WO2012143180A1 - Antennenvorrichtung - Google Patents

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WO2012143180A1
WO2012143180A1 PCT/EP2012/054242 EP2012054242W WO2012143180A1 WO 2012143180 A1 WO2012143180 A1 WO 2012143180A1 EP 2012054242 W EP2012054242 W EP 2012054242W WO 2012143180 A1 WO2012143180 A1 WO 2012143180A1
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WO
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radiators
antenna device
radiator
mirror
plane
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/054242
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Inventor
Heiko Braun
Dorothea STURTZ
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/26—Turnstile or like antennas comprising arrangements of three or more elongated elements disposed radially and symmetrically in a horizontal plane about a common centre
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/15—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for use during transport, e.g. by a person, vehicle or boat
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/242—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
    • H01Q1/243—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use with built-in antennas
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • 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
    • H01Q9/285—Planar dipole

Definitions

  • the invention is based on an antenna device according to the preamble of claim 1.
  • an antenna device for a handheld location device with four area radiators, which are formed to a mirror plane at least substantially mirror-symmetrical, has already been proposed.
  • the invention is based on an antenna device, in particular for a handheld location device, with at least two area radiators, which are formed to a mirror plane at least substantially mirror-symmetrical.
  • a "surface radiator” is to be understood as meaning a part of an antenna which is intended to radiate at least part of an electromagnetic wave and which has a ratio of a length to a width which is less than 8, preferably less than 6, particularly preferably is smaller than 4.
  • the surface radiator is preferably made of a material which appears expedient to the person skilled in the art, but advantageously of a coating and / or particularly advantageously of a sheet metal part which is in particular curved be applied by means of a physical and / or chemical vapor deposition, painting, spin coating, spray coating and / or sputtering, in particular on a radiator support and / or on a dielectric.
  • the surface radiators are unconnected with each other, that is in particular isolated from each other.
  • the surface radiators could be connected to one another by capacitors, coils and / or advantageously resistors, advantageously in places where a distance between the surface radiators is the lowest.
  • Micro plane is to be understood in particular as a plane to which the at least two area radiators are arranged and shaped at least substantially mirror-symmetrically.
  • the area radiators are preferably mirror-symmetrical to two mirror planes.
  • the term “at least substantially” should be understood to mean that at least 50%, advantageously at least 75%, particularly advantageously at least 90%, of a volume of the surface radiators is arranged and shaped mirror-symmetrically be understood, on which an electrical energy is applied to the surface radiating means by means of a particular shielded conductor and in particular from which in a Receive an electrical energy by means of the particular shielded conductor is derived.
  • the term “remote outside” is to be understood as meaning an area of the area radiator which is spaced furthest from the plane of the mirror
  • Antenna device a high antenna gain, a wide bandwidth, low reflections on a DUT and a particularly low capacitive coupling between the feed point can be achieved.
  • the surface radiators are provided to emit an electromagnetic wave in a differential feed, at least substantially parallel to the mirror plane, as a result of which a transmission and reception characteristic which is advantageous for locating can be achieved.
  • a "differential feed” is to be understood in particular as meaning that the feed points of the area radiators in at least one
  • the area radiators radiate similar to a dipole antenna, but in contrast to a dipole antenna are fed on the outside.
  • the phrase "parallel to the mirror plane" is to be understood to mean that the surface radiators have an antenna pattern whose differential maximum is aligned at least substantially parallel to the mirror plane in a differential power supply
  • the main maximum of the antenna pattern of the surface radiators is substantially perpendicular
  • the main maximum of the antenna pattern of the area radiator is at least substantially parallel to a perpendicular of the ground plane.
  • the electromagnetic wave has at least a frequency between 100 MHz and 20 GHz, advantageously between 500 MHz and 10 GHz, particularly advantageously between 3 GHz and 7 GHz.
  • the area radiators in the frequency range at least partially have a gain greater than 3 dBi, particularly advantageously greater than 6 dBi. Under “radiate” should be understood in particular send out.
  • the antenna device comprises at least four area radiators, whereby structurally simple several different signals can advantageously be transmitted and received.
  • the antenna device has at least eight area radiators for emitting at least four different polarizations and / or frequencies.
  • radiator pairs each form a radiator pair and the radiator pairs have different, in particular mutually independent polarizations, whereby different measuring objects, in particular thin wires, can advantageously be located.
  • a "pair of emitters” should be understood to mean, in particular, two surface emitters excited in at least one operating state, the surface emitters of a pair of emitters being differentially excited, the surface emitters advantageously having a specific antenna characteristic, in particular with a main maximum parallel to the mirror plane a "polarization" is intended in particular an alignment with a particular Time and / or a change in an electrical component of the electromagnetic wave to be understood.
  • the radiator pairs radiate into two different polarizations which differ by more than 60 degrees, advantageously more than 75 degrees, particularly advantageously 90 degrees.
  • the area radiators could emit a circularly polarized electromagnetic wave.
  • the area radiators have at least partially curved radiator surfaces, as a result of which an advantageous transmission and reception characteristic can be achieved.
