EP4200936A1 - Antenne - Google Patents

Antenne

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Publication number
EP4200936A1
EP4200936A1 EP21758119.8A EP21758119A EP4200936A1 EP 4200936 A1 EP4200936 A1 EP 4200936A1 EP 21758119 A EP21758119 A EP 21758119A EP 4200936 A1 EP4200936 A1 EP 4200936A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiator
antenna
posts
face
electrically conductive
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.)
Pending
Application number
EP21758119.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Bolz
Michael Wilhelm ENGELS
Peter HILDENHAGEN
Benno JACOBS
Frank PANNES
Thomas PODREBERSEK
Matthias Rittweger
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.)
TKMS HAGENUK MARINEKOMMUNIKATION GMBH
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
Hagenuk Marinekommunikation GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, Hagenuk Marinekommunikation GmbH filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP4200936A1 publication Critical patent/EP4200936A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a broadband dipole antenna with longitudinal inhomogeneity, in particular a biconical antenna.
  • the bandwidth of broadband dipole antennas with an inhomogeneity in the longitudinal direction essentially depends on the length, the angle (in the biconical antenna) or more generally the shape of the inhomogeneity and the height of the two radiators. Therefore, these antennas can take on quite large dimensions if the antennas are to transmit and receive broadband. However, there are installation situations, especially on watercraft, where there is not enough space to integrate a biconical broadband antenna.
  • the object of the present invention is therefore to create an improved concept for broadband dipole antennas with inhomogeneity in the longitudinal direction.
  • the broadband dipole antenna with an inhomogeneity in the longitudinal direction is also referred to simply as a dipole antenna.
  • the classic dipole with two cylinders as the radiator.
  • Exemplary embodiments show an antenna with a first and a second radiator, which are each designed to emit and/or receive electromagnetic radiation.
  • the first and second radiators are each tapered.
  • the tapering of the radiators leads to an inhomogeneity of the antenna longitudinal direction.
  • a first face of the first radiator is located at the taper of the first radiator and a first face of the second radiator is located at the taper of the second radiator.
  • the first end face of the first radiator is arranged opposite the first end face of the second radiator.
  • Two radiators arranged in this way are called a dipole.
  • a tapered radiator may be biconical in shape, elliptical in shape, or hemispherical in shape.
  • the diameter is advantageously measured perpendicular to the direction in which the first and second radiators are (sequentially) arranged. This means that it is also possible for the radiators to taper towards the second end face. Typically, however, the degree of taper towards the first end face is greater than towards the second end face. Furthermore, the antenna typically has a mirror-symmetrical design.
  • the radiators i.e. the dipole
  • an electrical line can be routed through the first radiator, which makes contact with the first and/or the second electrical radiator on the first end face.
  • the electrical line can be a coaxial line, the outer conductor of which contacts one radiator and the inner conductor of which contacts the other radiator (asymmetrical contacting, single ended feeding).
  • a further electrical line can be provided in addition to the electrical line, with the electrical line making contact with one radiator and the further electrical line making contact with the other radiator.
  • the electrical lines are also designed as a coaxial line in this case, so that the inner conductors of the two electrical lines each make contact with a radiator.
  • the signal can be generated for both lines using a balun (balun).
  • the electrical line and/or the further electrical line can be a coaxial line.
  • the antenna further includes first and second electrically conductive plates.
  • the first electrically conductive plate is arranged on a second face of the first radiator and the second electrically conductive plate is arranged on a second face of the second radiator.
  • the two radiators are arranged between the two plates. Between the first conductive plate and the first radiator and between the second conductive plate and the second radiator there is an absence of electrical connection. An air gap or an electrically insulating material is therefore arranged between the plates and the radiators.
  • the idea of the present invention is to reduce the volume of the broadband antenna while maintaining the bandwidth of the antenna. It has been shown that the arrangement of the radiators between the electrically conductive plates results in a frequency shift of the resonant frequency of the broadband antenna towards lower frequencies. This means that signals of a lower frequency can be radiated with the same antenna. Thus, the size of the radiator can be significantly reduced. Another advantage of this antenna is its immunity to interference from objects located outside of the two electrically conductive plates. This antenna can thus advantageously be used in a multifunction antenna. Further antennas can be arranged above and/or below the antenna, which transmit or receive in other frequency ranges.
  • the first electrically conductive plate completely covers at least the second end face of the first radiator and the second electrically conductive plate completely covers at least the second end face of the second radiator.
  • a diameter of the first conductive plate is larger than a (in particular maximum) diameter of the first radiator.
  • the diameter is advantageously measured perpendicular to the direction in which the first and second radiators are (sequentially) arranged.
  • a projection of the first radiator into the plane of the conductive first plate is smaller than the conductive first plate. The same applies to the second radiator and the second plate. In this way, the effect that the radiators become smaller is fully exploited.
  • the first and second electrically conductive plates are connected by a plurality of posts.
  • the posts pass through a surface of the first and second radiators.
  • the posts of the plurality of posts are thus typically within a perpendicular projection of the second end face of the first or the second radiator arranged.
  • the posts rest on the first and second electrically conductive plates. The posts stabilize the antenna, allowing it to withstand greater mechanical loads.
