DE3436227C2 - Mikrostreifenleiter-Antennenanordnung - Google Patents
Mikrostreifenleiter-AntennenanordnungInfo
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- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
- H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration
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Description
Die Erfindung betrifft eine Mikrostreifenleiter-Antennen
anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei Antennenanordnungen dieser Art bildet das Strahlerelement einen
gedämpften Resonator mit schmaler Bandbreite und Dämpfungen
bei der Resonanzfrequenz, die ziemlich genau bestimmt
werden können. Derartige Antennenanordnungen sind beschrieben in:
"Microstrip antenna, Theroy and Design" von J. R. James,
P. S. Hall, und C. Wood, IEE Electromagnetic Waves Series,
Band Nr. 12, 1981, S. 67 bis 110 und 256 bis 282, herausgegeben
von Peter Peregrinus Ltd.
Aus der US 4 218 682 ist eine soche Antennenanordnung mit mehreren,
durch Dielektrika getrennten Metallschichten bekannt, bei der zwei
Metallschichten mit der Gegengewicht-Metallschicht durch einen
einzigen Kurzschluß-Stift verbunden sind. Die Strahlerelemente
können einzeln auf verschiedenen Frequenzbändern oder gemeinsam
als Breitbandantenne arbeiten. Die Antennenanordnungen können zum
Senden oder zum Empfangen von elektromagnetischen Wellen
dienen. Der Begriff "Antenne" und "Strahlerelement"
wird daher hier sowohl im Sinne des aktiven Teils
einer Sendeantenne als auch im Sinne des Aufnahmeteils
einer Empfangsantenne gebraucht.
Zur Informationsübertragung, ebenso aber auch zur Funk
ortung, soll die Mikrostreifenleiter-Antennenanordnung nach
Möglichkeit mehrere Forderungen erfüllen, die aber in ihrer
Realisierung einander widersprechen:
- - die Eigenschaft, gleichzeitig auf zwei Frequenzen mit jeweils sehr schmalem Frequenzband in der Größenordnung von einigen Prozent der Mittelfrequenz zu arbeiten,
- - eine Öffnung des Strahlungs-Winkels, die sich möglichst bis zu 180° erstreckt, und im Zusammenarbeiten mit mehreren Strahlerelementen eine quasi halbkugelförmige Antennencharakteristik ergibt,
- - möglichst geringer Raumbedarf,
- - die Möglichkeit einer zirkularpolarisierten Arbeitsweise.
Diese Forderungen treffen insbesondere dann zusammen,
wenn bestimmte Typen von anpaßbaren Antennen realisiert
werden sollen.
Die bisher bekannten Mikrostreifenleiter-Antennenanordnungen
genügen nur unvollkommen diesen Forderungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Antennenanordnung so auszubilden, daß die Forderungen nach einer
Antennencharakteristik mit einem Öffnungswinkel von
etwa 180°, einer Arbeitsweise mit zwei schmalen Frequenzbändern
und nach geringem Raumbedarf gleichermaßen erfüllt
werden.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Mit der so ausgebildeten Antennenanordnung kann auf zwei
Frequenzen gearbeitet werden, wobei die Strahlungszonen,
bezogen auf je eine der beiden Frequenzen, von je einem
Randstreifen des Strahlerelementes ausgehen und ein für beide
gemeinsamer, in seiner Impedanz angepaßter Eingang erreicht
wird.
In Weiterbildung der Erfindung kann eine zweite Koaxial
leitung für die Einspeisung vorgesehen sein (Anspruch 2).
Diese Antennenanordnung arbeitet ebenfalls auf zwei Frequenzen,
wobei die beiden Strahlungszonen jeweils praktisch von
einem einzigen Leiterstreifen ausgehen. Die beiden Metallbeläge haben
je einen getrennten, elektrisch angepaßten Eingang für
jede der beiden Frequenzen.
Dadurch können die Einspeisungen für die beiden Metall
beläge gut voneinander entkoppelt werden.
Die geometrische Konfiguration der Metallbeläge soll nach
einer bevorzugten Ausführungsform sehr genau rechtwinklig
sein. Das Maß des Belages in Querrichtung zu der geradlinigen
Reihe der Kurzschlußverbindungen soll in diesem Fall
möglichst genau einem Viertel der Wellenlänge λg,
mit λg = λo/εr entsprechen, wobei λo die
Wellenlänge der Mittelfrequenz in der Luft und εr
die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums ist.
