EP2608316A1 - Anordnung mit einer Flächenantenne zur Abstrahlung oder zum Empfangen von zirkular und linear polarisierten elektromagnetischen Wellen - Google Patents

Anordnung mit einer Flächenantenne zur Abstrahlung oder zum Empfangen von zirkular und linear polarisierten elektromagnetischen Wellen Download PDF

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EP2608316A1
EP2608316A1 EP11194331.2A EP11194331A EP2608316A1 EP 2608316 A1 EP2608316 A1 EP 2608316A1 EP 11194331 A EP11194331 A EP 11194331A EP 2608316 A1 EP2608316 A1 EP 2608316A1
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EP
European Patent Office
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switches
splitter
receiving
emitting
antenna
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Withdrawn
Application number
EP11194331.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard RÖTTER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP11194331.2A priority Critical patent/EP2608316A1/de
Publication of EP2608316A1 publication Critical patent/EP2608316A1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0428—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave
    • H01Q9/0435—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave using two feed points
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/245—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction provided with means for varying the polarisation 

Definitions

  • the invention relates to an arrangement with a advocacynantentenne according to the preamble of patent claim 1.
  • Electromagnetic waves propagate in space depending on the design of the radiating antenna with a fixed polarization.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • UHF area surface antennas or patch antennas depending on the design for a fixed polarization direction, z.
  • this has either a linear vertical or horizontal polarization.
  • the orientation of the linear polarization mode can be changed by the mechanical rotation of the antenna unit, for example by 90 °.
  • a circular or elliptical type of polarization can be achieved by the known method of superposing phase-shifted linear polarization types.
  • the spatial position of an RFID tag is variable to a read / write device.
  • the solution of the problem provides for the use of a so-called surface or patch antenna, which has two spatially separate feed points, with which two mutually orthogonal wave propagation modes can be generated.
  • a flexible connection is provided, with a control of the two feed points with preferably equal and mutually phase-shifted by 90 ° portions of the radiation or receiving circularly polarized electromagnetic waves is possible, and according to the invention by switching the same antenna with a linear vertical or horizontal polarization can be operated without the unit must be changed mechanically.
  • an arrangement with an area antenna for emitting or receiving a circularly polarized electromagnetic wave, preferably in the UHF RFID frequency band, proposed, wherein the planar antenna has two spaced-apart feed points, wherein a splitter for dividing a high-frequency signal into two mutually phase-shifted signal components is provided, and wherein each one output of the splitter is connected to one of the feed points.
  • a switch is provided for selectively radiating or receiving a linearly polarized, electromagnetic wave in a signal path between the outputs of the splitter and the feed points of the surface antenna.
  • this arrangement can be operated with a circular, a linear-vertical or with a linear-horizontal polarization without mechanical intervention, so that the provision of separate antennas for linear and circular polarization unnecessary.
  • Another advantage is that the antenna gain for a reference dipole is identical regardless of the polarization.
  • the feed points are arranged in such a way that mutually orthogonal wave propagation modes are produced, wherein advantageously the two signal components to be transmitted or to be received are also phase-shifted by 90 ° relative to one another.
  • the two signal components to be transmitted or to be received are also phase-shifted by 90 ° relative to one another.
  • the antenna has a square designed reference surface and a square designed radiating element.
  • the connection to the spatially separate feed points particularly well mutually orthogonal wave propagation modes (vibration modes) produce.
  • a control device or control electronics for the actuation of the switches, wherein the control device is configured such that for the emission or for receiving a circularly polarized wave, both switches are closed, and that for emitting or receiving a linearly polarized wave in Dependence of a desired orientation of the shaft of one of the two switches is closed.
  • electronic switches are advantageously used, which can be switched accordingly fast, which are wear-free and their operation requires little energy.
  • the switches are designed non-reflective, thereby avoiding that in "open” switch, a reflected back signal in the splitter is superimposed on the signal of the alternative signal path and thus for unwanted interference provides.
