DE102006027694B3 - Stacked-patch antenna for motor vehicle, has patch unit provided on supporting device opposite to radiation surface, where thickness or height of device is smaller than thickness or height of patch unit - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Antenne planarer Bauart nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to a multilayer antenna of planar design the preamble of claim 1.
Patchantennen bzw. sogenannte Microstrip-Antennen sind hinlänglich bekannt. Sie umfassen üblicherweise eine elektrisch leitfähige Grundfläche, ein darüber angeordnetes dielektrisches Trägermaterial und eine auf der Oberseite des dielektrischen Trägermaterials vorgesehene elektrisch leitfähige Strahlungsfläche. Die obere Strahlungsfläche wird in der Regel durch eine quer zu den vorstehend genannten Ebenen und Schichten verlaufende Speiseleitung angeregt. Als Anschlusskabel dient vor allem ein Koaxialkabel, dessen Außenleiter an einem Anschluss mit dem Masseleiter elektrisch verbunden ist, wohingegen der Innenleiter des Koaxialkabels mit der oben liegenden Strahlungsfläche elektrisch verbunden ist.patch antenna or so-called microstrip antennas are well known. They usually include an electrically conductive Base area, a about that arranged dielectric carrier material and one provided on the top of the dielectric substrate electrically conductive Radiating surface. The upper radiation surface is usually through a cross to the above levels and layers extending feed line stimulated. As connection cable Above all, a coaxial cable is used whose outer conductor is connected to a connection is electrically connected to the ground conductor, whereas the inner conductor of the coaxial cable with the overhead radiating surface electrically connected is.
Mehrschichtige Antennen planarer Bauart sind beispielsweise als sogenannte "stacked"-Patchantennen bekannt ge worden. Mittels eines derartigen Antennentyps besteht die Möglichkeit die Bandbreite einer derartigen Antenne zu erhöhen bzw. Resonanzen in zwei oder mehreren Frequenzbereichen zu gewährleisten. Durch derartige Antennen kann auch der Antennengewinn verbessert werden.multilayer Planar antennas are known, for example, as so-called "stacked" patch antennas been. By means of such an antenna type is possible to increase the bandwidth of such an antenna or resonances in two or several frequency ranges. By such Antennas can also be improved antenna gain.
Gemäß der Vorveröffentlichung IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. AP-27, NO. 2, MARCH 1979, Seite 270–273 ist eine mehrschichtige Patchantenne beschrieben, die eine Resonanz in zwei Frequenzbereichen ermöglicht. Dazu weist die Patchantenne z.B. neben der unten liegenden Massefläche und der dazu versetzt angeordneten und über eine Speiseleitung angeregten Strahlungsfläche eine oberhalb der Strahlungsfläche mit Seitenversatz dazu angeordnete Patchfläche. Das Trägermaterial zwischen der Masse- und der Strahlungsfläche sowie zwischen der Strahlungsfläche und der darüber befindlichen Patchfläche besteht jeweils aus einem Substrat mit gleicher Dielektrizitätskonstante.According to the pre-publication IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. AP-27, NO. 2, MARCH 1979, pages 270-273 is a multilayer patch antenna described that resonates in two frequency ranges. For this purpose, the patch antenna has e.g. next to the underlying ground plane and the staggered arranged and excited via a feed line radiating surface one above the radiation surface with side offset arranged patch surface. The carrier material between the mass and the radiation surface and between the radiation surface and the above located patch area each consists of a substrate with the same dielectric constant.
Eine Patchantenne mit Trägerschichten mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten ist beispielsweise aus der Veröffentlichung IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 47, NO. 12, DECEMBER 1999, Seiten 1780–1784 bekannt geworden. Als obere Trägerschicht für die obere metallische Fläche (Patchfläche) dient Schaum. Der Abstand zwischen der oberen Patchfläche zu der darunter befindlichen Strahlungsfläche entspricht dem Abstand zwischen der Strahlungsfläche zur unteren Massefläche.A Patch antenna with carrier layers with different dielectric constants is, for example from the publication IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 47, NO. 12 DECEMBER 1999, pages 1780-1784 known. As upper carrier layer for the upper metallic surface (Patch area) serves foam. The distance between the upper patch surface to the underlying radiation surface corresponds to the distance between the radiation surface to the lower ground plane.
