WO2004073112A1

WO2004073112A1 - Breitband-monopol-antenne

Info

Publication number: WO2004073112A1
Application number: PCT/CH2003/000844
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Heyde; Carsten Dieckmann; Cenk Koparan; Eugen Spirig
Original assignee: Huber + Suhner Ag
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2004-08-26
Also published as: US7298346B2; CN1748341A; AU2003286082A1; CN1748341B; US20060055616A1; EP1593180A1

Abstract

Eine Breitband-Monopol-Antenne (10) mit einem scheibenförmigen Strahler (19), welcher senkrecht stehend in einer vorbestimmten Höhe (h) oberhalb einer ebenen, elektrisch leitenden Grundfläche (11) angeordnet ist, wird dadurch in seiner Breitbandigkeit verbessert, dass der scheibenförmige Strahler (19), ausgehend von der Form einer Kreisscheibe (14) oder elliptischen Scheibe (43) einen modifizierten Abschnitt (16) aufweist, der durch eine von der Kreisform bzw. Ellipsenform abweichende Randkontur (17, 18) begrenzt ist.

Description

BESCHREIBUNG

BREiTBAND-MONOPOL-ANTENNE

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der breitbandigen drahtlosen Kommunikation. Sie betrifft eine Breitband-Monopol-Antenne gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Breitband-Monopol-Antenηe mit einem scheibenförmigen Strahier in Form einer liegenden elliptischen Scheibe ist z.B. aus der Druckschrift US-A- 4,370,660 bekannt.

STAND DER TECHNIK

In den vergangenen zwei Jahrzehnten sind die Anwendungen der drahtlosen Kommunikationstechniken geradezu explosionsartig angestiegen. Dies hat dazu geführt, das sowohl Sprach- als auch Datendienste in den unterschiedlichsten Frequenzbändern übertragen werden. Für die mobile Sprachübertragung stehen im wesentlichen das 400-, 800-, 900-, 1800- und 1900-MHz-Band weltweit zur Verfügung. Mit der Einführung des UMTS-Standards (Universal Mobile Telecom- munication System) wurde der Frequenzbereich bis auf 2170 MHz erhöht. Als Alternative zu der Festnetztelefonie -Stichwort WLL (Wireless Local Loop) -wurde in den vergangenen Jahren in verschiedenen europäischen Ländern der Frequenzbereich zwischen 3400 und 3600 MHz freigegeben. Sollen hohe Datenraten übertragen werden, so kann dies heute drahtlos über die WLAN-Frequenzen (Wireless Local Area Network) geschehen. Für diese Anwendungen befinden sich die freigegebenen Frequenzen im 2,4- und 5,5-GHz-Bereich.

Um die Bereiche innerhalb von Gebäuden wie z.B. Geschäftshäusern, Flughäfen, Bahnhöfen, Tiefgaragen und Hotels effizient mit all diesen Diensten versorgen zu können, wäre ein ganzer Antennenwald nötig, wenn die einzelnen Antennen aus- schliesslich in den betreffenden Frequenzbändern funktionieren würden. Es besteht daher der Wunsch, diesen Anlennenwaid möglichst zu minimieren. Ziel ist es demnach, eine Antenne zu haben, die möglichst den Frequenzbereich 800 - 6000 MHz abdeckt und für den Einsalz innerhalb von Gebäuden (sog. „Inhousebereich") geeignet ist.

Eine aufgrund ihrer Einfachheit besonders geeignete Bauform einer Breitbandantenne ist die Monopol-Antenne. In dem Artikel von Xu Liang et al., "Low-Profiie Broadband Omnidirectional Monopole Antenna", Microwave and Optical Techn. Lett., Vol.25, No.2, April 2000, p.135-138, und dem Artikel von N.P.Agrawall et al., " Wide-Band Planar Monopole Antennas", IEEE Trans, on Antennas and Propa- gation, Vol.46, No.2, February 1998, p.294-295, wird unter anderem die Historie dieser Breitband-Monopol-Antenπen beschrieben. Der erstgenannte Artikel beschreibt rotationssymmelrische Monopole, während der zweitgenannte die Eigen- schatten von planaren Monopolen in Form einer runden bzw. elliptischen Scheibe zum Inhalt hat. Die planare Struktur hat dabei den Vorteil, dass sie wesentlich einfacher und somit koslengünslige zu realisieren ist. In der eingangs genannten Druckschrift US-A-4,370,660 ist bereits eine breitbandige Monopol-Antenne mit planerer elliptischer Scheibe vorgeschlagen worden, mit der in einem Frequenzbereich zwischen etwa 800 MHz und 4,5 GHz ein Steh- Wellenverhältnis (SWR) von weniger als 1 ,5 erreicht werden soll.

