DE29703841U1

DE29703841U1 - Mobilfunk-Planarantenne

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Publication number: DE29703841U1
Application number: DE29703841U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 1997-07-17
Anticipated expiration: 2007-02-20

Description

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

-Bezeichnung der Erfindung:
Mobüfunk-Planarantenne

Ziel der Erfindung:

Das Ziel der Erfindung besteht in der Konfigurierung einer extrem miniaturisierten und in erster Linie flächenhaft ausgedehnten Antennenkomponente mit der Eigenschaft der Erzeugbarkeit einer linear polarisierten und koordinatenseitig breiten Sektorstrahlung sowohl in der Horizontal- als auch in der Vertikalebene vorzugsweise in den Spektralbereichen zwischen 890 MHz und 960 MHz sowie zwischen 1710 MHz und 1890 MHz. Weiterhin besteht das Ziel der Erfindung in der Entwicklung einer planaren Strahleranordnung mit einer ausgeprägten Rückstrahlungsdämpfung und damit einer Nutzstrahlung ausschließlich innerhalb einer Raumhemisphäre, so daß insbesondere fur den Bereich der Fahrzeuganwendungen eine Antennenkomponente entsteht, die es bei Anbringung der Antenne an den verglasten Flächen des Fahrzeuges ermöglicht, den Fahrgastraum aus dem Strahlungsraum des Strahlers auszublenden und hiermit die elektromagnetische Strahlungsbelastung des Nutzers gegenüber bekannten Antennenlösungen für diesen Bereich zu minimieren. Im weiteren verfolgt die Erfindung das Ziel der unmittelbaren Montagemöglichkeit des Planarstrahlers auf den 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 Fahrgastraumes. 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, vorzugsweise metallischer Platten oder Folien, zu ersetzen und die durch die Verwendung dielektrischer Basismateriaslien mit einer vom evakuierten Raum abweichenden Dielektrizitätszahl bedingte geometrische Verkürzung mittels verteilter kapazitiver Strukturelemente zu erwirken.

• Anwendungsgebiet der Erfindung:

Das Anwendungsgebiet der Erfindung bezieht sich vordergründig auf den Mobilfunkbereich innerhalb des Mobilfunk-D-Netzes sowie des Mobilfunk-E-Netzes. Hierbei bildet der Planarstrahler eine optionale Antennenkomponente bzw. Er-. satzkomponente der Fahrzeugaußenantenne mit der Montagemöglichkeit innerhalb 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 innenseitig und flächig montiert wird. Die Strahlerkomponente ist vorteilhaft in den Fällen anwendbar, in denen der rückwärtig zur Antennenapertur gelegene Raum strahluzngsfrei bzw. strahlungsarm gehalten und damit die elektromagnetische Strahlungsbelastung des Nutzers minimiert werden soll.

Darüber hinausgehend bildet die erfindungsgemäße Strahlerkomponente ein Basismodul für Kurz- oder Mittelstreckenübertragungssysteme für kommunikations-, sensor- oder sicherheitstechnische Anwendungen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik:

Bekannte Antennenlösungen fur den Bereich der Mobilfunkanwendungen beruhen 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 gekoppelte Komponenten bekannt sowie mit unterschiedlichem Richtfaktor und Wirkungsgrad behaftet, wobei diese Komponenten in der Azimutalebene ausschließlich 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 Anwendungsbereich bezogenen Strahlungseigenschaften sind denen der klassischen Linearantennen deutlich unterlegen. Gleichfalls sind gezielte Ausblendungseigenschaften 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 gegenständhchen Erfindung aus, so daß mit der gegenständlichen Erfindung die für die benannten Anwendungsfelder einsetzbare Technik gegebüber dem bekannten Stand der Technik erweitert wird.

■ Darstellung des Wesens der Erfindung:

Die erfinderische Aufgabe besteht in der Konfigurierung einer extrem miniaturisierten und flächenhaften Strahlerkomponente mit der Eigenschaft der Erzeugbarkeit einer linear polarisierten und räumlich breiten Sektorstrahlung .sowohl in der Azimutal- als auch in der Elevationsebene sowie einer ausgeprägten Rückstrahlungsdämpfung und damit einer Nutzstrahlung ausschließlich innerhalb einer Raumhemisphäre vorzugsweise in den Spektralbereichen zwischen 890 MHz und 960 MHz bzw. 1710 MHz und 1890 MHz. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem zwei leitfähige Platten oder Folien in einem definierten Abstand flächenparallel zueinander angeordnet werden, wobei die leitfähige Platte oder Folie (1) mit einer kreisförmigen Berandung ausgebildet sowie die Funktion einer Massefläche erfüllt und die leitfahige Platte oder Folie (2) gleichfalls mit einer kreisförmigen Berandung ausgebildet wird, wobei die leitfahige Platte oder Folie (2) gegenüber der Vollkreisfläche um einen Sehnenabschnitt reduziert wird und somit die zum Sehnenabschnitt komplementäre Fläche darstellt und die Sehne eine geradlinige Kante (3) der leitfahigen Platte oder Folie (2) bildet. Gegenüber der geradlinigen Kante (3) wird die kreisabschnittförmige Platte oder Folie (2) erfindungsgemäß leitfähig mit der kreisförmigen Platte oder Folie verbunden, wobei die Verbindungselemente (4) punktuell angeordnet werden und der Querschnitt sowie Ort und Anzahl der Verbindungselemente die Schwingungsbedingung des Strahlers beeinflussen. Erfindungsgemäß wird die kreisabschnittförmige Platte oder Folie (2) in einer parallel zur geradlinigen Kante (3) verlaufenden Linie mit kreisförmigen Blenden (5) versehen, wobei Position, Anzahl und Durchmesser der eingebrachten Blenden (5) in gleicher Weise wie die leitfahigen Verbindungselemente (4) die Schwingungsbedingung des Resonanzstrahlers beeinflussen. Die Anregung bzw. Speisung der elektromagnetisch resonant schwingenden Anordnung erfolgt mittels einer koaxialen Wellenleitung, indem der Innenleiter des koaxialen Wellenleiters leitfähig mit der kreisabschnittförmigen Platte oder Folie (2) verbunden und der Außenleiter des koaxialen Wellenleiters leitfähig mit der kreisförmigen Platte oder Folie (1) verbunden wird. Der Innenleiter des koaxialen Wellenleiters wird durch eine elektromagnetische Blende (6), die als kreisförmige Öffnung innerhalb der kreisförmigen Platte oder Folie (1) ausgeführt ist, axialsymmetrisch zur Blendenberandung und ohne galvanische Verbindung zu dieser gefuhrt, wobei zur Gewährleistung der Axialsymmetrie der Innenleiter über der Länge der Distanz zwischen den Platten (1) und (2) mit einer dielektrischen Buchse (7), deren Außendurchmesser dem Blendendurchmesser und deren Innendurchmesser dem Durchmesser des Innenleiters des koaxialen Wellenleiters angemessen ist, umschlossen wird. Hierbei wird der Blendendurchmesser impedanzrichtig gewählt, wobei die Eingangsimpedanz durch den Ort der Ein- bzw. Auskopplung (8) innerhalb der Fläche der kreisabschnittförmigen Platte oder Folie (2) bestimmt ist bzw. festgelegt wird.

Die Anordnung wird geometrieseitig fur den Resonanzfall dimensioniert, wobei die der Apertur vorgeordnete dielektrische Montageebene bzw. -schicht, die hierbei durch die entsprechende Raum- oder Fahrzeugverglasung oder auch anderweitige dielektrische Körperebenen vergegenständlicht wird, in ihrer elektromagnetischen, primär kapazitiven Wirkung mittels einer induktiven .Verstimmung der dielektrischen Störung äquivalenten Grades berücksichtigt wird. Die für den gegenständlichen Anwendungsfall erforderliche relative spektrale Bandbreite wird insbesondere durch die antiparallele Ausbildung der Verbindungslinie der leitfähigen Verbindungen (4) sowie der Sehnenkante (3) zueinander erzielt.

Ausflihrungsbeispiel:

Die gegenständliche Erfindung soll mittels eines Ausfuhrungsbeispiels für den Frequenzbereich zwischen 890 MHz und 960 MHz näher erläutert werden. Gemäß der Abbildung 1 wird eine leitfähige metallische Platte (1) mit kreisförmiger Berandung und dem Durchmesser von 90 mm über eine Distanz von 4,8 mm mit einer zweiten leitfähigen metallischen Platte (2), die als Kreisabschnitt ausgeführt ist, flächenparallel gekoppelt, wobei die Mittelpunkte sowohl der Vollkreisfläche als auch der Kreisabschnittsfläche auf einer identischen Achse angeordnet werden und gemäß der Abbildung 2 die leitfähige Platte (2) in einer parallel zur Sehne verlaufenden Linie mit vier kreisförmigen Blenden (5) versehen wird und an drei Punkten, wobei einer der drei Punkte auf der in der Ebene der Kreisabschnittsfläche verlaufenden Symmetrielinie der Anordnung positioniert wird, mit der leitfähigen Platte (1) leitfähig gekoppelt wird, indem leitfähige Verbindungselemente (4) gemäß der Abbildung 3 an den in der Abbildung 1 gekennzeichneten Positionen zwischen der leitfähigen Platte (1) und der leitfähigen Platte (2) eingebracht werden. Zwecks mechanischer Stabilisierung wird zwischen der leitfähigen Platte (1) und der leitfähigen Platte (2) ein auf der Symmetrielinie der Anordnung positionierter Stützzylinder (9) gemäß der Abbildung 3 mit dem Durchmesser von 6 mm eingeführt. Die galvanische Kopplung des Innenleiters des koppelnden koaxialen Wellenleiters erfolgt mit der leitfähigen Platte (2) im Punkt (8). Hierbei wird der Innenleiter mittels einer dielektrischen Buchse (7), vorzugsweise PTFE-Buchse, zentrisch zwischen den leitfähigen Platten (1) und (2) zur sowie durch die Blende (6) innerhalb der leitfähigen Platte (1) gefuhrt. Die PTFE-Buchse wird hierbei als Zylindermantel der Länge von 4.8+/-0.1 mm ausgeführt, dessen Außendurchmesser mit 1.4-0.1 mm sowie dessen Innendurchmesser über einer Länge von 3.8-0.1 mm mit 1.4 mm sowie über einer Länge von 1 mm mit einem Innendurchmesser von 2.2 mm bemessen werden. Der Außenleiter des signalkoppelnden koaxialen Wellenleiters wird mit der flächenparallel zur Platte (2) angeordneten leitfähigen Platte (1) in unmittelbarer Umgebung der Blende (6) gekoppelt.

Claims

SCHUTZANSPRÜCHE

1. Mobilftink-Planarantenne, bestehend aus einer Anordnung geometrisch definierter und leitfahiger Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß

- zwei leitfahige Platten oder Folien in einem definierten Abstand flächenparallel zueinander angeordnet werden, indem die leitfahige Platte oder Folie (1) mit einer kreisförmigen Berandung ausgebildet und die leitfahige Platte oder Folie (2) gleichfalls mit einer kreisförmigen Berandung ausgebildet wird, wobei die leitfahige Platte oder Folie (2) gegenüber der Vollkreisfläche um einen Sehnenabschnitt reduziert und die zum Sehnenabschnitt komplementäre Fläche erstellt wird sowie die Sehne eine geradlinige Kante (3) der leitfähigen Platte oder Folie (2) bildet;

- die kreisabschnittförmige Platte oder Folie (2) gegenüber der geradlinig verlaufenden Kante (3) leitfähig mit der kreisförmigen Platte oder Folie (1) verbunden wird, wobei die leitfahige Verbindung mittels punktuell angeordneter Verbindungselemente (4) erzielt wird;

- die kreisabschnittförmige Platte oder Folie (2) in einer parallel zur geradlinigen Kante (3) verlaufenden Linie mit kreisförmigen Blenden (5) versehen wird;

- die Anordnung mit einem koaxialen Wellenleiter gekoppelt wird, indem der Innenleiter des koaxialen Wellenleiters leitfähig mit der kreisabschnittföraiigen Platte oder Folie (2) verbunden und der Außenleiter des koaxialen Wellenleiters leitfähig mit der kreisförmigen Platte oder Folie (1) verbunden wird, wobei der Innenleiter des koaxialen Wellenleiters durch eine kreisförmige Blende (6), die als kreisförmige Öffnung innerhalb der kreisförmigen Platte oder Folie (1) ausgeführt ist, axialsymmetrisch zur Blendenberandung und ohne galvanische Verbindung zu dieser gefuhrt wird;

2. Mobilfunk-Planarantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfahige Verbindung zwischen den leitfähigen Platten (1) und (2) mittels geschlossener leitfahiger und flächenhaft, vorzugsweise streifenförmig, ausgebildeter Materialien erfolgt.

3. Mobilfunk-Planarantenne nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Berandung der leitfahigen Platten oder Folien (1),(2) kreisförmig, elliptisch, dreieckförmig oder hexagonal ausgebildet wird, wobei die Anordnung der Verbindungselemente (4) geradlinig derart verläuft, daß die beiden Halblängen unter einem Winkel, ausgenommen die Winkelwerte von 0 Winkelgrad sowie 90 bis 359 Winkelgrad, gemessen zwischen einer Halblänge und der Winkelhalbierenden, zueinander angeordnet werden.

4. Mobilfunk-Planarantenne nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfahige Platte oder Folie (2) als geschlossene Fläche ohne Einbringung von Blenden (6) ausgebildet wird.

5. Mobilfunk-Planarantenne nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Blenden (6) kreisförmig, elliptisch, dreieckförmig, hexagonal, pentagonal, rechteckig, quadratisch oder unregelmäßig ausgeführt wird.