Die andere Dimension des Rechtecks kann zwischen einem
Viertel und der Hälfte derselben Wellenlänge gewählt
werden.
Vorzugsweise ist der obere Metallbelag in seinen Ab
messungen etwas kleiner als der innere Metallbelag und
liegt in der Projektion auf den inneren Metallbelag
innerhalb von dessen Umriß.
Die so ausgebildeten Strahlerelemente genügen den
meisten Forderungen, die eingangs angegeben sind. Ihre
Strahlungscharakteristik hat einen Öffnungswinkel von
nahezu 180°, allerdings nur innerhalb eines Kugelsektors.
Die Form dieses Kugelsektors wird bestimmt durch die un
mittelbare Nachbarschaft der senkrecht auf der Reihe der
Kurzschlußverbindungen stehenden Ebene, die an den Koaxial
leitungen vorbeiführt.
Um bei Zirkularpolarisation eine halbkugelförmige Charak
teristik zu erhalten, sind nach Anspruch 8 und der zu
gehörigen Beschreibung vier Strahlerelemente in besonderer
Anordnung vorgesehen. Diese Anordnung kann in verschiedener
Weise realisiert werden. Zweckmäßig werden
jedoch die vier Strahlerelemente auf denselben aufein
andergeschichteten Dielektrikum-Platten angebracht.
Diese Baueinheit hat darum, insbesondere auch wegen der
Zuführung der Koaxialleitung von unten, einen besonders
geringen Raumbedarf.
Eine solche Anordnung der Strahlerelemente ist besonders
interessant, wenn damit bestimmte Typen anpaßbarer
Antennen realisiert werden sollen, die gegebenenfalls
in der Lage sind, zirkularpolarisierend zu arbeiten.
Noch mehr verallgemeinert kann dieses Prinzip auf
andere Typen von Antennen mit Gruppen von Strahlerelementen an
gewendet werden. Es ist bekannt, eine anpaßbare Antenne aus
einer Gruppe von Strahlerelementen zusammenzusetzen,
die elektrisch individuell zugänglich sind, was in der
Summe kohärente, ausgewogene und selektive Signale
ergibt und, bezogen auf jedes der Elemente, eine gute
Anpassung der Antenne an das Signal erlaubt, das
empfangen werden soll, andererseits aber in der Lage
ist, Interferenz- und/oder Störsignale zu unterdrücken.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen in der fol
genden Beschreibung noch mit weiteren Merkmalen erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 ein Beispiel eines bekannten
Mikrostreifenleiter-Strahlerelementes,
das auf einer einzigen Frequenz
arbeitet,
Fig. 2 und 3 die Strahlungscharakteristiken des
Elementes nach Fig. 1,
Fig. 4 ein anderes bekanntes
Mikrostreifenleiter-Strahlerelement, vergleichbar
mit dem Element nach Fig. 1,
Fig. 4A eine konventionelle Darstellung des
Elementes nach Fig. 4,
Fig. 5 eine Variante des Strahlerelementes
nach Fig. 4 und 4a, an dem die Speiseleitung
zwecks Impedanzanpassung unsymmetrisch
angeordnet ist,
Fig. 6 ein anderes Beispiel einer bekannten
Mikrostreifen-Antennenanordnung, die auf zwei Frequenzen
arbeiten kann,
Fig. 7 ein weiteres Beispiel einer bekannten
Mikrostreifenleiter-Antennenanordnung,
die ebenfalls geeignet ist,
auf zwei Frequenzen zu arbeiten,
Fig. 8 eine Ausführungsform eines Strahlerelementes
der Mikrostreifenleiter-Antennenanordnung für zwei
Frequenzen gemäß der Erfindung
in perspektivischer Darstellung
ohne Darstellung des Dielektrikums,
Fig. 9 eine konventionelle schematische Ansicht
des Elementes gemäß Fig. 8,
Fig. 10 einen Schnitt nach X-X in Fig. 8,
Fig. 11 eine konventionelle schematische Dar
stellung einer zweiten Ausführungsform
eines Strahlerelementes gemäß der Erfindung, bei der zwei
elektrisch voneinander getrennte Eingänge
für die beiden Arbeitsfrequenzen
vorgesehen sind,
Fig. 12 einen Schnitt nach XII-XII in Fig. 11,
Fig. 13 in der gleichen konventionellen Dar
stellungsart eine Anordnung von vier
Strahlerelementen vom Typ nach Fig. 8,
die eine halbkugelförmige Charakteristik
in Zirkularpolarisation ermöglicht,
Fig. 14 in derselben Darstellungsart eine
Anordnung von vier Strahlerelementen
nach Fig. 11, ebenfalls mit halbkugelförmiger
Charakteristik.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer, vereinfachter Darstellung
ein Strahlerelement in Mikrostreifenleiter-Ausführung bekannter Art.
