EP2555322A2 - Antenne mit elektroaktivem Polymer - Google Patents

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EP2555322A2
EP2555322A2 EP12005205A EP12005205A EP2555322A2 EP 2555322 A2 EP2555322 A2 EP 2555322A2 EP 12005205 A EP12005205 A EP 12005205A EP 12005205 A EP12005205 A EP 12005205A EP 2555322 A2 EP2555322 A2 EP 2555322A2
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EP
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antenna
electrical conductor
signal
conductor
designed
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Withdrawn
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EP12005205A
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English (en)
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EP2555322A3 (de
Inventor
Stefan Wachtl
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Diehl Defence GmbH and Co KG
Original Assignee
Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/02—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
    • H01Q11/08—Helical antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/362—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith for broadside radiating helical antennas
    • 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
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0442—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular tuning means

Definitions

  • the invention relates to an antenna with electroactive polymer.
  • Such an antenna is out of the WO 2009/012361 A1 known. It describes an antenna array with a plurality of antennas, the antenna array being carried by a substrate. Furthermore, an actuator is provided which is connected to the substrate and the antenna array, wherein the actuator comprises an elastomer disposed between conductive layers and deforms in response to a control voltage applied between the conductive layers. The activation of the actuator allows a change in the orientation of the antennas in the room.
  • the object of the present invention is to provide an alternative antenna with electroactive polymer.
  • the invention relates to an antenna with electroactive polymer (EAP), comprising a first electrical conductor, a second electrical conductor and a disposed therebetween and connected to the first electrical conductor and the second electrical conductor dielectric, wherein the second electrical conductor radiating an electromagnetic wave or receiving element of the antenna and the dielectric comprises the EAP in the form of a dielectric elastomer.
  • EAP electroactive polymer
  • a switch may be provided for electrical separation between the first and the second signal.
  • the first and the second electrical conductors each serve as electrodes and together with the EAP form an actuator.
  • the special feature of the antenna according to the invention is that the second electrical conductor simultaneously serves as an electrode of the actuator and as a radiating or receiving element of the antenna. By applying the second signal, the antenna is deformed.
  • the big advantage of such an antenna is that it is characterized by an electrical signal in a wide frequency range, i. H. as a so-called multi-band antenna, can be used.
  • the radiation characteristic of the antenna for example in the form of an antenna lobe, does not change when the frequency is changed. This is different from conventional antennas, in which a change in the radiation characteristic is simultaneously accompanied by an electronic change of the frequency. Due to the deformability of the antenna, its directional characteristic can also be influenced by a tuning signal.
  • the EAP preferably has a relative permittivity in the range from 1 to 15, in particular 3 to 10.
  • the dielectric elastomer may comprise a silicone or an acrylate.
  • the acrylate marketed by 3M Kunststoff GmbH under the name VHB 4910 as an adhesive tape is particularly suitable.
  • the antenna is designed as a planar antenna or helix antenna.
  • the first electrical conductor may be formed as the ground reference surface of the antenna, ie as an electrical reference point or electrically zero for the antenna signal.
  • the dielectric serves as a carrier material for the second electrical conductor formed as a surface.
  • the second electrical conductor and / or the first electrical conductor are advantageous for the second electrical conductor and / or the first electrical conductor to have / have a size-variable surface.
  • the area of the first and second electrical conductors can then expand together with the EAP in the plane of the surface of the second electrical conductor.
  • An expandability of the first and / or second electrical conductor can be made possible by the fact that these (r) from an electrically conductive polymer, for.
  • the first and / or second electrical conductor can also consist of a mesh of thin metal wires or meandered thin metal wires.
  • the metal wires are preferably made of gold or copper.
  • the antenna can also be designed as a helical antenna and essentially perpendicular to the axis of the helix of the antenna have a, in particular electrically conductively connected to the first conductor, ground reference surface.
  • the first conductor may be formed as an inner conductor and the second conductor as an outer conductor of a coaxial cable.
  • the invention further provides for the use of an antenna according to the invention for modulating the frequency of an electromagnetic first signal to be received or transmitted, wherein the second electrical conductor is acted on by the first signal to be radiated, or the first signal to be received is picked up by the second electrical conductor.
