EP2493019B1 - Antenna system with device for rotating the polarisation direction and corresponding production method - Google Patents

Antenna system with device for rotating the polarisation direction and corresponding production method Download PDF

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EP2493019B1
EP2493019B1 EP12157095.6A EP12157095A EP2493019B1 EP 2493019 B1 EP2493019 B1 EP 2493019B1 EP 12157095 A EP12157095 A EP 12157095A EP 2493019 B1 EP2493019 B1 EP 2493019B1
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EP
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conductor tracks
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rotating
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EP12157095.6A
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Alfred Scherz
Kurt Kaminski
Anton Berger
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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    • H01Q15/242—Polarisation converters
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung für eine Antenne, insbesondere eine Dipolantenne, und ein zugehöriges Fertigungsverfahren.The invention relates to a device for rotating the polarization direction for an antenna, in particular a dipole antenna, and an associated manufacturing method.

Dipolantennen, die als Rundstrahler z. B. für Radar- oder Kommunikationsantennen eingesetzt werden, sind vertikal montiert und senden und empfangen vertikal polarisierte elektromagnetische Wellen. Aus der DE 102 35 222 A1 ist eine derartige Dipolantenne bekannt. Das Senden und Empfangen einer horizontal polarisierten elektromagnetischen Welle ist mit einer derartigen Dipolantenne nicht möglich. Bei einer horizontalen Montage ist keine Rundstrahlcharakteristik gegeben.Dipole antennas, which are used as omnidirectional z. B. for radar or communication antennas are mounted vertically and send and receive vertically polarized electromagnetic waves. From the DE 102 35 222 A1 Such a dipole antenna is known. The transmission and reception of a horizontally polarized electromagnetic wave is not possible with such a dipole antenna. When installed horizontally, there is no omnidirectional characteristic.

DE 3122916 A1 beschreibt eine Antenne, die dies ermöglicht. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein alternatives Antennensystem und ein entsprechendes Fertigungsverfahren zu entwickeln, das in der Lage ist, horizontal polarisierte elektromagnetische Wellen unter Beibehaltung der Rundstrahlcharakteristik auszustrahlen und zu empfangen. DE 3122916 A1 describes an antenna that allows this. The object of the invention is therefore to develop an alternative antenna system and a corresponding manufacturing method, which is able to emit horizontally polarized electromagnetic waves while maintaining the omnidirectional characteristic and receive.

Die Aufgabe wird durch ein Antennensystem mit einer Antenne und einer Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung wird durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Erweiterungen des Antennensystems und der beider Verfahren sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.The object is achieved by an antenna system having an antenna and a device for rotating the polarization direction having the features of patent claim 1. The inventive device for rotating the polarization direction is achieved by a manufacturing method having the features of patent claim 5. Advantageous extensions of the antenna system and the two methods are listed in the respective dependent claims.

Das erfindungsgemäße Antennensystem besteht aus einer vorzugsweise im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Antenne, vorzugsweise einer Dipolantenne, und einer um die Antenne hülsenförmig angeordnete Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung. Die Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung setzt sich wiederum aus mehreren zueinander konzentrisch angeordneten und hülsenförmig geformten Schichten zusammen, die jeweils parallel verlaufende Leiterbahnen enthalten. Die Orientierung der jeweils parallel verlaufenden Leiterbahnen relativ zur Achse der Antenne ändert sich von Schicht zu Schicht.The antenna system according to the invention consists of a preferably substantially vertically oriented antenna, preferably a dipole antenna, and a device around the antenna sleeve-shaped device for rotating the polarization direction. The device for rotating the polarization direction is in turn composed of a plurality of concentrically arranged and sleeve-shaped layers, each containing parallel conductor tracks. The orientation of the respective parallel conductor tracks relative to the axis of the antenna changes from layer to layer.

Weisen die Leiterbahnen auf der innersten Schicht eine zur Axialrichtung der bevorzugten Dipolantenne parallele Orientierung auf und sind die Leiterbahnen auf der äußersten Schicht im wesentlichen orthogonal, d.h. horizontal, zur Axialrichtung der Dipolantenne ausgerichtet, so wird eine von der Dipolantenne vertikal ausgestrahlte elektromagnetische Welle in ihrer Polarisationsrichtung innerhalb der Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung um 90° in ihrer Polarisationsrichtung gedreht. Äquivalent wird eine horizontal übertragene elektromagnetische Welle innerhalb der Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung in eine vertikal polarisierte elektromagnetische Welle zum korrekten Empfang in der vertikal angeordneten Dipolantenne gedreht.If the interconnects on the innermost layer have an orientation parallel to the axial direction of the preferred dipole antenna, and the interconnects on the outermost layer are substantially orthogonal, i. horizontally aligned with the axial direction of the dipole antenna, an electromagnetic wave radiated vertically from the dipole antenna is rotated in its polarization direction within the device for rotating the polarization direction by 90 ° in its polarization direction. Equivalently, a horizontally transmitted electromagnetic wave within the polarization direction rotating device is rotated into a vertically polarized electromagnetic wave for proper reception in the vertically disposed dipole antenna.