  • a retroactive effect on a transmission electronics transmit power amplifier
  • a signal due to the splitter attenuation of the signal (eg by 3dB) can be avoided if the switches are designed as a changeover switch, and if in addition at least two further switches are provided, which are arranged such that in the use of the arrangement for Radiation or for receiving a linearly polarized electromagnetic wave of the splitter is not arranged in the active signal path.
  • the splitter is designed as a passive component such that the arrangement can be used alternatively or alternately for transmitting and / or receiving linearly or circularly polarized electromagnetic waves.
  • the alternate transmission and reception of electromagnetic waves may be enabled by providing two different active splitters, one for the transmit case and one for the receive case, for alternate use.
  • FIG. 1 As antenna A, a planar patch antenna for the UHF range of an RFID application, namely for an RFID read-write device, is shown.
  • the planar antenna consists of a preferably square base area GP (ground plane) and a likewise preferably square radiation element P (patch) arranged above it, wherein two feed points F1, F2 ("feed") spaced apart from one another are arranged on the radiator surface P.
  • the in the FIG. 1 Arrows shown here indicate the oscillation axes resulting from the feed points F1, F2. These are aligned orthogonal to each other, which means that based on the representation in the FIG. 1 by feeding a signal at the feeding point F1, a horizontally polarized electromagnetic wave can be radiated, and by feeding at the feeding point F2, a vertically polarized orientation can be obtained.
  • FIG. 3 a schematic circuit (circuit diagram) is shown, wherein the basis of the FIG. 3 introduced designations and components, if provided with the same reference numerals, to apply to the following drawings.
  • FIG. 3 and the following figures is from the Figures 1 and 2 already known antenna A, wherein the feed points (not shown) F1, F2 via switches SH, SV (switch horizontal, switch vertical) are connected to a splitter SP, said splitter SP with a (not shown) transmitting / receiving electronics a (not shown) RFID read / write device is connected.
  • the splitter SP also referred to as “hybrid coupler / power splitter” shares the signal to be transmitted in two mutually phase-shifted by 90 ° to sub-signals, these sub-signals are passed through the switch SH, SV on the feed points F1, F2. Based on the original signal, the sub-signals are attenuated by at least 3dB, because the splitter SP is a passive component, so that, of course, a maximum of half the original signal strength can be present at each output of the splitter SP. Due to the passive design of the splitter SP can be used unchanged for the reception of electromagnetic waves, which of course reverses the signal flow direction. In the in the FIG.
  • both switches SH, SV are closed, so that due to the orthogonal orientation of the wave propagation modes generated by the feed points F1, F2 and due to the phase shift, which is achieved by the use of the splitter SP, radiated altogether a circularly polarized wave can be received.
  • SV corresponds to the arrangement and mode shown here of the known generation of circularly polarized electromagnetic waves.
  • the switches SH, SV are electronic switches which are used in the examples shown in the FIGS. 3, 4 . 5 be discussed as opener or closer can be executed. They are controlled by means of dashed lines indicated control lines CHC, CVC (circular / linear control, vertical / horizontal control). An unillustrated control electronics or control logic is used for the switching effected by means of the switch SH, SV a polarization, which will be explained with reference to the following drawings.
  • FIG. 4 is the one from the FIG. 3 known arrangement, in which case the switch SH is open, while the switch SV is closed. This results in a sole control of the feed point F2, so that only a vertically-linearly polarized electromagnetic wave is radiated or received by the antenna A.
  • the switch SH is designed non-reflective, which means with the switch SH open, the high-frequency signal led out of the connection "3dB / 0 °" is not reflected back into the splitter SP. This is done by terminating the corresponding line through the open switch SH by means of the characteristic impedance of the feed line. In this constellation, the signal "open” is applied to the switch SH through the control line CHC, while the control line CVC carries the signal "closed".