  • the first and the second electrical conductor are acted upon by a second signal for tuning the frequency.
  • a switch is provided for electrical separation between the first and the second signal.
  • the second signal may have a voltage in the range of 1 to 10 kV, in particular 1.1 to 4 kV.
  • Fig. 1a and Fig. 1b show schematically each top plan view and bottom side view of a planar antenna with a supply line 10 to the ground reference surface 12, which here represents the first electrical conductor simultaneously.
  • the position of the supply line 10 is indicated, although this is not visible in itself in supervision.
  • the second electrical conductor 13 is the electromagnetic wave radiating element of the antenna.
  • the electroactive polymer 14 is arranged between the first electrical conductor and the second electrical conductor 13, the electroactive polymer 14 is arranged.
  • Fig. 1a shows the state of the planar antenna without and Fig. 1b with the application of a second signal to tune the frequency.
  • the electroactive polymer is compressed by the field formed between the first electrical conductor and the second electrical conductor 13, so that the distance between the first electrical conductor and the second electrical conductor 13 is reduced.
  • the electroactive polymer 14, the second electrical conductor 13, and the ground reference surface 12 constituting the first electrical conductor have expanded in width and length. Both by the extent and by the reduced distance between the first electrical conductor and the second electrical conductor 13, the frequency of the electromagnetic first signal to be radiated or received by the second electrical conductor is changed.
  • Fig. 2a and Fig. 2b show each top schematically in plan view and bottom in side view of a helical antenna.
  • a supply line 10 is provided to the first electrical conductor, which contacts both the ground reference surface 12 and the first electrical conductor designed as an inner conductor of a coaxial cable.
  • the feed line 9 to the second electrical conductor although it would not be visible in the side view in and of themselves, shown in dashed lines and contacted the outer conductor of Coaxial cable, which forms the helix 16 with first and second electrical conductor 13.
  • the position of the supply line to the first electrical conductor is indicated in the respective upper figure, although this is not visible in the supervision in and of itself.
  • Fig. 2a shows the situation without and Fig.
  • the electroactive polymer disposed between the first and second electrical conductors 13 in the helix 16 is compressed and simultaneously stretched. As a result, the pitch and the radius of the helix 16 and thereby also the frequency of the first signal to be radiated or to be received by the second electrical conductor change.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antenne mit elektroaktivem Polymer (EAP), umfassend einen ersten elektrischen Leiter, einen zweiten elektrischen Leiter (13) und ein dazwischen angeordnetes und mit dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter (13) verbundenes Dielektrikum, wobei der zweite elektrische Leiter (13) ein elektromagnetische Wellen abstrahlendes oder empfangendes Element der Antenne ist und das Dielektrikum das EAP (14) in Form eines dielektrischen Elastomers umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antenne mit elektroaktivem Polymer.
  • Eine derartige Antenne ist aus der WO 2009/012361 A1 bekannt. Darin wird ein Antennenfeld mit einer Mehrzahl von Antennen beschrieben, wobei das Antennenfeld von einem Substrat getragen wird. Weiterhin ist ein Aktuator vorgesehen, der mit dem Substrat und dem Antennenfeld verbunden ist, wobei der Aktuator ein zwischen leitenden Schichten angeordnetes Elastomer umfasst und sich in Reaktion auf eine Steuerspannung deformiert, die zwischen den leitenden Schichten angelegt wird. Die Aktivierung des Aktuators erlaubt eine Veränderung der Orientierung der Antennen im Raum.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Antenne mit elektroaktivem Polymer bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 11.