Um eine korrekte Drehung der Polarisationsrichtung der elektromagnetischen Welle in allen horizontalen Sende- und Empfangsrichtungen der Dipolantenne zu garantieren, stehen bevorzugt jeweils gegenüberliegende Leiterbahnen an den beiden sich berührenden Rändern einer ursprünglich planaren Schicht, die zu einer hülsenförmig geformten Schicht verarbeitet wird, jeweils stoßfrei in Verbindung. Für einen bevorzugten praktischen Einsatz hat sich eine Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung bestehend aus acht Schichten bewährt, deren Leiterbahnen sich jeweils von Schicht zu Schicht um 11,25° in ihrer Orientierung ändern.In order to guarantee a correct rotation of the polarization direction of the electromagnetic wave in all horizontal transmitting and receiving directions of the dipole antenna, preferably opposite conductor tracks are each at the two contacting edges of an originally planar layer, which is processed into a sleeve-shaped layer, each bum-free , For a preferred practical use, a device for rotating the polarization direction consisting of eight layers has proven to be effective, the tracks of which change from layer to layer by 11.25 ° in their orientation.

Jede hülsenförmig geformte Schicht wird bevorzugt mittels rotationssymmetrischer Verformung aus einer planaren Schicht hergestellt.Each sleeve-shaped layer is preferably produced by means of rotationally symmetrical deformation of a planar layer.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung sind die einzelnen Schichten jeweils einzig aus einer Distanzschicht aus elektrisch isolierendem Material, die einseitig die einzelnen Leiterbahnen tragen, aufgebaut.In the device according to the invention for rotating the polarization direction, the individual layers are each constructed solely from a spacer layer made of electrically insulating material, which carry the individual conductor tracks on one side.

Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung werden in einem ersten Verfahrensschritt geeignet dimensionierte planare und mit Leiterbahnen versehene Distanzschichten erzeugt. Hierzu werden in einer ersten Variante geeignet dimensionierte planare Distanzschichten mit einem Leitlack oder mit einer Kupferschicht beschichtet. Anschließend werden die Leiterbahnen auf den einzelnen beschichteten planaren Distanzschichten bevorzugt auf fotochemischen Weg mit geeigneten Masken und Ätzsäuren erzeugt. In einer zweiten Variante werden die Leiterbahnen aus Kupfer oder Leitlack mittels Siebdruck auf geeignet dimensionierte und planare Distanzschichten bedruckt. Die somit erzeugten planaren und mit Leiterbahnen versehenen Distanzschichten werden anschließend mittels Warmumformung zu hülsenförmig geformten und mit Leiterbahnen versehenen Distanzschichten verarbeitet. Beginnend bei der hülsenförmigen Distanzschicht mit dem kleinsten Durchmesser wird die hülsenförmig geformte Distanzschicht mit dem nächstgrößeren Durchmesser mittels Fügen auf die Distanzschicht mit dem kleinsten Durchmesser befestigt und durch Aushärten zu einer kompakten Einheit von Distanzschichten verbunden. Die restlichen hülsenförmigen Distanzschichten werden jeweils mit demselben Füge- und Aushärteschritt auf der Einheit von bisher miteinander verbundenen Distanzschichten befestigt.To produce a device according to the invention for rotating the polarization direction, suitably dimensioned planar layers provided with strip conductors are produced in a first method step. For this purpose, in a first variant suitably dimensioned planar spacer layers are coated with a conductive ink or with a copper layer. Subsequently, the interconnects on the individual coated planar spacer layers are preferably produced by photochemical means with suitable masks and etching acids. In a second variant, the printed conductors made of copper or conductive ink are printed by screen printing on suitably dimensioned and planar spacer layers. The thus produced planar and provided with conductor tracks spacer layers are then processed by means of hot forming into sleeve-shaped and provided with conductor tracks spacer layers. Starting with the sleeve-shaped spacer layer with the smallest diameter is the sleeve-shaped spacer layer with the next larger diameter attached by means of joining to the spacer layer with the smallest diameter and connected by curing to a compact unit of spacer layers. The remaining sleeve-shaped spacer layers are each fastened with the same joining and curing step on the unit of previously interconnected spacer layers.

Die Herstellung einer hülsenförmig geformten Distanzschicht mittels Warmumformung aus einer entsprechenden planaren Distanzschicht erfolgt durch Wickeln der planaren Distanzschichten auf einen entsprechend dimensionierten und geheizten zylindrischen Wickeldorn und durch anschließendes axiales Entfernen der auf diese Weise hülsenförmig geformten Distanzschicht vom zylindrischen Wickeldorn.The production of a sleeve-shaped spacer layer by hot forming from a corresponding planar spacer layer is carried out by winding the planar spacer layers on a correspondingly sized and heated cylindrical mandrel and by subsequent axial removal of the sleeve-shaped in this way spacer layer from the cylindrical winding mandrel.

