DE102010006809A1

DE102010006809A1 - Gestapelte Mikrostreifen-Antenne

Info

Publication number: DE102010006809A1
Application number: DE102010006809A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. 89077 Sabielny
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2010-02-04
Filing date: 2010-02-04
Publication date: 2011-08-04
Also published as: JP2013519275A; EP2532048B8; EP2532048B1; AU2010345007A1; AU2010345007A9; US20130002491A1; KR101701946B1; KR20130008007A; WO2011095144A1; EP2532048A1; AU2010345007B2; IL221150A; US9196965B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine gestapelte Mikrostreifen-Antenne mit zwei übereinander angeordneten Mikrostreifen-Antennen-Elementen (1, 10), sowie einem dielektrischen Separator (5) zwischen den beiden Mikrostreifen-Antennen-Elementen (1, 10), wobei der dielektrische Separator (5) eine oder mehrere Kavitäten 20, 21) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine gestapelte Mikrostreifen-Antenne nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Der Fachliteratur folgend (z. B. R. B. Waterhouse, Ed., "Microstrip Patch Antennas – A Designers Guide", Kluwer Acad. Publishers, 2003, p. 90) darf die elektromagnetische Kopplung der beiden übereinander liegenden Mikrostreifen-Antennen-Elemente (im Folgenden auch kurz als Patch-Elemente bezeichnet) der Antenne nur schwach sein, damit eine breite Impedanzbandbreite erzielt werden kann. Die technische Konsequenz ist das Verwenden von HF-Schaummaterialien als Separater und Träger zwischen den beiden Patch-Elementen, da derartige Schäume eine niedrige Dielektrizitätskonstante ε_r aufweisen. Eine derartige Lösung mit HF-Schaummaterialien ist aus der US 7,636,063 B2 bekannt. Diese Schäume sind für Standard-PCB-Prozesse jedoch zu temperatur- und druckempfindlich, was zu komplizierten und kostspieligen Herstellungsverfahren führt.
In der bereits genannten US 7,636,063 B2 wird darüber hinaus ein weiterer Ansatz beschrieben, bei der der Zwischenraum zwischen den beiden Patch-Elementen komplett von einem Hohlraum gebildet wird. Der dadurch notwendige äußere Träger für eines der beiden Patch-Elemente ist als Gehäuse oder Radom ausgebildet. Dies führt ebenfalls zu aufwändigen und kostspieligen Herstellverfahren.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße gestapelte Mikrostreifen-Antenne zu schaffen, die herstellungstechnisch vorteilhaft ist, ohne dass die gebotene schwache elektromagnetische Kopplung der Patch-Elemente verloren geht.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist Gegenstand von Anspruch 2.
Gemäß der Erfindung wird zwischen den beiden übereinander liegenden Patch-Elementen ein Separator angeordnet, in den, z. B. durch Bohren oder Fräsen, Luftkavitäten eingebracht sind.
Dadurch ist es möglich, ein Separatormaterial zu verwenden, das herstellungstechnisch vorteilhaft ist, auch wenn dessen Dielektrizitätskonstante ε_r im Hinblick auf die gewünschte schwache Kopplung zwischen den Patch-Elementen nicht optimal (d. h. relativ hoch) ist. Die notwendige Anpassung erfolgt durch die in den Separator eingebrachten Kavitäten, welche die effektive Dielektrizitätskonstante zwischen den Patch-Elementen deutlich herabgesetzt. Die Folge ist eine deutliche Reduktion der elektromagnetischen Kopplung der Patch-Elemente.
Der erfindungsgemäße Separator reduziert sich somit auf eine Art von Halterahmen für die Struktur der Antenne, während die Luftkavitäten die effektive Dielektrizitätskonstante zwischen den Patch-Elementen deutlich heruntersetzen.
Als Separator kann besonders vorteilhaft ein konventionelles HF-Leiterplatten-Basismaterial (z. B. RO 4003^® C der Firma Rogers Corporation, Microwave Materials Division, 100 S. Roosevelt Avenue, Chandler AZ 85226-3415, USA) verwendet werden. Derartige Materialien bestehen üblicherweise aus einem Harz mit darin eingebrachten Glasfasereinlagen. Die weisen eine gute Stabilität auf und sind herstellungstechnisch unproblematisch. Die gegenüber einem HF-Schaummaterial vergleichsweise hohe relative Dielektrizitätskonstante dieser Materialien wird durch die eingebrachte Kavität bzw. mehrere Kavitäten kompensiert.
Mit der Erfindung werden insbesondere die folgenden Vorteile erzielt:

– Durch die niedrige effektive Dielektrizitätskonstante wird eine Bandbreitenvergrößerung der Antenne ermöglicht.
– Es können HF-Standardmaterialien und PCB-Standardprozessen zur Antennenherstellung verwendet werden.
– Die Verfügbarkeit von robusten und breitbandigen Antennen wird ermöglicht.
– Unabhängigkeit von technisch schwer herstellbaren, diffizilen Antennen-Lösungen basierend auf HF-Schäumen.
– Vielseitige Anwendung dieser Technologie z. B. als Strahlerelemente für 3D-T/R-Module oder als zikular polarisierte, strukturintegrierte Antennen.
– Prinzipiell anwendbar für einen weiten Frequenzbereich.

Die Erfindung wird anhand von Fig. näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Antenne;
2 eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Antenne.
Die 1 und 2 zeigen jeweils eine Ausführung der erfindungsgemäßen gestapelten Mikrostreifen-Antenne mit zwei übereinander angeordneten Mikrostreifen-Antennen-Elementen 1 und 10 sowie der Grundplatte 100. Die genannten leitfähigen Teile 1, 10, 100 sind jeweils durch dielektrische Schichten 5, 6, 7 voneinander getrennt. Diese bestehen aus konventionellem HF-Leiterplatten-Basismaterial und weisen naturgemäß eine hohe Dielektrizitätskonstante ε_r auf. Beim unteren Patch-Element 1 handelt es sich um das gespeiste Patch-Element der Antenne, während das obere Patch-Element 10 das parasitäre Patch-Element ist. Wie bei derartigen Antennen üblich, schwingt das parasitäre Patch-Element 10 mit dem Signal, das vom gespeisten Patch-Element 1 emittiert wird und verbessert somit die Impedanzbandbreite der Gesamtanordnung.
Gemäß der Erfindung ist zwischen den beiden gestapelten Patch-Elementen 1, 10 ein Separator 5 vorhanden, der gleichzeitig als Träger für das obere Patch-Element 10 dient. In das Material des Separators 5 ist ein luftgefüllter, quader- oder zylinderförmiger Hohlraum 20 hineingefräßt, der sich in der gezeigten Ausführung unmittelbar unterhalb des parasitären Patch-Elements 10 befindet. Mit dieser Kavität 20 wird die effektive Dielektrizitätskonstante zwischen den beiden Patch-Elementen 1, 10 wesentlich herabgesetzt.
Eine Variante zu der in 1 gezeigten Ausführung zeigt die 2. Anstatt lediglich einer Kavität sind dort zwei getrennte Kavitäten 21 im Separator 5 unterhalb des parasitären Patch-Elements 10 vorhanden. Die beiden Kavitäten 21 wurden hier durch Bohren in dem Material des Separators 5 erzeugt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7636063 B2 [0002, 0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

R. B. Waterhouse, Ed., ”Microstrip Patch Antennas – A Designers Guide”, Kluwer Acad. Publishers, 2003, p. 90 [0002]

Claims

Gestapelte Mikrostreifen-Antenne mit zwei übereinander angeordneten Mikrostreifen-Antennen-Elementen (1, 10), sowie einem dielektrischen Separator (5) zwischen den beiden Mikrostreifen-Antennen-Elementen (1, 10), dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Separator (5) eine oder mehrere Kavitäten 20, 21) aufweist.
Gestapelte Mikrostreifen-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Separator (5) aus einem HF-Leiterplatten-Basismaterial besteht.