  • the posts offer further advantages in different embodiments of the antenna.
  • the posts may be electrically conductive, i.e., include or consist of an electrically conductive material.
  • the antenna impedance can then be adjusted using the posts.
  • This process is also known as antenna tuning.
  • the posts influence the feed point resistance of the antenna and thus have an influence on the frequencies that can be preferentially radiated with the antenna.
  • the bandwidth of the antenna is influenced by the poles. Skilful positioning of the posts can therefore not or only insignificantly influence the radiation characteristics of the antenna compared to an antenna without posts, but the antenna can also have the advantages described by means of the posts.
  • the posts are advantageously electrically conductive.
  • the posts form an adjustable parameter for the antenna, through which the above properties can be adjusted.
  • the symmetrical arrangement of the posts means, for example, that an angle between adjacent posts is the same for all posts in the plurality of posts.
  • the plane in which the angle is measured is advantageously perpendicular to the direction in which the radiators are (sequentially) arranged.
  • the posts of the plurality of posts have the absence of an electrical connection to the first and the second radiator. Otherwise, an electrical connection between the electrically conductive plates and the radiators would be established by means of the electrically conductive posts, which is not desirable.
  • the posts can be hollow.
  • an electrical line can be passed through a post of the plurality of posts in order to contact the electrical component.
  • the electrical line is then routed eccentrically, i.e. not through the center of the radiator, which would result in parasitic resonances or as a result of which the antenna may be mismatched, which in each case has a disadvantageous effect on the properties of the antenna. Due to the fact that the electrical line for contacting the electrical component is routed eccentrically, these high-frequency effects are reduced or even avoided. The radiation characteristic of the antenna is thus (essentially) retained, even though an electrical line is routed through the antenna.
  • the electrical component is, for example, a further antenna, for example a GPS antenna (GPS: Global Positioning System) or a collinear antenna arrangement. An antenna array or a multifunction antenna can thus be obtained.
  • the number of posts of the plurality of posts is advantageously at least three. In this way, the advantages mentioned occur significantly.
  • the resulting antenna can be operated in a frequency range between 950MHz and 1275MHz. Furthermore, the antenna can have a distance of less than 60 mm, preferably less than 55 mm, for example 51 mm, between the first and the second plate. An antenna with the same characteristics without the two electrically conductive plates would be at least 76mm in size and thus approx. 50% larger (assuming a fault-free biconical dipole).
  • the antenna can be operated as a vertically polarized dipole antenna with omnidirectional radiation characteristics in azimuth.
  • the dipole antenna makes the dipole antenna an ideal multifunctional antenna.
  • Known broadband dipole antennas with an inhomogeneity in the longitudinal direction radiate asymmetrically when in your Environment is another object, such as another antenna.
  • the present broadband dipole antenna continues to radiate symmetrically, even if further antennas are arranged above and/or below.
  • any selection of the following components of the antenna that are not electrically connected to one another can be mechanically connected by means of a plastic: the electrically conductive plates with the respective adjacent radiator (on the second end face), both radiators (between the first end faces), the radiators with the post.
  • a plastic for example, acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyoxymethylene (POM), polyether ketone (PEEK), polyethylene (PE) or another non-conductive plastic is used as the plastic.
  • a dielectric material is arranged between the first end face of the first radiator and the first end face of the second radiator. This is advantageous because the mechanical stability of the antenna is increased and electrical flashovers are avoided when using high transmission powers.
  • the dielectric material also provides an additional possibility of adjusting the antenna input impedance. It is thus possible to adjust the antenna input impedance by means of the dielectric material alone, or when using electrically conductive posts in addition to these.
  • Polytetrafluoroethylene (PTFE, commonly known as Teflon) can be used as a dielectric material, for example.
  • a method for manufacturing an antenna comprising the steps of: arranging a first and a second radiator between a first and a second electrically conductive plate such that there is an absence of an electrical connection between the first conductive plate and the first radiator and that between there is an absence of electrical connection between the second conductive plate and the second radiator, the first and second radiators each being tapered to one end and the tapered ends facing one another.
  • Fig. 1 a schematic side view of an antenna in an embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the antenna in a further exemplary embodiment
  • Fig. 3 a schematic perspective representation of a first and a second radiator of the antenna of the embodiment of Fig. 2.
  • the antenna 20 has a first radiator 22a and a second radiator 22b.
  • the radiators 22a, 22b are each designed to emit and/or receive electromagnetic radiation. Both radiators 22a, 22b are arranged in such a way that a taper, which the radiators 22a, 22b each have, is opposite to one another. If the radiators taper in two directions, the two narrower ends of the radiators face each other.
  • the end of the respective radiator 22a, 22b is referred to as the first end face 24a, 24b, the opposite end of the respective radiator 22a, 22b as the second end face 26a, 26b.
  • the radiators 22a, 22b are arranged between a first conductive plate 28a and a second conductive plate 28b. That is, the first conductive plate 28a is located on the second end face 26a of the first radiator and the second conductive one Plate 28b is located on the second face 26b of the second radiator 22b.
  • Spaces 30a, 30b between the plates 28a, 28b and the radiators 22a, 22b can be filled with an electrically insulating material, for example a corresponding plastic. In this way, a mechanical connection can be established between the radiators and the panels.
