EP1381112A2 - Planare Mikrowellenantenne - Google Patents

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EP1381112A2
EP1381112A2 EP03013288A EP03013288A EP1381112A2 EP 1381112 A2 EP1381112 A2 EP 1381112A2 EP 03013288 A EP03013288 A EP 03013288A EP 03013288 A EP03013288 A EP 03013288A EP 1381112 A2 EP1381112 A2 EP 1381112A2
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resonators
microwave antenna
strip
levels
antenna according
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    • 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
    • H01Q13/106—Microstrip slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path
    • 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
    • H01Q9/06—Details
    • H01Q9/065—Microstrip dipole antennas

Definitions

  • the present invention belongs to the technical field more fundamentally Components of electrical engineering, thus related to the area of antennas and in this respect a flat microwave antenna using stripline technology.
  • the antenna in stripline technology disclosed in DE OS 26 32 772 A1 represents a directional antenna for special requirements, which is why this antenna belonging to the prior art for flat antennas has no relevance in relation to the invention proposed here.
  • the microwave antenna disclosed in DE OS 39 07 606 A1 improves the previously known flat antennas only in that the inevitable radiation from the feed network is countered by using the principle of the dual radiator.
  • DE OS 43 13 397 A1 discloses an antenna with two different oscillation modes, as a result of which receive and transmit signals are received and transmitted (independently) independently of one another. These antennas therefore do not represent any technical solutions that are relevant to the subject matter of the invention that should be discussed.
  • the invention is based on the object of a microwave transmitter antenna for linearly polarized waves as a flat flat antenna for the emission of Microwave energy with a highly homogeneous distribution of these radiated To create energy over the entire area in the near field. It should be suitable be such homogeneously distributed high-frequency microwave energy in objects for the purpose of treating pest-infested goods.
  • the Antenna is said to have small dimensions, light weight and high Characterize flexibility in handling.
  • As a guide for the Radiant power should apply 250 watts.
  • the proposed antenna is said to et al work in the frequency range from 2.2 GHz to 2.7 GHz.
  • an antenna for emitting linearly polarized waves in stripline technology according to the following structure.
  • a flat flat antenna it consists of several levels in plate form. These plates are arranged isolated from each other. At least one of the levels forms a base plate. Another of the levels is equipped with the feed conductor structure (phase adjustment system) and a final plate of the total number of levels carries the resonator resonator plate - (radiation system).
  • the radiation system is designed as a set of double slot lines which are connected in pairs at the edges by a common flat resonator. The distance between the double slot lines is less than or equal to the wavelength.
  • Each slot is excited at any number of points at a distance of less than or equal to half the wavelength by strip conductors which are connected orthogonally to one another and are integrated into the excitation system.
  • This vg resonator plate consists of a conductive material.
  • This conductive structure is formed from 2 n resonators lying in parallel at the same distance in the form of narrow strips with outwardly directed tips at both ends of the strips and a conductive structure surrounding the entire surface.
  • a non-conductive surface is provided between the strip-shaped resonators and the entire, surrounding, conductive structure, which itself forms a very narrow strip on both sides and along the strip resonators and which at the end of the strip resonators forms a circular surface enclosing the respective triangle around the tips forming a triangle , wherein these non-conductive surface portions represent a coherent, uninterrupted structure.
  • a connector for coaxial cables with a central pin that can be pushed through to the plate with the feed conductor structure is preferably provided as the connecting element.
  • the base plate preferably consists of a metal plate, which serves at the same time the purpose of attaching the cable connector, mechanical brackets or as a housing.
  • the level with the infeed consists of a line structure with suitable dimensioning of the conductor lengths for in-phase feeding of the resonators.
  • the in-phase feed causes the radiation of a plane wave.
  • the power distribution is adjusted to the local characteristic impedance.
  • the electrical connection of the individual levels takes place at the points specified by the excitation system. The arrangement according to the invention thus results in a largely homogeneous distribution of the emitted microwaves over the entire area in the near field.
  • the antenna of this exemplary embodiment consists of three levels, the base plate 3, the feed conductor structure 4 and the resonator plate 5. It is intended as a transmitting antenna for the frequency of 2.45 GHz with linear polarization.
  • the load capacity is designed for approx. 250 watts.
  • the antenna input is rated for a characteristic impedance of 50 ohms.
  • the base plate 3 is designed as a metal plate which serves as a shield and gives the construction the necessary mechanical stability. It also serves to attach the cable connector 1 by means of a coaxial connector, which is fed via a coaxial cable coming from the microwave generator and whose central pin extends to the plate with the feed structure and is connected to it there.
  • the metal plate is also used to hold mounting elements that are required when using the antenna.
