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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung
und eine Funkkommunikationsvorrichtung, die dieselbe umfaßt.
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Jüngste Funkkommunikationsvorrichtungen,
die Zirkularpolarisationswellen verwenden, wie z. B. GPS- (Global
Positioning System = globales Positionsbestimmungssystem) oder DAP-
(Digital Audio Broadcast = digitaler Hörfunk) Systeme für die Verwendung
bei Fahrzeugen, wie z. B. Autos und Schiffen, enthalten eine kompakte
Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung, wie sie in der
EP 0 993 069 A2 beschrieben
ist. Dieser Typ von Antennenvorrichtung ist in
10 gezeigt.
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Bei
der in 10 gezeigten
Antennenvorrichtung ist eine rechteckige Strahlungselektrode 4 mit
Degenerationsaufteilungselementen 3 auf einer ersten Hauptoberfläche 2 eines
festen rechteckigen Substrats 1 vorgesehen, und eine Masseelektrode (nicht
gezeigt) ist auf einer zweiten Hauptoberfläche 5 des Substrats 1 vorgesehen.
Eine Streifenzuführelektrode 7 ist
auf einer Seitenoberfläche 6 des
Substrats 1 vorgesehen, um sich von der zweiten Hauptoberfläche 5 des
Substrats 1 aus zu der ersten Hauptoberfläche 2 zu
erstrecken. Breite Kondensatorelektroden 8, die mit der
Masseelektrode verbunden sind, sind an beiden Seiten der Zuführelektrode 7 vorgesehen.
Diese Komponenten definieren eine kompaktere Antennenvorrichtung.
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Bei
dieser Antennenvorrichtung ist die Länge jeder Kante der Strahlungselektrode 4 gleich
einer Hälfte
der effektiven Wellenlänge λ, d. h. λ/2, einer elektromagnetischen Welle,
die ausgestrahlt werden soll. Die Vorderkante der Zuführelektrode 7 liegt
dem Mittelabschnitt einer Kante der Strahlungselektrode 4 mit
einem Zwischenraum dazwischen gegenüber, so daß die Zuführelektrode 7 kapazitiv
mit der Strahlungselektrode 4 gekoppelt ist. Die Degenerationsaufteilungselemente 3 werden
durch Ausschneiden der gegenüberliegenden
Ecken der Strahlungselektrode 4 entlang einer Diagonale
gebildet, so daß es zwischen
den diagonalen elektrischen Längen
der Strahlungselektrode 4 einen Unterschied gibt.
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Wenn
bei dieser Struktur eine Signalleistung an die Zuführelektrode 7 angelegt
wird, werden zwei Resonanzströme,
die um 90° phasenverschoben sind,
entlang der senkrechten Diagonalen der Strahlungselektrode 4 erregt.
Die beiden Resonanzströme liefern
Erregungsquellen, von denen zwei räumlich zueinander senkrechte
elektromagnetische Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen in einer
Richtung ausstrahlen, die senkrecht zu der Zuführelektrode 7 ist.
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Um
bei der vorher erwähnten
Antennenvorrichtung die Abmessungen zu reduzieren, ist die Kapazität der Kondensatorelektrode 8 erhöht, während der
Bereich der Strahlungselektrode 4, die auf der ersten Hauptoberfläche 2 vorgesehen
ist, verringert ist. Folglich fließen die beiden Resonanzströme, die in
der Strahlungselektrode 4 erregt werden, unvermeidlich
in der Strahlungselektrode 4 mit einem kleinen Bereich.
Somit erhöht
sich der Leiterverlust der Strahlungselektrode 4, was zu
einer Verringerung bei dem Antennengewinn führt, auch wenn sich die Signalleistung,
die an die Zuführelektrode 7 zugeführt wird,
erhöht,
um eine hohe elektrische Feldstärke
für die
auszustrahlenden elektromagnetischen Wellen zu liefern.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kompakte Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung
mit verbesserten Charakteristika und einen hohen Antennengewinn
zu schaffen, und eine Verwendung hierfür anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. durch die
Verwendung gemäß Anspruch
11 gelöst.
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Die
beanspruchte Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung weist ein
Substrat auf, mit einer Hauptoberfläche, einer zweiten Hauptoberfläche und Seitenoberflächen, eine
Strahlungselektrode, die auf der Oberfläche vorgesehen ist, eine Masseelektrode, die
auf der zweiten Hauptoberfläche
des Substrats vorgesehen ist, ein Zuführelement zum Zuführen von Erregungsleistung
an die Strahlungselektrode, und ein Degenerationsaufteilungselement
umfaßt,
das bewirkt, daß zwei
Resonanzströme
in der Strahlungselektrode erregt werden, wobei die beiden Resonanzströme zwischen
Degenerationsmoden aufgeteilt sind. Die Strahlungselektrode ist
durch eine Primärstrahlungselektrode
und Sekundärstrahlungselektroden
definiert, wobei die Primärstrahlungselektrode
auf der ersten Hauptoberfläche
des Substrats vorgesehen ist, und die Sekundärstrahlungselektroden auf den
Seitenoberflächen
des Substrats vorgese hen und mit der Primärstrahlungselektrode verbunden
sind, wobei jede Sekundärstrahlungselektrode
im wesentlichen die gleiche Breite aufweist wie die Primärstrahlungselektrode.
