EP1346434B1 - Patch-antenne für den betrieb in mindestens zwei frequenzbereichen - Google Patents

Patch-antenne für den betrieb in mindestens zwei frequenzbereichen Download PDF

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EP1346434B1
EP1346434B1 EP01986872A EP01986872A EP1346434B1 EP 1346434 B1 EP1346434 B1 EP 1346434B1 EP 01986872 A EP01986872 A EP 01986872A EP 01986872 A EP01986872 A EP 01986872A EP 1346434 B1 EP1346434 B1 EP 1346434B1
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EP
European Patent Office
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patch
patch antenna
frequency band
antenna element
feed
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP01986872A
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English (en)
French (fr)
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EP1346434A2 (de
Inventor
Roland Gabriel
Carsten Schultheiss
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Kathrein SE
Original Assignee
Kathrein Werke KG
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Publication date
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Publication of EP1346434A2 publication Critical patent/EP1346434A2/de
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Publication of EP1346434B1 publication Critical patent/EP1346434B1/de
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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
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • 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
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H01Q9/0457—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line
    • 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
    • H01Q5/378—Combination of fed elements with parasitic elements
    • 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
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • 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 patch antenna for operation in at least two frequency ranges according to the generic term of claim 1.
  • Dipole antennas are basically also antennas in planar design, namely so-called patch antennas known.
  • EP 0 999 608 A1 also discloses a patch antenna became known as a multi-functional antenna several arranged over a mass or a reflector Patch radiator comprises, for receiving corresponding electromagnetic waves for position data acquisition of geostationary satellite (GPS) is designed.
  • GPS geostationary satellite
  • the patch radiators are built on a common mass.
  • a generic patch antenna is known from the patent US-A-6, 054, 953 known become. It includes a base plate. Above the base plate is a patch for the transmission of the lower frequency range and about this another patch for transmission in the higher transmission range arranged. The patch for transmission in the low frequency band serves as an active food patch for the above patch for the transmission of the higher frequency band. The feeding takes place via a common Phillips structure in the base plate. To the coupling is to improve between the feed point in the Base plate and the patch to transfer the lower Frequency band still arranged a passive coupling patch.
  • a multi-band antenna with jacked patch radiators is from the WO 00/13260 known.
  • the object of the present invention is a patch antenna for operation in at least two frequency ranges to create, which is as flat as possible, one has very large bandwidth and at the same time one possible has good radiation characteristics.
  • the patch antenna according to the invention can basically in operated at least two frequency ranges.
  • the design principle is equally suitable to be upgraded to the antenna in more than two Frequency ranges, e.g. operate in three frequency ranges to be able to.
  • the overall structure is extremely flat held, wherein the antenna according to the invention nonetheless has excellent antenna characteristics.
  • each patch radiator array at least an active food patch and above that a capacitive coupled passive Cover patch includes.
  • An upper deck patch for each each lower frequency range also serves as Base plate for the food patch of the respective higher frequency range. It is also envisaged that for each frequency range a separate feed takes place.
  • a feed in to make a food patch on a rectangular slot wherein on one side of the slot of the outer conductor the coaxial cable is electrically contacted and the inner conductor centered and transverse to the slot arrangement passed over this and on the opposite Edge side of the slot is contacted on the patch.
  • the patch emitters a at least approximately H-shaped slot structure or at least comprise an H-shaped slot structure. It has been shown that thereby the radiation characteristics improved and the bandwidth increased can be.
  • stub lines provided that in a part length to the respective Supply line parallel to this provided or connected are.
  • the cable feed to each active Radiator patch preferably takes place centrally, the cable before the feed point, so preferably in the middle of the food patch is guided by reason, i. centered over the edge of the respective food patches down on the reflector plate.
  • a right angle bracket is provided.
  • a leg covers at least a partial length in Distance the middle slot of the H-shaped slot structure in parallel to this, with the vertical leg returned vertically to the food patch and there is attached, namely at the edge region of the middle Slot recess.
  • the deckpatch a trough-shaped lower frequency, wherein in this trough - shaped design then the food patch of the higher frequency system can be used.
  • the feed systems separately fed with a power cable, so that each of the two systems has a separate connection.
  • the separate supply cables can also over a duplexer or cable network integrated into the antenna be joined together so that the overall antenna provided with a single connection.
  • the frequency ratio of the patch radiator for example, be 1: 2.
  • the base plate of the patch radiator arrangement for the lowest frequency range is formed by the reflector. But it can also be here one sitting on the reflector or in front of the reflector Base plate be provided, but then again acts as a kind of reflector.
