WO2014079744A1 - Antennenstruktur zur breitbandigen übertragung elektrischer signale - Google Patents

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    • H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/206—Microstrip transmission line antennas

Definitions

  • Antenna structure for broadband transmission of electrical signals is antenna structure for broadband transmission of electrical signals
  • the present invention relates to an antenna structure for broadband transmission of electrical signals, which has a strip conductor and a capacitive or inductive coupling with the strip conductor probe, wherein the strip conductor and the probe are arranged within a predetermined distance range between the probe and strip conductor in the longitudinal direction of the strip conductor relative to each other in that electrical signals can be transmitted without contact between the strip conductor and the probe, the strip conductor comprising at least one strip electrode facing the probe electrode and a reference electrode and a dielectric carrier material located between the strip electrode and the reference electrode.
  • stripline refers to all forms of conductor structures whose longitudinal extent is greater than their extension perpendicular to the longitudinal axis and which are suitable for conducting electrical signals.
  • the signals are coupled out in the near field of the stripline, the signal extraction in the stripline Ideally, this should only take place in the area of the second unit Further signal transmission is undesirable, since the broadband signals can lead to disturbances in other devices or parts of the device.
  • the strip conductors used for transmission are usually based on double-sided printed circuit boards.
  • a dielectric support material is usually a glass fiber reinforced plastic. This support is usually on one side with a continuous conductor surface as reference electrode and on the other side with a strip electrode.
  • EP 1 476 956 describes conductor arrangements which use at least one dielectric with hollow structures, the hollow structures being filled with air or a technical gas.
  • the disadvantage here in addition to the high cost of generating and filling the hollow structures and the associated high costs, especially the fluctuations occurring in the homogeneity, since the cavity partitions and the air or technical gases do not have the same dielectric constant. It is therefore the object of the present invention to provide a broadband and cost-effective device for signal transmission, which has a conductor structure which achieves high signal symmetry and low attenuation values even at high frequencies.
  • the present object is achieved by an antenna structure with the features mentioned, wherein the dielectric support material comprises a macromolecules containing homogeneous plastic layer, which is characterized by an alignment of the macromolecules along a preferred direction.
  • the dielectric support material For the signal transmission at high data rates with low electromagnetic radiation and high immunity to electromagnetic radiation, it is necessary that the dielectric support material has a very high homogeneity.
  • the homogeneity of the dielectric support material can be improved by aligning the macromolecules in a preferred direction.
  • the alignment of the macromolecules leads to an unequal charge distribution in the material and an unwanted shift in the energy levels of the chemical binding energies, which are due to an interaction between the molecules Macromolecules is less likely.
  • the electric and magnetic fields in the material are more homogeneous overall.
  • the medullary molecules contained in the plastic layer are aligned along the longitudinal direction of the strip conductor.
  • the alignment of the macromolecules in the dielectric support material can be achieved by a stretching process in which the dielectric support material is stretched by applying a tensile stress in the desired preferred direction.
  • the subordinate polymers and the partially crystalline regions of the plastic layer are oriented approximately parallel to the pulling direction.
  • the stretching process can increase the mechanical strength of the dielectric carrier material in the pulling direction.
  • the orientation of the macromolecules along the longitudinal direction of the strip conductor can be used to observe an improvement in the mechanical strength and thus a reduced risk of breakage of the strip conductor.
  • such antenna structures are particularly suitable for broadband transmission of electrical signals in which strip conductors and / or probes circulate on a circular path, as is the case for example in rotary transmission systems for computer tomographs.
  • the orientation of the macromolecules along a preferred direction is sufficient if a predominant number of the existing macromolecules are aligned along the selected preferred direction.
  • the transmission of the signals on both sides so the strip conductor can be operated as a transmitter and the probe as a receiver or even the strip conductor as a receiver and the probe as a transmitter.
  • a bidirectional signal transmission is conceivable. Accordingly, in the sense of the present invention, the probe can also be designed as a strip conductor or as a short section thereof.
  • the stripline is usually open to one side to the free space. From this side the coupling of the probe takes place.
  • the probe and optionally also its sheath are closed off by symmetrical surfaces with a conductive surface. On the one hand, this makes it possible to achieve a defined impedance of the conductor system and, on the other hand, to realize a defined symmetrical limitation. If no defined reference surface were present, then at least a part of the device in which the antenna structure is mounted, would be effective as electrical reference, whereby the required symmetry would not be achieved.
  • the dielectric carrier material has at least one further homogeneous dielectric layer.
  • the dielectric support material in its entirety is suitable for generating homogeneous fields.