Dass sich mittels mehrschichtiger Patchantennen der Antennengewinn erhöhen lässt, ist unter anderem aus der Vorveröffentlichung IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATI ON, VOL. 47, NO. 12, DECEMBER 1999, Seiten 1767–1771 als bekannt zu entnehmen.That is by means of multi-layer patch antennas increase the antenna gain is among others from the pre-publication IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATI ON, VOL. 47, NO. 12 DECEMBER 1999, pages 1767-1771 to be known as known.
Schließlich ist
eine gattungsbildende Antenne mit mehrschichtigem Aufbau beispielsweise
aus der
Nachteilig ist bei allen derartigen vorbekannten Antennenanordnungen der vergleichsweise aufwendige Aufbau. Denn bei Verwendung handelsüblicher Patchantennen mit einer Massefläche, einem darauf befindlichen elektrischen Tragkörper (Substrat) und einer darüber befindlichen Strahlungsfläche ist es stets aufwendig, eine derartige Antenne zu einer mehrschichtigen Antenne zu komplementieren. In Abhängigkeit von der Verwendung handelsüblicher Patchantennen, die zumindest eine untere Massefläche, ein Substrat bestehend aus einem dielektrischen Material, beispielsweise Keramik, und eine darauf befindliche Strahlungsfläche umfassen, müsste dann jeweils eine gegebenenfalls unterschiedlich dicke dielektrische Trägerschicht hergestellt und beispielsweise auf der Strahlungsfläche der handelsüblichen Patchantenne positioniert und verankert werden, um auf der Oberseite dieser zusätzlichen dielektrischen Tragschicht dann die elektrisch leitfähige Patchfläche anzuordnen. Eine davon abweichende aber ebenfalls sehr aufwendige Konstruktion wäre es, beispielsweise ein Antennengehäuse, unterhalb dessen eine handelsübliche Patchantenne eingebaut ist, mit einer zusätzlichen elektrisch leitfähigen Patchfläche auszustatten, was aber ebenfalls aufwendige zusätzliche bauliche Maßnahmen erfordern würde.adversely is in all such prior art antenna arrangements of the comparatively elaborate construction. Because when using commercially available patch antennas with a Ground plane an electrical supporting body (substrate) and an overlying one Radiation surface is it always consuming, such an antenna to a multi-layered To complement the antenna. Depending on the use commercial Patch antennas comprising at least a lower ground plane, a substrate of a dielectric material, for example ceramic, and one thereon located radiation surface include, would have then in each case an optionally different thickness dielectric backing manufactured and, for example, on the radiation surface of the commercial Patch antenna can be positioned and anchored to the top this additional dielectric support layer then to arrange the electrically conductive patch surface. A different but also very expensive construction would it be, for example, an antenna housing, below which a commercial patch antenna is installed, with an additional equip electrically conductive patch surface, but also expensive additional structural measures would require.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte mehrschichtige Antenne planarer Bauart zu schaffen, insbesondere Patchantenne, die zur Erzielung der an sich bekannten elektrischen Eigenschaften mit einem oberhalb der Strahlungsfläche vorgesehenen Patchstrahler versehen ist, und die dabei insgesamt einfacher aufgebaut ist und/oder verbesserte elektrische Eigenschaften aufweist.In contrast, is It is an object of the present invention an improved multilayer Antenna of planar design, in particular patch antenna, to achieve the known electrical properties provided with a patch radiator provided above the radiation surface is, and this is a simpler structure and / or improved having electrical properties.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The Task is according to the invention accordingly solved the features specified in claim 1. Advantageous embodiments The invention are specified in the subclaims.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich zahlreiche Vorteile realisieren.Leave with the solution according to the invention realize many advantages.