  • Figure 1 is a schematic perspective view the overall structure of the antenna with a reflector plate shown, ie a reflector 1, in the embodiment shown with one on two opposite Longitudinal edges formed, substantially transverse or perpendicular to the reflector plate plane extending edge strips 1 'is provided.
  • Each of the two Patchstrahleran isten 5 and 7 is as Dual patch emitter assembly constructed, respectively with an active food patch 5a or 7a and one above located only capacitively coupled and thus passive Deck patch 5b or 7b.
  • the larger-sized and provided for the lower frequency range food patch 5a is designed as a rectangular plate in which an H-shaped slot structure 11 is incorporated.
  • Center slot 11a extends in the transverse direction of the Reflektors 1, in the embodiment shown so transversely to the edge strip 1 'of the reflector 1. At the ends this central slot 11a are transverse thereto on both sides incorporated continuously extending parallel slots 11b.
  • the cable feed takes place for this Food patch 5a separately via a coaxial feed cable 15a, which on the reflector 1, i.
  • H-shaped Slot structure 11 is laid running. That's it Cable preferably at least approximately in coaxial Extension to the center slot 11a on the bottom towards the center slot 11a and then in a V or U-shaped Loop 15'a around the one end of the next one Parallel slot 11b laid.
  • the coaxial cable then ends preferably in the middle of the center slot 11a on one side of the slot recess, where the outer conductor 115a is electrically contacted.
  • the inner conductor 115b is transverse to the longitudinal extent of the center slot 11a this led away and on the opposite side the center slot electrically contacted with the food patch.
  • each of the two stubs is like that parallel at least to the end portion of the feed cable 15a arranged that the respective inner conductor 215 "a parallel to the center conductor 115 "a of the feeder cable 15a Slot 11a bridged and on the opposite Side of the slot 11 a electrically contacted with the patch is, wherein before the slot of the outer conductor 215'a the respective stub 215a with the patch electrically is contacted.
  • the further patch radiator arrangement 7 is now constructed, which also as a double patch Anorndung with a Food patch 7a and this covering cover patch 7b is trained.
  • the deckpatch forms the respective one lower patch radiator assembly 5 for the lower frequency range at the same time the base plate for the on it constituting Patchstrahleran Aunt 7 for the higher frequency range.
  • the Patchstrahleran Aunt 7 includes in detail with the Patchstrahleran Aunt 5 a much smaller dimensioned rectangular food patch 7a, which also again with an H-shaped slot structure 13 with a Center slot 13a and two at the end of the center slot in each case parallel slots extending to both sides 13b is provided so that the center slot 13a parallel to and above the central slot 11a of FIG bottom patch radiator assembly 5 comes to rest.
  • the Infeed also takes place as in the lower patch radiator arrangement 5, namely a separate feed cable 15b, which in the same way from the middle section of the central slot 13a coming V- or U-shaped (Arc 15'b) around the one end of the parallel slot 11b to the middle of the food patch 13a and from there in extension of the central slot 13a to the edge of the food patch 7a as symmetrical as possible and from there to ground, i. is guided on the reflector sheet 1.
  • This is the cable from the opposite side of the reflector 1 the Fed feeding patch, ie from the opposite Page compared to the feeder cable 15a.
  • the illustrated food patch 7a is offset over two and also preferably in the through the center slots formed vertical plane lying columnar Spacer 23 is held and anchored on the deck patch 5b.
  • the Deckpatch 7b is frame-shaped to form a Center opening 27 designed and is about two laterally from the Frame 28 in parallel to the underlying Center slots 11a, 13a projecting tabs 29 held which are supported on the spacers 24.
  • the two feeder cables 15a, 15b in the longitudinal direction of the reflector 1 to a terminal end guided, at which two terminals 35a, 35b for the electrical supply of the two Patchstrahleranssenen are provided.
  • This can, for example, in the Representation according to Figure 1 right-lying, where on one the reflector sheet right final and Reflector level vertically upwards protruding end plate for example, adjacent to the two reflector edges 1 'the corresponding feeder cables 15a and 15b in corresponding plug connections can end.
  • both supply cables 15a, 15b via a duplexer be merged, so that only a single connection necessary is.
  • a housing cover as Schutz. responded assembled.