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Die
Unteransprüche
geben Ausführungsarten
der Erfindung an.
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Die
Strahlungselektrode erstreckt sich von der ersten Hauptoberfläche zu den
Seitenoberflächen,
und der Bereich der Strahlungselektrode ist im Vergleich zu dem
Fall, in dem die Strahlungselektrode nur auf der ersten Hauptoberfläche vorgesehen ist,
zumindest um den Bereich der Sekundärstrahlungselektroden erweitert.
Dies verlängert
die Wege der beiden Resonanzströme,
die in der Strahlungselektrode erregt werden, und reduziert dadurch
den Leiterverlust der Primärstrahlungselektrode.
Da darüber
hinaus der Bereich der Strahlungselektrode erhöht ist, ist die Größe des Substrats
reduziert, und liefert somit eine kompakte Antennenvorrichtung.
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Die
Degenerationsaufteilungselemente ermöglichen einen Unterschied zwischen
den elektrischen Längen
entlang Diagonalen der Strahlungselektrode einschließlich der
Sekundärstrahlungselektroden,
und bewirken somit, daß zwei
Resonanzströme
entlang Diagonalen der Strahlungselektrode erregt werden, wenn von
dem Zuführelement
eine Signalleistung an die Strahlungselektrode angelegt wird. Die
Länge jeder
Kante der Strahlungselektrode ist vorzugsweise im wesentlichen eine
Hälfte
der effektiven Wellenlänge
einer elektromagnetischen Welle, die ausgestrahlt werden soll, obwohl
die Sekundärstrahlungselektroden
auf den Seitenoberflächen
des Substrats vorgesehen sind. Dies bewirkt, daß die beiden Resonanzströme, die
zueinander 90° phasenverschoben
sind, auf eine im wesentlichen senkrechte Weise fließen.
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Dementsprechend
ist die Strahlungselektrode auf einer ersten Hauptoberfläche und
auf Seitenoberflächen
des Substrats vorgesehen, und erreicht somit eine kompakte Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung
mit einem stark reduzierten Leiterverlust der Primärstrahlungselektrode
mit einer Erhöhung des
Antennengewinns.
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Das
Substrat weist vorzugsweise eine im wesentlichen rechteckige Form
auf, mit einer ersten Hauptoberfläche, einer zweiten Hauptoberfläche und vier
Seitenoberflächen.
Die Primärstrahlungselektrode
der Strahlungselektrode ist auf der ersten Hauptoberfläche des
Substrats vorgesehen, und die Sekundärstrahlungselektroden der Strahlungselektrode sind
auf zwei gegenüberliegenden
Seitenoberflächen des
Substrats vorgesehen.
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Die
Strahlungselektrode erstreckt sich von der ersten Hauptoberfläche zu den
beiden Seitenoberflächen,
und der Bereich der Strahlungselektrode ist um den Bereich der Sekundärstrahlungselektroden
vergrößert, die
auf den beiden Seitenoberflächen
vorgesehen sind, zusätzlich
zu der Primärstrahlungselektrode,
die auf der ersten Hauptoberfläche vorgesehen
ist. Dies verlängert
die diagonalen elektrischen Wege von den Ecken der einen Seitenoberfläche zu den
Ecken der anderen Seitenoberfläche, wodurch
der Leiterverlust der Primärstrahlungselektrode
reduziert wird, von der elektromagnetische Strahlen hauptsächlich ausstrahlen.
Obwohl darüber hinaus
die Sekundärstrahlungselektroden
auf zwei Seitenoberflächen
des Substrats vorgesehen sind, ist keine Sekundärstrahlungselektrode auf den
anderen Seitenoberflächen
des Substrats vorgesehen, so daß es
keinen Einfluß auf
die elektrische Feldstärke einer
elektromagnetischen Welle gibt, die ausgestrahlt werden soll.
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Dementsprechend
ist die Strahlungselektrode auf einer ersten Hauptoberfläche und
auf zwei gegenüberliegenden
Seitenoberflächen
des Substrats vorgesehen, und erhöht somit die Länge der
Wege der beiden Resonanzströme,
die in der Strahlungselektrode erregt werden. Die Sekundärstrahlungselektroden
sind nur auf den beiden gegenüberliegenden Seitenoberflächen vorgesehen,
und erreichen somit eine kompakte Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung,
ohne. die Strahlung der elektromagnetischen Wellen zu stören.
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Das
Degenerationsaufteilungselement umfaßt vorzugsweise zwei Kondensatorelektroden
mit unterschiedlichen Längen
auf der Seitenoberfläche des
Substrats, auf der die Sekundärstrahlungselektroden
vorgesehen sind, wobei ein Ende jeder Kondensatorelektrode mit der
Masseelektrode verbunden ist, und wobei sich die Kondensatorelektroden
zu den Ecken jeder Sekundärstrahlungselektrode
erstrecken.
