EP1481445B1 - Antennenanordnung mit einem flächendipol - Google Patents

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EP1481445B1
EP1481445B1 EP03708115A EP03708115A EP1481445B1 EP 1481445 B1 EP1481445 B1 EP 1481445B1 EP 03708115 A EP03708115 A EP 03708115A EP 03708115 A EP03708115 A EP 03708115A EP 1481445 B1 EP1481445 B1 EP 1481445B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dipole
coupling element
antenna arrangement
arrangement according
halves
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03708115A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1481445A1 (de
Inventor
Gerald Schillmeier
Werner Blaier
Udo Flinner
Ralf Exler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kathrein SE
Original Assignee
Kathrein Werke KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Kathrein Werke KG filed Critical Kathrein Werke KG
Publication of EP1481445A1 publication Critical patent/EP1481445A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1481445B1 publication Critical patent/EP1481445B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • 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
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • H01Q9/285—Planar dipole
    • 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
    • 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
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/40—Element having extended radiating surface

Definitions

  • the invention relates to an antenna arrangement with a surface dipole according to the preamble of claim 1.
  • Dipole antennas are well known. They can be used to receive a wide variety of frequencies. The length of the dipole halves depends on the respective frequency range to be transmitted.
  • surface dipoles are also known whose dipole halves consist, for example, of two rectangular dipole halves, which may be formed, for example, on a substrate in the form of a printed circuit board.
  • Such surface dipoles can also be used in the DVB-T range, for example.
  • a generic antenna is known from GB-A-2 029 112 known. However, the quality or broadband of such an antenna arrangement can not meet all requirements.
  • Antenna arrangements are in principle also known from DEY S ET AL: "Analysis of cavity-backed printed dipoles" ELECTRONICS LETTERS, IEE STEVENA-GE, GB, Vol. 30, No. 3, 3 February 1994 (1994-02-03), pages 173 -174, XP006000134 ISSN: 0013-5194 as known.
  • This is a dipole arrangement of a dipole formed on a substrate in printing technology, the dipole halves of which are widened from inside to outside in the shape of a dovetail.
  • a basically H-shaped antenna arrangement can also be taken from WO 88/04836 A1 as known.
  • strip-shaped parasitic elements are provided, which are arranged in parallel to the active radiating elements.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved antenna arrangement which has improved quality and / or ensures improved broadband, and this with comparatively simple means.
  • planar dipole antenna can be realized by using, starting from the generic state of the art, dipole halves which increasingly expand at least in a partial longitudinal extent from the inside to the outside Have cross-section and are also additionally provided with a matching circuit, which are arranged on at least one or both coupling elements. Parts of the matching network can also be provided on both coupling elements.
  • the coupling element is preferably provided with a matching circuit in micro-strip technology, the broadbandity of the antenna arrangement can be further increased because the geometric shape and position of the coupling element on the one hand and the execution of the matching circuit of the electrical components on the other hand, at different frequency ranges for improved broadband leads.
  • the adjacent boundary lines or edges of the coupling element and of the dipole halves of the planar dipole run parallel to one another.
  • the adjoining boundary edges of the coupling element and the dipole halves lie directly above one another or are arranged only with little or minimum lateral offset from one another.
  • a particularly favorable implementation can be realized when the coupling element on one side of a substrate, preferably in the form of a printed circuit board, and the dipole halves of the surface dipole are arranged on the other side of the substrate.
  • the coupling element can be provided on the same side of the substrate or the printed circuit board, ie, if appropriate, also at the same height level. It can also be provided on the substrate spacer or other means to arrange the coupling element, if necessary, on a different height level parallel to the plane of extension of the dipole halves of the surface dipole.
  • a small height offset for example in the order of 0.2 to 4 mm allows favorable results. But also distances of up to 10 mm and more are possible.
  • the dipole halves are provided at their ends facing away from one another with so-called roof capacitances oriented transversely to the extension direction of the dipole halves, ie electrical sections belonging to the dipole halves, which extend transversely to the longitudinal extent of the dipole halves.
  • the dipole halves become increasingly wider from their mutually facing central section to their opposite outwardly facing sections at least in a partial longitudinal direction, that is, become broader in their plane of extension.
  • the lateral boundary edges of the dipole halves can extend from the center to their outer end diverging, whereby a further improvement of the broadband with the simplest implementation of the surface dipole can be realized. Because the boundary edges of the coupling element preferably parallel to the boundary edges of the adjacent arranged dipole halves of the surface dipole (or are arranged diverging only at a slight angle to each other) then these boundary edges of the coupling element can also run obliquely.
  • This further coupling element can furthermore also comprise a matching network, which can be designed with the printed circuit board and the coupling element based on microstrip.
  • This further coupling element is preferably formed in the longitudinal direction of the dipole halves with a smaller longitudinal extent than the opposite first mentioned coupling element.
  • Both coupling elements may also be electrically (e.g., capacitively) or galvanically connected.
  • the matching network or parts thereof can also be provided on both coupling elements.
  • the radiation characteristic of the antenna can be influenced by means of the two or at least one coupling element.