Ausführungsbeispiele des Antennensystems bestehend aus einer Antenne und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung und die zugehörigen erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung werden im Folgenden anhand der Zeichnung im Detail erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:

Fig. 1A
eine dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Drehung der Polarisationsrichtung mit integrierter Dipolantenne,
Fig. 1B
eine dreidimensionale Darstellung eines Schnittes durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Drehung der Polarisationsrichtung mit integrierter Dipolantenne,
Fig. 2
eine Darstellung der Schichtenfolge in einem Beispiel einer Vorrichtung zur Drehung der Polarisationsrichtung,
Fig. 3A
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung zur Drehung der Polarisationsrichtung und
Fig. 3B
ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Drehung der Polarisationsrichtung.
Embodiments of the antenna system consisting of an antenna and a device according to the invention for rotating the polarization direction and the associated inventive method for producing a device according to the invention for rotating the polarization direction are explained below with reference to the drawing in detail. The figures of the drawing show:
Fig. 1A
3 shows a three-dimensional representation of an embodiment of a device according to the invention for rotating the polarization direction with integrated dipole antenna,
Fig. 1B
a three-dimensional representation of a section through an embodiment of a device according to the invention for Rotation of the polarization direction with integrated dipole antenna,
Fig. 2
a representation of the layer sequence in an example of a device for rotating the polarization direction,
Fig. 3A
a flowchart of a method for producing a device for rotating the polarization direction and
Fig. 3B
a flow diagram of a method according to the invention for producing an embodiment of a device according to the invention for rotating the polarization direction.

Die Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung weist bevorzugt gemäß Fig. 2 eine hülsenförmige Form auf. Sie besteht aus mehreren zueinander konzentrisch angeordneten hülsenförmigen Distanzschichten 21, 22, ..., 2n. Diese hülsenförmigen Distanzschichten 21, 22, ..., 2n werden aus planaren Distanzschichten mittels Warmumformung hergestellt. Im Hinblick auf eine einfache Verarbeitung mittels Warmumformung bestehen sie aus einem thermoplastisch verformbaren Kunststoff. Dazu wird bevorzugt ein starrer Strukturkunststoff, z.B. Polymethacrylmethylimid, benutzt, der auch unter dem Markennamen Rohacell® bekannt ist. Im Hinblick einerseits auf eine leichte Verarbeitung der einzelnen Distanzschichten mittels Warmumformung und im Hinblick andererseits auf die Anforderungen der Dipolantenne auf die Geometrie der Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung haben sich planare Distanzschichten mit einer Dicke von 1 mm bis 10 mm, bevorzugt von 3 mm, bewährt. Alternativ können auch andere Schichtdicken benutzt werden und sind somit von der Erfindung mit abgedeckt.The device 1 for rotating the polarization direction preferably has according to Fig. 2 a sleeve-shaped form. It consists of several concentrically arranged sleeve-shaped spacer layers 2 1 , 2 2 , ..., 2 n . These sleeve-shaped spacer layers 2 1 , 2 2 ,..., 2 n are produced from planar spacer layers by means of hot forming. With a view to easy processing by hot forming, they consist of a thermoplastically deformable plastic. For this purpose, a rigid structural plastic, for example polymethacrylmethyl imide, which is also known by the trade name Rohacell®, is preferably used. With regard, on the one hand, to easy processing of the individual spacer layers by means of hot forming and, on the other hand, to the requirements of the dipole antenna for the geometry of the device for rotating the polarization direction, planar ones have become possible Distance layers with a thickness of 1 mm to 10 mm, preferably of 3 mm, proven. Alternatively, other layer thicknesses can be used and are thus covered by the invention.

In einer Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung sind auf den einzelnen Distanzschichten 21, 22, ..., 2n zugehörige Trägerschichten 31, 32, ...3n aufgeklebt. Diese einzelnen Trägerschichten 31, 32, ..., 3n bestehen vorzugsweise aus einer flexiblen Kunststofffolie aus Epoxidharz mit Glasfasergewebeverstärkung. Diese elastischen Kunststofffolien sind als FR4®-Material bekannt. Vorzugsweise weisen Sie eine Schichtdicke von ca. 0,05 mm auf. Alternativ können auch andere Schichtdicken bevorzugt im Bereich von 0,01 mm bis 0,1 mm und andere flexibel mechanisch verformbare Materialien mit Leiterbahnen verwendet.In a device 1 for rotating the polarization direction 2 2 2 n associated carrier layers 3 1, 3 2, ... 3 n are on each spacer layers 2 1, ..., glued on. These individual carrier layers 3 1 , 3 2 , ..., 3 n are preferably made of a flexible plastic film of epoxy resin with glass fiber reinforcement. These elastic plastic films are known as FR4® material. Preferably, they have a layer thickness of about 0.05 mm. Alternatively, other layer thicknesses preferably in the range of 0.01 mm to 0.1 mm and other flexibly mechanically deformable materials can be used with interconnects.