  • the mechanical properties of the further dielectric layer and the plastic layer may differ, so that the dielectric support material in its entirety can also be designed according to mechanical considerations.
  • the changes in the perivivance number s r of the dielectric carrier material and / or the changes in the permittivity z r of the further dielectric layer in any spatial direction are less than 5%, preferably less than 1% and particularly preferably less than 0 , 1 are. If the changes in the permittivity factor s r are smaller than the abovementioned limit values, the respective dielectric layer is particularly homogeneous, so that the dielectric losses undergo only extremely small fluctuations.
  • the dielectric carrier material has at least one mechanical reinforcing layer.
  • a glass-fiber-reinforced plastic layer can be incorporated into or bonded to the dielectric carrier material.
  • a strip conductor with a dielectric carrier material, which has a mechanical reinforcing layer is particularly readily mechanically moldable or reworkable, so that the strip conductor can be adapted particularly well for receiving in an electrical device.
  • the carrier material has at least one equipotential surface. Equipotential surfaces help to balance asymmetries in the dielectric carrier material, so that the generated electrical and / or magnetic field is largely symmetrical.
  • layers of conductive material in particular material with a high conductivity, can be embedded in the dielectric carrier material.
  • a layer of conductive material with an incomplete surface coverage such as e.g. a metal grid, are introduced directly into the plastic layer during the production of the dielectric support material, which filters out in operation as Equitotential Structure asymmetries or disturbances of the electrical and / or magnetic fields generated.
  • these layers can be introduced in an electrically insulated manner or can also be terminated without reflection at the ends of the strip conductor.
  • the strip conductor has a mirror-symmetrical construction in cross-section, the extent of the electric and magnetic fields produced can be particularly well limited.
  • the symmetry with respect to the longitudinal center plane of the strip conductor is to be understood.
  • the configuration of symmetrical strip conductors prevents inhomogeneities and / or asymmetries from being formed by different propagation times in the strip electrode, the reference electrode and / or the dielectric carrier material.
  • the smallest distance between the strip conductor and the probe, measured from the surface of the strip electrode facing the probe to the surface of the probe facing the strip conductor is less than 15 mm, preferably less than 8 mm, and is particularly preferably in the range from 1 mm to 4 mm.
  • the at least one strip electrode and the reference electrode are each printed on a plastic film. It has been found that the production of a strip conductor can be realized in a particularly cost-effective manner if the strip electrode and the reference electrode are each printed on a plastic film, and these are subsequently arranged on or on the dielectric carrier material. Particularly preferably, the strip electrode and the reference electrode is made of copper, which is printed on a respective plastic film.
  • the plastic film itself can be the dielectric carrier material in one embodiment.
  • the strip conductor has two strip electrodes, which are arranged in the same plane parallel and at a distance from each other.
  • Such symmetrical strip conductors can be realized particularly low radiation, which in particular can be compensated for interference by using symmetrical or asymmetrical, electrical signals on two parallel stripes.
  • parallel should also encompass such arrangements in which the strip electrodes are indeed structured in themselves but, as a whole, run substantially parallel to one another.
  • a transmission electronics is provided, which is designed so that it applies signals between the first strip electrode and the reference electrode and between the second strip electrode and the reference electrode, which have an opposite polarity.
  • signals between the first strip electrode and the reference electrode and between the second strip electrode and the reference electrode, which have an opposite polarity.
  • a differential transmission is made possible in which selective disturbances, in particular asymmetries and inhomogeneities, can be compensated.
  • Such symmetrical antenna structures are also particularly low in radiation because the electric and magnetic fields in the far range cancel each other out.
  • the antenna structure 1 shows a partially broken away perspective view of an antenna structure 1 according to the invention.
  • the antenna structure 1 has a strip conductor 2 and a probe 3 which are arranged to be movable relative to each other within a predetermined distance range in the longitudinal direction of the strip conductor 2.
  • the strip conductor 2 has a greater longitudinal extent than the probe 3. During the relative movement, a signal transmission between the strip conductor 2 and the probe 3 can take place.
  • the strip conductor 2 has two strip electrodes 4, 4 'facing the probe 3, a reference electrode 5 and a dielectric carrier material 6 located between the strip electrodes 4, 4' and the reference electrode 5.
  • the strip electrodes 4, 4 'and the reference electrode 5 are arranged parallel to one another on opposite sides of the dielectric carrier material 6.