  • FIG. 1 shows, in a schematic plan view, a first exemplary embodiment of an antenna arrangement in the form of a plane dipole 1 with two dipole halves 1 ', which extend in the longitudinal direction 3.
  • the surface dipole 1 comprises conductive surface elements 5 for the dipole halves 1 ', which may preferably be formed on a substrate 7, in particular in the form of a printed circuit board 7'.
  • the actual dipole halves 1 ' are rectangular and have a length L and a width B in the plane of extension E of the dipole halves 1'.
  • a feed point 11 is provided for feeding.
  • so-called roof capacitances 1 " are formed on the opposite, ie outer ends 13 of the dipole halves 1 'to improve the broadband and / or improve the quality of the antenna, which in the exemplary embodiment shown in turn also have a rectangular structure again and extend at right angles
  • the protrusions 16 of the roof capacitors 1 " that is to say the extent to which the roof capacitances 1" project beyond the lateral boundary edges 17 of the dipole halves 1 ', can be chosen differently for the purpose of optimization as the longitudinal dimension of the dipole halves 1 'without the roof capacities 1 ".
  • the projections have an extension dimension in the transverse direction to the longitudinal direction of the surface dipole 1, which corresponds to greater than 10%, preferably greater than 20%, in the illustrated embodiment about 40% to 60% of the longitudinal extension of a dipole half 1 '.
  • the width of the roof capacitances 1 "in the exemplary embodiment shown is smaller than the width of the dipole halves 1 'and is preferably about 30% to 70%, preferably 40% to 60%, of the width of the dipole halves 1.
  • the widths can also be of the same order of magnitude lie.
  • a coupling element 21 is now provided, which consists in the embodiment shown of a conductive surface element 21 '.
  • This conductive surface element 21 ' is formed in the illustrated embodiment according to Figures 1 and 2 on the opposite side 25 of the printed circuit board 7'. Therefore, in the plan view according to FIG. 1, the coupling element lying on the underside to the printed circuit board 7, 7 'is shown by dashed lines.
  • the coupling element 21 is rectangular in plan view and arranged so that it extends parallel to the longitudinal direction 3 of the surface dipole 1 with its longitudinal extent.
  • Its boundary edge 21 "extends adjacent to the lateral boundary edges 17 of the dipole halves 1 'parallel and preferably in plan view transversely to the plane E congruent to the lateral boundary edges 17 or only with a slight lateral offset of preferably less than 20 mm, in particular less than 10.5 or even 1 mm
  • the distance between the at least one coupling element and the respectively adjacent dipole half can be selected to be greater, the longer the roof capacities are.
  • a small divergent angle ⁇ of preferably less than 5 °, in particular less than 1 °, can be set between the boundary edges
  • the change in distance between the adjacent edges of the dipole halves and the coupling element is preferably not more than 10%, in particular not more than 5% or at least not more than 1% of the operating wavelength over the length of the dipole halves, ie at least over half the length of the dipole halves ,
  • the improved quality and broadband is also produced by the fact that the earthquakes E K of the coupling element 21 is offset to the plane E D of the surface dipole 1, namely in the embodiment shown at a distance corresponding to the thickness D of the substrate 7.
  • the thickness of the substrate can by suitable Material choice, that is to be additionally changed by the respective dielectric constant.
  • additional structures can be provided in order to make the distance between the plane of extension E K of the coupling element 21 and the dipole halves 1 'even greater, that is different from the thickness of the substrate 7.
  • the coupling element 21 on the same side as the Surface dipole 1 be formed, and is separated only by a least dimensioned gap of preferably less than 5mm, in particular less than 1mm to the adjacent side boundary edge 17 of the dipole halves 1 '.
  • spacer elements can also be provided on the same side of the substrate, so that the coupling element 21 can be arranged in a plane offset from the plane of the dipole halves 1 '.
  • the coupling element and the dipole halves can be arranged in an overlapping manner in plan view.
  • the overlap may extend over a certain length and / or the entire width of the dipole.
  • the embodiment 1 and 2 also shows that the coupling element 21 is preferably arranged symmetrically to a transverse plane of symmetry 27, thus extending with equal partial length parallel to both dipole halves 1 '.
  • values of 10 ° to 50 °, in particular 20 ° to 40 ° are used. It therefore results for the dipole halves 1 'from above a triangular or trapezoidal structure.
  • the roof capacities 1 are also preferably present at the outer end and then possibly only to a lesser extent on the outer broad end of the dipole halves 1 'laterally over.
  • a further improvement, in particular the quality of the adaptation is realized in the embodiment according to Figure 5, that at least on one side of the two dipole halves 1 'already described with reference to Figure 1 ff coupling element 21 is provided, which on the same page in the same or offset plane or provided on the opposite side of the substrate on the boundary plane of the substrate or in a plane lying offset thereto or is formed. Since the boundary edge 21 "of the coupling element 21 adjacent to the side boundary edge 17 of the respective dipole half 1 'preferably parallel or with a constant distance or only at a slight angle divergent or with variable distance to each other, then preferably results in plan view of FIG In this embodiment, the coupling element 21 in a side view along the arrow 29 is at least approximately roof or gable shaped.
