SE511064C2 - Tvåbandsantenn - Google Patents

Description

15 20 25 30 511 064 Det ovan angivna huvudsyftet åstadkommes genom att matningsnätet är inrättat att mata mikrovàgseffekt i minst två separata frekvensband, inklusive ett första, relativt lågt frekvensband, och ett andra, relativt högt frekvensband, varvid en första patch är anordnad att utstràla mikrovågseffekt i nämnda första frekvensband och är försedd med en apertur för koppling mikrovågseffekt i nämnda andra frekvensband till en andra patch, varvid mikrovàgseffekten i nämnda första frekvensband matas från nämnda matningsnät via nämnda jordplansskikt till nämnda första patch, under det att mikrovågseffekten i nämnda andra frekvensband matas från nämnda matningsnät via i nämnda jordplansskikt och aperaturen i nämnda första patch till nämnda andra patch.

Således har den första patchen dubbel, operativ funktion, dvs den tjänar dels som strålande element, men även som ett kopplingselement för koppling, medelst sin apertur av mikrovàgseffekt från matningsnätet och jordplansskiktet till nämnda andra patch.

För att erhålla effektiv koppling är det fördelaktigt att anordna en tredje patch mellan jordplansskiktet och den första patchen, vilken tredje patch tjänar till att koppla mikrovágseffekten i nämnda andra frekvensband. Den tredje patchen bör vara av väsentligen samma storlek som den andra patchen, ehuru mindre än den första patchen.

Dubbelpolarisering kan åstadkommas i vartdera frekvensbandet.

Företrädesvis är aperturen korsformig med två korsande slitsar belägna vinkelrätt mot varandra, och de första och andra patcharna ska därvid vara centrerade i förhållande till mittpunkten för en korsformig apertur i jordplansskiktet.

Dessa och andra föredragna särdrag anges i efterföljande krav och kommer att framgå av nedanstående detaljbeskrivning. 2313456; 99-(23-29 10 20 25 511 064 Uppfinningen förklaras närmare nedan med hänvisning till bifogade ritning, som åskådliggör en föredragen utföringsform av uppfinningen.

Figur 1 visar i perspektivisk sprängvy ett antennelement med ett antal väsentligen plana patchar belägna ovanpå ett jordplansskikt med en korsformig apertur, ett matningsnät och ett undre eller bakre skärmande hölje; och Figur 2 visar antennelementet enligt figur 1 sett underifrån, varvid det undre skärmande höljet borttagits för tydlighets skull.

Det schematiskt i figur l visade antennelementet omfattar en patchkonstruktion med tre väsentligen plana patchskikt l, 2 och 3 belägna det ena över det andra och centrerade ovanför ett jordplansskikt 4, vilket tjänar som reflektor.

Jordplansskiktet 4 är tillverkat av ett elektriskt ledande material, exempelvis aluminium, och är försett med en centralt belägen, kors- eller kryssformig apertur med två inbördes vinkelräta slitsar 5a, 5b. Den kors- eller kryssformiga aperturen Sa, 5b exciteras av ett mikrostrip-matningsnät 6, som är etsat på ett substratskikt 7 placerat pà undersidan av jordplansskiktet 4.

Nedtill, dvs under eller bakom substratet 7, finns ett skärmande hölje 8 som tjänar till att förhindra mikrovàgsutbredning bakåt eller i sidled parallellt med ett plan motsvarande jordplansskiktet 4. Det skärmande höljet 8 är likaledes framställt av ett elektriskt ledande material, såsom aluminium, och är företrädesvis försett med uppåtriktade tungor eller vassa stift 8a, som sträcker sig genom motsvarande hål i substratet 7 och är förbundna med 10 20 30 511 064 jordplansskiktet 4, exempelvis genom lödda förbindningar motsvarande hålen i jordplansskiktet 4 (icke visade).

Patcharna 1, 2 och 3 är separerade från varandra medelst ett skummaterial (icke visat), exempelvis av det slag som benämnes ROHACELL med en permitivitet på ungefärligen 1,05.

Substratskiktet 7 är företrädesvis framställt av teflonmaterial, såsom DICLAD 527, med en tjocklek på 0,762 mm och en permitivitet pà 2,55.

Såsom är känt i och för sig är matningsnätet 6 försett med gaffelformiga matningselement 6a, 6b, vilka är vinkelräta mot varandra och mot tillhörande slitsar 5a, 5b i jordplansskiktet 4. Jämför även figur 2.