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  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Patch-Antenne für den Betrieb in mindestens zwei Frequenzbereichen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Es ist hinlänglich bekannt, dass zur Übertragung von Informationen im Mobilfunkbereich verschiedene Frequenzbereiche zur Verfügung stehen, nämlich z.B. im europäischen Bereich das 900 MHz Band wie aber auch das 1800 MHz Band. Insbesondere im USA-Bereich erfolgt die Mobilfunk-Übertragung im sogenannten 1900 MHz Band. Für den zukünftig geplanten UMTS-Standard steht das 2000 MHz Band bereit.
Abgesehen von in zwei Frequenzbereichen betreibbaren bekannten Dipolantennen sind grundsätzlich auch Antennen in planarer Ausführung, nämlich sogenannte Patch-Antennen bekannt.
Grundsätzlich ist auch aus der EP 0 999 608 A1 eine Patch-Antenne bekannt geworden, die als Multifunktionsantenne mehrere über eine Masse oder einen Reflektor angeordnete Patchstrahler umfasst, die zum Empfang entsprechender elektromagnetischer Wellen für Positionsdatenerfassung von geostationären Satelliten (GPS) ausgelegt ist. Die Patchstrahler sind dabei über einer gemeinsamen Masse aufgebaut.
Eine gattungsbildende Patchantenne ist aus der Patentschrift US-A-6, 054, 953 bekannt geworden. Sie umfasst eine Grundplatte. Über der Grundplatte ist ein Patch für die Übertragung des niederen Frequenzbereiches und darüber ein weiteres Patch für die Übertragung im höheren Sendebereich angeordnet. Das Patch für die Übertragung im niederen Frequenzband dient gleichzeitig als aktives Speisepatch für das darüber befindliche Patch für die Übertragung des höheren Frequenzbandes. Die Speisung erfolgt über eine gemeinsame Kreuzschlitzstruktur in der Grundplatte. Um die Kopplung zu verbessern ist zwischen der Einspeisstelle in der Grundplatte und dem Patch zur Übertragung des niedrigeren Frequenzbandes noch ein passives Kopplungspatch angeordnet.
Eine Multibandantenne mit gestockten Patchstrahlern ist aus der WO 00/13260 bekannt.
Die elektrischen Eigenschaften einer derartigen Antenne weisen aber auch noch Nachteile auf, da die gewünschte Bandbreite sich nicht realisieren lässt.
Patchantennen sind ansonsten grundsätzlich auch noch aus der Entgegenhaltung "SONG, H.J. et al.: Ku-Band 16 x 16 Planar Array with Aperture-Coupled Microstrip-Patch Elements. In: IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 40, No. 5, October 1998, S. 25 bis 29" und aus der Entgegenhaltung "RATHI, V. et al.: Improved Coupling for Aperture Coupled Microstrip Antennas. In: IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 44, No. 8, August 1996, S. 1196 bis 1198" bekannt, die unterschiedlichen Schlitzausnehmungen zum Einspeisen beschreiben. Die Schlitzausnehmungen dienen hierbei jedoch der Aperturkopplung zwischen Anspeiseleitung und Patch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Patch-Antenne für den Betrieb in zumindest zwei Frequenzbereichen zu schaffen, die möglichst flach aufgebaut ist, eine sehr große Bandbreite aufweist und gleichzeitig eine möglichst gute Strahlungscharakteristik aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Patch-Antenne kann grundsätzlich in zumindest zwei Frequenzbereichen betrieben werden. Das Konstruktionsprinzip ist gleichermaßen auch geeignet weiter ausgebaut zu werden, um die Antenne in mehr als zwei Frequenzbereichen, z.B. in drei Frequenzbereichen betreiben zu können. Dabei ist der Gesamtaufbau höchst flach gehalten, wobei die erfindungsgemäße Antenne gleichwohl eine hervorragende Antennencharakteristik aufweist.
Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass auf einem Reflektor die zumindest beiden Patch-Strahleranordnungen aufeinander aufbauend angeordnet sind, wobei jede Patch-Strahleranordnung zumindest ein aktives Speisepatch und darüber befindlich ein kapazitiv gekoppeltes passives Deckpatch umfasst. Ein jeweils oberes Deckpatch für den jeweils unteren Frequenzbereich dient gleichzeitig als Grundplatte für das Speisepatch des jeweils höheren Frequenzbereiches. Zudem ist vorgesehen, dass für jeden Frequenzbereich eine separate Anspeisung erfolgt.