  • a further coupling element 121 is now additionally provided on the opposite side to the coupling element 21 in addition to the exemplary embodiment according to FIG.
  • a coupling element 21 or a further coupling element 121 is provided on both sides in a plan view transversely to the plane E of the substrate and thus to the plane of extension of the dipoles.
  • This further coupling element 121 preferably further comprises a matching network 31, which may also be designed with the substrate 7 of the printed circuit board 7 'and the coupling element on a microstrip basis.
  • the connecting lines 33 are still to the matching network 31 and from there the feed lines 35 to the feed point 11 at the inner ends 9 of the two dipole halves 1 'located.
  • This matching network 31 may also include means for balancing.
  • the further coupling element 121 has only a smaller longitudinal extension in the longitudinal direction 3 than the first coupling element 21 in order to improve the adaptation.
  • the additional coupling elements 21, 121 may be provided on the same side of the substrate 7 as the surface dipoles 1 '. However, both coupling elements 21, 121 may also be provided on the opposite side 25, that is to say on the opposite side of the substrate relative to the surface dipoles 1 '. Finally, however, a coupling element 21 or 121 may be provided on the side of the substrate, on which the surface dipoles 1 'are provided, whereas the other coupling element 121 or 21 is arranged on the opposite side 25.
  • the coupling elements are provided on the same side and optionally on the same plane of extent as the surface dipoles 1 ', at least a slightly larger dimension is preferably provided between the boundary edge 21 "of the coupling element 21 or 121 and the boundary edge 17 of the corresponding surface dipole 1' Slit 41 is provided.
  • the two coupling elements can also be electrically connected to one another (eg capacitively) or galvanically, for example via a connection which is provided in the space between the two inner ends of the dipole halves, and / or via one or more bridge connections across the dipole halves.
  • the matching network or parts thereof can also be provided on the second coupling element or on both coupling elements.
  • FIG. 7 shows in principle the same exemplary embodiment as FIG. 6, but with the difference that the dipole halves 1 'are arranged asymmetrically with or without their coupling elements to their roof capacities 14 in order to adapt to lower frequencies without expansion of the area used Supernatants 16 of the roof capacity at the respective outer ends of the two dipole halves 1 'transversely to the longitudinal direction of the dipole halves 1' survive different distances.
  • the antenna can also be designed without a substrate.
  • the antenna arrangement is then joined together, for example using dipole halves and using at least one coupling element, which can be milled or punched, for example, from metal sheets, preferably via spacers to the explained antenna arrangement.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung mit einem Flächendipol nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Dipolantennen sind hinlänglich bekannt. Sie können zum Empfang der unterschiedlichsten Frequenzen eingesetzt werden. Die Länge der Dipolhälften hängt dabei von dem jeweiligen zu übertragenden Frequenzbereich ab.
  • In diesem Zusammenhang sind grundsätzlich auch Flächendipole bekannt, deren Dipolhälften beispielsweise aus zwei rechteckförmigen leitenden Dipolhälften bestehen, die beispielsweise auf einem Substrat auch in Form einer Leiterplatine ausgebildet sein können.
  • Derartige Flächendipole können beispielsweise auch im DVB-T-Bereich eingesetzt werden.
  • Derartige Flächendipole weisen aber zum einen eine für viele Anwendungsfälle nicht ausreichende Güte und/oder vor allem keine ausreichende Breitbandigkeit auf, vor allem dann, wenn sie in vergleichsweise kompakter Bauweise im Verhältnis zur Betriebswellenlänge realisiert werden sollen.
  • Eine gattungsbildende Antenne ist aus der GB-A-2 029 112 bekannt geworden. Allerdings kann die Güte bzw. die Breitbandigkeit einer derartigen Antennenanordnung nicht allen Anforderungen gerecht werden. Antennenanordnungen sind grundsätzlich auch aus DEY S ET AL: "Analysis of cavity backed printed dipoles" ELECTRONICS LETTERS, IEE STEVENA-GE, GB, Bd.30, Nr. 3, 3. Februar 1994 (1994-02-03), Seiten 173-174, XP006000134 ISSN: 0013-5194 als bekannt zu entnehmen. Es handelt sich hierbei um eine Dipolanordnung eines auf einem Substrat in Drucktechnik ausgebildeten Dipols, dessen Dipolhälften von innen nach außen schwalbenschwanzförmig erweitert sind.
  • Eine grundsätzlich H-förmige Antennenanordnung ist auch aus der WO 88/04836 A1 als bekannt zu entnehmen. Hier sind streifenförmige parasitärische Elemente vorgesehen, die in Parallelanordnung zu den aktiven Strahlelementen angeordnet sind.
