  • Figure 11 is an electrically conductive Connecting element 5 for connecting the points 50, 50 ⁇ according to the Figures 3 to 6 shown.
  • Figures 12 to 15 show different possible embodiments or edge forms of the invention Planar antenna, whereby the special choice of the angle ⁇ or ⁇ in Figures 14 and 15, the type of frequency response and the frequency range is adjustable. So the figure shows 12 that at an angle of ⁇ between 0 and 90 degrees a polygon, the borders 8 by means of punctiform Fasteners at points 50 conductive to each other in Connection can be.
  • FIGS. 14 and 15 show that the number and shape of the electromagnetic apertures 10 is also freely selectable.
  • FIGS. 16 and 17 each show a side view of the Planarantenna according to the invention, wherein the lateral edge of the dielectric carrier material L with strip-shaped Connecting elements 19 is occupied, so that at these points the two conductive layers 12 and 13 together in Are connected.
  • FIG. 17 shows a side view of the according to Figures 1 and 2 explained planar antenna, the two conductive layers 12 and 13 over a length of L1 are connected via the conductive connecting element 19.

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Planarantenne, insbesondere für Mobilfunk, wobei die Planarantenne zwei in einem vordefinierten Abstand zueinander angeordnete leitfähige Schichten hat.
Das Anwendungsgebiet der Erfindung bezieht sich vordergründig auf den Mobilfunkbereich und hier insbesondere auf die E- und D-Netze.
Bekannte Antennenlösungen für den Bereich der Mobilfunkanwendungen beruhen auf Linearantennenkonzeptionen in Form von Monopolanordnungen in verkürzter oder unverkürzter Ausführung. Diese Linearantennen sind sowohl als extern montierbare Bordantennen als auch als unmittelbar mit dem Endgerät gekoppelte Komponenten bekannt sowie mit unterschiedlichem Richtfaktor und Wirkungsgrad behaftet, wobei diese Komponenten in der Azimutalebene ausschließlich rundstrahlend sind. Bekannte Flachantennenlösungen beruhen auf flächenhaft angeordneten, dipolähnlichen Konfigurationen, deren Richtdiagramm unregelmäßig und in Verbindung mit dem jeweiligen Untergrund die Merkmale einer signifikanten Strahlungsfelddeformation aufweisen. Die auf den Anwendungsbereich bezogenen Strahlungseigenschaften sind denen der klassischen Linearantennen deutlich unterlegen. Gleichfalls sind gezielte Ausblendungseigenschaften des Strahlungsdiagrammes nicht nachweisbar. Zudem sind keine Lösungen bekannt, deren elektromagnetische bzw. Strahlungseigenschaften auf der Basis unsymmetrischer und offener Wellenleitertechniken, insbesondere der Microstriptechnik, unter Verwendung selbsttragender leitfähiger Folienleiter oder folienähnlicher Leitflächen erzielt werden.
Aus der EP 0 176 311 A2 ist eine planare Anteene bekannt, welche über eine Massebene verfügt, die mittel einer dielektrischen Substratschicht von dem Strahlerelement auf Abstand gehalten ist. Das Strahlerelement wird mittels eines koaxialen Wellenleiters gespeist und ist mittels Kurzschlußverbindungen an der einen Seite mit der Massefläöche elektrisch leitend verbunden. Das Strahlerelement ist eine geometrische Teilfläche der Masseebene. Aus der EP 0 176 311 ist zudem eine flächenhafte Kurzschlußverbindung zwischen Masseebene und Strahlerelement bekannt.