Nach dem Stand der Technik ist bekannt, eine Anspeisung in einem Speisepatch an einem rechteckförmigen Schlitz vorzunehmen, wobei an der einen Seite des Schlitzes der Außenleiter des koaxialen Kabels elektrisch kontaktiert ist und der Innenleiter mittig und quer zur Schlitzanordnung über diesen hinweg geführt und an der gegenüberliegenden Randseite des Schlitzes am Patch kontaktiert ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Patchstrahler eine zumindest annäherungsweise H-förmige Schlitzstruktur aufweisen oder zumindest eine H-förmige Schlitzstruktur umfassen. Es hat sich gezeigt, dass dadurch die Strahlencharakteristik verbessert sowie die Bandbreite vergrößert werden können.
Zur Erzielung einer verbesserten Entkopplung der auf verschiedene Frequenzbereiche abgestimmten Patch-Strahleranordnung sind dabei erfindungsgemäß Stichleitungen vorgesehen, die in einer Teillänge zur jeweiligen Speiseleitung parallel zu dieser vorgesehen bzw. angeschlossen sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kabelanspeisung zu jedem aktiven Strahlerpatch bevorzugt mittig erfolgt, wobei das Kabel vor der Anspeisestelle, also bevorzugt mittig vom Speisepatch auf Grund geführt wird, d.h. mittig über den Rand des jeweiligen Speisepatches herunter auf das Reflektorblech.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Verbesserung der Anpassung (VSWR) bzw. der Erhöhung der Bandbreite an zumindest einem der Patchstrahler, vorzugsweise an dem zuoberst liegenden Speisepatchbereich,. im Bereich der mittleren Schlitzausnehmung des H-förmigen Schlitzes ein rechtwinkeliger Bügel vorgesehen ist. Der eine Schenkel überdeckt zumindest in einer Teillänge im Abstand den mittleren Schlitz der H-förmigen Schlitzstruktur in Parallellage zu diesem, wobei der vertikale Schenkel senkrecht auf das Speisepatch rückgeführt und dort befestigt ist, und zwar am Randbereich der mittleren Schlitzausnehmung.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung bzw. in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist in völlig überraschender Weise eine Lösung gefunden worden, die es ermöglicht die Wasserempfindlichkeit der Antenne weiter zu reduzieren. Dazu ist in dem zuoberst liegenden Deckpatch des Systems, welches auf die höchste Frequenz abgestimmt ist, ein Teil der Fläche herausgeschnitten. Bevorzugt wird dadurch also eine rahmenförmige Deckpatch-Struktur üblich.
Schließlich kann eine weitere Minimierung der Bauhöhe dadurch gewährleistet werden, dass das Speisepatch des jeweils höher frequenten Systems in das Deckpatch des unteren Systems integriert ist. Dazu kann ein Teil des Deckpatches der unteren Frequenz ausgeschnitten und das Speisepatch in diesen Ausschnitt eingefügt.sein.
Alternativ dazu ist es aber auch möglich, das Deckpatch einer unteren Frequenz wannenförmig zu gestalten, wobei in dieser wannenförmigen Gestaltung dann das Speisepatch des höher frequenten Systems eingesetzt werden kann.
Wie bereits ausgeführt wurde, werden die Speisesysteme getrennt mit je einem Speisekabel angespeist, so dass jedes der beiden Systeme einen separaten Anschluss besitzt. Die getrennten Speisekabel können aber auch über einen in die Antenne integrierten Duplexer oder ein Kabelnetzwerk zusammengefügt sein, so dass die Gesamtantenne mit einem einzigen Anschluss versehen ist.
In Abhängigkeit des gewünschten Frequenzbereiches für die Antenne kann das Frequenzverhältnis der Patchstrahler beispielsweise 1:2 betragen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Grundplatte der Patch-Strahleranordnung für den niedrigsten Frequenzbereich durch den Reflektor gebildet ist. Es kann aber auch hier eine auf dem Reflektor oder vor dem Reflektor sitzende Grundplatte vorgesehen sein, die dann aber ebenfalls wieder als Artreflektor wirkt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen:
Figur 1 :
Eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Patch-Antenne;
Figur 2 :
eine Querschnittsdarstellung durch das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 im Bereich der einzelnen Abstützelemente;
Figur 3a :
eine Draufsicht auf das aktive Speisepatch des für den niedrigeren Frequenzbereich vorgesehenen Patchstrahlers;
Figur 3b :
eine entsprechende Unteransicht auf das in Figur 3a wiedergegebene Speisepatch;
Figur 4 :
eine Draufsicht auf das Deckpatch des unteren Patchstrahlers;
Figur 5a:
eine Draufsicht auf das Speisepatch der für den höheren Frequenzbereich vorgesehenen Patch-Strahleranordnung;
Figur 5b :
eine Unteransicht auf das in Figur 5a wiedergegebene Speisepatch; und
Figur 6 :
eine zu Figur 2 um 90° verdrehte.Vertikalschnittdarstellung durch das obere Speisepatch.