Auf den einzelnen Trägerschichten 31, 32, ..., 3n sind jeweils parallel verlaufende Leiterbahnen aus Kupfer oder Leitlack aufgebracht. Die parallelen Leiterbahnen weisen auf jeder Trägerschicht 31, 32, ... 3n jeweils eine unterschiedliche Orientierung bzw. Steigung zu einem der Ränder der Trägerschicht 31, 32, ... 3n auf. Die Orientierung bzw. Steigung der parallel verlaufenden Leiterbahnen auf der Trägerschicht 3n, die mit der Distanzschicht 2n mit dem kleinstem Durchmesser verbunden ist, verlaufen in Achsrichtung der Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung und damit parallel zur im wesentlichen vertikal ausgerichteten Dipolantenne. Mit zunehmendem Abstand der einzelnen Trägerschichten zur Achse der Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung weisen die einzelnen parallelen Leiterbahnen eine von der achsparallelen vertikalen Orientierung abweichende Orientierung bzw. Steigung auf. Die Leiterbahnen auf der äußersten Trägerschicht 31 weisen eine zur Achsrichtung orthogonale bzw. horizontale Ausrichtung auf.On the individual carrier layers 3 1 , 3 2 , ..., 3 n each parallel conductive traces of copper or conductive paint are applied. The parallel conductor tracks have on each carrier layer 3 1 , 3 2 ,... 3 n each a different orientation or gradient to one of the edges of the carrier layer 3 1 , 3 2 ,... 3 n . The orientation or slope of the parallel conductor tracks on the carrier layer 3 n , which is connected to the spacer layer 2 n with the smallest diameter, extending in the axial direction of the device 1 for rotating the polarization direction and thus parallel to the substantially vertically oriented dipole antenna. With increasing distance of the individual carrier layers to the axis of the device 1 for rotating the polarization direction, the individual parallel conductor tracks have a different orientation or slope from the axis-parallel vertical orientation. The conductor tracks on the outermost carrier layer 3 1 have an orthogonal or horizontal alignment to the axial direction.

Für eine Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung werden bevorzugt acht Distanzschichten 21, 22, ...28 mit zugehörigen Trägerschichten 31, 32, ...38 verwendet. Dabei ändern sich die Orientierungen der einzelnen parallelverlaufenden Leiterbahnen von Trägerschicht zu Trägerschicht um jeweils 11,25°. Während die Leiterbahnen auf der innersten Trägerschicht 3n achsparallel verlaufen, weisen die parallelen Leiterbahnen auf der äußersten Trägerschicht 31 in diesem Beispiel eine Orientierung von 78,3° zur Achse der Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung auf. Diese Orientierung der parallel verlaufenden Leiterbahnen auf der äußersten Trägerschicht 31 in Höhe von 78,3° ist ausreichend für eine korrekte Drehung der Polarisationsrichtung von gesendeter oder empfangener elektromagnetischer Welle in Höhe von 90°. Allgemein werden n Schichten verwendet, wobei sich die Orientierung der Leiterbahnen von Schicht zu Schicht um 90°/n ändert.
Alternativ kann auch eine andere Anzahl von Distanzschichten und eine dazu korrespondierende andere Stufung der Orientierung der parallel verlaufenden Leiterbahnen auf den einzelnen Trägerschichten verwendet werden und sind von der Erfindung mit abgedeckt.For a device 1 for rotating the direction of polarization are preferably eight spacer layers 2 1, 2 2, ... 2 8, ... used with associated support layers 3 1, 3 2 3. 8 The orientations of the individual parallel conductor tracks change from carrier layer to carrier layer by 11.25 ° in each case. Run while the conductor tracks n in the innermost backing layer 3 parallel to the axis, the parallel conductor tracks have on the outermost backing layer 3 1 in this example, an orientation of 78.3 ° to the axis of the device 1 for rotating the polarization direction. This orientation of the parallel conductor tracks on the outermost carrier layer 3 1 in the amount of 78.3 ° is sufficient for a correct rotation of the polarization direction of transmitted or received electromagnetic wave in the amount of 90 °. In general, n layers are used, with the orientation of the interconnects changing from layer to layer by 90 ° / n.
Alternatively, a different number of spacer layers and a corresponding other gradation of the orientation of the parallel conductor tracks on the individual carrier layers can be used and are covered by the invention.

Diese mit Leiterbahnen versehenen Trägerschichten können für bestimmte Orientierungen der Leiterbahnen relativ zu einem Rand der Trägerschicht und für bestimmte Abstände zwischen den einzelnen Leiterbahnen hergestellt werden. Entsprechend der erforderlichen Orientierung der parallel verlaufenden Leiterbahnen auf der jeweiligen Trägerschicht wird die jeweilige Trägerschicht auf der zugehörigen Distanzschicht orientiert aufgebracht und geklebt.These conductor tracks provided with carrier layers can be made for certain orientations of the tracks relative to an edge of the carrier layer and for certain distances between the individual tracks. According to the required orientation of the parallel conductor tracks on the respective carrier layer The respective carrier layer is applied to the associated spacer layer oriented and glued.

Bevorzugt werden die einzelnen Leiterbahnen in einem Herstellungsschritt des Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung zur Drehung der Polarisationsrichtung auf die einzelnen Trägerschichten aufgebracht. Hierzu werden die einzelnen Trägerschichten 31, 32, ...3n mit einer Kupferschicht oder einer Leitlackschicht beschichtet. Mittels eines fotochemischen Prozesses werden die einzelnen Leiterbahnen auf der mit Kupfer bzw. Leitlackschicht beschichteten Trägerschicht mittels geeigneter Masken und geeigneter Ätzsäuren oder Ätzlaugen erzeugt werden.The individual strip conductors are preferably applied to the individual carrier layers in a production step of the method for producing a device for rotating the polarization direction. For this purpose, the individual carrier layers 3 1 , 3 2 , ... 3 n are coated with a copper layer or a Leitlackschicht. By means of a photochemical process, the individual printed conductors are produced on the carrier layer coated with copper or conductive ink layer by means of suitable masks and suitable etching acids or etching liquors.