  • Die Erfindung betrifft eine Antenne mit elektroaktivem Polymer (EAP), umfassend einen ersten elektrischen Leiter, einen zweiten elektrischen Leiter und ein dazwischen angeordnetes und mit dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter verbundenes Dielektrikum, wobei der zweite elektrische Leiter ein elektromagnetische Wellen abstrahlendes oder empfangendes Element der Antenne ist und das Dielektrikum das EAP in Form eines dielektrischen Elastomers umfasst. Eine solche Antenne erlaubt die Modulation der Frequenz eines zu empfangenden oder zu sendenden elektromagnetischen ersten Signals, wobei der zweite elektrische Leiter mit dem abzustrahlenden ersten Signal beaufschlagt wird oder das zu empfangende erste Signal vom zweiten elektrischen Leiter abgegriffen wird. Die Modulation der Frequenz erfolgt dadurch, dass der erste und der zweite elektrische Leiter mit einem zweiten Signal zum Abstimmen der Frequenz beaufschlagt werden. Dadurch entsteht zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter ein elektrisches Feld und das dielektrische Elastomer wird in Abhängigkeit von der Feldstärke des elektrischen Felds mehr oder weniger komprimiert. Durch den veränderten Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter und gegebenenfalls einer Größenveränderung der Fläche des ersten und/oder des zweiten elektrischen Leiters erfolgt eine Veränderung der Frequenz des zu empfangenden oder zu sendenden ersten Signals. Zur elektrischen Trennung zwischen dem ersten und dem zweiten Signal kann eine Weiche vorgesehen sein.
  • Der erste und der zweite elektrische Leiter dienen bei der erfindungsgemäßen Antenne jeweils als Elektroden und bilden zusammen mit dem EAP einen Aktuator. Das Besondere an der erfindungsgemäßen Antenne ist, dass der zweite elektrische Leiter gleichzeitig als Elektrode des Aktuators und als abstrahlendes oder empfangendes Element der Antenne dient. Durch eine Beaufschlagung mit dem zweiten Signal wird die Antenne verformt. Der große Vorteil einer solchen Antenne besteht darin, dass sie durch ein elektrisches Signal in einem weiten Frequenzbereich, d. h. als sogenannte Multibandantenne, verwendet werden kann. Die Strahlungscharakteristik der Antenne, beispielsweise in Form einer Antennenkeule, ändert sich bei Veränderung der Frequenz nicht. Das ist anders als bei herkömmlichen Antennen, bei denen mit einer elektronischen Veränderung der Frequenz gleichzeitig eine Veränderung der Strahlungscharakteristik einhergeht. Durch die Verformbarkeit der Antenne kann durch ein Abstimmsignal auch deren Richtcharakteristik beeinflusst werden.
  • Vorzugsweise weist das EAP eine Dielektrizitätszahl im Bereich von 1 bis 15, insbesondere 3 bis 10, auf. Das dielektrische Elastomer kann ein Silikon oder ein Acrylat umfassen. Besonders geeignet ist beispielsweise das von der 3M Deutschland GmbH unter der Bezeichnung VHB 4910 als Klebeband vertriebene Acrylat.
  • Vorzugsweise ist die Antenne als Planarantenne oder Helixantenne ausgebildet. Bei einer als Planarantenne ausgebildeten Antenne kann der erste elektrische Leiter als Massebezugsfläche der Antenne, d. h. als elektrischer Bezugspunkt bzw. elektrisch Null für das Antennensignal, ausgebildet sein.
  • Bei der Planarantenne dient das Dielektrikum als Trägermaterial für den als Fläche ausgebildeten zweiten elektrischen Leiter. Bei der Ausbildung der Antenne als Planarantenne ist es vorteilhaft, wenn der zweite elektrische Leiter und/oder der erste elektrische Leiter eine in der Größe veränderbare Fläche aufweist/aufweisen. Bei einem Zusammendrücken des EAPs durch Anlegen eines elektrischen Felds kann sich dann auch die Fläche des ersten und zweiten elektrischen Leiters zusammen mit dem EAP in der Ebene der Fläche des zweiten elektrischen Leiters ausdehnen. Eine Ausdehnbarkeit des ersten und/oder zweiten elektrischen Leiters kann dadurch ermöglicht werden, dass diese(r) aus einem elektrisch leitenden Polymer, z. B. einer elastischen Verbindung mit einem hohen Anteil an Gold- oder Graphit-Partikeln, bestehen/besteht. Alternativ kann der erste und/oder zweite elektrische Leiter auch aus einem Geflecht dünner Metalldrähte oder mäandrierten dünnen Metalldrähten bestehen. Die Metalldrähte bestehen vorzugsweise aus Gold oder Kupfer.
