DE69019194T2

DE69019194T2 - Ebene Antenne.

Info

Publication number: DE69019194T2
Application number: DE1990619194
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nakano; Tomozo Ohta; Hirohiko Yamamoto
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1990-02-15
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2010-02-16
Also published as: EP0383597B1; EP0383597A2; AU631599B2; JPH02214303A; AU4974090A; DE69019194D1; EP0383597A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein Planarantennen und spezieller betrifft sie eine Planarantenne mit einer Anordnung mehrerer Antennenelemente, die Mikrowellen direkt empfangen können, wie sie z.B. von einem Rundfunksatelliten übertragen werden.

Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik

Mit den jüngsten Fortschritten bei der Entwicklung weltraumbezogener Techniken und der Telekommunikationstechnologie hat das sogenannte Satellitendirektfunk(DBS = Direct Broadcasting by Satellite)-Empfangsantennensystem für die Industrie größere Wichtigkeit erlangt. Diese Art von System beinhaltet eine sogenannte Parabolantenne oder eine Planarantenne als Empfangseinrichtung. Insbesondere verfügt eine Planarantenne über viele Vorteile. Da sie kleine Dicke aufweist, ist sie nicht voluminös und sie ist leicht handhabbar. Darüber hinaus ist sie gegen Beschädigungen durch Wind oder Schnee sehr unempfindlich, sie kann leicht installiert werden und sie verfügt über ein Aussehen, das dem einer Parabolantenne überlegen ist. Daher besteht derzeit zunehmender Bedarf für weitere Entwicklung und Verbesserung von Planarantennen.
Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagranm eines DBS-Empfangssystems mit einer Planarantenne. Gemäß dem Diagramm weist eine Planarantenne 20 im wesentlichen mehrere Antennenelemente 22 auf, die zweidimensional angeordnet sind und durch eine Speiseleitung 24 kombiniert sind. Der Ausgangsanschluß 26 des Speiseleitungsnetzes ist mit einem Umsetzer 28 zum Umsetzen der Frequenz der von einem (nicht dargestellten) Rundfunksatelliten gesendeten Mikrowelle, wie sie von den Antennenelementen 22 empfangen wird, von ungefähr 12 GHz in ungefähr 1 GHz umzusetzen. Der Umsetzer 28 ist über ein Koaxialkabel 30 mit einem Tuner 32 verbunden, der mit einem Fernsehgerät 34 verbunden ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nun der Betrieb eines üblichen DBS-Empfangssystems beschrieben. Eine von einem (nicht dargestellten) Rundfunksatelliten gesendete Mikrowelle erreicht als ebene Welle gleichzeitig jedes der Antennenelemente 22. Die Antennenelemente 22 werden durch die Mikrowelle so angeregt, daß in ihnen Hochfrequenzsignale induziert werden. Die Hochfrequenzsignale werden über die Speiseleitung 24 in den Umsetzer 28 eingegeben. Die Speiseleitung 24 wird mit einer Länge ausgewählt, die es ermöglicht, daß die Hochfrequenzsignale von den Antennenelementen 22 phasengleich kombiniert werden können, bevor sie an den Umsetzer 28 gegeben werden.
Die Signale, die im Umsetzer 28 auf eine Frequenz von ungefähr 1 GHz umgesetzt wurden und verstärkt wurden, werden dem Tuner 32 zugeführt. Der Tuner 32 entnimmt aus den ins 1-GHz- Band frequenzumgesetzten Signalen diejenigen in gewünschten Kanälen, teilt sie in Audio- und Videosignale auf und führt sie dem Fernsehgerät 34 zu.
Eine detaillierte Beschreibung einer Planarantenne befindet sich z.B. in "PLANAR ANTENNAS FOR SATELLITE RECEPTION" von Koichi Ito et al (IEEE TRANSACTIONS ON BROADCASTING, Vol. 34, No. 4, Dezember 1988, S. 457-464). In folgenden wird eine herkömmliche Planarantenne grob beschrieben.
Gemäß Fig. 3 ist ein bei einer herkömmlichen Planarantenne verwendetes Antennenelement 22 eine Antenne mit einer aufgehängten Speiseleitung mit folgendem: einem dielektrischen Substrat 42, einem aus einem Leiter auf einer Seite des dielektrischen Substrats 42 ausgebildeten Strahlungselement 36, einer Speiseleitung 24, einer ersten Masseebene 38, die aus einem Leiter besteht und so angeordnet ist, daß sie der Fläche des dielektrischen Substrats 42, auf der das Strahlungselement 36 ausgebildet ist, zugewandt ist, und die einen Vorsprung 46 aufweist, der sich so erstreckt, daß er das dielektrische Substrat 42 am Rand des Antennenelements 22 kontaktiert, und einer Strahlungsöffnung 44 zum Durchlassen von Mirkowellen in einem Bereich, der dem Strahlungselement 36 zugewandt ist, und einer zweiten Masseebene 40, die aus einem Leiter besteht, der auf der der ersten Masseebene 38 gegenüberliegenden Seite in bezug auf das dielektrische Substrat 42 angeordnet ist, und die einen Vorsprung 48 aufweist, der sich zum dielektrischen Substrat 42 hin erstreckt, um, zusammen mit dem Vorsprung 46, dieses dielektrische Substrat zwischen diesen Vorsprüngen zu halten.
Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine Anordnung von Strahlungselementen 36 und der Speiseleitung 24 zeigt. Die Planarantenne verfügt über eine zweidimensionale Anordnung von 200 bis 1000 Antennenelementen 22, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind.
Gemäß Fig. 3 beinhaltet das Antennenelement 22 einen Mikrostreifenresonator aus dem dielektrischen Substrat 42, dem Strahlungselement 36, der ersten Masseebene 38 mit der Strahlungsöffnung 44 und der zweiten Masseebene 40. Das dielektrische Substrat 42 wird zwischen den Vorsprüngen 46 und 48 gehalten und es ist mit einen vorgegebenen Abstand zu den Masseebenen 38 und 40 aufgehängt. Die Speiseleitung 24 wird durch das dielektrische Substrat 42 in der Luft gehalten, um die Verluste von Signalen zu verringern, die sich über die Speiseleitung 24 ausbreiten.
Das Strahlungselement 36 verfügt über solche Abmessungen, daß es bei einer Funkwelle mit einer Frequenz im Mikrowellenband (ungefähr 12 GHz), wie beim DBS-Empfang verwendet, in Resonanz ist. D.b., daß das Strahlungselement 36 eine Scheibe mit einem Durchmesser ist, der der Wellenlänge der Mikrowellen multipliziert mit 1,84/π entspricht, oder ein Quadrat mit Seiten mit ungefähr der halben Wellenlänge der Mikrowellen.
Die von einem (nicht dargestellten) Rundfunksatelliten übertragene Mikrowelle erreicht das Strahlungselement 36 durch die Strahlungsöffnung 44 hindurch, um es anzuregen, wodurch ein Hochfrequenzsignal induziert wird. Das induzierte Hochfrequenzsignal breitet sich, wie oben beschrieben, durch die Speiseleitung 24 aus und wird in den Umsetzer 28 von Fig. 1 eingegeben. Da eine Anzahl hochfrequenter Signale von den Antennenelementen 22 gleichphasig kombiniert und in den Umsetzer 28 eingegeben wird, kann Empfang des Satellitenfunksignals mit guter Ausgangsleistung erzielt werden.
Eine herkömmliche Planarantenne weist jedoch Mängel auf, wie es nachfolgend beschrieben wird. Jedes Antennenelement ist zu klein, um für hohen Gewinn zu sorgen. Daher ist eine Anzahl von Antennenelementen erforderlich, um das DBS-Signal mit hoher Wiedergabetreue zu empfangen. Eine Anzahl von Antennenelementen muß miteinander verbunden werden, um die Ausgangssignale zu kombinieren. Dies führt zu einer längeren Speiseleitung, was die Verluste der empfangenen Signale in dieser erhöht. Darüber hinaus tritt, wenn eine Anzahl von Antennenelementen eng beieinander angeordnet wird, wechselseitige Kopplung zwischen den Speiseleitungen sowie zwischen einer Speiseleitung und den Antennenelementen auf, was ebenfalls die Verluste der empfangenen Signale erhöht. Demgemäß ist der Empfangswirkungsgrad bei einer herkömmlichen Planarantenne gering.
EP-A-0 108 463 beschreibt eine Planarantenne, bei der zwei Schichten eine dielektrische Folie zwischen sich ohne Zwischenraum zwischen der Schicht und der Folie einklemmen. Jedes Antennenelement weist in einer der Schichten eine kreisförmige Öffnung und in der anderen Schicht eine kreisförmige Aussparung auf, die zusammen einen wellenleiterähnlichen Hohlraumresonator festlegen. Die dielektrische Folie trägt zwei Übertragungsleitungen, die sich zueinander rechtwinklig in diesen Hohlraumresonator hineinerstrecken.
EP-A-0 252 779 bechreibt eine Planarantenne, bei der zwei selbsttragende Masseplatten auf den jeweiligen Seiten einer dielektrischen Folie angeordnet sind. Die zwei Platten verfügen über zusammenwirkende kreisförmige Öffnungen an jedem Antennenelement, die ein Paar zueinander rechtwinkliger Übertragungsleitungen freilegen, die von der dielektrischen Folie gehalten werden. Auch diese Struktur kann an jeweiligen Seiten Felder geschlossener hinterer Hohlraumresonatoren und offener vorderer Hohlraumresonatoren beinhalten, die in Übereinstimmung mit den kreisförmigen Öffnungen angeordnet sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung erfolgte zum Überwinden der vorstehend genannten Schwierigkeiten.
Ein Gesichtspunkt der Erfindung ist es, den Empfangswirkungsgrad einer Planarantenne zu verbessern.
Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung ist es, eine Planarantenne zu schaffen, die guten Empfang mit weniger Antennenelementen bieten kann.
Noch ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung ist es, eine Planarantenne zu schaffen, die Signale mit verbessertem Empfangswirkungsgrad mit einer kleineren Anzahl von Antennenelementen empfangen kann, die so ausgebildet sind, daß sie höheren Antennengewinn zeigen.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist es, die Verluste empfangener Signale in einer Speiseleitung zu verringern, die diese von den Antennenelementen abzieht.