  • a voltage signal provided by a transmission electronics 1 1 is applied between the strip electrodes 4, 4 'and the reference electrode 5, electrical and magnetic fields are generated by charge displacements in the dielectric carrier material 6. Due to the arrangement of the strip electrodes 4, 4 ', the reference electrode 5 and the dielectric carrier material 6, the field lines of the generated fields extend substantially perpendicular to the longitudinal direction of the stripline 2. In order to reduce the influence of extraneous fields, asymmetries and / or inhomogeneities, However, the voltage signals between the first strip electrode 4 and the reference electrode 5 and between the second strip electrode 4 'and the reference electrode 5 opposite polarities otherwise an identical waveform.
  • the dielectric carrier material 6 comprises a plastic layer containing macromolecules, wherein the vast majority of the macromolecules contained in the plastic layer are aligned in the longitudinal direction of the strip conductor 2.
  • the orientation of the macromolecules leads to the fact that the dielectric carrier material 6, which here is manufactured solely from the plastic layer 7, has the required homogeneity to allow broadband transmission of electrical signals with spatially limited electrical or magnetic fields.
  • the generated fields can be transmitted to the probe 3 by means of capacitive or inductive coupling, the strip conductor 2 and the probe 3 having a minimal distance from one another, measured from the surface of the strip electrode 4 facing the probe to the strip conductor 2 Surface of the probe 3, smaller than 15 mm.
  • the probe 3 is designed like the strip conductor 2, so that the antenna structure 1 is suitable for the bidirectional transmission of signals between the strip conductor 2 and the probe 3.
  • FIG. 2 shows a schematic cross section through a strip conductor 2 according to the present invention.
  • the strip conductor 2 has two parallel strip electrodes 4, 4 ', which consist of copper and which are printed on a plastic film 12. Below the strip electrodes 4, 4 ', the plastic film 12 is connected to a dielectric carrier material 6, which is composed of several layers.
  • a first layer is a macromolecules containing homogeneous plastic layer 7, which is characterized by an alignment of the macromolecules along the longitudinal direction of the strip conductor 2.
  • the permittivity s r of the homogeneous plastic layer 7 changes in any spatial direction by less than 5%.
  • the strip conductor 2 has a symmetrical cross section.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antennenstruktur zur breitbandigen Übertragung elektrischer Signale, welche einen Streifenleiter und eine mit dem Streifenleiter kapazitiv oder induktiv koppelbare Sonde aufweist, wobei der Streifenleiter und die Sonde innerhalb eines vorgegebenen Abstandsbereiches zwischen Sonde und Streifenleiter in Längsrichtung des Streifenleiters relativ zueinander bewegbar angeordnet sind, sodass elektrische Signale berührungslos zwischen dem Streifenleiter und der Sonde übertragbar sind, wobei der Streifenleiter mindestens eine der Sonde zugewandte Streifenelektrode sowie eine Bezugselektrode und ein zwischen der Streifenelektrode und der Bezugselektrode befindliches dielektrisches Trägermaterial umfasst. Um eine breitbandige und kostengünstige Vorrichtung zur Signalübertragung bereitzustellen, welche eine Leiterstruktur aufweist, die auch bei hohen Frequenzen eine hohe Symmetrie des Signals sowie niedrige Dämpfungswerte erreicht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das dielektrische Trägermaterial eine Makromoleküle enthaltende homogene Kunststoffschicht umfasst, die sich durch eine Ausrichtung der Makromoleküle entlang einer Vorzugsrichtung auszeichnet.

Description

Antennenstruktur zur breitbandigen Übertragung elektrischer Signale
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antennenstruktur zur breitbandigen Übertragung elektrischer Signale, welche einen Streifenleiter und eine mit dem Streifenleiter kapazitiv oder induktiv koppelbare Sonde aufweist, wobei der Streifenleiter und die Sonde innerhalb eines vorgegebenen Abstandsbereiches zwischen Sonde und Streifenleiter in Längsrichtung des Streifenleiters relativ zueinander bewegbar angeordnet sind, sodass elektrische Signale berührungslos zwischen dem Streifenleiter und der Sonde übertragbar sind, wobei der Streifenleiter mindestens eine der Sonde zugewandte Streifenelektrode sowie eine Bezugselektrode und ein zwischen der Streifenelektrode und der Bezugselektrode befindliches dielektrisches Trägermaterial umfasst.
Sollen elektrische Signale zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Bauteilen übertragen werden, wie es beispielsweise bei Kran- oder Förderanlagen, Radaranlagen oder Computertomographen notwendig ist, wird aus offensichtlichen Gründen versucht, auf bewegungseinschrän- kende Kabelverbindungen zu verzichten. Eine hierfür geeignete Vorrichtung ist in DE 44 12 958 beschrieben. Das zu übertragende Signal wird hier in eine Streifenleitung der ersten Einheit, welche längs des Weges der Bewegung der gegeneinander beweglichen Einheiten angeordnet ist, eingespeist. Mittels kapazitiver oder induktiver Kopplung wird das Signal von der zweiten Einheit abgegriffen.