  • Die Antenne kann auch als Helixantenne ausgebildet sein und im Wesentlichen senkrecht zur Achse der Helix der Antenne eine, insbesondere elektrisch leitend mit dem ersten Leiter verbundene, Massebezugsfläche aufweisen. Durch das Anlegen eines zweiten Signals verändert sich die Steigung und der Radius der Helix dieser Antenne. Bei einer solchen Antenne kann der erste Leiter als Innenleiter und der zweite Leiter als Außenleiter eines Koaxialkabels ausgebildet sein.
  • Erfindungsgemäß ist weiterhin die Verwendung einer erfindungsgemäßen Antenne zur Modulation der Frequenz eines zu empfangenden oder zu sendenden elektromagnetischen ersten Signals vorgesehen, wobei der zweite elektrische Leiter mit dem abzustrahlenden ersten Signal beaufschlagt wird oder das zu empfangende erste Signal vom zweiten elektrischen Leiter abgegriffen wird. Der erste und der zweite elektrische Leiter werden dabei mit einem zweiten Signal zum Abstimmen der Frequenz beaufschlagt. Zur elektrischen Trennung zwischen dem ersten und dem zweiten Signal ist eine Weiche vorgesehen. Vorzugsweise weist das zweite Signal eine Gleichspannung auf und die Weiche ist eine Gleichstromweiche (= DC-Weiche). Das zweite Signal kann einer Spannung im Bereich von 1 bis 10 kV, insbesondere 1,1 bis 4 kV, aufweisen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 a, b
    eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Planarantenne in Aufsicht und Seitenansicht, jeweils mit und ohne Beaufschlagung mit dem zweiten Signal und
    Fig. 2a, b
    eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Helixantenne in Aufsicht und in Seitenansicht, jeweils mit und ohne Beaufschlagung mit dem zweiten Signal.
  • Fig. 1a und Fig. 1b zeigen schematisch jeweils oben in Aufsicht und unten in Seitenansicht eine Planarantenne mit einer Zuleitung 10 zur Massebezugsfläche 12, die hier gleichzeitig den ersten elektrischen Leiter darstellt. In der jeweils oberen Darstellung ist die Lage der Zuleitung 10 angedeutet, obwohl diese an und für sich in Aufsicht nicht sichtbar ist.
  • Die Zuleitung 9 zum zweiten elektrischen Leiter 13 ist, obwohl sie in der Seitenansicht an und für sich nicht sichtbar wäre, gepunktet dargestellt. Der zweite elektrische Leiter 13 ist das elektromagnetische Wellen abstrahlende Element der Antenne. Zwischen dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter 13 ist das elektroaktive Polymer 14 angeordnet. Fig. 1a zeigt den Zustand der Planarantenne ohne und Fig. 1b mit Beaufschlagung mit einem zweiten Signal zum Abstimmen der Frequenz. Bei Fig. 1b ist das elektroaktive Polymer durch das zwischen dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter 13 sich bildende Feld zusammengedrückt, so dass der Abstand zwischen dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter 13 verringert ist. Gleichzeitig haben sich das elektroaktive Polymer 14, der zweite elektrische Leiter 13 und die den ersten elektrischen Leiter darstellende Massebezugsfläche 12 in der Breite und der Länge ausgedehnt. Sowohl durch die Ausdehnung als auch durch den verringerten Abstand zwischen dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter 13 wird die Frequenz des vom zweiten elektrischen Leiter abzustrahlenden oder zu empfangenden elektromagnetischen ersten Signals verändert.