Ein noch weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist es, die Länge einer Speiseleitung zu verringern, die die von den Antennenelementen empfangenen Signale abzieht.
Die Erfindung schafft eine Planarantenne zum Empfangen eintreffender Funkwellen, mit:
- einem dielektrischen Substrat mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche;
- einer ersten Masseebeneplatte, die so angeordnet ist, daß sie der ersten Fläche unter Einhaltung eines vorgegebenen ersten Abstands zugewandt ist, und die über eine Anordnung mehrerer Öffnungen verfügt, durch die die Funkwellen hindurchtreten können, um das dielektrische Substrat zu erreichen;
- einer zweiten Masseebeneplatte, die so angeordnet ist, daß sie der zweiten Fläche unter Einhaltung eines vorgegebenen zweiten Abstands zugewandt ist;
- einer Anordnung mehrerer Strahlungselemente, die auf der ersten Fläche in Übereinstimmung mit der Anordnung der mehreren Öffnungen ausgebildet sind, wobei jedes Strahlungselement eine kleinere Fläche als die zugeordnete Öffnung aufweist;
- einer Signalabzieheinrichtung, die auf der ersten Fläche ausgebildet ist, um Signale zu kombinieren, wie sie durch die Funkwellen in jedem der Strahlungselemente induziert wurden, um ein Antennenausgangssignal zu erzeugen; und
- einer Wellenleitereinrichtung, die an jeder der Öffnungen ausgebildet ist;
- wobei die Wellenleitereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie an einer Öffnung eintreffende Funkwellen zum zugeordneten Strahlungselement führt und auf dieses konzentriert;
- wobei jede Wellenleitereinrichtung Seitenwandteile aufweist, die durch Abschnitte der ersten Masseebeneplatte gebildet sind, die sich vom Umfang der Öffnung in den Raum hinein erstrecken, wie er durch den ersten vorgegebenen Abstand festgelegt wird, um einen Wellenleiterpfad festzulegen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt der durch die Seitenwandteile festgelegte Wellenleiterpfad in Form eines Stumpfs vor, bei dem die Öffnung an der Bodenfläche vorhanden ist und eine zweite Öffnung, die kleiner als diese Öffnung ist, an der Deckfläche vorhanden ist.
Funkwellen, die an einer Öffnung der ersten Masseebeneplatte eingetroffen sind, werden durch die Wellenleitereinrichtung zu einem Strahlungelement geleitet und gleichzeitig auf dieses konzentriert. D.b., daß eintreffende Funkwellen durch den Wellenleiterpfad mit Stumpfform, wie durch die Seitenwandteile festgelegt, geführt werden und durch die zweite Öffnung an das Strahlungselement gelegt werden.
Die zweite Öffnung weist eine kleinere Fläche als die Öffnung der ersten Masseebeneplatte auf, und Funkwellen, die den Wellenleiterpfad entlanglaufen, werden so reflektiert, daß sie sich an der zweiten Öffnung konzentrieren. Daher wird die Menge der auf das Strahlungselement wirkenden Funkwellen größer im Vergleich zum Fall ohne die Verwendung eines solchen Wellenleiterteils. Demgemäß wird auch die Stärke der Signale größer, die in jedem der Strahlungselemente induziert werden.
Mit einer erfindungsgemäßen Planarantenne können eintreffende Funkwellen mit einer kleineren Anzahl von Strahlungselementen empfangen werden, um dieselbe Ausgangsleistung wie bei einer herkömmlichen Planarantenne zu erzielen. Die Verringerung der Anzahl von Strahlungselementen ermöglicht es, die Länge eines Signalabziehnetzes wie einer Speiseleitung, die die Strahlungselemente miteinander verbindet, zu verringern, um ein Antennenausgangssignal abzuziehen. Mit der Verringerung der Speiseleitungslänge nehmen auch die Speiseleitungsverluste ab. Ferner haben die wechselseitigen Kopplungen zwischen den Strahlungselementen und einer Speiseleitung oder zwischen Speiseleitungen verringerte Stärke, da Strahlungselemente mit vergrößerten gegenseitigen Zwischenräumen eine gute Ausgangsleistung ergeben. Im Ergebnis sind die Speiseleitungsverluste weiter verringert, was den Empfangswirkungsgrad verbessert.
Demgemäß kann eine Planarantenne mit verbessertem Empfangswirkungsgrad geschaffen werden.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Erscheinungsformen und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen DBS-Empfangssystems.
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf mehrere Empfangselemente und Speiseleitungen.
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch ein einzelnes Antennenelement einer herkömmlichen Planarantenne.
Fig. 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Planarantenne gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 5 ist ein Querschnitt durch einen Teil der Planarantenne gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 6 ist eine perspektivische Teilschnittansicht der Planarantenne gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 7 ist eine geschnittene Seitenansicht einer ersten Masseebene.