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Da
sich die Zwischenräume
zwischen den Kondensatorelektroden und den Sekundärstrahlungselektroden
unterscheiden, sind die Sekundärstrahlungselektroden
und die Kondensatorelektroden über
die Kapazität
mit unterschiedlichen Kapazitätswerten
kapazitiv gekoppelt, und bewirken somit, daß zwei Resonanzströme, die
zwischen den Degenerationsmoden aufgeteilt sind, in der Strahlungselektrode
erregt werden. Falls die Kondensatorelektroden auf zwei gegenüberliegenden
Seitenoberflächen
vorgesehen sind, auf denen die Sekundärstrahlungselektroden vorgesehen
sind, weisen die Kondensatorelektroden in einem diagonal entgegengesetzten
Zustand bezüglich
der Strahlungselektrode die gleiche Länge auf, und erreichen somit
zuverlässig
die Teilungsmoden.
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Die
Kapazität
an den Seitenoberflächen
des Substrats, an dem die Kondensatorelektroden vorgesehen sind,
erzeugt elektrische Wege, in denen die Resonanzströme entlang
Diagonalen der Strahlungselektrode fließen. Die Resonanzströme fließen in der
Primärstrahlungselektrode
und den Sekundärstrahlungselektroden,
d. h. die Wege der Resonanzströme,
die in der Strahlungselektrode fließen, sind verlängert, und
reduzieren somit den Leiterverlust der Primärstrahlungselektrode.
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Dementsprechend
sind die Sekundärstrahlungselektroden
und die Kondensatorelektroden auf den Seitenoberflächen des
Substrats vorgesehen, und bewirken somit, daß Resonanzströme in den
Degenerationsaufteilungsmoden in der Strahlungselektrode erregt
werden. Dadurch werden die Resonanzbedingungen abhängig von
der Kapazität
zwischen denselben eingestellt. Die beiden Resonanzströme fließen in der
Richtung zu den Kondensatorelektroden, und vergrößern somit die Länge der
Wege der Resonanzströme,
die in der Strahlungselektrode fließen.
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Das
Degenerationsaufteilungselement wird vorzugsweise durch Ausschneiden
der Ecken der Sekundärstrahlungselektroden
entlang einer Diagonale der Strahlungselektrode gebildet.
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Mit
dieser Struktur ist das Degenerationsaufteilungselement abhängig von
den Sekundärstrahlungselektroden
definiert, die auf den Seitenoberflächen des Substrats vorgesehen
sind. Somit werden zwei Resonanzströme mit unterschiedlichen Frequenzen
in der Strahlungselektrode erregt, ohne eine Änderung bei dem Bereich der
Primärstrahlungselektrode,
von der die elektromagnetischen Wellen hauptsächlich ausstrahlen. Dies ermöglicht es
wiederum den Resonanzströmen,
in der Primärstrahlungselektrode
und den Sekundärstrahlungselektroden
zu fließen,
und reduziert somit den Leiterverlust der Primärstrahlungselektrode.
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Dementsprechend
ist das Degenerationsaufteilungselement in den Sekundärstrahlungselektroden
an den Seitenoberflächen
des Substrats vorgesehen, und erfordert somit keine Reduzierung
bei dem Bereich der Primärstrahlungselektrode,
von der die elektromagnetischen Wellen hauptsächlich ausstrahlen. Somit ist
der Antennengewinn größer als bei
einer Antennenvorrichtung im Stand der Technik mit einer Strahlungselektrode,
die auf einer ersten Hauptoberfläche
des Substrats vorgesehen ist.
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Die
Primärstrahlungselektrode
der Strahlungselektrode ist vorzugsweise an beiden Seitenkanten
derselben, die sich zu den Sekundärstrahlungselektroden erstrecken,
eingekerbt.
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Somit
sind die elektrischen Längen
der Strahlungselektrode in der Richtung, die sich zu der Sekundärstrahlungselektrode
erstreckt, vergrößert. Die
diagonalen elektrischen Längen
der Strahlungselektrode variieren abhängig von der Tiefe der eingekerbten
Abschnitte oder der Anzahl der eingekerbten Abschnitte. Daher können die
Resonanzfrequenzen der beiden Resonanzströme in den Degenerationsaufteilungsmoden
ohne weiteres durch geeignetes Bilden der eingekerbten Ab schnitte
eingestellt werden. Der Winkel der beiden Resonanzströme in den Aufteilungsmoden
kann auch eingestellt werden.
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Die
eingekerbten Abschnitte erhöhen
die diagonalen elektrischen Längen
der Strahlungselektrode. Unter Berücksichtigung der elektrischen
Längen kann
die Kapazität
zwischen den Sekundärstrahlungselektroden
und den Kondensatorelektroden reduziert werden. Die Sekundärstrahlungselektroden und
die Kondensatorelektroden sind mit einer großen Toleranz für Druckschwankungen
(Toleranzen des Druckverfahrens) gedruckt, wodurch der Herstellungsertrag
von Zirkularpolarisationsantennenvorrichtungen erhöht wird.