Aus der DE 195 04 577 A1 ist eine Mobilfunkantenne für Kraftfahrzeuge bekannt, die ebenfalls ein Strahlungselement aufweist, das mit dem Innenleiter einer koaxialen Vellenleitun in Verbindung ist. Die eine Seite des Strahlerelements ist über eine Kurzschlußverbindung mit einer Massefläche leitend in Verbindung. Aus dieser Druckschrift ist eine Planarantenne für den Mobilfunk gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 3 bekannt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine flächenhafte Strahlerkomponente mit der Eigenschaft der Erzeugbarkeit einer linearpolarisierten und räumlich breiten Sektorstrahlung sowie in der Azimutal- als auch in der Elevationsebene sowie einer ausgeprägten Rückstrahlungsdämpfung und damit einer Nutzstrahlung ausschließlich innerhalb einer Raumhemisphäre vorzugsweise in den Spektralbereichen zwischen 890 MHz und 960 MHz bzw. 1710 MHz und 1890 MHz bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 erfinderisch gelöst. Durch die leitfähigen Verbindungen der beiden Schichten wird eine Reduzierung der Baugröße um ungefähr den Faktor 2 erzielt, da vorteilhaft λ/2 Wellen empfangen werden können. Dadurch, daß sich der Abstand zwischen der geradlinigen Kante und der kurzgeschlossenen Berandung ändert, ist es möglich, in einem relativ breiten Spektralbereich zu empfangen und senden. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die erste Schicht kreisförmig ist und die zweite Schicht gegenüber der ersten um einen Sehnenabschnitt reduziert ist, wobei der Sehnenabschnitt die geradlinige Kante bildet. Hierbei können die leitfähigen Verbindungen an der der geradlinigen Kante abgewandten Berandungsseite entweder mittels punktförmiger oder streifenförmiger Verbindungselemente realisiert sein. Es ist jedoch auch vorteilhaft möglich, die Grundfläche der ersten Schicht elliptisch, dreiecksförmig, quadratisch oder hexagonal zu gestalten.
Die Schwingungsbedingungen des Planarstrahlers lassen sich vorteilhaft mittels einer Simulationssoftware zur Untersuchung von Feldproblemen von Hochfrequenzstrahlung durchführen. Hierbei ist anzumerken, daß für jeden Spektralbereich eine Fülle von unterschiedlichen Schwingungsbedingungen je nach Strahlercharakteristik beachtet werden müssen. Da eine vollständige Berechnung unter Berücksichtigung dieser Randbedingungen nicht möglich ist, ist der Fachmann zwangsläufig auf Simulationsversuche angewiesen, sofern er den erfindungsgemäßen Planarstrahler für seine Verhältnisse gestalten möchte.
Die Schwingungsbedingungen des Planarstrahlers lassen sich vorteilhaft zudem mit in der zweiten Schicht durch Aussparungen der leitfähigen Schicht erzeugten Blenden beeinflussen. Die Blenden bilden in diesem Zusammenhang implementierte Kapazitäten mit verteilten Parametern, die in dieser Form die Wellenleitergeometrie elektrisch verlängern bzw. die Möglichkeit der geometrischen Miniaturisierung bieten. Die Anordnung der Blenden ist hierbei symmetrisch gewählt, da die Symmetriebedingung die Voraussetzung für die Erhaltung der Vorzugspolarisation des elektrischen Feldvektors darstellt. Hierbei ist mittels der Blendenposition die Möglichkeit der Änderung der Schwingungsrichtung der durch die Blenden primär beeinflußten Feldvektoren und damit der durch Superposition entstehenden resultierenden Feldprofile gegeben. Der Ort der Blendeneinbringung sowie in abhängiger Weise die Blendenkontur bestimmen den Grad der Beeinflussung der Leitungsströme, sowie den damit verbundenen elektrischen bzw. magnetischen Feldkomponenten. Insofern entscheiden Blendenposition und - kontur primär über die Anhebung oder Absenkung der kapazitiven bzw. induktiven Komponenten innerhalb der Blindkomponentenbilanz. Da die eingebrachten Blenden grundsätzlich die komplexen Wellenleitereigenschaften beeinflussen, ist hiermit neben der Änderung der spektralen Schwingungsbedingung die Möglichkeit der Beeinflussung der spektralen Bandbreite des angeregten Schwingungstyps gegeben. Die Fläche jeder Blende kann dabei entweder kreisförmig, elliptisch, rechteckig, quadratisch, dreieckig, hexagonal oder unregelmäßig sein. Die optimale Form der Blenden und deren Anordnung läßt sich wiederum meist nur durch Simulationsversuche empirisch feststellen.