  • FIG. 5 is that to the FIG. 4 suitable counter-example shown, wherein the switch SV is open and the switch SH is closed, so that a linear-horizontal polarized electromagnetic wave can be radiated or received.
  • SH arrangement for emitting or receiving circularly polarized electromagnetic waves can be switched by means of simple control signals for a linear-horizontal or linear-vertical operating case.
  • the arrangement, in particular the antenna A does not need to be changed mechanically for this purpose.
  • the power divider that is to say the splitter SP
  • SH is correctly terminated in an exemplary embodiment in 50-ohm technology. This leaves a high decoupling of the two signal branches.
  • the circular antenna A shown here has an antenna gain that is about 3dB lower (relative to a reference dipole) than a linear antenna without splitter SP.
  • FIGS. 6 and 7 are different from the arrangement of the FIGS. 3, 4 . 5 additional switches SE ("signal input”) and SL ("switch linear”) are provided.
  • switch SV, SH are now designed as a changeover switch SVL, SHL;
  • the other switches SE, SL are designed as a changeover switch.
  • the sketched control lines are now labeled CLC, VHC (circular-linear control, vertical-horizontal control).
  • switches SE, SL in conjunction with the design of the previous switch as a changeover switch SHL, SVL allows bypassing (shutdown) of the splitter SP in linear polarization. It is in the FIG.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Flächenantenne (A) zur Abstrahlung oder zum Empfangen einer zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle, wobei die Flächenantenne (A) zwei voneinander beabstandet angeordnete Speisepunkte (F1, F2) aufweist, wobei ein Splitter (SP) zur Teilung eines Hochfrequenzsignals in zwei zueinander phasenverschobene Signalanteile vorgesehen ist, und wobei je ein Ausgang des Splitters (SP) mit je einem der Speisepunkte (F1, F2) verschaltet ist. Dabei ist zur wahlweisen Abstrahlung oder Empfang einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle in einem Signalpfad zwischen den Ausgängen des Splitters (SP) und den Speisepunkten (F1, F2) der Flächenantenne (A) jeweils ein Schalter (SH, SV) vorgesehen. Je nach Einstellung der Schalter kann diese Anordnung mit einer zirkularen, einer linear-vertikalen oder mit einer linear-horizontalen Polarisationsart ohne mechanischen Eingriff betrieben werden, so dass sich das Vorsehen von getrennten Antennen für lineare und zirkulare Polarisationsart erübrigt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Antennengewinn für einen Referenzdipol unabhängig von der Polarisation identisch ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Flächenantentenne gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Elektromagnetische Wellen breiten sich in Abhängigkeit der Bauart der abstrahlenden Antenne mit einer festgelegten Polarisation im Raum aus. Dabei wird zwischen linearer Polarisation und zirkularer Polarisation unterschieden.
  • Insbesondere für Anwendungen im RFID-Bereich (RFID = Radio Frequency Identification) werden bei Anwendungen im UHF-Bereich Flächenantennen bzw. Patch-Antennen verwendet, die je nach Konstruktion für eine festgelegte Polarisationsrichtung, z. B. linear vertikal, linear horizontal oder zirkular, aufgebaut sind. Erfordern die Ausbreitungsbedingungen der elektromagnetischen Welle für die jeweilige Anwendung eine spezielle Polarisationsart bzw. Ausrichtung, so muss abhängig von der Anwendung eine bestimmte Bauart eingesetzt werden, bzw. bei den linear polarisierten Anwendungen die Antenne entsprechend der gewünschten Polarisationsrichtung ausgerichtet werden.
  • Durch die Wahl der Speisepunkte einer Flächenantenne weist diese entweder eine lineare vertikale oder horizontale Polarisationsart auf. Wie gesagt, kann durch die mechanische Drehung der Antenneneinheit, beispielsweise um 90°, die Ausrichtung der linearen Polarisationsart verändert werden. Eine zirkulare oder elliptische Polarisationsart kann durch das bekannte Verfahren der Überlagerung von phasenverschobenen linearen Polarisationsarten erreicht werden.
