DE19937343A1

DE19937343A1 - Modulares Dualbandstrahlersystem mit azimutaler Rundstrahlungscharakteristik

Info

Publication number: DE19937343A1
Application number: DE19937343A
Authority: DE
Inventors: Lutz Rothe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-18
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 2001-02-15

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist die Konfigurierung einer extrem miniaturisierten und in erster Linie flächenhaft ausgedehnten dualbandigen Antennenkomponente mit der Eigenschaft der Erzeugung einer vertikal polarisierten Rundstrahlung in der Azimutalebene innerhalb der für die Bündelfunkdienste bzw. Mobilfunkdienste reservierten Frequenzbereiche zwischen 410 MHz und 430 MHz bzw. zwischen 450 MHz und 470 MHz. Die erfinderische Lösung beruht hierbei auf einer unsymmetrischen und hybriden Wellenleiterresonatorkonzeption mit spektral selektiver Modenanregung. DOLLAR A Deskriptoren: DOLLAR A Bündelfunk, Mobilfunk, Linearstrahler, Monopol, Planarstrahler, Rundstrahlung, Sektorstrahlung, Spektrum, Polarisation, Vertikalpolarisation, Wellenleiter, Wellenleiterresonator, Strahlungsdiagramm, Richtfaktor.

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 vertikal polarisierten Rundstrahlung in der Azimutalebene vorzugsweise innerhalb der für die Bündelfunk- bzw. Mobil funkdienste reservierten Spektralbereiche zwischen 410 MHz und 430 MHz so wie 450 MHz und 470 MHz. Das vordergründige Ziel besteht hierbei insbeson dere in der Konfigurierung eines Strahlersystems mit extrem flacher Ausführung bzw. mit minimaler Erhebung bezüglich der Flächennormale der Montageebene. Überdies besteht das weitere Ziel in der Entwicklung eines Strahlersystems, dessen Konzeption die kurzzeitige Ableitung extrem hoher Ströme gestattet.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung bezieht sich vordergründig auf den Mobil funkbereich, vorzugsweise sowie vordergründig auf den Bahnfunkbereich. Hier bei bildet der Planarstrahler ein dualbandiges Antennensystem für die Außenmon tage bzw. für Außenbordanwendungen sowohl für landmobile und Luftfahrzeuge als auch für maritime Bewegungs- und Verkehrsmittel, vorzugsweise für landmo bile Schienenfahrzeuge, mittels dessen vorzugsweise die Kommunikationsanwen dungen bzw. die Kommunikationsdienste des 70 cm -Bandes unterstützt werden. Darüber hinausgehend bildet die erfindungsgemäße Strahlerkomponente ein Basismodul für Kurz- und Mittelstreckenübertragungssysteme innerhalb kommu nikations-, sensor- oder sicherheitstechnischer Anwendungen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannte Antennenlösungen für den Bereich der Mobilkommunikation 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 Wirkungs grad behaftet. Flachversionen mit der Eigenschaft der Vertikalpolarisation des elektrischen Feldvektors sowie der Rundstrahlcharakteristik in der Azimutalebene beruhen auf der Ring-Schlitz-Konzeption.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht in der Konfigurierung einer extrem miniaturisierten und flächenhaften Strahlerkomponente mit der Eigenschaft der Erzeugbarkeit einer dualbandigen vertikal polarisierten Rundstrahlung in der Azimutalebene des flächig auf einer dielektrischen oder leitfähigen, vorzugsweise einer leitfähigen, Grund- bzw. Montageebene montierbaren Strahlers mit extrem flacher Höhenbemessung.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem ein Leiter (1), vor zugsweise ausgeführt in Form eines Bandleiters, kreisringförmig, ellipsenförmig, dreieckförmig, rechteckförmig oder in einer weiteren abgeleiteten bzw. beliebigen geometrischen Verlaufsform, vorzugsweise kreisringförmig und geschlossen aus geführt wird oder mit einem kapazitiven Element (2) belastet wird, indem die geometrischen Bandenden des Leiters (1) mit einem kapazitiven Element (2), vorzugsweise bestehend aus zwei parallel zueinander angeordneten und durch einen dielektrischen Belag (2.2), bestehend aus einem verlustminimalen Dielek trikum, vorzugsweise bestehend aus einem verlustminimalen und niederdielek trischen Folienmaterial, vorzugsweise ausgeführt in Form eines geometrisch definierten Luftspaltes, galvanisch getrennte Bandleiterflächen (2.1), vorzugs weise ausgeführt in Form der geometrischen Verlängerung des Bandleiters (1), gekoppelt werden. Die Aufgabe wird weiterhin dadurch gelöst, indem der vor zugsweise kreisringförmig und geschlossen ausgebildete Bandleiter (1) in einer definierten Distanz zu einer leitfähigen, vorzugsweise metallischen, Platte oder Folie (3) mit kreisförmiger, elliptischer, dreieckiger, rechteckiger, quadratischer, pentagonaler, hexagonaler oder octagonaler, vorzugsweise kreisförmiger, Beran dung in der Weise angeordnet