  • “Arcuate” is understood to mean that the radiating surfaces form a particularly convex arc in a plane which is aligned parallel to the main maximum of the antenna pattern of the surface radiators
  • the radiating surfaces have tangents which include an angle facing the radiator surface which is less than 150 Degrees, preferably less than 135
  • a “radiator surface” is to be understood as meaning, in particular, a surface of the planar radiator pointing in the direction of the main maximum of the antenna pattern of the surface radiator.
  • the area radiators have an at least partially curved outer edge, as a result of which an advantageous transmission and reception characteristic is possible.
  • the outer edge which in particular limits the radiator surface, to at least 25%, advantageously 40%, particularly advantageously 60%, of their total length has a shape that is different from a straight line.
  • the curved outer edge is convexly shaped in the direction of extension.
  • at least one even number of surface radiators has an at least partially curved outer edge.
  • the antenna device comprises at least one mass body with a ground plane on whose plane the area radiators are at least partially arranged, whereby an antenna with an advantageously high antenna gain and an advantageous
  • the term "mass area” is intended to a preferably flat extension of the electrically conductive mass body are understood, which is at least as large as the radiator surface of the surface radiator.
  • the mass body is designed as a layer which appears to be suitable for a person skilled in the art and / or as a grid, but advantageously as a copper layer of a printed circuit board.
  • the term “at least partially” is to be understood in particular to mean that the area radiator touches and / or intersects a plane spanned by the mass surface
  • the term "at least substantially perpendicular” should be understood in particular to mean that the radiator surface is at a perpendicular to the antenna
  • Ground surface in at least one area has an angle less than 30 degrees, advantageously none than 15 degrees.
  • a "radiator surface area” is to be understood as meaning, in particular, a surface which forms at least part of the radiator surface and in particular comprises further surfaces which adjoin without edges.
  • the surface radiators are arranged at the feed points at least on the plane of the ground plane, whereby an advantageous adaptation of the antenna and an advantageous transmission and reception characteristic can be achieved.
  • at least on one level of the ground plane should be understood in particular that the feed points are arranged on the plane of the ground plane and / or in particular on a side facing away from the main maximum of the antenna pattern of the surface radiating side of the ground plane.
  • the antenna device has a radiator support which is provided to fix the surface radiators spaced relative to a ground plane.
  • a "radiator carrier” is to be understood in particular as meaning a frame and / or a component having a carrier surface which has a mechanical connection to the surface radiator and the ground surface. carrier connected.
  • the radiator support is intended to influence by its dielectric property an antenna characteristic, whereby in particular a focusing of the emitted electromagnetic waves can be achieved.
  • the radiator support is at least partially formed by a plastic injection molded part.
  • the invention is based on a hand-held device with an antenna device according to the invention.
  • a "hand-location device” is to be understood as meaning, in particular, a device for determining at least one item of information about a position of a distant, invisible and / or advantageously concealed object,
  • the hand-held locating device is intended to be an electrical line, a water line, a beam and / or. to locate another object in a wall, ceiling, and / or other solid object.
  • FIG. 2 shows the antenna device from FIG. 1 in a first exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic section of the antenna device from FIG. 1
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of the antenna device from FIG.
  • FIG. 5-7 further embodiments of the antenna device of Figure 1 with differently shaped surface radiators. Description of the embodiments
  • FIG. 1 shows a handheld location device 12a with an antenna device 10a according to the invention, a computing unit 42a, a display 44a and rollers 46a.
  • an operator moves the handheld location device 12a by means of the
  • Casters 46a via a body, not shown, in particular a wall.
  • the antenna device 10a sends electromagnetic waves into the body and receives reflections from measuring objects arranged in the body, for example from cables, water pipes and / or wooden beams.
  • the arithmetic unit 42a determines a position and / or a distance of the measurement objects from the antenna device 10a and displays them on the display 44a depending on a traveled distance.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the antenna device 10a.
  • the antenna device 10a has four surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a, a mass body with a ground surface 36a and a radiator support 40a.
  • FIG. 2 shows a capacitive field during operation.
  • Each surface radiator 14a, 16a, 18a, 20a has a radiator surface 32, which is formed by radiator surfaces of the other of the surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a separately.
  • Two of the area radiators 14a, 16a form a first radiator pair
  • the area radiators 18a, 20a form a second radiator pair 30a.
  • the area radiators 14a, 16a of the first radiator pair 28a are mirror-symmetrical to a first mirror plane 22a.
  • the area radiators 14a, 16a of the first radiator pair 28a are arranged at a distance from the first mirror plane 22a.
  • the surface radiators 18a, 20a of the second radiator pair 30a are mirror-symmetrical to a second mirror plane 24a.
  • the area radiators 18a, 20a of the second radiator pair 30a are arranged at a distance from the second mirror plane 24a.
  • the mirror planes 22a, 24a are aligned perpendicular to each other.
  • the surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a each have a feed point 26a.
  • the feed points 26a of the area radiators 14a, 16a of the first radiator pair 28a are arranged on an outer side facing away from the first mirror plane 22a.
  • the feeding points 26a of the surface radiators 18a, 20a of the second radiator pair 30a are arranged at one on an outer side, that of the second
  • the first mirror plane 22a intersects the Area radiator 18a, 20a of the second radiator pair 30a.
  • the second mirror plane 24a intersects the 14a, 16a of the first radiator pair 28a.
  • the surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a have a length I between 10 mm and 60 mm.