Eine verbesserte Vorrichtung zur Übertragung, wie sie beispielsweise in der WO 98/29919 beschrieben ist, basiert auf einer speziellen Leiterstruktur, welche gleichzeitig Filtereigenschaften besitzt. In den folgenden Ausführungen bezieht sich der Begriff „Streifenleiter" auf alle Formen von Leiterstrukturen, deren Längsausdehnung größer ist als ihre Ausdehnung senkrecht zur Längsachse und welche geeignet sind, elektrische Signale zu führen. Die Signale werden im Nahfeld des Streifenleiters ausgekoppelt, wobei die Signalauskopplung im Idealfall ausschließlich im Bereich der zweiten Einheit erfolgen soll. Eine weitergehende Signalaussendung ist unerwünscht, da die breitbandigen Signale zu Störungen in anderen Geräten oder Geräteteilen führen können.
Die zur Übertragung verwendeten Streifenleiter sind meist basierend auf doppelseitigen Leiterplatten aufgebaut. Als dielektrisches Trägermaterial dient in der Regel ein glasfaserverstärkter Kunststoff. Dieser Träger ist meist auf einer Seite mit einer durchgehenden Leiterfläche als Bezugs- elektrode und auf der anderen Seite mit einer Streifenelektrode versehen.
Zu den schwierigsten technischen Problemen bei derartigen Antennenstrukturen zählt das Erreichen einer hohen Störfestigkeit sowie einer auf einen variierenden Empfangsbereich beschränkten Sig- nalübertragung, d.h. einer niedrigen pauschalen Abstrahlung entlang des gesamten Streifenleiters.
Eine Lösung, die diese Probleme vermeidet, ist in der US-Patentschrift 5,287,1 17 angegeben. Hierin wird die Leiteranordnung durch mehrere kleine Antennensegmente ersetzt. Diese können auf Leiterplatten kleiner Fläche mit hochwertigen Materialien hergestellt werden. Allerdings ergibt sich auch hier durch die hohe Anzahl von Antennensegmenten ein hoher Materialeinsatz und insbesondere ein hoher Montageaufwand, was zu hohen Fertigungskosten führt.
Die EP 1 476 956 beschreibt Leiteranordnungen, welche mindestens ein Dielektrikum mit Hohlstrukturen verwendet, wobei die Hohlstrukturen mit Luft oder einem technischen Gas gefüllt sind. Nachteilig ist hier, neben dem hohen Aufwand für die Erzeugung und Füllung der Hohlstrukturen und den damit verbundenen hohen Kosten, vor allem die auftretenden Schwankungen in der Homogenität, da die Hohlraumzwischenwände und die Luft bzw. technischen Gase nicht die gleiche Dielektrizitätszahl aufweisen. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine breitbandige und kostengünstige Vorrichtung zur Signalübertragung bereitzustellen, welche eine Leiterstruktur aufweist, die auch bei hohen Frequenzen eine hohe Symmetrie des Signals sowie niedrige Dämpfungswerte erreicht.
Erfindungsgemäß wird die vorliegende Aufgabe durch eine Antennenstruktur mit den eingangs genannten Merkmalen gelöst, wobei das dielektrische Trägermaterial eine Makromoleküle enthaltende homogene Kunststoffschicht umfasst, die sich durch eine Ausrichtung der Makromoleküle entlang einer Vorzugsrichtung auszeichnet.
Für die Signalübertragung mit hohen Datenraten bei geringer elektromagnetischer Abstrahlung und hoher Störfestigkeit gegenüber elektromagnetischen Strahlungen ist es erforderlich, dass das dielektrische Trägermaterial eine sehr hohe Homogenität aufweist.
Wird, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine Makromoleküle enthaltende Kunststoffschicht verwendet, kann durch Ausrichtung der Makromoleküle in einer Vorzugsrichtung die Homogenität des dielektrischen Trägermaterials verbessert werden. Durch die Ausrichtung der Makromoleküle werden eine ungleiche Ladungsverteilung im Material und eine ungewollte Verschiebung der Energieniveaus der chemischen Bindungsenergien, die auf eine Wechselwirkung zwischen den Makromolekülen zurückzuführen ist, unwahrscheinlicher. Damit sind die elektrischen und magnetischen Felder im Material insgesamt homogener.