In der Druckschrift GB-A-2, 236,625 wird eine Breitband-Monopol-Antenne beschrieben, deren Strahler nach Art einer Mikrostreifenleitung mit zwei rechteckigen Leilerflächen auf gegenüberliegenden Seiten eines dielektrischen Substrats auf- gebaut ist. Mit dieser Antenne soll ein Bandbreitenverhältnis von besser als 1 :5 (Frequenzbereich zwischen 700 MHz und 4 GHz) für ein Spanπungs-Stehwellen- verhältnis (VSWR) von weniger als 2,5:1 erreichbar sein.

In der Druckschrift US-H-H2016 (U:S. Stalutory Invention Registration, angemel- det am 5. März 1986; veröffentlicht am 2. April 2002) ist eine breitbandige Monopol-Antenne in Form einer „Mono-Blade Antenna" offenbart, bei der ein einzelnes messerförmiges Strahlerelement oberhalb einer Grundfläche angeordnet ist. Mit einer solchen Antenne sollen Betriebsfrequenzen bis hinauf zu 8 GHz bei einem VSWR von weniger als 1 ,2:1 möglich sein.

Aus der Fig.1 des zweitgenannlen der oben erwähnten beiden Artikel ist zu entnehmen, dass die dort beschriebenen Antennen maximal von 3,75 -11 ,5 GHz ein VSWR < 1.5 erzielen. Dies entspricht nur einem Bandbreitenverhältnis von 1 :3,1. Wie bereits eingangs erwähnt, ist es jedoch wünschenswert, eine Antenne für den Frequenzbereich 800-6000 MHz zu erhalten, was einem Bandbreitenverhältnis von 1 :7,5 entspricht. Dabei soll für dieses Bandbreitenverhältnis durchgehend ein VSWR (Vollage Standing Wave Ratio) von <1.5 zu erreichen sein. DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Breitband-Monopol-Antenne zu schaffen, die in einem Frequenzbereich von wenigstens 800-6000 MHz einsetzbar ist bzw. ein Bandbreitenverhältnis von 1:7,5 aufweist, die für dieses Bandbreitenverhältnis durchgehend ein VSWR (Vortage Standing Wave Ratio) von <1 ,5 erreicht, und die insbesondere aufgrund eines einfachen und kompakten Aufbaus im Inhousebe- reich einsetzbar ist.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, als Monopol oberhalb einer elektrisch leitenden, ebenen Grundfläche einen scheibenförmigen Strahler einzusetzen, der ausgehend von der Form einer Kreisscheibe oder elliptischen Scheibe einen Ab- schnitt aufweist, der durch eine von der Kreisform bzw. Ellipsenform abweichende Randkonlur begrenzt ist. Während die zugrundeliegende Kreisforrn oder Ellipsenform ein kleines VSWR vor allem bis zu Frequenzen am oberen Ende des Frequenzbereiches gewährleistet, wird durch die Abweichung von der Kreisforrn bzw. Ellipsenform das Verhallen bei Frequenzen am unleren Ende des Frequenzberei- ches massgeblich verbessert.

Eine erste bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass er modifizierte Abschnitt eine rechteckige Randkontur aufweist. Dabei ist es möglich, dass der modifizierte Abschnitt ausschliesslich durch eine rechteckige Randkontur begrenzt ist, oder dass der modifizierte Abschnitt neben einer rechteckigen Randkontur weitere von der Kreisforrn bzw. Ellipsenform abweichende Randkonturen aufweist, wobei die weiteren von der Kreisform bzw. Ellipsenform abweichenden Randkonturen die Form von runden Ausbeulungen haben können.

Eine zweite bevorzugte Ausgestaltung der Antenne nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Abschnitt eine vieleckige Randkonlur mit von der Rechteckform abweichenden Ecken aufweist, wobei die vieleckige Randkontur insbesondere spitzwinklige Ecken und stumpfwinklige Ecken umfasst.

Bevorzugt liegt der modifizierte Abschnitt oberhalb einer Trennebene, welche parallel zur Grundfläche verläuft und den modifizierten Abschnitt vom übrigen Teil des Strahlers trennt.

Ebenfalls bevorzugt ist der scheibenförmige Strahler spiegelsymmetrisch zu einer auf der Grundfläche senkrecht stehenden Mittelebene ausgebildet.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass beim scheibenförmigen Strahler in der Millelebene auf der der Grundfläche zugewandten Seile ein Einspeisungspunkt zur Einspeisung des Antennensignals vorgesehen ist.

