EP0761021A1 - Antenne mit elektrisch niedriger bauhöhe - Google Patents

Antenne mit elektrisch niedriger bauhöhe

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EP0761021A1
EP0761021A1 EP96907252A EP96907252A EP0761021A1 EP 0761021 A1 EP0761021 A1 EP 0761021A1 EP 96907252 A EP96907252 A EP 96907252A EP 96907252 A EP96907252 A EP 96907252A EP 0761021 A1 EP0761021 A1 EP 0761021A1
Authority
EP
European Patent Office
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antenna
conductive surface
frequency range
bridge
resonance
Prior art date
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EP96907252A
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English (en)
French (fr)
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EP0761021B1 (de
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Heinz Lindenmeier
Jochen Hopf
Leopold Reiter
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Fuba Automotive GmbH and Co KG
Original Assignee
Fuba Automotive GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP0761021A1 publication Critical patent/EP0761021A1/de
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/30—Combinations of separate antenna units operating in different wavebands and connected to a common feeder system
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/325—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle
    • H01Q1/3275—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle mounted on a horizontal surface of the vehicle, e.g. on roof, hood, trunk
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point

Definitions

  • the invention relates to an antenna of the type mentioned in the preamble of claim 1.
  • An antenna of this type can be used very advantageously in radio operation on motor vehicles for mobile radio services. In the GHz frequency range in particular, it has the advantage of combining a small overall height with the desired directional diagram.
  • the invention is based on antennas of this type, as are known from DAS 2153 827 and DAS 2633 757 and from European patent applications EP 0176311, EP 0177362 and EP 0163454.
  • the antennas described there essentially consist of an L-shaped flat part over a conductive base or are designed as U-shaped flat antennas.
  • the principle of operation of these antennas is to have a resonance at the operating frequency, the resonance being characterized by a balanced reactive power balance between the magnetic reactive power and the capacitive reactive power, so that an essentially real or non-real one is provided at the antenna connection point provided there is a strongly reactive impedance. This resonance effect is in the
  • all antennas of this type are monofrequency antennas, ie they are operated at their basic resonance frequency, which is physically a prerequisite for the directional diagram having a circular characteristic when set up over a conductive surface.
  • antennas __ which can be used in several frequency ranges at the same time.
  • An important example is the use of a mobile radio antenna both in the D mobile radio network at approx. 0.9 GHz and in the frequency range of the E mobile radio network at approximately twice the frequency (1.8
  • Fig. 2 Antenna like Fig. 1, but with an almost circular first conductive surface and a missing circle segment.
  • Fig. 4 Antenna as Fig. 3 with slots 10 in the bridge 4 for tuning the self-inductance of the bridge in the different frequency ranges.
  • the slots of different lengths cause resonances in two mutually adjacent higher frequency ranges.
  • the basic principle of operation of the antenna according to the invention is based on the fact that, with the aid of the natural resonance of slots and recesses on the conductive surfaces of the antenna, an antenna resonance is achieved in different frequency ranges. In the simplest way, this can be brought about by the fact that the slots 10 in the first frequency range only slightly influence the current distribution on the antenna and, owing to the natural resonance of the slot arrangements, the current flow on the antenna is designed such that resonance also occurs in this frequency range with respect to the antenna impedance consists.
  • the entire first conductive surface 1 acts and is only slightly impaired in its effect by the slots 10, so that the antenna in this range acts like the antennas described in accordance with the prior art are.
  • slots 10 are introduced in the vicinity of the edge zones 11, which in particular suppress the highly effective edge currents in the high-frequency range.
  • a current path 12 is formed between the connection point 3 and the bridge 4, on which the antenna currents flow.
  • the shape of the antenna can be freely selected within wide limits with regard to the basic mode of operation.
  • the described effect of the antenna of this type can be brought about if the first conductive surface is e.g. Rectangular shape, trapezoidal shape, circular sector shape or circular shape with a missing circular segment.
  • a condition of symmetry with regard to the surface shape and the arrangement of the slots does not necessarily have to be observed either.
  • the corresponding effective zones for an antenna with a circular shape and a missing circular segment are entered in FIG. 2.
  • the resonance frequency in the first frequency range can be included in the dimensioning of the first conductive surface 1 in a known manner.
  • such slits can be introduced into the slits 10, which ends at their end opposite the edge of the conductive surface 1 with an inductively acting cutout from the conductive surface 1.
  • the edges of these cutouts 14 act inductively due to their greater length, in contrast to the slot, which has a strong capacitive effect due to the small slot width.