Ein plattenförmiges Dielektrikum D1 ist auf der Unterseite voll
ständig mit Metall beschichtet. Die Metallschicht PM
bildet das Antennen-Gegengewicht. Auf der Oberseite befindet
sich eine Metallschicht P1 von geometrisch genau
bestimmter form, die hier rechteckig ist. An einer ihrer
Kanten ist diese rechteckige Metallschicht P1 durch einen
Streifen LA1 verlängert, der eine Speiseleitung bildet.
Das Element kann als gedruckte Schaltung in Siebdruck-
Techniken ausgeführt sein oder in anderer bekannter,
gleichwertiger Technik, wie sie für Zweipol-Schaltungen
angewendet wird.
Der Ausdruck "Metallschicht" oder "Metallbelag" soll all
gemein eine metallisierte Oberfläche bezeichnen, beispielsweise
in der Konfiguration wie P1, jedoch wird
das Wort "Belag" gelegentlich auch für das gesamte Bau
element gebraucht, das aus dem als Substrat dienenden
Dielektrikum und der Metallschicht bzw. dem Metallbelag
besteht.
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf das Strahlerelement
gemäß Fig. 1. Diese Draufsicht entspricht
der konventionellen Darstellung, in der das Di
elektrikum ebenso wie die Gegengewichtsschicht weggelassen ist,
um die Darstellung zu vereinfachen. In Fig. 2 sind das
Seitenmaß W des Metallbelages P1 quer zur Speiseleitung
LA1 und das Maß L parallel zur Speiseleitung LA1 eingetragen.
Eine solche Metallschicht bildet einen gedämpften Reso
nator, wobei die Verlustwiderstände in Höhe der beiden
Ränder an den Seiten W lokalisiert sind, also einerseits
auf der Seite der Speiseleitung LA1 und andererseits
auf der ihr gegenüberliegenden Seite. Wie Fig. 3
zeigt, ist das Strahlerelement nach den Fig. 1 und 2
folglich vergleichbar mit zwei strahlenden Streifen F11
und F12 von sehr geringer Breite und der Länge W. Fig. 3
zeigt die Richtung des elektrischen Feldes E auf den
Streifen des Elementes. Die Fig. 1 bis 3 sind auf
eine Orthonormalbasis bezogen, die es gestattet, daraus
die entsprechenden Orientierungen abzuleiten. Nach Fig. 2
und 3 steht die Achse z senkrecht zur Zeichenebene und
ist gegen den Betrachter gerichtet.
Ein Strahlerelement, wie es in den Fig. 1 bis 3 dar
gestellt ist, arbeitet auf einer einzigen Frequenz mit
sehr geringer Bandbreite. Infolgedessen erfüllt es nicht
die Forderung nach einem Öffnungswinkel der Antennen
charakteristik von nahezu 180°, denn es ist vergleichbar
mit zwei getrennten Strahlerstreifen F11 und F12,
wie Fig. 3 zeigt.
In Fig. 4 ist ein anderer bekannter Typ eines Strahler
elementes in Mikrostreifenleiter-Ausführung dargestellt. Dieses
Element hat den Vorteil, daß nur ein einziger Resonanzstreifen
vorhanden ist. Das Dielektrikum ist in Fig. 4
nicht dargestellt. Die Gegengewicht-Metallschicht
PM ist mit dem Metallbelag P4 durch eine Reihe von
Kurzschlüssen CC4 verbunden, die aus einer Anzahl
von Kurzschlußstiften oder aus durchmetallisierten
Löchern besteht, die hier auf einer Geraden und nahe
an einem Außenrand des Metallbelages P4 liegen. In diesem
Fall ist nur der strahlende Streifen auf der Seite der
Versorgungsleitung LA4 und senkrecht zu ihr vorhanden.
