DE69716807T2

DE69716807T2 - Kompakt gedruckte Antenne mit geringer Strahlung in Elevationsrichtung

Info

Publication number: DE69716807T2
Application number: DE69716807T
Authority: DE
Inventors: Patrice Brachat
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Gula Consulting LLC
Priority date: 1996-04-24
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 2003-07-10
Anticipated expiration: 2017-04-18
Also published as: EP0805512A1; FR2748162A1; CA2203359A1; FR2748162B1; DE69716807D1; EP0805512B1; US5966096A

Description

Die Erfindung betrifft ebene gedruckte Antennen zum Senden und/oder Empfangen von Mikrowellensignalen.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine ebene Antenne, deren Abstrahlung bei geringem EI (Elevations)-Winkel maximal ist.
Die Antenne der Erfindung hat eine Vielzahl von Anwendungen. Sie kann beispielsweise mit einer auf dem Dach eines Fahrzeugs angebrachten Schaltung zum Sicherstellen von Satellitenkommunikationen benutzt werden. In der Tat benötigen bestimmte bewegliche Objekte, und insbesondere solche, die in Ländern mittlerer oder geringer Breitengrade (beispielsweise Nordeuropa) mit geostationären Satelliten in Verbindung sind, ebene Antennen, deren Abstrahlung bei geringem EI-Winkel maximal ist.
Derzeit werden in Fahrzeugen, aus Gründen des Platzbedarfes sowie aus Kostengründen, gedruckte Antennen des Typs "patch" benutzt. Diese haben insbesondere die Vorteile, eben und preiswert zu sein.
Allgemein umfasst eine gedruckte Antenne eine dielektrische Substratplatte, eine Erdungsebene (bestehend aus einer ersten Ablagerung eines leitfähigen Materials, das auf einer ersten Fläche der dielektrischen Substratplatte aufgebracht wird), ein strahlendes Element (gebildet von einer zweiten leitfähigen Ablagerung, die auf eine zweite Fläche der dielektrischen Substratplatte aufgebracht wird) sowie Mittel zum Speisen der Antenne.
Bei Normalbetrieb, d. h., bei Grundschwingungsbetrieb, erzeugen diese gedruckten Antennen ein Strahlungsdiagramm, das in der Richtung, die senkrecht zu der die Antenne enthaltenden Ebene liegt, ein Maximum aufweist. Bei dieser Art von Normalbetrieb liegt die Länge des strahlenden Elementes sehr nahe bei der halben Wellenlänge, unter Berücksichtigung der Dielektrizitätskonstanten des benutzten dielektrischen Substrats.
Um eine Strahlung zu erzeugen, die bei geringem EI-Winkel ein Maximum aufweist, d. h., in Richtungen, die von der Achse entfernt sind, welche senkrecht auf der die Antenne enthaltenden Ebene steht, müssen die gedruckten Antennen mit einer Oberschwingung betrieben werden, deren Stromverteilung das Erzeugen einer solchen Strahlung ermöglicht.
Das Hauptproblem liegt darin, dass die interessanten Oberschwingungen bei Frequenzen auftreten, die relativ hoch im Vergleich zur Grundschwingungsfrequenz liegen. Das heißt, dass um diese Oberschwingung für das benötigte Frequenzband (das nahe an dem der Grundschwingung entsprechenden Frequenzband liegt), die Antenne sehr stark überdimensioniert sein muss.
Diese Überdimensionierung macht den Einbau solcher Strahlungselemente in einem Netzwerk, mit dem Ziel, Antennen mit hohem Gewinn zu erzielen, nahezu unmöglich. Dieses Platzproblem ist umso schwerwiegender, weil für ein Netzwerk, dass eine Abstrahlung bei geringem EI-Winkel erzeugen muss, die strahlenden Elemente dicht aneinander liegen müssen, um große Netzwerkkeulen zu vermeiden, die den Antennengewinn stark schwächen.