  • the reactance which arises at the open end of the slot can be designed to have a high resistance in the second frequency range, so that edge currents on the first conductive surface 1 are substantially suppressed. This arrangement has the effect that the zones marked 11 in FIG.
  • the bridge 4 mainly acts inductively.
  • slots 10 are also made in the bridge 4 in order to use the changed inductance in a second frequency range in which the slots have 1/4 wavelength 'resonance at their open end, the resonance frequency of the antenna also produce in this frequency range.
  • the length of the slots should be chosen to be approximately lambda / 4 for the frequency range of the E network; in the higher frequency range, only the inner zone 13 of the first conductive surface 1 near the edge 5 and the bridge 4 act in the main.
  • a particularly advantageous embodiment of this antenna also covers the frequency of the global positioning system (GP). This is achieved in a simple manner in that by using several slots with slightly different lengths for the slots 10a and 10b in FIG. 5, resonance of the antenna at the GPS frequency (1574 MHz) is also achieved.
  • the circle sector angle is 90 degrees, for example.
  • the slots are arranged symmetrically to the bisector. The shorter, near the center line 6 slots have in this
  • Example for suppression of currents in the electric network frequency range a length of 0.25 lambda.
  • a length of 0.23 lambda was chosen for the longer slots in FIG. 5 in order to generate the resonance of the antenna on the GPS frequency.
  • Such an antenna has the particular advantage of being easy to manufacture. If it is used over a conductive base plate or a mechanical support plate, then the first first conductive surface 1 and the bridge 4 can be made from one sheet in one operation together with the slots 10a and 10b with typically required slot widths of 0.5. ..1.5 mm are punched out. By bending the edge 5 at a right angle, the antenna with the lower edge of the bridge 4 is easily mounted on the counterweight. After matching the position of the slots and their dimensions such that
  • An antenna according to the invention can e.g. 6, can also be designed with mutually congruent conductive surfaces 1 and 2.
  • the outer jacket of the coaxial line 7 runs parallel to the surface 2, so that it does not disturb the electrical field perpendicular to the surfaces 1, 2.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
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  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antenne mit elektrisch niedriger Bauhöhe, vorzugsweise für Frequenzen im GHz-Bereich. Sie besteht aus einer ersten elektrisch leitenden Fläche (1), welche in einem ersten Frequenzbereich in keiner Abmessung größer ist als 3/8 Lambda und einer zweiten als elektrisches Gegengewicht wirkenden elektrisch leitenden Fläche (2) von mindestens gleicher Größe, die im wesentlichen parallel zu der ersten leitenden Fläche (1), dieser gegenüber und in einem gewissen Abstand (A) davon angeordnet ist, und einer leitenden Brücke (4), welche eine Kante (5) der ersten leitenden Fläche (1) über eine Breite (B) hochfrequenzmäßig niederohmig mit der zweiten elektrisch leitenden Fläche (2) verbindet und die erste elektrisch leitende Fläche (1) in einem Ankopplungspunkt (3) hochfrequent leitend über einem Leiter (15) am Antennenanschlußpunkt mit dem Innenleiter einer Koaxialleitung (7) elektrisch leitend verbunden ist, deren Außenleiter (8) mit der zweiten elektrisch leitenden Fläche (2) verbunden ist und die Dimensionen der Antenne und der Ankopplungspunkt (3) so gewählt sind, daß die Antenne in dem ersten Frequenzbereich in Resonanz ist. Zur Resonanzbildung sind in mindestens einem weiteren Frequenzbereich, mindestens in einer der beiden leitenden Flächen oder/und in der leitenden Brücke (4) Schlitze (10) mit geeigneter Schlitzbreite (9) und Form gebildet und deren Berandungen sind jeweils derart gewählt, daß sie den Verlauf der Ströme auf den elektrisch leitenden Flächen (1, 2) und in der Brücke (4) im ersten und in jedem weiteren Frequenzbereich frequenzselektiv derart bestimmen, daß die Antenne sowohl im ersten wie auch jedem weiteren Frequenzbereich jeweils nahezu eine Resonanz aufweist.

Description

ANTENNE MIT ELEKTRISCH NIEDRIGER BAUHÖHE--
Besehreibung
Die Erfindung betrifft eine Antenne der im Oberbegriff des An¬ spruchs 1 genannten Art. Eine Antenne dieser Art kann sehr vor¬ teilhaft im Funkbetrieb auf Kraftfahrzeugen für Mobilfunkdienste eingesetzt werden. Sie besitzt insbesondere im GHz-Frequenzbe¬ reich den Vorteil, eine kleine Bauhöhe mit dem gewünschten Richtdiagramm zu verbinden.