Als wesentlicher Vorteil ergibt sich – was durchaus überraschend ist – dass die erfindungsgemäße Antenne eine deutliche Verbesserung der Antenneneigenschaften aufweist, verglichen mit einfachen normalen Patchantennen. Dies ist umso überraschender, als die zuoberst auf der Patchantenne vorgesehene Strahlungsstruktur in extrem geringen Abstand oberhalb der Strahlungsfläche der Patchantenne angeordnet ist und dabei in einer bevorzugten Ausführungsform sogar eine Längs- und Quererstreckung aufweisen kann, die größer ist als die darunter befindliche Strahlungsfläche. Zu erwarten wäre nämlich in einem derartigen Fall, dass die zu oberst befindliche Patchfläche das Strahlungsdiagramm nachteilig beeinflusst.When significant advantage arises - which is quite surprising is - that the antenna according to the invention has a significant improvement in antenna properties, compared to simple normal patch antennas. This is even more surprising as the radiation structure provided at the top of the patch antenna in extremely small distance above the radiation surface of the Patch antenna is arranged, and in a preferred embodiment even a longitudinal and transverse extent that is greater than the underlying Radiating surface. To be expected namely in such a case that the uppermost patch surface is the Radiation diagram adversely affected.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Antenne ist, dass problemlos handelsübliche Patchantennen mit einer Massefläche und einer Strahlungsfläche und einem dazwischen befindlichen Dielektrikum, bevorzugt beispielsweise sogenannte Keramik-Patchantennen, verwendet werden können, die baulich nicht verändert werden müssen. Es ist lediglich erforderlich mittels einer geeigneten Haft- und/oder Befestigungsschicht die erfindungsgemäße dreidimensionale elektrisch leitfähige Struktur der zuoberst befindlichen Patchfläche auf einer handelsüblichen Patchantenne zu befestigen.One Another significant advantage of the antenna according to the invention is that easily commercial Patch antennas with a ground plane and a radiation surface and a dielectric located therebetween, preferably for example so-called Ceramic patch antennas, can be used, which need not be structurally changed. It is only required by means of a suitable adhesive and / or Fixing layer, the inventive three-dimensional electric conductive Structure of the uppermost patch surface on a commercial Fix patch antenna.
Mit anderen Worten ist keine zusätzliche Trägerstruktur oder Haube erforderlich, um diese Patchfläche zu halten.With other words is no extra support structure or hood required to hold this patch area.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Haftstruktur zwischen einer handelsüblichen Patchantenne und dem zuoberst befindlichen leitenden dreidimensionalen Patchelement eine Haftschicht in Form eines doppelseitig klebenden Klebebandes oder in Form einer vergleichbaren Klebe- oder Hafteinrichtung verwendet, wodurch eine problemlose Befestigung des zuoberst liegenden Patchelementes auf einer herkömmlichen Patchantenne möglich ist.In a preferred embodiment The invention is an adhesive structure between a commercial Patch antenna and the top three-dimensional conductive Patch element an adhesive layer in the form of a double-sided adhesive Adhesive tape or in the form of a comparable adhesive or adhesive device used, whereby a problem-free attachment of the uppermost patch element on a conventional Patch antenna possible is.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Abstand zwischen dem dreidimensionalen Patchelement und der Strahlungsfläche einer Patchantenne einen Abstand auf, der größer als 0,5 mm, insbesondere größer als 1 mm, beispielswiese um 1,5 mm ist. Obgleich der Abstand auch noch größer sein kann, ist grundsätzlich ein derartig gering dimensionierter Abstand zwischen dem dreidimensionalen Patchelement und der Strahlungsfläche einer mehrschichtigen Patchantenne voll ausreichend.In a particularly preferred embodiment The invention relates to the distance between the three-dimensional patch element and the radiation surface a patch antenna at a distance greater than 0.5 mm, in particular greater than 1 mm, for example, by 1.5 mm. Although the distance is still to be taller can, is basically a Such a small dimensioned distance between the three-dimensional Patch element and the radiation surface of a multilayer patch antenna fully adequate.