Die Einspeisung kann dabei über den zentralen Leiter eines Koaxialverbinders erfolgen, wobei der zentrale Leiter vom unterhalb der Grundfläche angeordneten Koaxialverbinder durch die Grundfläche zum Einspeisungspunkt geführt ist.

Es ist aber auch denkbar, dass die Einspeisung über ein Speisenetzwerk erfolgt, welches auf einer Seile der Grundfläche angeordnet ist, wobei das Speisenetzwerk Filierstrukturen und/oder aktive Elemente umfassen kann.

Die erfindungsgemässe Breitband-Monopol-Antenne deckt vorzugsweise ein Bandbreilenverhältnis von wenigstens 1:7,5 bei einem Spannungs-Stehwellenver- hältnis (VSWR) von kleiner 1 ,5 ab. Insbesondere deckt die Breitband-Monopol- Antenne einen Frequenzbereich von 800 bis 6000 MHz bei einem Spannungs- Stehwellenverhällnis (VSWR) von kleiner 1 ,5 ab.

Eine in der Praxis bewährte Ausgestaltung der erfindungsgemässen Antenne ist dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des scheibenförmigen Strahlers über der Grundfläche im Bereich zwischen 0,3 und 1 mm, vorzugsweise bei 0,5 mm, liegt. Desgleichen hat es sich bewährt, wenn der scheibenförmige Strahler die Grundform einer Kreisscheibe aufweist, deren Radius zwischen 30 und 70 mm, vor^¬ zugsweise bei etwa 50 mm, liegt.

Schliesslich hat es sich auch bewährt, wenn der scheibenförmige Strahler die Grundform einer stehenden oder liegenden elliptischen Scheibe aufweist, deren Verhältnis von Hauptachse zu Nebenachse zwischen 1 ,1 und 1,3 beträgt.

Damit die untere Betriebsfrequenz nicht in Richtung höherer Frequenzen verschoben wird, ist es von Vorteil, wenn die Grundfläche einen Mindesldurchmesser aufweist, welcher der Wellenlänge der untersten Betriebsfrequenz entspricht.

Es ist günstig, wenn die Grundfläche und der scheibenförmige Strahler aus einem elektrisch gut leitenden Material, vorzugsweise Aluminium oder Messing, bestehen, und wenn die Dicke der Grundfläche und des scheibenförmigen Strahlers wesentlich grösser ist als die Eindringtiefe des Skineffekts bei den Betriebsfrequenzen der Antenne.

Bevorzugt ist die Grundfläche kreisrund und weist einen Durchmesser von etwa 200 mm auf.

Um die Bauhöhe der erfindungsgemässen Antenne möglichst klein zu halten, ist es von Vorteil, wenn der scheibenförmige Strahler derart gekrümmt ist, dass sich die vertikale Länge des scheibenförmigen Strahlers gegenüber dem ungekrümmten Zustand verringert.

Eine bevorzugte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der gekrümmte scheibenförmige Strahler eine vertikale Länge im Bereich zwischen 0,2 und 0,35 λ aufweist, wobei λ die Wellenlänge der niedrigsten Betriebsfrequenz der Antenne bezeichnet. Des weiteren ist es von Vorteil, wenn die Krümmung des scheibenförmigen Strahlers oberhalb eines vorbestimmten Abstands vom unteren Rand des Strahlers einsetzt, und wenn der Abstand im Bereich zwischen 0,02 und 0,06 λ liegt, wobei Λ die Wellenlänge der niedrigsten Betriebsfrequenz der Antenne bezeich- net.

Günstig ist es auch, wenn die Krümmung des scheibenförmigen Strahlers eine Tiefe des Strahlers zur Folge hat, welche im Bereich zwischen 0,07 und 0,13 λ liegt, wobei Λ die Wellenlänge der niedrigsten Betriebsfrequenz der Antenne be- zeichnet.

Schliesslich können zur Verbesserung der Anpassung der Antenne Öffnungen im scheibenförmigen Strahler angeordnet ein. Diese Öffnungen können runde, elliptische, quadratische oder beliebig eckige Formen besitzen. Durch eine geschickte Anordnung dieser Öffnungen oder Durchbrechung kann die Anpassung der Antenne in bestimmten Frequenzbereichen des Betriebsbandes verbessert werden.

