DE102009005045A1

DE102009005045A1 - Patchantenne

Info

Publication number: DE102009005045A1
Application number: DE102009005045A
Authority: DE
Inventors: Mohammad Bashir
Original assignee: Wilhelm Sihn jr GmbH and Co KG
Current assignee: Wilhelm Sihn jr GmbH and Co KG
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2010-07-15
Also published as: US20100177003A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Patchantenne mit einer elektrisch leitenden Massefläche (1), einer elektrisch leitenden Strahlerfläche (2), und einem zwischen der Massefläche (1) und der Strahlerfläche (2) angeordneten Dielektrikum (3). Erfindungsgemäß ist ein das Dielektrikum (3) umgebender Reflektor (6) vorgesehen, der sich in Richtung von der Massefläche (1) zu der Strahlerfläche (2) zunehmend öffnet.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Patchantenne mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Derartige Patchantennen sind bekannt und werden insbesondere für Automobile verwendet.
Patchantennen lassen sich vorteilhaft klein und kompakt ausbilden, so dass sie an Automobilen angebracht werden können, ohne deren ästhetisches Erscheinungsbild zu beeinträchtigen. Flache Patchantennen, die sich beispielsweise unter einem Glasdach oder Kunststoffdach eines Automobils integrieren lassen, haben jedoch in der Regel in einem Winkelbereich von 50° bis 70° Elevation eine schlechtere Empfangscharakteristik als beispielsweise Kreuzdipol- oder Quadrifilarhelixantennen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Weg aufzuzeigen, wie sich bei einer Patchantenne der eingangs genannten Art die Empfangseigenschaften insbesondere in dem genannten Winkelbereich verbessern lassen.
Diese Aufgabe wird durch eine Patchantenne mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Patchantenne hat einen das Dielektrikum umgebenden Reflektor, der sich in Richtung von der Massefläche zu der Strahlungsfläche zunehmend öffnet. Die von dem Reflektor umgebene Fläche nimmt also mit zunehmendem Abstand von der Massefläche zu. Auf diese Weise lässt sich insbesondere die omnidirektionale Richtcharakteristik verbessern und dennoch eine flache Bauweise beibehalten.
Prinzipiell kann sich der Reflektor einer erfindungsgemäßen Patchantenne stufenweise öffnen. Bevorzugt ist jedoch, dass sich der Reflektor kontinuierlich öffnet, beispielsweise in einer Schnittansicht bogenförmig, insbesondere parabelförmig, gerundet ist, aufweist. Dass sich der Reflektor kontinuierlich öffnet, lässt sich besonders vorteilhaft dadurch erreichen, dass der Reflektor eine schräg zur Massefläche verlaufende Reflektorfläche aufweist. Bei einer runden Patchantenne hat die Reflektorfläche folglich bevorzugt die Form eines Kegelstumpfs. Bei einer rechteckigen Patchantenne, insbesondere einer quadratischen Patchantenne, hat der Reflektor entsprechend für jede Seite der Patchantenne eine Reflektorfläche, die schräg zu der Massefläche verläuft, so dass der Reflektor beispielsweise die Form eines Pyramidenstumpfs hat.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Reflektor elektrisch leitend mit der Massefläche verbunden ist. Besonders bevorzugt ist dabei, dass der Reflektor einstückig mit der Massefläche ausgebildet ist, beispielsweise können der Reflektor und die Massefläche zusammen eine Wanne bilden. Eine derartige Wanne kann beispielsweise durch metallisches Beschichten eines entsprechenden Kunststoffformteils oder aus Blech hergestellt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sich der Reflektor über die Strahlerfläche hinaus erstreckt. Auf diese Weise kann bereits durch eine minimale Erhöhung der Bauhöhe die Richtcharakteristik erheblich verbessert werden.
Eine erfindungsgemäße Patchantenne ist insbesondere für den Mikrowellenbereich, beispielsweise zum Empfang im SDARS-Frequenzbereich, insbesondere von 2,3 GHz bis 2,4 GHz, geeignet und lässt sich wegen ihres flachen Aufbaus ohne einen Versteifungsrahmen beispielsweise unter einem Glas- oder Kunststoffdach eines Automobils montieren.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Patchantenne;
2 eine schematische Schnittansicht zu 1; und
3 einen Zuschnitt eines Blechs zur Ausbildung von Massefläche und Reflektor der in 1 gezeigten Patchantenne.
Die in den 1 und 2 dargestellte Patchantenne hat eine elektrisch leitende Massefläche 1, eine elektrisch leitende Strahlerfläche 2 und ein zwischen der Massefläche und der Strahlenfläche angeordnetes Dielektrikum 3. Auf der Strahlenfläche 2 ist eine weitere dielektrische Schicht 4 mit einer weiteren Strahlerfläche 5 zur Ausbildung eines parasitären Strahlerelements angeordnet.
Das Dielektrikum 3 ist von einem Reflektor 6 umgeben, der sich in Richtung von der Massefläche 1 zu der Strahlerfläche 2 hinzunehmend öffnet. Der Reflektor 6 hat vier schräg zur Massefläche 1 verlaufende Reflektorflächen 6a, 6b, 6c, 6d und somit die Form eines Pyramidenstumpfes. Die Reflektorflächen 6a, 6b, 6c, 6d schließen mit der Massefläche 1 einen Winkel α von 120° bis 150°, insbesondere 130° bis 140° ein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Winkel α einen Wert von 135°.
Wie insbesondere 2 zeigt, erstreckt sich der Reflektor 6 über die Strahlenfläche 2 hinaus, und insbesondere auch über die weitere Strahlenfläche 5 hinaus. In Stapel richtung der zu einander parallelen Schichten 2, 3, 4, 5 der Patchantenne erstreckt sich der Reflektor 6 also weiter als der Schichtstapel der Patchantenne, der beispielsweise 3 bis 4 mm hoch sein kann.
Der Reflektor 6 ist elektrisch leitend mit der Massefläche 1 verbunden, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig mit der Massefläche 1 ausgebildet. Beispielsweise können Reflektor 6 und Massefläche 1 als metallisierte Flächen auf einem Kunststoffformteil ausgebildet sein. Möglich ist es auch, Reflektor 6 und Massefläche 1 aus Blech auszubilden, beispielsweise durch Tiefziehen, und als Wanne geformt sein. Bevorzugt werden Reflektor 6 und Massefläche 1 aus einem Blech ausgebildet, dessen seitliche Abschnitte zum Ausbilden der Reflektorflächen 6a, 6b, 6c, 6d schräg nach oben gebogen werden. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines solchen Blechteils. Das gestrichelt eingezeichnete Quadrat gibt an, um welche Linien die seitlichen Abschnitte zum Ausbilden der Reflektorflächen 6a, 6b, 6c, 6d nach oben gefaltet werden.
Der Reflektor 6 ist an seinem der Massefläche 1 zugewandten Ende in einem Abstand von dem Dielektrikum 3 angeordnet. Die Reflektorflächen 6a, 6b, 6c, 6d haben also auch an ihrem der Massefläche 1 zugewandten Ende einen erheblichen Abstand von dem Dielektrikum 3. Dieser Abstand beträgt bevorzugt mindestens 5% und höchstens 25% des Abstandes zwischen gegenüberliegenden Randpunkten des Dielektrikums 3. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand an dem der Massefläche 1 zugewandten Ende des Reflektors von dem Dielektrikum 3 etwa 15% der Seitenlänge des Dielektrikums 3.
Die weitere Strahlerfläche 5 steht allseitig über die Strahlerfläche 3 über. Dieser Überstand ist jedoch kleiner als der Abstand des Reflektors 6 an seinem der Massefläche 1 zugewandten Ende von dem Dielektrikum 3.
Der Reflektor 6 kann mit Befestigungsabschnitten 6e versehen sein, die wie in 2 dargestellt an den von der Massefläche 1 abgewandten Rand der Reflektorflächen 6a, 6b, 6c, 6d anschließen und zur Befestigung der Patchantenne an einem Automobil dienen. Die Befestigungsabschnitte 6e können beispielsweise als Klebeflächen dienen und/oder Öffnungen für Schrauben oder Nieten aufweisen.

