DE19707535A1 - Folienstrahler - Google Patents
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Description
Das Ziel der Erfindung besteht in der Konfigurierung einer systemintegrierbaren
Antennenkomponente mit minimaler flächenhafter Ausdehnung sowie begrenzter
Flexibilität für den Frequenzbereich von 890 MHz bis 960 MHz, wobei die
selbige Strahlerkomponente eine minimale Höhenabmessung aufzuweisen hat.
Weiterhin besteht das Ziel in der Minimierung der Sensibilität des Strahlermoduls
gegenüber dielektrischen oder bedingt leitfähigen Umgebungseinflüssen, insbe
sondere gegenüber den Einflüssen der Hand des Nutzers.
Bezüglich der Strahlungseigenschaften besteht die Forderung der Erzielung einer
betont einseitigen azimutalen Richtwirkung, d. h. der bevorzugten Ausleuchtung
ausschließlich einer Raumhemisphäre sowie einer begrenzten Winkelversetzung
der elevationsbezogenen Richtstrahlung gegenüber der Flächennormalen des
Antennenmoduls, so daß eine resultierende Winkelversetzung der Haupt
strahlungsrichtung im positiven Elevationswinkelbereich entsteht.
Der Anwendungsbereich der Erfindung erstreckt sich vordergründig auf den
Sektor der Mobilfunk- und Handheld-Technik innerhalb der Spektralbereiche
zwischen 890 MHz und 960 MHz oder 1710 MHz und 1890 MHz, indem die
erfindungsgemäße Komponente in die entsprechende Endgeräte- und Handheld-
Technik integriert wird.
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 Antennenträger bzw.
Antennenkörper 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 nachweis
bar. Weiterhin sind keine Lösungen bekannt, deren elektromagnetische bzw.
Strahlungseigenschaften auf der Basis unsymmetrischer und offener Wellen
leitertechniken, insbesondere der Microstriptechnik, unter Verwendung von
Folienleitern oder folienähnlicher Leitflächen erzielt werden.
Die in der Patentschrift DE 41 13 277 dargestellte und azimutal rundstrahlende
Antennenkonfiguration geht ausschließlich von einer Folie als mechanischen
Strukturträger aus, wobei die benannte Antennenkomponente mit einer außerhalb
des Endgerätecontainments angeordneten Kopfkapazität behaftet ist.
In gleicher Weise geht die in der Patentschrift DE 41 21 333 dargestellte und
azimutal rundstrahlende Antennenkonfiguration von einer elektrisch nicht
leitenden Folie als mechanischen Strukturträger aus, wobei die Hauptstrahlungs
richtung bezüglich der Elevationswerte eine Neigung von ca. -30 Winkelgrad,
d. h. einen negativen Elevationswinkel aufweist.
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.
Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht in der Konfigurierung einer systeminte
grierbaren Antennenkomponente mit minimaler flächenhafter Ausdehnung sowie
folienhafter Ausführung der Anordnung, vorzugsweise für den Frequenzbereich
von 890 MHz bis 960 MHz, wobei die selbige Strahlerkomponente eine minimale
Höhenabmessung aufzuweisen hat.
Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht weiterhin in der Konfigurierung eines
Strahlermoduls mit betont einseitiger azimutaler Richtwirkung, d. h. der bevor
zugten Ausleuchtung einer Raumhemisphäre sowie einer begrenzten Winkel
versetzung der elevationsbezogenen Richtwirkung innerhalb des positiven
Elevationswinkelbereiches.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, indem ein folienhafter und
niederdielektrischer Träger einseitig mit einer leitfähigen Struktur, bestehend aus
den parallel zueinander und geradlinig verlaufenden Leiterabschnitten (2), (3), (4)
unterschiedlicher Länge und Breite versehen wird, wobei der Leiterabschnitt (3)
leitfähig und einseitig (8) mit einer geschlossenen leitfähigen Schicht (1), die auf
der gegenüberliegenden Fläche des folienhaften Strukturträgers aufgebracht ist,
verbunden wird. Hierbei wird die leitfähige Verbindung entweder über die Durch
kontaktierung der Massefläche (1) oder über die Führung der Massefläche durch
die partielle Beschichtung der Folienquerschnittsflächen auf die Struktur- bzw.