Fig. 8A ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Teils der ersten Masseebene.
Fig. 8B ist eine perspektivische Ansicht eines zweiten Teils der ersten Masseebene.
Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm, das die Anordnung von Strahlungselementen, Speiseleitungen und Strahlungsöffnungen der Planarantenne gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 10 und 11A sind Draufsichten auf das erste Teil der ersten Masseebene.
Fig. 11B und 11C sind Querschnitte durch das erste Teil der ersten Masseebene.
Fig. 12 und 13A sind Draufsichten auf das zweite Teil der ersten Masseebene.
Fig. 13B und 13C sind Querschnitte durch das zweite Teil der ersten Masseebene.
Fig. 14 ist ein Querschnitt durch ein Antennenelement einer Planarantenne gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 15 ist eine Draufsicht auf eine erste Masseebene, die eine in einer Planarantenne gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildete Strahlungsöffnung zeigt.
Fig. 16 ist ein Querschnitt in Richtung der Pfeile XVI-XVI in Fig. 15.
Fig. 17 ist eine perspektivische Ansicht der ersten Masseebene und der Strahlungsöffnung, wie in den Fig. 15 und 16 dargestellt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Gemäß den Fig. 4 bis 6 weist eine Planarantenne 58 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung folgendes auf: ein dielektrisches Substrat 42 mit Strahlungselementen 36 und Speiseleitungen 24, die auf einer Seite ausgebildet sind, einen dielektrischen Abstandshalter 52, der auf derjenigen Seite des dielektrischen Substrats 42 angeordnet ist, auf der die Strahlungselemente 36 ausgebildet sind, eine erste Masseebene 50 aus einem Leiter, der am dielektrischen Abstandshalter 52 anzubringen ist und der mehrere Strahlungsöffnungen 66 mit jeweils gleicher Abmsessung aufweist, die jeweils an einer Position angeordnet sind, die einem der Strahlungselemente 36 entspricht, einen dielektrischen Abstandshalter 54, der auf der anderen Seite des dielektrischen Substrats 42 in bezug auf die erste Masseebene 50 angeordnet ist, und eine zweite Masseebene 56 aus einem Leiter, der unter dem dielektrischen Abstandshalter 54 ausgebildet ist.
Die erste Masseebene 50 beinhaltet ein erstes Teil 50a mit quadratischen Öffnungen 62, von denen jede an einer Position ausgebildet ist, die einem der Strahlungselemente 36 entspricht, und ein zweites Teil 50b mit Öffnungen 54 derselben Form wie derjenigen der Öffnungen 62. Das erste und zweite Teil 50a und 50b sind so positioniert und so miteinander verbunden, daß die Öffnungen 62 und 64 zueinander passen.
Gemäß Fig. 8A ist an jeweils gegenüberliegenden Seiten einer quadratischen Öffnung 62 im ersten Teil 50a ein Paar gleichschenkliger, trapezförmiger Herausrageteile 70a und 70b ausgebildet, die sich zur Mitte der Öffnung 62 hin erstrecken. Auf ähnliche Weise ist, gemäß Fig. 8B, an den entgegengesetzten Seiten der quadratischen Öffnung 64, die nicht den Seiten der Herausrageteile 70a und 70b entsprechen, ein Paar gleichschenkliger, trapezförmiger Herausrageteile 72a und 72b ausgebildet, die sich auf dieselbe Weise nach unten erstrecken.
Das erste und das zweite Teil 50a und 50b, der dielektrische Abstandshalter 52, das dielektrische Substrat 42, der dielektrische Abstandshalter 54 und die zweite Masseebene 56 sind über Schrauben 60a bis 60d in ihnen Ecken miteinander verbunden. Das erste und das zweite Teil 50a und 50b sind so aufeinandergesetzt, daß die Öffnungen 62 und 64 zueinander passen, wie oben beschrieben, wodurch die erste Masseebene 50 gebildet wird. Jeder der Öffnungen 62 ist eine der Öffnungen 64 überlagert, wodurch eine Strahlungsöffnung 66 gebildet ist, die Seiten aufweist, die durch Seitenwände 67 festgelegt werden, die aus einem Paar Herausrageteile 70a und 70b und einem anderen Paar Herausrageteile 72a und 72b bestehen, die dicht aneinandergrenzen.
Die Konfiguration und die Abmessung der Herausrageteile 70a, 70b, 72a und 72b sind so ausgewählt, daß die Strahlungsöffnung 66 am Boden die Querschnittsform eines kleinen Quadrats aufweist (wo die erste Masseebene 50 den dielektrischen Abstandhalter 52 berührt) und daß es an der Oberfläche der ersten Masseebene 50 die Querschnittsform eines großen Quadrats hat. Daher bildet die Strahlungsöffnung 66, wie in den Fig. 5 bis 7 dargestellt, einen elektromagnetischen Strahlungstrichter, der sich so erstreckt, daß er die Form eines Pyramidenstumpfs hat.
Gemäß Fig. 9 ist eine Anordnung aus den Strahlungselementen 36 und einem Kreismuster der Speiseleitungen 24 auf einem (nicht dargestellten) dielektrischen Substrat durch Ätzen einer leitenden Folie ausgebildet. Jedes der Strahlungselemente 36 ist quadratisch, wobei eine Seite ungefähr die Hälfte der Wellenlänge einer Mikrowelle hat. Die Strahlungselemente 36 und die Strahlungsöffnungen 66 sind an solchen Positionen ausgebildet, daß sie in der Anordnung mit konzentrischer Beziehung übereinanderliegen können.
Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel schließt jede Seite eines Strahlungselements 36 und jede Seite des quadratischen Schnitts einer Strahlungsöffnung 66 z.B. jeweils 45º ein. Es ist empirisch bekannt, daß ein solcher Winkel von 45º es ermöglicht, daß ein Antennenelement den höchstmöglichen Antennengewinn zeigt, obwohl theoretisch sichere Gründe hierfür nicht gefunden wurden. Das Strahlungselement 36 bildet zusammen mit der zweiten Masseebene 56 einen nicht abgestimmten planaren Resonatorkreis.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 9 wird nachfolgend der Betrieb der Planarantenne gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine Mikrowelle, wie sie von einer Signalquelle wie einem (nicht dargestellten) Rundfunksatelliten gesendet wird, erreicht die erste Masseebene 50 der Planarantenne 58 als ebene Welle. Eine Mikrowelle, die an der Eintrittsöffnung einer Strahlungsöffnung 66 in der ersten Masseebene 50 angekommen ist, läuft weiter zum Boden der Strahlungsöffnung 66. Dabei wird eine Mikrowelle, die die Seitenwände 67 der Strahlungsöffnung 66 erreicht hat, dort reflektiert und läuft weiter zu einer anderen offenen Stelle, die im Boden der Strahlungsöffnung 66 ausgebildet ist, wobei die Laufrichtung geändert wird. Daher werden die durch die Seitenwände reflektierten Wellen und andere direkte Wellen innerhalb der Strahlungsöffnung 66 überlagert, und auf das Strahlungselement 36 konzentriert.
Da die Strahlungselemente 36 und die zweite Masseebene 56 einen Resonator bilden, wird das Strahlungselement 36 durch die Mikrowelle angeregt. Im Strahlungselement 36 wird durch die eintreffende Mikrowelle ein hochfrequentes Signal induziert.
Die induzierten Hochfrequenzsignale werden als Empfangssignale gesammelt und über die Speiseleitungen 24 in den Umsetzer 28 gegeben, wie in Fig. 1 dargestellt.
Bei der Planarantenne gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel dienen die in der ersten Masseebene 50 ausgebildeten Strahlungslöcher 66 als elektromagnetische Strahlungstrichter. Daher werden Funkwellen, die in einer größeren Fläche eingetroffen sind als es derjenigen eines Strahlungselements 36 entspricht, durch die Strahlungsöffnung 66 auf das Strahlungselement 36 konzentriert. Demgemäß zeigt das Strahlungselement 36 höheren Antennengewinn, so daß sogar eine kleinere Anzahl von Elementen vollständigen Empfang von Mikrowellen ermöglicht.
Ferner sind, da die Antennenelemente nicht dicht beieinander angeordnet werden müssen, wechselseitige Kopplungen zwischen den Speiseleitungen sowie zwischen den Speiseleitungen und den Strahlungselementen verringert und demgemäß sind die Verluste für empfangene Funkwellen verringert. Dies ermöglicht ebenfalls eine Verringerung der Gesamtlänge der Speiseleitungen, so daß die Verluste empfangener Funkwellen durch die Speiseleitungen weiter verringert sind.
Wie in Fig. 9 dargestellt, können die Speiseleitungsverluste weiter verringert werden, wenn eine Speiseleitung 24 an einer Position angeordnet ist, an der sie durch einen Hohlraum 68 abgeschirmt ist, der zwischen zwei benachbarten Strahlungsöffnungen 66 ausgebildet ist. Im Ergebnis kann eine Planarantenne erhalten werden, die hinsichtlich ihres Empfangswirkungsgrads einer herkömmlichen überlegen ist.
Das erste und das zweite Teil 50a und 50b, wie sie in den Fig. 8A bzw. 8B dargestellt sind, können auf die folgende Weise hergestellt werden. Gemäß Fig. 10 wird eine Platte aus einem Leiter, wie eine Metallplatte, für das erste Teil 50a bereitgestellt, in der ein Stanzloch 62a, wie es schraffiert dargestellt ist, durch Pressen oder dergleichen ausgebildet wird. Das Loch 62a weist quadratische Form mit zwei Herausrageteilen 67a und 67b auf, die gleichschenklige Trapeze sind, die an entgegengesetzten Seiten ausgestanzt sind.
Gemäß den Fig. 11A bis 11C sind die zwei gleichschenkligen Trapeze 67a und 67b an ihren Grundlinien nach unten abgefalzt. Die gleichschenkligen Trapeze 67a und 67b bilden jeweils entgegengesetzte Seiten 67 einer Strahlungsöffnung 66.
Gemäß den Fig. 12 bis 13C weist das zweite Teil 50b ebenfalls ein darin ausgebildetes Loch 64a auf, das entsprechend zwei gleichschenklige Trapeze 67c und 67d beläßt. Die gleichschenkligen Trapeze 67c und 67d sind ebenfalls entlang ihren Grundlinien nach unten abgefalzt.