  • Alle diese vorbekannten Antennenanordnungen sind aber zum einen entweder schmalbandig und/oder weisen keine für alle Anwendungsfälle geeignete Güte auf.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher eine verbesserte Antennenanordnung zu schaffen, die eine verbesserte Güte aufweist und/oder eine verbesserte Breitbandigkeit gewährleistet, und dies mit vergleichsweise einfachen Mitteln.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Es ist mehr als überraschend, dass eine Verbesserung der Güte und/oder Breitbandigkeit der Flächendipol-Antenne dadurch realisiert werden kann, dass ausgehend von dem gattungsbildenden Stand der Technik zum einen Dipolhälften verwendet werden, die zumindest in einer Teillängserstreckung von innen nach außen einen zunehmend erweiterten Querschnitt aufweisen und dabei ferner zusätzlich mit einer Anpassschaltung versehen sind, die auf zumindest einem oder auf beiden Koppelelementen angeordnet sind. Teile des Anpass-Netzwerkes können auch auf beiden Koppelelementen vorgesehen sein. Indem das Koppelelement mit einer Anpassschaltung vorzugsweise in Micro-strip-Technik versehen ist, kann die Breitbandigkeit der Antennenanordnung nochmals gesteigert werden, da die geometrische Form und Lage des Koppelelementes einerseits und die Ausführung der Anpassschaltung der elektrischen Bauelemente andererseits, bei unterschiedlichen Frequenzbereichen zur verbesserten Breitbandigkeit führt.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die benachbart liegenden Begrenzungslinien oder -kanten des Koppelelementes sowie der Dipolhälften des Flächendipols parallel zueinander verlaufen. In Draufsicht senkrecht zur Ebene des Flächendipols ist bevorzugt vorgesehen, dass die benachbart liegenden Begrenzungskanten des Koppelelementes und der Dipolhälften unmittelbar übereinander liegen oder nur mit geringem oder geringstem Seitenversatz zueinander angeordnet sind.
  • Eine besonders günstige Umsetzung lässt sich dann realisieren, wenn das Koppelelement auf der einen Seite eines Substrates, vorzugsweise in Form einer Leiterplatine, und die Dipolhälften des Flächendipols auf der anderen Seite des Substrates angeordnet sind. Unabhängig davon kann aber das Koppelelement auf der gleichen Seite des Substrates oder der Leiterplatine, d.h. gegebenenfalls auch auf gleichem Höhenniveau vorgesehen sein. Es kann auch auf dem Substratabstandshalter oder sonstiger Einrichtung vorgesehen sein, um das Koppelelement bei Bedarf auf einer anderen Höhenebene parallel zur Erstreckungsebene der Dipolhälften des Flächendipols anzuordnen. Ein geringer Höhenversatz beispielsweise in der Größenordnung von 0,2 bis 4 mm ermöglicht günstige Ergebnisse. Aber auch Abstände von bis zu 10 mm und mehr sind möglich.
  • Schließlich ergeben sich noch günstigere Werte, wenn die Dipolhälften an ihren voneinander wegweisenden Enden mit quer zur Erstreckungsrichtung der Dipolhälften ausgerichteten sogenannten Dachkapazitäten versehen sind, also zu den Dipolhälften gehörenden elektrischen Abschnitten, die quer zur Längserstreckung der Dipolhälften verlaufen.
  • In einer alternativen oder bevorzugt in einer Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Dipolhälften von ihrem aufeinander zu weisenden mittleren Abschnitt zu ihren gegenüberliegenden nach außen weisenden Abschnitten zumindest in einer Teillängsrichtung zunehmend breiter werden, also in ihrer Erstreckungsebene liegend breiter werden. Bevorzugt können die seitlichen Begrenzungskanten der Dipolhälften von der Mitte zu ihrem äußeren Ende hin divergierend verlaufen, wodurch eine nochmalige Verbesserung der Breitbandigkeit bei einfachster Umsetzung des Flächendipols realisierbar ist. Weil die Begrenzungskanten des Koppelelementes bevorzugt parallel zu den Begrenzungskanten der benachbart angeordneten Dipolhälften des Flächendipols verlaufen (oder nur in einem geringen Winkel zueinander divergierend angeordnet sind) können dann diese Begrenzungskanten des Koppelelementes ebenso schräg verlaufen.
  • Schließlich kann eine nochmalige Verbesserung auch dadurch realisiert werden, dass gegenüberliegend zu dem Koppelelement auf der anderen benachbarten Seite der Dipolhälften ein weiteres Koppelelement vorgesehen ist. Dieses weitere Koppelelement kann dabei ferner auch noch ein Anpass-Netzwerk umfassen, das mit der Leiterplatine und dem Koppelelement auf Microstrip-Basis ausgeführt sein kann. Dieses weitere Koppelelement wird bevorzugt in Längsrichtung der Dipolhälften mit geringerer Längserstreckung ausgebildet als das gegenüberliegende zuerst erwähnte Koppelelement.
  • Beide Koppelelemente können auch elektrisch (z.B. kapazitiv) oder galvanisch verbunden sein. Das Anpassungsnetzwerk oder Teile davon können auch auf beiden Koppelelementen vorgesehen sein. Mittels der beiden oder des zumindest einen Koppelelementes kann zudem die Strahlungscharakteristik der Antenne beeinflusst werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:
    • Figur 1:
    eine schematische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer Antennenanordnung mit einem Flächendipol und einem seitlichen Koppelelement;
    Figur 2:
    eine Querschnittsdarstellung längs der Längserstreckungsebene in Figur 1;
    Figur 3:
    eine weitere Querschnittsdarstellung durch das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, jedoch längs einer Querschnittsebene quer zur Längserstreckungsrichtung L in Figur 1;
    Figur 4:
    ein zu Figur 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel in Draufsicht mit sich nach außen hin keilförmig erweiternden Dipolhälften;
    Figur 5:
    ein zu Figur 4 abgewandeltes Ausführungsbeispiel in Draufsicht bezüglich eines Flächendipols mit einem entsprechend angepassten Koppelelement;
    Figur 6:
    ein nochmals abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit einem Anpass-Netzwerk; und
    Figur 7:
    ein gegenüber Figur 6 nochmals abgewandeltes Ausführungsbeispiel.