Neben einer aus einzelnen Distanzschichten 21, 22, ...2n und einzelnen Trägerschichten 31, 32, ...3n zusammengesetzten Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung einzig aus einzelnen Distanzschichten 21, 22, ...2n ohne Aufbringung von Trägerschichten zusammengesetzt. Hierbei sind die einzelnen Leiterbahnen bereits auf den einzelnen Distanzschichten 21, 22, ...2n aufgebracht.In addition to a device 1 composed of individual spacer layers 2 1 , 2 2 ,... 2 n and individual carrier layers 3 1 , 3 2 ,... 3 n for rotating the polarization direction, an apparatus 1 according to the invention for rotating the polarization direction is composed solely of individual spacer layers 2 1 , 2 2 , ... 2 n assembled without application of carrier layers. Here, the individual interconnects are already applied to the individual spacer layers 2 1 , 2 2 , ... 2 n .

Die aus planaren Distanzschichten mittels Warmumformung hergestellten hülsenförmigen Distanzschichten sind an ihren beiden jeweils berührenden Rändern so zusammengefügt, dass die Leiterbahnen an den beiden sich jeweils berührenden Rändern jeweils stoßfrei in Verbindung stehen. Auf diese Weise ist eine korrekte Drehung der Polarisationsrichtung von gesendeter oder empfangener elektromagnetischer Welle in allen horizontalen Sende- bzw. Empfangsrichtungen der Dipolantenne gewährleistet. Aus Stabilitätsgründen ist die Stoßstelle der beiden sich jeweils berührenden Ränder einer hülsenförmig geformten Distanzschicht für jede Distanzschicht in einer anderen Winkelposition relativ zur Achse der Dipolantenne innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung angeordnet.The sleeve-shaped spacer layers produced from planar spacer layers by means of hot forming are joined together at their two respective contacting edges in such a way that the conductor tracks are in each case in contact with each other at the two edges touching each other. In this way, a correct rotation of the polarization direction of transmitted or received electromagnetic wave is ensured in all horizontal transmitting or receiving directions of the dipole antenna. For stability reasons, the joint of the two in each case contacting edges of a sleeve-shaped spacer layer for each spacer layer is arranged in a different angular position relative to the axis of the dipole antenna within the inventive device 1 for rotating the polarization direction.

Eine derartige erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung wird gemäß Fig. 1A bzw. Fig. 1B in eine Dipolantenne 4 axial eingeführt. Eine formstabile Fixierung der Dipolantenne 4 innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung erfolgt über Abstandselemente 5.Such an inventive device 1 for rotating the polarization direction is according to Fig. 1A respectively. Fig. 1B inserted axially into a dipole antenna 4. A dimensionally stable fixation of the dipole antenna 4 within the apparatus 1 according to the invention for rotating the polarization direction takes place via spacer elements 5.

Im Folgenden wird anhand des Flussdiagrammes in Fig. 3A das Verfahren zur Herstellung eines Antennensystems mit einer Dipolantenne und einer Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung vorgestellt.The following is based on the flowchart in Fig. 3A the method for producing an antenna system with a dipole antenna and a device for rotating the polarization direction presented.

Im ersten Verfahrensschritt S10 werden geeignet dimensionierte planare Distanzschichten und zugehörige geeignet dimensionierte planare Trägerschichten zugeschnitten. Beim Zuschnitt der einzelnen planaren Distanzschichten und Trägerschichten wird der Umfang der einzelnen zukünftig daraus entstehenden hülsenförmigen Distanzschichten und Trägerschichten berücksichtigt.In the first method step S10, suitably dimensioned planar spacer layers and associated suitably dimensioned planar carrier layers are cut to size. When cutting the individual planar spacer layers and carrier layers, the circumference of the individual future sleeve-shaped spacer layers and carrier layers resulting therefrom is taken into account.

Im Verfahrensschritt S20 werden aus den einzelnen planaren Distanzschichten mittels Warmumformung hülsenförmige Distanzschichten erzeugt. Dabei wird jede einzelne planare Distanzschicht auf einem geeignet dimensionierten zylindrischen beheizten Wickeldorn gewickelt, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der jeweils durch Warmumformung erzeugten hülsenförmigen Distanzschicht entspricht. Die Verwendung eines beheizten zylindrischen Wickeldorns ermöglicht eine möglichst einfache und präzise Verformung der thermoplastisch verformbaren Distanzschichten. Nachdem die planare Distanzschicht vollständig um den zylindrischen Wickeldorn gewickelt ist, kann die somit entstandene hülsenförmige Distanzschicht vom zylindrischen Wickeldorn axial entfernt werden. Die Temperatur des Wickeldorns beträgt typischerweise 150°C-250°C, bevorzugt ca. 200°C.In method step S20, sleeve-shaped spacer layers are produced from the individual planar spacer layers by means of hot forming. In this case, each individual planar spacer layer is wound on a suitably dimensioned cylindrical heated winding mandrel whose outer diameter corresponds to the inner diameter of the sleeve-shaped spacer layer produced in each case by hot working. The use of a heated cylindrical mandrel allows the simplest possible and precise Deformation of the thermoplastically deformable spacer layers. After the planar spacer layer is completely wound around the cylindrical winding mandrel, the resulting sleeve-shaped spacer layer can be removed axially from the cylindrical winding mandrel. The temperature of the winding mandrel is typically 150 ° C-250 ° C, preferably about 200 ° C.

