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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne zum Senden und Empfangen
von zirkular polarisierten elektromagnetischen Signalen, insbesondere
Signalen mit Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Frequenzen.
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Solche
Antennen sind von besonderem Interesse für Anwendungen mit hohen Datenraten,
wie beispielsweise drahtlose Kommunikationssysteme im Mikrowellen- oder Millimeterwellenbetrieb.
Typische Anwendungen dieser Art sind die Satelliten-Erde-Kommunikation,
drahtlose Innen-LANs oder Außen-LOS-Privatverbindungen.
Diese Anwendungen erfordern große
Bandbreiten, die nur in sehr hohen Frequenzbereichen wie zum Beispiel
von 15 GHz bis 60 GHz garantiert werden können. Die zirkulare Polarisation
ist notwendig, um auf die Anforderung für den Benutzer zu verzichten,
die Ausrichtung der Antenne einzuhalten.
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Antennen
mit zirkularer Polarisation sind im Stand der Technik beschrieben.
Planarantennen auf diesem Gebiet machen hauptsächlich Gebrauch von einer Mikrostreifentechnologie.
In der
EP 0 215 240
B1 ist zum Beispiel eine Planare Gruppenantenne für zirkular
polarisierte Mikrowellen beschrieben. Diese Antenne weist ein Substrat
auf, das zwischen zwei Metallschichten in Sandwichbauweise angeordnet
ist. Öffnungen sind
in beiden Metallschichten ausgebildet. In diesen Öffnungen
sind auf dem Substrat Anregungssonden vorgesehen. Eine Antenne dieser
Konstruktion hat den Nachteil, dass ihr Aufbau ziemlich komplex
ist und dass die Sonden exakt zu den Öffnungen in den Metallschichten
ausgerichtet sein müssen,
um den geforderten Toleranzen nachzukommen. Dieser komplexe Aufbau
und diese Einrichtung erfordern zusätzliche Fertigungsschritte
und eine hochentwickelte Technik.
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Deshalb
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antenne vorzusehen,
welche Anwendungen in den Millimeterwellen-Frequenzen mit gutem
Wirkungsgrad erlaubt und einfach im Aufbau ist.
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Eine
Antenne sowohl für
rechts als auch für
links zirkular polarisierte Wellen ist in der Druckschrift JP 08-065037
offenbart. Hier ist die Antenne aus einem Hohlleiterteil, einem
ersten dielektrischen Substrat, für welches ein Patchantennenelement
zum Empfang von zirkular polarisierten Wellen, das an dem Endteil
des Hohlleiterteils eingerichtet ist, auf einer Oberfläche auf
der Seite des Hohlleiterteils vorgesehen ist, und einem zweiten
dielektrischen Substrat, das auf der anderen Oberflächenseite
des ersten dielektrischen Substrats eingerichtet ist, für welches
zueinander orthogonal kreuzende Schlitze auf einer Oberfläche auf
der Seite des Hohlleiterteils vorgesehen sind und ein etwa V-förmiger Strahler,
der die jeweiligen Schlitze orthogonal kreuzt, auf der anderen Oberflächenseite
vorgesehen ist, aufgebaut. Die zueinander orthogonal kreuzenden
Schlitze sind in eine L-Form gedreht.
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Die
obigen Aufgaben werden durch eine Antenne gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Antenne beschrieben, mit einem flachen dielektrischen Substrat
mit einer dielektrischen Vorderseite und einer dielektrischen Rückseite,
wenigstens einer Hilfsantenneneinrichtung mit einem ersten und einem
zweiten Element zum Senden und Empfangen von zirkular polarisierten
elektromagnetischen Signalen und wenigstens einer Übertragungsleitungseinrichtung
zum Übertragen von
Signalen von und zu der wenigstens einen Hilfsantenneneinrichtung,
wobei das erste und das zweite Element der Hilfsantenneneinrichtung
Schlitze sind, die orthogonal zueinander in einer V-Form auf der
dielektrischen Vorderseite des Substrats angeordnet sind und die Übertragungsleitungseinrichtung
auf der dielektrischen Rückseite
des Substrats angeordnet ist, wobei die Antenne dadurch gekennzeichnet
ist, dass das erste oder das zweite Element der Hilfsantenneneinrichtung
eine größere Länge als
das andere besitzt.