Enligt föreliggande uppfinning är matningsnätet 6 inrättat att mata mikrovågseffekt i två separata frekvensband, innefattande ett första relativt lågt frekvensband, t ex GSM-bandet 880-960 MHz och ett andra relativt högt frekvensband, exempelvis DCS- frekvensbandet 1710-1880 MHz.

I det lägre frekvensbandet matar matningselementen 6a, 6b mikrovågseffekt via slitsarna Sa, 5b (en vertikalt polariserad kanal och en horisontellt polariserad kanal) till den relativt stora strålpatchen 2, vilken utstrålar mikrovågseffekt i ett väldefinierat mönster (uppåt i figur 1). Vidare kommer matningselementen 6a, 6b likaledes att mata mikrovågseffekt i relativt höga frekvensbandet via slitsarna 5a, 5b i 9b i det andra, jordplanskiktet 4 och via en kryssformig apertur 9a, patch-skiktet 2 till den övre relativt lilla strålningspatchen 1.

För att åstadkomma effektiv koppling består den kryssformiga aperturen 9a, 9b av vinkelräta slitsar 9a och 9b, som är parallella med motsvarande slitsar 5a, 5b, ehuru de har 10 15 20 30 511 064 kortare längd. Vidare tjänar patchen 3, som är belägen mellan jordplansskiktet 4 och patchen 2, till att befrämja kopplingsverkan i det andra, relativt höga frekvensbandet.

Patchen 3 bör vara något större än eller väsentligen av samma storlek som stràlpatchen l, ehuru mindre än stràlpatchen 2.

I det visade utföringsexemplet är matningselementen 6a, 6b belägna i samma plan på undersidan av substratskiktet 7. Det är därför nödvändigt att anordna en luftbrygga vid korsningspunkten 6c för de båda matningselementen 6a, 6b.

Varje matningselement är uppdelat i två grenar med 509, vilka slutar i stubbar som bildar öppna kretsar. I båda frekvensbanden åstadkommes symmetrisk, kapacitiv avstämning med hjälp av korta sektioner 6aa, 6bb, vilka är något bredare än 30 mm framför respektive aperturslits 5a, 5b.

Den relativt stora strålpatchens 2 storlek och läge är valda för erhållande av goda prestanda i det undre frekvensbandet, varvid patchens 2 längd och bredd väsentligen motsvarar slitsarnas 5a och 5b längd. Patcharna l, 2, 3 behöver givetvis ej vara kvadratiska eller rektangulära, utan kan ha någon annan konfiguration, exempelvis cirkulär eller rombisk. För det fall dubbelpolarisering användes bör de vara symmetriska med avseende på en rotation om 90° eller en multipel därav.

Slitsarna 9a, 9b i stràlningspatchen 2 bör vara kortare än slitsarna Sa, Sb. Företrädesvis bör längden hos respektive slits 9a, 9b motsvara dimensionerna hos den relativt lilla stràlningspatchen l. Såsom nämnts ovan bör kopplingspatchen 3 vara något större än eller ungefärligen lika stor som stràlningspatchen l.

Vidare kan slitsarna 9a, 9b vridas med en vinkel, exempelvis 45°i förhållande till de längre slitsarna 5a, 5b.

\D 2313456; 99-(23-2 10 15 20 25 511 Û64 Det ska påpekas att den relativt stora strålningspatchen 2 fungerar som jordplan för den relativt lilla övre patchen 1.

Detta har verifierats genom praktiska experiment. Sålunda har man kunnat fastställa att strålningsmönstren från patcharna l och 2 är synnerligen likartade. Vidare är förhållandet mellan storleken på patchen 2 och jordplansskiktet 4 väsentligen detsamma som förhållandet mellan den lilla patchen l och den stora patchen 2. Det har också visat sig att det är möjligt att anpassa bredden på den utstrålade mikrovågsloben genom variation av bredden på respektive patch 1, 2.

Experiment har likaså bekräftat att det skärmande höljet eller lådan 8 minskar strålningen bakåt till väsentligen noll. Det är härvid väsentligt att höljet eller lådan 8 är direkt ansluten till jordplansskiktet 4. Alternativt kan detta åstadkommas medelst elektriskt ledande skruvar.

Praktiska experiment har likaså visat att det är möjligt att åstadkomma returförluster (return loss) på minst 15 dB i det undre bandet (GSM) i båda kanalerna. I det övre bandet (DCS) är returförlusterna större än 10 dB. Vidare var bandfbredden, för returförluster större än 10 dB, l4,3% kring 920 MHz och l4,7% kring 1795 MHz. Slutligen visade sig isolationen mellan de båda kanalerna i varje frekvensband vara större än 32 dB.

