DE19923036A1

DE19923036A1 - Miniaturisiertes Planarstrahlersystem für Mobilfunkanwendungen

Info

Publication number: DE19923036A1
Application number: DE19923036A
Authority: DE
Inventors: Lutz Rothe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2000-12-14

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist die Konfigurierung eines extrem miniaturisierten und in erster Linie flächenhaft ausgedehnten Antennensystems mit der Eigenschaft der Erzeugbarkeit einer linear polarisierten und räumlich breiten Doppelsektorstrahlung vorzugsweise für Mobilfunkanwendungen innerhalb der Spektralbereiche des D- und E-Mobilfunknetzes. DOLLAR A Die erfinderische Lösung beruht hierbei auf einem breitbandig angepaßten sowie unsymmetrischen Wellenleiterresonator in Schlitzleitungstechnik. DOLLAR A Deskriptoren: DOLLAR A Linearstrahler, Monopol, Planarantenne, Planarstrahler, Resonanzstrahler, Strahlungsdiagramm, Sektorstrahlung, Polarisation, Richtfaktor, Wirkungsgrad, Wellenleitung, Wellenimpedanz, Wellenleiterresonator, Schlitzleitung.

Description

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Konfigurierung einer extrem miniaturi sierten und in erster Linie flächenhaft ausgedehnten Antennenkomponente mit der Eigenschaft der Erzeugbarkeit einer linear polarisierten und koordinatenseitig breiten Doppelsektorstrahlung vorzugsweise in den Spektralbereichen zwischen 890 MHz und 960 MHz sowie zwischen 1710 MHz und 1880 MHz. Weiterhin besteht das Ziel der Erfindung in der Entwicklung einer planaren Strahleranord nung vorzugsweise für den Bereich der Fahrzeuganwendungen, die es bei An bringung der Antenne an den verglasten Innenflächen des Fahrzeuges oder jeg lichen dielektrischen Flächen und Begrenzungen beliebiger Räume oder Objekte ermöglicht, jegliche rundstrahlende Außenantennen für die Übertragung elektro magnetischer Strahlungsfelder vorzugsweise in den genannten Spektralbereichen effektiv zu substitutieren. Die gegenständliche Erfindung verfolgt fernerhin das Ziel, Flächenstrahlerkomponenten mit der unmittelbaren Möglichkeit der tech nisch oder designerisch orientierten Systemintegrierbarkeit sowie der Tarnbarkeit für sowohl stationäre als auch portable oder mobile Objekte bzw. Anwendungen sowie mit der Einsatzmöglichkeit bzw. der speziellen Eignung als Körper- oder Kofferantenne zu entwickeln. Im weiteren verfolgt die Erfindung das Ziel der unmittelbaren Montagemöglichkeit des Flächenstrahlers auf den dielektrischen, vorzugsweise verglasten, Flächen und damit vorausgehend der konzeptions- bzw. dimensionierungsseitigen Berücksichtigung der elektromagnetisch relevanten Eigenschaften der dem Antennenmodul räumlich vorgeordneten dielektrischen Schichten oder Räume, vorzugsweise der entsprechenden Verglasungen des Fahrgast- oder Nutzraumes land-, luft- oder seemobiler Objekte.

Das Ziel der Erfindung besteht weiterhin darin, die für die Konfigurierung des Planarstrahlers erforderlichen dielektrischen Strukturträger durch Verwendung ausschließlich elektrisch leitfähiger und selbsttragender dünner Platten, vorzugs weise metallischer Platten oder Folien, zu ersetzen und die durch die Verwen dung dielektrischer Basismaterialien mit einer vom evakuierten Raum abwei chenden Dielektrizitätszahl bedingte geometrische Verkürzung mittels verteilter kapazitiver Strukturelemente zu erwirken.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung bezieht sich vordergründig auf den Mobil funkbereich innerhalb des Mobilfunk-D-Netzes sowie des Mobilfunk-E-Netzes. Hierbei bildet der Flächenstrahler eine optionale Antennenkomponente bzw. Er satzkomponente der Fahrzeugaußenantenne mit der Montagemöglichkeit inner halb des Fahrgastraumes. Weitergehend bezieht sich der Anwendungsbereich auf allgemeine Innenraumanwendungen, indem die Strahlerkomponente eine räumlich abgesetzte Komponente vom jeweiligen Endgerät bildet und an der betreffenden Raumverglasung bzw. an der dielektrischen Raum- oder Objektwandung innen seitig und flächig montiert wird.