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Die
Hauptvorteile der Antenne gemäß der vorliegenden
Erfindung sind ihr einfacher Aufbau und die Entkopplung des Einspeisungsnetzwerks
von den abstrahlenden Elementen, d.h. den Schlitzen. Die Einfachheit
dieses Planarantennenaufbaus ist durch die Tatsache gegeben, dass
die Einspeisungsleitung und die Hilfsantenneneinrichtung beide auf
einem dielektrischen Substrat auf abgewandten Seiten davon gebildet sind.
Für die
erfindungsgemäße Anordnung
genügt
damit bereits ein Einzelschichtsubstrat. Eine zusätzliche Ausrichtung
eines Pfades auf einer oberen Schicht ist deshalb nicht erforderlich.
Solche Ausrichtungen sind für öffnungsgekoppelte Patch-Streckenantennen
verbindlich. Die Toleranz ist sehr klein für hohe Frequenzen und deshalb
ist eine solche Ausrichtung eine langweilige Aufgabe. Die Möglichkeit
des Weglassens einer solchen Ausrichtung während der Herstellung der Antenne
erlaubt die Verwendung einer billigeren Technik und senkt dadurch
die Gesamtkosten. Eine einfache Planartechnik, eine Drucktechnik
und/oder eine einfache und billige Photolithographieverarbeitung
von Drucken können
verwendet werden. Der einfache Aufbau und die niedrigen Kosten sind
eine starke Notwendigkeit für
einen kommerziellen Erfolg einer Antenne und werden durch die erfindungsgemäße Konstruktion
erfüllt.
Zusätzlich
ist die erfindungsgemäße Antenne
des Planardrucktyps sehr einfach in aktive Geräte auf dem gleichen Substrat
zu integrieren.
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Indem
die Einspeisungsleitung, welche insbesondere für Gruppenkonfigurationen mit
einem zusätzlichen
Einspeisungsnetzwerk verbunden sein kann, auf der von der Hilfsantenneneinrichtung
abgewandten Seite des Substrats angeordnet ist, ist gewährleistet,
dass die Abstrahlung der Antenne nur durch die Hilfsantenneneinrichtung,
nämlich
die Abstrahlschlitze, welche gut steuerbar sind, bestimmt wird.
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Die
Einspeisungsleitung, welche eine Mikrostreifenkonstruktion sein
kann, ist vorzugsweise auf der abgewandten Seite des Substrats unter
einem Winkel von 45 ° zu
jedem der Schlitze angeordnet. Mit dieser Position der Einspeisungsleitung
kann der Kopplungsabschnitt senkrecht zu der Richtung der Einspeisungsleitung
sein, um eine gleichmäßige Verteilung
der Leistung zwischen den zwei Schlitzen zu ermöglichen. Indem der Aufbau der
Hilfsantenneneinrichtung zwei orthogonal zueinander angeordnete
Schlitze aufweist und in einer V-Form angeordnet ist, kann der vertikale
Schlitz die horizontale Komponente abstrahlen und der horizontale
Schlitz kann die vertikale Komponente des elektromagnetischen Signals
abstrahlen. Eine zirkulare Abstrahlung der Antenne kann so durch
diesen einfachen Aufbau erzielt werden.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale der Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung
sind in den Unteransprüchen
definiert.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
besitzt das erste oder das zweite Element der Hilfsantenneneinrichtung
eine größere Länge als
das andere. Die Elemente der Hilfsantenneneinrichtungen sind die
in einer V-Form orthogonal zueinander angeordneten Schlitze. Die
Schlitze haben bevorzugt eine rechtwinklige Form mit einem sie verbindenden
Brückenabschnitt
an dem Treffpunkt der V-Form. Andere Formen können jedoch auch in der Antenne
gemäß der Erfindung
realisiert werden, sofern die Form der Schlitze die gewünschte Anregung
der elektromagnetischen Signale erlaubt und die durch die Mitte
der Schlitze in ihrer Längsrichtung
verlaufenden Leitungen senkrecht zueinander sind. In einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die Breite jedes des ersten und des zweiten Elements
der Hilfsantenneneinrichtung von ihrer Einspeisungsseite zu deren
abgewandter Seite größer. Die
Schlitze haben damit jeweils eine konische Form, wobei die in ihrer Längsrichtung
verlaufenden Mittellinien der zwei Schlitze senkrecht zueinander
sind.