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Die
Primärstrahlungselektrode
umfaßt
vorzugsweise einen Schlitz, der sich entlang einer Diagonalen der
Strahlungselektrode erstreckt. Dies erhöht die diagonale elektrische
Länge der
Strahlungselektrode in der longitudinalen Richtung des Schlitzes
auf eine größere als
in der Richtung, die senkrecht zu der longitudinalen Richtung des
Schlitzes ist. Die elektrische Länge
in der Richtung, die senkrecht zu der longitudinalen Richtung des
Schlitzes ist, kann durch Ändern
der Länge
des Schlitzes eingestellt werden, so daß der Unterschied bei der Frequenz zwischen
den beiden Resonanzströmen
eingestellt wird. Mit dem Schlitz und den Kondensatorelektroden
werden zwei Resonanzströme
zuverlässig
zwischen den Degenerationsmoden in der Strahlungselektrode aufgeteilt.
Mit dieser Struktur ist erneut die Kapazität zwischen den Sekundärstrahlungselektroden
und den Kondensatorelektroden stark reduziert.
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Das
Zuführelement
ist vorzugsweise eine Streifenzuführelektrode, die auf einer
Seitenoberfläche
des Substrats vorgesehen ist, um sich von der zweiten Hauptoberfläche des
Substrats zu der Kante von einer der Sekundärstrahlungselektroden zu erstrecken.
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Die
Vorderkante der Zuführelektrode
ist kapazitiv mit der Kante der Sekundärstrahlungselektrode gekoppelt,
oder kann alternativ direkt mit der Kante der Sekundärstrahlungselektrode
verbunden sein, und somit eine vereinfachte Struktur liefern. Die
Zuführelektrode
kann zusammen mit den Sekundärstrahlungselektroden
und den Kondensatorelektroden gedruckt werden, wodurch die Anzahl
von Herstellungsschritten für
die Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung reduziert wird. Ferner
kann die Zuführelektrode
direkt auf dem Substrat vorgesehen sein, so daß die Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung
unter Verwendung einer Oberflächenbefestigungstechnik
auf einer Schaltungsplatine in einer Funkkommunikationsvorrichtung
befestigt ist.
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Das
Zuführelement
ist vorzugsweise eine Zuführleitung,
die von der zweiten Hauptoberfläche durch
das Substrat eingefügt
wird, und die von der Masseelektrode isoliert ist.
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Dementsprechend
wird die Strahlungselektrode direkt durch eine Zuführleitung
gespeist, die durch das Substrat eingefügt wird, so daß der Zuführpunkt
eine Impedanzanpassung zwischen der Strahlungselektrode und der
Zuführleitung
liefert, wodurch eine effiziente Signalleistungsversorgung erreicht wird.
Dies erfordert keine Impedanzanpassungsschaltung, und somit ist
die Zuführschaltungsstruktur vereinfacht.
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Die
beanspruchte Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung findet Verwendung
in einer Funkkommunikationsvorrichtung mit einer Schaltungsplatine
mit einer Funkfrequenzempfangsschaltung oder einer Funkfrequenzsende-
und -empfangsschaltung. Sie ist auf der Schaltungsplatine befestigt,
bei der das Zuführelement
mit dem Eingangsanschluß der Empfangsschaltung
oder der Sende- und
Empfangsschaltung verbunden ist.
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Diese
Funkkommunikationsvorrichtung, die eine kompakte Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung
mit hohem Antennengewinn umfaßt,
ist zu einer weiterreichenden Kommunikation bei gleicher Sendeleistung
fähig,
und ist empfindlicher gegenüber Empfangssignalen,
um schwächere
Funkwellen zu empfangen als eine Funkkommunikationsvorrichtung des
Stands der Technik. Die Funkkommunikationsvorrichtung, die eine
solche hochkompakte Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung umfaßt, ist sehr
kompakt.
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Es
folgt eine detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beliegenden Zeichnungen.
Es zeigen:
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1A und 1B eine
perspektivische Vorderansicht bzw. eine per spektivische Rückansicht
einer Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
charakteristische Ansicht der in 1A und 1B gezeigten
Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung, die den maximalen Antennengewinn
unter Verwendung der Länge
der Sekundärstrahlungselektroden
als Parameter zeigt;
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3A und 3B eine
perspektivische Vorderansicht bzw. eine per spektivische Rückansicht
einer Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4A und 4B eine
perspektivische Vorderansicht bzw. eine per spektivische Rückansicht
einer Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung gemäß noch einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
perspektivische Vorderansicht einer Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung
gemäß noch einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
perspektivische Vorderansicht einer Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung
gemäß noch einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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7 eine
perspektivische Vorderansicht eines modifizierten Zuführelements
bei der Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung;
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8 eine
perspektivische Vorderansicht eines weiteren modifizierten Zuführelements
bei der Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung gemäß bevorzugten
Ausführungsbeispielen,
der vorliegenden Erfindung;
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9 eine
perspektivische Vorderansicht einer Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung
gemäß noch einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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10 eine
perspektivische Vorderansicht einer Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik.
