NO319736B1 - Mikrobolge-antenneelement - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder et mikrobølge-antenneelement. En tiltenkt anvendelse er for fjernbetaling.

Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen antenner av den type som omfatter et dielektrisk substrat hvis ene overflate bærer et påtrykket jordingsplan mens den annen overflate bærer en påtrykket plate som har en fasong tilpasset for polarisering av mikrobølgens sendevektor, idet platen oppviser et eller flere antenneutløp. En sådan plate betegnes vanligvis en "patch".

Mikrobølgeantenner av denne type er påtrykket med en nøyaktighet ifølge klasse 5, på et substrat med liten dielektrisitetskonstant, som er særlig egnet for mikrobølger, f.eks. et cyanatestersubstrat eller et glass/Teflon-substrat kjent under navnet "DuroTde". Sådanne substrater er kostbare, dvs. tre eller fire ganger prisen for standardsubstrater fremstilt i "FR4" eller epoksyglass, i tillegg til at de ikke har de samme tekniske kvaliteter.

Dessuten må kretsløpet trykkes med en nøyaktighet ifølge klasse 5, eller bedre, mens konvensjonelle trykte kretser bare fordrer klasse 3 eller 4. Endelig fordrer serieproduksjon kontinuerlig kvalitetskontroll av hver substratporsjon, siden verdien av substratets dielektrisitetskonstant, er, ikke kan garanteres fra den ene porsjon til den annen.

Et formål for oppfinnelsen er således å foreslå et antenneelement for mikrobølger med høy ytelse og til en vesentlig lavere pris på omtrent en fjerdedel eller en femtedel av prisen på eksisterende mikrobølgeantenner.

Oppfinnelsen fremskaffer således et antenneelement for mikrobølger som omfatter et jordingsplan påtrykket et isolerende substrat og en antenneplate adskilt fra jordingsplanet med luft som dielektrikum og som har minst én antenneutgang, idet antenneplaten er ledende, har en fasong som er tilpasset en mikrobølge-sendevektors polarisering og er utformet med i det minste to ben dannet ved stansing og folding, og hvor benene tjener til å understøtte antenneplaten på det isolerende substrat og passerer gjennom hvert sitt hull i substratet, idet minst ett av benene også utgjør en antenneutgang, mens jordingsplanet mangler i et område omkring det hull gjennom hvilket vedkommende ben passerer igjennom substratet.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk, særlig fra publikasjonene DE 41 30 493 og EP 0 450 881, har da antenneelementet for mikrobølger i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at antenneplaten har kvadratisk fasong og tre ben av hvilke ett ben befinner seg i midten av platen og danner en kortslutning mellom antenneplaten og jordingsplanet mens de to øvrige ben utgjør to antenneutganger som befinner seg på hver sin midtlinje for antenneplaten og utgjør henholdsvis en forbindelse i fase og en forbindelse i kvadratur.

Hvert av de to antenneutløp er med fordel forbundet med hver sin utgangsklemme festet på kanten av det isolerende substrat via en rettlinjet forbindelse i kretsen trykket på substratoverflaten motsatt jordingsplanet, slik at de to forbindelser står vinkelrett på hverandre.

I henhold til et annet særtrekk er gjennomhullingen for hvert ben metallisert, idet metalli-seringen strekker seg slik at den dekker kanten av hullet på den side av substratet som befinner seg motsatt den side som bærer jordingsplanet, for derved å gjøre det mulig å holde benene fast på substratet ved lodding.

En utførelsesform av oppfinnelsen skal må beskrives med henvisning til den vedføyde tegning, på hvilken: Fig. 1 er en planskisse av et antenneelement for mikrobølger i henhold til oppfinnelsen

sett ovenfra,

fig. 2 viser det samme antenneelement sett nedenfra, og

fig. 3 viser en del av et snitt gjennom antenneelementet langs linjen lll-lll i fig. 1.

Det beskrevne eksempel er en mikrobølgeantenne for C-båndet (5,8 GHz) som har en forsterkning på 9 dBi og en åpningsvinkel på 60° ved -3 dB, og et passbånd >200 MHz med sirkulær venstre-polarisasjon og krysspolarisasjon <15 dB på aksen og <10 dB ved

-3 dB.

Som det fremgår av figurene omfatter antenneelementet et jordingsplan 1 påtrykket overflaten av et isolerende substrat 2 (av standard type, slik som det som benyttes for trykte kretser, f.eks. FR4 eller epoksyglass) og en antenneplate 3 som består av en kvadratisk, skiveformet kobberplate. Dielektrikumet 4 mellom jordingsplanet 1 og antenneplaten 3, er luft, slik at er=1.

Antenneplaten 3 har tre ben a, b og c, som tjener til å understøtte den på stabil måte på substratet 2 og som sikrer at dielektrikumet 4 mellom jordingsplanet 1 og antenneplaten 3 har tykkelsen e.

Benene a, b og c er fremstilt ved stansing og folding, og etterlater således hvert sitt hull a', b' og c' i platen 3.