  • both radiators exhibit the absence of an electrical connection to each other.
  • an electrically insulating material for example a corresponding plastic, can also be arranged in a gap 30c between the first end faces 24a, 24b.
  • the radiators 22a, 22b form a biconical antenna.
  • the antenna 20 or at least the radiators 22a, 22b has mirror symmetry with respect to a mirror plane 32.
  • the mirror plane 32 advantageously runs in the direction (y-direction) in which the first and second radiators are arranged (sequentially).
  • a further mirror plane perpendicular to the direction (y-direction) in which the first and the second emitter are (sequentially) arranged between the first and the second emitter 22a, 22b (i.e. in the x-direction) get lost.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the antenna 20 in a side view. Electrically non-conductive materials in the form of an intermediate layer 30a', 30b', 30c' are now introduced here in the former gaps.
  • the antenna 20 has a plurality of posts 34 (here four posts 34a, 34b, 34c, 34d).
  • the posts 34 connect the first electrically conductive plate 28a to the second electrically conductive plate 28b.
  • this is a mechanical connection to increase the stability of the antenna 20 .
  • the posts 34 can be electrically conductive. They then create a load on the antenna 20 so that by means of the diameter and/or position of the posts the antenna can be tuned (tuning the antenna).
  • the posts are arranged symmetrically.
  • the posts are perpendicular between the first and second conductive plates. This offers the greatest possible mechanical stability and an otherwise possible asymmetrical wave propagation is prevented.
  • At least a first post 34a of the plurality of posts 34 can be hollow on the inside.
  • a line 36 which (electrically) contacts an electrical component 38 can be routed through the first post 34a. If the posts 34a are electrically non-conductive, it is advantageous to run an electrical wire through each of the posts to avoid unbalanced loading of the antenna. If the posts are electrically conductive, the cables for the load on the antenna are negligible.
  • the electrical component 38 is, for example, a further radiator, so that the antenna 20 is a multifunction antenna.
  • Line 36 is typically a coaxial line.
  • the line 36 can be passed through a corresponding guide tube 36'.
  • a plurality of lines can be routed in the guide tube 36', for example also a line for contacting the first radiator 22a and the second radiator 22b.
  • the guide tube 36' is arranged centrally, for example. However, it is also possible to arrange the guide tube 36' eccentrically, for example below the post 34a through which the line 36 is guided.
  • the line 36 can then be routed straight throughout and does not need to be routed around a curve.
  • the posts 34 have no electrical connection to the radiators 22a, 22b. At the point where the posts pass through the surface of the respective radiator, the posts are at a distance from the surface of the respective radiator.
  • the resulting space can also be filled with a non-electrically conductive material, like the spaces 30a, 30b, 30c from FIG. 1.
  • FIG. 3 shows the radiators 22a, 22b of the antenna according to the exemplary embodiment from FIG. 2. It is clear here that the radiators 22a, 22b each have openings 40 in their surface, through which the posts can pass.
  • the openings 40 are slightly larger in diameter than the diameters of the posts to prevent the posts from touching or interfering with the radiators 22a, 22b Space remains, which can be filled with an electrically non-conductive material.
  • aspects have been described in the context of a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects that have been described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.

Landscapes

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

Abstract

Es ist eine Antenne (20) mit einem ersten und einem zweiten Strahler (22a, 22b) und einer ersten und einer zweiten elektrisch leitfähigen Platte (28a, 28b) gezeigt. Der erste und der zweite Strahler (22a, 22b) sind jeweils ausgebildet, elektromagnetische Strahlung auszusenden und/oder zu empfangen, wobei sich der erste und der zweite Strahler (22a, 22b) jeweils verjüngen, wobei sich eine erste Stirnseite (24a) des ersten Strahlers (22a) an der Verjüngung des ersten Strahlers befindet. Eine erste Stirnseite (24b) des zweiten Strahlers (22b) befindet sich an der Verjüngung des zweiten Strahlers, wobei die erste Stirnseite (24a) des ersten Strahlers der ersten Stirnseite (24b) des zweiten Strahlers gegenüberliegend angeordnet ist. Die erste elektrisch leitfähige Platte (28a) ist an einer zweiten Stirnseite (26a) des ersten Strahlers angeordnet und die zweite elektrisch leitfähige Platte (28b) ist an einer zweiten Stirnseite (26b) des zweiten Strahlers angeordnet. Zwischen der ersten leitfähigen Platte (28a) und dem ersten Strahler (22a) und zwischen der zweiten leitfähigen Platte (28b) und dem zweiten Strahler (22b) besteht jeweils die Abwesenheit einer elektrischen Verbindung besteht.

Description

Antenne
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine breitbandige Dipolantenne mit einer Inhomogenität in Längsrichtung, insbesondere eine bikonische Antenne.