  • the surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a have a width b between 5 mm and 30 mm.
  • the surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a have a maximum height h above the ground surface 36a between 5 and 35 mm.
  • the area radiators 14a, 16a, 18a, 20a have a length of 25 mm, a width of 15 mm and a height of 12 mm.
  • the surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a are at a distance of 8 to 9 mm from one another.
  • the area radiators 14a, 16a, 18a, 20a are 5 mm wide.
  • the antenna device 10a is optimized for a frequency range of 3 GHz to 7 GHz.
  • the hand-held location device 12a has a signal generator (not shown in more detail) which, during operation, feeds the area radiators 14a, 16a of the first radiator pair 28a differentially to one another and feeds the surface radiators 18a, 20a of the second radiator pair 30a differentially to one another.
  • the surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a are connected at the feed points 26a to a feed line, specifically soldered in this embodiment.
  • the emitter pairs 28a, 30a radiate electromagnetic waves during operation.
  • a maximum line radiates the antenna device 10a in a direction 48a of a maximum of an antenna pattern of the area radiators 14a, 16a, 18a, 20a, the direction 48a being aligned parallel to the mirror planes 22a, 24a.
  • the surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a are excited individually in an operating state. Thereby, the antenna device 10a transmits in a direction different from the differential feed direction 48a.
  • the emitter pairs 28a, 30a emit in operation electromagnetic waves with different polarizations.
  • the polarizations of the two radiator pairs 28a, 30a have a curvature of 90 degrees to each other.
  • the surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a have curved radiator surfaces 32a.
  • the radiator surfaces 32a are arranged in a region facing a center of the antenna device 10a substantially parallel to a plane of the ground plane 36a.
  • Radiator surface areas 38a which are substantially perpendicular to the plane the ground surface 36a are aligned.
  • the radiator surface areas 38a are respectively disposed adjacent to the feeding point 26a, that is, on an outside of the surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a. Between the middle regions and the radiator surface regions 38a, the surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a are curved free of edges.
  • the area radiators 14a, 16a, 18a, 20a have a curved outer edge 34a at the areas facing the center.
  • the center-facing portions of the radiator surface 32a have a shape of half an ellipse.
  • a rest area of the radiator surface 32a facing the feed points 26a has a
  • the ground plane 36a has a surface facing the area radiator 14a, 16a, 18a, 20a, which is more than four times as large as the radiator surfaces 32a together.
  • the feeding points 26a are substantially at one level
  • the ground surface 36a defines recesses 50a in the areas of the feeding points 26a through which the feeding points 26a are contacted.
  • the radiator support 40a secures the surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a spaced relative to the ground surface 36a.
  • the radiator support 40a serves as a dielectric, whereby particularly small area radiators 14a, 16a, 18a, 20a can be used.
  • the radiator support 40a has surface elements 52a which run parallel to the surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a.
  • the surface elements 52a and the surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a are materially bonded, namely glued.
  • the surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a could be vapor-deposited or sprayed onto the surface elements 52a.
  • the radiator support 40a is screwed to the ground surface 36a.
  • the radiator support 40a connects the ground surface 36a and the surface radiators 14a, 16a, 18a, 20a by means of webs.
  • FIG. 4 shows an antenna device 10b of a handheld location device with at least four area radiators 14b, 16b, 18b, 20b.
  • the four area radiators 14b, 16b, 18b, 20b are mirror-symmetrical to two mirror plane 22b, 24b.
  • the surface radiators 14b, 16b, 18b, 20b each have a feed point 26b, which is respectively arranged on an outer side facing away from one of the mirror planes 22b, 24b.
  • the area radiators 14b, 16b, 18b, 20b have a substantially elliptical radiator surface 32b.
  • surface radiators could have other forms and / or regions which appear useful to a person skilled in the art for a frequency and bandwidth, but preferably rectangular, round and / or square shapes and / or regions.
  • the antenna device 10b has a radiator support 40b.
  • the radiator support 40b has a substantially square base.
  • the radiator support 40b has a curved surface 54b, which surrounds the surface radiators 14b,
  • the radiator support 40b is formed as a solid component between the surface radiators 14b, 16b, 18b, 20b and a ground surface 36b.
  • a radiator carrier could be formed in the shape of a half shell or hollowed out.
  • FIGS. 5 to 7 show an antenna device 10c-e, wherein radiator carriers of the antenna devices 10c-e are not shown.
  • the antenna devices 10c-e have area radiators 14c-e, 16c-e, 18c-e, 20c-e, each disposed over a ground plane 36c-e.
  • the area radiators 14c-e, 16c-e, 18c-e, 20c-e have differently shaped radiator surfaces 32c-e.
  • the antenna devices 10c-e are optimized for different antenna gains, frequency ranges and bandwidths and have different antenna characteristics.
