SE528148C2 - Cirkulär antenn - Google Patents

Description

528 148 Z jordplan. Signalen som skall utsändas kopplas till antennelementet och jordplanet kopplas till signalens returledare eller jord. Då antennen har ett jordplan på en sida kan denna Sldß placeras på iöreml utan att det nämnvärt påverkar dess funktion och prestanda. Nackdelen är att dess yta blir relativt stor. En konventionell cirkulär patcharnenns diameter motsvarar ca V2- våglängd för den lägsta 'frekvensen som kan utstrålas, vilket lör en antenn för 1 GHz motsvarar 17 cm. Det leder till att den blir klumpig och stor, speciellt för fiekvenser under l GHz. Detfinnsdocknågrabefimfigametoderattminskastorlekenpåenpatchantenn. Ettsâtt är att även ansluta en elektrisk ledare mellan antennelementet och jord. Dessa antenner brukar benämnas PIFA-antenner (Planar Inverted F Antenna) En PIFA antenn ansluts med både radiosignal och jord. Dessa ansluts vid antennelementets kant vilket även är jordplanets kant. Frekvensen för antennen dvs resonansfiekvensen bestäms av antennens längd. Antennens elektriska längd skall ungefir vara 'A-våglängd av önskad fi-ekvens. För att anpassa antennen till radiosändare/mottagare kan avståndet mellan anslutníngspunktema lör radiosignal och jord ökas eller minskas så att systeminmedansen 50 ohm uppnås. En vanlig PIFA-antenn lmr två egenskaper som gör att den inte kan användas som ersättning för sprötantermer. Då antennen i allmänhet måste anslutas vid jordplanets kant kommer den att pâverkas av placeringen av antennen. Om anslutningarna placeras mera ænnahpåjordphnetärmnenmnwåraümpassafiflflohnfilkdwnfigtvisärmömkvârd impedans lör en antenn. En PIFA-antenn ger också en polarisatíon som går längs jordplanet.

Den är således vinkelrät till den polarisation som sprötantenner ger. Detta är den viktigaste anledningen till att inte en normal PIFA kan användas som ersättning till sprötantenner.

Denna uppfinning löser problemen med polarisationen samt impedansanpassningen av en PIFA antenn.

För att ktmna generera ett elektromagnetsikt tält som både är rundstrålande och har en polarisation som är vinkelrät till jordplan måste antennen stråla ut radiosignalen med en speciell grupp av nroder. Det är TMOx moder. Den mod som ger lägst fi-ekvens är TM02 moden. Genom att utforma antennclementet och dess matning på korrekt sätt kan denna moden exciteras med god effektivitet.

Tidigare kända trtfliringsfonner âr beskrivna i ”A Circular Patch Antenna for Radio LAN's” avY. J. Goum. fl. De använder encirkulår skivasomansluts med en ledare ett stycke fiån antennenens centrum. Med deras metod blir antennen ca 2 ggr så stor som den aktuella uppfinningen.

En annan uttöringsíbrm finns beskriven i ”Shorting-Pín Loaded Annular ring Microstrip Antenna” av Guangping Zhou. Där används en cirkulär skiva med ett centrerat och cirkulart hål med en radie som är hälften av skivans radie. Som elektrisk anslutning används två jordledare och en ledare till radiosändaren eller mottagaren. Avståndet mellan signal och den närmaste jordledaren styr impedansanpassningen och avståndet till jordledaren längre bort ger resonansfiekvensen. Denna antenn har också en diameter av l/4-våglängd men behöver tvâ elektriska ledare som ansluter mellan antennelementet och dess jordplan på två skilda ptmkter.

En generell beskrivning av církulära antenner finns beskriven i ”Two-Port Higher Mode Circular Mícrostríp Antennas” av Rodney G. Vaughan. Han beskriver de olika strålningsmoderna och justerar resonansfiekvens med ändring av diameter på en centralt placerad jordledare. 528 148 's Redogörelse för uppfinningen Föreliggande uppfinning ger en antenn med liknande egenskaper som *Kf-Vågssl-'lföf m” h" avsevärt mindre lmgd och oberoende av ett jordplan. Antennen har ett inbyggt gordplan med ett väl definierat avstånd till antennelementet vilket gör att antennen kan placeras godtyckliga fiiremål. En punkt på antennelementet ansluts med en elektrisk ledare till radiosändaren/mottagaren och en annan punkt på antennelementet ansluts med en eller flera elektriska ledare till jordplanet. Antennen är således kortsluten till jord vilket minskar problem med statisk elektricitet.