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1A und 1B zeigen
eine Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung 10 gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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In 1A und 1B umfaßt die Antennenvorrichtung 10 ein
Substrat 11 mit einer im wesentlichen rechteckigen festen
Konfiguration. Das Substrat 11 ist vorzugsweise aus einem
dielektrischen oder magnetischen Material, wie z. B. Keramik oder
synthetischem Harz, hergestellt, und weist eine erste Hauptoberfläche 12,
eine zweite Hauptoberfläche 13 und
vier Seitenoberflächen
auf, die zwischen denselben definiert sind, nämlich eine Vorderseitenoberfläche 14,
eine Rückseitenoberfläche 15,
eine linke Seitenoberfläche 16 und
eine rechte Seitenoberfläche 17.
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Eine
Strahlungselektrode 18 ist auf dem Substrat 11 vorgesehen.
Die Strahlungselektrode 18 umfaßt eine Primärstrahlungselektrode 19,
die auf der ersten Hauptoberfläche 12 vorgesehen
ist, eine Sekundärstrahlungselektrode 20,
die auf der Vorderseitenoberfläche 14 vorgesehen
ist, und eine Sekundärstrahlungselektrode 21,
die auf der Rückseitenoberfläche 15 vorgesehen
ist. Genauer gesagt ist die Primärstrahlungselektrode 19 so
angeordnet, um sich von der ersten Hauptoberfläche 12 zu der Vorder-
und der Rückseitenoberfläche 14 und 15 zu
erstrecken, um eine Primärstrahlungsoberfläche zu definieren.
Die Sekundärelektroden 20 und 21 weisen im
wesentlichen die gleiche Breite auf wie die Primärstrahlungselektrode 19,
und verbinden auf solche Weise zu der Primärstrahlungselektrode 19,
daß sich die
Strahlungselektrode 18 von der ersten Hauptoberfläche 12 um
die Mitte der Vorder- und Rückseitenoberflächen 14 und 15 wickelt.
Eine Masseelektrode 22 ist über die gesamte zweite Hauptoberfläche des
Substrats 11 vorgesehen, außer in der Nähe eines
nachfolgend beschriebenen Zuführanschlusses.
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Eine
Streifenzuführelektrode 23 ist
auf der Vorderseitenoberfläche 14 des
Substrats 11 vorgesehen, und erstreckt sich auf solche
Weise von der zweiten Hauptoberfläche 13 zu der ersten
Hauptoberfläche 12,
daß die
Vorderkante der Zuführelektrode 23 dem
ungefähren
Mittelabschnitt einer horizontalen Kante 20a der Sekundärstrahlungselektrode 20 zugewandt
ist. Die Hinterkante der Zuführelektrode 23 wickelt sich
um die Kante zur zweiten Hauptoberfläche 13 des Substrats 11,
um einen Zuführanschluß 24 zu
definieren. Die Streifenkondensatorelektroden 25 und 26,
von denen jeweils ein Ende mit der Masseelektrode 22 verbunden
ist, sind auf der Vorderseitenoberfläche 14 an beiden Seiten
der Zuführelektrode 23 mit
Zwischenräumen
dazwischen vorgesehen, und erstrecken sich zu den Ecken der Sekundärstrahlungselektrode 20.
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Die
Kondensatorelektrode 26 an der rechten Seite der Zuführelektrode 23 in 1A ist
länger
als die Kondensatorelektrode 25 an der linken Seite derselben,
so daß der
Zwischenraum g1 zwischen der Vorderkante der Kondensatorelektrode 26 und
der Kante 20a der Sekundärstrahlungselektrode 20 geringer
ist als der Zwischenraum g2 zwischen der Vorderkante der Kondensatorelektrode 25 und
der Ecke 20a der Sekundärstrahlungselektrode 20.
Dies ermöglicht
es, daß die
Kapazität
in dem Zwischenraum g1 größer ist
als die Kapazität
in dem Zwischenraum g2.
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Gleichartig
dazu sind die Streifenkondensatorelektroden 27 und 28 auf
der Rückseitenoberfläche 15 des
Substrats 11 vorgesehen. Die Kondensatorelektroden 25 und 27,
die bezüglich
der Strahlungselektrode 18 in einem diagonal gegenüberliegenden
Zustand sind, weisen die gleiche Länge auf, und die Kondensatorelektroden 26 und 28,
die in einem diagonal gegenüberliegenden
Zustand sind, weisen die gleiche Länge auf, so daß der Zwischenraum
g4 zwischen einer Kante 21a der Sekundärstrahlungselektrode 21 und
der Vorderkante der Kondensatorelektrode 27 größer ist
als der Zwischenraum g3 zwischen der Kante 21a und der
Kondensatorelektrode 28. Dies ermöglicht es, daß die Kapazität in dem
Zwischenraum g4 geringer ist als die Kapazität in dem Zwischenraum g3.