Das erste und das zweite Teil 50a und 50b sind durch Löten oder dergleichen miteinander verbunden, wodurch die erste Masseebene 50 gebildet ist. Die gleichschenkligen Trapeze 67a, 67b, 67c und 67d grenzen eng aneinander an, wodurch sie Seitenwände 67 der Strahlungsöffnung 66 bilden. Die zwischen diesen Seitenwänden 67 und der ersten Masseebene 50 ausgebildeten Winkel können nach Wunsch dadurch eingestellt werden, daß die Konfiguration der Stanzlöcher 60a und 64a geändert wird.
Beim vorstehend genannten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind zwischen dem dielektrischen Substrat 42 und der ersten und der zweiten Masseebene 50 und 56 die dielektrischen Abstandhalter 52 bzw. 54 angeordnet. Die Erfindung zeichnet sich jedoch durch die dreidimensionale Konfiguration der in der ersten Masseebene 50 ausgebildeten Strahlungsöffnungen 66 aus, so daß diese dielektrischen Abstandhalter 52 und 54 für die Erfindung nicht wesentlich sind.
Indessen sollte das Schaltungsmuster der Speiseleitungen 24 jeweils verschiedene Konfiguration abhängig davon aufweisen, ob die empfangene Mikrowelle eine rechtszirkularpolarisierte Welle oder eine linkszirkularpolarisierte Welle ist. Diese Typen zirkularpolarisierter Wellen, wie sie jeweiligen Ländern zugeordnet sind, sind vorgegeben. Ferner können auf den Schaltungsmustern der Speiseleitungen Teile wie ein Widerstandschip oder ein FET (Feldeffekttransistor) ausgebildet sein.
Fig. 14 zeigt ein Antennenelement einer Planarantenne gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Was bei dem in Fig. 14 dargestellten Antennenelement gegenüber dem in Fig. 3 dargestellten herkömmlichen verschieden ist, ist die Tatsache, daß unter einer ersten Masseebene 38 um eine Strahlungsöffnung 44 herum ein elektromagnetischer Strahlungstrichter ausgebildet ist, der durch Seitenwände 45 gebildet wird. In den Fig. 14 und 3 sind entsprechende Teile durch gleiche Bezugszahlen und Namen gekennzeichnet. Da entsprechende Teile ebenfalls entsprechende Funktionen aufweisen, wird hier keine detaillierte Beschreibung dazu wiederholt.
Gemäß Fig. 14 ist, dank des durch die Seitenwände 45 gebildeten elektromagnetischen Strahlungstrichters, die Ausgangsleistung des Strahlungselements 36 im Vergleich zum Herkömmlichen erhöht. Daher ist es ersichtlich, daß eine Planarantenne mit den Antennenelementen gemäß diesem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel Mikrowellen mit hohem Wirkungsgrad empfangen kann, genauso wie die Planarantenne gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Strahlungsöffnungen 66 quadratischen Querschnitt auf. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern die in der ersten Masseebene ausgebildeten Strahlungslöcher können jeden beliebigen Querschnitt aufweisen, solange sie nur als elektromagnetische Strahlungstrichter wirken. Die Fig. 15 bis 17 zeigen die erste Masseebene einer Planarantenne gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der eine Strahlungsöffnung nicht nur kreisförmigen Querschnitt aufweist, sondern auch gerillte Seitenwände.
Gemäß den Fig. 15 bis 17 verfügt die erste Masseebene 50 der Planarantenne gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel über mehrere darin ausgebildete trichterförmige Strahlungsöffnungen 74. Eine Strahlungsöffnung 74 liegt in Form eines Kegelstumpfs vor, wie er durch eine Seitenwand 75 festgelegt wird, und sie verfügt über eine kreisförmige Öffnung, die in der Fläche der ersten Masseebene 50 als Bodenfläche ausgebildet ist, und eine Spitze zu einem (nicht dargestellten) Strahlungselement hin, die in der Richtung parallel zur Fläche der ersten Masseebene 50 abgeschnitten ist. Die abgeschnittene Seite des Stumpfs bildet die andere Öffnung 78 der Strahlungsöffnung 74.
Innerhalb der Seitenwand 75 der Strahlungsöffnung 74 sind vier ringförmige Vorsprünge 76a bis 76d ausgebildet.
Durch eine erste Masseebene 50, die Strahlungsöffnungen 74 mit der in den Fig. 15 bis 17 dargestellten Konfiguration aufweist, können die Aufgaben gemäß der Erfindung ebenfalls gelöst werden. Anders gesagt, können die Antennenverstärkungen der Strahlungselemente dadurch erhöht werden, daß Mikrowellen, die in eine Öffnung 74 mit relativ großer Fläche einfallen, durch die Strahlungsöffnung 74 auf die andere Öffnung 78 mit relativ kleiner Fläche konzentriert werden, wo sie auf ein (nicht dargestelltes) Strahlungselement einwirken. Im Ergebnis kann, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, eine Planarantenne mit gutem Empfangswirkungsgrad geschaffen werden.
Indessen kann die erste Masseebene 50 dieses dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels dadurch erhalten werden, daß z.B. ein metallisierter Kunststoff geformt wird. Selbstverständlich kann die Strahlungsöffnung jede beliebige Form aufweisen, wie die eines Sechsecks, wie auch die eines Quadrats oder eines Kreises.