  • the feed conductor structure 4 consists of conductive material. This level contains the line structure 10 with conductor tracks of suitable geometry and dimensioning in order to feed the resonators 6a, 6b in phase through these conductor tracks 10. The power distribution is adjusted to the local characteristic impedance.
  • the resonator plate 5 consists of the same semifinished product as the plane with the feed conductor structure 4.
  • a non-conductive surface is provided between the strip-shaped resonators 6a, 6b and the entire, surrounding, conductive surface 7, which itself forms a very narrow strip 8 on both sides and along the strip resonators 6a, 6b and which at the end of the strip resonators 6a, 6b around them a triangle-forming tips 6b forms a circular surface 9 enclosing the respective triangle, these non-conductive surface portions 8 and 9 forming a coherent, uninterrupted structure.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine ebene Mikrowellenantenne in Streifenleiter-Technik. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Mikrowellensendeantenne für linear polarisierte Wellen als ebene Flachantenne zur Abstrahlung von Mikrowellenenergie mit höchst homogener Verteilung dieser abgestrahlten Energie über die gesamte Fläche im Nahfeld zu schaffen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass eine ebene Flachantenne aus mehreren Ebenen in Plattenform vorgeschlagen wird. Der wesentlichste Teil der Erfindung besteht darin, dass auf einer Resonatorplatte (5) 2<n> in gleichem Abstand parallel liegende Resonatoren (6a, 6b) in Form schmaler Streifen (6a) mit an beiden Enden der Streifen befindlichen nach außen gerichteten Spitzen (6b) angeordnet sind, wobei zwischen diesen noch eine leitungsfreie Zone (8, 9) ausgebildet ist. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung gehört zum technischen Gebiet grundlegender Bauteile der Elektrotechnik, damit zum Bereich der Antennen und betrifft insofern eine ebene Mikrowellenantenne in Streifenleitungstechnik.
Mikrowellenantennen als Sendeantennen und gleichwohl als ebene Flachantennen zur Abstrahlung hochfrequenter Mikrowellenenergie mit weitgehend homogener Verteilung dieser abgestrahlten Sendeleistung, die geeignet sind, homogen verteilte, hochfrequente Mikrowellenenergie in Objekte zum Zwecke der Behandlung von schädlingsbefallenem Gut einzubringen, sind in Streifenbauart bisher nicht bekannt.
Die in DE OS 26 32 772 A1 offenbarte Antenne in Streifenleitungstechnik stellt eine Richtantenne für spezielle Anforderungen dar, weswegen diese zum Stand der Technik für Flachantennen gehörende Antenne bezogen auf die hier vorgeschlagene Erfindung keinerlei Relevanz aufweist. Gleichfalls nicht relevant hinsichtlich des hier vorgeschlagenen Erfindungsgegenstandes ist die in DE OS 35 24 503 A1 vorgestellte ebene Mikrowellenantenne mit Antennenelementen, die aus mäanderförmig verlaufenden Streifenleitungen bestehen, da dies eine Antennenanordnung zum Empfang von zirkular polarisierten Wellen ist. Die in DE OS 39 07 606 A1 offenbarte Mikrowellenantenne verbessert die bis dahin bekannten Flachantennen lediglich dahingehend, dass den unvermeidlichen Abstrahlungen des Speisenetzwerkes begegnet wird, indem das Prinzip des dualen Strahlers eingesetzt wird. Die DE OS 43 13 397 A1 hingegen offenbart eine Antenne mit jeweils zwei unterschiedlichen Schwingungsmoden, wodurch Empfangsund Sendesignale unabhängig voneinander empfangen und (aus)gesendet werden. Somit stellen auch diese Antennen keine hinsichtlich des Erfindungsgegenstandes relevanten technischen Lösungen dar, die zu diskutieren wären.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Mikrowellensendeantenne für linear polarisierte Wellen als ebene Flachantenne zur Abstrahlung von Mikrowellenenergie mit höchst homogener Verteilung dieser abgestrahlten Energie über die gesamte Fläche im Nahfeld zu schaffen. Sie soll geeignet sein, solche homogen verteilte hochfrequente Mikrowellenenergie in Objekte zum Zwecke der Behandlung von schädlingsbefallenem Gut einzubringen. Die Antenne soll sich durch geringe Abmessungen, geringes Gewicht und hohe Flexibilität in der Handhabung auszeichnen. Als Richtwert für die Abstrahlungsleistung sollen 250 Watt gelten. Die vorgeschlagene Antenne soll u.a. im Frequenzbereich von 2,2 GHz bis 2,7 GHz arbeiten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgaben- und Zielstellung dadurch gelöst, dass eine Antenne zur Aussendung linear polarisierter Wellen in Streifenleitungstechnik folgenden Aufbaus vorgeschlagen wird.