Im Dokument EP 0 708 492 (ASULAB SA (CH) in den Fig. 1-4 und auf der Seite 4, Zeilen 35-36) ist eine Antenne dargestellt, die eine leitende Scheibe sowie Schlitzpaare umfasst, die sich vom Umfang zur Mitte der Scheibe erstrecken und das Steuern der Resonanzfrequenz ermöglichen. Was die Anordnung der Schlitze (5 und 6) der in diesem Dokument vorgestellten Antenne betrifft, so erstrecken sie sich vom Umfang zur Mitte der leitenden Scheibe (s. Fig. 3 und 4). Auch wenn die Schlitze senkrecht zu den Stromlinien des Schwingungsbereiches TM21 verlaufen, so enthält dieses Dokument keinen Hinweis zur Anwendung der Schlitze zum Steuern der Resonanzfrequenzen dieser Oberschwingung.
Insbesondere bezweckt die Erfindung, diesem Nachteil des Standes der Technik entgegenzuwirken.
Genauer gesagt ist eine Aufgabe der Erfindung das Bereitstellen einer gedruckten Antenne, die eine Abstrahlung für geringe EI-Winkel liefert, wobei ihr Platzbedarf gering ist.
Ferner ist Aufgabe der Erfindung das Bereitstellen einer Antenne, die alle Vorteile der gedruckten Antennen aufweist, insbesondere die geringen Herstellungskosten.
Diese verschiedenen Aufgaben sowie andere, die im Nachhinein deutlich werden, werden nach der Erfindung mit Hilfe einer ebenen gedruckten Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Mikrowellensignalen erzielt, von der Art die insbesondere Folgendes umfasst:
- eine dielektrische Substratplatte,
- eine Erdungsebene, bestehend aus einer ersten Ablagerung eines leitfähigen Materials, das auf einer ersten Fläche der dielektrischen Substratplatte aufgebracht wird,
- ein strahlendes Element, das aus einer zweiten leitfähigen Ablagerung gebildet wird, welches auf einer zweiten Fläche der dielektrischen Substratplatte aufgebracht wird,
- Mittel zum Speisen der Antenne,
wobei die Antenne eine Grundschwingung aufweist, bei der sie ein Strahlungsdiagramm erzeugt, das in der senkrechten Richtung auf die das strahlende Element enthaltende Ebene ein Maximum aufweist sowie mindestens eine Oberschwingung, in der sie ein Strahlungsdiagramm mit schwachem EI-Winkel erzeugt,
wobei die Antenne dadurch gekennzeichnet ist, dass das strahlende Element mindestens einen Einschnitt oder mehrere Einschnitte aufweist, der (die) so gestaltet ist (sind), dass die Resonanzfrequenz einer gewählten Oberschwingung gesteuert werden kann.
Die gewählte Oberschwingung ist diejenige, bei der die Antenne arbeiten soll, so dass die maximale Abstrahlung für geringe EI-Winkel erzeugt wird.
So besteht das allgemeine Prinzip der Erfindung darin, die Resonanzfrequenz für eine gegebene Oberschwingung nur durch Einschnitte im Strahlungselement zu reduzieren, d. h., ohne den gesamten Platzbedarf der Antenne zu ändern. Anders gesagt, weist die Antenne nach der Erfindung beim Betrieb mit derselben Oberschwingung einen geringeren Platzbedarf als eine klassische gedruckte Antenne auf.
Vorteilhafterweise liegt der Einschnitt bzw. liegen die Einschnitte in etwa senkrecht zu den Stromlinien der gewählten Oberschwingung.
So werden diese Stromlinien verlängert, wodurch die Resonanzfrequenz der gewählten Oberschwingung reduziert wird.
Vorteilhafterweise werden die Abmessungen (Länge, Breite) des Einschnittes oder der Einschnitte auf der Grundlage einer auf einer finiten Elementmethode basierenden Berechnungstechnik ermittelt.
Bevorzugterweise wenden die Einspeisemittel eine Einspeisetechnik aus der Gruppe an, die Folgendes umfasst:
- Einspeisung durch Koaxialsonde;
- Einspeisung durch Schlitzkopplung;
- Einspeisung durch Nähekopplung;
- Einspeisung durch Einspeiseleitung in der Ebene des strahlenden Elementes.