Die Strahlerkomponente ist vorteilhaft in den Fällen anwendbar, in denen die Bedingung der schnellen und unaufwendigen Montierbarkeit ohne Verwendung von Werkzeugen sowie die Bedingung der sowohl bezüglich des Antennenmo duls als auch bezüglich der Montageebene zerstörungsfreien und einschränkungs losen Lösbarkeit und damit der Wiederverwendbarkeit zu erfüllen sind bzw. er füllt sein sollten. Der weitere Vorteil der Erfindung soll in der externen Aufnah mefähigkeit jeglicher lösbar oder unlösbar mit dem Antennenmodul bzw. mit dessen Radom verbundener dielektrischer Folien, Verkleidungen oder Ummante lungen beliebiger Strukturierung, vorzugsweise dielektrischer Folien mit belie biger Bedruckung und Farbgebung, bestehen, so daß auf dieser Basis das Feld der zweckorientierten Tarnbarkeit sowie der designerischen Gestaltbarkeit bzw. de signerischen Integrationsfähigkeit umfassend erschließbar ist.

Darüber hinausgehend bildet die erfindungsgemäße Strahlerkomponente ein Ba sismodul für Kurz- oder Mittelstreckenübertragungssysteme für kommunikations- sowie sensor- oder sicherheitstechnische Anwendungen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannte Antennenlösungen für den Bereich der Mobilfunkanwendungen be ruhen auf Linearantennenkonzeptionen in Form von Monopolanordnungen in verkürzter oder unverkürzter Ausführung. Diese Linearantennen sind sowohl als extern montierbare Bordantennen als auch als unmittelbar mit dem Endgerät ge koppelte Komponenten bekannt sowie mit unterschiedlichem Richtfaktor und Wirkungsgrad behaftet, wobei diese Komponenten in der Azimutalebene aus schließlich rundstrahlend sind. Bekannte Flachantennenlösungen beruhen auf flächenhaft angeordneten, dipolähnlichen Konfigurationen, deren Richtdiagramm unregelmäßig und in Verbindung mit dem jeweiligen Untergrund die Merkmale einer signifikanten Strahlungsfelddeformation aufweisen. Die auf den Anwen dungsbereich bezogenen Strahlungseigenschaften sind denen der klassischen Linearantennen deutlich unterlegen. Gleichfalls sind gezielte Ausblendungs eigenschaften des Strahlungsdiagrammes nicht nachweisbar. Gleichfalls sind keine Lösungen bekannt, deren elektromagnetische bzw. Strahlungseigenschaften auf der Basis unsymmetrischer und offener Wellenleitertechniken, insbesondere der Microstriptechnik, unter Verwendung selbsttragender leitfähiger Folienleiter oder folienähnlicher Leitflächen erzielt werden.

Die elektrischen sowie Gebrauchseigenschaften bekannter Antennenlösungen schließen die Erlangung der Ziele der gegenständlichen Erfindung aus, so daß mit der gegenständlichen Erfindung die für die benannten Anwendungsfelder einsetz bare Technik gegenüber dem bekannten Stand der Technik erweitert wird

Darstellung des Wesens der Erfindung

Die erfinderische Aufgabe besteht in der Konfigurierung einer extrem miniaturi sierten und flächenhaften Strahlerkomponente mit der Eigenschaft der Erzeug barkeit einer linear polarisierten und räumlich breiten Doppelsektorstrahlung mit dem Ziel der Erzeugung einer Nutzstrahlung innerhalb jeder der zwei Raumhemi sphären des sphärischen Strahlungsraumes vorzugsweise in den Spektralberei chen zwischen 890 MHz und 960 MHz bzw. 1710 MHz und 1880 MHz.

Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht weiterhin in der Entwicklung einer flächenhaften Strahleranordnung vorzugsweise für den Bereich der Fahrzeugan wendungen, die es bei Anbringung der Antenne an den verglasten Innenflächen des Fahrzeuges oder jeglichen dielektrischen Flächen und Begrenzungen belie biger Räume oder Objekte ermöglicht, jegliche rundstrahlende, vorzugsweise lineare oder ringförmige oder ringschlitzförmige Außenantennen für die Über tragung elektromagnetischer Strahlungsfelder vorzugsweise in den genannten Spektralbereichen effektiv zu substituieren. Fernerhin besteht die erfindungsgemäße Aufgabe in der Konfigurierung einer Flächenstrahlerkomponente mit der unmittel baren Möglichkeit der technisch oder designerisch orientierten Systemintegrier barkeit sowie der Tarnbarkeit für sowohl stationäre als auch portable oder mobile Objekte bzw. Anwendungen sowie mit der Einsatzmöglichkeit bzw. der spezi ellen Eignung als Körper- oder Kofferantenne, wobei in jedem der genannten Fälle die Bedingung der schnellen und unaufwendigen Montierbarkeit ohne Ver wendung von Werkzeugen sowie der Bedingung der sowohl bezüglich des An tennenmoduls als auch bezüglich der Montageebene zerstörungsfreien und ein schränkungslosen Lösbarkeit und damit der Wiederverwendbarkeit zu erfüllen sind und die externe Aufnahmefähigkeit des Antennenmoduls jeglicher lösbar oder unlösbar mit dem Antennenmodul bzw. mit dessen Radom verbundener dielektrischer Verkleidungen oder Ummantelungen beliebiger Strukturierung, vorzugsweise dielektrischer Folien mit beliebiger Bedruckung und Farbgebung, gegeben ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem eine leitfähige Platte oder Folie (1) mit kreisförmiger, elliptischer, dreieckförmiger, quadratischer, rechteckiger, pentagonaler, hexagonaler, octagonaler oder beliebiger Berandung, vorzugsweise kreisförmiger Berandung, vorzugsweise bestehend aus Messing, Kupfer oder Aluminium, mit einer schlitzförmigen Struktur (2), bestehend aus einem oder mehreren und untereinander verbundenen schlitzförmigen Segmenten (2.n) mit n = 1, 2, 3, 4, . . ., gleicher oder ungleicher Schlitzbreite, vorzugsweise ungleicher Schlitzbreite, die für den Fall mehrerer schlitzförmiger Segmente pa rallel, rechtwinklig oder in einem beliebigen Winkel zueinander angeordnet sind, versehen wird. Die Aufgabe wird weiterhin dadurch gelöst, indem die schlitzför mige Struktur (2) vorzugsweise mittels eines koaxialen Wellenleiters (3) elektro magnetisch angeregt wird, indem der Innenleiter (3.1) des koaxialen Wellenleiters (3) in einer definierten Entfernung von den Begrenzungen der schlitzförmigen Struktur (2) bzw. eines Segmentes der schlitzförmigen Struktur rechtwinklig zur Achse der schlitzförmigen Struktur über die schlitzförmige Struktur geführt und endseitig an einer der achsenparallelen Begrenzungen der schlitzförmigen Struk tur (2) galvanisch mit der leitfähigen Platte oder Folie (1) verbunden wird, wobei der Außenleiter (3.2) des koaxialen Wellenleiters (3) an der gegenüberliegenden achsenparallelen Begrenzung der schlitzförmigen Struktur (2) galvanisch, vor zugsweise mittels einer Lötverbindung, mit der leitfähigen Platte oder Folie (1) verbunden wird. Die strukturierte leitfähige Platte oder Folie (1) wird erfindungs gemäß mittels eines dielektrischen Gefäßsystems (4) umschlossen, wobei das Ge fäßsystem (4) in Form eines Radoms mit beliebiger Kontur, vorzugsweise mit ei ner der Berandung der strukturierten leitfähigen Platte oder Folie (1) angepaßten Kontur und damit einer kreisförmigen Kontur, vorzugsweise bestehend aus einem mittels Spritzverfahren oder Tiefziehverfahren erstellten und aus einem oder mehreren Elementen bestehenden Formteiles oder in der Folge eines Verschäu mungsverfahrens gebildet wird, innerhalb dessen die strukturierte leitfähige Platte oder Folie (1) eingefügt wird bzw. integriert ist. Die Positionierung bzw. Befesti gung des Gefäßsystems erfolgt vorzugsweise mittels einer doppelseitig mit je weils einer Klebeschicht ausgestatteten dielektrischen Folie (5) beliebiger Dicke und Berandung, vorzugsweise kreisförmiger oder kreisringförmiger Berandung, wobei der doppelklebenden dielektrischen Folie eine weitere, vorzugsweise ein seitig mit einer Haftschicht ausgestattete dielektrische Folie (6) beliebiger Beran dung, vorzugsweise kreisförmiger oder kreisringförmiger Berandung, vorgesetzt werden kann, deren Haftschichtebene vorzugsweise mit einer ein- oder mehr farbigen, vorzugsweise mehrfarbigen, Bedruckung ausgebildet ist und für den Fall der Glasmontage (7) ein sichtbares Bild erzeugt. Der erfindungsgemäße Vorteil besteht insbesondere in der beliebigen Wechselbarkeit des Positionierungsortes der Antennenkomponente und/oder der Bildfolie (6) bei sachlich unbegrenzter Wiederverwendbarkeit des Antennenmoduls.