Im nächsten Verfahrensschritt S30 wird auf jede einzelne hülsenförmige Distanzschicht die zugehörige Trägerschicht mittels eines Epoxidharzklebers, beispielsweise mit dem im Handel erhältlichen Epoxydharzkleber UHU Plus Endfest 300®, auf der inneren oder äußeren Mantelfläche der hülsenförmigen Distanzschicht aufgeklebt. Bei der Platzierung der einzelnen Trägerschicht auf der zugehörigen Distanzschicht ist die Orientierung der auf der Trägerschicht aufgebrachten parallel verlaufenden Leiterbahnen relativ zur Achse der Dipolantenne und damit relativ zur Achse der Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung und relativ zur Achse der zugehörigen hülsenförmig geformten Distanzschicht zu berücksichtigen. Eine Rechts- bzw. Linksdrehung der parallel verlaufenden Leiterbahnen relativ zur Achse der hülsenförmig geformten Distanzschicht wird durch entsprechende Orientierung der die Leiterbahnen tragenden Trägerschicht auf der Distanzschicht oder durch seitengewendetes Aufbringen der Trägerschicht auf der Distanzschicht realisiert.In the next method step S30, the associated carrier layer is glued to each individual sleeve-shaped spacer layer by means of an epoxy resin adhesive, for example with the commercially available epoxy resin adhesive UHU Plus Endfest 300®, on the inner or outer circumferential surface of the sleeve-shaped spacer layer. When placing the individual carrier layer on the associated spacer layer, the orientation of the parallel conductor tracks applied to the carrier layer relative to the axis of the dipole antenna and thus relative to the axis of the device 1 for rotating the polarization direction and relative to the axis of the associated sleeve-shaped spacer layer is taken into account. A clockwise or counterclockwise rotation of the parallel conductor tracks relative to the axis of the sleeve-shaped spacer layer is realized by appropriate orientation of the conductor tracks carrying carrier layer on the spacer layer or by side-applied application of the carrier layer on the spacer layer.

Im nächsten Verfahrensschritt S40 wird beginnend bei der hülsenförmigen Distanzschicht mit dem kleinsten Durchmesser die hülsenförmige Distanzschicht mit dem jeweils nächsthöheren Durchmesser auf die Distanzschicht mit dem jeweils kleineren Durchmesser gefügt und geklebt.In the next method step S40, beginning at the sleeve-shaped spacer layer with the smallest diameter, the sleeve-shaped spacer layer with the respectively next higher diameter is joined to the spacer layer with the respective smaller diameter and glued.

Der Komplex aus aufeinander gefügten und geklebten Distanzschichten wird anschließend im Verfahrensschritt S50 in einem Ofen bei einer Temperatur von 50°C-100°C, bevorzugt bei ca. 75°C, über eine Dauer von 30-60 Minuten, bevorzugt ca. 45 Minuten, ausgehärtet. Es sind auch andere Aushärtetemperaturen und andere Aushärteintervalle mit abgedeckt. Durch das Kleben der einzelnen Distanzschichten mit einem formstabilen Epoxydharzkleber und das Aushärten des Komplexes von Distanzschichten wird eine struktursteife erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung erzeugt, die auftretende Kräfte, beispielsweise Beschleunigungskräfte bis zu 400g (g=Erdbeschleunigung) auf die Dipolantenne wirksam abfängt.The complex of successive bonded and glued spacer layers is then in the process step S50 in an oven at a temperature of 50 ° C-100 ° C, preferably at about 75 ° C, over a period of 30-60 minutes, preferably about 45 minutes, cured. Other curing temperatures and other curing intervals are also covered. By gluing the individual spacer layers with a dimensionally stable epoxy resin adhesive and curing the complex of spacer layers, a structurally rigid device 1 according to the invention for rotating the polarization direction is generated which effectively intercepts occurring forces, for example acceleration forces up to 400 g (g = gravitational acceleration) on the dipole antenna.

Zusätzliche Distanzschichten von jeweils größerem Durchmesser werden auf diese Weise mittels Verfahrensschritt S40 auf den bestehenden Komplex von Distanzschichten gefügt, geklebt und mittels des im Verfahrensschritt S50 durchgeführten Aushärteschritts mit dem bestehenden Komplex von Distanzschichten gefestigt.Additional spacer layers, each having a larger diameter, are in this way added to the existing complex of spacer layers by method step S40, bonded and consolidated by means of the curing step carried out in method step S50 with the existing complex of spacer layers.