  • Bei vielen Anwendungen, insbesondere im RFID-Bereich, ist die räumliche Lage eines RFID-TAGs (RFID-Datenträger) zu einem Schreib-/Lesegerät variabel. Dies bedeutet, dass je nach Ausrichtung der entsprechenden Antennen (Antenne des Schreib-/Lesegerätes und Antenne des RFID-TAG's) zueinander ein optimaler Funkkontakt entweder bei einer linear-vertikalen, linear-horizontalen oder bei einer zirkularen Polarisation gegeben sein kann. Daher ist es üblich, ein Schreib-/Lesegerät mit mehreren unterschiedlich ausgerichteten Antennen ("Antenna-Diversity") zu versehen, die elektronisch umgeschaltet werden können. Diese Antennen sind regelmäßig beabstandet zueinander montiert, um eine gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden. Weiterhin ist es üblich, zumindest die Antennen für den linearen Einsatzfall schwenkbar zu montieren, um die jeweilige räumliche Ausrichtung der linear polarisierten elektromagnetischen Welle manuell oder mit einem motorisch betriebenen Schwenkglied beeinflussen zu können.
  • Aus der Druckschrift: Forster et al. "Optimierung von zirkular polarisierten Microstripantennenelementen" - ITG-Fachtagung "Antennen", Starnberg, April 1996 ist eine planare Antenne zur Erzeugung einer zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle bekannt, wobei zwei räumlich getrennte Speisepunkte mit je einem Ausgang eines Splitters verbunden sind, wobei dieser Splitter zur Auftrennung eines elektromagnetischen Signals in zwei zueinander phasenverschobene Anteile eingerichtet ist.
  • Der Einsatz mehrerer Antennen, die ggf. auch schwenkbar montiert sind, ist mit einem hohen Hardware-Aufwand verbunden, wobei die oft manuelle Ausrichtung der einzelnen Antennen insbesondere bei industriellen Anwendungen häufig umständlich und kostenintensiv ist.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antenne vorzuschlagen, die möglichst ohne Änderung des mechanischen Aufbaus bzw. der mechanischen Ausrichtung verschieden polarisierte elektromagnetische Wellen abstrahlen bzw. empfangen kann.
  • Die Lösung der Aufgabe sieht den Einsatz einer sog. Flächen- bzw. Patch-Antenne vor, die zwei von einander räumlich getrennte Speisepunkte aufweist, mit denen zwei zueinander orthogonale Wellenausbreitungs-Moden erzeugt werden können. Dazu ist eine flexible Anschaltung vorgesehen, wobei bei einer Ansteuerung der beiden Speisepunkte mit vorzugsweise gleichgroßen und zueinander um 90° phasenverschobenen Anteilen das Abstrahlen bzw. Empfangen zirkular polarisierter elektromagnetischer Wellen möglich ist, und wobei erfindungsgemäß durch eine Umschaltung dieselbe Antenne auch mit einer linear vertikalen oder horizontalen Polarisationsart betrieben werden kann, ohne dass die Einheit mechanisch verändert werden muss.
  • Die Lösung der Aufgabe sieht insbesondere eine Anordnung mit einer Flächenantenne gemäß dem Patentanspruch 1 vor. Dabei wird eine Anordnung mit einer Flächenantenne zur Abstrahlung oder zum Empfang einer zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle, vorzugsweise im UHF-RFID-Frequenzband, vorgeschlagen, wobei die Flächenantenne zwei voneinander beabstandet angeordnete Speisepunkte aufweist, wobei ein Splitter zur Teilung eines Hochfrequenzsignals in zwei zueinander phasenverschobene Signalanteile vorgesehen ist, und wobei je ein Ausgang des Splitters mit je einem der Speisepunkte verschaltet ist. Dabei ist zur wahlweisen Abstrahlung oder Empfang einer linear polarisierten, elektromagnetischen Welle in einem Signalpfad zwischen den Ausgängen des Splitters und den Speisepunkten der Flächenantenne jeweils ein Schalter vorgesehen. Je nach Einstellung der Schalter kann diese Anordnung mit einer zirkularen, einer linear-vertikalen oder mit einer linear-horizontalen Polarisationsart ohne mechanischen Eingriff betrieben werden, so dass sich das Vorsehen von getrennten Antennen für lineare und zirkulare Polarisationsart erübrigt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Antennengewinn für einen Referenzdipol unabhängig von der Polarisation identisch ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die dabei beschriebenen Merkmale und Vorteile können entweder einzeln oder aber auch in Kombination miteinander realisiert sein.