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Die
gesamte Schlitzlänge,
welche die Summe beider Schlitze der Hilfsantenneneinrichtung ist,
ist etwa eine Leitungswellenlänge
in dem Schlitz. Falls jedoch einer der zwei Schlitze länger als
der andere ist, weist das in dem gesamten Schlitz angeregte Feld
eine 90°-Phasendifferenz
zwischen den Komponenten in dem vertikalen und dem horizontalen
Schlitz oder den Armen der V-Form auf. Dies führt zu einer Phasenverschiebung
von 90° zwischen
der vertikalen und der horizontalen Komponente, welche durch den
horizontalen bzw. den vertikalen Arm abgestrahlt werden. Aufgrund
dieser Phasenverschiebung kann eine zirkular polarisierte Abstrahlung
mit der korrekten Betriebsfrequenz erzielt werden.
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Die Übertragungsleitung
kann verschiedene Konstruktionen haben, um die Antenne anzupassen.
Die Einspeisungsleitung stellt vorzugsweise eine Mikrostreifenleitung
dar. In einem Ausführungsbeispiel
weist die Übertragungsleitung
eine erste Leitung für
das erste Element der Hilfsantenneneinrichtung und eine zweite Leitung
für das
zweite Element der Hilfsantenneneinrichtung auf, wobei die erste
und die zweite Leitung zueinander koplanar sind. In einem weiteren
Ausführungsbeispiel
enthält
die Einspeisungsleitung einen konischen Abschnitt. Dieser Aufbau
der Einspeisungsleitung ist besonders vorteilhaft für Fälle, in
denen der reale Teil der Impedanz nicht auf die charakteristische
Impedanz der Einspeisung abgestimmt werden kann. Wenn in diesen Fällen der
reale Teil der Impedanz niedrig ist, wird eine Mikrostreifenleitung
mit niedriger Impedanz im Kopplungsbereich verwendet und durch die
konische Konstruktion an die gewünschte
Mikrostreifenleitung angepasst. Natürlich kann eine beliebige andere
Art einer bekannten Anpassungsstruktur verwendet werden.
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Die
Hilfsantenneneinrichtung und die Übertragungsleitung sind auf
einem dielektrischen Substrat angeordnet, welches bevorzugt eine
Dielektrizitätskonstante
von εr ≥ 1
besitzt. Ein geeignetes Material für das dielektrische Substrat
ist zum Beispiel Teflon-Glasfaser mit einer Dielektrizitätskonstante
von 2,17. Die Hilfsantenneneinrichtungen sind Schlitze, die bevorzugt
in einem metallbeschichteten Bereich auf einer der Seiten des dielektrischen
Substrats ausgebildet sind. Sie können durch Metallisieren einer
Seite des Substrats und Ätzen
der Schlitze in die Metallschicht durch bekannte Ätztechniken
erzielt werden. Die Einspeisungskonstruktion wird durch Aufbringen
eines Metalls auf die abgewandte Seite des Substrats in der gewünschten
Form erzielt.