Die Bandbreite von breitbandigen Dipolantennen mit einer Inhomogenität in Längsrichtung, insbesondere von bikonischen Antennen, hängt im Wesentlichen von der Länge, dem Winkel (bei der bikonischen Antenne) bzw. allgemeiner der Form der Inhomogenität und der Höhe der beiden Strahler ab. Daher können diese Antennen recht große Dimensionen annehmen, wenn die Antennen breitbandig senden und empfangen sollen. Es gibt jedoch Einbausituationen, insbesondere auf Wasserfahrzeugen, wo der Platz für die Integration einer bikonischen Breitbandantenne nicht vorhanden ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Konzept für breitbandige Dipolantennen mit einer Inhomogenität in Längsrichtung zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Nachfolgend wird die breitbandige Dipolantenne mit einer Inhomogenität in Längsrichtung vereinfacht auch als Dipolantenne bezeichnet. An keiner Stelle dieser Offenbarung wird damit jedoch auf den klassischen Dipol mit zwei Zylindern als Strahler Bezug genommen.
Ausführungsbeispiele zeigen eine Antenne mit einem ersten und einem zweiten Strahler, die jeweils ausgebildet sind, elektromagnetische Strahlung auszusenden und/oder zu empfangen. Der erste und der zweite Strahler verjüngen sich jeweils. Die Verjüngung der Strahler führt zu einer Inhomogenität der Antenne in Längsrichtung. Eine erste Stirnseite des ersten Strahlers befindet sich an der Verjüngung des ersten Strahlers und eine erste Stirnseite des zweiten Strahlers befindet sich an der Verjüngung des zweiten Strahlers. Die erste Stirnseite des ersten Strahlers ist der ersten Stirnseite des zweiten Strahlers gegenüberliegend angeordnet. Zwei derart angeordnete Strahler werden als Dipol bezeichnet. Ein sich verjüngende Strahler kann z.B. eine bikonische Form aufweisen, eine elliptische Form aufweisen oder halbkugelförmig sein. Ferner ist es nicht notwendig, dass die zweite Stirnseite den größten Querschnitt des jeweiligen Strahlers aufweist. Der Durchmesser ist vorteilhafterweise senkrecht zu der Richtung gemessen, in der der erste und der zweite Strahler (sequentiell) angeordnet sind. Das heißt, es ist auch möglich, dass sich die Strahler zu der zweiten Stirnseite verjüngen. Typischerweise ist der Grad der Verjüngung zu der ersten Stirnseite aber größer als zu der zweiten Stirnseite. Ferner ist die Antenne typischerweise spiegelsymmetrisch ausgeführt.
Gespeist werden die Strahler, d.h. der Dipol, typischerweise an den beiden ersten Stirnseiten, d.h. zwischen den beiden Strahlern. Hierzu kann durch den ersten Strahler eine elektrische Leitung geführt sein, die den ersten und/oder den zweiten elektrischen Strahler an der ersten Stirnseite kontaktiert. Die elektrische Leitung kann eine Koaxialleitung sein, deren Außenleiter einen Strahler und deren Innenleiter den anderen Strahler kontaktiert (asymmetrische Kontaktierung, engl. single ended feeding). Alternativ kann zu der elektrischen Leitung eine weitere elektrische Leitung vorgesehen sein, wobei die elektrische Leitung einen Strahler kontaktiert und die weitere elektrische Leitung den anderen Strahler kontaktiert. Insbesondere sind die elektrischen Leitungen auch in diesem Fall als Koaxialleitung ausgeführt, so dass die Innenleiter der beiden elektrischen Leitungen jeweils einen Strahler kontaktieren. Das Signal kann hier mittels eines Baluns (Symmetrierglied) für beide Leitungen generiert werden. Auch in diesem Fall kann die elektrische Leitung und/oder die weitere elektrische Leitung eine Koaxialleitung sein.
Die Antenne weist ferner eine erste und eine zweite elektrisch leitfähige Platte auf. Die erste elektrisch leitfähige Platte ist an einer zweiten Stirnseite des ersten Strahlers angeordnet und die zweite elektrisch leitfähige Platte ist an einer zweiten Stirnseite des zweiten Strahlers angeordnet. In anderen Worten sind die beiden Strahler zwischen den beiden Platten angeordnet. Zwischen der ersten leitfähigen Platte und dem ersten Strahler sowie zwischen der zweiten leitfähigen Platte und dem zweiten Strahler besteht die Abwesenheit einer elektrischen Verbindung. Zwischen den Platten und den Strahlern ist demnach ein Luftspalt oder ein elektrisch isolierendes Material angeordnet. Nachfolgend sind einige Kunststoffe genannt, die als elektrisch isolierendes Material verwendet werden können.
Idee der vorliegenden Erfindung ist es, ein Volumen der Breitbandantenne unter Beibehaltung der Bandbreite der Antenne zu verringern. Es hat sich gezeigt, dass durch die Anordnung der Strahler zwischen den elektrisch leitfähigen Platten eine Frequenzverschiebung der Resonanzfrequenz der Breitbandantenne hin zu niedrigeren Frequenzen erfolgt. Somit können mit der gleichen Antenne Signale einer niedrigeren Frequenz abgestrahlt werden. Somit kann die Größe der Strahler signifikant verringert werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Antenne ist die Störungsunempfindlichkeit gegenüber Objekten, die sich außerhalb der beiden elektrisch leitfähigen Platten befinden. So kann diese Antenne vorteilhafterweise in einer Multifunktionsantenne verwendet werden. Oberhalb und/oder unterhalb der Antenne können weitere Antennen angeordnet sein, die in anderen Frequenzbereichen senden bzw. empfangen.