Ett antennelement utformas som en cirkulär skiva av elektriskt ledande material som placeras ett stycke ovan ochparallellt till ett jordplan som är lika stort eller större än antennelementet.

Två olika punkter på antennelementet ansluts med elektriska ledare där en av punketna ßrbinds till jordplanet och den andra punkten flirbinds till radiosändaren/mottagaren.

Antennelementet skall ha en diameter som rnotsvarm' den elektriska längden av omkring 1/4- vågmgd ßr den aktuella fi-ekvemen. Antennelementet skall ha minst ett hål med godtycklig form, storlek och placering.

Anslutningen till antennen kan utformas som en transmissionsledare med en impedans mellan 10 och 300 ohm. Transmissionsledaren kan ha olika mtörmdefonner, vanliga typer är koaxialledare och par-ledare. Transsmissionsledaren placeras med fördel vinkelrät till antennelementets plan och fiån en position i närheten av centrumpunkten och ansluts till det underliggande jordplanet :md dess radiosändare eller niottagare.

Antennelementet behöver inte ha den fysiska diametern av l/a-vâglängd. Antennelementet kan modifieras för att minska den fysiska storleken med bibehållen elektrisk längd. Exempel pá dettaüattvikadenytuekantenellerattutformaantemtenmed fleravikningar. Detären filrdel att modifieringen av antennelementets fimn :mors cirkulart omkring centrumptmkten.

Med hjälp av olika storlek, position och form pâ hålet/hålen i antennelementet kan antennens impedans justeras. Små hål i antennelementet kommer inte att nämnvàt påverka antennens egenskaper. För att erhålla en signifikant liirändring av antennens impedans bör hâlets omkrets vara längre än l/8-våglängd. Ett W med simifikant storlek placeras med fördel på så sätt att den elektriska anslutning lör radiosignalen placeras på en sida om hålet och den elektriska anslutningen till jordplanet placeras i närheten av en position på motstående sida till rñmnda hål.

Figurbesklivning: Figur I visaretttvärsnitt genomdetcirkirlâraantennelementet därdetfirmsetteentrerathål och där anshnningsptmkterna lör jord och radiosignal har placerats på var sin sida om hålet. 2 visar ett tvärsnitt genom det cirkulära antennelemnetet vars kant är nedvíkt lör att minska den fysiska storleken. Här är hålet inte centrerat och radiosignalen går igenom hålet och ansluts på motstâende sida om anslutningen av jord. 528 148 <1 Figur3 visarendastamennelememetmedeüænuahphcerathåldärencennaltplaoerad transmissionsledare av koaxial typ ansluts av tvâ elektriska ledare åt olika håll fiån hålets centrum Figur4 visarettantennelementmedetticke centrerathålmenmedencentrerad transmissionsleclare av koaxial typ där de två olika ledarna ansluts åt olika håll sett fi-ån hálets centrum.

FigurSvisarettantennelementliknandedenifigur4menniedenvyfiånsidan.

Figuróvísarettantennelement somanslutsmedtvåledarepåvar sinsidaomettrektangulärt hål.

Föredragna utföringsformer Med hänvisningtill figur 1 visasetttvärsnitt genomcentrlunavarrtemrelementet (11) som ligger ett avstånd (20) ihuvudsak parallellt till ett jordplan (10) då jordplanet har godtyßkliâ form och är lika stort eller större än antennelementet. Autemrelementet och jordplanet är separerade av enelektarisk isolatoroehkanbeståav luft, plaster, keramer ellerandratyperav isolatorer. I det cirkulära antennelementet har ett hål (12) av godtycklig form placerats och dess position, storlek och form kommer att påverka antennens impedans. Antennens resonansfiekvens bestäms av antennelementets storlek. Till antennelementet ansluts radiosändarens /mottagarens (13) signal via en eller flera elektriska ledare (14) till en och samma punkt (15) på autennelementet. Till antennelementet ansluts även en eller flera elektriska ledare (16) fiånjordplanet till en och samma punkt (17).