Antennen enligt uppfinningen kan modifieras inom ramen för efterföljande patentkrav. Antennen kan omfatta två eller flera antennelement i en rad eller i flera rader i ett matrisarrangemang. Vidare kan varje antennelement omfatta fler än två strålpatchar, som var och en strålar i ett specifikt frekvensband. Företrädesvis är frekvensbanden väl separerade från varandra, normalt med en oktav mellan intilliggande frekvensband. Såsom antytts ovan kan vidare dubbelpolariseringen vara linjär, såsom visas, eller cirkulär. 2313456: 99-03-29 511 064 Givetvis kan uppfinningstanken även tillämpas utan dubbelpolarisering. I så fall behöver aperturerna i jordplansskiktet 4 och i patchen 2 ej vara korsformig utan kan ha godtycklig, önskad konfiguration. 23l34se: E9-33-29

Claims (9)

20 I\) UI 30 511 064 PATENTKRAV

1. l. Aperturkopplad antenn, omfattande minst ett antennelement innefattande ett antal väsentligen plana, inbördes parallella strålande patchar (l-3), som matas med mikrovàgseffekt från ett matningsnät (6) via ett jordplansskikt (4) av ett elektriskt ledande material, kännetecknad av att - nämnda matningsnät (6) är inrättat att mata mikrovàgseffekt i minst två separata frekvensband, innefattande ett första relativt lågt frekvensband, och ett andra relativt högt frekvensband; och - en första patch (2) är anordnad att utstràla mikrovàgseffekt i nämnda första frekvensband och är försedd med en apertur (9a, 9b) för koppling av mikrovàgseffekt i nämnda andra frekvensband till en andra patch (l), varvid mikrovågseffekten i nämnda första frekvensband matas från nämnda matningsnät (6) via aperaturen nämnda jordplansskikt (4) till nämnda första patch (2), under det att mikrovågseffekten i nämnda andra frekvensband matas från nämnda matningsnät (6) via nämnda jordplansskikt (4) och aperturen (9a, 9b) i nämnda första patch (2) till nämnda andra patch (l).

2. Aperturkopplad antenn enligt krav l, kännetecknad av att en tredje patch (3) är placerad mellan nämnda jordplansskikt (4) och nämnda första patch (2), vilken tredje patch (3) tjänar till att koppla mikrovàgseffekt i nämnda andra frekvensband.

3. Aperturkopplad antenn enligt krav 2, kännetecknad av att nämnda tredje patch (3) är väsentligen av samma storlek som nämnda andra patch (l), ehuru mindre än nämnda första patch (2). 10 l5 20 25 30 511 064

4. Aperturkopplad antenn enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda matningsnät (6) är inrättat att mata nämnda mikrovàgseffekt med dubbelpolarisering i vart och ett av nämnda separata frekvensband, och nämnda apertur i den första patchen (2) är korsformig med två korsande slitsar (9a, 9b) som är inbördes vinkelräta, varvid de första och andra patcharna (2, 1) är centrerade i förhållande till centrumpunkten för en korsformig apertur (5a, 5b) i nämnda jordplansskikt (4).

5. Aperturkopplad antenn enligt krav 4, kännetecknad av att längden hos slitsarna (5a, Sb) i den korsformiga aperturen i jordplansskiktet (4) är större än slitsarnas (9a, 9b) längd i den korsformiga aperturen i den första patchen (2).

6. Aperturkopplad antenn enligt krav 4, kännetecknad av att nämnda matningsnät utgörs av ett plant mikrostripnät (6) med två separata matningselement (6a, 6b) inrättade att mata var sin av nämnda båda slitsar (5a, 5b) i den korsformiga aperturen i nämnda jordplansskikt (4).

7. Aperturkopplad antenn enligt krav 4, kännetecknad av att en làdliknande, avskärmande metallstruktur (8) är belägen pà den sida av jordplansskiktet (4) som är vänd bort från nämnda första patch (2), vilken ládliknande, avskärmande metallstruktur (8) är centrerad i förhållande till den korsformiga aperturen (Sa, 5b) i nämnda jordplansskikt (4).

8. Aperturkopplad antenn enligt krav 1, kännetecknad av att en centrumfrekvens hos nämnda andra frekvensband är väsentligen en oktav högre än en centrumfrekvens hos nämnda första frekvensband.

9. Aperturkopplad antenn enligt krav 8, kännetecknad av att nämnda centrumfrekvens i nämnda första frekvensband ligger i \0 2313456; 99-03-2 511 064 10 området 800-900 MHz medan nämnda centrumfrekvens i nämnda andra frekvensband ligger i området 1800-1900 MHz. 23l34Se; 99-02-29