Bevorzugterweise weist das strahlende Element die Form einer Kreisscheibe auf.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführung der Erfindung handelt es sich bei der gewählten Oberschwingung um die Oberschwingung TM21, deren Stromlinien ein Muster bilden, das sich in jedem Viertel der Kreisscheibe wiederholt,
wobei die strahlenden Elemente vier radiale Einschnitte aufweisen, die paarweise durch einen Winkel von etwa 90º voneinander getrennt sind, wobei jeder der Einschnitte in etwa senkrecht zu den Stromlinien in einem der Viertel der Kreisscheibe liegt.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführung der Erfindung handelt es sich bei der gewählten Oberschwingung um die Oberschwingung TM01, deren Stromlinien radial verlaufen,
wobei die strahlenden Elemente mindestens einen kreisförmigen Einschnitt dort aufweisen, wo sich die Einschnitte über mindestens einen Teil des Umfangs eines Kreises erstrecken, der in der Kreisscheibe und konzentrisch mit dieser enthalten ist.
Vorteilhafterweise wirkt jeder Einschnitt mit Mitteln zur Vernichtung ihrer Wirkung zusammen, wobei die Antenne Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren der erwähnten Vernichtungsmittel umfasst.
Bevorzugterweise umfassen die Vernichtungsmittel der Wirkung eines Einschnitts eine Diode, die beide Ränder des Einschnitts verbindet.
Bei einer ersten besonderen Ausführung der Erfindung weist das strahlende Element eine Vielzahl von Einschnitten auf,
wobei die Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren gleichzeitig auf alle mit der Vielzahl von Einschnitten zusammenhängenden Vernichtungsmittel wirken, um eine Mehrfachwellenarbeitsweise zu ermöglichen, so dass
- wenn alle Vernichtungsmittel aktiviert sind, die Antenne in der erwähnten Grundschwingung betrieben wird,
- wenn alle Vernichtungsmittel deaktiviert sind, die Antenne in der gewählten Oberschwingung betrieben wird.
Dieser Mehrfachschwingungsbetrieb ermöglicht das Abdecken eines großen Raumwinkels mit maximaler Abstrahlung. In der Tat hat man bei der Grundschwingung ein Strahlungsmaximum in der Richtung, die senkrecht auf der Antennenebene liegt, während man in der gewählten Oberschwingung einen Strahlungshöhepunkt für einen geringen EI-Winkel hat.
Bei einer zweiten besonderen Ausführung der Erfindung weist das strahlende Element eine Vielzahl von Einschnitten auf,
wobei die Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren auf eine zeitlich variable Zahl von Vernichtungsmitteln wirken, die mit der Vielzahl von Einschnitten assoziiert sind, um einen Mehrfrequenzbetrieb zu ermöglichen, welcher derart gestaltet ist, dass jede verschiedene Zahl von Vernichtungsmitteln, die zu einem gegebenen Zeitpunkt aktiviert wird, einer bestimmten Resonanzfrequenz der gewählten Oberschwingung entspricht.
Dies ermöglicht einen Mehrfrequenzbetrieb für eine selbe Oberschwingung.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Zweibandantenne, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie zwei überlagerte Antennen umfasst, genannt untere Antenne und obere Antenne, des bereits oben erläuterten Typs, wobei das strahlende Element der unteren Antenne die Erdungsebene der oberen Antenne bildet.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungen der Erfindung, die als Beispiele zur Veranschaulichung und ohne einschränkende Wirkung vorgestellt werden, sowie beim Betrachten der beigefügten Figuren ersichtlich, wobei:
- Fig. 1 eine Seitenansicht einer über einen Koaxialkopf gespeisten klassischen Antenne zeigt;