1: Massefläche
2: Strahlerfläche
3: Dielektrikum
4: dielektrische Schicht
5: Strahlerfläche
6: Reflektor
6a–d: Reflektorflächen
6e: Befestigungsabschnitte

Claims

Patchantenne mit einer elektrisch leitenden Massefläche (1), einer elektrisch leitenden Strahlerfläche (2), und einem zwischen der Massefläche (1) und der Strahlerfläche (2) angeordneten Dielektrikum (3), gekennzeichnet durch einen das Dielektrikum (3) umgebenden Reflektor (6), der sich in Richtung von der Massefläche (1) zu der Strahlerfläche (2) zunehmend öffnet.
Patchantenne nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (6) elektrisch leitend mit der Massefläche (1) verbunden ist.
Patchantenne nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (6) an seinem der Massefläche (1) zugewandten Ende in einem Abstand von dem Dielektrikum (3) angeordnet ist.
Patchantenne nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand mindestens 5% des Abstands gegenüberliegender Randpunkte des Dielektrikums (3) beträgt.
Patchantenne nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand an dem der Massefläche (1) zugewandten Ende des Reflektors (6) höchstens 25% des Abstandes zwischen gegenüberliegenden Randpunkten des Dielektrikums (3) beträgt.
Patchantenne nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sich der Reflektor (6) kontinuierlich öffnet.
Patchantenne nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (6) eine schräg zu der Massefläche (1) verlaufende Reflektorfläche (6a, 6b, 6c, 6d) aufweist.
Patchantenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorfläche (6a, 6b, 6c, 6d) mit der Massefläche (1) einen Winkel von 120° bis 150°, vorzugsweise 130° bis 140°, einschließt.
Patchantenne nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sich der Reflektor (6) über die Strahlerfläche (2) hinaus erstreckt.
Patchantenne nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass auf der Strahlerfläche (2) eine weitere dielektrische Schicht (4) angeordnet ist, auf der eine weitere Strahlerfläche (5) angeordnet ist.
Patchantenne nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sich der Reflektor (6) über die weitere Strahlerfläche (5) hinaus erstreckt.
Patchantenne nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (6) einstückig mit der Massefläche (1) ausgebildet ist.
Patchantenne nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (6) und die Massefläche (1) aus Blech sind.
Patchantenne nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (6) zusammen mit der Massefläche (1) eine Wanne bildet.
Patchantenne nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Strahlerfläche (5) seitlich über die Strahlerfläche (2) übersteht.