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Die
Strahlungselektrode 18 erstreckt sich zu der Vorder- und der Rückseitenoberfläche 14 und 15 über die
erste Hauptoberfläche 12.
Diese Struktur verlängert
physikalisch die Wege der beiden Resonanzströme, die in der Strahlungselektrode 18 fließen, wodurch
der Leiterverlust der Strahlungselektrode 18 reduziert
wird.
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Die
Kapazität
entlang der Diagonalen der Strahlungselektrode 18 ist so,
daß die
Kapazität
in den Zwischenräumen
g1 und g3 größer ist
als die Kapazität
in den Zwischenräumen
g2 und g4, was zu einem Unterschied zwischen den diagonalen elektrischen
Längen
führt.
Dies bewirkt, daß zwei
Resonanzströme,
die zwischen zwei diagonalen Degenerationsmoden unterteilt sind,
in die Strahlungselektrode 18 fließen, wenn von der Zuführelektrode 23 eine
Signalleistung an die Sekundärstrahlungselektrode 20 angelegt
wird. Die Resonanzströme
weisen unterschiedliche Frequenzen auf gemäß den Resonanzbedingungen,
die sich aus dem Unterschied zwischen den elektrischen Längen ergeben,
und dienen als Erregungsquellen von räumlich senkrechten elektromagnetischen
Wellen.
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2 zeigt
die Ergebnisse eines Experiments. Das Substrat 11, das
in dem Experiment verwendet wurde, war etwa 6 mm hoch, 12 mm breit
und 8 mm tief, mit einer relativen dielektrischen Konstante von
etwa 90. Die Sekundärstrahlungselektroden 20 und 21 waren
etwa 11 mm breit. Die Kondensatorelektroden 25, 26, 27 und 28 wurden
abhängig
von der Länge
L der Sekundärstrahlungselektroden 20 und 21 skaliert.
Bei dem Experiment waren die Zwischenräume g1, g2, g3 und g4 zwischen
den Kanten 20a und 21a der Sekundärstrahlungselektroden 20 und 21,
und den Vorderkanten der Kondensatorelektroden 25, 26, 27 und 28 konstant.
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2 stellt
den maximalen Antennengewinn (dBi) dar, wenn die Länge L der
Sekundärstrahlungselektroden 20 und 21 bei
der Höhe
des Substrats 11 etwa 0 mm, 1,5 mm und 3 mm betrug. Die
Charakteristikkurve „a", die in 2 gezeigt
ist, zeigt, daß sich der
maximale Antennengewinn erhöht,
wenn sich die Länge
L der Sekundärstrahlungselektroden 20 und 21 erhöht.
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3A bis 5 zeigen
eine Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind Degenerationsaufteilungselemente in einer Strahlungselektrode
vorgesehen. Den gleichen Komponenten sind die gleichen Bezugszeichen
gegeben wie bei dem in 1A und 1B gezeigten
bevorzugten Ausführungsbeispiel,
und eine Beschreibung derselben ist weggelassen.
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In 3A und 3B sind
Degenerationsaufteilungselemente 30 und 31 durch
schräges
Ausschneiden der Ecke der Sekundärstrahlungselektrode 20 in
der Strahlungselektrode 18 in der Nähe der Kondensatorelektrode 25,
bzw. der Ecke der Sekundärstrahlungselektrode 21 in
der Nähe
der Kondensatorelektrode 27 vorgesehen. Dadurch wird die
diagonale Länge
zwischen dem Degenerationsaufteilungselement 30 und dem
Degenerationsaufteilungselement 31 der Strahlungselektrode 18 geringer
als die diagonale Länge
zwischen der Ecke der Sekundärstrahlungselektrode 20 in
der Nähe
der Kondensatorelektrode 26 und der Ecke der Sekundärstrahlungselektrode 21 in
der Nähe
der Kondensatorelektrode 28, wo kein Degenerationsaufteilungselement vorgesehen
ist.
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Ein
Unterschied zwischen den diagonalen Längen bewirkt, daß zwei Resonanzstromwege
mit unterschiedlichen elektrischen Längen in der Strahlungselektrode 18 vorgesehen
sind, so daß zwei
Resonanzströme,
die zwischen Degenerationsmoden aufgeteilt sind, während Signalleistung
von der Zuführelektrode 23 geliefert
wird, in der Strahlungselektrode 18 erregt werden. Die
Degenerationsaufteilungsmoden treten aufgrund eines Degenerationsaufteilungseffekts
der Kondensatorelektroden 25, 26, 27 und 28 zuverlässig auf.
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Bei
diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die Degenerationsaufteilungselemente 30 und 31 in
den Sekundärstrahlungselektroden 20 und 21 auf
den Seitenoberflächen 14 bzw. 15 vorgesehen,
während
der Bereich des Primärstrahlungsele ments 19 nicht
geändert
ist. Somit ist der Leiterverlust der Primärstrahlungselektrode 19 stark
reduziert.