- Fig. 2 eine Variationskurve des Stehwellenverhältnisses (ROS) der klassischen Antenne der Fig. 1 als Funktion der Frequenz darstellt;
- Fig. 3 eine Draufsicht einer Ausführung einer ersten Antenne nach der Erfindung darstellt;
- Fig. 4 eine schematische Darstellung der Stromlinien des Schwingungsbereiches TM21 für die erste Antenne der Fig. 3 zeigt;
- Fig. 5 eine Variationskurve als Funktion der Frequenz des Stehwellenverhältnisses der ersten Antenne der Fig. 3 ist;
- Fig. 6 das vollständige Abstrahlungsdiagramm für die Etheta- Komponente der ersten Antenne der Fig. 3 darstellt;
- die Fig. 7 und 8 jeweils einen Schnitt für phi = 0º bzw. 90º des Strahlungsdiagramms der Fig. 6 zeigen;
- Fig. 9 das vollständige Strahlungsdiagramm für die Ephi-Komponente der ersten Antenne der Fig. 3 darstellt;
- die Fig. 10 und 11 jeweils einen Schnitt für phi = 45º bzw. 135º des Strahlungsdiagramms der Fig. 9 darstellen;
- Fig. 12 eine Draufsicht einer Ausführung einer zweiten Antenne nach der Erfindung darstellt;
- Fig. 13 eine schematische Darstellung der Stromlinien des Schwingungsbereiches TM01 für die zweite Antenne der Fig. 12 zeigt;
- Fig. 14 eine Variationskurve als Funktion der Frequenz des Stehwellenverhältnisses der zweiten Antenne der Fig. 12 zeigt;
- Fig. 15 das vollständige Strahlungsungsdiagramm für die Etheta- Komponente der zweiten Antenne der Fig. 12 darstellt;
- die Fig. 16 und 17 jeweils einen Schnitt für phi = 0º bzw. 90º des Abstrahlungsdiagramms der Fig. 15 zeigen;
- Fig. 18 ein vollständiges Abstrahlungsdiagramm für die Ephi- Komponente der zweiten Antenne der Fig. 12 zeigt;
- die Fig. 19 und 20 jeweils einen Schnitt für phi = 0º bzw. 90º des Abstrahlungsdiagramms der Fig. 18 zeigen;
- die Fig. 21 und 22 jeweils eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht einer über einen Schlitz gespeisten Antenne nach der Erfindung zeigen;
- Fig. 23 eine Draufsicht einer besonderen Ausführung einer Antenne nach der Erfindung zeigt, welche über Mittel zum Vernichten des Effektes eines jeden Einschnitts verfügt, und
- die Fig. 24 und 25 jeweils eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht einer besonderen Ausführung einer Zweibandantenne nach der Erfindung zeigen.
Die Erfindung betrifft demnach eine ebene gedruckte Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Mikrowellen.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer über einen Koaxialkopf gespeisten klassischen Antenne. Die Antenne umfasst:
- eine dielektrische Substratplatte 1 mit einer Stärke H = 2,28 mm und einer relativen Dielektrizitätskonstante von beispielsweise &epsi;r = 2,2;
- eine Erdungsebene 2, gebildet von einer ersten Ablagerung eines leitenden Materials, beispielsweise Kupfer, das auf einer ersten Fläche der dielektrischen Substratplatte 1 aufgebracht wird;
- ein strahlendes Element 3, das aus einer zweiten leitfähigen Ablagerung gebildet wird, beispielsweise eine Kupferscheibe mit einem Durchmesser von 73,5 mm, die auf eine zweite Fläche der dielektrischen Substratplatte 1 aufgebracht wird, und
- eine Koaxialsonde 4, mit der die Antenne gespeist werden kann und die einen externen Leiter 5 aufweist, der an die Erdungsebene 2 gelötet ist sowie einen inneren Leiter 6, der an das strahlende Element 3 gelötet ist. Die Positionierung dieser Koaxialsonde 4 ermöglicht das Einstellen der Antenne.
Die Antenne hat eine Grundschwingung, bei der sie ein Strahlungsdiagramm erzeugt, das ein Maximum in senkrechter Richtung zur Ebene aufweist, die das strahlende Element enthält sowie mindestens eine Oberschwingung, bei der sie ein Strahlungsdiagramm mit schwachen EI-Winkel erzeugt.