Die Erfindung geht aus von Antennen dieser Art, wie sie aus der DAS 2153 827 und DAS 2633 757 sowie den Europäischen Patentan¬ meldungen EP 0176311, EP 0177362 und EP 0163454 bekannt sind. Die dort beschriebenen Antennen bestehen im wesentlichen aus ei¬ nem L-förmigen flächigen Teil über einer leitenden Grundfläche bzw. sind als U-förmige flächige Antennen ausgeführt.
Das Wirkungsprinzip dieser Antennen besteht darin, bei der Betriebsfrequenz eine Resonanz zu besitzen, wobei die Resonanz durch eine ausgeglichene Blindleistungsbilanz zwischen der magnetischen Blindleistung und der kapazitiven Blindleistung ausgezeichnet ist, so daß an der vorgesehenen Antennenanschlu߬ stelle eine im wesentlichen reelle bzw. eine nicht zu stark re- aktive Impedanz herrscht. Diese Resonanzwirkung ist im
Ersatzschaltbild Fig. 4 der EP 0177362 für eine L-förmige Antenne beschrieben. Bei Resonanz der L-Struktur sind dabei die Blindleistungen der magnetischen Felder, welche die starken Ströme auf der und in der Umgebung der Brücke 38 in Fig. 3 bil- den, ausgewogen mit der kapazitiven Blindleistung, welche die elektrischen Felder zwischen der Fläche 36 und der Grundplatte 39 bilden.
Alle Antennen dieser Art sind nach dem gegenwärtigen Stand der Technik monofrequente Antennen d.h., sie werden bei ihrer Grund¬ resonanzfrequenz betrieben, was physikalisch eine Voraussetzung dafür ist, daß das Richtdiagramm bei Aufbau über einer leitenden Fläche im wesentlichen eine Rundcharakteristik besitzt. Insbesondere beim Einsatz als Mobilfunkantenne auf Kraft- fahrzeugen besteht jedoch der Wunsch nach Antennen,__welche in mehreren Frequenzbereichen gleichzeitig einsetzbar sind. Als wichtiges Beispiel gilt die Verwendung einer Mobilfunkantenne sowohl im D-Mobilfunknetz bei ca. 0,9 GHz als auch im Frequenz- bereich des E-Mobilfunknetzes bei etwa doppelter Frequenz (1,8
GHz) . Zusätzlich ist vielfach die gleichzeitige Verwendung einer Antenne im frequenzbenachbarten GPS-Navigationsfunkdienst er¬ wünscht.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei einer Antenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit Hilfe einfach durchzuführender Maßnahmen, die Funktion für mehrere Frequenzbereiche herzustel¬ len. Diese Maßnahmen sollen eine möglichst kostengünstige Herstellung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antenne mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfol- gend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1: L-förmige Antenne mit nahezu rechteckiger erster leiten¬ der Fläche über leitendem Gegengewicht mit schraffiert gekennzeichneten Wirkungszonen in einem weiteren hoherfrequenten Frequenzbereich: 11 = Randzonen mit kleinen Strömen; 13 **•*■ für Resonanzbildung wirksame innere Zone; 3 = Strombahn zwischen Ankopplungsppnkt 3 und leitender Brücke 4.
Fig. 2: Antenne wie Fig. 1, jedoch mit nahezu kreisförmiger er- ster leitender Fläche und fehlendem Kreissegment.
Fig. 3: Antenne mit trapezförmiger erster leitender Fläche über leitendem Gegengewicht und beispielhafter Ausgestaltung von Schlitzen 10, welche mit hoher Eingangsimpedanz an deren offenem Ende zur Unterdrückung von Kantenströmen in einem weiteren höhe¬ ren Frequenzbereich und mit zusätzlichen Schlitzen als kapazi¬ tive Last am offenen Ende, wobei die Schlitze durch rechteckige Ausschnitte induktiv belastet sind, so daß sich am offenen Schlitzende am Flächenrand, ein hochohmiger Blindwiderstand im weiteren höheren Frequenzbereich einstellt. Gestrichelt: mini¬ male Größe der zweiten leitenden Fläche.
Fig. 3a: Stark vereinfachtes Ersatzschaltbild einer erfin¬ dungsgemäßen Antenne zur Erläuterung des Wirkungsprinzips.