Es hat sich insbesondere als vorteilhaft herausgestellt, wenn die in der Kunststoffschicht enthal- tenden Markomoleküle entlang der Längsrichtung des Streifenleiters ausgerichtet sind. Die Ausrichtung der Makromoleküle im dielektrischen Trägermaterial kann durch einen Reckprozess erreicht werden, bei dem das dielektrische Trägermaterial durch Applizieren einer Zugspannung in die gewünschte Vorzugsrichtung gestreckt wird. Durch die Verformung des Trägermaterials richten sich die untergeordneten Polymere und die teilkristallinen Bereiche der Kunststoffschicht et- wa parallel zur Zugrichtung aus. Durch diese Maßnahme werden die Berührungsflächen zwischen den Makromolekülen größer, der Abstand geringer und das Gefüge homogener. Außerdem werden die Sekundärbindungen stärker.
Darüber hinaus kann durch den Reckprozess die mechanische Festigkeit des dielektrischen Trä- germaterials in Zugrichtung erhöht werden. Insbesondere bei langen Streifenleitern kann durch die Ausrichtung der Makromoleküle entlang der Längsrichtung des Streifenleiters eine Verbesserung der mechanischen Festigkeit und damit eine reduzierte Bruchgefahr des Streifenleiters beobachtet werden. Durch die Erhöhung der mechanischen Festigkeit und die reduzierte Bruchgefahr sind derartige Antennenstrukturen insbesondere zur breitbandigen Übertragung elektrischer Signale geeignet, bei denen Streifenleiter und/oder Sonden auf einer Kreisbahn umlaufen, wie es beispielsweise bei Drehübertragungssystemen für Computertomographen der Fall ist.
Es versteht sich, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Ausrichtung der Makromoleküle entlang einer Vorzugsrichtung genüge getan ist, wenn eine überwiegende Anzahl der vorhan- denen Makromoleküle entlang der gewählten Vorzugsrichtung ausgerichtet sind. Gleichermaßen versteht es sich, dass die Übertragung der Signale beidseitig, also der Streifenleiter als Sender und die Sonde als Empfänger oder aber auch der Streifenleiter als Empfänger und die Sonde als Sender betrieben werden können. Auch eine bidirektionale Signalübertragung ist denkbar. Dementsprechend kann im Sinne der vorliegenden Erfindung die Sonde auch als Streifenleiter bzw. als ein kurzer Abschnitt hiervon ausgestaltet sein.
Der Streifenleiter ist meist nach einer Seite zum freien Raum offen. Von dieser Seite aus erfolgt die Ankopplung der Sonde. Die Sonde und optional auch deren Umhüllung sind von möglichst symmetrischen Flächen mit leitender Oberflache abgeschlossen. Damit lässt sich einerseits eine definierte Impedanz des Leitersystem erreichen und andererseits eine definiert symmetrische Begrenzung realisieren. Wäre keine definierte Bezugsfläche vorhanden, so wäre mindestens ein Teil des Gerätes, in dem die Antennenstruktur angebracht ist, als elektrischer Bezug wirksam, wodurch die geforderte Symmetrie nicht erreicht werden würde. In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das dielektrische Trägermaterial zumindest eine weitere homogene dielektrische Schicht aufweist. Durch die weitere homogene dielektrische Schicht können Materialien mit verschiedenen elektrischen Eigenschaften derart kombiniert werden, dass das dielektrische Trägermaterial in seiner Gesamtheit zur Erzeugung homo- gener Felder geeignet ist. Außerdem können sich die mechanischen Eigenschaften der weiteren dielektrischen Schicht und der Kunststoffschicht unterscheiden, sodass das dielektrische Trägermaterial in seiner Gesamtheit auch nach entsprechend mechanischen Gesichtspunkten ausgestaltet werden kann. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Änderungen der Per- mitivitätszahl sr des dielektrischen Trägermaterials und/oder die Änderungen der Permitivitätszahl zr der weiteren dielektrischen Schicht in beliebiger Raumrichtung kleiner 5 %, vorzugweise kleiner 1 % und besonders bevorzugt kleiner 0, 1 % sind. Sind die Änderungen der Permitivitätszahl sr kleiner als die vorgenannten Grenzwerte, ist die jeweilige dielektrische Schicht besonders homo- gen, sodass die dielektrischen Verluste nur extrem geringen Schwankungen unterliegen.
Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das dielektrische Trägermaterial zumindest eine mechanische Verstärkungsschicht aufweist. Beispielsweise kann eine glasfaserverstärkte Kunststoffschicht in das dielektrische Trä- germaterial eingearbeitet bzw. mit diesem verbunden sein. Es hat sich außerdem gezeigt, dass ein Streifenleiter mit einem dielektrischen Trägermaterial, welches eine mechanische Verstärkungsschicht aufweist, besonders gut mechanisch formbar bzw. nachbearbeitbar ist, sodass der Streifenleiter zur Aufnahme in einem elektrischen Gerät besonders gut anpassbar ist. In einer weiteren Ausführungsform weist das Trägermaterial zumindest eine Äquipotentialfläche auf. Äquipotentialflächen helfen Asymmetrien im dielektrischen Trägermaterial auszugleichen, sodass das erzeugte elektrische und/oder magnetische Feld weitestgehend symmetrisch ist. Zur Ausbildung solcher Äquipotentialflächen können Schichten aus leitfähigem Material, insbesondere Material mit einer hohen Leitfähigkeit, in das dielektrische Trägermaterial eingelassen werden. Insbesondere könnte eine Schicht aus leitfähigem Material mit einer unvollständigen Flächenüber- deckung, wie z.B. ein Metallgitter, direkt bei der Herstellung des dielektrischen Trägermaterials in die Kunststoffschicht eingebracht werden, die im Betrieb als Äquitpotentialfläche Asymmetrien bzw. Störungen der erzeugten elektrischen und/oder magnetischen Felder herausfiltert. Je nach Ausführung können diese Schichten elektrisch isoliert eingebracht oder auch an den Enden des Streifenleiters reflektionsfrei abgeschlossen sein.
Ist der Streifenleiter, wie in einer Ausführungsform vorgesehen, im Querschnitt spiegelsymmetrisch aufgebaut, so kann die Ausdehnung der erzeugten elektrischen und magnetischen Felder besonders gut begrenzt werden. Hier und im folgenden ist die Symmetrie im Bezug auf die Längsmittelebene des Streifenleiters zu verstehen. Die Ausgestaltung symmetrischer Streifenleiter verhindert, dass durch unterschiedliche Laufzeiten in der Streifenelektrode, der Bezugselektrode und/oder dem dielektrischen Trägermaterial Inhomogenitäten und/oder Asymmetrien aus- gebildet werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist der kleinste Abstand zwischen Streifenleiter und Sonde, gemessen von der der Sonde zugewandten Oberfläche der Streifenelektrode bis zu der dem Streifenleiter zugewandten Oberfläche der Sonde, kleiner 15 mm, bevorzugt kleiner 8 mm und liegt besonders bevorzugt im Bereich von 1 mm bis 4 mm.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mindestens eine Streifenelektrode und die Bezugselektrode jeweils auf eine Kunststofffolie aufgedruckt sind. Es hat sich gezeigt, dass die Herstellung eines Streifenleiters besonders kostengünstig realisiert werden kann, wenn die Streifenelektrode und die Bezugselektrode jeweils auf eine Kunststofffolie aufgedruckt werden, und diese anschließend an oder auf dem dielektrischen Trägermaterial angeordnet werden. Besonders bevorzugt ist die Streifenelektrode und die Bezugselektrode aus Kupfer hergestellt, das auf jeweils eine Kunststofffolie aufgedruckt wird. Die Kunststofffolie selbst kann dabei in einer Ausführungsform das dielektrische Trägermaterial sein.
In einer Ausführungsform weist der Streifenleiter zwei Streifenelektroden auf, die in der gleichen Ebene parallel und im Abstand zueinander angeordnet sind. Derartig symmetrische Streifenleiter können besonders abstrahlungsarm realisiert werden, wobei insbesondere durch Verwendung symmetrischer bzw. asymmetrischer, elektrischer Signale auf zwei parallele Streifen Störungen ausgeglichen werden können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sollen von dem Begriff „parallel" auch derartige Anordnungen umfasst sein, bei denen die Streifenelektroden zwar in sich strukturiert sind, wohl aber als Ganzes im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Sendeelektronik vorgesehen, welche derart ausgebil- det ist, dass sie zwischen der ersten Streifenelektrode und der Bezugselektrode und zwischen der zweiten Streifenelektrode und der Bezugselektrode Signale anlegt, die eine entgegengesetzte Polarität haben. Durch die Beaufschlagung von entgegengesetzt polarisierten Signalen wird eine differentielle Übertragung ermöglicht, bei der selektive Störungen, insbesondere Asymmetrien und Inhomogenitäten, ausgeglichen werden können. Auch sind derartige symmetrische An- tennenstrukturen besonders abstrahlungsarm, da sich die elektrischen und magnetischen Felder im Fernbereich gegenseitig aufheben. Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen und den dazu gehörigen Figuren. Es zeigen: Figur 1 eine teilweise weggebrochene Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Antennenstruktur und
Figur 2 einen schematischen Querschnitt durch einen Streifenleiter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Figur 1 ist eine teilweise weggebrochene Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Antennenstruktur 1 dargestellt. Für die breitbandige Übertragung elektrischer Signale weist die Antennenstruktur 1 einen Streifenleiter 2 und eine Sonde 3 auf, die innerhalb eines vorgegebenen Abstandsbereiches in Längsrichtung des Streifenleiters 2 relativ zueinander bewegbar angeordnet sind. Der Streifenleiter 2 hat eine größere Längsausdehnung als die Sonde 3. Während der Rela- tivbewegung kann eine Signalübertragung zwischen Streifenleiter 2 und Sonde 3 erfolgen.