  • a particularly high antenna gain can be achieved by making the radiator surfaces 32c-e wider in a middle region than at a feed point 26a, as shown in FIG.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Antennenvorrichtung (10a), insbesondere für ein Handortungsgerät, mit zumindest zwei Flächenstrahlern (14a, 16a, 18a, 20a), die zu einer Spiegelebene (22a) zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet sind. Es wird vorgeschlagen, dass zumindest zwei der Flächenstrahler (14a, 16a, 18a, 20a ) jeweils zumindest einen Speisepunkt (26a) aufweisen, der jeweils an einer der Spiegelebene (22a, 24a) abgewandten Außenseite angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Antennenvorrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Antennenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In der Druckschrift DE10 2005 062 874 A1 ist bereits eine Antennenvorrichtung für ein Handortungsgerät mit vier Flächenstrahlern, die zu einer Spiegelebene zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet sind, vorgeschlagen worden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Antennenvorrichtung, insbesondere für ein Handortungsgerät, mit zumindest zwei Flächenstrahlern, die zu einer Spiegel- ebene zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrischen ausgebildet sind.
Es wird vorgeschlagen, dass zumindest zwei der Flächenstrahler jeweils zumindest einen Speisepunkt aufweisen, der jeweils an einer der Spiegelebene abgewandten Außenseite angeordnet ist. Insbesondere soll unter einem„Flächen- strahier" ein Teil einer Antenne verstanden werden, der dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil einer elektromagnetischen Welle abzustrahlen und der ein Verhältnis von einer Länge zu einer Breite aufweist, die kleiner als 8, vorzugsweise kleiner als 6, besonders bevorzugt kleiner als 4, ist. Vorzugsweise ist der Flächenstrahler aus einem, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Material, vorteilhaft jedoch aus einer Beschichtung und/oder besonders vorteilhaft aus einem insbesondere gebogenen Blechteil. Die Beschichtung könnte beispielsweise mittels einer physikalischen und/oder chemischen Gasphasenabscheidung, einer Lackierung, Spincoating, Sprühcoating und/oder Sputtern, insbesondere auf einen Strahlerträger und/oder auf ein Dielektrikum, aufgebracht sein. Vorzugsweise sind die Flächenstrahler miteinander unverbunden, das heißt insbesondere gegeneinander isoliert. Alternativ könnten die Flächenstrahler durch Kondensatoren, Spulen und/oder vorteilhaft Widerstände miteinander verbunden sein, und zwar vorteilhaft an Stellen, an denen ein Abstand zwischen den Flächenstrahlern am geringsten ist. Unter„vorgesehen" soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Unter einer„Spiegelebene" soll insbe- sondere eine Ebene verstanden werden, zu der die zumindest zwei Flächenstrahler zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrisch angeordnet und geformt sind. Vorzugsweise sind die Flächenstrahler zu zwei Spiegelebenen spiegelsymmetrisch. In diesem Zusammenhang soll unter„zumindest im Wesentlichen" insbesondere verstanden werden, dass wenigstens 50 %, vorteilhaft wenigstens 75 %, besonders vorteilhaft wenigstens 90 %, eines Volumens der Flächenstrahler spiegelsymmetrisch angeordnet und geformt ist. Unter dem Begriff„Speisepunkt" soll insbesondere ein Punkt verstanden werden, auf den bei einem Senden eine elektrische Energie auf den Flächenstrahler mittels eines insbesondere geschirmten Leiters aufgebracht wird und insbesondere von dem bei einem Emp- fangen eine elektrische Energie mittels des insbesondere geschirmten Leiters abgeleitet wird. Insbesondere soll unter einer„abgewandten Außenseite" ein Bereich des Flächenstrahlers verstanden werden, der von der Spiegelebene am weitesten beabstandet ist. Vorzugsweise ist die abgewandte Außenseite des Flächenstrahlers zumindest teilweise auf einer von einer Massefläche aufge- spannten Ebene angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der
Antennenvorrichtung können ein hoher Antennengewinn, eine große Bandbreite, geringe Reflektionen an einem Messobjekt und eine besonders geringe kapazitive Verkopplung zwischen dem Speisepunkt erreicht werden. In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Flächenstrahler dazu vorgesehen sind, bei einer differenziellen Speisung zumindest im Wesentlichen parallel zu der Spiegelebene eine elektromagnetische Welle abzustrahlen, wodurch eine für eine Ortung vorteilhafte Sende- und Empfangscharakteristik erreicht werden kann. Unter einer„differenziellen Speisung" soll insbesondere ver- standen werden, dass die Speisepunkte der Flächenstrahler in zumindest einem
Betriebszustand an einem Sendezeitpunkt mit unterschiedlichen, insbesondere gegenphasigen Signalen versorgt werden. Vorzugsweise strahlen die Flächenstrahler ähnlich wie eine Dipolantenne, sind jedoch im Gegensatz zu einer Dipolantenne an der Außenseite gespeist. Insbesondere soll unter der Wendung„parallel zu der Spiegelebene" verstanden werden, dass die Flächenstrahler bei ei- ner differenziellen Speisung ein Antennendiagramm aufweisen, dessen Hauptmaximum zumindest im Wesentlichen parallel zu der Spiegelebene ausgerichtet ist. Vorteilhaft ist das Hauptmaximum des Antennendiagramms der Flächenstrahler im Wesentlichen senkrecht zu einer Massefläche ausgerichtet. Vorzugsweise ist das Hauptmaximum des Antennendiagramms des Flächenstrahlers zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Senkrechten der Massefläche. Unter„zumindest im Wesentlichen" soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass zwischen einer Ausrichtung des Hauptmaximums des Antennendiagramms des Flächenstrahlers und der Spiegelebene ein Wnkel kleiner 30 Grad, vorteilhaft kleiner 15 Grad, liegt. Insbesondere weist die elektromagneti- sehe Welle zumindest eine Frequenz zwischen 100 MHz und 20 GHz, vorteilhaft zwischen 500 MHz und 10 GHz, besonders vorteilhaft zwischen 3 GHz und 7 GHz auf. Vorteilhaft weisen die Flächenstrahler in dem Frequenzbereich zumindest teilweise eine Verstärkung größer als 3 dBi, besonders vorteilhaft größer als 6 dBi auf. Unter„abstrahlen" soll insbesondere aussenden verstanden werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Antennenvorrichtung zumindest vier Flächenstrahler umfasst, wodurch konstruktiv einfach mehrere unterschiedliche Signale vorteilhaft gesendet und empfangen werden können. Vorzugweise weist die Antennenvorrichtung zumindest acht Flächenstrahler zur Aussendung von zumindest vier unterschiedlichen Polarisationen und/oder Frequenzen auf.