Fig. 4: Antenne wie Fig. 3 mit Schlitzen 10 in der Brücke 4 zur Abstimmung der Eigeninduktivität der Brücke in den verschiedenen Frequenzbereichen.
Fig. 5: L-förmige Antenne über leitendem Grund mit einem Kreis¬ sektor als erster leitender Fläche 1 und nahezu Viertelwel¬ lenlängen-Schlitze im weiteren Frequenzbereich zur Unterdrückung von Strömen im Randgebiet der ersten Fläche. Die unterschiedlich langen Schlitze bewirken Resonanzen in zwei zueinander frequenz¬ benachbarten höheren Frequenzbereichen.
Fig. 6: Kreissektorantenne mit ebenso geformter zweiter leiten¬ den Fläche und Anbringung der Antennenkoaxialleitung parallel zu dieser Fläche.
Das Grundwirkungsprinzip der erfindungsgemäßen Antenne beruht darauf, mit Hilfe der Eigenresonanz von Schlitzen und Aussparun¬ gen auf den leitenden Flächen der Antenne in unterschiedlichen Frequenzbereichen jeweils eine Antennenresonanz herbeizuführen. Auf einfachste Weise kann dies dadurch bewirkt werden, daß die Schlitze 10 im ersten Frequenzbereich die Stromverteilung auf der Antenne nur wenig beeinflussen und infolge der Eigenresonanz der Schlitzanordnungen der Stromfluß auf der Antenne derart ge- staltet ist, daß ebenfalls in diesem Frequenzbereich bezüglich der Antennenimpedanz Resonanz besteht.
In der Fig. 1 ist das Wirkungsprinzip der Antenne nach der Er¬ findung dargestellt. Im ersten, also niederen Frequenzbereich, wirkt die gesamte erste leitende Fläche 1 und ist durch die Schlitze 10 gemäß dem Anspruch 1 nur wenig in ihrer Wirkung beeinträchtigt, so daß die Antenne in diesem Bereich wirkt wie die Antennen, die gemäß dem Stande der Technik beschrieben sind. Um in einem weiteren höheren Frequenzbereich ebenfalls eine gewünschte Resonanz zu erreichen, werden gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 in der Umgebung der Randzonen 11 Schlitze 10 eingebracht, welche insbesondere die hochwirksamen Randströme im hoherfrequenten Bereich unterdrücken. Somit bildet sich gemäß der Erfindung zwischen dem Anschlußpunkt 3 und der Brücke 4 eine Strombahn 12 aus, auf der die Antennenströme fließen. Bei ge¬ eignetem Verlauf und geeigneter Dimensionierung der Schlitze 10 wird über diese Strombahn 12 die innere Zone 13, welche sich in der Nähe der Brücke 4 befindet, zur Resonanzbildung angeregt. Aufgrund der Kleinheit der inneren Zone 13 im Vergleich zur ge¬ samten ersten leitenden Fläche 1 stellt sich zusätzlich zur er¬ sten Resonanzfrequenz eine höhere Resonanzfrequenz für den wei¬ teren Frequenzbereich ein. Ist die größte Abmessung der ersten leitenden Fläche 1 kleiner als 3/8 Lambda, so ist das azimutale Runddiagramm z.B. auch bei der doppelten Frequenz des niedrigen Frequenzbereichs noch weitgehend gegeben.