Auch ist es denkbar, dass zur Erhöhung der mechanischen Stabilität des scheibenförmigen Strahlers in die Flächen des Strahlers Sicken eingeformt sind.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

Die Ei findung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusam- menhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 in einer schematisierten Ansicht von vorn ein erstes bevorzugtes

Ausführuπgsbeispiel einer Antenne nach der Erfindung, bei welcher der scheibenförmige Strahler oberhalb einer Trennebene eine von der Kreisforrn abweichende Rechteckkontur aufweist; Fig. 2 in einer zu Fig. 1 analogen Darstellung ein zweites bevorzugtes

Ausführungsbeispiel einer Antenne nach der Erfindung, bei welcher der scheibenförmige Strahler oberhalb einer Trennebene eine von der Kreisform abweichende Kontur mit einem rechlecki- gen Abschnitt und zusätzlichen Ausbeulungen aufweist;

Fig. 3 in einer zu Fig. 1 analogen Darstellung ein drittes bevorzugtes

Ausführungsbeispiel einer Antenne nach der Erfindung, bei welcher der scheibenförmige Strahler oberhalb einer Trennebene eine von der Kreisform abweichende Kontur mit mehreren spitzwinkligen und stumpfwinkligen Ecken aufweist;

Fig. A in einer zu Fig. 1 analogen Darstellung ein viertes bevorzugtes

Ausführungsbeispiel einer Antenne nach der Erfindung, bei wel- eher der scheibenförmige Strahler oberhalb einer Trennebene eine von der Ellipsenform abweichende Kontur mit einem rechteckigen Abschnitt und zusätzlichen Ausbeulungen ähnlich Fig. 2 aufweist;

Fig. 5 in einer schematisierten Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel für eine Antenne nach der Erfindung, die zur Verringerung der Bauhöhe mit stückweise geraden Abschnitten gekrümmt ist;

Fig. 6 in einer zu Fig. 5 analogen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine gekrümmte Antenne mit kontinuierlicher einseitiger Kiümmung; und

Fig. 7 in einer zu Fig. 5 analogen Darstellung ein weiteres

Ausführungsbeispiel für eine gekrümmte Antenne mit kontinuierli- eher gegenläufiger Krümmung. WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Wenn als Beispie! eine Antenne für den Frequenzbereich 800-6000 MHz belrach- •tet wird, so entspricht dieser Frequenzbereich einem Bandbreitenverhältnis von 1 :7,5. Ziel der vorliegenden Erfindung war es, für dieses Bandbreitenverhältnis durchgehend ein VSWR (Vortage Standing Wave Ratio) von <1.5 zu erreichen. 1. Aus der Fig.1 des eingangs genannten Artikels von N.P.Agrawall et al., " Wide- Band Planar Monopole Antennas", IEEE Trans, on Antennas and Propagation, Vol.46, No.2, February 1998, p.294-295, ist zu entnehmen, dass die dort be- schriebenen Antennen mit kreisrunden (CDM) sowie liegenden (EDM1A) und stehenden (EDM1B) elliptischen Strahlern maximal von 3,75-11 ,5 GHz ein VSWR <1 ,5 erzielen. Dies entspricht nur einem Bandbreilenverhältnis von 1 :3,1. Die vorliegende Erfindung basiert nun auf der Erkenntnis, dass eine Modifikation insbesondere der oberen Hälfte solcher Antennen eine deutliche Verbesserung im unte- ren Frequenzbereich bewirkt. Einige der möglichen Formen der Modifikation können den Fig. 1 bis 4 entnommen werden.

Fig. 1 zeigt in einer schematisierten Ansicht von vorn ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Breilband-Monopol-Antenne nach der Erfindung. Die Breit- band-Monopol-Antenne 10 der Fig. 1 umfasst eine ebene, elektrisch leitende Grundfläche 11 , über der in einer Höhe h ein auf der Grundfläche 11 senkrecht stehender scheibenförmiger Strahler 19 angeordnet ist. Die Form des scheibenförmigen Strahlers 10 geht aus von einer Kreisscheibe 14 mit dem Radius a, die in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet ist. Unterhalb einer parallel zur Grundfläche 11 liegenden Trennebene 25 behält der Strahler 19 die Kreisform und bildet einen Kreisabschnitt 15. Oberhalb der Trennebene 25 weicht die Randkontur des Strahlers 19 vom Kreis ab und umschliessl einen modifizierten Abschnitt 16. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bildet die modifizierte Randkontur oberhalb der - Trennebene 25 ein Rechteck mit zwei rechtwinkligen Ecken 17 und 18. Der schei- benförmige Strahler 19 einschliesslich des rechteckigen modifizierten Abschnitts 16 ist spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht auf der Grundfläche 11 stehenden Mittelebene 20. Am Schnittpunkt der Miltelebene 26 mit dem (unleren) Rand des Kreisabschnitts 15 ist der Einspeisungspunkt 27 für den Strahler 19 vorgesehen. Die Einspeisung erfolgt über den zentralen Leiter 13 eines Koaxialverbinders 12. Der zentrale Leiter 13 ist dazu vom unterhalb der Grundfläche 11 angeordneten Koaxialverbinder 12 durch die Grundfläche 11 hindurch zum Einspeisungspunkt 27 geführt.