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Die
Antenne gemäß der vorliegenden
Erfindung kann vorteilhafter Weise ferner eine Reflektoreinrichtung
aufweisen. Diese Reflektoreinrichtung, welche normaler Weise durch
eine Reflektorplatte oder -ebene dargestellt wird, kann zu der Rückseite
des dielektrischen Substrats beabstandet und parallel sein. Zwischen der
Reflektoreinrichtung oder -platte und der Rückseite des Substrats sollte
ein verlustarmes Material angeordnet sein. Auch wenn die erfindungsgemäße Antenne
ohne irgendeine Reflektoreinrichtung betrieben werden kann, kann
eine solche Einrichtung hinzugefügt
werden, um die Dipolverstärkung
der Antenne zu vergrößern und
die Rückseitenabstrahlung
zu verhindern.
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Die
erfindungsgemäße Antenne
ist insbesondere geeignet, um als Antennenelement in einer Phasenantennenanordnung
mit mehreren Antennenelementen angeordnet zu werden. Die planare
Phasenantennenanordnung kann durch Anordnen mehrerer Hilfsantenneneinrichtungen,
die jeweils zwei senkrechte Schlitze auf einem Substrat enthalten,
und Speisen dieser Anordnung mittels eines Einspeisungsnetzwerks,
das auf der abgewandten Seite des Substrats positioniert ist, erzielt
werden. In einer solchen Anordnung tragen die Vorteile der vorliegenden
Erfindung besonders Früchte.
Das Anordnen der Einspeisungsleitung auf der abgewandten Seite des
Substrats von der Hilfsantenneneinrichtung sieht eine Möglichkeit
des Entkoppelns des Einspeisungsnetzwerks von der Abstrahlkonstruktion
vor. Bei herkömmlichen
Antennen werden insbesondere in Anordnungen falsche unerwünschte Abstrahlkomponenten
aus dem Einspeisungsnetzwerk beobachtet. Diese Komponenten verringern
das Axialverhältnis
stark und sind deshalb unerwünscht.
In der Antenne gemäß der vorliegenden
Erfindung wird dagegen das Einspeisungsnetzwerk voll ständig von
der Hilfsantenneneinrichtung entkoppelt und die Abstrahlung wird
daher nur durch die gut steuerbare Hilfsantenneneinrichtung, nämlich die Abstrahlschlitze
bestimmt. Reflexionen von Geisterbildern werden deutlich gedämpft.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend in mehr Einzelheiten anhand
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die anhängenden
Zeichnungen erläutert.
Darin zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht
eines ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Draufsicht
eines zweiten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine schematische Querschnittsansicht
einer Antenne gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 eine schematische Draufsicht
eines dritten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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5 eine schematische Draufsicht
eines vierten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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6 ein Simulationsergebnis
des Echomaßes
der Antenne über
die Frequenz;
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7 ein Simulationsergebnis
des Axialverhältnisses
von zwei Antennen gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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8 ein Simulationsergebnis
der Verstärkung
von zwei Antennen in Aufwärtsrichtung über die
Frequenz;
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9 ein Simulationsergebnis
eines Strahlungsdiagramms in Richtung des horizontalen Schlitzes
für eine
Antenne gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer Reflektoreinrichtung;
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10 ein Simulationsergebnis
eines Strahlungsdiagramms in Richtung des horizontalen Schlitzes für eine Antenne
gemäß der vorliegenden
Erfindung ohne Reflektoreinrichtung.
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1 zeigt eine schematische
Draufsicht einer Antenne gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer Projektion von Schlitzen 2, 3 auf
einer Vorderseite 5 und einer Einspeisungsleitung 4 auf
einer Rückseite 6 eines
dielektrischen Substrats 1 in einer gemeinsamen Ebene.
Bei der Antenne gemäß der vorliegenden
Erfindung können
die Schlitze 2, 3 auf der Vorderseite 5 des
dielektrischen Substrats 1 durch Ätzen einer Metallschicht 7,
welche auf die Vorderseite 5 des Substrats 1 aufgebracht
worden ist, gebildet werden. Die Schlitze 2 und 3 sind
in einem Winkel von 90° zueinander
in einer V-Form angeordnet.
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In
dem in 1 gezeigten Beispiel
haben die Schlitze 2 und 3 jeweils eine rechtwinklige
Form und sind an ihrer Einspeisungsseite über einen Brückenabschnitt 8 verbunden.