Die Anregung bzw. Speisung der elektromagnetisch resonanzschwingenden Anordnung erfolgt mittels einer koaxialen Wellenleitung, wobei der Innenleiter der Wellenleitung mit der zweiten Schicht und der Außenleiter der Wellenleitung mit der ersten Schicht leitend verbunden ist, und der Innenleiter durch eine Blende innerhalb der ersten Schicht axialsymmetrisch zur Blendenberandung und ohne galvanischer Verbindung zu dieser angeordnet ist.
Die Art und Weise, wie die beiden Schichten entlang der der geradlinigen Kante abgewandten Berandung miteinander in Verbindung sind, ist frei wählbar. So ist es möglich, mittels leitfähiger Stifte die beiden Schichten miteinander zu verbinden. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn kein Dielektrikum zwischen den beiden Schichten angeordnet ist und die beiden Schichten durch z.B. Kupferplatten gebildet sind. Die leitfähigen Verbindungsstifte dienen dann gleichsam als Abstandshalter.
Sofern ein Dielektrikum zwischen den beiden Schichten angeordnet ist, kann dieses als Träger für die beiden leitfähigen Schichten dienen, wobei dann vorteilhaft die leitfähige Verbindung außerhalb des Dielektrikums erfolgt, wozu das Dielektrikum an seiner Außenkante linienförmig oder flächenhaft beschichtet werden kann.
Die Form der Berandung, an der die beiden Schichten leitfähig miteinander verbunden sind, ist prinzipiell frei wählbar, jedoch ist auf die Einhaltung der Schwingungsbedingungen zu achten. Sofern die der geradlinigen Kante bzw. Sehne abgewandte Berandung zu der Sehne parallel verläuft, kann lediglich ein monochromatischer Frequenzverlauf erzielt werden. Daher ist es notwendig, diese Berandungskante nicht parallel zur geradlinigen Kante bzw. Sehne der zweiten Schicht auszubilden, sofern ein Frequenzspektrum bzw. -band gewünscht ist.
Der erfindungsgemäße Planarstrahler bildet eine optimale Antennenkomponente bzw. Ersatzkomponente der Fahrzeugaußenantenne mit der Montagemöglichkeit innerhalb des Fahrgastraumes. Weitergehend bezieht sich der Anwendungsbereich auf allgemeine Innenraumanwendungen, indem die Strahlerkomponente eine räumlich abgesetzte Komponente vom jeweiligen Endgerät bildet und an der betreffenden Raumverglasung innenseitig und flächig montiert wird. Auch ist es möglich, daß die Raumverglasung selbst als dielektrischer Träger der leitenden zwei Schichten dient.
Die erfinderische Strahlerkomponente bzw. Planarantenne ist vorteilhaft in den Fällen anwendbar, in denen der rückwärtig zur Antennenapertur gelegene Raum strahlungsfrei bzw. strahlungsarm gehalten und damit die elektromagnetische Strahlungsbelastung des Nutzers minimiert werden soll.
Darüber hinausgehend bildet die erfindungsgemäße Strahlerkomponente ein Basismodul für Kurz- oder Mittelstreckenübertragungssysteme für kommunikations-, sensor- oder sicherheitstechnische Anwendungen.