Um das Wirkungsprinzip der Antenne besser zu erläutern, wird das stark vereinfachte Ersatzschaltbild in Fig. 3a betrachtet, wel- ches jedoch die einzelnen Wirkelemente nur ganz grob angenähert wiedergibt. Eine grobe Vereinfachung der Darstellung besteht darin, daß verteilt wirkende Blindelemente zum besseren Verständnis als konzentrierte Elemente dargestellt sind und so¬ mit nicht als frequenzunabhängig betrachtet werden können. Dennoch läßt sich anhand dieses vereinfachten Ersatzschaltbildes die grundsätzliche Wirkungsweise der Antenne im höheren Frequenzbereich erläutern. Schreibt man der mit der Grundplatte verbundenen Brücke 4 und der inneren Zone 13 eine Induktivität L4 13 roi einem Serienstrahlungwiderstand Rs zu und reprä- sentiert die Kapazität C13 die Kapazität der inneren Zone 13 mit der Grundplatte und die Kapazität C^ die Kapazität der Strombahn 12 mit der Grundplatte und ist L^2 die Serien¬ induktivität dieser Strombahn, so ist die Kapazität C^ der bei¬ den Randzonen 11 mit der Grundplatte über die bei dieser Frequenz hochohmigen Eingangsi pedanz £10 aιτι offenen Ende der Schlitze 10 dem Anschlußpunkt 3 parallelgeschaltet. Durch Einfügung der Schlitzimpedanz Z -^Q und deren Darstellung als hochohmiger Parallelresonanzkreis ist erkennbar, daß sich das erfindungsgemäße Resonanzverhalten bei mehreren Frequenzen einstellt. Ein Schlitz bildet in einer leitenden Fläche eine elektrische Leitung, deren Wellenwiderstand mit der Schlitz¬ breite 9 ansteigt. Tendenzweise ist die Wirkungsfrequenz¬ bandbreite der Schlitzresonanz im Hinblick auf die Beeinflussung der Antennenströme umso größer, je größer die Schlitzbreite ist. Während bei der ersten, niedrigen Frequenz die Resonanz in der Hauptsache aus der Summe der Kapazitäten Cn, C12, c13 un< der Induktivität L]^, L4 13 gebildet ist, ergibt sich bei Resonanz der Schlitzleitung eine vollkommene Abschaltung der relativ großen Kapazität C^, wodurch die Antenne auch bei der höheren Frequenz eine Resonanz besitzt. Demnach ist der Frequenz¬ unterschied zwischen erster und zweiter Resonanz umso größer, je größer die Zone 11 in Fig.l durch entsprechende Lage der Schlitze 10 gewählt ist, d.h. je näher die zum Anschlußpunkt 3 benachbarten Schlitze beieinander liegen.
Die Form der Antenne kann bezüglich der grundsätzlichen Wir¬ kungsweise in weiten Grenzen frei gewählt werden. Die beschrie¬ bene Wirkung der Antenne dieser Art kann herbeigeführt werden, wenn die erste leitende Fläche z.B. Rechteckform, Trapezform, Kreissektorform bzw. Kreisform mit fehlendem Kreissegment be¬ sitzt. Auch eine Symmetriebedingung bezüglich der Flächenform und der Anordnung der Schlitze muß nicht zwingend eingehalten werden. Zur Verdeutlichung sind in Fig. 2 die entsprechenden Wirkungszonen für eine Antenne mit Kreisform und fehlendem Kreissegment eingetragen.
Fig. 3 zeig beispielhaft eine vorteilhafte Ausgestaltung zweier Schlitze 10 zur Gestaltung der Strombahn 12 sowie der stromarmen Randzonen 11 und der für die Resonanzbildung wirksamen inneren Zone 13 in Fig. 1. Hierbei ist es vorteilhaft, zur Gestaltung der Strombahn 12, die Schlitze 10 in ihrer Hauptrichtung als Berandung der Strombahn zu gestalten. Ist der Schlitz bei der höheren Frequenz Lambda/4 lang, so besitzt er an seinem offenen Ende am Rand der ersten Fläche eine hohe Eingangsimpedanz, so daß Ströme bei dieser Frequenz vom Anschlußpunkt 3 zu den strom¬ armen Zonen 11 in ihrem Fluß behindert werden. Bei der nennens¬ wert niedrigeren Frequenz, sofern diese z.B. nur halb so groß ist, stellen die Schlitze für die Ströme kein wesentliches Hindernis dar. Ihre Wirkung auf die Resonanzfrequenz im ersten Frequenzbereich kann auf bekannte Weise in die Dimensionierung der ersten leitenden Fläche 1 einbezogen werden. Zusätzlich kön¬ nen zu den Schlitzen 10 solche Schlitze eingebracht werden, wel- ehe an ihrem dem Rand der leitenden Fläche 1 entgegengesetztem Ende mit einem induktiv wirkenden Ausschnitt aus der leitenden Fläche 1 abgeschlossen ist. Die Berandung dieser Ausschnitte 14 wirkt aufgrund ihrer größeren Länge induktiv im Gegensatz zum Schlitz, welcher aufgrund der kleinen Schlitzbreite eine stark kapazitive Wirkung hat. Bei geeigneter Ausführung kann dabei der am offenen Ende des Schlitzes entstehende Blindwiderstand im zweiten Frequenzbereich hochohmig gestaltet werden, so daß Randströme auf der ersten leitenden Fläche 1 wesentlich unter¬ drückt werden. Diese Anordnung bewirkt, daß die in Fig. 1 mit 11 gekennzeichneten Zonen nur wenig zur Kapazität der ersten lei¬ tenden Fläche 1 gegenüber der als elektrisches Gegengewicht wir¬ kenden elektrisch leitenden Fläche 2 beitragen. Die Verkleinerung der wirksamen Kapazität bewirkt somit im zweiten Frequenzbereich eine Resonanz, wobei die für die Resonanzbildung wirksame innere Zone 13 (siehe Fig. 1) über die Strombahn 12 zwischen Ankopplungspunkt 3 und leitender Brücke 4 in Fig. 1 an¬ geregt wird.