  • Vorteilhaft sind die Speisepunkte derart angeordnet, dass zueinander orthogonale Wellenausbreitungs-Moden entstehen, wobei vorteilhaft auch die beiden zu sendenden bzw. zu empfangenden Signalanteile um 90° zueinander phasenverschoben sind bzw. werden. Auf diese Weise ist es einfach möglich, sowohl zirkular polarisierte Wellen abzustrahlen oder zu empfangen, als auch wechselweise orthogonal zueinander ausgerichtete linear polarisierte Wellen zu senden oder zu empfangen.
  • Besonders gute Symmetrieeigenschaften ergeben sich, wenn die Antenne eine quadratisch ausgestaltete Bezugsfläche und ein quadratisch ausgestaltetes strahlendes Element aufweist. Bei einer solchen Geometrie lassen sich im Verbund mit der Anschaltung an den räumlich getrennten Speisepunkten besonders gut zueinander orthogonale Wellenausbreitungs-Moden (Schwingungsmoden) erzeugen.
  • Vorteilhaft ist für die Betätigung der Schalter eine Steuerungseinrichtung bzw. Steuerungs-Elektronik vorgesehen, wobei die Steuerungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass zur Abstrahlung oder zum Empfang einer zirkular polarisierten Welle beide Schalter geschlossen sind, und dass zur Abstrahlung oder zum Empfangen einer linear polarisierten Welle in Abhängigkeit einer gewünschten Ausrichtung der Welle einer der beiden Schalter geschlossen ist. Vorteilhaft werden dazu elektronische Schalter eingesetzt, die entsprechend schnell umgeschaltet werden können, die verschleißfrei sind und deren Betätigung wenig Energie erfordert. Besonders vorteilhaft sind die Schalter nichtreflektierend ausgeführt, wodurch vermieden wird, dass bei "offenem" Schalter ein zurückreflektiertes Signal im Splitter dem Signal des alternativen Signalweges überlagert und somit für ungewünschte Interferenzen sorgt. Auch eine Rückwirkung auf eine Sendeelektronik (Sende-Endstufe) kann so vermieden werden. Zur Verminderung von Reflektion am Schalter ist dieser im "offenen" Zustand hinsichtlich der "nicht-speisenden" Seite mit dem Wellenwiderstand der speisenden Leitung abzuschließen.
  • Im linearen Anwendungsfall kann eine durch den Splitter bedingte Dämpfung des Signals (z.B. um 3dB) vermieden werden, wenn die Schalter als Wechselschalter ausgestaltet sind, und wenn zusätzlich zumindest zwei weitere Schalter vorgesehen sind, die derart angeordnet sind, dass bei der Verwendung der Anordnung zur Abstrahlung oder zum Empfangen einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle der Splitter nicht im aktiven Signalpfad angeordnet ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Splitter derart als ein passives Bauteil ausgestaltet, dass die Anordnung alternativ oder wechselweise zum Senden und/oder Empfangen linear- oder zirkular polarisierter elektromagnetischer Wellen einsetzbar ist. In einer alternativen Ausführungsform kann das wechselweise Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen ermöglicht werden, indem zwei verschiedene aktive Splitter, nämlich einer für den Sende-Fall und einer für den Empfangen-Fall, zum wechselweisen Einsatz vorgesehen werden.
  • Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1
    eine für die erfindungsgemäße Anordnung geeignete planare Antenne in einer Draufsicht,
    Figur 2
    die planare Antenne in einer seitlichen Ansicht,
    Figur 3
    ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung für eine zirkulare Polarisationsart,
    Figur 4
    das Prinzipschaltbild für einen linearvertikalen Betrieb,
    Figur 5
    das Prinzipschaltbild für einen linearhorizontalen Betriebsfall,
    Figur 6
    eine alternative Verschaltung der Anordnung für einen linear-vertikalen Betriebsfall und
    Figur 7
    die alternative Ausgestaltung der Anordnung für einen linear-horizontalen Betriebsfall.
  • In den Figuren 1 und 2 ist als Antenne A eine planare Flächen- bzw. Patch-Antenne für den UHF-Bereich einer RFID-Anwendung, und zwar für ein RFID-Schreib-Lesegerät, dargestellt. Die Flächenantenne besteht aus einer vorzugsweise quadratischen Grundfläche GP (Ground Plane) und einem darüber angeordneten ebenfalls vorzugsweise quadratischen Strahlungselement P (Patch), wobei zwei räumlich voneinander entfernte Speisepunkte F1, F2 ("Feed") an der Strahlerfläche P angeordnet sind. Die in der Figur 1 dargestellten Pfeile zeigen dabei die bezogen auf die Speisepunkte F1, F2 sich ergebenden Schwingungsachsen an. Diese sind orthogonal zueinander ausgerichtet, was bedeutet, dass bezogen auf die Darstellung in der Figur 1 durch Einspeisung eines Signals am Speisepunkt F1 eine horizontal polarisierte elektromagnetische Welle abgestrahlt bzw. empfangen werden kann, und durch Speisung am Speisepunkt F2 eine vertikal polarisierte Ausrichtung erzielt werden kann.
  • In der Figur 3 ist eine schematische Schaltung (Schaltungsskizze) abgebildet, wobei die anhand der Figur 3 eingeführten Bezeichnungen und Komponenten, sofern mit demselben Bezugszeichen versehen, auch für die nachfolgenden Zeichnungen gelten sollen. In der Figur 3 und den nachfolgenden Figuren ist die aus den Figuren 1 und 2 bereits bekannte Antenne A zu ersehen, wobei die (nicht dargestellten) Speisepunkte F1, F2 über Schalter SH, SV (Schalter horizontal, Schalter vertikal) mit einem Splitter SP verbunden sind, wobei dieser Splitter SP mit einer (nicht dargestellten) Sende-/Empfangselektronik eines (nicht dargestellten) RFID-Schreib-/Lesegerätes verbunden ist. Der Splitter SP, der auch als "hybrid coupler / power splitter" bezeichnet wird, teilt das zu sendende Signal in zwei um 90° zueinander phasenverschobene Teilsignale auf, wobei diese Teilsignale über die Schalter SH, SV auf die Speisepunkte F1, F2 geleitet werden. Bezogen auf das ursprüngliche Signal sind die Teilsignale um jeweils mindestens 3dB gedämpft, weil es sich bei dem Splitter SP um ein passives Bauelement handelt, so dass an jedem Ausgang des Splitters SP natürlich maximal die halbe ursprüngliche Signalstärke anliegen kann. Aufgrund der passiven Ausführung kann der Splitter SP unverändert auch für den Empfang elektromagnetischer Wellen eingesetzt werden, wobei sich selbstverständlich die Signalflussrichtung umkehrt. Bei dem in der Figur 3 dargestellten Fall sind beide Schalter SH, SV geschlossen, so dass aufgrund der orthogonalen Ausrichtung der mittels der Speisepunkte F1, F2 erzeugten Wellenausbreitungs-Moden und aufgrund der Phasenverschiebung, die durch den Einsatz des Splitters SP erreicht wird, insgesamt eine zirkular polarisierte Welle abgestrahlt bzw. empfangen werden kann. Abgesehen vom Einsatz der hier geschlossenen Schalter SH, SV entspricht die hier dargestellte Anordnung und Betriebsart der bekannten Erzeugung zirkular polarisierter elektromagnetischer Wellen. Bei den Schaltern SH, SV handelt es sich um elektronische Schalter, die in den Beispielen, die in den Figuren 3, 4, 5 diskutiert werden, als Öffner bzw. Schließer ausgeführt sein können. Gesteuert werden sie durch mittels gestrichelter Linien angedeuteter Steuerleitungen CHC, CVC (circular/linear control, vertical/horizontal control). Eine nicht dargestellte Steuerungselektronik bzw. Steuerungslogik dient der mittels der Schalter SH, SV bewerkstelligten Umschaltung einer Polarisationsart, die anhand der nachfolgenden Zeichnungen erläutert wird.