Fig. 4A zeigt die konventionelle Darstellung, in der
weder das Dielektrikum noch die Gegengewichtsschicht ersichtlich
ist. Die Reihe der Kurzschlüsse CC4 ist durch eine
strichlierte Linie dargestellt, in Draufsicht auf die
Metallschicht P4 und den die Speiseleitung bildenden
Leiter LA4.
Eine solche Einrichtung erlaubt einen Öffnungswinkel der
Antennencharakteristik von geringfügig weniger als 180°
bei einer einzigen Frequenz. Indessen ergeben sich Probleme
mit der Anpassung der Eingangsimpedanz an die
Speiseleitung LA4. Außerdem bedeutet diese Anordnung
einen erheblichen Raumbedarf für die Baueinheit, da der
Leiter LA4 wenigstens zum Teil in die Fläche zur Aufnahme
der Metallbeschichtung einbezogen ist.
Fig. 5 zeigt eine Variante des Elementes nach Fig. 4,
in der die Speiseleitung LA4 seitlich versetzt ist im
Vergleich zu Fig. 4A, um eine Anpassung der Eingangs
impedanz zu erreichen. Abgesehen von der heiklen Bemessung
und Ausführung, die in jedem besonderen Fall der
Impedanzanpassung erforderlich sind, um den Leiter LA4
richtig zu positionieren, ist auch hier der nachteilig
hohe Raumbedarf gegeben, weil sich der Leiter LA4 von
dem Resonator P4 aus seitwärts erstreckt.
In Fig. 6 ist ein Strahlerelement dargestellt, das auf
zwei Frequenzen arbeiten kann. Dieses Strahlerelement
besteht aus zwei übereinander geschichteten dielektrischen
Platten D1 und D2, die nach Aufbringen je eines
der beschriebenen Ausführung entsprechenden Metallbelages
pro Platte miteinander verbunden wurden, beispielsweise
verklebt sind. Auf der Unterseite der Platte D1
befindet sich die Gegengewicht-Metallschicht PM. Zwischen den Platten
D1 und D2 befindet sich der eine, innere Metallbelag
P6B. Der zweite, obere Metallbelag P6H ist auf der freien
Oberfläche der dielektrischen Platte D2 angeordnet.
Der Belag P6B enthält keine Speiseleitung, während zu
dem oberen Belag P6H ein Leiter LA6 als Speiseleitung
führt.
Das Doppelfrequenz-Strahlerelement nach Fig. 6 macht die
Nachteile deutlich, die dann entstehen, wenn für jede
der beiden Arbeitsfrequenzen zwei Strahlerstreifen,
also an zwei Rändern jedes Metallbelages vorhanden
sind. Dabei ergibt sich das erläuterte Problem der Im
pedanzanpassung, das mit der erforderlichen Lagegenauigkeit
der Speiseleitung LA6 zusammenhängt. Außerdem ist
auch hier der Nachteil des großen Platzbedarfs infolge
der seitlichen Lage des Leiters LA6 gegeben.
Für Doppelfrequenz-Strahlerelemente ist schließlich
noch die in Fig. 7 im Schnitt dargestellte Konfiguration
bekannt. Die Metallbeläge P7H und P7B sind von der
gleichen Art wie nach Fig. 6 und können im wesentlichen
die gleiche Form haben. Die Art der Einspeisung ist indessen
unterschiedlich. Es ist eine Speiseleitung nach
Art eines Koaxialkabels vorgesehen, die von unten ein
mündet. Ihre Abschirmung CB7 ist mit der Gegengewicht-Metallschicht
PM verbunden. Ihr Innenleiter bzw. die Kabelseele CA7
durchquert die Gegengewichtsschicht und den unteren Metallbelag,
ist von beiden Schichten PM und P7B isoliert und an den oberen
Metallbelag P7H in einem bestimmten Punkt angeschlossen.