Claims

1. Planarantenne zum Empfangen eintreffender Funkwellen, mit:

- einem dielektrischen Substrat (42) mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche;

- einer ersten Masseebeneplatte (38, 50), die so angeordnet ist, daß sie der ersten Fläche unter Einhaltung eines vorgegebenen ersten Abstands zugewandt ist, und die über eine Anordnung mehrerer Öffnungen (44, 66, 74) verfügt, durch die die Funkwellen hindurchtreten können, um das dielektrische Substrat (42) zu erreichen;

- einer zweiten Masseebeneplatte (40, 56), die so angeordnet ist, daß sie der zweiten Fläche unter Einhaltung eines vorgegebenen zweiten Abstands zugewandt ist;

- einer Anordnung mehrerer Strahlungselemente (36), die auf der ersten Fläche in Übereinstimmung mit der Anordnung der mehreren Öffnungen (44, 66, 74) ausgebildet sind, wobei jedes Strahlungselement eine kleinere Fläche als die zugeordnete Öffnung aufweist;

- einer Signalabzieheinrichtung (24), die auf der ersten Fläche ausgebildet ist, um Signale zu kombinieren, wie sie durch die Funkwellen in jedem der Strahlungselemente (36) induziert wurden, um ein Antennenausgangssignal zu erzeugen; und

- einer Wellenleitereinrichtung, die an jeder der Öffnungen (44, 66, 74) ausgebildet ist;

dadurch gekennzeichnet, daß:

- die Wellenleitereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie an einer Öffnung (44, 66, 74) eintreffende Funkwellen zum zugeordneten Strahlungselement (36) führt und auf dieses konzentriert;

- wobei jede Wellenleitereinrichtung Seitenwandteile (45, 67, 75) aufweist, die durch Abschnitte (67a, 67b, 67c, 67d) der ersten Masseebeneplatte gebildet sind, die sich vom Umfang der Öffnung in den Raum hinein erstrecken, wie er durch den ersten vorgegebenen Abstand festgelegt wird, um einen Wellenleiterpfad festzulegen.