  • Fig. 2a und Fig. 2b zeigen jeweils oben schematisch in Aufsicht und unten in Seitenansicht eine Helixantenne. Dabei ist eine Zuleitung 10 zum ersten elektrischen Leiter vorgesehen, der sowohl die Massebezugsfläche 12 als auch den als Innenleiter eines Koaxialkabels ausgebildeten ersten elektrischen Leiter kontaktiert. Die Zuleitung 9 zum zweiten elektrischen Leiter ist, obwohl sie in der Seitenansicht an und für sich nicht sichtbar wäre, gestrichelt dargestellt und kontaktiert den Außenleiter des Koaxialkabels, welches die Helix 16 mit erstem und zweitem elektrischem Leiter 13 bildet. Die Lage der Zuleitung zum ersten elektrischen Leiter ist in der jeweils oberen Abbildung angedeutet, obwohl dieser in der Aufsicht an und für sich nicht sichtbar ist. Fig. 2a zeigt die Situation ohne und Fig. 2b mit Beaufschlagung des ersten und zweiten elektrischen Leiters 13 mit einem zweiten Signal zum Abstimmen der Frequenz. Bei Beaufschlagung mit dem zweiten Signal wird das zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter 13 in der Helix 16 angeordnete elektroaktive Polymer komprimiert und gleichzeitig gestreckt. Dadurch verändern sich die Steigung und der Radius der Helix 16 und dadurch auch die Frequenz des vom zweiten elektrischen Leiter abzustrahlenden oder zu empfangenden ersten Signals.
    • Bezugszeichenliste
    • 9
    Zuleitung zum zweiten elektrischen Leiter
    10
    Zuleitung zum ersten elektrischen Leiter
    12
    Massebezugsfläche
    13
    zweiter elektrischer Leiter
    14
    elektroaktives Polymer/EAP
    16
    Helix mit erstem und zweitem elektrischem Leiter

Claims (11)

  1. Antenne mit elektroaktivem Polymer (EAP) (14),
    umfassend einen ersten elektrischen Leiter, einen zweiten elektrischen Leiter (13) und ein dazwischen angeordnetes und mit dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter (13) verbundenes Dielektrikum,
    wobei der zweite elektrische Leiter (13) ein elektromagnetische Wellen abstrahlendes oder empfangendes Element der Antenne ist und das Dielektrikum das EAP (14) in Form eines dielektrischen Elastomers umfasst.
  2. Antenne nach Anspruch 1,
    wobei das EAP (14) eine Dielektrizitätszahl im Bereich von 1 bis 15, insbesondere 3 bis 10, aufweist.
  3. Antenne nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei das dielektrische Elastomer ein Silikon oder ein Acrylat umfasst.
  4. Antenne nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei die Antenne als Planarantenne oder Helixantenne ausgebildet ist.
  5. Antenne nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei die Antenne als Planarantenne ausgebildet ist und der erste elektrische Leiter als Massebezugsfläche (12) ausgebildet ist.
  6. Antenne nach Anspruch 4 oder 5,
    wobei die Antenne als Planarantenne ausgebildet ist und der zweite elektrische Leiter (13) und/oder der erste elektrische Leiter eine in der Größe veränderbare Fläche aufweist/aufweisen.
  7. Antenne nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei die Antenne als Helixantenne ausgebildet ist und im Wesentlichen senkrecht zur Achse der Helix (16) der Antenne eine, insbesondere elektrisch leitend mit dem ersten Leiter verbundene, Massebezugsfläche (12) aufweist.
  8. Antenne nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei die Antenne als Helixantenne ausgebildet ist und der erste Leiter als Innenleiter und der zweite Leiter als Außenleiter eines Koaxialkabels ausgebildet ist.
  9. Verwendung einer Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Modulation der Frequenz eines zu empfangenden oder zu sendenden elektromagnetischen ersten Signals,
    wobei der zweite elektrische Leiter (13) mit dem abzustrahlenden ersten Signal beaufschlagt wird oder das zu empfangende erste Signal vom zweiten elektrischen Leiter (13) abgegriffen wird, wobei der erste und der zweite elektrische Leiter (13) mit einem zweiten Signal zum Abstimmen der Frequenz beaufschlagt werden, wobei zur elektrischen Trennung zwischen dem ersten und zweiten Signal eine Weiche vorgesehen ist.
  10. Verwendung nach Anspruch 9,
    wobei das zweite Signal eine Gleichspannung aufweist und die Weiche eine Gleichstromweiche ist.
  11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10,
    wobei das zweite Signal eine Spannung im Bereich von 1 bis 10 kV, insbesondere 1,1 bis 4 kV, aufweist.
EP12005205.5A 2011-07-30 2012-07-14 Antenne mit elektroaktivem Polymer Withdrawn EP2555322A3 (de)

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