Fig. 2 zeigt in einer zu Fig. 1 analogen Darstellung ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Antenne nach der Erfindung. Die Breitband-Monopol-Antenne 29 der Fig. 2 ist weitgehend analog zur Breilband-Monopol-Antenne 19 der Fig. 1 aufgebaut, mit dem Unterschied, dass der modifizierte Abschnitt 16 der

Kreisscheibe 14 eine andere Randkontur aufweist. Die Randkontur umfasst in diesem Fall einen rechteckigen Abschnitt mit den rechtwinkligen Ecken 23 und 24 sowie zwei runden Ausbeulungen 21 , 22, die an beide Seilen des rechteckigen Abschnitts 23, 24 anschiiessen.

Fig. 3 in einer zu Fig. 1 analogen Darstellung ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Antenne nach der Erfindung. Die Breitband-Monopol-Antenne 39 der Fig. 3 unterscheidet sich deutlicher von der Breitband-Monopol-Antenne 19 der Fig. 1. Unterhalb der Trennebene 25 ist nur noch ein vergleichsweise schma- ler Kreisabschnitt 15 vorhanden, während der modifizierte Abschnitt 16 oberhalb der Trennebene 25 erheblich von der Form der Kreisscheibe 1 abweicht. Diese Abweichungen werden hervorgerufen durch zwei gegenüberliegende spitzwinklige Ecken 31 und 32 sowie eine in der Mittelebene liegende stumpfwinklige Ecke 33, so dass die modifizierte Kontur eher rautenförmig ist.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ähnelt der modifizierte Abschnitt 42 des Strahlers 49 der Breilband-Monopol-Anlenne 40 mit den rechtwinkligen Ecken 46, 47 und den Ausbeulungen 44, 45 dem modifizierten Abschnitt 16 aus Fig. 2. Da die zugrundeliegende Form eine stehende elliptische Scheibe 43 ist, ist der Ab- schnitt unterhalb der Trennebene 25 ein Ellipsenabschnitt 41. Analog kann auch eine liegende elliptische Scheibe (Hauptachse horizontal) als Ausgangspunkt für den scheibenförmigen Strahler genommen werden. Ist in Fig. 1 bis 3 der Flächeninhalt der gestrichelt gezeichneten Kreisscheibe identisch mit der Fläche der durchgezogen gezeichneten Strahlerformen, so sind die Resonanzfrequenzen ebenfalls nahezu identisch. Die untere Resonanzfre- quenz kann dann über folgende Beziehungen näherungsweise bestimmt werden:

3 2 f =- - GHz (a in cm). a

Diese Gleichung gilt nur dann, wenn die leitende Grundfläche 11 einen Mindesl- durchmesser von einer Wellenlänge bei der untersten Betriebsfrequenz hat. Wird der Grundflächendurchmesser unter dieses Mass verkleinert, so wird die untere Betriebsfrequenz in Richtung höherer Frequenzen verschoben. Die Grosse der Grundfläche beeinflusst ferner die Vertikaldiagramme, insbesondere am oberen Ende des Betriebsfrequenzbandes .

Bei den in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispielen wird die obere Hälfte einer Kreisscheibe modifiziert. Diese Modifikationen können ge äss Fig. 4 selbstverständlich auch auf eine liegende bzw. stehende elliptische Scheibe 43 angewendet werden, bei der das Verhältnis zwischen Haupt- und Nebenachse ungefähr 1,1 bis 1 ,3 beträgt. Grössere Werte dieses Verhältnisses führen zu einer verringerten Bandbreite.

