EP1812988B1 - Planare breitbandantenne - Google Patents

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EP1812988B1
EP1812988B1 EP05779855A EP05779855A EP1812988B1 EP 1812988 B1 EP1812988 B1 EP 1812988B1 EP 05779855 A EP05779855 A EP 05779855A EP 05779855 A EP05779855 A EP 05779855A EP 1812988 B1 EP1812988 B1 EP 1812988B1
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EP
European Patent Office
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antenna
angled
impedance matching
mount
elliptical
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EP05779855A
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English (en)
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EP1812988A2 (de
Inventor
Thomas Schano
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • 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
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength

Definitions

  • the present invention relates to a planar broadband antenna.
  • PIFA planar inverted-f antennas
  • Another antenna is a circular disk monopole, which has a circular antenna element which is arranged vertically standing to a carrier.
  • the circular antenna element is connected to the wire of a coaxial cable.
  • the emission characteristic of the croissant monopole has a minimum frequency. From this minimum frequency results in a nearly continuous radiation characteristic of the monopole in the frequency domain. An adaptation of the circular disk monopole to the environment is therefore not necessary.
  • the disadvantage of the disc monopoly is its vertical structure and the associated space requirements.
  • the circular antenna element typically has a diameter of about 10 cm. In addition, precautions must be taken to protect the outstanding round antenna element from mechanical effects.
  • an antenna structure which is formed as a curved ellipse above a conductive base plate and is connected on one side to the conductive base plate.
  • the US 2003/076269 A1 shows an exciter plate in the form of an ellipse, which is spaced from a conductive base plate.
  • the ellipse can also be angled there.
  • the EP 444679 A2 shows a planar radiating element over a conductive base plate with a vertical feed plate.
  • the WO 2004/073112 A1 shows a perpendicular to a conductive base plate arranged circular disk as a radiator, which may also be formed folded.
  • the US 6,124,829 shows a circular disk over a conductive plate with intervening short-circuiting elements.
  • the object of the present invention is to provide an improved broadband antenna with a low overall height.
  • a planar broadband antenna has a planar elliptical antenna device.
  • the elliptical antenna device has a central antenna element on a first and a second angled antenna element.
  • the middle antenna element is arranged parallel to a carrier.
  • the angled antenna elements are formed by two opposite segments of the elliptical antenna device.
  • the angled antenna elements point in the direction of the carrier.
  • a foot point is attached, via which a feed of a signal takes place.
  • An impedance matching element connects the second angled antenna element to a ground point located near the foot point.
  • the present invention has over the known approaches the advantage that the height of the planar broadband antenna is low.
  • the flat elliptical antenna device results in an almost continuous
  • the radiation characteristic largely corresponds to that of a circular disk monopole antenna.
  • the impedance matching element is flat and elliptical.
  • the impedance matching element of a further development has angled elements.
  • the impedance matching element has discrete components.
  • the carrier is conductive and connected to a ground.
  • a shielding device is mounted between the impedance matching element and the antenna device.
  • a shielding device can be prevented by the shielding an unwanted signal transmission from the impedance matching element to the antenna device via the air.
  • the impedance matching element and the antenna device are arranged on opposite sides of the carrier.
  • the elliptical shapes are approximated by polygonal shapes.
  • FIGS. 1 . 2 and 3 an embodiment of the present invention is shown.
  • a conductive support 1 an elliptical planar antenna device is arranged above a conductive support 1.
  • the antenna device is composed of a central antenna element 2 and a first angled antenna element 3 and a second angled antenna element 4.
  • the middle antenna element 2 largely has an elliptical shape. Only the ellipse lacks two opposing segments. The angled antenna elements have exactly the shape of these missing segments. The corresponding shape of the antenna device can be achieved starting from an ellipse by bending the two segments.
  • a foot 13 is attached at the top of the first angled antenna element 3.
  • the base 13 is connected to the wire 11 of a coaxial cable 9.
  • the coaxial cable is an example of conductors that are suitable for the transmission of high-frequency signals.
  • the tip of the second angled antenna element 4 is connected to an impedance matching device (impedance matching element) 7.
  • the adjusting device 7 is also designed elliptical.
  • the impedance matching device 7 connects the tip of the second antenna element 4 to a ground point 12. This ground point 12 is located near the foot point 13.
  • the ground point 12 can be connected to the shield 10 of the coaxial cable 9.
  • the impedance matching device 7 is located on the same side of the carrier 1 as the central antenna element 2. Another embodiment provides to arrange the impedance device 7 on the other side of the carrier 1. For this purpose, a bore is to be introduced into the carrier 1, by means of which the second antenna element 4 can be connected to the impedance device 7.
  • planar broadband antenna is the relatively low height, which in one embodiment is about 2 cm. Due to the elliptical structure of the antenna device and the impedance matching device 7, a radiation characteristic is achieved, which advantageously has a broad emission band like a circular disk monopole. Therefore, this antenna can be universally used for a wide frequency spectrum and without adjustments to the environment of the site.
  • the broadband antenna has no preferred emission direction in the carrier plane, but emits omnidirectional. This is necessary for the use of the antenna in a moving vehicle, since no alignment of the antenna can be achieved without much effort while driving.
  • the impedance matching device 7 may be shielded by one or more additional ground planes. In this way, interactions between the central antenna element 2 and the impedance matching device 7 can be suppressed, which result from emissions from the impedance device 7.
  • the shape of the antenna elements can be approximated by polygonal shapes.
  • the impedance matching device may comprise discrete components.