Als ebene Flachantenne besteht sie aus mehreren Ebenen in Plattenform, Diese Platten sind voneinander isoliert angeordnet. Mindestens eine der Ebenen bildet eine Grundplatte. Eine weitere der Ebenen ist mit der Einspeisungsleiterstruktur (Phasenabstimmungssystem) ausgestattet und eine abschließende Platte der Gesamtebenenanzahl trägt die Resonatoren-Resonatorplatte - (Strahlungssystem). Das Strahlungssystem ist als ein Satz von Doppelschlitzleitungen ausgeführt, die an den Rändern paarweise durch einen gemeinsamen flachen Resonator verbunden sind. Der Abstand zwischen den Doppelschlitzleitungen ist kleiner oder gleich der Wellenlänge. Jeder Schlitz ist an einer beliebigen Anzahl von Punkten im Abstand kleiner oder gleich der halben Wellenlänge erregt durch Streifenleiter, die orthogonal miteinander verbunden, in das Erregersystem eingebunden sind.
Diese v.g. Resonatorplatte besteht aus einem leitenden Material. Diese leitende Struktur ist aus 2n in gleichem Abstand parallel liegenden Resonatoren in Form schmaler Streifen mit an beiden Enden der Streifen befindlichen nach außen gerichteten Spitzen und ganzflächig umgebender leitender Struktur gebildet. Zwischen den streifenförmigen Resonatoren und der ganzflächigen, umgebenden, leitenden Struktur ist eine nichtleitende Fläche vorgesehen, welche beidseitig und längs der Streifenresonatoren selbst einen sehr schmalen Streifen bildet und die am Ende der Streifenresonatoren um die ein Dreieck bildenden Spitzen herum eine das jeweilige Dreieck einschließende Kreisfläche bildet, wobei diese nichtleitenden Flächenanteile ein zusammenhängendes, nicht unterbrochenes Gebilde darstellen.
Als Anschlusselement ist vorzugsweise ein Anschlussstecker für Koaxialkabel mit bis auf die Platte mit der Einspeisungsleiterstruktur durchsteckbaren Mittelstift vorgesehen. Die Grundplatte besteht vorzugsweise aus einer Metallplatte, welche gleichzeitig dem Zwecke der Anbringung des Kabelsteckverbinders, von mechanischen Halterungen bzw. als Gehäuse dient. Durch das Vorsehen einer Metallplatte als Grundplatte wird eine gute Abschirmung und die notwendige mechanische Stabilität der Konstruktion erreicht. Die Ebene mit der Einspeisung besteht aus einer Leitungsstruktur mit geeigneter Dimensionierung der Leiterbahnlängen zur gleichphasigen Speisung der Resonatoren. Durch die gleichphasige Speisung wird das Abstrahlen einer ebenen Welle bewirkt. Bei der Leistungsaufteilung erfolgt die Anpassung an die lokalen Wellenwiderstandsverhältnisse. Die elektrische Verbindung der einzelnen Ebenen erfolgt an den durch das Erregersystem vorgegebenen Punkten. Durch die so erfindungsgemäße Anordnung ist eine weitestgehend homogene Verteilung der abgestrahlten Mikrowellen über die gesamte Fläche im Nahfeld bewirkt.
An nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.
Die Figuren 1 bis 3 stellen die erfindungsgemäße Anordnung dar.
Fig. 1
zeigt die Gesamtanordnung der Mikrowellenantenne
Fig. 2
zeigt die Resonatorplatte
Fig. 3
zeigt die Ebene der Einspeisungsleiterstruktur
Ausführungsbeispiel:
Die Antenne dieses Ausführungsbeispieles besteht aus drei Ebenen, der Grundplatte 3, der Einspeisungsleiterstruktur 4 und der Resonatorplatte 5.
Sie ist als Sendeantenne für die Frequenz von 2,45 GHz mit linearer Polarisation vorgesehen. Die Belastbarkeit ist für ca. 250 Watt ausgelegt. Der Antenneneingang ist für einen Wellenwiderstand von 50 Ohm bemessen.