Ferner wird vorgeschlagen, dass zwei Flächenstrahler jeweils ein Strahlerpaar bilden und die Strahlerpaare unterschiedliche, insbesondere voneinander unabhängige Polarisationen aufweisen, wodurch unterschiedliche Messobjekte, ins- besondere dünne Drähte, vorteilhaft geortet werden können. Unter einem„Strahlerpaar" sollen insbesondere zwei in zumindest einem Betriebszustand mit voneinander abhängigen Signalen angeregte Flächenstrahler verstanden werden. Vorzugsweise sind die Flächenstrahler eines Strahlerpaars differenziell angeregt. Vorteilhaft weisen die Flächenstrahler eine bestimmte Antennencharakteristik, insbesondere mit einem Hauptmaximum parallel zu der Spiegelebene, auf. Unter einer„Polarisation" soll insbesondere eine Ausrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt und/oder eine Veränderung eines elektrischen Anteils der elektromagnetischen Welle verstanden werden. Vorzugsweise strahlen die Strahlerpaare in zwei unterschiedliche Polarisationen die sich um mehr als 60 Grad, vorteilhaft mehr als 75 Grad, besonders vorteilhaft 90 Grad, unterscheiden. Alternativ könn- ten die Flächenstrahler eine zirkulär polarisierte elektromagnetische Welle aussenden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Flächenstrahler zumindest teilweise gekrümmte Strahlerflächen aufweisen, wodurch eine vorteilhafte Sende- und Emp- fangscharakteristik erreicht werden kann. Insbesondere soll unter dem Begriff
„gekrümmt" verstanden werden, das die Strahlerflächen in einer Ebene, die parallel zu dem Hauptmaximum des Antennendiagramms der Flächenstrahler ausgerichtet ist, einen insbesondere konvexen Bogen bildet. Vorzugweise weisen die Strahlerflächen Tangenten auf, die einen der Strahlerfläche zugewandten Winkel einschließen, der kleiner als 150 Grad, vorzugsweise kleiner als 135
Grad, besonders bevorzugt kleiner als 120 Grad ist. Unter einer„Strahlerfläche" soll insbesondere eine in Richtung des Hauptmaximum des Antennendiagramms der Flächenstrahler weisende Oberfläche des Flächenstrahlers verstanden werden. Vorzugsweise ist die Strahlerfläche loch- und/oder schlitzfrei ausgeführt, wodurch eine Resonanz mit einem Vielfachen einer Sendefrequenz vermieden werden kann.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Flächenstrahler eine zumindest teilweise gekrümmte Außenkante aufweisen, wodurch eine vorteilhafte Sende- und Emp- fangscharakteristik möglich ist. Vorzugsweise weist die Außenkante, die insbesondere die Strahlerfläche begrenzt, auf wenigstens 25 %, vorteilhaft 40 %, besonders vorteilhaft 60 %, ihrer Gesamtlänge eine Form auf, die von einer Geraden verschieden ist. Vorzugsweise ist die gekrümmte Außenkante in Erstre- ckungsrichtung konvex geformt. Vorzugsweise weist zumindest eine gerade An- zahl von Flächenstrahlern eine zumindest teilweise gekrümmte Außenkante auf.