Nachfolgend wir die erfindungsgemäße Planarantenne anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1:
Eine Draufsicht auf eine erste Schicht;
Figur 2:
Eine Draufsicht auf die zweite Schicht des Planarstrahlers mit darunterliegender erster Schicht (Fig.1), wobei die erste und zweite Schicht auf einer Länge von L1 miteinander leitfähig verbunden sind;
Figur 3:
Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Planarantenne mit punktuellen leitenden Verbindungen;
Figur 4:
Draufsicht auf die zur ersten Schicht gemäß der Figur 3 gehörenden zweiten Schicht;
Figur 5,6:
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Planarantenne mit kreisförmigen Blenden in der zweiten Schicht;
Figuren 7 - 9:
Einen Planarstrahler mit kreisförmigem Dielektrikum und auf diesen aufgetragenen leitfähigen Beschichtungen;
Figur 10:
Abstandshalter bzw. Stützzylinder;
Figur 11:
Punktförmiges Verbindungselement;
Figuren 12 - 15:
Draufsichten auf verschiedene Ausführungsformen von Planarstrahlern;
Figur 16, Figur 17:
Seitenansichten von Planarstrahlern mit an der Außenkante des Dielektrikums aufgetragenen elektrisch leitenden Verbindungselementen.
Die Figur 1 zeigt einen verlustarmen niederdielektrischen Strukturträger 1 aus vorzugsweise Polypenco Q 200.5, Polycarbonat oder Polystyrol, mit einem Durchmesser von 93 mm sowie einer Basishöhe von 5 mm, welcher einseitig eine geschlossene leitfähige Schicht 2, vorzugsweise bestehend aus Kupfer oder Aluminium der Schichtdicke zwischen 5 um und 800 um. Die leitfähige Schicht ist vorzugsweise mittels additiver oder subtraktiver Techniken erzeugt.
Auf der der geschlossenen leitfähigen Schicht 2 abgewandten Seite des Strukturträgers 1 ist eine zweite leitfähige Schicht 3. Diese Schicht 2 ist ein Kreissegment, welches gegenüber der ersten Schicht 2 um einen Sehnenabschnitt reduziert ist, wobei die Sehne 4 rechtwinkelig zur Symmetrieachse 15 der Schichten 2, 3 angeordnet ist. Auf der der geradlinig verlaufenden Begrenzungskante bzw. Sehne 4 der leitfähigen Schicht 3 gegenüberliegenden Außenkante bzw. Begrenzungskante 8 sind die beiden leitenden Schichten 2 und 3 über die Länge L1 leitfähig miteinander verbunden, wobei die Zählung der halbierten Länge L1/2 jeweils an der senkrecht zur geradlinig verlaufenden Begrenzungskante 4 bzw. der Symmetrieachse 15 beginnt. Die Speisung des Planarstrahlers erfolgt mittels einer koaxialen Wellenleitung, wobei der Außenleiter des nicht dargestellten Wellenleiters mit der leitenden Schicht 2 im Bereich der Blende 7 in Verbindung ist und der Innenleiter des nicht dargestellten Wellenleiters durch die Blende 7 zum Anschlußpunkt 6 der zweiten Schicht 3 geführt ist. Die Wellenimpedanz der Wellenleitung beträgt vorzugsweise 50 Ohm. Die elektromagnetische Blende 7 ist durch eine kreisförmige Öffnung innerhalb der leitfähigen Schicht 2 mit dem Durchmesser des 3,2-fachen Innenleiterdurchmessers der koaxialen Wellenleitung gebildet. Die Länge des Lotes 80 ändert sich kontinuierlich im Bereich L1, wodurch ein definierter Spektralbereich empfangen bzw. gesendet werden kann.