Die Bemessung der Resonanzbedingung des Strahlersystems bzw. des Eingangs impedanz- und Strahlungsleitwertprofils erfolgt hierbei unter Einbeziehung des geometrischen und Suszeptibilitätsprofils des Gefäßsystems (4) sowie der dielek trischen Folien (5) und (6) einschließlich der Montageebene (7), so daß das An tennensystem als Schlitzwellenleiterresonator mit ebenenweise diskontinuierlich partialisierter, unsymmetrischer, dielektrischer Belastung und damit als flächen haftes Verbundstrahlersystem zu betrachten ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines praxisrelevanten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich hierbei auf eine miniaturisierte und planare, dualbandige Scheibenantenne für die Glas-Aufsatzmontage bzw. die Fahrzeug- Innenmontage als Mobilfunk-Strahlersystem für die Spektralbereiche 890 MHz bis 960 MHz sowie 1710 MHz bis 1880 MHz, deren Strahlermodul (1) in der Abb. 1 dargestellt ist.

Gemäß der Abb. 1 wird eine leitfähige Platte oder Folie (1), bestehend aus Messing, mit einer schlitzförmigen Struktur (2), bestehend aus den schlitzförmi gen Segmenten (2.1) bis (2.5), versehen, wobei das schlitzförmige Segment (2.3) aus zwei linearen und in ihren längssymmetrischen Achsen parallel zueinander versetzten Teilsegmenten unterschiedlicher Schlitz- bzw. Segmentlänge sowie unterschiedlicher Schlitz- bzw. Segmentbreite zusammengesetzt und die Schnitt- bzw. Kopplungsebene beider Untersegmente in der Ebene der senkrecht zur Achse der Segmente (2.1), (2.2), (2.3) verlaufenden Symmetrielinie des Strahlenmoduls (1) angeordnet werden. Gemäß der Abb. 1 wird die schlitz förmige Struktur (2) mittels eines koaxialen Wellenleiters (3) angeregt, indem der Innenleiter (3.1) im Punkt (9) mit der leitfähigen Platte (1) und der Außenleiter (3.2) im Punkt (8) mit der leitfähigen Platte galvanisch mittels jeweils einer Löt verbindung verbunden werden.

Die strukturierte und leitfähige Platte (1) gemäß der Abb. 1 wird jeweils in ein zylinderförmiges dielektrisches Radom (4), vorzugsweise bestehend aus einer Polystyrol- oder Polyvinylchlorid-Komposition, eingefügt. Mittels einer doppel seitig mit jeweils einer Klebeschicht versehenen dielektrischen Folie (5), beste hend aus Polystyrolschaum, sowie einer einseitig mit einer Klebeschicht verse henen Bildfolie (6) wird das Antennenmodul bzw. dessen Radom (4) gemäß der Abb. 2 auf einer dielektrischen Montageebene (7), bestehend aus der Fahr zeugverglasung, positioniert bzw. befestigt.