Die Grundplatte 3 ist als Metallplatte ausgebildet, die der Abschirmung dient und der Konstruktion die notwendige mechanische Stabilität verleiht. Sie dient weiterhin der Anbringung des Kabelsteckverbinders 1 mittels eines koaxialen Anschlusssteckers, der über ein Koaxialkabel, vom Mikrowellengenerator kommend, gespeist wird und dessen Mittelstift bis auf die Platte mit der Einspeisungsstruktur reicht und dort mit dieser verbunden ist. Die Metallplatte dient des weiteren zur Aufnahme von Halterungselementen, welche beim Einsatz der Antenne erforderlich sind. Die Einspeisungsleiterstruktur 4 besteht aus leitendem Material. Diese Ebene enthält die Leitungsstruktur 10 mit Leiterbahnen geeigneter Geometrie und Dimensionierung, um die Resonatoren 6a, 6b durch diese Leiterbahnen 10 gleichphasig zu speisen. Bei der Leistungsaufteilung erfolgt die Anpassung an die lokalen Wellenwiderstandsverhältnisse. Die Resonatorplatte 5 besteht aus dem selben Halbzeug wie die Ebene mit der Einspeisungsleiterstruktur 4. Die darauf befindliche leitende Struktur ist aus 2n mit n = 2 (demzufolge 4) in gleichem Abstand parallel liegenden Resonatoren 6a, 6b in Form schmaler Streifen 6a mit an beiden Enden der Streifen befindlichen nach außen gerichteten Spitzen 6b gebildet. Dabei ist zwischen den streifenförmigen Resonatoren 6a, 6b und der ganzflächigen, umgebenden, leitenden Fläche 7 eine nichtleitende Fläche vorgesehen, welche beidseitig und längs der Streifenresonatoren 6a, 6b selbst einen sehr schmalen Streifen 8 bildet und die am Ende der Streifenresonatoren 6a, 6b um die ein Dreieck bildenden Spitzen 6b herum eine das jeweilige Dreieck einschließende Kreisfläche 9 bildet, wobei diese nichtleitenden Flächenanteile 8 und 9 ein zusammenhängendes, nicht unterbrochenes Gebilde darstellen.

Claims (7)

  1. Mikrowellenantenne als ebene Flachantenne in Streifenleitungstechnik zur Aussendung linear polarisierter Wellen,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Flachantenne aus einem Anschlusselement (1) und mehreren Ebenen in Plattenform, voneinander isoliert durch ein Dielektrikum (2), besteht, wobei mindestens eine der Ebenen durch eine Grundplatte (3), eine weitere der Ebenen durch eine, die die Einspeisungsleiterstruktur enthält (4) und eine abschließende Ebene der Gesamtebenenanzahl durch eine Platte (5) mit den Resonatoren (6a, 6b) gebildet ist, und diese Ebene (5) 2n in gleichem Abstand parallel liegende Resonatoren (6a, 6b) in Form schmaler Streifen (6a) mit an beiden Enden der Streifen befindlichen nach außen gerichteten Spitzen (6b) und eine ganzflächig umgebende Metallfläche (7) beinhaltet, wobei zwischen den streifenförmigen Resonatoren (6a, 6b) und der ganzflächigen, umgebenden Metallfläche (7) eine nichtleitende Fläche vorgesehen ist, die beidseitig und längs der Streifenresonatoren (6a, 6b) selbst einen sehr schmalen Streifen (8) bildet und die am Ende der Streifenresonatoren (6a, 6b) um die ein Dreieck bildenden Spitzen (6b) herum eine das jeweilige Dreieck einschließende Kreisfläche (9) bildet, wobei diese nichtleitenden Flächenanteile (8 und 9) ein zusammenhängendes, nicht unterbrochenes Gebilde darstellen.
  2. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeantenne vorzugsweise eine solche für den Frequenzbereich 2,2 ... 2,7 GHz ist.
  3. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Anschlusselement (1) vorzugsweise Anschlussstecker für Koaxialkabel mit bis auf die Ebene mit der Einspeisungsleiterstruktur (4) durchsteckbaren Mittelstift vorgesehen sind.
  4. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (3) vorzugsweise aus einer Metallplatte besteht, die gleichzeitig dem Zwecke der Anbringung des Kabelsteckverbinders (1), von mechanischen Halterungen bzw. als Gehäuse dient.
  5. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene mit der Einspeisungsleiterstruktur (4) aus einem aus leitendem Material mit geeigneter Geometrie und Dimensionierung der Leiterbahnen zur gleichphasigen Speisung der Resonatoren (6a, 6b) besteht.
  6. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatorplatte (5) - somit das Strahlungssystem als ein Satz von Doppelschlitzleitungen ausgeführt ist, die an den Rändern paarweise durch einen gemeinsamen flachen Resonator verbunden sind und der Abstand zwischen den Doppelschlitzleitungen kleiner oder gleich der Wellenlänge ausgeführt ist, wobei jeder Schlitz an einer beliebigen Anzahl von Punkten im Abstand kleiner oder gleich der halben Wellenlänge durch Streifenleiter erregt ist, die orthogonal miteinander verbunden, in das Erregersystem eingebunden sind.
  7. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung der einzelnen Ebenen (3), (4), (5) an den durch das Erregersystem vorgegebenen Punkten erfolgt.
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