wird, daß die durch den kreisringförmig gefügten Leiter (1) aufgespannte Ebene (5) parallel zur leitfähigen Platte oder Folie (3) verläuft. Parallel zur leitfähigen Platte oder Folie (3) bzw. zur Ebene (5) sowie mit identischer geometrischer Achse wird eine weitere leitfähige, vorzugsweise metallische, Platte oder Folie (4) mit kreisförmiger, elliptischer, dreieckiger, rechteckiger, quadratischer, pentagonaler, hexagonaler oder octagonaler, vor zugsweise kreisförmiger, Berandung sowie gleichem oder geringerem, vorzugs weise geringerem, Halbmesser bezüglich des Halbmessers der Platte oder Folie (3) sowie gleichem oder größerem, vorzugsweise größerem, Durchmesser bezüg lich des Durchmessers des kreisringförmig gefügten Leiters (1) angeordnet, wobei die leitfähige Platte oder Folie (4) mit vorzugsweise kreisförmiger Berandung zentrisch und leitfähig mittels eines leitfähigen Verbindungselementes mit kreis förmigem, elliptischem, dreieckigem, quadratischem, rechteckigem, pentago nalem oder hexagonalem Querschnitt, vorzugsweise mittels eines zylinderför migen und leitfähigen Verbindungselementes (9), vorzugsweise bestehend aus Kupfer, Messing oder Aluminium, mit der leitfähigen Platte oder Folie (3) ver bunden sowie die Ebene (5) durch die Platten oder Folien (3) und (4) einge schlossen wird und die Platte oder Folie (3) vorzugsweise galvanisch mittels definiert angeordneter Schraubverbindungen lösbar mit der vorzugsweise leit fähigen Grund- oder Montageebene verbunden wird. Die elektromagnetische Anregung erfolgt mittels eines koaxialen Wellenleiters (6), indem der Außenleiter (6.2) des koaxialen Wellenleiters (6) mit der Blendenberandung (7) innerhalb der leitfähigen Platte oder Folie (3) verbunden wird und der Innenleiter (6.1) des koaxialen Wellenleiters (6) zentrisch durch die Blende (7) innerhalb der leitfähi gen Platte oder Folie (3) hindurchgeführt und mit dem vorzugsweise kreisringför mig angeordneten Leiter (1) galvanisch, vorzugsweise mittels Lötverbindung, ge koppelt wird. Die definierte geometrische Verlängerung des Außenleiters (6.2) durch die Blendenberandung (7) hindurch sowie die gezielte Taperung des Außen- und/oder Innenleiterdurchmessers ermöglicht die definierte Steuerung der Kopplungsimpedanz bzw. -admittanz und damit des Ein- bzw. Ausgangsimpe danzprofils der Resonatoranordnung. Der vorzugsweise kreisringförmig ange ordnete Leiter (1) wird in einer definierten Winkeldistanz zum Anregungspunkt leitfähig, vorzugsweise mittels eines zylinderförmig ausgebildeten Kupfer-, Messing- oder Aluminiumkörpers (8), mit der leitfähigen Platte oder Folie (3) verbunden, wobei das leitfähige Verbindungselement (8) in geschlossener Form ausgeführt wird oder an einer oder mehreren Positionen bezüglich der Längsachse des Verbindungselementes (8) galvanisch getrennt wird und die durch die Quer schnittsflächen (2.1) des leitfähigen Verbindungselementes (8) begrenzten Spalt bereiche mit einem dielektrischen Belag (2.2), vorzugsweise bestehend aus einem verlustminimalen Dielektrikum, vorzugsweise bestehend aus einem verlustmini malen niederdielektrischen Folienmaterial, belegt werden, wobei der Querschnitt des Verbindungselementes (8) achsenkonstant oder entlang der Längsachse des leitfähigen Verbindungselementes (8) kontinuierlich oder diskontinuierlich verän dert bemessen werden kann, um das Admittanzprofil des Verbindungselementes gezielt steuern zu können. In gleicher Weise besteht die Möglichkeit der kontinu ierlichen oder diskontinuierlichen Variation des Stoff bzw. Suszeptibilitätsprofils entlang der Längsachse des Verbindungselementes, um über die definierte bzw. definierbare Auslegung der Ortsabhängigkeit der stofflichen Zusammensetzung des Verbindungselementes das resultierende Admittanzprofil gezielt bemessen zu können. Hierbei wird über die Bemessung der Beschaltungselemente sowie deren Ortsabhängigkeiten und damit über die Bemessung der gegenseitigen Winkeldis tanzen bzw. der jeweils resultierenden Winkeldistanzen zwischen Anregungs- und Kurzschlußpunkt die spektrale Anregungsbedingung der elektromagnetisch schwingungsfähigen Resonatoranordnung bestimmt. Das Querschnittsprofil des Leiters (1) kann sowohl rechteckig als auch kreisförmig, elliptisch, dreieckig oder quadratisch bemessen werden. In gleicher Weise besteht die Möglichkeit der variablen Anordnung der Breit- oder Schmalseiten bzw. der Achsen des Leiter profils bezüglich der Flächennormalen der leitfähigen Platten oder Folien (3) und (4). Die Positionierung des Leiters (1) über der leitfähigen Platte oder Folie (3) erfolgt mittels dielektrischer, vorzugsweise zylinderförmig ausgebildeter, Distanz elemente (10), vorzugsweise bestehend aus Polyvinylchlorid.