Die Figuren 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Planarantenne für den Frequenzbereich zwischen 1710 MHz und 1890 MHz. Gemäß der Figur 3 wird eine leitfähige metallische Platte 20 mit kreisförmiger Berandung und dem Durchmesser von 90 mm über eine Distanz von 4,8 mm mit einer zweiten leitfähigen metallischen Platte 30, die als Kreisabschnitt ausgeführt ist, flächenparallel gekoppelt, wobei die Mittelpunkte sowohl der Vollkreisfläche als auch der Kreisabschnittsfläche auf einer identischen Symmetrieachse 15 angeordnet werden und gemäß der Figur 4 die leitfähige Platte 30 an fünf Punkten 50, wobei einer der fünf Punkte 50 der in der Ebene der Kreisabschnittsfläche verlaufenden Symmetrielinie 15 der Anordnung positioniert wird, mit der leitfähigen Platte 20 leitfähig gekoppelt wird, indem leitfähige Verbindungselemente 5 gemäß der Figur 11 an den in der Figur 3 gekennzeichneten Position zwischen der leitfähigen Platte 20 und der leitfähigen Platte 30 eingebracht werden. Die galvanische Kopplung des Innenleiters des koppelnden koaxialen Wellenleiters erfolgt mit der leitfähigen Platte 30 im Punkt 60. Hierbei wird der Innenleiter mittels einer dielektrischen Buchse, vorzugsweise PTFE-Buchse, zentrisch zwischen den leitfähigen Platten 20 und 30 durch die Blende 70 innerhalb der leitfähigen Platte 20 geführt. Die PTFE-Buchse wird hierbei als Zylindermantel der Länge von 4,8 +/- 0,1 mm ausgeführt, dessen Außendurchmesser mit 1,4 - 0,1 mm sowie dessen Innendurchmesser über einer Länge von 3,8 - 0,1 mm mit 1,4 mm sowie über eine Länge von 1 mm mit einem Innendurchmesser von 2,2 mm bemessen werden. Der Außenleiter des signalkoppelden koaxialen Wellenleiters wird mit der flächenparallel zur Platte 30 angeordneten leitfähigen Platte 20 in unmittelbarer Umgebung der Blende 70 gekoppelt.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung für eine Planarantenne für den Frequenzbereich zwischen 890 MHz und 960 MHz zeigen die Figuren 5 und 6. Entsprechend der Figur 1 wird eine leitfähige metallische Platte 20` mit kreisförmiger Berandung und dem Durchmesser von 90 mm über eine Distanz von 4,8 mm mit einer zweiten leitfähigen metallischen Platte 30`, die als Kreisabschnitt ausgeführt ist, flächenparallel gekoppelt, wobei die Mittelpunkte sowohl der Vollkreisfläche als auch der Kreisabschnittsfläche auf einer identischen Achse angeordnet werden und gemäß der Figur 6 die leitfähige Platte 30' in einer parallel zur Sehne verlaufenden Linie mit vier kreisförmigen Blenden 10 versehen wird und an drei Punkten 50`, wobei einer der drei Punkte 50` auf der in der Ebene der Kreisabschnittsfläche verlaufenden Symmetrielinie 15 der Anordnung positioniert wird, mit der leitfähigen Platte 20` leitfähig gekoppelt wird, indem leitfähige Verbindungselemente 5 gemäß der Figur 11 an den in der Figur 5 gekennzeichneten Position zwischen der leitfähigen Platte 20' und der leitfähigen Platte 30' eingebracht werden. Zwecks mechanischer Stabilisierung wird zwischen der leitfähigen Platte 20` und der leitfähigen Platte 30' ein auf der Symmetrielinie der Anordnung positionierter Stützzylinder 9 gemäß der Figur 10 mit dem Durchmesser von 6 mm eingeführt. Die galvanische Kopplung des Innenleiters des koppelnden koaxialen Wellenleiters erfolgt mit der leitfähigen Platte 30` im Punkt 60'. Hierbei wird der Innenleiter mittels einer dielektrischen Buchse, vorzugsweise PTFE-Buchse, zentrisch zwischen den leitfähigen Platten 20` und 30` zur sowie durch die Blende 70` innerhalb der leitfähigen Platte 20` geführt. Die PTFE-Buchse wird hierbei als Zylindermantel der Länge von 4.8+/-0.1 mm ausgeführt, dessen Außendurchmesser mit 1.4-0.1 mm sowie dessen Innendurchmesser über einer Länge von 3.8-0.1 mm mit 1.4 mm sowie über eine Länge von 1 mm mit einem Innendurchmesser von 2.2 mm bemessen werden. Der Außenleiter des signalkoppelnden koaxialen Wellenleiters wird mit der flächenparallel zur Platte 38' angeordneten leitfähigen Platte 20` in unmittelbarer Umgebung der Blende 70` gekoppelt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigen die Figuren 7 bis 9. Gemäß der Figuren 7 bis 9 wird auf einem verlustarmen und niederdielektrischen Strukturträger 11 vorzugsweise Polypenco Q 200.5, Polycarbonat oder Polystyrol, mit einem Durchmesser von 93 mm sowie einer Basishöhe von 5 mm einseitig eine geschlossene leitfähige Schicht 12, vorzugsweise bestehend aus Kupfer oder Aluminium der Schichtdicke zwischen 5 mm und 800 um, mittels additiver oder subtraktiver Techniken, vorzugsweise subtraktiver Techniken, erzeugt.