In Figur 1 ist in schematischer perspektivischer Darstellung der Gesamtaufbau der Antenne mit einem Reflektorblech gezeigt, also einem Reflektor 1, der im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem an zwei gegenüberliegenden Längsrändern ausgebildeten, sich im wesentlichen quer bzw. senkrecht zur Reflektorblechebene erstreckenden Randstreifen 1' versehen ist.
Auf diesem Reflektor 1 aufbauend sind im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Patchstrahleranordnungen vorgesehen, nämlich eine erste Patchstrahleranordnung 5 für den unteren Frequenzbereich, beispielsweise für den GSM--Frequenzbereich (870 - 960 MHz), und eine darauf aufbauende nochmals kleiner dimensionierte weitere Patchstrahleranordnung 7 für einen höheren Frequenzbereich, beispielsweise für den PCN und UMTS Frequenzbereich (1710 MHz, 2170 MHz etc.).
Jede der beiden Patchstrahleranordnungen 5 bzw. 7 ist als Doppelpatch-Strahleranordnung aufgebaut, und zwar jeweils mit einem aktiven Speisepatch 5a bzw. 7a und einem darüber befindlichen nur kapazitiv gekoppelten und damit passiven Deckpatch 5b bzw. 7b.
Aus den Figuren 3a und 3b geht das größer dimensionierte und für den unteren Frequenzbereich vorgesehene Speisepatch 5a hervor. Daraus ist zu ersehen, dass das Speisepatch als rechteckförmiges Blech gestaltet ist, in welchem eine H-förmige Schlitzstruktur 11 eingearbeitet ist. Der Mittenschlitz 11a erstreckt sich dabei in Querrichtung des Reflektors 1, im gezeigten Ausführungsbeispiel also quer zu dem Randstreifen 1' des Reflektors 1. An den Enden dieses Mittenschlitzes 11a sind quer dazu an beiden Seiten durchgehend verlaufende Parallelschlitze 11b eingearbeitet. Wie insbesondere in der Unteransicht gemäß Figur 3b zu ersehen ist, erfolgt die Kabeleinspeisung für dieses Speisepatch 5a separat über ein koaxiales Speisekabel 15a, welches auf dem Reflektor 1, d.h. insbesondere längs dessen Randstreifen 1' und dann mittig auf den Rand des Speisepatches 5a zu und von dort in Richtung H-förmige Schlitzstruktur 11 verlaufend verlegt ist. Dabei ist das Kabel bevorzugt zumindest näherungsweise in koaxialer Verlängerung zu dem Mittenschlitz 11a auf der Unterseite in Richtung Mittenschlitz 11a und dann in einer V- oder U-förmigen Schleife 15'a um das eine Ende des zunächst liegenden Parallelschlitzes 11b verlegt. Das Koaxialkabel endet dann bevorzugt in der Mitte des Mittenschlitzes 11a auf einer Seite der Schlitzausnehmung, wo der Außenleiter 115a elektrisch kontaktiert ist. Der Innenleiter 115b ist quer zur Längserstreckung des Mittenschlitzes 11a über diesen hinweg geführt und auf der gegenüberliegenden Seite des Mittenschlitzes mit dem Speisepatch elektrisch kontaktiert.
Aus der Skizze gemäß Figuren 3a und 3b ist zu erkennen, dass neben dem eigentlichen Speisekabel 15a noch zwei weitere Stichleitungen 215a vorgesehen sind, nämlich links und rechts in einer Teillänge von dem eigentlichen Speisekabel 15a, wobei die Stichleitungen 215a unterschiedliche Länge aufweisen. Jede der beiden Stichleitungen ist so parallel zumindest zum Endabschnitt des Speisekabels 15a angeordnet, dass der jeweilige Innenleiter 215"a parallel zum Innenleiter 115"a des Speisekabels 15a den mittleren Schlitz 11a überbrückt und auf der gegenüberliegenden Seite des Schlitzes 11a elektrisch mit dem Patch kontaktiert ist, wobei vor dem Schlitz der Außenleiter 215'a der jeweiligen Stichleitung 215a mit dem Patch elektrisch kontaktiert ist.