Diese Ausbildung der Zweifrequenz-Antenne hat im Ver
gleich zu der Ausführung nach Fig. 6 einen geringeren
Platzbedarf, jedoch den beschriebenen Nachteil, daß die
beiden Metallschichten P7B und P7H bei ihrer Arbeitsfrequenz
zei abstrahlende Bereiche haben, nämlich an
den parallelen Randstreifen.
Im folgenden werden die Strahlerelemente
der erfindungsgemäßen Antennenanordnung erläutert.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß jede Modifi
zierung von Schaltungsanordnungen für den Mikrowellenbereich
zu nicht vorhersehbaren Ergebnissen führen kann,
wurde überraschend gefunden,
daß unter bestimmten Bedingungen ein Strahlerelement
zu realisieren ist, das aus zwei durch ein Dielektrikum
getrennten Metallschichten besteht, und bei dem Kurzschlüsse
zwischen beiden Metallschichten und zwischen
der inneren Metallschicht und der Gegengewichtschicht vor
gesehen sind, wobei die obere Metallschicht über eine von
unten zugeführte, einem Koaxialkabel entsprechende Leitung
gespeist wird, deren Außenmantel an die Gegengewichtschicht
und deren Innenleiter an die obere Metallschicht ange
schlossen ist.
Eine Ausführungsform dieses Strahlerelementes zeigt
Fig. 8 perspektivisch, wobei die Dielektrika zur Ver
einfachung nicht darstellt sind. Mit der Gegenwicht-
Metallschicht PM ist der erste Metallbelag P11 in der Nähe seiner
einen Kante durch eine geradlinige Reihe von Kurz
schlußstiften CC11 verbunden. Der zweite Metallbelag
P12 ist mit dem Belag P11 durch eine weitere geradlinige
Reihe von Kurzschlüssen CC12 verbunden, die sich
nahe an einer Kante dieses Belages P12 befinden.
Aus den Fig. 8 bis 12 ist zu erkennen, daß Durchgänge
in den Dielektrika D1 und D2 als zylindrische Löcher
oder Bohrungen OD11 und OD12 ausgeführt sind. Ebenso
wurde eine Öffnung OP11 im inneren Belag P11 ausgespart.
In der Gegengewicht-Metallschicht PM ist eine Öffnung OPM
ausgespart. Die Ausnehmung OP11 im Belag P11 hat etwa
gleichen Querschnitt wie die Bohrung OD11 im Dielektrikum
D1 und ist kleiner als die Ausnehmung OPM in der
Gegengewicht-Metallschicht PM, aber größer als die Bohrung CA12 im
oberen Dielektrikum D2, so daß der Mantel der Koaxialleitung
und die aufeinanderfolgenden Bohrzungen OD11 und
OD12 im Querschnitt stufenweise abnehmen und die Kabelseele
CA12 in der gemeinsamen Achse der Bohrungen liegt.
Der Außenmantel der Koaxialleitung, als Abschirmung CB12
bezeichnet, wurde an die Gegengewichtschicht angelötet und
endet dort. Der Innenleiter CA12 der Koaxialleitung
durchsetzt die Bohrungen bzw. Löcher der Dielektrika
und der inneren Metallschicht und ist in einem bestimmten
Punkt an den oberen Belag P12 angelötet.
Es hat sich herausgestellt, daß alle Bemessungen des
Strahlerelementes kritisch sind. Die Konfiguration der
abstrahlenden Metallschichten muß mit Sorgfalt gewählt
werden, ebenso die Ausführung und die Positionierung der
Kurzschlußverbindungen. Dasselbe gilt für die Position
der beiden Beläge relativ zueinander sowie für die
Lage der Ausnehmung OP11 und des Punktes, an dem der
Innenleiter CA12 mit dem oberen Belag P12 verbunden
ist.
Mit den rechteckigen Belägen P11 und kP12, wie sie in den
Fig. 8 bis 10 dargestellt sind, kann die Position des
Innenleiters der Koaxialleitung mit Hilfe der in Fig. 9
eingetragenen Größen α, β, γ und δ festgelegt werden.
Diese Größen sollen die folgenden Beziehungen möglichst
genau erfüllen:
β = k (α+β)
δ = k′ (γ+δ)
mit k und k′ im Bereich von 0,2 bis 0,5, vorzugsweise
etwa 1/3.
Die Bemessung der rechteckigen Beläge bzw. Metallschichten
P11 und P12 ist von den zugehörigen Wellenlängen bzw.