Auf der der geschlossenen und leitfähigen Fläche 12 gegenüberliegenden Seite des dielektrischen Trägers 11 wird gemäß der Figur 8 ein Flächensegment 13 mit einer leitfähigen Schicht, vorzugsweise bestehend aus Kupfer oder Aluminium der Schichtdicke zwischen 5 um und 800 um, belegt, wobei die erzeugte leitfähige Schicht 13 auf der der geradlinig verlaufenden Begrenzungskante 14 der leitfähigen Schicht gegenüberliegenden Außenkante 18 des leitfähigen Flächensegmentes 13 gemäß der Figur 9 leitfähig mit der geschlossenen leitfähigen Flache 12 verbunden wird. Die Speisung erfolgt mittels der Kontaktierung einer koaxialen Wellenleitung, indem im Punkt 16 gemäß der Figur 8 der Innenleiter der koaxialen Wellenleitung der Wellenimpedanz von vorzugsweise 50 Ohm mit dem Flächensegment 13 leitfähig verbunden wird und der Außenleiter der koaxialen Wellenleitung mit der gegenüberliegenden, geschlossenen und leitfähigen vollkreisflächigen Schicht 12 verbunden wird, wobei der Innenleiter der koaxialen Wellenleitung durch eine elektromagnetische Blende 17 in Form einer kreisförmigen Öffnung innerhalb der leitfähigen Schicht 12 mit dem Durchmesser des 3.2-fachen Innenleiterdurchmessers der koaxialen Wellenleitung geführt wird.
Die Figur 10 zeigt einen Stützzylinder 9 aus einem nicht leitenden Material. In Figur 11 ist ein elektrisch leitendes Verbindungselement 5 zur Verbindung der Punkte 50, 50` gemäß der Figuren 3 bis 6 dargestellt.
Die Figuren 12 bis 15 zeigen verschiedene mögliche Ausführungsformen bzw. Berandungsformen der erfindungsgemäßen Planarantenne, wobei durch die spezielle Wahl der Winkel ϕ bzw. ϕ` bei den Figuren 14 und 15 die Art des Frequenzverlaufes sowie des Frequenzbereiches einstellbar ist. So zeigt die Figur 12, daß bei einem Winkel von ϕ zwischen 0 und 90 Winkelgrad bei einem Polygon die Berandungen 8 mittels punktförmiger Verbindungselemente bei den Punkten 50 miteinander leitfähig in Verbindung sein können. Aus den Figuren 14 und 15 geht hervor, daß die Anzahl und Form der elektromagnetischen Blenden 10 ebenfalls frei wählbar ist.
Die Figuren 16 und 17 zeigen jeweils eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Planarantenne, wobei der seitliche Rand des dielektrischen Trägermaterials L mit streifenförmigen Verbindungselementen 19 belegt ist, so daß an diesen Stellen die beiden leitfähigen Schichten 12 und 13 miteinander in Verbindung sind. Die Figur 17 zeigt eine Seitenansicht der gemäß der Figuren 1 und 2 erläuterten Planarantenne, wobei die beiden leitenden Schichten 12 und 13 über eine Länge von L1 über das leitfähige Verbindungselement 19 in Verbindung sind.