Antennelementet kan också utformas med dess kanter vikta för att minska dess fysiska storlek men behålla dess eleldriska storlek och därmed samma fimktion som antennelement i figur l ilppnâr. Figur2 visaretttvärsnitt av ett antennelementet somharkantermviktanernrot jordplanet. Längden på den del av vikningen som är vinkelrät till jordplanet och antennens plan fir inte överstígaantennensradie. Figur2visarhuretthål(l2)harplaeeratspåen position från antennens centrum och anslutning av radiosignal (15) och jord (17) är placerade på olika sidor om hålets centrum Figur 3 visar endast antennelementet och de elektriska signalerna ansluts till antennelementet via en transmissionsledare av koaxial typ där ytterledaren (19) ansluts till anslutningspunkt (17) och dm inre ledaren (21) ansluts via elektrisk ledare till anslutningspxmkten (15) på antennelementet. Ledama ikoaxialkabeln är isolerade med en elektrisk ísolator (l 8).

Figur 4 visar hur den elektriska anslutningen kan ske fiån en centralt phoerad transmissionsledare av koaxial typ där hålet (12) i antennelemeritet inte är centrerat. Den koaxiala transmissionsledaren kan vara en elektrisk koaxialkomakt av godtyckligtyp.

Exempel pá koaxiala komaktdonstyper är SMA, FME, BNC, TNC, SMB, etc.

Figur 5 visar en vy av figur 4 sedd från sidan. Mittledaren i koaxialkabeln (21) ansluts till anslutningspunkten (15) via en elektrisk ledare (22) som i huvudsak ligger i samma plan som antennelementet. 528 14-8 S' Fi 6 visar antennelementet med ett centralt placerat rektangulär* hål (nl Signalern? fi-ån rašligsändare/mottagare och ÉOfdI-Jïflmt ansluts i de två Punkterna 0.5) Och (lnfiålà “käre Storleken på hålet och dess form kommer at: bestämxm mltennellfl 1119032115- dock vara av godtyckhg fOrm fiïl' att “PPflå Samma egenskaper “h hgger mom uppfinning

Claims (1)

1. 528 Jlyêå Q Patøntkmv 1) Anænnfilleliuñdlöstkommunikafionssystemmedmvásentfigtcülnflm mennelemeut av elcktrisktledandematerialdünlmndaantennelementhaen diametersomihxvudsakülíkamedellamindreânys-våglángd, placaqettavstånd ovan och i lauvudsakparallellttíll ett jordplan av eiektriskt ledande matenal, _ kaunawhudavaumænneiememetharminsææmlavgodtyckfigformplqww ochstorleksamtaltenellerflmelekuiskaledarefiânjordplanetáranslumaullen pmktpåunamelemmtetocháttmellaflemelekuiskaledarefiån radifiarm/mottaßanslutsfillenaxmanpunktpåantennelemelltflt 2) Amemenlígthwlßñxlnetechmdavaümhnmingsleduemmelløgjordphnetooh amennelementetförlfiggsimvudsakvinkekitüflnämndaplmochxnârhetenav oemnm 3) Antemgorfligtluavzíecknadavattmshxtníngsledarnalmfoxmassomm 4) Amennenligthavlkâmætecknadavatttmsmissionsleduenüavkoaxialtyp. 5) Amamenlígthavïkâmeæcknadavauumsmissíonsledmenbestâravenkoaxial kontaktavgodtycklígtyp. _ 6) Amemenfigtluavzweclmadavauumsmissionsledarenärutfozmadsomtvân huvudsakparallellaledare. 7) AmemenligtkravLåecknadavatthâlotiunennelementetplaoezasßaitdm skâravontânkträtlíxljemellandetvâanslutxñngspunkternapånâmnda 8) Amennenfigtkravlkñnnøtecknadavauhfletiamemclememetharenomkrotssom överstigerI/S-vâglfi 9) Antennenfigtkravmcâmøtæknadwmyuerkæltenpâmtemlelememetârvüdoch breddenpânámndavikningärnfindreândencühfläraantemelementetsmdic. lmmmenligthavlßânneteckmdavaummelememetharflcmvíhángusomi mvudsakárcirkmflârtuüormadeomln-íngåelememetsoennnnn. lßmennenligthavlkâmetecknadavauetthålmedomkretsöversfigandeflß placerasíckecenttmatpåmxtellnelemenntet. I2)$euligtkravl0,@ecknadavatthâletskärentânkträtünjemellandetvâ I3)Antenn enligt krav 11, kmnetedmad av att anslutningsledarna mellan jordplanet och antmmelememaßrlâggsihuwdsakvinkekâttüllnâmndaplmochinàrhwenav antåscentrum. l4)Anmennenfigtkravl3,kânmetedmadavaflmsllmñngsledunaunfoxmassomen transmissionsledaremedenimpedansmcllanwocmwohm