Die Brücke 4 wirkt in der Hauptsache induktiv. In Fig. 4 sind Schlitze 10 ebenfalls in die Brücke 4 eingebracht, um auf diese Weise mit Hilfe der veränderten Induktivität in einem zweiten Frequenzbereich, in dem die Schlitze an ihrem offenen Ende 1/4- Wellenlängen'-Resonanz besitzen, die Resonanzfrequenz der Antenne auch in diesem Frequenzbereich herstellen.
In Fig. 5 ist eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer Antenne nach der Erfindung dargestellt. Die erste leitende Fläche 1 der Antenne besitzt hier die Form eines Kreissektors mit fehlendem Sektordreieck an der Spitze des Kreissektors. Die Schlitze 10 sind bei diesem Beispiel auf weitgehend geradlinigen Sektorstrahlen, ausgehend vom kreisförmigen Rand des Sektors in Richtung der inneren Zone der ersten leitenden Fläche l, ange¬ ordnet. Eine solche Antenne läßt sich sehr vorteilhaft als Antenne für das D-Mobilfunknetz (ca. 900 MHz) und das E- Mobilfunknetz (ca. 1800 MHz) einsetzen. In diesem Fall ist die Länge der Schlitze etwa Lambda/4 zu wählen für den Frequenz¬ bereich des E-Netzes; im höheren Frequenzbereich wirken dabei in der Hauptsache nur die innere Zone 13 der ersten leitenden Fläche 1 in der Nähe der Kante 5 und die Brücke 4. Eine beson¬ ders vorteilhafte Ausführungsform dieser Antenne deckt gleicher¬ maßen die Frequenz des Global-Positioning-Systems (GPS) ab. Dies wird auf einfache Weise dadurch erreicht, daß durch Verwendung mehrerer Schlitze mit geringfügig ungleichen Längen für die Schlitze 10a und 10b in Fig. 5 eine Resonanz der Antenne bei der GPS-Frequenz (1574 MHz) ebenfalls erreicht wird. Bei einer prak¬ tischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antenne beträgt der Kreissektorwinkel beispielhaft 90 Grad. Die Schlitze sind symmetrisch zur Winkelhalbierenden angeordnet. Die kürzeren, nahe der Mittellinie 6 liegenden Schlitze haben in diesem
Beispiel zur Unterdrückung von Strömen im E-Netzfrequenzbereich eine Länge von 0,25 Lambda. Für die längeren Schlitze in Fig. 5 wurde zur Erzeugung der Resonanz der Antenne auf der GPS- Frequenz eine Länge von 0,23 Lambda gewählt.
Eine solche Antenne hat den besonderen Vorteil der einfachen Herstellbarkeit. Wird sie über einer leitenden Grundplatte oder einer mechanischen Trägerplatte verwendet, so können die erste erste leitende Fläche 1 und die Brücke 4 aus einem Blech in ei- nem Arbeitsgang gemeinsam mit den Schlitzen 10a und 10b mit ty¬ pisch erforderlichen Schlitzbreiten von 0,5...1,5 mm ausgestanzt werden. Durch Biegen der Kante 5 im rechten Winkel wird die Antenne mit der unteren Kante der Brücke 4 auf einfache Weise auf dem Gegengewicht montiert. Nach gefundenem Abgleich der Position der Schlitze und ihrer Abmessungen derart, daß
Resonanzen der Antenne bei allen drei Frequenzen entstehen, kann so mit Hilfe eines Stanzwerkzeugs die Antenne mit großer Präzision und außerordentlich kostengünstig hergestellt werden. Auch in der Wahl des Sektorwinkels ist man bei der erfindungs- gemäßen Antenne relativ frei. Es zeigt sich, daß bei vorgege¬ bener, nach dem Stande der Technik gewählter Trapez- oder Rechteck-Form für die erste leitende Fläche 1, nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung stets Schlitze 10 derart eingebracht wer¬ den können, um die erfindungsgemäße Aufgabe der Erzeugung von Mehrfachresonanzen zu lösen. Eine ähnlich einfache Herstellung einer Antenne nach der Erfindung kann in gedruckter Leiterplattentechnik erfolgen, wobei auch kompliziertere Schlitzformen kostengünstig realisiert werden können.