  • In Figur 1 ist in schematischer Draufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer Antennenanordnung in Form eines Flächendipols 1 mit zwei Dipolhälften 1' gezeigt, die sich in Längsrichtung 3 erstrecken.
  • Der Flächendipol 1 umfasst dazu leitende Flächenelemente 5 für die Dipolhälften 1', die bevorzugt auf einem Substrat 7, insbesondere in Form einer Leiterplatine 7' ausgebildet sein können.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 sind die eigentlichen Dipolhälften 1' rechteckförmig gestaltet und weisen eine Länge L und eine Breite B in der Erstreckungsebene E der Dipolhälften 1' auf.
  • An den beiden aufeinander zu weisenden, innenliegenden Enden 9 der Dipolhälften 1' ist eine Einspeisestelle 11 zur Einspeisung vorgesehen.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist an den gegenüberliegenden, d.h. außenliegenden Enden 13 der Dipolhälften 1' zur Verbesserung der Breitbandigkeit und/oder zur Verbesserung der Güte der Antenne sogenannte Dachkapazitäten 1" ausgebildet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel für sich genommen ebenfalls wieder Rechteckstruktur aufweisen und verlaufen dabei rechtwinklig zur Längserstreckung 3 des Flächendipoles 1. Die Überstände 16 der Dachkapazitätten 1", also das Maß, mit welchem die Dachkapazitäten 1" über die Seitenbegrenzungskanten 17 der Dipolhälften 1' überstehen, kann zur Optimierung unterschiedlich gewählt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind diese Überstände 16 kleiner als das Längsmaß der Dipolhälften 1' ohne die Dachkapazitäten 1". Andererseits weisen die Überstände ein Erstreckungsmaß in Querrichtung zur Längsrichtung des Flächendipols 1 auf, welches größer als 10%, vorzugsweise größer als 20%, im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa um 40% bis 60% des Längserstreckungsmaßes einer Dipolhälfte 1' entspricht. Die Breite der Dachkapazitäten 1" ist im gezeigten Ausführungsbeispiel kleiner als die Breite der Dipolhälften 1' und beträgt bevorzugt etwa 30% bis 70%, vorzugsweise 40% bis 60% der Breite der Dipolhälften 1'. Die Breiten können aber auch in der gleichen Größenordnung liegen.
  • Zur Verbesserung der Güte und/oder Breitbandigkeit der Antenne ist nunmehr ein Koppelelement 21 vorgesehen, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem leitenden Flächenelement 21' besteht. Diese leitende Flächenelement 21' ist im gezeigten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 auf der gegenüberliegenden Seite 25 der Leiterplatine 7' ausgebildet. Deshalb ist in der Draufsicht gemäß Figur 1 das auf der Unterseite zur Leiterplatine 7, 7' liegende Koppelelement strichliert eingezeichnet. Das Koppelelement 21 ist in Draufsicht rechteckförmig gestaltet und so angeordnet, dass es sich mit seiner Längserstreckung parallel zur Längsrichtung 3 des Flächendipols 1 erstreckt. Seine Begrenzungskante 21" verläuft benachbart zu den Seitenbegrenzungskanten 17 der Dipolhälften 1' parallel und bevorzugt in Draufsicht quer zur Erstreckungsebene E deckungsgleich zu den Seitenbegrenzungskanten 17 oder nur mit geringem Seitenversatz von bevorzugt weniger als 20 mm, insbesondere weniger als 10,5 oder gar 1 mm dazu. Der Abstand zwischen dem zumindest einen Koppelelement und der jeweils benachbarten Dipolhälfte kann umso größer gewählt werden, je länger die Dachkapazitäten sind.
  • Anstelle der parallelen Ausrichtung der Begrenzungskante 21" des Koppelelementes 21 zu den benachbarten Seitenbegrenzungskanten 17 der Dipolhälften 1' kann zwischen den Begrenzungskanten auch ein geringer divergierender Winkel α von vorzugsweise weniger als 5°, insbesondere weniger als 1° eingestellt werden. Ein paralleler Verlauf der Kanten zueinander ist jedoch bevorzugt und ergibt für viele Einsatzfälle die besten Ergebnisse. Bei nicht linearen Begrenzungskanten der Dipolhälften und des Koppelelementes ist bevorzugt vorgesehen, dass der Abstand zwischen den benachbarten Kanten gleich bleibt oder sich bevorzugt nur geringfügig ändert. D.h. die Abstandsänderung zwischen den benachbarten Kanten der Dipolhälften und des Koppelelementes soll über die Länge der Dipolhälften, d.h. zumindest über die halbe Länge der Dipolhälften bevorzugt nicht mehr als 10%, insbesondere nicht mehr als 5% oder zumindest nicht mehr als 1% der Betriebswellenlänge betragen.