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  • Waveguide Aerials (AREA)

Description

    STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine planare Breitbandantenne.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine Antenne, welche an einem Fahrzeug angebracht ist, beschrieben wird, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt.
  • In Fahrzeugen werden zunehmend Geräte verwendet, welche drahtlos kommunizieren. Um eine Kommunikation dieser Geräte mit Basisstationen außerhalb des Fahrzeuges zu ermöglichen bzw. zu verbessern, werden an dem Fahrzeug Antennen angebracht. Hierbei wird angestrebt, möglichst nur eine Antenne für alle verwendeten Frequenzbänder anzuordnen. Die mittlerweile verwendeten Bänder des Funkfrequenzspektrums liegen im Bereich zwischen 800 MHz und 5 GHz. Bisher werden planare inverted-f-Antennen (PIFA) verwendet, welche eine Mehrzahl an diskreten Resonanzen in ihrer Antennenstruktur ermöglichen. Durch ein geschicktes Design von Schlitzen in einem planaren Flächenelement der PIFA ist es möglich, die Abstrahlungscharakteristik der Antenne auf die benötigten Frequenzbänder abzustimmen. Jedoch ist es hierbei notwendig, die PIFA in Abhängigkeit von Ihrer Umgebung anzupassen, um die entsprechende Abstrahlcharakteristik zu erhalten, da sich die diskreten Resonanzfrequenzen in Abhängigkeit der Umgebung verschieben. Dies hat zur Folge, dass das Design der Antenne für jedes neue Fahrzeug oder eine andere Anordnung der Antenne an dem Fahrzeug neu angepasst werden muss.
  • Eine weitere Antenne ist ein Kreisscheiben-Monopol, welcher ein kreisförmiges Antennenelement aufweist, welches vertikal stehend zu einem Träger angeordnet ist. Das kreisförmige Antennenelement wird mit der Ader eines Koaxialkabels verbunden. Die Abstrahlcharakteristik des Kroisscheiben-Monopols weist eine Mindestfrequenz auf. Ab dieser Mindestfrequenz ergibt sich eine nahezu kontinuierliche Abstrahlcharakteristik des Monopols im Frequenzraum. Eine Anpassung des Kreisscheiben-Monopols an die Umgebung ist daher nicht notwendig. Der Nachteil des Kreisscheiben-Monopols ist sein vertikaler Aufbau und der damit verbundene Platzbedarf. Das kreisförmige Antennenelement hat typischerweise einen Durchmesser von etwa 10 cm. Zudem müssen Vorkehrungen getroffen werden, um das herausragende runde Antennenelement vor mechanischen Einwirkungen zu schützen.
  • Aus der US-B1-6590541 ist eine Antennenstruktur bekannt, die als gewölbte Ellipse über einer leitenden Grundplatte ausgebildet ist und einseitig mit der leitenden Grundplatte verbunden ist.
  • Die US 2003/076269 A1 zeigt eine Erregerplatte in Form einer Ellipse, die beabstandet gegenüber einer leitenden Grundplatte angeordnet ist. Die Ellipse kann dort auch abgewinkelt ausgebildet sein.
  • Die EP 444679 A2 zeigt ein flächiges Strahlerelement über einer leitenden Grundplatte mit einer vertikalen Speiseplatte.
  • Die WO 2004/073112 A1 zeigt eine senkrecht zu einer leitenden Grundplatte angeordnete Kreisscheibe als Strahler, die auch gefaltet ausgebildet sein kann.
  • Die US 6 124 829 zeigt eine Kreisringscheibe über einer leitenden Platte mit senkrecht dazwischen liegenden Kurzschlusselementen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine verbesserte Breitbandantenne mit geringer Bauhöhe bereitzustellen.
    • VORTEILE DER ERFINDUNG
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine planare Breitbandantenne mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass eine planare Breitbandantenne eine flächige ellipsenförmige Antenneneinrichtung aufweist. Die ellipsenförmige Antenneneinrichtung weist ein mittleres Antennenelement ein erstes und ein zweites abgewinkeltes Antennenelement auf. Das mittlere Antennenelement ist parallel zu einem Träger angeordnet. Die abgewinkelten Antennenelementen werden durch zwei gegenüberliegende Segmente der ellipsenförmigen Antenneneinrichtung gebildet. Die abgewinkelten Antennenelemente weisen in Richtung des Trägers. An dem ersten abgewinkelten Antennenelement ist ein Fußpunkt angebracht, über welchen eine Einspeisung eines Signals erfolgt. Ein Impedanzanpassungselement verbindet das zweite abgewinkelte Antennenelement mit einem Masse-Punkt, welcher sich in der Nähe des Fußpunktes befindet.
  • Die vorliegende Erfindung weist gegenüber den bekannten Lösungsansätzen den Vorteil auf, dass die Bauhöhe der planaren Breitbandantenne gering ist. Zudem ergibt sich durch die flächige ellipsenförmige Antenneneinrichtung eine nahezu kontinuierliche
  • Abstrahlcharakteristik in einem breiten Frequenzband. Die Abstrahlcharakteristik entspricht weitestgehend der einer Kreisscheibenmonopolantenne.
  • In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in Patentanspruch 1 angegebenen planaren Breitbandantenne.