Dieser Brückenabschnitt 8 besitzt
eine kleinere Breite als die Schlitze 2 und 3.
Aus dieser Verbindung der Schlitze 2 und 3 resultiert
eine Gesamtform der Hilfsantenneneinrichtung 2, 3, 8 in
einer V-Form, wobei die untere Spitze 12 des V abgeflacht
ist. Der Schlitz 2 hat eine Länge LS2 und
der Schlitz 3 hat eine Länge LS3.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Schlitz 3 etwas länger als der Schlitz 2 und
beide Schlitze haben eine Breite Ws. Es
liegt jedoch auch im Schutzumfang der Erfindung, eine Antenne vorzusehen,
bei welcher die Breite des ersten Schlitzes der Hilfsantenneneinrichtung
kleiner als die Breite des zweiten Schlitzes, der senkrecht zu dem
ersten Schlitz angeordnet ist, ist. Wie man aus 1 erkennen kann, beträgt der Winkel zwischen den
zwei Schlitzen 2 und 3 90°.
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Auf
der abgewandten Seite des Substrats 1 ist eine Einspeisungsleitung 4 zum
Führen
der Anregungswelle zu und von den Schlitzen 2 und 3 vorgesehen.
In dem Ausführungsbeispiel
von 1 ist die Einspeisungsleitung 4 eine
Mikrostreifen-Einspeisungsleitung
mit einer konstanten Breite W. Die Einspeisungsleitung 4 ist
so angeordnet, dass sie durch den zwischen den Schlitzen 2 und 3 gebildeten
Winkel von 90° in
einem Winkel von 45° läuft. Die
Länge L3 ist der Abschnitt der Einspeisungsleitung,
der mit dem durch die Schlitze 2 und 3 definierten
Bereich überlappt.
Diese Länge
L3 kann eingestellt werden, um den imaginären Teil
der komplexen Impedanz der Kopplungsebene zu minimieren. Auf diese
Weise kann die Antennenstruktur effektiv an die charakteristische
Impedanz der Einspeisungsleitung, welche zum Beispiel 50 Ω betragen
kann, angepasst werden. Das dem Abschnitt der Länge L3 abgewandte
Ende der Einspeisungsleitung 4 kann mit einem Einspeisungsnetzwerk
(nicht dargestellt) verbunden sein. Bei der erfindungsgemäßen Antenne
sind für
das Einspeisungsnetzwerk keine Gabelschaltungen oder Leistungsteiler
erforderlich.
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Die
Gesamtlänge
des Schlitzes (LS1, +LS2)
ist etwa eine Leitungswellenlänge
in dem Schlitz. Diese Länge
sowie die Breite des Schlitzes Ws können eingestellt
werden, um den korrekten realen Teil der Impedanz der Kopplung zu
erzielen und den korrekten Phasenwinkel der Feldkomponenten für eine zirkular
polarisierte Welle zu erzielen.
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Die
Funktionsweise der Antenne ist wie folgt. Die Anregungswelle wird
zu den Schlitzen 2 und 3 durch die Mikrostreifenleitung 4 geführt. Diese
Leitung 4 ist mechanisch nicht mit den Schlitzen 2 und 3 verbunden. Im
Bereich der Schlitze 2 und 3 regt die Magnetfeldkomponente
der Leitungswelle ziemlich ein elektrisches Feld in den Schlitzen 2 und 3 an.
Da die Länge
der Schlitze 2 und 3 wie oben erläutert geeignet
eingestellt ist, wird eine zirkular polarisierte Strahlung mit der
korrekten Betriebsfrequenz erzielt.
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In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind die Schlitze 2 und 3 auf
der dielektrischen Vorderseite 5 des Substrats 1 vorgesehen.
