NO320921B1 - Antenne, saerlig av sjiktlaminattypen og beregnet for mikrobolger - Google Patents

Description

Dette konsept gjelder en antenne, nærmere bestemt en slik antenne som kan dekke flere frekvensbånd og som også kan skille mellom radiobølgers polarisasjon.

En konvensjonell antenne skal først gjennomgås, idet det vises til fig. 5-8 i de tilhørende tegninger. Antennen 100 vist på fig. 5 og 6 er ifølge denne kjente teknikk bygget opp på et dielektrisk substrat 101 og har en strålingselektrode 102 på substratets ene hovedflate (overflaten). På den andre hovedflate er det pålagt en jordingselektrode 103 (på undersiden), og gjennom begge elektroder og substratet 101 går et gjennomgående hull 104 for gjennomføring av en kontakt 105 for tilkopling på undersiden. På denne måte kan effekt tilføres strålingselektroden 102 (når antennen skal arbeide som senderantenne). Forbindelsen mellom kontakten og elektrodene er utført som loddeforbindelser 106a, henholdsvis 106b.

Antennen 100 i denne form er som mottakerantenne innrettet for å ta imot sirkulært polariserte bølger, og følgelig er strålingselektroden 102 utrustet med skilletunger 102a slik det fremgår av fig. 5, for regenerative bølgemodi.

En mikrobåndlederantenne 110 er også vist på fig. 7 og 8 og er ifølge denne kjente teknikk bygget opp på et dielektrisk substrat 111 og har en strålingselektrode 112 på substratets ene hovedflate (overflaten). På den andre hovedflate er det pålagt en jordingselektrode 113 (på undersiden), og gjennom begge elektroder og substratet 111 går et gjennomgående hull 114 for gjennomføring av en kontakt 115 for tilkopling på undersiden. På denne måte kan effekt tilføres strålingselektroden 112 (når antennen skal arbeide som senderantenne). Forbindelsen mellom kontakten og elektrodene er utført som loddeforbindelser 116a, henholdsvis 116b.

Antennen 110 i denne form er som mottakerantenne innrettet for å ta imot lineært polariserte bølger, og til forskjell fra strålingselektroden 102 i antennen 100 beskrevet først, har ikke strålingselektroden 112 i denne utførelse noen skilletunger eller liknende for regenerasjonsseparering.

Disse kjente antennetyper har relativt stor avstand mellom de frekvensbånd som kan brukes ved sending eller mottaking, og de polariserte bølger som sendes/mottas er også for-skjellige. For å kunne ta imot signaler over flere frekvensbånd, kan følgende teknikker være aktuelle:

1) Anordning av de to typer antenner ved siden av hverandre, og

2) Bruk av en antenne av den type som kan tilføre (eller motta) effekt til/fra to strå-lingselektrodemønstre utformet på ett enkelt substrat.

Følgende problemer vil imidlertid møtes ved bruken av disse to teknikker. De to strålingselektroder som henholdsvis tilsvarer sitt bestemte frekvensbånd må anordnes med rimelig avstand fra hverandre for å unngå interferens mellom båndene. I tillegg må en tilførselsledning eller kontakt koples til hver av elektrodene, og derved reduseres mulighetene for å miniatyrisere antennen.

Fra den kjente teknikk skal videre vises til en artikkel av Y. Ebine et al.: "A wide beamwidth ... microstrip antenna with ... short circuit patches" i IEICE Transactions, vol. E 74, no. 10, Oet. 1991, p.3241-3245.

For å løse de problemer som er nevnt ovenfor og bygge videre på den kjente teknikk er det i det foreliggende konsept - som heretter vil kalles oppfinnelsen - søkt å komme frem til en miniatyrisert antenne med god frekvensdekning over flere frekvensbånd og som også tillater valg av bølgepolarisasjonstype.

I og med oppfinnelsen er det således skaffet til veie en antenne av sjiktlaminattypen, slik det fremgår av patentkrav 1.

Med en konfigurasjon som her beskrevet og vist, kan den første strålingselektrode tjene som en antenne for å dekke et første frekvensbånd, og den er i tillegg kapasitivt koplet til en eller flere andre strålingselektroder får å dekke andre frekvensbånd. Bare ett enkelt substrat brukes, og bare ett gjennomgående hull trengs for tilførsel av elektrisk energi i en sendersituasjon, hvorved antennen kan utføres miniatyrisert.

I en mottakersituasjon kan en polarisert radiobølge skilles ut ved å innstille de kapasitive koplingspartiers kapasitet, blant annet ved posisjonsendring.

Oppfinnelsen skal nå beskrives i nærmere detalj, og i den anledning vises til de øvrige tegninger fig. 1-4, idet fig. 1 viser et planriss av hvordan en første utførelse av en antenne av sjiktlaminattypen, særlig beregnet for mikrobølger, er bygget opp, fig. 2 viser i perspektiv hvordan lagdelingen er i denne antenne, fig. 3 viser en noe utviklet utførelse av samme antenne, med et strålingselektrodelag oppdelt i fire elektroder, mens fig. 4 viser en utførelse som tilsvarer utførelsen på fig. 1 og 2, men hvor den første strålingselektrode diametralt har tilbakekoplingselementer i form av to utstikkende tunger for å kunne velge ut en bestemt bølgepolarisasjon ved høyere frekvenser.