In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Antennenvorrichtung zumindest einen Massekörper mit einer Massefläche umfasst, auf deren Ebene die Flächenstrahler zumindest teilweise angeordnet sind, wodurch eine Antenne mit einem vorteilhaft hohen Antennengewinn und einem vorteilhaften
Vor-Rück-Verhältnis erreicht werden kann. Unter einer„Massefläche" soll insbe- sondere eine vorzugsweise ebene Erstreckung des elektrisch leitenden Massekörpers verstanden werden, die wenigstens so groß wie die Strahlerfläche der Flächenstrahler ist. Vorzugsweise ist der Massekörper, als eine dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Schicht und/oder als ein Gitter, vorteilhaft jedoch als eine Kupferschicht einer Platine ausgebildet. Unter„zumindest teilweise" soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass der Flächenstrahler eine von der Massenfläche aufgespannte Ebene berührt und/oder schneidet. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Flächenstrahler zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Massefläche ausgerichtete Strahlerflächenbereiche aufweisen, wodurch konstruktiv einfach eine vorteilhafte Anpassung der Antenne und eine vorteilhafte Sende- und Empfangscharakteristik möglich sind. Unter dem Ausdruck„zumindest im Wesentlichen senkrecht" soll insbe- sondere verstanden werden, dass die Strahlerfläche zu einer Senkrechten der
Massefläche in zumindest einem Bereich einen Winkel kleiner als 30 Grad vorteilhaft keiner als 15 Grad aufweist. Unter einem„Strahlerflächenbereich" soll insbesondere eine Fläche verstanden werden, die zumindest einen Teil der Strahlerfläche bildet und insbesondere weitere, kantenfrei angerenzende Flächen umfasst.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Flächenstrahler an den Speisepunkten zumindest auf der Ebene der Massefläche angeordnet sind, wodurch eine vorteilhafte Anpassung der Antenne und eine vorteilhafte Sende- und Empfangscha- rakteristik erreicht werden können. Unter„zumindest auf einer Ebene der Massefläche" soll insbesondere verstanden werden, dass die Speisepunkte auf der Ebene der Massefläche und/oder insbesondere auf einer dem Hauptmaximum des Antennendiagramms der Flächenstrahler abgewandten Seite der Massefläche angeordnet sind.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Antennenvorrichtung einen Strahlerträger aufweist, der dazu vorgesehen ist, die Flächenstrahler relativ zu einer Massefläche beabstandet zu befestigen. Unter einem„Strahlerträger" soll insbesondere ein Gestell und/oder ein Bauteil mit einer Trägerfläche verstanden werden, die eine mechanische Verbindung zu dem Flächenstrahler und der Massefläche aufweist. Vorzugsweise sind die Flächenstrahler stoffschlüssig mit dem Strahler- träger verbunden. Vorzugsweise ist der Strahlerträger dazu vorgesehen, durch seine dielektrische Eigenschaft eine Antennencharakteristik zu beeinflussen, wodurch insbesondere eine Fokussierung der ausgestrahlten elektromagnetischen Wellen erreicht werden kann. Vorzugsweise ist der Strahlerträger zumindest teilweise von einem Kunststoffspritzteil gebildet.
Zudem geht die Erfindung aus von einem Handortungsgerät mit einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung. Unter einem„Handortungsgerät" soll insbesondere ein Gerät zur Bestimmung von zumindest einer Information über einer Position eines fernen, unsichtbaren und/oder vorteilhaft verdeckt angeordneten Objekts verstanden werden. Vorzugsweise ist das Handortungsgerät dazu vorgesehen, eine elektrische Leitung, eine Wasserleitung, einen Balken und/der ein anderes Objekt in einer Wand, einer Decke und/oder einem anderen festen Objekt zu orten.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Handortungsgerät mir einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung,
Fig. 2 die Antennenvorrichtung aus Figur 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 ein schematischer Schnitt der Antennenvorrichtung aus Figur 1 , Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Antennenvorrichtung aus Figur
1 und
Fig. 5 - 7 weitere Ausführungsbeispiele der Antennenvorrichtung aus Figur 1 mit unterschiedlich geformten Flächenstrahlern. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt ein Handortungsgerät 12a mit einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung 10a, einer Recheneinheit 42a, einem Display 44a und Laufrollen 46a Bei einem Betrieb verfährt ein Bediener das Handortungsgerät 12a mittels der
Laufrollen 46a über einen nicht näher dargestellten Körper, insbesondere über eine Wand. Die Antennenvorrichtung 10a sendet elektromagnetische Wellen in den Körper und empfängt Reflektionen von in dem Körper angeordneten Messobjekten, beispielsweise von Kabeln, Wasserleitungen und/oder Holzbalken. Die Recheneinheit 42a bestimmt eine Position und/oder eine Entfernung der Messobjekte von der Antennenvorrichtung 10a und stellt diese von einer verfahrenen Strecke abhängig auf dem Display 44a dar.
Figur 2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Antennenvorrichtung 10a. Die Antennenvorrichtung 10a weist vier Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a, einen Massekörper mit einer Massefläche 36a und einen Strahlerträger 40a auf. In Figur 2 ist ein kapazitives Feld bei einem Betrieb eingezeichnet. Jeder Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a weist eine Strahlerfläche 32 auf, die von Strahlerflächen der anderen von den Flächenstrahlern 14a, 16a, 18a, 20a getrennt ausgebildet ist. Zwei der Flächenstrahler 14a, 16a bilden ein erstes Strahlerpaar
28a. Zwei der Flächenstrahler 18a, 20a bilden ein zweites Strahlerpaar 30a. Die Flächenstrahler 14a, 16a des ersten Strahlerpaars 28a sind spiegelsymmetrisch zu einer ersten Spiegelebene 22a ausgebildet. Die Flächenstrahler 14a, 16a des ersten Strahlerpaars 28a sind von der ersten Spiegelebene 22a beabstandet an- geordnet. Die Flächenstrahler 18a, 20a des zweiten Strahlerpaars 30a sind spiegelsymmetrischen zu einer zweiten Spiegelebene 24a ausgebildet. Die Flächenstrahler 18a, 20a des zweiten Strahlerpaars 30a sind von der zweiten Spiegelebene 24a beabstandet angeordnet. Die Spiegelebenen 22a, 24a sind senkrecht zueinander ausgerichtet.