Die in diesem Ausführungsbeispiel
verwendete Einspeisungsleitung besitzt einen ersten Abschnitt 9,
der in einen zweiten konischen Abschnitt 10 endet und in
einem breiteren Streifen 11 resultiert. Der breitere Streifen 11 überlappt
teilweise mit dem durch die Schlitze 2 und 3 aufgespannten
Bereich. Dieser überlappende
Abschnitt wird als die Stichleitung bezeichnet und hat eine Länge L3. Der breitere Streifen 11 erstreckt
sich jedoch auch weiter über das
abgeflachte Ende 12 der V-förmigen Konstruktion der Schlitze 2 und 3 zu
dem konischen Abschnitt 10. Die Länge L3 der
Stichleitung kann eingestellt werden, um den imaginären Teil
der komplexen Impedanz in der Kopplungsebene zu minimieren. Der
Abschnitt des breiteren Streifens 11, der zwischen der
Stichleitung und dem konischen Abschnitt positioniert ist, besitzt
eine kleinere Länge
als die Stichleitung. Die Länge
dieses Zwischenabschnitts muss eingestellt werden, um eine gleich mäßige Führung der
angeregten Welle zu dem Schlitzbereich sicherzustellen. Das dem
konischen Abschnitt 11 abgewandte Ende des ersten Abschnitts 9 der Einspeisungsleitung 4 kann
mit einem Einspeisungsnetzwerk verbunden sein.
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In 3 ist eine schematische
Querschnittsansicht einer Antenne gemäß der Erfindung dargestellt. Das
Substrat 1 ist auf seiner Vorderseite 5 mit einer
Metallschicht 7 überzogen.
In dieser Schicht sind Schlitze 2 und 3 angeordnet
(nur Schlitz 2 ist in 3 dargestellt).
Auf der abgewandten Seite des Substrats 1, der dielektrischen
Rückseite 6,
ist die Einspeisungsleitung in Form einer Mikrostreifenleitung 4 dargestellt.
Die Einspeisungsleitung ist bevorzugt eine metallische Leitung,
welche auf der Rückseite 6 aufgebracht
ist. Es liegt jedoch auch im Schutzumfang der Erfindung, die Einspeisungsleitung 4 durch
einen Schlitz in einer auf der Rückseite 6 des
Substrats 1 aufgebrachten metallischen Schicht zu bilden.
Das in 3 dargestellte
Ausführungsbeispiel
ist ein Ausführungsbeispiel,
bei welchem das dielektrische Substrat durch ein verlustarmes Material 13 getragen
wird, auf dessen abgewandter Seite eine Reflektoreinrichtung 14 in
Form einer Metallreflektorebene angeordnet ist. Die Reflektorebene 14 ist
parallel zu der Rückseite 6 des
Substrats. Das verlustarme Material 13 kann Polyurethan,
ein mit Luft gefüllter
freier Raum oder ein anderes verlustarmes Material mit einer Dielektrizitätskonstante
nahe 1, bevorzugt weniger als 1,2 sein. Die Reflektoreinrichtung
dient der Vergrößerung der
Dipolverstärkung
der Antenne. Zu diesem Zweck kann der Abstand der Reflektorebene
zu der Rückseite
des dielektrischen Substrats 1 entsprechend eingestellt
werden. Der Abstand der Reflektorebene, insbesondere ihr Abstand
zur Mitte des Substrats 1, beträgt bevorzugt etwa eine (elektrische)
Viertelwellenlänge
der Mittelfrequenz (des Arbeitsbandes).
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In 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im
Wesentlichen dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel.
In 4 sind jedoch die Schlitze 2 und 3 konisch.
Die Breite Ws wird von der Einspeisungsseite des Schlitzes zu seiner
abgewandten Seite größer. Die
Breiten Ws, und WS1 sowie die Längen LS2 und LS3 der Schlitze
werden eingestellt, um einen korrekten realen Teil der Impedanz
in der Kopplungsebene und einen korrekten Phasenwinkel der Feldkomponenten
für eine
zirkular polarisierte Welle zu erzielen.