  • Die verbesserte Güte und Breitbandigkeit wird auch dadurch hergestellt, dass die Beben EK des Koppelelementes 21 zur Erstreckungsebene ED des Flächendipols 1 versetzt liegt, im gezeigten Ausführungsbeispiel nämlich in einem Abstand entsprechend der Dicke D des Substrates 7. Die Dicke des Substrates kann durch geeignete Materialwahl, d.h. durch die jeweilige Dielektrizitätskonstante noch zusätzlich verändert werden. Es können aber noch zusätzliche Aufbauten vorgesehen sein, um den Abstand zwischen der Erstreckungsebene EK des Koppelelementes 21 und der Dipolhälften 1' noch größer zu gestalten, also abweichend von der Dicke des Substrates 7. Genauso kann das Koppelelement 21 auf der gleichen Seite wie der Flächendipol 1 ausgebildet sein, und ist nur durch einen geringst dimensionierten Spalt von bevorzugt weniger als 5mm, insbesondere weniger als 1mm zu der benachbarten Seitenbegrenzungskante 17 der Dipolhälften 1' getrennt. Genauso können auch auf der gleichen Seite des Substrates Abstandselemente vorgesehen sein, so dass das Koppelelement 21 in einer zur Ebene der Dipolhälften 1' versetzt liegenden Ebene angeordnet werden kann.
  • Sofern das Koppelelement auf einer anderen Seite oder einer anderen Höhenebene als die Dipolhälften angeordnet ist, können das Koppelelement und die Dipolhälften in Draufsicht auch in überlappender Weise angeordnet werden. Die Überlappung kann sich über eine gewisse Länge und/oder die gesamte Breite des Dipols erstrecken.
  • Das Ausführungsbeispiel 1 und 2 zeigt auch, dass das Koppelelement 21 bevorzugt symmetrisch zu einer quer verlaufenden Symmetrieebene 27 angeordnet ist, sich also mit gleicher Teillänge parallel zu beiden Dipolhälften 1' erstreckt.
  • Nunmehr wird auf ein Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 Bezug genommen, in welchem eine Verbesserung der Antenneneigenschaften, insbesondere bezüglich deren Breitbandigkeit dadurch realisiert wird, dass keine rechteckförmigen Dipolhälften 1', sondern flächige Dipolhälften 1' verwendet werden, deren Seitenbegrenzungskanten 17 von ihrem innenliegenden Ende 9 zu ihrem außenliegenden Ende 13 zumindest in einer Teillängserstreckung der Dipolhälften 1' zunehmend breiter werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 sind diese Dipolhälften l' von innen zu ihrem äußeren Ende kontinuierlich breiter werdend ausgebildet, so dass ihre Seitenbegrenzungskanten 17 von innen nach außen divergierend verlaufen. Der Winkel, mit dem die Seitenbegrenzungskanten 17 bezüglich jeder Dipolhälfte 1' divergieren, kann beispielsweise um 30° betragen. Bevorzugt werden Werte von 10° bis 50°, insbesondere 20° bis 40° verwendet. Es ergibt sich von daher für die Dipolhälften 1' von oben eine dreiecks- bzw. trapezförmige Struktur. Die Dachkapazitäten 1" sind ebenfalls wieder bevorzugt am äußeren Ende vorhanden und stehen dann möglicherweise nur in geringerem Maße über das außenliegende breite Ende der Dipolhälften 1' seitlich über.
  • Eine nochmalige Verbesserung, insbesondere der Güte der Anpassung wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 dadurch realisiert, dass zumindest an einer Seite der beiden Dipolhälften 1' das bereits anhand von Figur 1 ff erläuterte Koppelelement 21 vorgesehen ist, welches auf der gleichen Seite in gleicher oder dazu versetzt liegender Ebene oder auf der gegenüberliegenden Seite des Substrates auf der Begrenzungsebene des Substrates oder in einer dazu versetzt liegenden Ebene vorgesehen oder ausgebildet ist. Da die Begrenzungskante 21" des Koppelelementes 21 benachbart zu der Seitenbegrenzungskante 17 der jeweiligen Dipolhälfte 1' bevorzugt parallel oder mit gleichbleibendem Abstand oder nur in einem geringen Winkel divergierend bzw. mit veränderlichem Abstand zueinander verlaufen soll, ergibt sich dann bevorzugt die in Draufsicht gemäß Figur 4 wiedergegebene Konstruktion. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Koppelelement 21 in einer Seitenansicht längs der Pfeildarstellung 29 zumindest näherungsweise dach- oder giebelförmig gestaltet.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 ist nunmehr ergänzend zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 noch auf der gegenüberliegenden Seite zu dem Koppelelement 21 ein weitere Koppelelement 121 vorgesehen. Somit ist in Draufsicht quer zur Erstreckungsebene E des Substrates und damit zur Erstreckungsebene der Dipole beidseitig zu diesen ein Koppelelement 21 bzw. ein weiteres Koppelelement 121 vorgesehen. Dieses weitere Koppelelement 121 umfasst bevorzugt ferner noch ein Anpass-Netzwerk 31, das mit dem Substrat 7 der Leiterplatine 7' und dem Koppelelement ebenfalls auf Microstrip-Basis ausgeführt sein kann. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 sind noch die Anschlussleitungen 33 zum Anpass-Netzwerk 31 und von dort die Einspeiseleitungen 35 zu der Einspeisestelle 11 an den innenliegenden Enden 9 der beiden Dipolhälften 1' eingezeichnet. Dieses Anpass-Netzwerk 31 kann noch Einrichtungen zu einer Symmetrierung umfassen.