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Wenn
die Degenerationsaufteilungselemente 30 und 31 in
den Sekundärstrahlungselektroden 20 und 21 einen
ausreichenden Degenerationsaufteilungseffekt aufweisen, ist die
Kapazität
zwischen den Sekundärstrahlungselektroden 20 und 21 und
den Kondensatorelektroden 25, 26, 27 und 28 reduziert, wodurch
eine schwächere
kapazitive Kopplung zwischen der Strahlungselektrode 18 und
den Kondensatorelektroden 25, 26, 27 und 28 geliefert
wird. Dies wird beispielsweise erreicht durch Vorsehen eines breiteren
Zwischenraums zwischen den Sekundärstrahlungselektroden 20 und 21 und
den Kondensatorelektroden 25, 26, 27 und 28,
oder durch Reduzieren der Breite der Kondensatorelektroden 25, 26, 27 und 28.
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Ferner
werden bezüglich
des Degenerationsaufteilungseffekts der Degenerationsaufteilungselemente 30 und 31,
wie es in 4A und 4B gezeigt
ist, die Kondensatorelektroden 25, 26, 27 und 28 von
den Seitenoberflächen 14 und 15 des
Substrats 11 entfernt. Um bei dieser Struktur den Degenerationsaufteilungseffekt
der Degenerationsaufteilungselemente 30 und 31 zuverlässig zu
erreichen, ist der Bereich der Sekundärstrahlungselektroden 20 und 21 in
der Abwärtsrichtung
erhöht,
mit größeren Ausschnitten
an den Ecken derselben, wodurch der Effekt der Degenerationsaufteilungselemente 30 und 31 verstärkt wird.
Dies reduziert den Leiterverlust der Primärstrahlungselektrode 19 stark.
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In 5 ist
in der Primärstrahlungselektrode 19 ein
Schlitz 32 vorgesehen, der sich entlang einer Diagonale
des Strahlungselements 18 erstreckt, zwischen den Ecken
der Sekundärstrahlungselektroden 20 und 21,
in der Nähe
der Kondensatorelektroden 25 bzw. 27. Mit dieser
Struktur ist die elektrische Länge
der Strahlungselektrode 18 in der longitudinalen Richtung
des Schlitzes 32 im wesentlichen gleich wie die elektrische
Länge in
dem Fall, in dem der Schlitz 32 nicht vorgesehen ist, während die elektrische
Länge in
der Richtung, die senkrecht zu der longitudinalen Richtung des Schlitzes 32 ist,
d. h. die elektrische Länge
entlang einer Diagonale, die sich zwischen den Ecken der Sekundärstrahlungselektroden 20 und 21 in
der Nähe
der Kondensatorelektroden 26 bzw. 28 erstreckt,
größer ist
als die elektrische Länge in
dem Fall, in dem der Schlitz 32 nicht vorgesehen ist.
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Der
Unterschied zwischen den beiden elektrischen Längen bewirkt, daß Resonanzströme in den
Degenerationsaufteilungsmoden in der Strahlungselektrode 18 erregt
werden. Die elektrische Länge
des Strahlungselements 18 in der Richtung, die senkrecht
zu der longitudinalen Richtung des Schlitzes 32 ist, variiert
abhängig
von der Länge
des Schlitzes 32. Somit kann die elektrische Länge in der Richtung,
die senkrecht zu der longitudinalen Richtung des Schlitzes 32 ist,
bezüglich
der elektrischen Länge
in der longitudinalen Richtung des Schlitzes 32 durch Ändern der
Länge des
Schlitzes 32 eingestellt werden. Anders ausgedrückt, der
Unterschied bei der Frequenz zwischen den beiden Resonanzströmen kann
leicht eingestellt werden. Das Aufteilen von Degenerationsmoden
in der Strahlungselektrode 18 wird durch Überlagern
des Degenerationsaufteilungseffekts der Kondensatorelektroden 25, 26, 27 und 28 erzeugt.
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6 zeigt
eine Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung gemäß noch einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Den gleichen Komponenten sind die gleichen Bezugszeichen
gegeben wie bei dem in 1A und 1B gezeigten
bevorzugten Ausführungsbeispiel, und
eine Beschreibung derselben ist weggelassen. Bei diesem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
sind Ausschnittabschnitte in der Primärstrahlungselektrode 19 vorgesehen.
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In 6 ist
die Primärstrahlungselektrode 19,
die auf der ersten Hauptoberfläche 12 vorgesehen
ist, an beiden Seitenkanten flach eingekerbt, um Ausschnittabschnitte 33 und 34 zu
definieren. Das heißt,
die Ausschnittabschnitte 33 und 34 ermöglichen
es, daß die
Seitenkanten der Strahlungselektroden 18, die sich zu den
Sekundärstrahlungselektroden 20 und 21 erstrecken,
länger
sind. Diese Struktur macht die beiden diagonalen elektrischen Längen der
Strahlungselektrode 18 länger, wodurch die Resonanzfrequenzen
der beiden Resonanzströme
geändert
werden.