Mit den vorher für die verschiedenen Elemente 1, 2, 3 der Antenne angegebenen Abmessungen erhält man:
- eine Resonanzfrequenz F1 = 1,57 GHz für die Grundschwingung TM11;
- eine Resonanzfrequenz F2 = 2,63 GHz für die Oberschwingung TM21;
- eine Resonanzfrequenz F3 = 3,26 GHz für die Oberschwingung TM01;
Fig. 2 zeigt eine Variationskurve des Stehwellenverhältnisses (ROS) der klassischen Antenne der Fig. 1 als Funktion der Frequenz. Auf der Kurve sind die Resonanzfrequenzen F1 und F2 deutlich zu erkennen.
Nach der Erfindung ist das strahlende Element 3 (die Kupferscheibe in diesem Beispiel) nicht massiv, sondern weist einen Einschnitt oder mehrere Einschnitte auf, die das Steuern der Resonanzfrequenz einer gewählten Oberschwingung ermöglicht bzw. ermöglichen. Bei der nachfolgenden Beschreibung wird insbesondere Folgendes dargestellt:
- im Verhältnis zu den Fig. 3 bis 11, eine erste Antenne nach der Erfindung, bei der TM21 als Oberschwingung gewählt wurde;
- im Verhältnis zu den Fig. 12 bis 20, eine zweite Antenne nach der Erfindung, bei der TM01 als Oberschwingung gewählt wurde.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht der ersten Antenne nach der Erfindung. Das strahlende Element 30 weist vier radiale Einschnitte 31 bis 34 auf, die jeweils paarweise um einen Winkel von etwa 90º voneinander getrennt sind. Wie in Fig. 4 für die erste Antenne nach der Erfindung zu sehen, bilden die Stromlinien des Schwingungsbereiches TM21 ein Muster, das sich auf jedem Viertel der Scheibe wiederholt (wobei die Ströme gepunktet dargestellt sind). Die Einschnitte 31 bis 34 sind so angebracht, dass eine maximale Erfassung der Ströme auf dem strahlenden Element 30 erzielt wird. Das heißt, dass jeder Einschnitt in etwa senkrecht zu den Stromlinien in jedem Viertel der Scheibe 30 ist.
In diesem Beispiel ist die Länge der Einschnitte Lo = 18,375 mm und die Breite La = 7,35 mm. Zum Zweck der Optimierung werden diese Werte aus einer auf einer finiten Elementmethode basierenden (mit Hilfe eines EDV- Programms ausgeführten) Berechnungstechnik ermittelt.
Zweck der ersten Antenne ist das Verringern der Resonanzfrequenz der Oberschwingung TM21. Fig. 5 zeigt eine Variationskurve des Stehwellenverhältnisses der ersten Antenne nach der Erfindung, als Funktion der Frequenz. Auf der Fig. 5 ist deutlich zu sehen, dass die Resonanzfrequenz der Oberschwingung TM21 mit Hilfe der Einschnitte 31 bis 34 von F2 = 2,63 GHz auf F2' = 1,662 GHz verringert wird. Ferner ist ersichtlich, dass die Frequenz der Grundschwingung nun F1' = 1,325 GHz beträgt (anstelle von 1,57 GHz ohne Einschnitte).
Somit ermöglicht die Erfindung eine deutliche Reduzierung der Struktur im Verhältnis zu einer klassischen Antenne. In der Tat, um einen Schwingungsbereich TM21 zu erhalten, der bei einer Frequenz von 1,662 GHz arbeitet, wäre eine massive Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 119 mm erforderlich, während die erste Antenne nach der Erfindung einen Durchmessers von 73,5 mm aufweist. So ermöglicht in diesem Fall die Enlndung eine Verringerung der Antennenabmessungen um etwa 40%.
Die Fig. 6 und 9 zeigen jeweils das vollständige Strahlungsdiagramm für die Komponenten Etheta bzw. Ephi der ersten Antenne nach der Erfindung. Die Fig. 7 und 8 zeigen jeweils eine Schnittansicht für phi = 0º bzw. 90º des Strahlungsdiagramms der Komponente Etheta (Fig. 6). Die Fig. 10 und 11 zeigen jeweils eine Schnittansicht für phi = 45º bzw. 135º des Strahlungsdiagramms der Komponente Ephi (Fig. 9).