Die dreidimensionale Struktur des Patchelementes kann beispielsweise durch einen sogenannten Volumenkörper realisiert werden, der neben seiner flächigen Erstreckung (beispielsweise vergleichbar mit herkömmlichen Metallplättchen oder Metallschichten) zusätzlich eine deutlich größere Höhe oder Dicke von einem oder mehreren Millimetern aufweist.The For example, three-dimensional structure of the patch element through a so-called solid be realized, in addition to its areal extent (for example comparable to conventional metal plates or metal layers) in addition a significantly higher altitude or Thickness of one or more millimeters.
Alternativ ist es aber ebenso möglich, dass beispielsweise ein derartiges dreidimensionales, oberhalb der Strahlungsfläche angeordnetes Patchelement mit einem ganz oder teilweise umlaufenden Rand oder Stegrand ausgestattet ist, wodurch quasi eine dreidimensionale Struktur realisiert wird. Dies eröffnet die Möglichkeit, dass das mit einer dreidimensionalen Struktur versehene Patchelement durch ein Blech oder Stanzteil gebildet sein kann, in dem aus einem flächigen Element umlaufende Randabschnitte nach oben aufgestellt werden, die quer und vorzugsweise senkrecht zur Ebene des Patchelementes ausgerichtet sind. In den Ecken müssen die einzelnen Flansch- oder Randabschnitte nicht miteinander zwingend elektrisch oder elektrisch-galvanisch verbunden sein. Die gegebene elektrische Verbindung von einem aufgestellten Randelement zu einem benachbarten Randelement erfolgt über den im Wesentlichen parallel zu der darunter befindlichen Strahlungs- und Massefläche ausgerichteten Zentralabschnitt des Patchelementes.alternative but it is equally possible that, for example, such a three-dimensional, above the radiating surface arranged patch element with a wholly or partially circumferential edge or footbridge is equipped, creating a quasi-three-dimensional Structure is realized. This opens up the possibility of having one Three-dimensional structure provided patch element through a sheet or stamped part may be formed, in which of a sheet-like element circumferential edge sections are placed upwards, the transverse and preferably aligned perpendicular to the plane of the patch element are. In the corners need the individual flange or edge sections not compelling with each other electrically or electrically-galvanically be connected. The given electrical connection from an established Edge element to an adjacent edge element via the substantially parallel to the underlying radiation and ground plane aligned central portion of the patch element.
Die erwähnte dreidimensionale Struktur (die deshalb "dreidimensionale" Struktur genannt wird, weil sie gegenüber nach dem Stand der Technik verwendeten Metallplättchen oder Metallfolien eine deutlich größere Materialdicke oder Materialhöhe aufweist) erfordert nicht zwingend, dass der gesamte Körper als sogenannter Volumenkörper ausgebildet ist oder der erwähnte umlaufende Rand zwingend im gesamten Randabschnitt der Patchstruktur umlaufend ausgebildet sein muss. Auch abschnittsweise Rand- oder Stegelemente sind ausreichend. Ebenso können in der Patchfläche selbst auch Ausnehmungen oder sogar z.B. eine der darunter befindlichen Strahlungsfläche zugewandt liegende konkave Verformung der Patchfläche vorgesehen sein. Ebenso können aber auch Ausnehmungen in der Patchfläche eingearbeitet sein, die beispielsweise vom umlaufenden Rand aus in die Patchfläche hineinragen.The mentioned three-dimensional structure (which is therefore called "three-dimensional" structure because it is opposite to The prior art used metal flakes or metal foils a clear greater material thickness or material height) does not necessarily require that the entire body is designed as a so-called solid or the one mentioned circumferential edge imperative in the entire edge portion of the patch structure must be trained circumferentially. Also partially border or Bar elements are sufficient. Likewise, in the patch area itself also recesses or even e.g. facing one of the underlying radiation surface be provided concave deformation of the patch surface. Likewise, though also incorporated recesses in the patch area be, for example, projecting from the peripheral edge in the patch area.