Arbeitsfrequenzen abhängig und durch die folgenden Beziehungen
gegeben:
Breiten:
(α+β) ≃ λo/4
(γ+δ) ≃ λo′/4
(γ+δ) ≃ λo′/4
wobei λo und λo′ die Wellenlängen in der Luft bei den
Mittelfrequenzen darstellen, während εr die relative dielektrische
Leitfähigkeit des Dielektrikums ist. Die Länge des
Belages kann bis zum Doppelten dieser Breite betragen,
zum Beispiel zwischen λo/4 bis λo/2 liegen.
Selbstverständlich weiß der Fachmann, daß auch andere
als rechteckige Konfigurationen für die Metallschichten
P11 und P12 möglich sind, und dementsprechend kann die
Position sowohl der Reihen der Kurzschlußverbindungen
als auch der Durchlaßöffnungen für den Innenleiter der
Koaxialleitung auf experimentellem Wege bestimmt werden.
Es kann wünschenswert sein, die Speisung für die beiden
Arbeitsfrequenzen getrennt auszuführen. Hierfür ist die
abgewandelte Ausführungsform nach den Fig. 11 und 12 vor
gesehen.
Dieses Strahlerelement hat ebenfalls eine Gegengewicht-Metall
schicht PM, zwei miteinander verbundene Platten als Dielektrika D1
und D2, eine innere Metallschicht P21 und eine äußere
Metallschicht P22, beide in der bevorzugten rechteckigen
Form.
Die Reihe der Kurzschlußverbindungen CC21 liegt auf einer
Seite - in der Zeichnung auf der rechten Seite - zwischen
dem inneren Belag P21 und der Gegengewichtschicht. Die andere
Reihe der Kurzschlüsse CC22, die den Innenbelag P21 mit
dem oberen Belag P22 verbinden, liegt auf der anderen
Seite, in den Fig. 11 und 12 also auf der linken Seite.
Im übrigen liegen die beiden geradlinigen Reihen der
Kurzschlußverbindungen CC21 und CC22 wie bei der Ausfüh
rungsform nach den Fig. 8 bis 10 nahe am jeweiligen Rand
der rechteckigen Beläge P21 und P22.
Die Durchbrüche bzw. Bohrungen OD21 und OD22, von denen
der obere kleineren Querschnitt hat, sind in den beiden
Dielektrika D1 und D2 fluchtend zueinander ausgerichtet.
Der Durchgang OD21 ist abgeschirmt. In Achsrichtung bzw.
am Übergang der beiden Durchbrüche hat der Belag P21
eine Aussparung OP21, und die Gegengewicht-Metallschicht PM hat eine
Aussparung OPM21. Der Außenmantel CB22 einer Koaxialleitung
ist am Rand der Öffnung OPM21 an der Gegengewicht-Metallschicht PM
angelötet. Der Innenleiter CA22 dieser Koaxialleitung
durchsetzt die Ausnehmungen und die Bohrungen und ist
mit einem bestimmten Punkt des oberen Belages P22 elektrisch
leitend verbunden.
In einem bestimmten Abstand, hier auf der anderen Seite
der Baueinheit der beiden Beläge P21 und P22, ist eine
zweite Speisung mittels einer Koaxialleitung vorgesehen,
die mit ihrem Innenleiter CA21 nur an den Belag P21 geführt
ist. Eine vertikale zylindrische Öffnung OD20 ist im Di
elektrikum D1 vorhanden und gleichachsig mit ihr ist in
der Gegengewicht-Metallschicht PM eine weitere Öffnung OPM20
vorgesehen. Die zweite Koaxialleitung hat einen Außenmantel
CB21, der mit der Gegengewicht-Metallschicht PM sorgfältigst am Rand
der Öffnung OPM20 über deren ganzen Umfang verbunden ist.
Der Innenleiter dieser zweiten Koaxialleitung, bezeichnet
mit CA21, durchsetzt die Öffnung OPM20 und die Bohrung
OD20 und ist an einem bestimmten Punkt am inneren Belag
P21 elektrisch leitend befestigt.
Das Strahlerelement nach den Fig. 11 und 12 erlaubt für
dessen beide Arbeitsfrequenzen eine getrennte elektrische
Speisung und Anpassung.