In Ausführungsbeispielen bedeckt die erste elektrisch leitfähige Platte zumindest die zweite Stirnseite des ersten Strahlers vollständig und die zweite elektrisch leitfähige Platte bedeckt zumindest die zweite Stirnseite des zweiten Strahlers vollständig. In anderen Worten ist ein Durchmesser der ersten leitfähigen Platte größer als ein (insbesondere maximaler) Durchmesser des ersten Strahlers. Der Durchmesser wird vorteilhafterweise senkrecht zu der Richtung gemessen, in der der erste und der zweite Strahler (sequentiell) angeordnet sind. In nochmals anderen Worten ist eine Projektion des ersten Strahlers in die Ebene der leitfähigen ersten Platte kleiner als die leitfähige erste Platte. Gleiches gilt für den zweiten Strahler und die zweite Platte. So wird der Effekt, dass die Strahler kleiner werden, voll ausgenutzt.
In weiteren Ausführungsbeispielen sind die erste und die zweite elektrisch leitfähige Platte mittels einer Mehrzahl von Pfosten verbunden. Die Pfosten treten durch eine Oberfläche des ersten und des zweiten Strahlers hindurch. Die Pfosten der Mehrzahl von Pfosten sind demnach typsicherweise innerhalb einer senkrechten Projektion der zweiten Stirnseite des ersten bzw. des zweiten Strahlers angeordnet. In anderen Worten fußen die Pfosten auf der ersten und der zweiten elektrisch leitfähigen Platte. Die Pfosten stabilisieren die Antenne, wodurch diese größere mechanische Belastungen aushält.
Die Pfosten bieten aber weitere Vorteile in verschiedenen Ausführungsformen der Antenne.
Zunächst können die Pfosten elektrisch leitfähig sein, d.h. ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen oder aus diesem bestehen. Die Antennenimpedanz kann dann mittels der Pfosten angepasst werden. Dieser Vorgang ist auch als Antennentuning bekannt. So beeinflussen die Pfosten beispielsweise den Speisepunktwiderstand der Antenne und haben somit Einfluss auf die Frequenzen, die mit der Antenne bevorzugt abgestrahlt werden können. Weiterhin wird die Bandbreite der Antenne durch die Pfosten beeinflusst. Eine geschickte Positionierung der Pfosten kann somit die Abstrahlcharakteristik der Antenne im Vergleich zu einer Antenne ohne Pfosten nicht oder nur unwesentlich beeinflussen, mittels der Pfosten kann die Antenne aber darüber hinaus aber die beschriebenen Vorteile aufweisen. Vorteilhafterweise sind die Pfosten in diesem Fall elektrisch leitfähig. Dann bilden die Pfosten eine einen einstellbaren Parameter für die Antenne, durch die die o.g. Eigenschaften eingestellt werden können.
Ferner ist es vorteilhaft, die Pfosten symmetrisch anzuordnen um einen positiven Effekt auf die Abstrahlcharakteristik zu erhalten. Die symmetrische Anordnung der Pfosten heißt beispielsweise, dass ein Winkel zwischen benachbarten Pfosten für alle Pfosten der Mehrzahl von Pfosten gleich groß ist. Die Ebene, in der der Winkel gemessen wird, liegt vorteilhafterweise senkrecht zu der Richtung, in der die Strahler (sequenziell) angeordnet sind. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Pfosten der Mehrzahl von Pfosten die Abwesenheit einer elektrischen Verbindung zu dem ersten und dem zweiten Strahler aufweisen. Andernfalls würde mittels der elektrisch leitfähigen Pfosten eine elektrische Verbindung zwischen den elektrisch leitfähigen Platten und den Strahlern hergestellt, die nicht erwünscht ist. Weiterhin können die Pfosten hohl ausgeführt sein. Ist eine elektrische Komponente auf der dem zweiten Strahler abgewandten Seite der zweiten Platte angeordnet, kann eine elektrische Leitung durch einen Pfosten der Mehrzahl von Pfosten hindurchgeführt werden, um die elektrische Komponente zu kontaktieren. Die elektrische Leitung wird dann exzentrisch, also nicht durch das das Zentrum der Strahler, geführt, wodurch sich parasitäre Resonanzen bilden würden oder wodurch es zu einer Fehlanpassung der Antenne kommen kann, was sich jeweils nachteilig auf die Eigenschaften der Antenne auswirkt. Dadurch, dass die elektrische Leitung zur Kontaktierung der elektrischen Komponente exzentrisch geführt ist, werden diese Hochfrequenzeffekte verringert oder sogar vermieden. Somit bleibt die Abstrahlcharakteristik der Antenne (im Wesentlichen) erhalten, obwohl eine elektrische Leitung durch die Antenne hindurchgeführt ist. Die elektrische Komponente ist beispielsweise eine weitere Antenne, z.B. eine GPS-Antenne (GPS: Global Positioning System, dt.: globales Positionsbestimmungssystem) oder eine kollineare Antennenanordnung. Somit kann ein Antennenarray bzw. eine Multifunktionsantenne erhalten werden.