Hvert ben har en tapp 5 som passerer gjennom substratet 2 og rager litt ut fra den annen side, for å loddes 6. For dette formål har hullene som mottar tappene 5 på benene a, b og c et metallbelegg 7 (oppnådd med teknikken for trykte kretskort), og dette metallbelegg strekker seg slik at det dekker kantene av hullene på den side av substratet som befinner seg motsatt den side som bærer jordingsplanet 1. I tillegg til en tapp 5 har hvert ben et bredere parti 8 med en lengde som bestemmer tykkelsen e.

I tillegg til å utføre en understøttende funksjon utgjør benene b og c utløp for antennen.

I det beskrevne eksempel danner benet b forbindelsen i fase og benet c forbindelsen i kvadratur. Som det kan ses i fig. 1 og 2 befinner disse ben seg på henholdsvis midtlinjen M1og midtlinjen M2for den firkantede geometri som antenneplaten 3 har.

For å unngå kortslutning mellom antenneplaten 3 og jordingsplanet 1 er det anordnet et tomrom 9 som utgjøres av fravær av jordingsplanet på substratet 2 omkring benene b og c. I motsetning til dette utgjør det midtre ben 1 en kortslutning mellom antenneplaten og jordingsplanet 1.

På den annen side av substratet 2, og slik som vist i fig. 2, er benet b forbundet med en første utgangsklemme 10 ved hjelp av en rettlinjet forbindelse 11 i den trykte krets og likeledes er benet c forbundet med en andre utgangsklemme 12 over en rettlinjet forbindelse 13 i den trykte krets. De to forbindelser 11 og 13 er innbyrdes perpendikulære. Utgangsklemmene 10 og 12 er festet til to tilstøtende sider av det kvadratiske substrat 2.

Antenneplaten 3 er stanset ut fra en kobberfolie, men siden denne har liten tykkelse er dens kanter hevet slik det kan ses i fig. 3, for å sikre en samlet stivhet.

Det skal bemerkes at denne hevning av kantene og uttagningen av hullene a', b' og c' ikke påvirker antennens ytelse, idet antennens karakteristikker faktisk er bedre enn dem for en ekvivalent, konvensjonell antenne trykket på et dielektrikum som er spesielt til-egnet mikrobølgeantenner og av den type som er beskrevet i innledningen.

Oppfinnelsen utnytter på denne måte en utstanset kobberfolieplate som sitt utstrålende element uten at det fordres tilleggskomponenter for å montere det på substratet 2. Substratet er et konvensjonelt substrat for trykte kretser fremstilt i FR4 eller epoksyglass. Sammenstillingen av komponentene til et hele lar seg utføre med maskiner for automat-isk komponentplassering, som brukes i serieproduksjon.

Oppfinnelsen kan anvendes i mange forskjellige konfigurasjoner, særlig for frekvenser som er meget forskjellige og med flere grunnelementer satt sammen (antenner som består av flere individuelle antenneplater med fasong tilpasset for polarisering av mikro-bølge-sendevektoren).

I den beskrevne utførelse er som et eksempel antenneplaten 3 et kvadrat med en side lik 21,2 mm, mens substratet 2 sammen med jordingsplanet 1 har en tykkelse på

0,8 mm, og avstanden e er 1,8 mm mens lengden av tappene 5 er 1 mm.

Claims (3)

1. Antenneelement for mikrobølger som omfatter et jordingsplan (1) påtrykket et isolerende substrat (2) og en antenneplate (3) adskilt fra jordingsplanet med luft som dielektrikum (4) og som har minst én antenneutgang (b, c), idet antenneplaten (3) er ledende, har en fasong som er tilpasset en mikrobølge-sendevektors polarisering og er utformet med i det minste to ben (a, b, c) dannet ved stansing og folding, og hvor benene tjener til å understøtte antenneplaten på det isolerende substrat (2) og passerer gjennom hvert sitt hull i substratet, idet minst ett av benene (b, c) også utgjør en antenneutgang, mens jordingsplanet (1) mangler i et område (9) omkring det hull gjennom hvilket vedkommende ben (b, c), passerer igjennom substratet,karakterisert vedat antenneplaten (3) har kvadratisk fasong og tre ben (a, b, c), av hvilke ett ben (a) befinner seg i midten av platen (3) og danner en kortslutning mellom antenneplaten (3) og jordingsplanet (1) mens de to øvrige ben (b, c) utgjør to antenneutganger som befinner seg på hver sin midtlinje {M1;M2) for antenneplaten (3) og utgjør henholdsvis en forbindelse i fase og en forbindelse i kvadratur.

2. Antenneelement for mikrobølger som angitt i krav 1, og hvor de to antenneutganger (b, c) via hver sin rettlinjede forbindelse (11, 13) i en krets trykket på overflaten av substratet (2) motsatt jordingsplanet (1), er forbundet med hver sin utgangsklemme (10, 12) som er festet til en sidekant av det isolerende substrat (2), idet de to forbindelser (11, 13) er innbyrdes perpendikulære.

3. Antenneelement for mikrobølger som angitt i krav 1 eller 2, og hvor det gjennomgå-ende hull for hvert ben (a, b, c) har et metallbelegg (7) som også dekker kanten omkring hullet på motsatt side av substratet (2) av den som bærer jordingsplanet (1), slik at benene kan holdes fast på substratet ved hjelp av lodding (6).