Claims

1. Miniaturisiertes Planarstrahlersystem für Mobilfunkanwendungen, bestehend aus einer Anordnung geometrisch definierter und leitfähiger Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß

- eine leitfähige Platte oder Folie (1) mit kreisförmiger, elliptischer, dreieckför miger, quadratischer, rechteckiger, pentagonaler, hexagonaler, octagonaler oder beliebiger Berandung, vorzugsweise kreisförmiger Berandung, mit einer schlitz förmigen Struktur (2), bestehend aus einem oder mehreren und untereinander ver bundenen schlitzförmigen Segmenten (2.n) mit n = 1, 2, 3, 4, . . ., gleicher oder ungleicher Schlitzbreite, vorzugsweise ungleicher Schlitzbreite, die für den Fall mehrerer schlitzförmiger Segmente (2) parallel, rechtwinklig oder in einem be liebigen Winkel zueinander angeordnet sowie deren längssymmetrische Achsen mit einem linearen, zirkularen, elliptischen oder beliebigen Verlauf ausgebildet werden, versehen wird, wobei die Segmente (2.n) für den Fall zweier oder meh rerer gekoppelter schlitzförmiger Segmente (2.n) gleicher oder ungleicher Schlitz breite sowie parallel, rechtwinklig oder in einem beliebigen Winkel zueinander verlaufender längssymmetrischer Achsen mit zueinander sowohl unversetzt als auch versetzt verlaufenden Achsen in deren Schnitt- bzw. Kopplungsebenen ge koppelt werden.
- die schlitzförmige Struktur (2) vorzugsweise mittels eines koaxialen Wellen leiters (3) elektromagnetisch angeregt wird, indem der Innenleiter (3.1) des koaxi alen Wellenleiters (3) in einer definierten Entfernung von den Begrenzungen der schlitzförmigen Struktur (2) bzw. eines Segmentes der schlitzförmigen Struktur rechtwinklig zur Achse der schlitzförmigen Struktur (2) über die schlitzförmige Struktur (2) geführt und endseitig an einer der achsenparallelen Begrenzungen der schlitzförmigen Struktur (2) galvanisch mit der leitfähigen Platte oder Folie (1) verbunden wird;
- der Außenleiter (3.2) des koaxialen Wellenleiters (3) an der gegenüberliegenden achsenparallelen Begrenzung der schlitzförmigen Struktur (2) galvanisch mit der leitfähigen Platte oder Folie (1) verbunden wird;
- die strukturierte leitfähige Platte oder Folie (1) mittels eines dielektrischen Ge fäßsystems (4) mit beliebiger Kontur, vorzugsweise mit einer der Berandung der strukturierten leitfähigen Platte oder Folie (1) angepaßten und damit kreisför migen Kontur, umschlossen wird;
- das Gefäßsystem (4) vorzugsweise mittels einer doppelseitig mit jeweils einer Haftschicht, vorzugsweise Klebeschicht, ausgestatteten dielektrischen Folie (5) beliebiger Dicke und Berandung, vorzugsweise kreisförmiger oder kreisringför miger Berandung, auf der Montagefläche befestigt bzw. positioniert wird;
- der dielektrischen Folie (5) eine weitere, vorzugsweise einseitig mit einer Haft schicht, vorzugsweise Klebeschicht, ausgestattete dielektrische Folie (6) beliebi ger Berandung, vorzugsweise kreisförmiger Berandung, deren Haftschichtebene vorzugsweise mit einer ein- oder mehrfarbigen, vorzugsweise mehrfarbigen Bedruckung, ausgebildet ist, vorgesetzt wird.

2. Miniaturisiertes Planarstrahlersystem für Mobilfunkanwendungen, nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäßsystem (4) unter Vorsatz der dielektrischen Folien (5) und/oder (6) sowohl für den Fall der Konfigurierung des Strahlermoduls als Wellenleiterresonator in Schlitzleitungstechnik (1) als auch für den Fall der Konfigurierung des Strahlermoduls als Wellenleiterresonator in Strei fenleitungs- bzw. Microstrip-, dielektrischer Bildleitungs- oder Koplanartechnik für die Aufnahme bzw. Montage eines flächenhaften Strahlersystems auf einer dielektrischen Montageebene (7), vorzugsweise einer Glasfläche, angewendet wird.