Obwohl die aufgetretenen Phänomene nicht vollständig zu
erklären sind, scheint es, daß die Plazierung der Kurz
schlußverbindungen an gegenüberliegenden Randbereichen
der Metallbeschichtungen und die Einfügung der Innenleiter
der beiden Koaxialleitungen in der Nähe der dort befindlichen
Kurzschlußverbindungen und in zwei Zonen, die
voneinander einen relativen Abstand aufweisen, einen Beitrag
dazu leisten, die Einspeisungen deutlich voneinander
unabhängig zu machen.
Der Abstand wird hier bestimmt durch:
β′ = k′ (α′+β′)
δ′ = k′′ (γ′+δ′)
δ′ = k′′ (γ′+δ′)
wobei die Kennwerte denjenigen nach Fig. 9 entsprechen.
Ihre Größen unterscheiden sich hiervon geringfügig, um
Störungen zu kompensieren, die durch die andere Art der
Einspeisung auftreten können. Die Bemessung der Beläge
ist die gleiche wie nach Fig. 9.
Es ist noch nicht sicher, ob die Art der Realisierung
entsprechend den Fig. 11 und 12 über den Betrieb mit
zwei Frequenzen hinaus verallgemeinert werden kann,
wenigstens was die Möglichkeit einer getrennten Einspeisung
für die verschiedenen Frequenzen betrifft.
Dagegen ist die Ausführungsform nach den Fig. 8 bis 10
offenbar auf mehr als zwei Arbeitsfrequenzen zu erweitern,
wobei also mehr als zwei übereinanderliegende Metallbeläge
vorzusehen sind, zwischen denen eine entsprechende
Anzahl von dielektrischen Platten liegt.
Die beschriebenen Strahlerelemente gemäß der Erfindung
erfüllen die Gesamtheit der eingangs genannten Bedingungen,
wobei aber die Forderung nach einer Antennencharakteristik,
deren Öffnungswinkel 180° beträgt, nur innerhalb
eines Kugelsektors erfüllt ist, der kleiner als eine
Halbkugel ist.
Mit der Erfindung soll zusätzlich die Aufgabe gelöst werden,
eine wirklich halbkugelförmige Antennencharakteristik
zu erhalten, und außerdem sollen die Strahlerelemente in
Zirkularpolarisation arbeiten können.
Zu diesem Zweck wird in Weiterbildung der Erfindung eine
Gruppe von vier Strahlerelementen, die in vier
verschiedene Richtungen orientiert sind, verwendet (obwohl
für andere Anwendungen ein einziges Element genügen
würde).
Fig. 13 zeigt eine Gruppe von vier Strahlerelementen
E10-1 bis E10-4, die jeweils entsprechend den Fig. 8
bis 10 ausgebildet sind. Aus der geometrischen Anordnung
der Kurzschlußreihen ergibt sich, daß die vier
Strahlerelemente in vier verschiedene Richtungen orientiert
sind, die durch die Winkellagen 0°, 90°, 180° und
270° definiert sind.
Fig. 14 zeigt eine Gruppe von ebenfalls vier
Strahlerelementen E20-1 bis E20-4, die jeweils der
Ausführungsform nach den Fig. 11 und 12 entsprechen.
Die Strahlerelemente E20-1 bis E20-4 liegen in Winkel
stellungen, die ebenfalls relativ zueinander 0°, 90°,
180° und 270° betragen.
Die Antennen nach den Fig. 13 und 14 haben hin
sichtlich jedes Strahlerelementes den erläuterten Vorteil der
individuellen elektrischen Einspeisung, nämlich die gemeinsame
Einspeisung für die beiden Arbeitsfrequenzen pro
Element (Fig. 13) oder die getrennte Einspeisung beider
Arbeitsfrequenzen pro Strahlerelement (Fig. 14).
Mit einer solchen Gruppe von Strahlerelementen
mit getrennter Einspeisung können Antennen realisiert
werden, die für mindestens zwei Frequenzen geeignet sind,
mit schmaler Bandbreite bei jeder Frequenz, und mit einem
quasi halbkugelförmigen Öffnungswinkel. Dabei ist der
Raumbedarf für diese Antennen sehr gering. Schließlich
können diese Antennen gegebenenfalls zufriedenstellend
in Zirkularpolarisation arbeiten. Auch ist die Impedanz
anpassung bei verschiedenen Arten der Einspeisung in die
Strahlerelemente mit Hilfe der Koaxialleitungen, die an
jedes Strahlerelement angeschlossen sind, sehr einfach
zu realisieren.