Die Strahleranordnung läßt sich mit zusätzlichen externen komplexen Belastungs elementen, die jeweils in Form konzentrierter Schaltungselemente oder in Form verteilter Parameter synthetisiert werden können, beschalten, wobei die Struktur der kapazitiven Anordnung (2) auf einen Kopplungspfad zwischen dem Leiter (1) und der leitfähigen Platte oder Folie (3) oder zwischen dem Leiter (1) und der leitfähigen Platte oder Folie (4) oder zwischen dem Leiter (1) und den leitfähigen Platten oder Folien (3) und (4) mit identischem oder nichtidentischem Kopplungs punkt bezüglich des Leiters (1) oder ausschließlich zwischen den leitfähigen Platten oder Folien (3) und (4) übertragbar ist.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Anordnung soll mittels eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Gemäß der Abbildung wird ein bandförmiger Leiter (1) kreisringförmig und ge schlossen axialsymmetrisch über einer kreisförmigen metallischen Platte (3) an geordnet, indem der kreisringförmig ausgeführte Leiter (1) mittels der Distanz elemente (10), bestehend aus Polyvinylchlorid, über der metallischen Platte (3) positioniert wird. Über der Ebene des kreisringförmig ausgebildeten Leiters (1) wird axialsymmetrisch eine zweite kreisförmige metallische Platte (4) angeordnet, die im Mittelpunkt über ein zylinderförmiges und metallisches Verbindungs element (9) gemäß der Abbildung galvanisch mit der Platte (3) verbunden wird. Der Außenleiter (6.2) des anregenden koaxialen Wellenleiters (6) wird mit der Berandung der Blende (7) innerhalb der Platte (3) galvanisch verbunden. Der zentrisch geführte Innenleiter (6.1) des anregenden Wellenleiters wird gemäß der Abbildung in einer Winkeldistanz von 65 Winkelgrad gegenüber der Position des leitfähigen und zylinderförmig ausgebildeten Verbindungselementes (8) galva nisch mit dem Leiter (1) verbunden, wobei das Verbindungselement (8) den kreisringförmig ausgebildeten Leiter (1) sowie die metallische Platte (3) galva nisch miteinander koppelt.