Im abschließenden Verfahrensschritt S60 wird die aus mehreren Schichten zusammengesetzte Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung in Längsrichtung passend zugeschnitten. Schließlich wird die Dipolantenne 4 axial in die Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung eingefügt und mittels Abstandelemente 5 in der richtigen Lage und in einer ausreichenden Stabilität in die Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung fixiert. Als Abstandselemente 5 werden aus starrem Strukturkunststoff, z.B. Polymethacrylmethylimid, geeignet gefräste Tele verwendet.In the final method step S60, the device 1 composed of several layers is cut to fit the direction of polarization in the longitudinal direction. Finally, the dipole antenna 4 is inserted axially into the device 1 for rotating the direction of polarization and fixed by means of spacers 5 in the correct position and in a sufficient stability in the device 1 for rotating the polarization direction. As spacers 5 are made of rigid structural plastic, e.g. Polymethacrylmethylimid, suitably milled tele used.

Im Folgenden wird anhand des Flussdiagrammes in Fig. 3B das Verfahren zur Herstellung eines Antennensystems mit einer Dipolantenne und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung erläutert.The following is based on the flowchart in Fig. 3B the method for producing an antenna system with a dipole antenna and a Device according to the invention for rotating the polarization direction explained.

Im Verfahrensschritt S100 werden geeignet dimensionierte planare Distanzschichten zugeschnitten. Der Schnitt der einzelnen planaren Distanzschichten orientiert sich dabei an den erforderlichen Durchmessern der aus den planaren Distanzschichten jeweils herzustellenden hülsenförmigen Distanzschichten.In method step S100 suitably dimensioned planar spacer layers are cut. The intersection of the individual planar spacer layers is based on the required diameters of the sleeve-shaped spacer layers to be produced in each case from the planar spacer layers.

Im nächsten Verfahrensschritt S110 werden auf den einzelnen planaren Distanzschichten jeweils parallel zueinander verlaufende Leiterbahnen aufgebracht. In einer ersten Variante werden hierzu die einzelnen planaren Distanzschichten mittels eines geeigneten Beschichtungsverfahrens mit einer Kupferschicht oder einer Leitlackschicht beschichtet. Mittels eines photochemischen Prozesses werden unter Zuhilfenahme von geeignet dimensionierten Masken und geeigneter Ätzsäuren (z. B. EisenIII-Chlorid) oder Ätzlaugen die einzelnen Leiterbahnen auf den planaren Distanzschichten erzeugt. Für jede Distanzschicht ist dabei jeweils die Orientierung der jeweils parallel verlaufenden Leiterbahnen relativ zur Achse der Dipolantenne und damit relativ zur Achse der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Drehen der Polarisationsrichtung und relativ zur Achse der zugehörigen hülsenförmig geformten Distanzschicht zu berücksichtigen. In einer zweiten Variante werden die einzelnen parallel verlaufenden Leiterbahnen mittels Siebdruck unter Berücksichtigt ihrer spezifischen Orientierung auf die einzelnen planaren Distanzschichten aufgebracht.In the next method step S110, mutually parallel conductor tracks are applied to the individual planar spacer layers. In a first variant, the individual planar spacer layers are coated with a copper layer or a conductive ink layer by means of a suitable coating method. By means of a photochemical process, the individual printed conductors on the planar spacer layers are produced with the aid of suitably dimensioned masks and suitable etching acids (eg iron III chloride) or etching liquors. For each distance layer in each case the orientation of the respective parallel conductor tracks relative to the axis of the dipole antenna and thus relative to the axis of the device 1 according to the invention for rotating the polarization direction and relative to the axis of the associated sleeve-shaped spacer layer is taken into account. In a second variant, the individual parallel conductor tracks are applied to the individual planar spacer layers by means of screen printing, taking into account their specific orientation.

Im nächsten Verfahrensschritt S120 werden äquivalent zum Verfahrensschritt S20 im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Antennensystems mit einer Dipolantenne und einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung in Fig. 3A aus den einzelnen planaren Distanzschichten mittels Warmumformung hülsenförmige Distanzschichten mit jeweils verschiedenen Durchmessern hergestellt.In the next method step S120 are equivalent to the method step S20 in the inventive method for producing an antenna system with a dipole antenna and a second embodiment of the invention Device for rotating the polarization direction in Fig. 3A made of the individual planar spacer layers by means of hot forming sleeve-shaped spacer layers, each with different diameters.

Das Fügen und Kleben der Distanzschicht mit dem jeweils größeren Durchmesser auf den Komplex von Distanzschichten mit den jeweils kleineren Durchmessern anhand des Verfahrensschritts S130 entspricht dem Verfahrensschritt S40 zur Herstellung eines Antennensystems mit einer Dipolantenne und einer Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung in Fig. 3A. Auch der Verfahrensschritt S140 des Aushärtens des Komplexes von Distanzschichten in einem Aushärteofen entspricht dem Verfahrensschritt S50 zur Herstellung eines Antennensystems mit einer Dipolantenne und einer Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung in Fig. 3A. Der abschließende Verfahrensschritt 150 des Zuschneidens der Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung und des Einbaus der Dipolantenne in die Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung entspricht dem Verfahrensschritt S60 zur Herstellung eines Antennensystems mit einer Dipolantenne und einer Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung in Fig. 3A.The joining and bonding of the spacer layer with the respective larger diameter to the complex of spacer layers with the respective smaller diameters based on the method step S130 corresponds to the method step S40 for producing an antenna system with a dipole antenna and a device for rotating the polarization direction in FIG Fig. 3A , The method step S140 of curing the complex of spacer layers in a curing oven also corresponds to the method step S50 for producing an antenna system with a dipole antenna and a device for rotating the polarization direction in FIG Fig. 3A , The final process step 150 of trimming the device for rotating the polarization direction and the installation of the dipole antenna in the device for rotating the polarization direction corresponds to the method step S60 for producing an antenna system with a dipole antenna and a device for rotating the polarization direction in Fig. 3A ,