Ebenso möglich ist die Verwendung beispielsweise eines aus Kunststoff bestehenden dielektrischen Körpers, welcher mit einer elektrisch leitfähigen Schicht überzogen ist. Bei Verwendung eines derartigen "Volumenkörpers" mit einer Dicke oder Höhe von beispielsweise mehr als vorzugsweise 0,5 mm oder 1 mm, insbesondere mehr als 1,5 mm, sollte dieser zumindest auf einer parallel zur Strahlungsfläche befindlichen Seite, vorzugsweise auf der zu der Strahlungsfläche benachbart liegenden Seite und an seinen umlaufenden Wand- oder Randabschnitten mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen sein. Bei Bedarf kann auch die zur Strahlungsfläche der Patchantenne abgewandelte obere Seite des elektrisch nicht leitfähigen Körpers mit einer elektrisch leitfähigen Schicht ausgestattet sein.Also possible is the use of, for example, a dielectric body made of plastic, which is coated with an electrically conductive layer. When using such a "volume body" with a thickness or height of, for example, more than preferably 0.5 mm or 1 mm, in particular more than 1.5 mm, this should at least on a side parallel to the radiation surface, preferably on the radiation surface adjacent lying side and provided at its peripheral wall or edge portions with an electrically conductive layer be. If required, the upper side of the electrically nonconductive body modified to the radiation surface of the patch antenna can also be equipped with an electrically conductive layer.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert.in the Below are embodiments of the Invention explained with reference to drawings.
Dabei zeigen im Einzelnen:there show in detail:
In
Die
in den
Aus
der schematischen Querschnittsdarstellung gemäß
Der
dielektrische Träger
Auf
der Oberseite
Von
einer in der Regel unten liegenden Anschlussstelle
Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß
Die
auf dem Dielektrikum
Die
erwähnte
Massefläche
Oberhalb
der so gebildeten Patchantenne A, die beispielsweise aus einer handelsüblichen
Patchantenne A bestehen kann, vorzugsweise aus einer sogenannten
Keramik-Patchantenne (bei der also die dielektrische Trägerschicht
Die
so geschilderte Stacked-Patchantenne ist beispielsweise auf einem
in
Das
Patchelement
Wie
aus der Draufsicht gemäß
Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
weist das Patchelement
Ganz
allgemein kann das Patchelement
Die
Dicke des Patchelementes
Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Dicke oder Höhe
Andererseits
sollte dieser Abstand
Andererseits
ist auch zu ersehen, dass die Höhe
oder Dicke
Andererseits
ist eine Vorbeschränkung
auf die vorstehend genannte Höhe
nicht zwingend notwendig. Von daher kann die Höhe oder Dicke
Andererseits
soll die Dicke oder Höhe
Bevorzugt
wird eine Trageinrichtung
Anstelle
des elektrisch voll leitfähigen
Metallkörpers
als Patchelement
Anhand
von
Ein
derartiges Patchelement
Auch
in diesem Falle wird das so gebildete Patchelement
Anhand
von
Ähnliche
Vorteile können
auch gemäß einer Ausbildung
entsprechend
Schließlich ist
anhand von
Schließlich wird
auch angemerkt, dass auch bei Verwendung eines Volumenkörpers, beispielsweise
vergleichbar der Ausführungsform
nach
Die
erfindungsgemäße Stacked-Patchantenne
kann bevorzugt als Antenne im Rahmen einer Kfz-Antenne neben weiteren
Antennen für
andere Dienste eingesetzt werden. Eine Beschränkung hierauf ist jedoch nicht
gegeben. Die dabei im Rahmen dieser erfindungsgemäßen Stacked-Patchantenne verwendete
handelsübliche
Patchantenne A besteht vorzugsweise – wie erläutert – aus einem dielektrischen
Träger
Schließlich wird
noch auf
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