  • Das weitere Koppelelement 121 weist in Längsrichtung 3 nur eine geringere Längserstreckung auf als das erste Koppelelement 21, um die Anpassung zu verbessern.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 können die zusätzlichen Koppelelemente 21, 121 auf der gleichen Seite des Substrates 7 vorgesehen sein, wie die Flächendipole 1'. Beide Koppelelemente 21, 121 können aber auch auf der gegenüberliegenden Seite 25 vorgesehen sein, also auf der gegenüberliegenden Seite des Substrates bezogen auf die Flächendipole 1'. Schließlich kann aber auch ein Koppelelement 21 bzw. 121 auf der Seite des Substrates vorgesehen sein, auf der auch die Flächendipole 1' vorgesehen sind, wohingegen das andere Koppelelement 121 bzw. 21 auf der gegenüberliegenden Seite 25 angeordnet ist. Immer dann, wenn die Koppelelemente auf der gleichen Seite und gegebenenfalls auf der gleichen Erstreckungsebene wie die Flächendipole 1' vorgesehen sind, ist bevorzugt zwischen der Begrenzungskante 21" des Koppelelementes 21 bzw. 121 und der Begrenzungskante 17 des entsprechenden Flächendipols 1' zumindest ein geringfügig dimensionierter Spalt 41 vorgesehen.
  • Die beiden Koppelelemente können aber auch elektrisch (z.B. kapazitiv) oder galvanisch miteinander verbunden sein, z.B. über eine Verbindung, die in dem Abstandsraum zwischen den beiden innenliegenden Enden der Dipolhälften vorgesehen ist, und/oder über eine oder mehrere Brückenverbindungen über die Dipolhälften hinweg. Das Anpass-Netzwerk oder Teile davon können zudem auch auf dem zweiten Koppelelement oder auf beiden Koppelelementen vorgesehen sein.
  • Figur 7 zeigt vom Grundsatz her das gleiche Ausführungsbeispiel wie Figur 6, jedoch mit dem Unterschied, dass zur Anpassung hin zu nierigeren Frequenzen ohne Ausdehnung der genutzten Fläche die Dipolhälften 1' asymmetrisch mit oder ohne ihre Koppelelemente zu ihren Dachkapazitäten 14 angeordnet sind, so dass die Überstände 16 der Dachkapazität an den jeweils außenliegenden Enden der beiden Dipolhälften 1' quer zur Längsrichtung der Dipolhälften 1' unterschiedlich weit überstehen.
  • Nur der Vollständigkeit halber wird noch darauf hingewiesen, dass die Antenne auch ohne Substrat ausgebildet sein kann. Die Antennenanordnung ist dann beispielsweise unter Verwendung von Dipolhälften und unter Verwendung zumindest eines Koppelelementes, das beispielsweise aus Metallblechen gefräst oder gestanzt sein kann, bevorzugt über Abstandshalter zur erläuterten Antennenanordnung zusammengefügt.

Claims (20)

  1. Antennenanordnung mit einem Flächendipol (1), der vorzugsweise auf einem Substrat (7) insbesondere in Form einer Leiterplatine (7') angeordnet ist, mit oder ohne an den außenliegenden Enden (13) der Dipolhälften (1') ausgebildeten und sich quer zur Längsrichtung (3) der Dipolhälften (1') erstreckenden Dachkapazitäten (1"), mit folgenden Merkmalen:
    a) es sind für einen Flächendipol (1) zumindest zwei Koppelelemente (21, 121) vorgesehen,
    b) die zumindest beiden Koppelelemente (21, 121) sind in Draufsicht auf den Flächendipol (1) so angeordnet, dass das eine Koppelelement (21) auf der einen Längsseite des Flächendipols (1) und das andere Koppelelement (121) auf der gegenüberliegenden Seite des Flächendipols (1) angeordnet ist,
    c) zumindest ein Koppelelement (21) ist so ausgebildet und angeordnet, dass die Begrenzungskante (21") dieses Koppelelementes (21) zur jeweils benachbarten Seitenbegrenzungskante (17) der beiden Dipolhälften (1') zumindest über jeweils die halbe Länge einer Dipolhälfte (1'), parallel oder mit einem Winkel (α) von weniger als 10° divergierend oder mit einer Abstandsänderung von nicht mehr als 10% bezogen auf die Betriebswellenlänge divergiert, und
    d) das zumindest eine Koppelelement (21) ist in Draufsicht auf den Flächendipol (1) mit Seitenversatz quer zur Längsrichtung des Flächendipols (1) so angeordnet, dass sich das Koppelelement (21) mit dem Flächendipol (1) nicht oder nur teilweise derart überlappt, dass das Koppelelement (21) bezogen auf den Flächendipol (1) in Draufsicht mit Seitenversatz asymmetrisch zu liegen kommt,
    gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale:
    - die Dipolhälften (1') weisen zumindest in einer Teillänge zwischen ihrem innen- und ihrem außenliegenden Ende (9, 13) in ihrer Erstreckungsebene (E) liegend quer zur Längsrichtung (3) eine zunehmend größere Breite (B) auf, und
    - eines der beiden Koppelelemente (121) ist mit einem Anpass-Netzwerk (31) versehen.