Claims (10)
1. Mikrostreifenleiter-Antennenanordnung mit mindestens
einem, einen gedämpften Resonator bildenden
Strahlerelement, bestehend aus wenigstens zwei auf
einandergeschichteten Platten als Dielektrikum
(D1, D2), einer Gegengewicht-Metallschicht (PM), die
sich unter der unteren Dielektrikum-Platte (D1) befindet,
einem zwischen beiden Dielektrika angeordneten
Metallbelag (P11; P21), und einem auf dem oberen
Dielektrikum befindlichen Metallbelag (P12; P22), sowie
mit einer Koaxial-Speiseleitung, deren Außenmantel
(CB12; CB22) mit der Gegengewicht-Metallschicht
(PM) verbunden ist, und deren Innenleiter
(CA12; CA22) durch Ausnehmungen in den Dielektrika
(D1 und D2) hindurchgeführt ist, die Gegengewicht-
Metallschicht (PM) und den inneren Metallbelag
(P11; P21) berührungslos durchsetzt und mit dem oberen
Metallbelag (P12; P22) elektrisch leitend verbunden
ist, und mit Kurzschluß-Verbindungen zwischen den
Metallbelägen (P11, P12; P21, P22) und zwischen der
Gegengewicht-Metallschicht (PM) und mindestens einem
der Metallbeläge,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Metallbeläge
(P11, P12; P21, P22) durch in einer Reihe nahe an einer
Kante des oberen Metallbelages (P12; P22) angeordnete
Kurzschlüsse (CC12; CC22) elektrisch verbunden
sind, und daß der innere Metallbelag (P11; P21)
mit der Gegengewicht-Metallschicht (PM) durch nahe
seiner einen Kante in einer Reihe angeordnete Kurzschlüsse
(CC11; CC21) verbunden ist.
2. Antennenanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Einspeisung eine zweite
Koaxialleitung (CA21; CB21) vorgesehen ist, deren Außenmantel
(CB21) ebenfalls an die Gegengewicht-Metallschicht (PM) an
geschlossen ist, und deren Innenleiter (CA21) das untere
Dielektrikum (D1) durchsetzt und mit dem inneren
Metallbelag (P21) elektrisch leitend verbunden ist.
3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kurzschlußreihen (CC11
und CC12) auf derselben Seite der Ebene angeordnet sind, die
parallel zu einer Außenkante der Antennenanordnung und durch
die Mündungsstelle der Koaxialleitung (CA12, CB12) verläuft.
4. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kurzschlußreihen (CC11
und CC12) beiderseits der zu ihnen parallelen, die Mündungsstelle
der Koaxialleitung (CA12, CB12) schneidenden Ebene angeordnet
sind.
5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils in einer Reihe
angeordneten Kurzschlüsse (CC11, CC12; CC21, CC22)
durch Stifte gebildet sind, die in genau gleichen
Abständen voneinander positioniert sind.
6. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der
Metallbeläge (P11, P12; P21, P22) genau rechteckig
ausgebildet ist.
7. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß sich der obere Metallbelag
(P12; P22) in der Projektion auf den unteren
Metallbelag (P11; P21) vollständig innerhalb von
dessen Umriß befindet.
8. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine
Gruppe von vier genau gleichen Strahlerelementen
(E10-1 bis E10-4; E20-1 bis E20-4) vorgesehen ist,
die in ihrer Strahlungsrichtung jeweils aufeinanderfolgend
um 90° gegeneinander versetzt sind.
9. Antennenanordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die vier Strahlerelemente
der Antenne gemeinsame, durch zwei geschichtete Platten
gebildete Dielektrika haben.
10. Verwendung der Antennenanordnung nach einem der Ansprüche
1 bis 9 zur Bildung einer angepaßten Antenne, die auf
mindestens zwei schmalen Frequenzbändern unterschiedlicher
Mittelfrequenz arbeitet und einen quasi halbkugelförmigen
Öffnungswinkel der Antennencharakteristik hat.
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