Bezugszeichenliste:
1
Planarantenne
2,20,20'
erste leitende Schichc
3,30,30'
zweite leitende Schicht
4,40,40'
Sehne bzw. Begrenzungskante
5,19
Verbindungselement bzw. Kurzschlußelemente
6,60,60'
Speisepunkt der zweiten leitenden Schicht
7,70,70'
elektromagnetische Blende
(Durchmesser von 70 gleich 2,1 mm -0,1)
8
Der Sehne 4 abgewandte Berandung
9
Stützzylinder (Durchmesser gleich 1,0 mm)
10
Blenden in der zweiten leitenden Schicht
11
dielektrischer Träger
12
erste leitfähige Fläche (Fig.7-9)
13
leitfähiges Flächensegment (Fig.7-9)
14
Sehne bzw. Begrenzungskante
15
Symmetrieachse
16
Speisepunkt des Flächensegments 13
17
elektromagnetische Blende
18
der Sehne 4 gegenüberliegende Außenkante
80
Lot auf der Sehne 4, 14, 40, 40'
50, 50'
Verbindungspunke (Durchmesser = 1,5 mm)
A
Abstand gleich 11,0 mm
B
Abstand gleich 15,0 mm
R
Radius gleich 45,0 mm -0,2
R`
Radius gleich 42,0 mm
R1
Radius gleich 7,0 mm

Claims (16)

  1. Planarantenne (1), insbesondere für Mobilfunk, wobei die Planarantenne (1) zwei in einem vordefinierten Abstand zueinander angeordnete leitfähige Schichten hat, wobei die leitfähigen Schichten Platten (2,12,20,20`;3,13,30,30`) oder Folien sind, die zueinander flächenparallel sind, und die erste Schicht (2,12,20,20') eine zu einer Symmetrieachse (15) symmetrische Fläche hat und die zweite Schicht (3,13,30,30') eine Teilfläche der Fläche der ersten Schicht ist, wobei die zweite Schicht durch Reduzierung bzw. Abschneiden oder Weglassen eines Teils der ersten Fläche entlang einer rechtwinklig zur Symmetrieachse (15) verlaufenden geraden Linie (4,14,40,40') gebildet ist, und die Linie der zweiten Schicht eine geradlinige Kante bildet, und die beiden Schichten leitfähig miteinander verbunden sind, wobei die leitfähige Verbindung mittels punktuell angeordneter oder streifenförmiger Verbindungselemente (5,19) an der der Linie (4,14,40,40`) abgewandten oder unmittelbar an diese angrenzende Berandung (8,18) der Schichten erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (2,12,20,20') und die zweite Schicht (3,13,30,30') mit einer kreisförmigen Berandung ausgebildet sind und die kreisförmigen Berandungen der beiden Schichten deckungsgleich sind, wobei die zweite Schicht gegenüber der Fläche der ersten Schicht um einen Sehnenabschnitt reduziert ist, wobei die Sehne der Linie (4,14,40,40`) entspricht.
  2. Planarantenne (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Linie (4,14,40,40') Blenden (10) angeordnet sind, wobei die Blenden (10) durch Aussparungen bzw. Fenster in der zweiten Schicht gebildet sind.