  2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Koppelelement (21) zumindest mit annäherungsweise gleicher Teillänge neben beiden Dipolhälften (1') erstreckt.
  3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (21) aus einem leitenden Flächenelement (21') besteht.
  4. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungskante (21") des Koppelelementes (21) in einem Abstand von weniger als 3 mm, insbesondere weniger als 2 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm zu der jeweils benachbarten Seitenbegrenzungskante (17) der zugehörigen Dipolhälfte (1') liegt.
  5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelement (21) in einer zur Erstreckungsebene (ED) des Flächendipols (1) versetzt liegenden Ebene (EK)angeordnet ist.
  6. Antennenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipolhälften (1') auf einer Seite des Substrates (7) angeordnet sind, und dass das zumindest eine Koppelelement (21) auf der dazu gegenüberliegenden Seite (25) des Substrates (7) angeordnet ist.
  7. Antennenanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Abstandshalter vorgesehen sind, worüber der Abstand zwischen der Erstreckungsebene (E) des Flächendipols (1) zur Ebene (EK)unterschiedlich vorwählbar ist.
  8. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipolhälften (1') von ihrem innen- zu ihrem außenliegenden Ende (9, 13) mit divergierenden Seitenbegrenzungskanten (17) versehen sind.
  9. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipolhälften (1') in Draufsicht zumindest näherungsweise Dreiecks- oder Trapezform aufweisen.
  10. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungskanten (21") des Koppelelementes (21) winklig zueinander verlaufende Abschnitte aufweisen, die vorzugsweise zumindest über die halbe Länge der Dipolhälften parallel oder zumindest näherungsweise parallel oder in einem Winkel (α) kleiner 3° oder allgemein mit sich veränderndem Abstand von nicht mehr als 5% der Betriebswellenlänge zu den benachbart angeordneten Seitenbegrenzungskanten (17) der jeweiligen Dipolhälfte (1') verlaufen, die von ihrem innen -zu ihrem außenliegenden Ende winklig zur Längsrichtung (3) des Flächendipols (1) vorgesehen sind.
  11. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beide Koppelelemente (21, 121) auf der gleichen Seite (25) des Substrats (27) vorgesehen sind.
  12. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpass-Netzwerk (31) in Micro-strip-Technik vorgesehen ist.
  13. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpass-Netzwerk (31) oder Teile davon auf beiden Koppelelementen (21, 121) angeordnet sind.
  14. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass beide Koppelelemente (21, 121) elektrisch, d.h. insbesondere kapazitiv oder galvanisch miteinander verbunden sind, und zwar vorzugsweise über eine Verbindung, die zwischen den aufeinander zu weisenden innenliegenden Enden der Dipolhälften (1') liegt und/oder über zumindest eine oder mehrere Brückenverbindungen über die Dipolhälften (1') hinweg.
  15. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Koppelelement (121) in Längsrichtung (3) des Flächendipols (1) kürzer dimensioniert ist als das erste Koppelelement (21).
  16. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass am außenliegenden Ende der Dipolhälften (1') Dachkapazitäten (1") ausgebildet sind.
  17. Antennenanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachkapazitäten (1") mit ihren seitlichen Überständen so gebildet sind, dass sie sich auf beiden Seiten der Dipolhälften (1') quer zu deren Längsrichtung (3) mit gleichem Abstandsmaß erstrecken.
  18. Antennenanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachkapazitäten (1") mit ihren seitlichen Überständen so gebildet sind, dass sie sich auf beiden Seiten der Dipolhälften (1') quer zu deren Längsrichtung (3) mit unterschiedlichem Abstandsmaß erstrecken.
  19. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipolhälften (1') und die gegebenenfalls vorgesehenen Dachkapazitäten (1") sowie das zumindest eine Koppelelement (21, 121) direkt und/oder unter Zwischenschaltung von Abstandshaltern auf einem Substrat (7) vorzugsweise in Form einer Leiterplatine (7') angeordnet sind.
  20. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipolhälften (1') sowie die gegebenenfalls vorgesehenen Dachkapazitäten (14) und das zumindest eine Koppelelement (21, 121) in Form diskreter Bauteile unter Verwendung von Abstandshaltern aufgebaut sind, wobei die Dipolhälften (1) gegebenenfalls mit vorgesehenen Dachkapazitäten (1") und vorzugsweise das zumindest eine Koppelelement (21, 121) aus Stanzteilen gebildet sind.
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