Das Material der Grundflächen muss gut leitend sein. Vorzugsweise wird Aluminium oder Messing verwendet. Um weitere Verluste zu vermeiden, sollte die Dicke des Grundflächenmaterials wesentlich grösser als die Eindringtiefe des Skineffekies sein. Die Form der Grundfläche 11 spielt eher eine untergeordnete Rolle. Sie kann quadratisch, rund oder eckig sein. Vorzugsweise werden runde Formen bevorzugt, weil sie zu runderen Horizontaldiagrammen führen. Für die Material- und Dickenwahl des scheibenförmigen Strahlers 19, 29, 39, 49 gilt dasselbe wie für die Grundfläche 11. Die Höhe h des scheibenförmigen Strahlers 19, 29, 39, 49 über der Grundfläche 11 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,3 und 1 mm. Die Fläche des Strahlers 19, 29, 39, 49 kann auch gezielt durch Öffnungen 34, 35 (Fig. 4) durchbrochen werden. Diese Öffnungen 34, 35 können runde, elliptische, quadratische oder beliebig eckige Formen besitzen. Durch eine geschickte Anordnung dieser Öffnungen bzw. Durchbrechungen kann die Anpassung der Antenne in bestimmten Frequenzbereichen des Betriebsbandes verbessert werden.

In den Ausführungsbeispielen wird der Monopol bzw. Strahler 19, 29, 39, 49 über einen Koaxialverbinder 12 gespeist. Dies ist eine häufig verwendete Speiseart. Der Monopol kann aber auch über ein getrenntes Speisenetzwerk angesteuert werden, das auf der oberen oder unteren Seite der Grundfläche 11 angeordnet ist. Das Speisenetzwerk, welches beispielsweise auch Filterstrukluren oder aktive Elemente enthalten kann, verbindet das externe Interface (vorzugsweise Koaxial- verbinder) mit dem Monopol.

Die Bauhöhe der Disk-Anlenne aus dem o. g. Artikel von N.P.Agrawall et al., " Wide-Band Planar Monopole Antennas", IEEE Trans, on Antennas and Propaga- lion, Vol.46, No.2, February 1998, p.294-295, beträgt bei einem VSWR <1.5 ca. 62,5% der Wellenlänge der unteren Betriebsfrequenz (f=3,75 GHz). Umskaliert auf das vorliegende Beispiel von einer unleren Belriebsfrequenz von 800 MHz würde dies einer Bauhöhe von 234 mm entsprechen. Diese Bauhöhe ist für Antennen innerhalb von Gebäuden (Inhouse-Bereich) nicht akzeptabel. Für ein solches Einsatzgebiet muss daher die Bauhöhe deutlich reduziert werden. Diese Reduk- lion in der Bauhöhe wird bei der vorliegenden Lösung dadurch erreicht, dass die zuvor ebene Fläche des scheibenförmigen Strahlers (Monopols) 19, 29, 39, 49 zusätzlich gekrümmt wird. In den Fig. 5 bis 7 sind Ausführungsbeispiele für derartig gekrümmte Strahler in der Seitenansicht wiedergegeben.

Fig. 5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Breitband-Monopol-Anlenne 50 mit einem gekrümmten scheibenförmigen Strahler 59. Der gekrümmte scheibenförmige Strahler 59 weist eine vertikale Länge I auf. Die Krümmung des schei- benförmigen Strahlers 59 setzt oberhalb eines vorbestimmten Abstands b vom unleren Rand des Strahlers 59 ein. Die Krümmung des scheibenförmigen Strahlers 59 hat eine Tiefe c des Strahlers 59 zur Folge. Die Krümmung des Strahlers 59 in Fig. 5 ist nicht kontinuierlich, sondern setzt sich aus stückweise geraden Ab- schnitten zusammen. Der Strahler 69 der Breitband-Monopol-Antenne 60 aus Fig. 6 hat demgegenüber eine einseilige kontinuierliche Krümmung. Der Strahler 79 der Breitband-Monopol-Antenne 70 aus Fig. 7 hat schliesslich eine zweiseitige kontinuierliche Krümmung.

Die in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Formen sind lediglich bevorzugte Beispiele. Wichtig ist vor allem, dass die Flächen gekrümmt sind. Die eigentliche Form der Krümmung spielt eher eine untergeordnete Rolle. Die Slrahlerfläche kann zusätzlich zu der in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Krümmung auch in einer Ebene senkrecht zur Papierebene gekrümmt sein. Ferner können auch Sicken 36, 37 (Fig. 4) in die Flächen der Strahler 19,..,79 eingebracht (eingeformt) werden. Diese Sicken 36, 37 können die mechanische Stabilität des Strahlers erhöhen, insbesondere dann, wenn die Fläche durch Öffnungen 34, 35 in ihrer Festigkeil geschwächt ist. Grosse und Verteilung der Öffnungen 34, 35 und Sicken 36, 37 können in weilen Grenzen den jeweiligen Bedürfnissen angepasst werden. Fig. 4 gibt dafür lediglich ein Beispiel.