  3. Planarantenne (1), insbesondere für Mobilfunk, wobei die Planarantenne (1) zwei in einem vordefinierten Abstand zueinander angeordnete leitfähige Schichten hat, wobei die leitfähigen Schichten Platten (2,12,20,20`;3,13,30,30`) oder Folien sind, die zueinander flächenparallel sind, und die erste Schicht (2,12,20,20`) eine zu einer Symmetrieachse (15) symmetrische Fläche hat und die zweite Schicht (3,13,30,30`) eine Teilfläche der Fläche der ersten Schicht ist, wobei die zweite Schicht durch Reduzierung bzw. Abschneiden oder Weglassen eines Teils der ersten Fläche entlang einer rechtwinklig zur Symmetrieachse (15) verlaufenden geraden Linie (4,14,40,40') gebildet ist, und die Linie der zweiten Schicht eine geradlinige Kante bildet, und die beiden Schichten leitfähig miteinander verbunden sind, wobei die leitfähige Verbindung mittels punktuell angeordneter oder streifenförmiger Verbindungselemente (5,19) an der der Linie (4,14,40,40`) abgewandten oder unmittelbar an diese angrenzende Berandung (8,18) der Schichten erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Linie (4,14,40,40') Blenden (10) angeordnet sind, wobei die Blenden (10) durch Aussparungen bzw. Fenster in der zweiten Schicht gebildet sind.
  4. Planarantenne (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht kreisförmig, elliptisch, dreiecksförmig, quadratisch oder hexagonal ist.
  5. Planarantenne (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche jeder Blende (10) entweder kreisförmig, elliptisch, rechteckig, quadratisch, dreieckig, hexagonal oder unregelmäßig ist.
  6. Planarantenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung bzw. Speisung der Planarantenne (1) mittels einer koaxialen Wellenleitung erfolgt, wobei der Innenleiter der Wellenleitung mit der zweiten Schicht und der Außenleiter der Wellenleitung mit der ersten Schicht leitend verbunden ist, wobei der Innenleiter durch eine Blende (7,17,70,70') innerhalb der ersten Schicht axialsymmetrisch zur Blendenberandung und ohne galvanische Verbindung zu dieser angeordnet ist.
  7. Planarantenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Verbindung zwischen den beiden leitfähigen Schichten mittels geschlossener leitfähiger und flächenhaft, vorzugsweise streifenförmig ausgebildeter Materialien (19) erfolgt.
  8. Planarantenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten mittels nichtleitender Elemente (9) auf Abstand gehalten werden.
  9. Planarantenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Schichten ein Dielektrikum (11) ist.
  10. Planarantenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Planarantenne (1) aus einem strukturiert und leitfähig beschichteten dielektrischem plattenförmigen Träger (11) besteht, dessen Beschichtungen die leitfähigen Schichten (12,13) bilden.
  11. Planarantenne (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Verbindung zwischen den beiden leitfähigen Schichten mittels einer geschlossenen leitfähigen Beschichtung entlang der Kontaktierungslänge über der gesamten Höhe des dielektrischen Trägers (11) erfolgt.
  12. Planarantenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abschnittsweise oder punktuell leitfähig miteinander verbundenen Berandungen (8,18) der beiden Schichten fluchtend übereinander liegen.
  13. Planarantenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise leitfähig miteinander verbundenen Berandungen (8,18) der beiden Schichten zumindest abschnittsweise gerade und zur Symmetrieachse (15) spiegelsymmetrisch sind.
  14. Planarantenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berandung (8,18) des dielektrischen Trägers (11) im Bereich der leitfähigen Verbindung (5,19) der beiden leitfähigen Schichten und die Anordnung der Durchkontaktierungen geradlinig parallel zur Berandung verläuft, wobei die beiden Halblängen unter einem Winkel ϕ, ausgenommen die Winkelwerte von 0 Winkelgrad, sowie 90 bis 359 Winkelgrad, gemessen zwischen einer Halblänge und der Symmetrieachse (15) der Planarantenne (1), zueinander stehen.
  15. Planarantenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der zweiten Schicht ein Segmentausschnitt bzw. eine Teilfläche der Fläche der ersten Schicht ist.
  16. Planarantenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Länge des Lots (20) auf der geraden Linie bzw. Sehne (4,40,40') der zweiten Schicht zwischen der geraden Linie bzw. Sehne (4,40,40') und der der geraden Linie bzw. Sehne (4,40,40') abgewandten Berandung (8,18) von der Symmetrieachse (15) ausgehend ändert, derart, daß die Planarantenne (1) mehr als eine Frequenz empfangen oder senden kann.
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