  • In der Figur 4 ist die aus der Figur 3 bekannte Anordnung dargestellt, wobei hierbei der Schalter SH geöffnet ist, während der Schalter SV geschlossen ist. Dadurch ergibt sich eine alleinige Ansteuerung des Speisepunktes F2, so dass durch die Antenne A lediglich eine vertikal-linear polarisierte elektromagnetische Welle abgestrahlt bzw. empfangen wird. Der Schalter SH ist dabei nicht-reflektierend ausgeführt, was bedeutet, dass bei offenem Schalter SH das aus dem Anschluss "3dB/0°" herausgeführte Hochfrequenzsignal nicht in den Splitter SP zurückreflektiert wird. Dies wird bewerkstelligt, indem die entsprechende Leitung durch den offenen Schalter SH mittels des Wellenwiderstands der Speiseleitung abgeschlossen wird. In dieser Konstellation liegt an dem Schalter SH durch die Steuerleitung CHC das Signal "offen" an, während die Steuerleitung CVC das Signal "geschlossen" führt.
  • In der Figur 5 ist das zu der Figur 4 passende "Gegenbeispiel" dargestellt, wobei der Schalter SV offen und der Schalter SH geschlossen ist, so dass eine linear-horizontal polarisierte elektromagnetische Welle abgestrahlt bzw. empfangen werden kann.
  • Anhand der Figuren 4 und 5 ist zu sehen, dass die gemäß Figur 4 mit zwei Schaltern SV, SH versehene Anordnung zur Abstrahlung bzw. Empfang von zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen mittels einfacher Steuersignale für einen linear-horizontalen oder linear-vertikalen Betriebsfall umgeschaltet werden kann. Die Anordnung, insbesondere die Antenne A, braucht dafür mechanisch nicht verändert zu werden. Durch Einsatz von nicht-reflektierenden elektronischen Schaltern SV, SH, welche beispielsweise einen 50-Ohm Abschlusswiderstand integriert haben, ist der Leistungsteiler, also der Splitter SP, bei ebenfalls exemplarischer Ausführung in 50-Ohm-Technik korrekt abgeschlossen. Damit bleibt eine hohe Entkopplung der beiden Signalzweige erhalten. Für die zirkulare Polarisation sind zwei gleich große Signalanteile erforderlich, so dass eine Leistungsteilung mittels des Splitters SP resultiert. Deshalb hat die hier gezeigte zirkulare Antenne A einen um etwa 3dB geringeren Antennengewinn (bezogen auf einen Referenzdipol), als eine lineare Antenne ohne Splitter SP.
  • Eine weitere Konfiguration bzw. Anschaltung ergibt sich, wenn die Leistungsteilung und damit der Splitter SP durch weitere elektronische Schalter SE, SL umgangen wird und die für die jeweilige Polarisationsart (linear-horizontal, linearvertikal) notwendigen Speisepunkte F1, F2 direkt verschaltet werden. Dies wird anhand der nachfolgenden Figuren diskutiert.