Mittels zweier seitlicher nicht leitender säulenförmiger Distanzhalter 21 ist auf dem Reflektor 1 das Speisepatch 5a und über axiale Distanzhalter 22 das darüber befindliche Deckpatch 5b montiert, dessen Querabmessungen näherungsweise gleich sind, wobei die Längsmaße typischerweise kürzer sind.
Auf diesem Deckpatch 5b der unteren Patchsträhleranordnung 5 ist nunmehr die weitere Patchstrahleranordnung 7 aufgebaut, die ebenfalls als Doppelpatch-Anorndung mit einem Speisepatch 7a und einem dieses überdeckenden Deckpatch 7b ausgebildet ist. Dabei bildet das Deckpatch der jeweils unteren Patchstrahleranordnung 5 für den niedrigeren Frequenzbereich gleichzeitig die Grundplatte für die darauf aufbauende Patchstrahleranordnung 7 für den höheren Frequenzbereich.
Die Patchstrahleranordnung 7 umfasst eingehend mit der Patchstrahleranordnung 5 ein deutlich kleiner dimensioniertes rechteckförmiges Speisepatch 7a, welches ebenfalls wieder mit einer H-förmigen Schlitzstruktur 13 mit einem Mittenschlitz 13a und zwei am Ende davon über den Mittenschlitz jeweils nach beiden Seiten hinaus gehenden Parallelschlitzen 13b versehen ist, so dass der Mittenschlitz 13a parallel zu und oberhalb von dem Mittenschlitz 11a der unteren Patchstrahleranordnung 5 zu liegen kommt. Die Einspeisung erfolgt ebenfalls wie bei der unteren Patchstrahleranordnung 5, nämlich über ein separates Speisekabel 15b, welches in gleicher Weise vom mittleren Abschnitt des Mittenschlitzes 13a kommend V- oder U-förmig (Bogen 15'b) um das eine Ende des Parallelschlitzes 11b zur Mitte des Speisepatches 13a und von dort in Verlängerung des Mittenschlitzes 13a zum Rand des Speisepatches 7a möglichst symmetrisch verlegt und von dort auf Grund, d.h. auf das Reflektorblech 1 geführt ist. Dabei wird das Kabel von der gegenüberliegenden Seite des Reflektors 1 dem Speisepatch zugeführt, also von der gegenüberliegenden Seite verglichen mit dem Speisekabel 15a.
Schließlich können ergänzende Maßnahmen zur Erzielung einer besseren Entkopplung der auf verschiedene Bereiche abgestimmten Patchstrahler vorgesehen sein, und zwar unter Verwendung von Stichleitungen, die parallel zur jeweiligen Anschlussleitung angeschlossen werden.
Aus dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5b ist auch zu ersehen, dass hier bereits am Bogen 15'b beginnend parallel zum Speisekabel 15b ebenfalls eine Stichleitung 215b angeordnet ist, deren Innenleiter 215"b parallel zum Innenleiter 115"b des Speisekabels 15b den Schlitz 13a überbrückt und an der gegenüberliegenden Seite des Speisepatches kontaktiert ist, wohingegen der Außenleiter 215'b auf der Stichleitung 215b auf der gleicher Seite wie der Außenleiter 115'b des Speisekabels 15b mit dem Patch kontaktiert ist.
Das erläuterte Speisepatch 7a ist über zwei versetzt liegende und bevorzugt ebenfalls in der durch die Mittenschlitze gebildeten Vertikalebene liegenden säulenartigen Distanzhalter 23 auf dem Deckpatch 5b gehalten und verankert.