Für ein Bandbreilenverhältnis von ungefähr 1 :8 bei einem VSWR von <1 ,5 ist es von Vorteil, wenn gemäss Fig. 5 bis 7 folgende Masse eingehalten werden:

I = 0,2 - 0,35λ b = 0,02 - 0,06λ c = 0,07 - 0,13λ,

wobei λ die Wellenlänge der untersten Betriebsfrequenz bezeichnet, Abweichun- gen von diesen Werten schränken die Breitbandigkeit der Antenne ein. Beispiel:

Eine Antenne, die den Frequenzbereich von 800 - 6000 MHz mit einem VSWR <1 ,5 abdeckt, hat die folgenden Masse: I = 95 mm b = 16 mm c = 35 mm h = 0,5 mm a = 50 mm.

Als Strahlerform wird die Form gemäss Fig. 2 mit der Krümmung gemäss Fig. 6 gewählt. Die Grundfläche 11 ist rund und hat einen Durchmesser von 200 mm.

BEZUGSZEICHENLISTE

10,20,..,70 Breitband-Monopol-Antenne

11 Grundfläche

12 Koaxialverbinder

13 zentraler Leiter

14 Kreisscheibe

15 Kreisabschnitt

16 modifizierter Abschnitt

17,18 Ecke (rechtwinklig)

19, 29,..,79 Strahler (scheibenförmig)

21 ,22 Ausbeulung

23,24 Ecke (rechtwinklig)

25 Trennebene

26 Mittelebene

27 Einspeisungspunkt

31 ,32 Ecke (spitzwinklig)

33 Ecke

34,35 Öffnung

36,37 Sicke 41 Ellipsenabschnitt

42 modifizierter Abschnitt

43 elliptische Scheibe

44,45 Ausbeulung 46,47 Ecke (rechtwinklig) a Radius (Kreisscheibe) h Höhe l Länge (Strahier) b Abstand c Tiefe

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Breitband-Monopol-Antenne (10, 20, ..,70) mit einem scheibenförmigen Strahler (19, 29, 39,..,79), welcher senkrecht stehend in einer vorbeslimmten

Höhe (h) oberhalb einer ebenen, elektrisch leitenden Grundfläche (11 ) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Strahier (19, 29, 39, ..,79), ausgehend von der Form einer Kreisscheibe (14) oder elliptischen Scheibe (43) einen modifizierten Abschnitt (16, 42) aufweist, der durch eine von der Kreisform bzw. Ellipsenform abweichende Randkontur (17, 18; 21 , ..,24; 31 , ..,33; 44,..,47) begrenzt ist.

2. Breitband-Monopol-Anlenne nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Abschnitt (16, 42) eine rechteckige Randkontur (17, 18; 23, 24; 46, 47) aufweist.

3. Breitband-Monopol-Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Abschnitt (16) ausschliesslich durch eine rechteckige Randkontur (17, 18) begrenzt ist.

4. Breitband-Monopol-Anlenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Abschnitt (16, 42) neben einer rechteckigen Randkontur (23, 24; 46, 47) weitere von der Kreisfor bzw. Ellipsenform abweichende Randkonturen (21 , 22; 44, 45) aufweist.

5. Breitband-Monopol-Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren von der Kreisform bzw. Ellipsenform abweichenden Randkonturen die Form von runden Ausbeulungen (21, 22; 44,^' 45) aufweisen.

6. Breitband-Monopol-Anlenne nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Abschnitt (16) eine vieieckige Randkontur mit von der Rechteckform abweichenden Ecken (31 , ..,33) aufweist.

7. Breitband-Monopol-Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vieleckige Randkontur spitzwinklige Ecken (31 , 32) und stumpfwinklige Ecken (33) umfassl.

8. Breitband-Monopol-Antenne nach einem derAnsprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Abschnitt (16, 42) oberhalb einer Trennebene (25) liegt, welche parallel zur Grundfläche (11 ) verläuft und den modifizierten Abschnitt (16, 42) vom übrigen Teil des Strahlers (19, 29, 39,.. ,79) trennt.

9. Breitband-Monopol-Anlenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Strahler (19, 29, 39,..,79) spiegelsymmetrisch zu einer auf der Grundfläche (11) senkrecht stehenden Mitlelebene (26) ausgebildet ist.

10. Breitband-Monopol-Antenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim scheibenförmigen Strahler (19, 29, 39, ..,79) in der Mittelebene (26) auf der der Grundfläche (11 ) zugewandten Seite ein Einspeisungspunkt (27) zur Einspeisung des Antennensignals vorgesehen ist.