Claims

1. Modulares Dualbandstrahlersystem mit azimutaler Rundstrahlungscharakteris tik, bestehend aus einer Anordnung geometrisch definierter leitfähiger Ebenen, dadurch gekennzeichnet, daß

- zwei leitfähige Platten oder Folien (3), (4) in einem definierten Abstand flächen parallel zueinander angeordnet werden, indem die Platte oder Folie (3) mit einer kreisförmigen Berandung ausgebildet und die leitfähige Platte oder Folie (4) mit einer kreisförmigen Berandung ausgebildet werden, wobei die Platten oder Folien (3), (4) mit gleichem oder unterschiedlichem Außendurchmesser, vorzugsweise unterschiedlichem Außendurchmesser, bemessen werden und die kreisförmigen Platten oder Folien (3), (4) axialsymmetrisch zueinander angeordnet werden;
- die leitfähigen Platten oder Folien (3), (4) in ihrer jeweiligen Scheitelachse mit einem leitfähigen Verbindungselement (9) galvanisch gekoppelt werden, wobei das leitfähige Verbindungselement mit einem kreisförmigen, elliptischen, drei eckigen, quadratischen, rechteckigen, pentagonalen oder hexagonalen, vorzugs weise kreisförmigen, Querschnitt ausgebildet wird;
- zwischen den Ebenen der leitfähigen Platten oder Folien (3), (4) eine kreisring förmig ausgebildete Leiterebene (1) flächenparallel sowie axialsymmetrisch ein gefügt wird;
- der kreisringförmige Leiter (1) geschlossen ausgeführt wird oder der kreisring förmige Leiter an einer oder mehreren Positionen des Kreisringes galvanisch ge trennt wird und die durch die Querschnittsflächen (2.1) des Leiters (1) begrenzten Spaltbereiche mit einem dielektrischen Belag (2.2), bestehend aus einem verlust minimalen Dielektrikum, vorzugsweise bestehend aus einem verlustminimalen und niederdielektrischen Folienmaterial, belegt werden;
- der kreisringförmig ausgebildete Leiter (1) punktuell über ein leitfähiges Ver bindungselement (8) oder mehrere leitfähige Verbindungselemente (8) mit der leitfähigen Platte oder Folie (3) galvanisch verbunden wird, wobei das leitfähige Verbindungselement (8) bzw. die leitfähigen Verbindungselemente (8) mit einem kreisförmigen, elliptischen, dreieckigen, quadratischen, rechteckigen, pentagona len oder hexagonalen, vorzugsweise kreisförmigen, Querschnitt ausgebildet wird bzw. werden;
- die leitfähigen Verbindungselemente (8) geschlossen ausgeführt oder an einer oder mehreren Positionen galvanisch getrennt werden und die durch die Quer schnittsflächen (2.1) des leitfähigen Verbindungselementes (8) begrenzten Spalt bereiche jeweils mit einem dielektrischen Belag (2.2), vorzugsweise bestehend aus einem verlustminimalen Dielektrikum, vorzugsweise bestehend aus einem verlustminimalen niederdielektrischen Folienmaterial, belegt werden;
- der kreisringförmige Leiter (1) mit einem koaxialen Wellenleiter (6) gekoppelt wird, indem der Innenleiter (6.1) des koaxialen Wellenleiters (6) in einer definier ten Winkeldistanz gegenüber der Position der Achse des leitfähigen Verbindungs elementes (8) leitfähig mit dem kreisringförmigen Leiter (1) und der Außenleiter (6.2) des gleichen koaxialen Wellenleiters (6) leitfähig mit der Platte oder Folie (3) verbunden werden, wobei der Außenleiter (6.2) durch die Blende (8) der Platte oder Folie (3) hindurchgehend in den durch die kreisförmigen Platten oder Folien (3), (4) zweiseitig begrenzten Raum in der Weise verlängert wird, daß das in den durch die Platten oder Folien (3) und (4) zweiseitig begrenzten Anord nungsraum bezüglich seiner Achse räumlich orthogonal eingeführte Außenleiter segment den kreisringförmig ausgebildeten Leiter (1) nicht berührt und bezüglich des Innen- und Außendurchmessers kontinuierlich oder diskontinuierlich getapert wird.

2. Modulares Dualbandstrahlersystem mit azimutaler Rundstrahlungscharakteris tik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (1) und die leitfähi ge Platte oder Folie (3) oder der Leiter (1) und die leitfähige Platte oder Folie (4) oder der Leiter (1) und die leitfähigen Platten oder Folien (3) und (4) mit iden tischem oder nichtidentischem Kopplungspunkt bezüglich des Leiters (1) oder ausschließlich die leitfähigen Platten oder Folien (3) und (4) jeweils punktuell mittels komplexer Belastungselemente, die jeweils in Form konzentrierter Schal tungselemente oder in Form verteilter Parameter synthetisiert werden, gekoppelt werden.