På fig. 1 og 2 gjelder henvisningstallet 1 en mikrobåndlederantenne som er bygget opp med tre dielektriske lag 1 la-1 lc av keramikk, et jordingselektrodelag 12 som er lagt opp på det underste av disse, nemlig laget 1 la, og tilnærmet har samme areal som dette, et første strålingselektrodelag 13 som har tilnærmet kvadratisk grunn form og er lagt oppå det andre dielektriske lag 11b, og et andre strålingselektrodelag 14 som er lagt på det tredje dielektriske lag lic og har tilnærmet L-form og er lagt slik at det ikke overlapper det første strålingselektrodelag 13. Et sentralt hull i laget 13 tjener (som tilkopling av for eksempel en innerleder i en kabel, indikert ved 15 på fig. 1-3) som tilførsel av elektrisk energi (til dette lag, i en sendersituasjon) og har forbindelse mellom undersiden av det første dielektriske lag lia og dette første strålingselektrodelag 13 (for eksempel via en kontakt, ikke vist). Flere gjennomgående kanthull 16 er avsatt for å kople det andre strålingselektrodelag 14 elektrisk til jordingselektrodelaget 12. Overlappende koplingspartier 17a og 17b i form av fremstikkende tunger på lagene 13 og 14 sørger for kapasitiv kopling mellom de elektroder disse lag danner. Den første strålingselektrode, dannet av det første lag 13 tjener derved som en antennedel som (sammen med jordingselektroden) dekker et første frekvensbånd

(høyfrekvent), mens hele den del som omfatter den første strålingselektrode samt det andre lag 14 som i den viste utførelse danner en enkelt andre strålingselektrode virker som en antennedel (eller komplett antenne) som dekker et andre frekvensbånd (lavere frekvenser).

Fig. 3 viser en tilsvarende antenne 20 i en andre utførelse, og enkelte av henvisningstallene fra de tidligere tegninger vil gjenfinnes. De elementer som allerede er beskrevet gjennomgås ikke på ny. Forskjellen fra antennen 1 vist på fig. 1 og 2 er at det andre strålingselektrodelag 22-25 er delt opp i fire like deler som hver danner sin respektive andre strålingselektrode med tilnærmet rektangulær form og anordnet slik at de sammen omslutter hver av det sentrale og tilnærmet kvadratiske første strålingselektrodelag 13 uten særlig overlapping, med unntak av koplingspartiene 17a-17d som tilsvarer dem på fig. 1-2.

Antennen 20 danner også her en mikrobåndlederantenne slik at den første elektrode dannet av det første lag 13 dekker et første frekvensbånd sammen med jordingselektroden, denne elektrode pluss de to første av de andre elektroder, nemlig elektrodene dannet av det andre lags deler 22 og 23, dekker et andre frekvensbånd, og den første elektrode og de to resterende andre elektroder, nemlig elektrodene dannet av lagets deler 24 og 25, dekker nok et frekvensbånd.

Selv om det ikke spesielt er vist på tegningen, er det tilsvarende som for antennen 1, mulig å la elektrodene dannet av delene 22 og 23 være sammenføyd til L-form, og det samme gjelder elektrodene dannet av delene 24 og 25 på motsatt side. De fire andre elektroder dannet av hver sin del 22-25 kan også enkeltvis ha L-form og altså uten å være sammenkoplet med hverandre.

Det er heller ikke vist på tegningen, men er fullt mulig at antennen 1 på tilsvarende måte som antennen 20 kan ha sitt andre strålingselektrodelag 14 oppdelt i rektangelformede separate elektroder.

Antennen i de to utførelsesformer som her er vist på fig. 1, 2 og 4 for den første og fig. 3 for den andre, har altså kapasitiv kopling mellom de første henholdsvis andre strålingselektrodelag og dermed mellom strålingselektrodene, og de enkelte frekvensbånd som dekkes av de enkelte antennedeler kan reguleres ved å endre den kapasitive kopling. Likeledes kan forskjellig polarisasjon velges ved bruk av antennen som mottakerantenne, særlig i de nedre frekvensbånd, ved å forskyve posisjonen hvor den kapasitive kopling dannes eller ved å justere (trimme) koplingspartiene.

Videre er det slik at siden koplingspartiene i den laminerte struktur dannes av og mellom fremstikkende deler av elektrodelagene og derfor ikke krever spesielle fremstil-lingstrinn, vil tilvirkningen være enkel, og man kan oppnå lav byggehøyde for antennen, siden tykkelsen av de enkelte lag er liten.