  • Gemäß der Erfindung ist das Impedanzanpassungselement flächig und ellipsenförmig. Durch einen weitgehend symmetrischen Aufbau des Impedanzanpassungselements und der ellipsenförmigen Antenneneinrichtung wird eine sehr gute Impedanzanpassung erreicht. Entsprechend weist das Impedanzanpassungselement einer Weiterbildung abgewinkelte Elemente auf.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Impedanzanpassungselement diskrete Bauelemente auf.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist der Träger leitfähig und mit einer Masse verbunden.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist eine Abschirmungseinrichtung zwischen dem Impedanzanpassungselement und der Antenneneinrichtung angebracht. Vorteilhafterweise lassen sich durch die Abschirmungseinrichtung eine unerwünschte Signalübertragung von dem Impedanzanpassungselement auf die Antenneneinrichtung über die Luft unterbinden.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung sind das Impedanzanpassungselement und die Antenneneinrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des Trägers angeordnet.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung werden die ellipsenförmige Formen durch polygonale Formen genähert.
    • ZEICHNUNGEN
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, sowie vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Figuren der Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • In den Figuren zeigen:
    • Figur 1 eine räumliche Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfmdung;
    • Figur 2 eine Aufsicht und eine Seitenansicht der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
    • Figur 3 eine Seitenansicht aus einer zweiten Richtung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts gegenteiliges angegeben ist.
  • In den Figuren 1, 2 und 3 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Oberhalb eines leitfähigen Trägers 1 ist eine ellipsenförmige flächige Antenneneinrichtung angeordnet. Die Antenneneinrichtung setzt sich aus einem mittleren Antennenelement 2 und einem ersten abgewinkelten Antennenelement 3 und einem zweiten abgewinkelten Antennenelement 4 zusammen. Das mittlere Antennenelement 2 weist weitgehend eine elliptische Form auf. Nur fehlen der Ellipse zwei gegenüberliegende Segmente. Die abgewinkelten Antennenelemente weisen genau die Form dieser fehlenden Segmente auf. Die entsprechende Form der Antenneneinrichtung kann ausgehend von einer Ellipse durch abknicken der beiden Segmente erreicht werden.
  • An der Spitze des ersten abgewinkelten Antennenelements 3 ist ein Fußpunkt 13 angebracht. Der Fußpunkt 13 wird mit der Ader 11 eines Koaxialkabels 9 verbunden. Das Koaxialkabels 9 kann die Breitbandantenne mit einer Sende- und/oder Empfangseinrichtungen verbinden. Das Koaxialkabel steht exemplarisch für Leiter, welche für die Übertragung von hochfrequenten Signalen geeignet sind.
  • Die Spitze des zweiten abgewinkelten Antennenelements 4 ist mit einer Impedanzanpassungseinrichtung (Impedanzanpassungselement) 7 verbunden. Die Anpassungseinrichtung 7 ist ebenfalls ellipsenförmig ausgestaltet. Die Impedanzanpassungseinrichtung 7 verbindet die Spitze des zweiten Antennenelements 4 mit einem Massepunkt 12. Dieser Massepunkt 12 befindet sich in der Nähe des Fußpunktes 13. Der Massepunkt 12 kann mit der Schirmung 10 des Koaxialkabel 9 verbunden werden.
  • In der dargestellten Ausführungsform befindet sich die Impedanzanpassungseinrichtung 7 auf der gleichen Seite des Trägers 1 wie das mittlere Antennenelement 2. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, die Impedanzeinrichtung 7 auf der anderen Seite des Trägers 1 anzuordnen. Hierfür ist eine Bohrung in den Träger 1 einzubringen, durch welche das zweite Antennenelement 4 mit der Impedanzeinrichtung 7 verbunden werden kann.
  • Der Vorteil der planaren Breitbandantenne ist die relativ geringe Höhe, welche in einer Ausführungsform etwa 2 cm beträgt. Durch den ellipsenförmigen Aufbau der Antenneneinrichtung und der Impedanzanpassungseinrichtung 7 wird eine Abstrahlcharakteristik erreicht, welche vorteilhafterweise wie ein Kreisscheiben-Monopol ein breites Emissionsband aufweist. Deshalb kann diese Antenne universell für ein großes Frequenzspektrum und ohne Anpassungen an die Umgebung des Aufstellungsortes verwendet werden.
  • Die Breitbandantenne weist keine bevorzugte Abstrahlrichtung in der Trägerebene auf, sondern emittiert rundstrahlend. Dies ist für den Einsatz der Antenne in einem bewegten Fahrzeug notwendig, da sich während der Fahrt keine Ausrichtung der Antenne ohne größeren Aufwand erreichen lässt.
  • Die Impedanzanpassungseinrichtung 7 kann durch eine oder mehrere zusätzliche Masseflächen abgeschirmt werden. Auf diese Weise lassen sich Wechselwirkungen zwischen dem mittleren Antennenelement 2 und der Impedanzanpassungseinrichtung 7 unterdrücken, welche durch Abstrahlungen von der Impedanzeinrichtung 7 ergeben.
  • Somit wird sichergestellt, dass eine Wechselwirkung nur über leitende Kontakte erfolgt und Interferenzeffekte werden vermieden.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiel vorstehend beschrieben wurde ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
  • Die Form der Antennenelemente kann durch polygonale Formen genähert werden.
  • Zudem kann die Impedanzanpassungseinrichtung diskrete Bauelemente aufweisen.