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In 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Einspeisungsleitung
durch eine koplanare Einspeisungsleitung bestehend aus zwei separaten
Leitungen 15 und 16 dargestellt. Die Leitungen 15 und 16 sind
auf der Rückseite 6 des
Substrats 1 angeordnet, während die Schlitze 2 und 3 auf
der Vorderseite 5 angeordnet sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Schlitze 2 und 3 nicht miteinander verbunden.
Die Leitung 15 speist den Schlitz 3, während die
Leitung 16 den Schlitz 2 speist.
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Jedes
der in 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele
ist zur Verwendung in einer Phasenantennenanordnung geeignet.
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Um
die ausgezeichneten Betriebswerte der Antenne gemäß der Erfindung
zu zeigen, wurden Simulationstests gemacht. Eine Antenne, wie sie
in 2 dargestellt ist,
wird mit und ohne Reflexionsebene für einen Betrieb bei 60 GHz
betrachtet. Die verwendeten Antennen hatten die geometrischen und
elektrischen Parameter, wie sie in der folgenden Tabelle gezeigt
sind:
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Die
simulierten Ergebnisse des Betriebs dieser Antennen, die mittels
einer MPIE (Mischpotenzial-Integralgleichung) basierend auf einer
Planarsoftware erzielt wurden, sind in 6 bis 10 gezeigt.
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In 6 ist der Reflexionskoeffizient
S11 in dB gegenüber der Frequenz in GHz für eine Antenne
gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. Das Frequenzband von 50 bis 70 GHz ist überdeckt.
Die gestrichelte Linie gibt den eingegebenen Reflexionskoeffizienten
einer Antenne (1) mit einer Reflexionsebene an und die durchgezogene
Linie gibt den eingegebenen Reflexionskoeffizienten einer Antenne
(2) ohne Reflexionsebene an. Man kann aus 6 erkennen, dass die Antennen mit und
ohne Reflexionsebene beide zwischen 58 und 64 GHz gut übereinstimmen.
Dieses Ergebnis überrascht,
da die Kopplungsimpedanz einen realen Teil von etwa 25 Ω zeigt.
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7 zeigt das Axialverhältnis einer
Antenne gemäß der vorliegenden
Erfindung über
die Frequenz. Das Axialverhältnis
kann bei der gewünschten
Frequenz von 60 GHz für
eine Antenne mit Reflektorebene nur 1 dB betragen.
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In 8 sind die Verstärkungen
gezeigt, die mit einer Antenne mit und ohne Reflektorebene erzielt wurden.
Aus dieser Figur wird offensichtlich, dass die Verstärkung einer
Antenne mit Reflektorebene etwa 2 dB höher als die Verstärkung einer
Antenne ohne Reflektorebene ist.
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In 9 und 10 sind die verschiedenen Verstärkungen
gezeigt, die mit einer Antenne mit und ohne Reflektorebene erzielt
wurden. Man kann aus diesen Figuren erkennen, dass die Abstrahlcharakteristik
einer Antenne mit Reflektorebene beinahe symmetrisch ist, während eine
kleine asymmetrische Komponente in der Charakteristik einer Antenne
ohne Reflektorplatte sichtbar ist. Die letztgenannte Antenne strahlt
auch eine größere Leistungsmenge
in die Rückrichtung,
was nicht erwünscht
ist. Daher kann man verstehen, dass eine Verstärkung, wie sie in 8 gezeigt ist, für eine Antenne
ohne Reflektor in der Hauptrichtung nur 1,2 dBi beträgt, während eine
Verstärkung
in der Hauptrichtung von 3,3 dBi durch die Verwendung einer Reflektorebene
in der Antenne erzielt werden kann. Theoretisch sollte die Reflektorebene
die Verstärkung
dieser Antenne um 3 dB erhöhen,
aber etwas Leistung geht aufgrund der Anregung eines Modus in dem
parallelen Hohl leiter verloren, der aus der oberen Metallschicht
und der Reflektorebene aufgebaut wird. Diese Moden können durch
die Verwendung von Kurzschlussstiften um den Anregungsbereich unterdrückt werden.