Die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a weisen jeweils einen Speisepunkt 26a auf. Die Speisepunkte 26a der Flächenstrahler 14a, 16a des ersten Strahlerpaars 28a sind an einer Außenseite angeordnet, die der ersten Spiegelebene 22a abgewandten ist. Die Speisepunkte 26a der Flächenstrahler 18a, 20a des zweiten Strahlerpaars 30a sind an einer an einer Außenseite angeordnet, die der zweiten
Spiegelebene 24a abgewandten ist. Die erste Spiegelebene 22a schneidet die Flächenstrahler 18a, 20a des zweiten Strahlerpaars 30a. Die zweite Spiegelebene 24a schneidet die 14a, 16a des ersten Strahlerpaars 28a.
Die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a weisen eine Länge I zwischen 10 mm und 60 mm auf. Die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a weisen eine Breite b zwischen 5 mm und 30 mm auf. Die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a weisen eine maximale Höhe h über der Massefläche 36a zwischen 5 und 35 mm auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a eine Länge von 25 mm, eine Breite von 15 mm und eine Höhe von 12 mm auf. Auf den Spiegelebenen 22a, 24a weisen die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a einen Abstand von 8 bis 9 mm zueinander auf. An den Speisepunkten 26a sind die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a 5 mm breit. Dadurch ist die Antennenvorrichtung 10a auf einen Frequenzbereich von 3 GHz bis 7 GHz optimiert.
Das Handortungsgerät 12a weist einen nicht näher dargestellten Signalgenerator auf, der bei einem Betrieb die Flächenstrahler 14a, 16a des ersten Strahlerpaars 28a differenziell zueinander speist und die Flächenstrahler 18a, 20a des zweiten Strahlerpaars 30a differenziell zueinander speist. Dazu sind die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a an den Speisepunkten 26a mit einer Speiseleitung verbunden, und zwar in diesem Ausführungsbeispiel verlötet. Die Strahlerpaare 28a, 30a strahlen bei einem Betrieb elektromagnetische Wellen ab. Eine maximale Leitung strahlt die Antennenvorrichtung 10a in eine Richtung 48a eines Maxima eines Antennendiagramms der Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a ab, wobei die Richtung 48a parallel zu den Spiegelebenen 22a, 24a ausgerichtet ist. Die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a werden in einem Betriebszustand einzeln angeregt. Dadurch sendet die Antennenvorrichtung 10a in eine Richtung, die von der Richtung 48a des Maxima bei differenzieller Speisung verschieden ist. Die Strahlerpaare 28a, 30a senden bei einem Betrieb elektromagnetische Wellen mit unterschiedlichen Polarisationen aus. Die Polarisationen der beiden Strahlerpaare 28a, 30a weisen einen Wnkel von 90 Grad zueinander auf.
Die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a weisen gekrümmte Strahlerflächen 32a auf. Die Strahlerflächen 32a sind in einem einer Mitte der Antennenvorrichtung 10a zugewandten Bereich im Wesentlichen parallel zu einer Ebene der Masse- fläche 36a angeordnet. Zudem weisen die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a
Strahlerflächenbereiche 38a auf, die im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Massefläche 36a ausgerichtet sind. Die Strahlerflächenbereiche 38a sind jeweils an den Speisepunkt 26a angrenzend angeordnet, das heißt an einer Außenseite der Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a. Zwischen den mittleren Bereichen und den Strahlerflächenbereichen 38a sind die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a kantenfrei gekrümmt.
Die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a weisen an den der Mitte zugewandten Bereichen eine gekrümmte Außenkante 34a auf. Der Mitte zugewandte Bereiche der Strahlerfläche 32a weisen eine Form einer halben Ellipse auf. Ein den Spei- sepunkten 26a zugewandter restlicher Bereich der Strahlerfläche 32a weist eine
Form eines gleichschenklichen Trapezes auf.
Die Massefläche 36a weist eine den Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a zugewandte Oberfläche auf, die mehr als vier Mal so groß ist, wie die Strahlerflächen 32a zusammen. Die Speisepunkte 26a sind im Wesentlichen auf einer Ebene der
Massefläche 36a angeordnet. Die Massefläche 36a begrenzt in den Bereichen der Speisepunkte 26a Aussparungen 50a, durch die die Speisepunkte 26a kontaktiert sind. Der Strahlerträger 40a befestigt die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a relativ zu der Massefläche 36a beabstandet. Zudem dient der Strahlerträger 40a als Dielektrikum, wodurch besonders kleine Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a verwendet werden können. Dazu weist der Strahlerträger 40a Flächenelemente 52a auf, die parallel zu den Flächenstrahlern 14a, 16a, 18a, 20a verlaufen. Die Flächen- elemente 52a und die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a sind stoffschlüssig verbunden, und zwar verklebt. Alternativ könnten die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a auf die Flächenelemente 52a aufgedampft oder aufgesprüht sein. Der Strahlerträger 40a ist mit der Massefläche 36a verschraubt. Der Strahlerträger 40a verbindet die Massefläche 36a und die Flächenstrahler 14a, 16a, 18a, 20a mit- tels Stegen.