Auf dem erwähnten Speisepatch 7a aufbauend ist ebenfalls wieder ein nochmals kleiner dimensioniertes Deckpatch 7b ausgebildet, welcher über weitere Distanzhalter 24 gegenüber den ihn tragenden Speisepatch 7a gehalten ist. Das Deckpatch 7b ist dabei rahmenförmig unter Ausbildung einer Mittenöffnung 27 gestaltet und wird über zwei seitlich vom Rahmen 28 in Parallelrichtung zu den darunter befindlichen Mittenschlitzen 11a, 13a vorstehende Laschen 29 gehalten, die sich an den Distanzhaltern 24 abstützen. Durch diese rechteckförmige Gestaltung des zuoberst liegenden Deckenpatches 7b ergibt sich der völlig überraschende Effekt einer deutlichen Verbesserung der Anpassung (VSWR) und einer deutlich geringeren Empfindlichkeit gegenüber Wasser und Regen, so dass sich bei einer die gesamte Antennenanordnung überdeckenden Gehäuseabdeckung (Kunststoffgehäuse etc.) eine deutlich reduzierte Wasserabhängigkeit der Antenne ergibt.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind die beiden Speisekabel 15a, 15b in Längsrichtung des Reflektors 1 zu einem Anschlussende geführt, an welchem zwei Anschlüsse 35a, 35b zur elektrischen Speisung der beiden Patchstrahleranordnungen vorgesehen sind. Dies kann beispielsweise bei der Darstellung gemäß Figur 1 rechtsliegend sein, wobei an einer das Reflektorblech rechts abschließenden und zur Reflektorebene vertikal nach oben vorstehenden Abschlussplatte beispielsweise benachbart zu den beiden Reflektorrändern 1' die entsprechenden Speisekabel 15a und 15b in entsprechenden Steckanschlüssen enden können. Genauso können aber beide Speisekabel 15a, 15b über einen Duplexer zusammengeführt werden, so das nur ein einziger Anschluss notwendig ist. Über die gesamte Anordnung wird, wie üblich und nicht näher gezeigt, eine Gehäuseabdeckung als Schutz.einrichtung montiert.
Zur Vervollständigung wird ferner noch darauf hingewiesen, dass - wie sich insbesondere aus der Darstellung gemäß Figur 5a aber auch in der Querschnittsdarstellung gemäß Figur 6 ergibt, auf dem zuoberst liegenden Speisepatch 7a parallel zu dem zugehörigen Mittenschlitz 13a ein im Querschnitt rechtwinkelige elektrisch leitender Bügel 37 vorgesehen ist, dessen Parallelsteg 37a, der parallel zur Reflektorebene angeordnet ist, den Mittenschlitz 13a parallel zu diesem verlaufen im Abstand überdeckt und dessen ihn tragende Vertikalschenkel 37b parallel zum Mittenschlitz 13a an einer Randseite dazu auf dem zugehörigen Speisepatch 7a verankert und mechanisch kontaktiert ist.

Claims (18)

  1. Patch-Antenne für den Betrieb in zumindest zwei Frequenzbereichen, mit den folgenden Merkmalen:
    mit einem Reflektor (1),
    auf dem Reflektor (1) aufbauend und/oder vor dem Reflektor (1) angeordnet sind zumindest zwei Patchstrahleranordnungen (5, 7) vorgesehen, nämlich eine Patchstrahleranordnung (5) für einen niedrigeren Frequenzbereich und eine Patchstrahleranordnung(7) für einen höheren Frequenzbereich,
    die Patchstrahleranordnungen (5, 7) für den niedrigeren sowie für den höheren Frequenzbereich umfassen jeweils zumindest ein aktives Speisepatch (5a, 7a) mit einer zugehörigen Schlitzstruktur (11, 13) und ein darüber angeordnetes, kapazitiv gekoppeltes passives Deckpatch (5b, 7b),
    die Patchstrahleranordnungen (5, 7) für den niedrigeren wie den höheren Frequenzbereich stehen auf einer Grundplatte,
    das oberste Deckpatch (5b) der unteren Patchstrahleranordnung (5) für den niedrigeren Frequenzbereich bildet dabei gleichzeitig die Grundplatte für eine darauf aufbauende Patchstrahleranordnung (7) für den höheren Frequenzbereich,
    in zumindest einem Speisepatch (5a, 7a) ist eine Schlitzanordnung ausgebildet, die eine H-förmige Schlitzstruktur (11,13) umfasst, und
    die zumindest beiden Schlitzstrukturen (11, 13) in dem jeweiligen Speisepatch (5a, 7a) werden jeweils über eine zugeordnete Speisekabelanordnung (15a, 15b) gespeist, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale:
    zur Erzielung einer verbesserten Entkopplung der auf verschiedene Frequenzbereiche abgestimmten Patchstrahleranordnung (5, 7) sind Stichleitungen (215a, 215b) vorgesehen, die in einer Teillänge zur jeweiligen Speiseleitung (15a, 15b) parallel zu dieser vorgesehen bzw. angeschlossen sind.
  2. Patch-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Speisekabel (15a, 15b) zumindest näherungsweise in Verlängerung eines Mittenschlitzes (11a, 13a) vom Rand des Speisepatches (5a, 7a) kommend auf den jeweiligen Mittenschlitz (11a, 13a) zuläuft und dann um den jeweiligen Endabschnitt des näherliegenden der beiden Parallelschlitze (11b, 13b) herum zum zugehörigen Mittenschlitz (11a, 13a) verlegt ist.