Eine erfindungsgemäße Antenne kann z.B. wie in Fig. 6, auch mit zueinander kongruenten leitenden Flächen 1 und 2 gestaltet wer¬ den. In diesem Fall verläuft der Außenmantel der Koaxialleitung 7 parallel zur Fläche 2, so daß er das elektrische Feld senk- recht zu den Flächen 1, 2 nicht stört.

Claims

Patentansprüche
1. Antenne mit elektrisch niedriger Bauhöhe, vorzugsweise für Frequenzen im GHz-Bereich, bestehend aus einer ersten elektrisch leitenden Fläche (1) , welche in einem ersten Frequenzbereich in keiner Abmessung größer ist als 3/8 Lambda und einer zweiten als elektrisches Gegengewicht wirkenden elektrisch leitenden Fläche (2) von mindestens gleicher Größe, die im wesentlichen parallel zu der ersten leitende Fläche (1) , dieser gegenüber und in einem gewissen Abstand (A) davon angeordnet ist, und einer leitenden Brücke (4) , welche eine Kante (5) der ersten leitenden Fläche (1) über eine Breite (B) hochfrequenzmäßig niederohmig mit der zweiten elektrisch leitenden Fläche (2) verbindet und die erste elektrisch leitende Fläche (1) in einem Ankopplungspunkt (3) hochfrequent leitend über einen Leiter (15) am Antennenanschlußpunkt mit dem Innenleiter einer Koaxialleitung (7) elektrisch leitend verbunden ist, deren Außenleiter (8) mit der zweiten elektrisch leitenden Fläche (2) verbunden ist und die Dimensionen der Antenne und der Ankopplungspunkt (3) so gewählt sind, daß die Antenne in dem ersten Frequenzbereich in Resonanz ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Resonanzbildung in mindestens einem weiteren
Frequenzbereich, mindestens in einer der beiden leitenden Flächen oder/und in der leitenden Brücke (4) Schlitze (10) mit geeigneter Schlitzbreite (9) und Form gebildet sind und deren Berandung jeweils derart gewählt sind, daß sie den Verlauf der Ströme auf den elektrisch leitenden Flächen (1,2) und in der Brücke (4) im ersten und in jedem weiteren Frequenzbereich frequenzselektiv derart bestimmen, daß die Antenne sowohl im ersten wie auch jedem weiteren Frequenzbereich jeweils nahezu eine Resonanz aufweist.
2. Antenne nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Resonanzbildung in mindestens einem weiteren, in der Frequenz höher liegenden Frequenzbereich, mindestens in einer der beiden elektrisch leitenden Flächen Schlitze (10) mit jeweils geeigneter Schlitzbreite (9) und einem jeweils zum Flächenrand weisenden offenen Ende gebildet sind und deren Verlauf in der Fläche und deren Längen bis zu ihrem geschlossenen Ende jeweils derart gewählt sind, daß sie den Verlauf der Ströme auf den Flächen im ersten Frequenzbereich nur wenig beeinträchtigen und dabei die für die Resonanzbildung wirksame Zone im wesentlichen durch die gesamte leitende Fläche gegeben ist, den Verlauf der Ströme auf diesen Flächen im jedem weiteren Frequenzbereich jedoch derart bestimmen, daß sich zwischen dem Ankopplungspunkt (3) und der leitenden Brücke (4) eine Strombahn (12) mit starken Strömen einstellt und entfernt von der leitenden Brücke (4) die Randzonen (11) der leitenden Fläche auf beiden Seiten dieser Strombahn nur kleine Ströme führen, sodaß sich die für die Resonanzbildung wirksame innere Zone (13) in der Nähe der leitenden Brücke (4) einstellt und diese Zone entsprechend der höheren Frequenz kleiner ist als die leitende Fläche, sodaß die Antenne auch in diesem Frequenzbereich eine Resonanz aufweist.