Die Strahlungsdiagramme wurden bei der Resonanzfrequenz des Schwingungsbereiches TM21 gemessen. Um ihnen eine besondere Aussagekraft zu verleihen, werden die Ergebnisse für die zwei Komponenten Etheta und Ephi dargestellt (wobei phi = 0 der Achse X der Antenne (s. Fig. 3) und die Achse Z der Senkrechten zur Antennenebene entspricht).
Die Strahlungsdiagramme erscheinen in der Form von "Keulen", mit einem Maximum bei etwa theta = 45º, wobei die räumliche Umdrehung zwischen den zwei mit den zwei Komponenten assoziierten Strahlungsdiagrammen phi = 45º beträgt. Die Richtcharakteristik beträgt 5,56 dB. Diese Strahlungsdiagramme entsprechen genau denen des Schwingungsbereichtes TM21.
Fig. 12 zeigt eine Draufsicht der zweiten Antenne nach der Erfindung. Das strahlende Element 40 weist vier kreisförmige Einschnitte 41 bis 44 auf, die parallel zum Umfang der Scheibe 40 angebracht sind. Wie in Fig. 13 für die zweite Antenne nach der Erfindung ersichtlich, sind die Stromlinien des Schwingungsbereiches TM01 kreisförmig (wobei die gepunktet dargestellten Ströme radial liegen). Die Einschnitte 41 bis 44 sind so angebracht, dass eine maximale Erfassung der Ströme auf dem strahlenden Element 40 erzielt wird. Anders gesagt liegt jeder Einschnitt in etwa senkrecht zu den Stromlinien in einem Viertel der Scheibe 40.
In diesem Beispiel ist der innere Radius der Einschnitte Ri = 23,52 mm, der äußere Radius Re = 25,72 mm und die Winkelverschiebbarkeit Da = 70º. Zum Zweck der Optimierung werden diese Werte aus einer bereits erwähnten, auf einer finiten Elementmethode basierenden Berechnungstechnik ermittelt.
Zweck der zweiten Antenne ist das Verringern der Resonanzfrequenz der Oberschwingung TM01. Fig. 14 zeigt eine Variationskurve des Stehwellenverhältnisses der zweiten Antenne nach der Erfindung als Funktion der Frequenz. Es ist auf dieser Fig. 14 deutlich ersichtlich, dass die Resonanzfrequenz der Oberschwingung TM01 mit Hilfe der Einschnitte 41 bis 44 von F3 = 3,26 GHz auf F3' = 2,104 GHz verringert wird.
Die Erfindung ermöglicht somit eine nennenswerte Verringerung der Strukturgröße im Vergleich zu einer klassischen Antenne. Um nämlich einen Schwingungsbereich TM01 zu erzielen, der bei einer Frequenz von 2,104 GHz arbeitet, wäre eine massive Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 117 mm, anstelle des Durchmessers von 73,5 mm der zweiten Antenne nach der Erfindung, erforderlich. So ermöglicht in diesem besonderen Beispiel die Erfindung wieder eine in etwa 40%-ige Verringerung der Antennenabmessungen.
Die Fig. 15 und 18 stellen jeweils ein vollständiges Strahlungsdiagramm dar, für die Komponenten Etheta bzw. Ephi, der zweiten Antenne nach der Erfindung. Die Fig. 16 und 17 zeigen jeweils eine Schnittansicht des Strahlungsdiagramms der Komponente Eheta (Fig. 15), für phi = 0º bzw. 90º. Die Fig. 19 und 20 zeigen jeweils eine Schnittansicht des Strahlungsdiagramms der Komponente Ephi (Fig. 18), für phi = 0º bzw. 90º.
Die Strahlungsdiagramme wurden bei der Resonanzfrequenz des Schwingungsbereiches TM01 gemessen. Die Strahlungsdiagramme werden wie die der Fig. 6 und 9 vorgestellt.
Es wird festgestellt, dass die Komponente Etheta in der Form eines Torus auftritt, mit einem Maximum bei etwa theta = 45º. Die für diese Antenne erzielte Richtcharakteristik beträgt 6.31 dB. Diese Strahlungsdiagramme entsprechen genau denen des Schwingungsbereiches TM01.
Die Fig. 21 und 22 zeigen jeweils eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht einer über einen Schlitz gespeisten Antenne nach der Erfindung. Diese Antenne umfasst die folgenden übereinanderliegenden Elemente:
- ein strahlendes Element 50 von der in Fig. 3 dargestellten Art (mit vier radialen Einschnitten), mit Durchmesser W;
- eine erste Substratschicht 51 mit der Höhe H1 und der relativen Dielektrizitätskonstante &epsi;r1;
- eine erste Erdungsebene 52, mit einem Koppelschlitz 53;
- eine zweite Substratschicht 54 mit der Höhe H2 und der relativen Dielektrizitätskonstante &epsi;r2;
- eine Speiseleitung 55, deren über den Schlitz 53 sich erstreckendes Ende eine Anpassungsstichleitung der Länge Lstub bildet;
- eine dritte Substratschicht 56 mit der Höhe H3 und der relativen Dielektrizitätskonstante &epsi;r3;
- eine zweite Erdungsebene 57.
Es wurden oben zwei Typen von Einspeisung dargestellt, nämlich durch Koaxialsonde und durch Schlitzkoppelung. Es ist dennoch deutlich, dass die Erfindung nicht auf diese zwei Typen von Einspeisung beschränkt ist, sondern dass sie für jede Art klassischer Einspeisung anwendbar ist (Nachbarschaftskopplung, Speiseleitung in der Ebene des strahlenden Elementes usw.).
Fig. 23 ist eine Draufsicht einer besonderen Ausführung einer Antenne nach der Erfindung, wobei jeder Einschnitt mit Vernichtungsmitteln seines Effektes 61 zusammenwirkt. Die Antenne umfasst ebenfalls mittel zum Aktivieren/Deaktivieren dieser Vernichtungsmittel 61. Diese (nicht dargestellten) Aktivierungs-/Deaktivierungsmittel bestehen beispielsweise aus einer elektronischen Steuervorrichtung. Im vorgestellten Beispiel umfassen die Mittel zum Vernichten der Effekte eines Einschnittes eine Reaktanzdiode 61, welche beide Ränder des Einschnittes miteinander verbindet.
So sind mit diesen zusätzlichen Mitteln weitere Betriebsarten der Antenne nach der Erfindung denkbar, insbesondere ein Mehrfachschwingungsbereich- und ein Mehrfrequenzbetrieb.
Im Falle des Betriebes nach dem Mehrfachschwingungsbereich, wirken die Aktivierungs-/Deaktivierungsmittel gleichzeitig auf alle Dioden, so dass:
- wenn alle Dioden aktiviert sind, die Antenne in der Grundschwingung arbeitet (wobei sie ein Strahlungsmaximum senkrecht zur Antenne aufweist);
- wenn alle Dioden deaktiviert sind, die Antenne in einer Oberschwingung arbeitet (mit einem Strahlungsmaximum bei einem geringen EI-Winkel).
Im Falle des Mehrfrequenzbetriebs bei einer gewählten Oberschwingung, wirken die Aktivierungs-/Deaktivierungsmittel auf eine zeitlich veränderliche Zahl von Dioden, so dass jede verschiedene Zahl von Dioden, die zu einem gegebenen Zeitpunkt aktivierten sind, einer besonderen Resonanzfrequenz der gewählten Oberschwingung entspricht.
Die Fig. 24 und 25 zeigen jeweils eine Seitenansicht und eine Draufsicht einer besonderen Ausführung einer Zweibandantenne nach der Erfindung.
Diese Zweibandantenne umfasst zwei übereinanderliegende Antennen (eine untere Antenne 70 und eine obere Antenne 71). Das strahlende Element (beispielsweise ein Scheibe) 72 der unteren Antenne 70 bildet die Erdungsebene der oberen Antenne 71.
Die untere Antenne 70 umfasst eine Erdungsebene 73, eine (nicht dargestellte) Substratplatte, ein strahlendes Element 72 und eine erste Koaxialspeisung 74. Die obere Antenne 71 umfasst eine Erdungsebene (gebildet aus dem strahlenden Element 72 der unteren Antenne 70), eine (nicht dargestellte) Substratplatte, ein strahlendes Element 75 und eine zweite Koaxialspeisung 76.
Die zwei Antennen 70, 71 funktionieren unabhängig voneinander. Die zwei Scheiben 72, 75 sind so gegeneinander verschoben, dass die Aufhängung der oberen Scheibe 75 die untere Scheibe 72 in der Mitte durchquert, um die so eingeführte Störung zu minimieren.