  3. Patch-Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anspeisung des jeweiligen Speisepatches (5a, 7a) vorzugsweise zumindest annähernd mittig bzw. symmetrisch erfolgt.
  4. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisekabel (15a, 15b) von dem betreffenden Speisepatch (5a, 7a) kommend zumindest näherungsweise mittig über den Rand des jeweiligen Speisepatches (5a, 7a) herunter auf den Reflektor (1) geführt sind.
  5. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem Speisepatch (5a, 7a), vorzugsweise an dem Speisepatch (7a) für den höchsten Frequenzbereich, parallel zu dem Mittenschlitz (13a) ein im Querschnitt rechtwinkeliger leitender Bügel (37) vorgesehen ist, dessen Parallelsteg (37a) den Mittenschlitz (13a) parallel zu diesem verlaufend im Abstand überdeckt und dessen ihn tragender Vertikalschenkel (37b) parallel zum Mittenschlitz (13a) an einer Randseite dazu auf den zugehörigen Speisepatch (7a) mechanisch verankert und elektrisch kontaktiert ist.
  6. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zuoberst liegende Deckpatch (7b) rahmenförmig unter Ausbildung einer Mittenöffnung (27) gebildet ist, vorzugsweise unter Ausbildung eines rechteckförmigen Rahmens (28).
  7. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckpatch (5b) einer Patchstrahleranordnung (5) für einen unteren Frequenzbereich, welcher gleichzeitig die Grundplatte für eine Patchstrahleranordnung für einen demgegenüber höheren Frequenzbereich darstellt, im mittleren Bereich eine Ausnehmung aufweist, in welcher vorzugsweise das Speisepatch (7a) der für den höheren Frequenzbereich vorgesehen Patchstrahleranordnung (7) integriert zu liegen kommt.
  8. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckpatch (5b) einer Patchstrahleranordnung (5) für einen unteren Frequenzbereich, welcher gleichzeitig die Grundplatte für eine Patchstrahleranordnung für einen demgegenüber höheren Frequenzbereich darstellt, im mittleren Bereich eine wannenförmige Vertiefung aufweist, in welcher vorzugsweise das Speisepatch (7a) der für den höheren Frequenzbereich vorgesehen Patchstrahleranordnung (7) integriert zu liegen kommt.
  9. Patch-Antenne nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Speisepatch (7a) der für den höheren Frequenzbereich vorgesehenen Patchstrahleranordnung (7) auf gleicher Höhe wie das Deckpatch (5b) für den unteren Frequenzbereich angeordnet ist.
  10. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive und das passive Patch jeweils für den unteren und oberen Frequenzbereich so dimensioniert ist, dass das Frequenzverhältnis der Patchstrahleranordnung (5, 7) für den Betrieb in zwei unterschiedlichen Frequenzbereichen etwa 1:2 beträgt.
  11. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine oder mehrere oder alle Patchstrahleranordnungen (5, 7) mehr als zwei Patches je Frequenzbereich aufweisen.
  12. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Halten der Patches (5a, 5b, 7a, 7b) Stützen oder Distanzhalter aus nicht leitendem und/oder dielektrischem Material vorgesehen sind.
  13. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzhalter, Stützen oder Halteelemente (21, 22, 23, 24) der Patches bezogen auf deren Längs- oder Querseite mittig angeordnet und leitend ausgebildet sind.
  14. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisekabel (15a, 15b) für die Patches mittels Duplexfilter zu einem resultierenden Eingang verschaltet sind.
  15. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Strahleranordnung zu einem Array zusammengefasst sind, wobei jeweils mittig zwischen zwei Patchstrahlern weitere Strahlerelemente für den oberen Frequenzbereich angeordnet und/oder verschaltet sind.
  16. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisekabel (15a, 15b) zumindest in ihrem. Endbereich mit parallel verlegten Stichleitungen (215a, 215b) versehen sind, deren Innenleiter (215a, 215b) den Mittenschlitz (11a, 13a) überbrücken und auf der gegenüberliegenden Seite zu ihrem Außenleiter (215a, 215b) mit dem Patch kontaktiert sind.
  17. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte der zuunterst angeordneten Strahleranordnung (5) für den tiefsten übertragenen Frequenzbereich durch den Reflektor (1) gebildet ist.
  18. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte der zuunterst angeordneten Strahleranordnung (5) für den tiefsten übertragenen Frequenzbereich vor dem Reflektor (1) angeordnet ist.
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