Der Streifenleiter 2 weist zwei der Sonde 3 zugewandte Streifenelektroden 4, 4', eine Bezugselektrode 5 sowie ein zwischen den Streifenelektroden 4, 4' und der Bezugselektrode 5 befindliches dielektrisches Trägermaterial 6 auf. Dabei sind die Streifenelektroden 4, 4' und die Bezugs- elektrode 5 parallel zueinander auf gegenüberliegenden Seiten des dielektrischen Trägermaterials 6 angeordnet.
Wird im Betrieb der Antennenstruktur 1 ein von einer Sendeelektronik 1 1 bereitgestelltes Spannungssignal zwischen den Streifenelektroden 4, 4' und der Bezugselektrode 5 angelegt, werden durch Ladungsverschiebungen im dielektrischen Trägermaterial 6 elektrische und magnetische Felder erzeugt. Aufgrund der Anordnung der Streifenelektroden 4,4', der Bezugselektrode 5 und dem dielektrischem Trägermaterial 6, erstrecken sich die Feldlinien der erzeugten Felder im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung des Streifenleiters 2. Um den Einfluss von Fremdfeldern, Asymmetrien und/oder Inhomogenitäten zu reduzieren, haben die Spannungssignale zwischen der ersten Streifenelektrode 4 und der Bezugselektrode 5 und zwischen der zweiten Streifenelektrode 4' und der Bezugselektrode 5 entgegengesetzte Polaritäten im übrigen jedoch einen identischen Signalverlauf. Dabei ist es von Vorteil, dass das dielektrische Trägermaterial 6 eine Makromoleküle enthaltende Kunststoffschicht umfasst, wobei die überwiegende Anzahl der in der Kunststoffschicht enthaltenden Makromoleküle in Längsrichtung des Streifenleiters 2 ausgerichtet sind. Die Ausrichtung der Makromoleküle führt dazu, dass das dielektrische Trägermaterial 6, welches hier einzig aus der Kunststoffschicht 7 gefertigt ist, die erforderliche Homogenität aufweist, um die breitbandige Übertragung elektrischer Signale mit räumlich begrenzt wirksamen elektrischen oder magnetischen Feldern zu ermöglichen.
Die erzeugten Felder können durch kapazitive oder induktive Kopplung auf die Sonde 3 übertra- gen werden, wobei der Streifenleiter 2 und die Sonde 3 einen minimalen Abstand zueinander aufweisen, der gemessen von der der Sonde zugewandten Oberfläche der Streifenelektrode 4 bis zu der dem Streifenleiter 2 zugewandten Oberfläche der Sonde 3, kleiner als 15 mm ist.
Die Sonde 3 ist bei dieser Ausführungsform wie der Streifenleiter 2 ausgebildet, sodass die An- tennenstruktur 1 für die bidirektionale Übertragung von Signalen zwischen Streifenleiter 2 und Sonde 3 geeignet ist.
In der Figur 2 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Streifenleiter 2 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Streifenleiter 2 weist zwei parallele Streifenelektroden 4, 4' auf, die aus Kupfer bestehen und die auf eine Kunststofffolie 12 aufgedruckt sind. Unterhalb der Streifenelektroden 4, 4' ist die Kunststofffolie 12 mit einem dielektrischen Trägermaterial 6 verbunden, welches aus mehreren Schichten aufgebaut ist. Eine erste Schicht ist eine Makromoleküle enthaltende homogene Kunststoffschicht 7, die sich durch eine Ausrichtung der Makromoleküle entlang der Längsrichtung des Streifenleiters 2 auszeichnet. Die Permitivitätszahl sr der homogenen Kunststoffschicht 7 ändert sich in beliebiger Raumrichtung um weniger als 5 %.