Leiterseite hergestellt. Erfindungsgemäß werden die Leiterabschnitte (2), (3), (4)
jeweils durch einen Spalt (5), (6) definierter Spaltbreite voneinander getrennt an
geordnet, wobei die Leiterabschnitte (2), (3), (4) jeweils durch einen in Quer
richtung verlaufenden streifenförmigen Leiterabschnitt (7) definierter Abschnitts
länge und -breite leitfähig verbunden werden und der in Querrichtung verlaufende
Leiterabschnitt an dem der Massekontaktierung (8) gegenüberliegenden Leiterab
schnittsende angeordnet wird.
Der Leiterabschnitt (3), der an einem Leiterabschnittsende mit der Massefläche
(8) verbunden und am gegenüberliegenden Leiterabschnittsende mit dem quer
verlaufenden streifenförmigen Leiterabschnitt (7) verbunden ist, wird erfindungs
gemäß am Ort (9) mit einem Signalwellenleiter gekoppelt, indem der Innenleiter
eines koaxialen Wellenleiters durch eine Blende (10), die in der rückwärtigen
Massefläche (1) angeordnet wird, zentrisch geführt und mit dem Leiterabschnitt
(3) am Ort (9) auf der Längssymmetrielinie des Leiterabschnittes (3) gekoppelt
wird und der Außenleiter des koaxialen Wellenleiters mit der rückwärtigen
Massefläche (1) leitfähig an der Blendenberandung (10) verbunden wird.
Erfindungsgemäß wird die Schwingungsbedingung der offenen und unsymme
trischen Wellenleiterstruktur in Form der Microstriptechnik über die geometrische
Länge der Leiterabschnitte (2) und (4) bzw. (2) oder (4) festgelegt.
Die Eingangsimpedanz der Microstrip-Anordnung wird hierbei über den Ort der
Einkopplung (9) entlang der Längssymmetrielinie des Leiterabschnittes (3)
bestimmt, der wiederum von der resultierenden Länge der Leiterabschnitte (2)
und (4) abhängt, wobei die Signalein- bzw. -auskopplung am Ort (10) über eine
kreisförmige koaxiale Blende oder eine schlitz- bzw. rechteckförmige Blende
erfolgt.
Erfindungsgemäß wird die Verstimmung des Strahlers infolge dielektrischer
Umgebungseinflüsse über die Länge der Leiterabschnitte (2) und (4) bzw. des
Leiterabschnittes (2) oder (4) kompensiert, wobei der Verstimmungsgrad des
Strahlers infolge dielektrischer Umgebungseinflüsse durch die Auflage einer
dielektrischen Schicht (11) definierter Dielektrizitätszahl sowie definierter
Geometrie beeinflußt bzw. minimiert wird.
Ausführungsbeispiel
Die erfindungsgemäße Anordnung soll mittels eines Ausführungsbeispieles näher
erläutert werden.
Gemäß Abb. 1 wird eine Polystyrolfolie der Schichtdicke von 1 mm ein
seitig und ganzflächig mit einer Kupfer- oder Aluminiumfolie der Schichtdicke
zwischen 0.010 mm und 0.500 mm versehen. Gemäß Abb. 2 wird der
selbige Polystyrolträger mit einer folienartigen und aus Kupfer oder Aluminium
bestehenden Struktur der Schichtdicke zwischen 0.010 mm und 0.500 mm,
bestehend aus den parallel zueinander verlaufenden und jeweils durch einen
Längsspalt getrennten, geradlinig verlaufenden Leiterabschnitten (2), (3), (4)
versehen, wobei der Leiterabschnitt (3) leitfähig und einseitig mit einer ge
schlossenen Kupferfläche, die sich auf der gegenüberliegenden Fläche als
Massefläche fortsetzt, verbunden. An dem der Kurzschlußfläche gegenüber
liegenden Ende des Leiterabschnittes (3) wird dieser durch einen querlaufenden
streifenförmigen Leiterabschnitt (7) mit dem Leiterabschnitt (2) sowie (4) ver
bunden.