  • In den Figuren 6 und 7 sind im Unterschied zu der Anordnung aus den Figuren 3, 4, 5 weitere Schalter SE ("Signaleingang") und SL ("Schalter linear") vorgesehen. Die aus den vorhergehenden Figuren bekannten Schalter SV, SH sind nunmehr als Wechselschalter SVL, SHL ausgeführt; ebenso sind die weiteren Schalter SE, SL als Wechselschalter ausgeführt. Die skizzierten Steuerleitungen sind nun mit CLC, VHC (circular-linear control, vertical-horizontal control) bezeichnet. Durch die weiteren Schalter SE, SL im Verbund mit der Ausführung der bisherigen Schalter als Wechselschalter SHL, SVL ermöglicht eine Umgehung (Abschaltung) des Splitters SP bei linearer Polarisation. Dabei ist in der Figur 6 derjenige Schaltzustand dargestellt, der die Abstrahlung bzw. den Empfang einer linear-vertikal polarisierten elektromagnetischen Welle ermöglicht, während in der Figur 7 der linear-horizontale Anwendungsfall dargestellt ist. Bei beiden Figuren ist zu sehen, dass die Leistungsdämpfung in Folge des Splitters SP beim linearen Polarisationsfall nicht mehr auftritt.

Claims (7)

  1. Anordnung mit einer Flächenantenne (A) zur Abstrahlung oder zum Empfangen einer zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle,
    wobei die Flächenantenne (A) zwei voneinander beabstandet angeordnete Speisepunkte (F1, F2) aufweist,
    wobei ein Splitter (SP) zur Teilung eines Hochfrequenzsignals in zwei zueinander phasenverschobene Signalanteile vorgesehen ist, und
    wobei je ein Ausgang des Splitters (SP) mit je einem der Speisepunkte (F1, F2) verschaltet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur wahlweisen Abstrahlung oder Empfang einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle in einem Signalpfad zwischen den Ausgängen des Splitters (SP) und den Speisepunkten (F1, F2) der Flächenantenne (A) jeweils ein Schalter (SH, SV) vorgesehen ist.
  2. Anordnung nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Speisepunkte (F1, F2) derart angeordnet sind, dass zueinander orthogonale Wellenausbreitungs-Moden entstehen, und
    dass die beiden Signalanteile um 90° zueinander phasenverschoben sind.
  3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Antenne (A) eine quadratisch ausgestaltete Bezugsfläche (GP) und ein quadratisch ausgestaltetes strahlendes Element (P) aufweist.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass für die Betätigung der Schalter (SH, SV) eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, wobei die Steuerungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass zur Abstrahlung oder zum Empfangen einer zirkular polarisierten Welle beide Schalter (SH, SV) geschlossen sind, und dass zur Abstrahlung oder zum Empfangen einer linear polarisierten Welle in Abhängigkeit einer gewünschten Ausrichtung der Welle einer der beiden Schalter (SH, SV) geschlossen ist.
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schalter (SH, SV) nichtreflektierend ausgeführt sind.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schalter (SH, SV) als Wechselschalter ausgestaltet sind, und dass zusätzlich zwei weitere Schalter (SE, SL) vorgesehen sind, die derart angeordnet sind, dass bei der Verwendung der Anordnung zur Abstrahlung oder zum Empfangen einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle der Splitter (SP) nicht im aktiven Signalpfad angeordnet ist.
  7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Splitter (SP) derart als ein passives Bauteil ausgestaltet ist, dass die Anordnung alternativ oder wechselweise zum Senden und/oder Empfangen linear- oder zirkular polarisierter elektromagnetischer Wellen einsetzbar ist.
EP11194331.2A 2011-12-19 2011-12-19 Anordnung mit einer Flächenantenne zur Abstrahlung oder zum Empfangen von zirkular und linear polarisierten elektromagnetischen Wellen Withdrawn EP2608316A1 (de)

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