In den genannten Ausführungsbeispielen ist die Anzahl der Pfosten der Mehrzahl von Pfosten vorteilhafterweise mindestens drei. So treten die genannten Vorteile signifikant ein.
Die resultierende Antenne kann in einem Frequenzbereich zwischen 950MHz und 1275MHz betrieben werden. Ferner kann die Antenne einen Abstand von weniger als 60mm, bevorzugt weniger als 55mm, beispielsweise 51 mm zwischen der ersten und der zweiten Platte aufweisen. Eine Antenne mit der gleichen Charakteristik wäre ohne die beiden elektrisch leitfähigen Platten mindestens 76mm groß und damit ca. 50% größer (unter der Annahme eines störungsfreien bikonischen Dipols). Die Antenne kann als vertikal polarisierte Dipolantenne mit omnidirektionaler Abstrahlcharakteristik im Azimuth betrieben werden.
Die geringe Größe und die Unempfindlichkeit gegenüber weiteren Antennen, die unter- bzw. oberhalb der Dipolantenne angeordnet sind, macht die Dipolantenne zu einer idealen Multifunktionsantenne. Bekannte breitbandige Dipolantennen mit einer Inhomogenität in Längsrichtung strahlen unsymmetrisch ab, wenn sich in Ihrer Umgebung ein weiteres Objekt, z.B. eine weitere Antenne befindet. Die vorliegende breitbandige Dipolantenne strahlt jedoch weiterhin symmetrisch ab, auch wenn ober- und/oder unterhalb weitere Antennen angeordnet sind.
In Ausführungsbeispielen kann eine beliebige Auswahl der nachfolgenden nicht elektrisch miteinander verbundenen Komponenten der Antenne mittels eines Kunststoffs mechanisch verbunden sein: die elektrisch leitfähigen Platten mit dem jeweils angrenzenden Strahler (an der zweiten Stirnseite), beide Strahler (zwischen den ersten Stirnseiten), die Strahler mit den Pfosten. Als Kunststoff wird beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyoxymethylen (POM), Polyetherketone (PEEK), Polyethylen (PE) oder ein anderer, nichtleitender Kunststoff verwendet.
In Ausführungsbeispielen ist zwischen der ersten Stirnseite des ersten Strahlers und der ersten Stirnseite des zweiten Strahlers ein dielektrisches Material angeordnet. Dies ist vorteilhaft, da die mechanischen Stabilität der Antenne vergrößert wird und elektrische Überschläge bei Verwendung hoher Sendeleistungen vermieden werden. Mittels des dielektrischen Materials ergibt sich ferner eine zusätzliche Möglichkeit, die Antenneneingangsimpedanz einzustellen. Somit ist es möglich, die Antenne mittels des dielektrischen Materials alleine, oder bei Verwendung elektrisch leitfähiger Pfosten ergänzend zu diesen, die Antenneneingangsimpedanz einzustellen. Als dielektrisches Material kann z.B. Polytetrafluorethylen (PTFE, umgangssprachlich auch Teflon) verwendet werden.
Analog ist ein Verfahren zur Herstellung einer Antenne mit folgenden Schritten offenbart: Anordnen eines ersten und eines zweiten Strahlers zwischen einer ersten und einer zweiten elektrisch leitfähigen Platte derart, dass zwischen der ersten leitfähigen Platte und dem ersten Strahler die Abwesenheit einer elektrischen Verbindung besteht und dass zwischen der zweiten leitfähigen Platte und dem zweiten Strahler die Abwesenheit einer elektrischen Verbindung besteht, wobei sich der erste und der zweite Strahler zu einem Ende jeweils verjüngen und die verjüngten Enden sich gegenüberliegen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend
Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Seitenansicht einer Antenne in einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2: eine schematische Seitenansicht der Antenne in einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Fig. 3: eine schematische perspektivische Darstellung eines ersten und eines zweiten Strahlers der Antenne des Ausführungsbeispiels aus Fig. 2.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Antenne 20 in einer Seitenansicht. Die Antenne 20 weist einen ersten Strahler 22a und einen zweiten Strahler 22b auf. Die Strahler 22a, 22b sind jeweils ausgebildet, elektromagnetische Strahlung auszusenden und/oder zu empfangen. Beide Strahler 22a, 22b sind derart angeordnet, dass eine Verjüngung, die die Strahler 22a, 22b jeweils aufweisen, sich gegenüberliegt. Weisen die Strahler in zwei Richtungen eine Verjüngung auf, liegen sich die beiden schmaler zulaufenden Enden der Strahler gegenüber. Das Ende des jeweiligen Strahlers 22a, 22b wird als erste Stirnseite 24a, 24b bezeichnet, das gegenüberliegende Ende des jeweiligen Strahlers 22a, 22b als zweite Stirnseite 26a, 26b.