Unterhalb der homogenen Kunststoffschicht 7 sind eine weitere homogene, dielektrische Materialschicht 8 und eine mechanische Verstärkungsschicht 9 angeordnet. Zwischen der weiteren dielektrischen Materialschicht 8 und der mechanischen Verstärkungsschicht 9 ist ein Metallgitter eingebettet, das im Betrieb eine Äquipotentialfläche 10 ausbildet. Die homogene Kunststoffschicht 7, die weitere dielektrische Materialschicht 8, das Metallgitter als Äquipotentialfläche 10 und die mechanische Verstärkungsschicht 8 bilden gemeinsam das dielektrische Trägermaterial 6. Wie in der Querschnittsansicht ersichtlich, ist der Streifenleiter 2 im Querschnitt symmetrisch aufgebaut.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zu- sammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen und die Betonung der Unabhängigkeit der einzelnen Merkmale voneinander wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
Bezugszeichenliste
1 Antennenstruktur
2 Streifenleiter
3 Sonde
4, 4' Streifenelektrode
5 Bezugselektrode
6 dielektrisches Trägermaterial
7 homogene Kunststoffschicht
8 homogene dielektrische Schicht
9 mechanische Verstärkungsschicht
10 Äq u i potentia If läche
1 1 Sendeelektronik

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Antennenstruktur (1 ) zur breitbandigen Übertragung elektrischer Signale, welche einen Streifenleiter (2) und eine mit dem Streifenleiter (2) kapazitiv oder induktiv koppelbare Sonde (3) aufweist, wobei der Streifenleiter (2) und die Sonde (3) innerhalb eines vorgegebenen Abstandsbereiches zwischen Sonde (3) und Streifenleiter (2) in Längsrichtung des Streifenleiters (2) relativ zueinander bewegbar angeordnet sind, sodass elektrische Signale berührungslos zwischen dem Streifenleiter (2) und der Sonde (3) übertragbar sind, wobei der Streifenleiter (2) mindestens eine der Sonde (3) zugewandte Streifenelektrode (4) sowie eine Bezugselektrode (5) und ein zwischen der Streifenelektrode (4) und der Bezugselektrode (5) befindliches dielektrisches Trägermaterial (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Trägermaterial (6) eine Makromoleküle enthaltende homogene Kunststoffschicht (7) umfasst, die sich durch eine Ausrichtung der Makromoleküle entlang einer Vorzugsrichtung auszeichnet.
Antennenstruktur (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Trägermaterial (6) zumindest eine weitere homogene dielektrische Schicht (8) aufweist.
Antennenstruktur (1 ) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungen der Permittivitätszahl sr des dielektrischen Trägermaterials (6) und/oder die Änderungen der Permittivitätszahl sr der weiteren dielektrischen Schicht (8) in beliebiger Raumrichtung kleiner als 5 %, vorzugsweise kleiner 1 % und besonders bevorzugt kleiner 0,1 % sind.
Antennenstruktur (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Trägermaterial (6) zumindest eine mechanische Verstärkungsschicht (9) aufweist.
Antennenstruktur (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (6) zumindest eine Äquipotentialfläche (10) aufweist.
Antennenstruktur (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial eine im Betrieb als Äquipotentialfläche (10) wirkende Schicht aus leitfähigem Material mit einer unvollständigen Flächenüberdeckung, insbesondere ein Metallgitter, aufweist.
Antennenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifenleiter (2) im Querschnitt symmetrisch aufgebaut ist. Antennenstruktur (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste Abstand zwischen Streifenleiter (2) und Sonde (3), gemessen von der der Sonde (3) zugewandten Oberfläche der Streifenelektrode (4) bis zu der dem Streifenleiter (2) zugewandten Oberfläche der Sonde (3), kleiner als 15 mm, bevorzugt kleiner als 8 mm ist und besonders bevorzugt im Bereich von 1 mm bis 4 mm liegt.
Antennenstruktur (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Streifenelektrode (4) und die Bezugselektrode (5) jeweils auf eine Kunststofffolie (12) aufgedruckt sind.
Antennenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifenleiter (2) zwei Streifenelektroden (4. 4') aufweist, die in der gleichen Ebene parallel und im Abstand zueinander angeordnet sind.
Antennenstruktur (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sendeelektronik (1 1 ) vorgesehen ist, welche derart ausgebildet ist, dass sie zwischen der ersten Streifenelektrode (4) und der Bezugselektrode (5) und zwischen der zweiten Streifenelektrode (4') und der Bezugselektrode (5) Signale anlegt, die einen identischen Signalverlauf, jedoch mit entgegengesetzter Polarität haben.
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