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Die
Resonanzfrequenzen der beiden Resonanzströme, die zwischen den Degenerationsmoden aufgeteilt
sind, können
durch geeignetes Einstellen der Tiefe der Ausschnittabschnitte 33 und 34 und
der Anzahl der Ausschnittabschnitte eingestellt werden. Da sich
die Breite der Strahlungselektrode 18 nicht ändert, bewirken
die Ausschnittabschnitte 33 und 34 eine Änderung
bei dem Winkel der beiden Degenerationsmoden. Dies ermöglicht die
Einstellung der räumlichen
Winkel von zwei elektromagnetischen Wellen, die von den beiden Resonanzströmen als
Erregungsquellen ausstrahlen. Die Tiefe der Ausschnittabschnitte 33 und 34 und
die Anzahl der Ausschnittabschnitte an beiden Seitenkanten können sich
unterscheiden. Die Ausschnittabschnitte 33 und 34 können in
Kombination mit den Degenerationsaufteilungselementen 30, 31 und 32 verwendet
werden.
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Da
ferner die Ausschnittabschnitte 33 und 34 die
diagonalen elektrischen Längen
der Strahlungselektrode 18 erhöhen, ist die Kapazität zwischen
den Sekundärstrahlungselektroden 20 und 21 und
den Kondensatorelektroden 25, 26, 27 und 28 stark
reduziert. Dies reduziert außerdem
die Druckgenauigkeit, die für
die Sekundärstrahlungselektroden 20 und 21 und
die Kondensatorelektroden 25, 26, 27 und 28 erforderlich
ist, und erhöht
damit die Toleranz für
Druckschwankungen. Daher ist der Ertrag von Zirkularpolarisationsantennenvorrichtungen
bei dem Herstellungsprozeß stark
erhöht.
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Bei
den vorher erwähnten
bevorzugten Ausführungsbeispielen
wurde eine kapazitiv gespeiste Antenne beschrieben, bei der die
Zuführelektrode 23 auf
der Seitenoberfläche 14 des
Substrats 11 vorgesehen ist, um eine Signalleistung zu
der Strahlungselektrode 18 einzuspeisen, durch eine kapazitive Kopplung
zwischen der Zuführelektrode 23 und
der Sekundärstrahlungselektrode 20.
Wie es in 7 gezeigt ist, kann jedoch eine
Streifenzuführelektrode 35,
die direkt mit der Sekundärstrahlungselektrode 20 verbunden
ist, auf der Seitenoberfläche 14 des Substrats 11 vorgesehen
sein. Dies ermöglicht
es, daß eine
Signalleistung direkt von der Zuführelektrode 35 zu
der Strahlungselektrode 18 zugeführt wird.
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Alternativ,
wie es in 8 gezeigt ist, kann eine Zuführleitung 36 von
der zweiten Hauptoberfläche 13 durch
das Substrat 11 eingefügt
werden, und mit einem Zuführpunkt 19a verbunden
werden, um eine Impedanzanpassung zwischen der Strahlungselektrode 18 und
der Zuführleitung 36 zu
liefern. Wenn die Impedanz der Zuführleitung 36 beispielsweise
50 Ω beträgt, wird
der Zuführpunkt 19a,
wo die Impedanz der Strahlungselektrode 18 50 Ω ist, gespeist, wodurch
eine effiziente Signalleistungsversorgung ohne eine Impedanzanpassungsschaltung
geliefert wird.
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Obwohl
bei den vorher erwähnten
bevorzugten Ausführungsbeispielen
vorzugsweise ein festes im wesentlichen rechteckiges Substrat 11 verwendet wird,
kann auch ein im wesentlichen zylindrisches Substrat 38 verwendet
werden, wie es in 9 gezeigt ist. Das im wesentlichen
zylindrische Substrat 38 kann auch den Bereich der Strahlungselektrode 18 erhöhen, und
somit sicherstellen, daß der
Leiterverlust der Primärstrahlungselektrode 19 reduziert ist.
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Die
Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung ist kompakt, und kann daher direkt auf
eine Schaltungsplatine in einer Funkkommunikationsvorrichtung eingebaut
werden. Die Funkkommunikationsvorrichtung wird als ein anwendungsspezifischer
Empfänger
verwendet, beispielsweise bei GPS, oder als ein Sende-/Empfangsgerät, beispielsweise
bei einem tragbaren Anschluß,
und umfaßt
eine Funkfrequenzempfangs- Schaltung
oder eine Sende-/Empufangsschaltung, die auf der Schaltungsplatine
befestigt ist. In diesem Fall ist die Zuführausrüstung 23, 35 und 36 der
Zirkularpolarisationsantennenvorrichtung mit dem Eingangsanschluß der Empfangsschaltung
oder der Sende-/Empfangsschaltung verbunden, während die Masseelektrode 22 mit
der Masseschicht verbunden ist.