Claims

1. Ebene gedruckte Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Mikrowellensignalen von der Art, die hauptsächlich Folgendes umfasst:

- eine dielektrische Substratplatte (1),

- eine Erdungsebene (2), bestehend aus einer ersten Ablagerung eines leitfähigen Materials, das auf einer ersten Fläche der dielektrischen Substratplatte aufgebracht wird,

- ein strahlendes Element (30; 40; 50), das aus einer zweiten leitfähigen Ablagerung gebildet wird, das auf eine zweite Fläche der dielektrischen Substratplatte aufgebracht wird,

- Mittel (4) zum Speisen der Antenne,

wobei die Antenne eine Grundschwingung (TM11) aufweist, bei der sie ein Strahlungsdiagramm erzeugt, das in der senkrechten Richtung auf die das strahlende Element enthaltende Ebene ein Maximum aufweist sowie mindestens eine Oberschwingung (TM21, TM01), in der sie ein Strahlungsdiagramm mit kleinem EI-Winkel bzw. kleiner Elevation erzeugt,

dadurch gekennzeichnet, dass das strahlende Element mindestens einen Einschnitt (31 bis 34; 41 bis 44) aufweist, der so gestaltet ist, dass die Resonanzfrequenz einer gewählten Oberschwingung gesteuert werden kann.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschnitt bzw. die Einschnitte (31 bis 34; 41 bis 44) in etwa senkrecht zu den Stromlinien bzw. Feldlinien der gewählten Oberschwingung angeordnet ist bzw. sind.

3. Antenne nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des Einschnittes oder der Einschnitte (31 bis 34; 41 bis 44) auf der Grundlage einer auf einer Methode der finiten Elemente basierenden Berechnungstechnik ermittelt werden.

4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisemittel eine Einspeisetechnik aus der Gruppe anwenden, die folgendes umfasst:

- Einspeisung durch Koaxialsonde (4);

- Einspeisung durch Schlitzkopplung (53);

- Einspeisung durch Nähekopplung;

- Einspeisung durch Einspeiseleitung in der Ebene des strahlenden Elementes.

5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das strahlende Element (30; 40; 50) die Form einer Kreisscheibe aufweist.

6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der gewählten Oberschwingung um die Oberschwingung TM21 handelt, deren Stromlinien bzw. Feldlinien ein Muster bilden, das sich in jedem Viertel der Kreisscheibe wiederholt und, dass die strahlenden Elemente (30) vier radiale Einschnitte (31 bis 34) aufweisen, die paarweise durch einen Winkel von etwa 90º voneinander getrennt sind, wobei jeder der Einschnitte in etwa senkrecht zu den Stromlinien bzw. Feldlinien in einem der Viertel der Kreisscheibe liegt.

7. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der gewählten Oberschwingung um die Oberschwingung TM01 handelt, deren Stromlinien bzw. Feldlinien radial verlaufen und, dass die strahlenden Elemente (40) mindestens einen kreisförmigen Einschnitt (41 bis 44) dort aufweisen, wo sich die Einschnitte über mindestens einen Teil des Umfangs eines Kreises erstrecken, der in der Kreisscheibe und konzentrisch mit dieser enthalten ist.

8. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einschnitt mit Mitteln (61) zur Vernichtung seiner Wirkung zusammenwirkt und, dass er Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren der erwähnten Vernichtungsmittel umfasst.

9. Antenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Vernichtung der Wirkung eines Einschnitts eine Diode (61) umfassen, die beide Ränder des Einschnitts verbindet.

10. Antenne nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das strahlende Element eine Vielzahl von Einschnitten aufweist und, dass die Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren gleichzeitig auf alle mit der Vielzahl von Einschnitten zusammenhängende Vernichtungsmittel (61) wirken, um eine Multimodearbeitsweise zu ermöglichen, so dass

- wenn alle Vernichtungsmittel aktiviert sind, die Antenne in der erwähnten Grundschwingung arbeitet,

- wenn alle Vernichtungsmittel deaktiviert sind, die Antenne in der gewählten Oberschwingung arbeitet.

11. Antenne nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das strahlende Element eine Vielzahl von Einschnitten aufweist und, dass die Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren auf eine zeitlich variable Zahl von Vernichtungsmitteln (61) wirken, die mit der Vielzahl von Einschnitten assoziiert sind, um einen Mehrfrequenzbetrieb zu ermöglichen, welcher derart gestaltet ist, dass jede verschiedene Zahl von Vernichtungsmitteln, die zu einem gegebenen Zeitpunkt aktiviert wird, einer bestimmten Resonanzfrequenz der gewählten Oberschwingung entspricht.

12. Zweibandantenne, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei überlagerte Antennen umfasst, genannt untere Antenne (70) und obere Antenne (71) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das strahlende Element (72) der unteren Antenne die Erdungsebene der oberen Antenne bildet.