Fig. 4 viser en annen utførelse hvor den første strålingselektrode diametralt har to utstikkende motkoplingstunger 13a for å kunne velge ut en polarisert bølge ved høyere frekvenser. De øvrige elementer på tegningen er for øvrig de samme som tidligere. I oppfinnelsens antenne kan man la den første strålingselektrode for det første øvre frekvensbånd være innrettet for å motta signaler av en første polarisasjonstype, mens hele antennen med det første og det andre lag for det lavere frekvensbånd kan håndtere samme eller en annen polarisasjonstype.

Utførelsene er vist med et første strålingselektrodelag og dermed en første elektrode med tilnærmet kvadratisk grunnform (pluss fremstikkende tunger som danner koplingspartier), men fasongen kan også være annerledes, for eksempel sirkulær.

I de viste utførelser har hver av de andre elektroder og jordingselektroden en rekke kanthull 16 rett over hverandre for galvanisk sammenkopling, og for å jorde det andre lags elektrode eller elektroder høyfrekvensmessig effektivt vil man gjerne velge antall og plassering av disse kanthull på bestemt måte. Det er nevnt at de dielektriske lag er utført av keramikk, men det underste lag kan like gjerne være et substrat av aluminiumoksid, aluminiumnitrid eller liknende.

Videre er oppfinnelsens antenne fremstilt ved laminering av flere dielektriske lag (sjikt) og innskutte elektrodelag som til slutt er sintret sammen (kalsinert). Selv om det ikke direkte er vist på tegningene, kan man lage et større antall antenner under ett for å redusere kostnadene, ved å dele opp et stort elektrodemønster på et keramisk sjikt.

Endelig er det mulig å velge en bestemt av flere mulige bølgepolarisasjoner ved sending eller mottaking ved å justere kapasitetsverdien i en kapasitiv koplingsseksjon (her kalt koplingsparti), og plasseringen av en slik seksjon.

Claims (6)

1. Antenne (1, 20) av sjiktlaminattypen og omfattende et første strålingselektrodelag (13) som danner en første strålingselektrode, et andre strålingselektrodelag (14, 22-25) som danner en eller flere andre strålingselektroder, og et jordingselektrodelag (12) som danner en jordingselektrode, hvor jordingselektroden er lagt på et første dielektrisk lag (lia), hvor den første strålingselektrode er lagt på et andre dielektrisk lag (1 lb) oppå jordingselektroden, og hvor det andre strålingselektrodelag (14, 22-25) er lagt på et tredje dielektrisk lag (1 lc), slik at hver elektrode tilhørende sitt respektive elektrodelag har et dielektrisk lag (1 la, 11b, lic) mellom seg og elektroden over eller under, karakterisert ved: kapasitive koplingspartier (17a-17d) på det første og andre strålingselektrodelag (13, 14, 22-25) for kapasitiv kopling mellom den første strålingselektrode og den ene eller hver andre strålingselektrode, midler (15) innrettet for i en sendersituasjon å overføre elektrisk energi til den første strålingselektrode, og flere gjennomgående hull (16) gjennom elektrodelagene (12, 14) og de dielektriske lag (11b, lic) for å forbinde den ene eller hver andre strålingselektrode elektrisk med jordingselektroden, utenom den første strålingselektrode, hvor: det første strålingselektrodelag (13) har en tilnærmet kvadratisk grunnform, hvor det andre strålingselektrodelag (14, 22-25) omfatter avsnitt som har tilnærmet rektangulær form og hovedsakelig ligger sideforskjøvet i forhold til det første strålings-elektrodelags (13) respektive sidekant av dets grunnform, slik at de ikke overlapper denne grunnform.

2. Antenne (1) ifølge krav 1, karakterisert ved at det andre strålingselektrodelag (14) danner én andre strålingselektrode med tilnærmet L-form og dermed to tilnærmet rektangulære avsnitt sammenkoplet i et felles rettvinklet hjørne.

3. Antenne (20) ifølge krav 1, karakterisert ved at det andre strålingselektrodelag (22-25) danner fire separate andre strålingselektroder, hver med sitt tilnærmet rektangulære avsnitt vendt inn mot den første strålingselektrodes respektive sidekant i grunnformen.

4. Antenne (20) ifølge krav 1, karakterisert ved at det andre strålingselektrodelag (22-25) danner to separate andre strålingselektroder med tilnærmet L-form, hver med sine to tilnærmet rektangulære avsnitt sammenkoplet i et felles rettvinklet hjørne og vendt inn mot den første strålingselektrodes respektive sidekant i grunnformen.

5. Antenne (1, 20) ifølge ett av kravene 1-4, karakterisert ved at midlene (15) for å overføre elektrisk energi omfatter en koaksial linje med innerleder og ytterleder, et sentralt hull i den første strålingselektrode for tilkopling av innerlederen, og et tilsvarende hull i jordingselektroden for gjennomføring og eventuelt tilkopling av ytterlederen.

6. Antenne (1, 20) ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at den første strålingselektrode omfatter en eller flere tunger (13a) for selektiv motkopling for endring av antennens polarisasjonskarakteristikk.