2. Planarantenne nach Anspruch 1, bei der der durch die Seitenwandteile (45, 67, 75) festgelegte Wellenleiterpfad in Form eines Stumpfs vorliegt, der die genannte Öffnung (44, 66, 74) als Bodenfläche aufweist, und der eine zweite Öffnung, die kleiner als diese Öffnung (44, 66, 74) ist, als Deckfläche aufweist.

3. Planarantenne nach Anspruch 2, bei der der Stumpf ein Pyramidenstumpf ist.

4. Planarantenne nach Anspruch 2, bei der der Stumpf ein Stumpf einer quadratischen Pyramide ist.

5. Planarantenne nach Anspruch 4, bei der die Seitenwandteile aus gleichschenkligen Trapezen (70a, 70b, 72a, 72b) bestehen.

6. Planarantenne nach Anspruch 5, bei der die erste Masseebeneplatte (50) zwei übereinandergelegte leitende Platten (50a, 50b) aufweist, die jeweils die mehreren Öffnungen (62, 64) enthalten und für ein jeweiliges Paar der Seitenwandteile (70a, 70b; 72a, 72b) sorgen.

7. Planarantenne nach Anspruch 2, bei der der Stumpf ein Kegelstumpf ist.

8. Planarantenne nach Anspruch 7, bei der die Wellenleitereinrichtung ferner Vorsprünge (76a bis 76d) aufweist, die an den Seiten der den Wellenleiterpfad festlegenden Seitenwandteile (75) vorhanden sind.

9. Planarantenne nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei der die erste Masseebeneplatte (50) aus metallisiertem Kunststoff besteht.

10. Planarantenne nach Anspruch 1, ferner mit einer Halteeinrichtung für die erste Platte zum Halten der ersten Masseebeneplatte (38, 50) in einer position, die um den ersten Abstand entfernt vom dielektrischen Substrat (42) liegt.

11. Planarantenne nach Anspruch 10, bei der die Halteeinrichtung für die erste Platte eine dielektrische Schicht (52) aufweist, die zwischen die erste Masseebeneplatte (50) und das dielektrische Substrat (42) eingebettet ist.

12. Planarantenne nach Anspruch 1, ferner mit einer Halteeinrichtung für eine zweite Platte zum Halten der zweiten Masseebeneplatte (40, 56) an einer position, die um den zweiten Abstand vom dielektrischen Substrat (42) entfernt ist.

13. Planarantenne nach Anspruch 12, bei der die Halteeinrichtung für die zweite Platte eine dielektrische Schicht (54) aufweist, die zwischen die zweite Masseebeneplatte (56) und das dielektrische Substrat (42) eingebettet ist.

14. Planarantenne nach Anspruch 1, ferner mit einer Halteeinrichtung für ein dielektrisches Substrat zum Halten des dielektrischen Substrats (42) so, daß es um den ersten Abstand entfernt von der ersten Masseebeneplatte (38) und um den zweiten Abstand entfernt von der zweiten Masseebeneplatte (40) liegt.

15. Planarantenne nach Anspruch 14, bei der die Halteeinrichtung für das dielektrische Substrat folgendes aufweist:

- ein erstes vorspringendes Teil (46), das an derjenigen Fläche der ersten Masseebeneplatte (38) vorhanden ist, die dem dielektrischen Substrat (42) zugewandt ist, und zwar so, daß es zur ersten Fläche des dielektrischen Substrats (42) vorspringt und in Kontakt mit dieser steht; und

- ein zweites vorspringendes Teil (48), das an derjenigen Fläche der zweiten Masseebeneplatte (40) vorhanden ist, die dem dielektrischen Substrat (42) zugewandt ist, um zwar so, daß es in Zuordnung zum ersten vorspringenden Teil (46) vorspringt und in Kontakt mit der zweiten Fläche des dielektrischen Substrats (42) steht, um, zusammen mit dem ersten vorspringenden Teil (46), das dielektrische Substrat (42) in solcher Weise zu halten, daß es dazwischen aufgespannt ist.