11. Breitband-Monopol-Anlenne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung über den zentralen Leiter (13) eines Koaxialverbinders (12) erfolgt, und dass der zentrale Leiter (13) vom unterhalb der Grundfläche (11) angeordneten Koaxialverbinder (12) durch die Grundfläche (11) zum Einspei- sungspunkt (27) geführt ist.

12. Breitband-Monopol-Antenne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung über ein Speisenelzwerk erfolgt, welches auf einer Seite der Grundfläche (11) angeordnet ist.

13. Breitband-Monopol-Antenne nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Speisenelzwerk Filterstrukturen und/oder aktive Elemente umfasst.

14. Breitband-Monopol-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitband-Monopol-Antenne (10, 20, ..,70) ein Bandbreilenverhältnis von wenigstens 1 :7,5 bei einem Spannungs-Stehwellenver- hältnis (VSWR) von kleiner 1 ,5 abdeckt.

15. Breitband-Monopol-Anlenne nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitband-Monopol-Antenne (10, 20, ..,70) einen Frequenzbereich von 800 bis 6000 MHz bei einem Spannungs-Slehwellenverhältnis (VSWR) von kleiner 1 ,5 abdeckt.

16. Breitband-Monopol-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) des scheibenförmigen Strahlers (19, 29, ..,79) über der Grundfläche im Bereich zwischen 0,3 und 1 mm, vorzugsweise bei 0,5 mm, liegt.

17. Breitband-Monopol-Anlenne nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Strahler (19, 29,..,79) die Grundform einer Kreisscheibe (14) aufweist, deren Radius (a) zwischen 30 und 70 mm, vorzugsweise bei etwa 50 mm, liegt.

18. Breitband-Monopol-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Strahler (19, 29, ..,79) die Grundform einer stehenden oder liegenden elliptischen Scheibe (43) aufweist, de- ren Verhältnis von Hauptachse zu Nebenachse zwischen 1 ,1 und 1 ,3 beträgt.

19. Breitband-Monopol-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (11) einen Mindestdurchmesser aufweist, welcher der Wellenlänge der untersten Betriebsfrequenz entspricht.

20. Breilband-Monopol-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (11) und der scheibenförmige Slrah- ler (19, 29, ..,79) aus einem elektrisch gut leitenden Material, vorzugsweise Aluminium oder Messing, bestehen, und dass die Dicke der Grundfläche (11) und des scheibenförmigen Strahlers (19, 29, ..,79) wesentlich grösser ist als die Eindringliefe des Skineffekls bei den Betriebsfrequenzen der Antenne.

21. Breitband-Monopol-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (11) kreisrund ist und einen Durchmesser von etwa 200 mm aufweist.

22. Breitband-Monopol-Anlenne nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Strahler (19, 29, ..,79) zur Verringerung der Gesamthöhe der Antenne derart gekrümmt ist, dass sich die vertikale Länge (I) des scheibenförmigen Strahlers (19, 29, ..,79) gegenüber dem ungekrümmten Zustand verringert.

23. Breitband-Monopol-Anlenne nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der gekrümmte scheibenförmige Strahler (19, 29, ..,79) eine vertikale Länge (I) im Bereich zwischen 0,2 und 0,35 Λ aufweist, wobei λ die Wellenlänge der niedrigsten Betriebsfrequenz der Antenne bezeichnet.

24. Breilband-Monopol-Antenne nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des scheibenförmigen Strahlers (19, 29, 39, ..,79) oberhalb eines vorbeslimmten Abstands (b) vom unteren Rand des Strahlers (19, 29, 39, ..,79) einsetzt, und dass der Abstand im Bereich zwi- sehen 0,02 und 0,06 Λ liegt, wobei λ die Wellenlänge der niedrigsten Betriebsfrequenz derAntenne bezeichnet.

25. Breitband-Monopol-Anlenne nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des scheibenförmigen Strahlers (19, 29, 39,..,79) eine Tiefe (c) des Strahlers (19, 29, 39, ..,79) zur Folge hat, welche im Bereich zwischen 0,07 und 0,13 λ liegt, wobei λ die Wellenlänge der niedrigsten Betriebsfrequenz der Antenne bezeichnet.

26. Breitband-Monopol-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Anpassung der Antenne in bestimmten Frequenzbereichen des Belriebsbandes Öffnungen (34, 35) im schei- benförmigen Strahler (19, 29, 39,.., 79) angeordnet sind.

27. Breitband-Monopol-Anlenne nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der mechanischen Stabilität des scheibenförmigen Strahlers (19, 29, 39,..,79) in die Flächen des Strahlers (19, 29, 39, ..,79) Sicken (36, 37) eingeformt sind.