Der Leiterabschnitt (3) wird am Ort (9) mit einem Signalwellenleiter gekoppelt,
indem der Innenleiter eines koaxialen Wellenleiters zentrisch durch eine kreis
förmige Blende (10), die in der Massefläche (1) eingebracht ist, geführt wird
sowie mit dem Leiterabschnitt (3) galvanisch gekoppelt und der Außenleiter des
koaxialen Wellenleiters mit der Blende (10) gekoppelt wird.
Gemäß der Abb. 3 wird die Anordnung strukturseitig und ganzflächig mit
einer Polystyrolfolie der Schichtdicke von 1 mm überdeckt.
Die Abb. 4 veranschaulicht hierzu die Zusammenfugung der Anordnungs
komponenten.
Claims (6)
1. Folienstrahler, bestehend aus einem folienhaften niederdielektrischen Träger
mit minimalem Verlustwinkel, der auf der einen Seitenfläche ganzflächig leitfähig
beschichtet und auf der gegenüberliegenden Fläche leitfähig strukturiert ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die leitfähige Struktur aus den parallel zueinander und geradlinig verlaufenden Leiterabschnitten (2), (3), (4) unterschiedlicher Länge und Breite konfiguriert wird;
- - der Leiterabschnitt (3) leitfähig und einseitig (8) mit der gegenüberliegenden leitfähigen Schicht (1) verbunden wird, wobei die leitfähige Verbindung entweder über die Durchkontaktierung der Massefläche (1) erfolgt oder die Massefläche durch die partielle Beschichtung der Folienquerschnittsflächen auf die Strukturseite geführt wird;
- - die Leiterabschnitte (2), (3), (4) jeweils durch einen Spalt (5), (6) definierter Spaltbreite voneinander getrennt angeordnet werden;
- - die Leiterabschnitte (2), (3), (4) durch einen in Querrichtung verlaufenden streifenförmigen Leiterabschnitt (7) definierter Abschnittslänge und Breite leitfähig verbunden werden, wobei der in Querrichtung verlaufende Leiterab schnitt an dem der Massekontaktierung (8) gegenüberliegenden Leiterab schnittsende angeordnet wird;
- - der Leiterabschnitt (3), der an einem Leiterabschnittsende mit der Massefläche (8) verbunden und am gegenüberliegenden Leiterabschnittsende mit dem quer verlaufenden streifenförmigen Leiterabschnitt (7) verbunden ist, mit dem Signal wellenleiter am Ort (9) gekoppelt wird, indem der Innenleiter eines koaxialen Wellenleiters durch eine Blende (10), die in der rückwärtigen Massefläche (1) angeordnet wird, zentrisch geführt und mit dem Leiterabschnitt (3) am Ort (9) auf der Längssymmetrielinie des Leiterabschnittes (3) gekoppelt wird und der Außenleiter des koaxialen Wellenleiters mit der rückwärtigen Massefläche (1) leitfähig an der Blendenberandung (10) verbunden wird.
2. Folienstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromag
netische Schwingungsbedingung der Microstrip-Anordnung über die Länge der
Leiterabschnitte (2) und (4) bzw. (2) oder (4) bestimmt wird.
3. Folienstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs
impedanz der Microstrip-Anordnung über den Ort der Einkopplung (9) entlang
der Längssymmetrielinie des Leiterabschnittes (3) bestimmt wird.
4. Folienstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalein-
bzw. -auskopplung am Ort (10) über eine kreisförmige koaxiale Blende oder eine
schlitz- bzw. rechteckförmige Blende erfolgt.
5. Folienstrahler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verstimmung des Strahlers infolge dielektrischer Umgebungseinflüsse über die
Länge der Leiterabschnitte (2) und (4) bzw. des Leiterabschnittes (2) oder (4)
kompensiert wird.
6. Folienstrahler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver
stimmungsgrad des Strahlers infolge dielektrischer Umgebungseinflüsse durch
Auflage einer dielektrischen Schicht (11) definierter Dielektrizitätszahl sowie
definierter Geometrie minimiert wird.
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