3. Antenne nach Anspruch 1 bis 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Resonanzbildung in mindestens einem weiteren Frequenzbereich in der leitenden Brücke (4) wenigstens ein Schlitz (10). mit geeigneter Schlitzbreite (9) mit einem zum Flächenrand weisenden offenen Ende gebildet ist und dessen Verlauf in der Fläche und dessen Länge bis zu ihrem geschlossenen Ende jeweils derart gewählt ist, daß er den Verlauf der Ströme auf den Flächen im ersten Frequenzbereich nur wenig beeinträchtigt und dabei die für die Resonanzbildung wirksame induktive Wirkung der Brücke im wesentlichen durch die gesamte Breite der Brücke gegeben ist, der Verlauf der Ströme auf dieser Brücke in jedem weiteren Frequenzbereich jedoch derart bestimmt ist, daß die wirksame Breite der Brücke entsprechend der weiteren Frequenz kleiner ist als die geometrische Breite B, sodaß die Antenne auch in diesem Frequenzbereich eine Resonanz aufweist.
4. Antenne nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß bei großem Frequenzverhältnis zwischen einem zweiten und dem ersten Frequenzbereich die Schlitze (10) bei konstanter Schlitzbreite (9) so gestaltet sind, daß sie im zweiten Frequenzbereich eine elektrische Länge von nahezu 1/4 Lambda besitzen, sodaß sie an dem am Rand der leitenden Fläche befindlichen offenen Ende einen großen Blindwiderstand aufweisen.
5. Antenne nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur geometrischen Verkürzung der notwendigen Schlitzlänge eine kleine Schlitzbreite (9) derart gewählt ist und das geschlossene Ende des Schlitzes durch die Berandung einer ausgesparten Fläche (14) , welche groß ist im Vergleich zur Fläche des Schlitzes, gebildet ist, sodaß der Schlitz im zweiten Frequenzbereich an seinem offenen Ende einen großen Blindwiderstand aufweist und dieser Blindwiderstand im ersten Frequenzbereich möglichst klein ist.
6. Antenne nach Anspruch 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste elektrisch leitende Fläche (1) die Form eines Rechtecks besitzt und der Ankopplungspunkt (3) im wesentlichen auf der mittelsenkrechten Linie (16) der Kante (5) angebracht ist, welche die erste leitende Fläche (1) mit der Brücke (4) bildet.
7. Antenne nach Anspruch 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste elektrisch leitende Fläche (1) die Form eines Kreises mit fehlendem Kreissegment besitzt und der Ankopplungspunkt (3) im wesentlichen auf der mittelsenkrechten Linie (16) der im wesentlichen geradlinigen Kante (5) , welche durch das .fehlende Kreissegment gebildet ist und welche die erste leitende Fläche Fläche (1) mit der Brücke (4) bildet, angebracht ist.
8. Antenne nach Anspruch 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste elektrisch leitende Fläche (1) die Form eines Kreissektors mit fehlendem Sektordreieck an der Spitze des Kreissektors besitzt und der Ankopplungspunkt (3) im wesentlichen auf der Winkelhalbierenden (6) des Kreissektors angebracht ist und der Öffnungswinkel des Kreissektors kleiner ist als 180 Grad.
9. Antenne nach Anspruch 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens zwei Schlitze (10) auf der ersten elektrisch leitenden Fläche (1) symmetrisch zur Symmetrielinie (6) ausgehend vom Rand im wesentlichen geradlinig in Richtung der leitenden Brücke (4) und in Richtung der wirksamen inneren Zone für den weiteren Frequenzbereich führen.
10. Antenne nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im wesentlichen geradlinige Schlitze in Form von Sektorstrahlen ausgehend vom Rand der ersten elektrisch leitenden Fläche (1) in Richtung der wirksamen inneren Zone (13) führen.
11. Antenne nach Anspruch 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß unterschiedlich lange Schlitze zur Ausbildung von weiteren Resonanzen für weitere Frequenzbereiche auf der ersten oder/und zweiten leitenden Fläche (1,2) angeordnet sind.
12. Antenne nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mehrere symmetrisch zur Symmetrielinie angeordnete, im wesentlichen geradlinige Schlitze vorhanden sind, so daß sich wirksame innere Zonen zur Resonanzbildung im D-, E-Netz und für die satellitengestützte Navigation GPS einstellen.
13. Antenne nach Anspruch 1 bis 12 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zweite leitende Fläche (2) eine im wesentlichen horizontale leitende Fläche einer Fahrzeugkarosserie ist.
14. Antenne nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste und zweite leitende Fläche im wesentlichen zueinander kongruent sind und der Außenmantel der Koaxialleitung 7 parallel zur zweiten leitenden Fläche 2 geführt ist, so daß er das elektrische Feld senkrecht zu den Flächen l, 2 nicht stört.
15. Antenne nach Anspruch 14 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie auf einer nichtleitenden Fläche einer Fahrzeugkarosserie angebracht ist.
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