Die Strahler 22a, 22b sind zwischen einer ersten leitfähigen Platte 28a und einer zweiten leitfähigen Platte 28b angeordnet. D.h. die erste leitfähige Platte 28a befindet sich an der zweiten Stirnseite 26a des ersten Strahlers und die zweite leitfähige Platte 28b befindet sich an der zweiten Stirnseite 26b des zweiten Strahlers 22b. Zwischen den leitfähigen Platten 28a, 28b und den Strahlern 22a, 22b besteht die Abwesenheit einer elektrischen Verbindung. Zwischenräume 30a, 30b zwischen den Platten 28a, 28b und den Strahlern 22a, 22b können mit einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise einem entsprechenden Kunststoff, befüllt sein. So kann eine mechanische Verbindung zwischen den Strahlern und den Platten hergestellt werden. Ferner weisen beide Strahler die Abwesenheit einer elektrischen Verbindung zueinander auf. Hierzu kann in einem Zwischenraum 30c zwischen den ersten Stirnseiten 24a, 24b ebenfalls ein elektrisch isolierendes Material, beispielsweise ein entsprechender Kunststoff, angeordnet sein.
Die Strahler 22a, 22b bilden eine bikonische Antenne. Andere Formen sind jedoch ebenfalls möglich. Vorteilhafterweise weist die Antenne 20 oder zumindest die Strahler 22a, 22b eine Spiegelsymmetrie zu einer Spiegelebene 32 auf. Die Spiegelebene 32 verläuft vorteilhafterweise in der Richtung (y-Richtung), in der der erste und der zweite Strahler (sequentiell) angeordnet sind. Optional kann eine weitere Spiegelebene (nicht eingezeichnet) senkrecht zu der Richtung (y-Richtung), in der der erste und der zweite Strahler (sequentiell) angeordnet sind zwischen dem ersten und dem zweiten Strahler 22a, 22b, (also in x-Richtung) verlaufen.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Antenne 20 in einer Seitenansicht. Hier sind in den vormaligen Zwischenräumen nunmehr jeweils elektrisch nichtleitende Materialien in Form einer Zwischenschicht 30a‘, 30b‘, 30c‘ eingebracht.
Ferner weist die Antenne 20 eine Mehrzahl von Pfosten 34 (hier vier Pfosten 34a, 34b, 34c, 34d) auf. Die Pfosten 34 verbinden die erste elektrisch leitfähige Platte 28a mit der zweiten elektrisch leitfähigen Platte 28b. Zunächst handelt es sich hierbei um eine mechanische Verbindung um die Stabilität der Antenne 20 zu erhöhen. Die Pfosten 34 können elektrisch leitfähig sein. Dann bilden sie eine Belastung für die Antenne 20, so dass mittels Durchmesser und/oder Position der Pfosten die Antenne getunt (Tuning der Antenne) werden kann. In diesem Fall sind die Pfosten, wie in Fig. 2 gezeigt, symmetrisch angeordnet. Vorteilhafterweise stehen die Pfosten senkrecht zwischen der ersten und der zweiten leitfähigen Platte. Dies bietet die größtmögliche mechanische Stabilität und es wird einer andernfalls möglichen unsymmetrischen Wellenausbreitung vorgebeugt.
Ferner kann zumindest ein erster Pfosten 34a der Mehrzahl von Pfosten 34 innen hohl ausgeführt sein. Durch den ersten Pfosten 34a kann eine Leitung 36 geführt sein, die eine elektrische Komponente 38 (elektrisch) kontaktiert. Sind die Pfosten 34a elektrisch nichtleitend, ist es vorteilhaft, durch jeden der Pfosten eine elektrische Leitung zu führen, um eine unsymmetrische Belastung der Antenne zu vermeiden. Sind die Pfosten elektrisch leitfähig, sind die Leitungen für die Belastung der Antenne zu vernachlässigen.
Die elektrische Komponente 38 ist beispielsweise ein weiterer Strahler, so dass die Antenne 20 eine Multifunktionsantenne ist. Die Leitung 36 ist typischerweise eine Koaxialleitung. Die Leitung 36 kann durch ein entsprechendes Führungsrohr 36' hindurchgeführt sein. In dem Führungsrohr 36' können eine Mehrzahl von Leitungen geführt werden, beispielsweise auch eine Leitung zur Kontaktierung des ersten Strahlers 22a und des zweiten Strahlers 22b. Das Führungsrohr 36' ist beispielhaft zentrisch angeordnet. Es ist aber auch möglich, das Führungsrohr 36' exzentrisch anzuordnen, beispielsweise unterhalb des Pfostens 34a, durch das die Leitung 36 geführt ist. Die Leitung 36 kann dann durchgehend gerade geführt werden und braucht nicht um eine Kurve geführt werden.
Die Pfosten 34 weisen keine elektrische Verbindung zu den Strahlern 22a, 22b auf. An der Stelle, an der die Pfosten durch die Oberfläche des jeweiligen Strahlers hindurchtreten, weisen die Pfosten einen Abstand zu der Oberfläche des jeweiligen Strahlers auf. Der entstehende Zwischenraum kann auch mit einem nicht elektrisch leitfähigen Material befüllt werden, wie bereits die Zwischenräume 30a, 30b, 30c aus Fig. 1.