In den Figuren 4 bis 7 sind weitere Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der Figuren 1 bis 3, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 bis 3 nachgestellt. In dem Ausführungsbeispielen der Figuren 4 bis 7 ist der Buch- stabe a durch die Buchstaben b bis e ersetzt.
Figur 4 zeigt eine Antennenvorrichtung 10b eines Handortungsgeräts mit zumindest vier Flächenstrahlern 14b, 16b, 18b, 20b. Die vier Flächenstrahler 14b, 16b, 18b, 20b sind zu zwei Spiegelebene 22b, 24b spiegelsymmetrischen ausgebildet. Die Flächenstrahler 14b, 16b, 18b, 20b weisen jeweils einen Speisepunkt 26b auf, der jeweils an einer Außenseite angeordnet ist, die einer der Spiegelebenen 22b, 24b abgewandt ist. Die Flächenstrahler 14b, 16b, 18b, 20b weisen eine im Wesentlichen elliptische Strahlerfläche 32b auf. Alternativ könnten Flächenstrahler andere, dem Fachmann für eine Frequenz und Bandbreite als sinnvoll er- scheinende Formen und/oder Bereiche aufweisen, vorzugsweise jedoch rechteckige, runde und/oder quadratische Formen und/oder Bereiche.
Die Antennenvorrichtung 10b weist einen Strahlerträger 40b auf. Der Strahlerträger 40b weist eine im Wesentlichen quadratische Grundfläche auf. Der Strahler- träger 40b weist eine gewölbte Oberfläche 54b auf, die die Flächenstrahler 14b,
16b, 18b, 20b befestigt. Der Strahlerträger 40b ist als ein massives Bauteil zwischen den Flächenstrahlern 14b, 16b, 18b, 20b und einer Massefläche 36b ausbildet. Alternativ könnte ein Strahlerträger halbschalenförmig oder ausgehöhlt ausgebildet sein.
Die Figuren 5 bis 7 zeigen eine Antennenvorrichtungen 10c-e, wobei Strahlerträger der Antennenvorrichtungen 10c-e nicht dargestellt sind. Die Antennenvorrichtungen 10c-e weisen Flächenstrahler 14c-e, 16c-e, 18c-e, 20c-e auf, die jeweils über einer Massefläche 36c-e angeordnet sind. Die Flächenstrahler 14c-e, 16c-e, 18c-e, 20c-e weisen unterschiedlich geformte Strahlerflächen 32c-e auf. Damit sind die Antennenvorrichtungen 10c-e für unterschiedliche Antennengewinne, Frequenzbereiche und Bandbreiten optimiert und weisen unterschiedliche Antennencharakteristiken auf. Ein besonders hoher Antennengewinn kann erreicht werden, indem die Strahlerflächen 32c-e in einem mittleren Bereich breiter aus- gebildet sind als an einem Speisepunkt 26a, wie dies die Figur 6 zeigt.

Claims

Antennenvorrichtung, insbesondere für ein Handortungsgerät (12a), mit zumindest zwei Flächenstrahlern (14a-e, 16a-e, 18a-e, 20a-e), die zu einer Spiegelebene (22a-e) zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Flächenstrahler (14a-e, 16a-e, 18a-e, 20a-e) jeweils zumindest einen Speisepunkt (26a-e) aufweisen, der jeweils an einer der Spiegelebene (22a-e, 24a-e) abgewandten Außenseite angeordnet ist.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenstrahler (14a-e, 16a-e, 18a-e, 20a-e) dazu vorgesehen sind, bei einer differenziellen Speisung zumindest im Wesentlichen parallel zu der Spiegelebene (22a-e, 24a-e) eine elektromagnetische Welle abzustrahlen.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zumindest vier Flächenstrahler (14a-e, 16a-e, 18a-e, 20a-e).
Antennenvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Flächenstrahler (14a-e, 16a-e, 18a-e, 20a-e) jeweils ein Strahlerpaar (28a-e, 30a-e) bilden und die Strahlerpaare (28a-e, 30a-e) unterschiedliche Polarisationen aufweisen.
Antennenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenstrahler (14a-e, 16a-e, 18a-e, 20a-e) zumindest teilweise gekrümmte Strahlerflächen (32a-e) aufweisen.
Antennenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenstrahler (14a-e, 16a-e, 18a-e, 20a-e) eine zumindest teilweise gekrümmte Außenkante (34a-e) aufweisen.
7. Antennenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen Massekörper mit einer Massefläche (36a- e), auf deren Ebene die Flächenstrahler (14a-e, 16a-e, 18a-e, 20a-e) zumindest teilweise angeordnet sind.
8. Antennenvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenstrahler (14a-e, 16a-e, 18a-e, 20a-e) zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Massefläche (36a-e) ausgerichtete Strahlerflächenbereiche (38a-b) aufweisen.
9. Antennenvorrichtung zumindest nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenstrahler (14a-e, 16a-e, 18a-e, 20a-e) an den Speisepunkten (26a-e) zumindest auf einer Ebene der Massefläche (36a-e) angeordnet sind.
10. Antennenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Strahlerträger (40a, 40b), der dazu vorgesehen ist, die Flächenstrahler (14a-e, 16a-e, 18a-e, 20a-e) relativ zu einer Massefläche (36a-e) beabstandet zu befestigen.
1 1. Handortungsgerät mit einer Antennenvorrichtung (1 Oa-e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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