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen und Varianten beschränkt. Anstatt einer Dipolantenne kann auch eine andere Antenne, insbesondere eine andere vertikal polarisierende Randstrahlantenne wie z. B. ein Stab mit einer Länge von ¼ der Wellenlänge zum Einsatz kommen.The invention is not limited to the illustrated embodiments and variants. Instead of a dipole antenna can also be another antenna, in particular another vertically polarizing edge beam antenna such. B. a rod with a length of ¼ of the wavelength are used.

Claims (8)

  1. Antenna system with an antenna (4) and a device (1) for rotating the direction of polarisation of an electromagnetic wave received and/or transmitted by the antenna (4),
    wherein the device (1) for rotating the direction of polarisation consists of a plurality of layers embodied in sleeve form and arranged concentrically with one another and with the antenna (4) and each having conductor tracks running parallel in the layer with an orientation which changes from layer to layer,
    characterised in that in each case each layer consists solely of a spacing layer (21, 22, ..., 2n) of electrically insulating material which in each case carries individual ones of the conductor tracks on one side, and
    in that the spacing layer (21, 22, ..., 2n) is coated with the conductor tracks.
  2. Antenna system according to claim 1,
    characterised in that the device (1) for rotating the direction of polarisation is arranged in sleeve form around the essentially vertically aligned dipole antenna (4), and/or the rotation of the direction of polarisation is effected inside the device (1) for rotating the direction of polarisation through 90°.
  3. Antenna system according to claim 1 or 2,
    characterised in that each layer embodied in sleeve form is obtained from a rotationally symmetrical deformation of a planar layer, the conductor tracks being in smooth connection at the two touching edges of each layer embodied in sleeve form.
  4. Antenna system according to one of claims 1 to 3,
    characterised in that the device (1) for rotating the direction of polarisation consists of n layers, preferably of eight layers, and the orientation of the conductor tracks changes from an orientation of the conductor tracks parallel to the axial direction of the dipole antenna (4) on the innermost layer in each case by 90°/n, preferably by 11.25° from layer to layer in the direction of an orientation of the conductor tracks orthogonal to the axial direction of the dipole antenna (4).
  5. Method for manufacturing a device (1) for rotating the direction of polarisation of an electromagnetic wave received and/or transmitted by an antenna (4) from individual spacing layers (21, 22, ..., 2n) with the following method steps:
    - production of suitably dimensioned planar spacing layers (21, 22, ..., 2n) each with conductor tracks running parallel and applied to the spacing layers (21, 22, ..., 2n) by means of screen printing or coating, with the orientation of the conductor tracks changing in each case from spacing layer (21, 22, ..., 2n) to spacing layer (21, 22, ..., 2n),
    - manufacture of spacing layers (21, 22, ..., 2n) embodied in sleeve form and provided with conductor tracks and each having a different diameter by means of hot forming from suitably dimensioned planar spacing layers (21, 22, ..., 2n) provided with conductor tracks,
    - assembly and gluing of a spacing layer (21, 22, ..., 2n) embodied in sleeve form and provided with conductor tracks with the next larger diameter on the spacing layer (21, 22, ..., 2n) embodied in sleeve form and provided with conductor tracks with the next smaller diameter to obtain spacing layers (21, 22, ..., 2n) arranged concentrically with one another and with the antenna (4),
    - curing of the individual assembled and glued spacing layers (21, 22, ..., 2n) provided with conductor tracks and
    - repetition of the gluing, assembling and curing operation with all the spacing layers (21, 22, ..., 2n) each provided with conductor tracks and having the greater diameter in each case to obtain spacing layers (21, 22, ..., 2n) arranged concentrically with one another and with the antenna (4).
  6. Method according to claim 5,
    characterised in that the production of suitably dimensioned planar spacing layers (21, 22, ..., 2n) provided with conductor tracks is carried out by means of
    - coating of suitably dimensioned planar spacing layers (21, 22, ..., 2n) with a conductive lacquer or with a layer of copper and
    - production of conductor tracks on the individual coated planar spacing layers (21, 22, ..., 2n) by means of a photo-chemical process.
  7. Method according to claim 5,
    characterised in that the production of suitably dimensioned planar spacing layers (21, 22, ..., 2n) provided with conductor tracks is carried out by means of printing of the conductor tracks of copper or conductive lacquer on suitably dimensioned and planar spacing layers (21, 22, ..., 2n), in particular using screen printing.
  8. Method according to one of claims 5 to 7,
    characterised in that the hot forming is carried out by means of winding of a correspondingly dimensioned planar spacing layer (21, 22, ..., 2n) onto a correspondingly dimensioned and heated cylindrical winding mandrel and subsequent axial removal of the spacing layer (21, 22, ..., 2n) embodied in sleeve form from the cylindrical winding mandrel.
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