Fig. 3 zeigt die Strahler 22a, 22b der Antenne gemäß des Ausführungsbeispiels aus Fig. 2. Hier wird deutlich, dass die Strahler 22a, 22b in ihrer Oberfläche jeweils Öffnungen 40 aufweisen, durch die die Pfosten hindurchtreten können. Die Öffnungen 40 sind in ihrem Durchmesser etwas größer als die Durchmesser der Pfosten, damit die Pfosten die Strahler 22a, 22b nicht berühren bzw. damit ein Zwischenraum verbleibt, der mit einem elektrisch nichtleitenden Material gefüllt werden kann.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichenliste:
20 Antenne
22a, 22b Strahler 24a, 24b erste Stirnseite
26a, 26b zweite Stirnseite
28a, 28b elektrisch leitfähige Platte
30 Zwischenräume
32 Spiegelebene 34 Pfosten
36 Leitung
38 elektrische Komponente
40 Öffnung

Claims

Patentansprüche
1 . Antenne (20) mit folgenden Merkmalen: einem ersten und einem zweiten Strahler (22a, 22b), die jeweils ausgebildet sind, elektromagnetische Strahlung auszusenden und/oder zu empfangen, wobei sich der erste und der zweite Strahler (22a, 22b) jeweils verjüngen, wobei sich eine erste Stirnseite (24a) des ersten Strahlers (22a) an der Verjüngung des ersten Strahlers befindet und wobei sich eine erste Stirnseite (24b) des zweiten Strahlers (22b) an der Verjüngung des zweiten Strahlers befindet, wobei die erste Stirnseite (24a) des ersten Strahlers der ersten Stirnseite (24b) des zweiten Strahlers gegenüberliegend angeordnet ist; einer ersten und einer zweiten elektrisch leitfähigen Platte (28a, 28b), wobei die erste elektrisch leitfähige Platte (28a) an einer zweiten Stirnseite (26a) des ersten Strahlers angeordnet ist und wobei die zweite elektrisch leitfähige Platte (28b) an einer zweiten Stirnseite (26b) des zweiten Strahlers angeordnet ist; wobei zwischen der ersten leitfähigen Platte (28a) und dem ersten Strahler (22a) die Abwesenheit einer elektrischen Verbindung besteht und wobei zwischen der zweiten leitfähigen Platte (28b) und dem zweiten Strahler (22b) die Abwesenheit einer elektrischen Verbindung besteht.
2. Antenne (20) gemäß Anspruch 1 , wobei durch den ersten Strahler (22a) eine elektrische Leitung geführt ist, die den ersten und/oder den zweiten elektrischen Strahler (22b) an der ersten Stirnseite (24b) kontaktiert.
3. Antenne (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste elektrisch leitfähige Platte (28a) zumindest die zweite Stirnseite (26a) des ersten Strahlers vollständig bedeckt; und/oder wobei die zweite elektrisch leitfähige Platte (28b) zumindest die zweite Stirnseite (26b) des zweiten Strahlers vollständig bedeckt.
4. Antenne (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste und die zweite elektrisch leitfähige Platte (28a, 28b) mittels einer Mehrzahl von Pfosten (34) verbunden sind, die eine Oberfläche des ersten und des zweiten Strahlers hindurchtreten.
5. Antenne (20) gemäß Anspruch 4; wobei eine elektrische Komponente (38) auf der dem zweiten Strahler (22) abgewandten Seite der zweiten Platte (28) angeordnet ist; wobei eine elektrische Leitung (36) durch einen ersten Pfosten (34a) der Mehrzahl von Pfosten (34) hindurchgeführt ist, um die elektrische Komponente (38) zu kontaktieren.
6. Antenne (20) gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Pfosten (34a, 34b, 34c, 34d) der Mehrzahl von Pfosten (34) symmetrisch angeordnet sind.
7. Antenne (20) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Pfosten (34a, 34b, 34c, 34d) der Mehrzahl von Pfosten (34) die Abwesenheit einer elektrischen Verbindung zu dem ersten und dem zweiten Strahler (22a, 22b) aufweisen.
8. Antenne (20) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Pfosten (34a, 34b, 34c, 34d) der Mehrzahl von Pfosten (34) elektrisch leitfähig sind. Antenne (20) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Pfosten (34a, 34b, 34c, 34d) der Mehrzahl von Pfosten (34) innerhalb einer senkrechten Projektion der zweiten Stirnseite des ersten bzw. des zweiten Strahlers angeordnet sind. Antenne (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen der ersten Stirnseite (24a) des ersten Strahlers (22a) und der ersten Stirnseite (24b) des zweiten Strahlers (22b) ein dielektrisches Material angeordnet ist. Verfahren zur Herstellung einer Antenne (20) mit folgenden Schritten:
- Anordnen eines ersten und eines zweiten Strahlers zwischen einer ersten und einer zweiten elektrisch leitfähigen Platte (28a, 28b) derart, dass zwischen der ersten leitfähigen Platte (28a) und dem ersten Strahler (22a) die Abwesenheit einer elektrischen Verbindung besteht und dass zwischen der zweiten leitfähigen Platte (28b) und dem zweiten Strahler (22b) die Abwesenheit einer elektrischen Verbindung besteht, wobei sich der erste und der zweite Strahler (22a, 22b) zu einem Ende jeweils verjüngen und die verjüngten Enden sich gegenüberliegen.
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