Claims (7)

  1. Planare Breitbandantenne mit:
    einem Träger (1);
    einer flächigen ellipsenförmigen Antenneneinrichtung (2, 3, 4),welche an dem Träger (1) befestigt ist, welche ein mittleres Antennenelement (2), ein erstes abgewinkeltes Antennenelement (3) und ein zweites abgewinkeltes Antennenelement (4) aufweist, wobei das mittlere Antennenelement (2) parallel zu dem Träger (1) angeordnet ist, die abgewinkelten Antennenelemente (3, 4) durch zwei gegenüberliegende Segmente der ellipsenförmigen Antenneneinrichtung (2, 3, 4) gebildet sind und die abgewinkelten Antennenelemente (3, 4) in Richtung des Trägers (1) weisen und wobei eine Einspeisung eines Signals an einem Fußpunkt (13) an dem ersten abgewinkelten Antennenelement (3) erfolgt und
    eines flächigen ellipsenförmigen Impedanzanpassungselements (7), das parallel zum mittleren Antennenelement (2) angeordnet ist und welches das zweite abgewinkelte Antennenelement (4) mit einem Massepunkt (12) in der Nähe des Fußpunktes (13) verbindet.
  2. Planare Breitbandantenne nach Anspruch 1, wobei das Impedanzanpassungselement (7) abgewinkelte Elemente aufweist.
  3. Planare Breitbandantenne nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Impedanzanpassungselement (7) diskrete Bauelemente aufweist.
  4. Planare Breitbandantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Träger (1) leitfähig ist und mit einer Masse verbunden ist.
  5. Planare Breitbandantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Abschirmungseinrichtung zwischen dem Impedanzanpassungselement (7) und der Antenneneinrichtung (2, 3, 4) angebracht ist.
  6. Planare Breitbandantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Impedanzanpassungselement (7) und die Antenneneinrichtung (2, 3, 4) auf gegenüberliegenden Seiten des Trägers (1) angeordnet sind.
  7. Planare Breitbandantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ellipsenförmige durch polygonale Formen genähert sind.
EP05779855A 2004-11-09 2005-09-09 Planare breitbandantenne Ceased EP1812988B1 (de)

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