DE10034547A1 - Broadband antenna has spiral coil set above reflector surface to provide a low profile antenna - Google Patents
Broadband antenna has spiral coil set above reflector surface to provide a low profile antennaInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches.The present invention relates to an antenna according to the Preamble of the independent claim.
Antennen zum Empfang und zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen für Zwecke diverser Funkdienste wie terrestrisch und/oder über Satellit abgestrahlten und/oder empfangenen Rundfunk, Mobilfunk, Navigation und dergleichen finden in zu nehmendem Maß Verwendung. Je nach Einsatzzweck variieren hierbei die Frequenzen und es ist zur Zeit, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich, üblich, für GPS-Systeme, Rundfunkemp fang, Mobilfunk in den verschiedenen Bändern, gegebenenfalls Fernsehen und dergleichen, separate Antennen anzubringen. Der Grund hierfür besteht darin, dass bei gegebener Sende- bzw. Empfangsleistung die Antenne noch einen zufriedenstellenden Gewinn aufweisen soll, was mit Multibandantennen bislang noch nicht erreicht werden kann, die breitbandig beispielsweise die Frequenzbereiche für Fernsehempfang, GSM 900, DAB, GPS, GSM 1800, DECT, UMTS usw. abdecken sollen. Einzelantennen können besser auf einen bestimmten Frequenzbereich angepasst werden.Antennas for the reception and radiation of electromagnetic Waves for the purposes of various radio services such as terrestrial and / or transmitted and / or received via satellite Broadcasting, mobile communications, navigation and the like can be found in increasing use. Varies depending on the application here the frequencies and it is currently, especially in Motor vehicle area, common for GPS systems, broadcasting temp catch, cellular in the different bands, if necessary TV and the like, attach separate antennas. The The reason for this is that for a given transmission or Reception performance the antenna still satisfactory Profit should have what so far with multi-band antennas cannot be achieved, for example, the broadband the frequency ranges for television reception, GSM 900, DAB, GPS, GSM 1800, DECT, UMTS, etc. should cover. individual antennas can better adapt to a certain frequency range become.
Es sind bereits verschiedene Ansätze bekannt, Breitbandanten nen, d. h. frequenzunabhängige Antennen, zu realisieren. So wurde eine Spiralantenne beschrieben von V. H. Rumsey in "Fre quency independent antennas", IRE National Conv. Record, 5, Seiten 114-118, 1957. Problematisch bei diesen Antennen ist, dass die elektromagnetische Strahlung zu beiden Ebenen der Spirale symmetrisch abgestrahlt wird, in der Regel jedoch ei ne Abstrahlung nur in einer Richtung gewünscht wird. Um die gewünschte Abstrahlungscharakteristik zu erzielen, wird ty pisch eine metallisch leitende Fläche als Reflektor in einem vorgegebenen Abstand zur Spirale hin angeordnet. Der Abstand wird typisch so gewählt, dass die von der Antenne auf den Re flektor hin abgestrahlte elektromagnetische Welle mit einer geeigneten Phase zur Spiralantenne zurück läuft. Dazu werden vergleichsweise große Abstände zwischen Reflektor und Anten nenarm benötigt, vergleiche T. E. Mayes, "Planar and other wi de-angle logarithmic spirals over ground", in "Electromagne tics", Band 14, Seiten 329-362, 1994. Werden die Abstände zwischen Reflektor und Antennenarm zu klein gewählt, erfolgt keine oder keine nennenswerte Abstrahlung.Various approaches are already known, broadband users nen, d. H. frequency-independent antennas. So a spiral antenna was described by V. H. Rumsey in "Fre quency independent antennas ", IRE National Conv. Record, 5, Pages 114-118, 1957. The problem with these antennas is that that the electromagnetic radiation to both levels of Spiral is emitted symmetrically, but usually egg ne radiation in one direction is desired. To the Achieving the desired radiation characteristic becomes ty a metallic conductive surface as a reflector in one predetermined distance from the spiral. The distance is typically chosen so that the from the antenna on the Re electromagnetic radiation emitted by a reflector suitable phase runs back to the spiral antenna. To do this comparatively large distances between reflector and antenna arm, see T. E. Mayes, "Planar and other wi de-angle logarithmic spirals over ground ", in" Electromagne tics ", volume 14, pages 329-362, 1994. The distances chosen too small between reflector and antenna arm no or no significant radiation.
Aus der US-PS 4,608,572 ist eine Breitbandantennenstruktur mit einer frequenzunabhängigen Masseebene mit geringen Verlu sten bekannt. Es wird darin vorgeschlagen, nahe der Masseebe ne Drosselelemente mit geeigneter Dimensionierung anzuordnen. Die Masseebene hat eine konische Form.A broadband antenna structure is known from US Pat. No. 4,608,572 with a frequency-independent ground plane with little loss most known. It is suggested in it, near the mass level to arrange throttle elements with suitable dimensions. The ground plane has a conical shape.
Aus der US-PS 5,313,216 ist eine Multioktavband- Mikrostreifen-Antenne bekannt, die ein Metallfolienspiralmo dus-Antennenelement und ein dielektrisches Substrat umfasst, welches zwischen dem Antennenelement und der Masseebene posi tioniert ist. Das Spiralmodus-Antennenelement weist ein fre quenzunabhängiges Muster auf, wie ein sinus, log periodisches, gezahntes oder spiralartiges Muster. Die Anten ne kann angeblich flach auf der Oberfläche einer Karosserie struktur angebracht werden, ohne die Oberfläche der Karosse riestruktur durchstoßen zu müssen und kann daran angepasst werden, wobei die Antenne eine Bandbreite von typisch um 600%, das heißt mehrere Oktaven umfassen soll. Auf das US- Patent wird vorliegend insbesondere hinsichtlich der Anten nenarmformen Bezug genommen.US Pat. No. 5,313,216 describes a multi-octave band Microstrip antenna known to be a metal foil spiral dus antenna element and a dielectric substrate, which posi between the antenna element and the ground plane is dated. The spiral mode antenna element has a fre sequence independent pattern, like a sine, log periodic, serrated or spiral pattern. The antenna ne can supposedly be flat on the surface of a body structure can be attached without the surface of the body having to penetrate the huge structure and can be adapted to it be, the antenna having a bandwidth of typically around 600%, that is to say spanning several octaves. To the US In the present patent is patented in particular with regard to the antenna reference arm forms.
Aus der US-PS 5,508,710 ist eine weitere flache Sprialmodus- Microstreifen-Antenne bekannt.Another flat spiral mode is known from US Pat. No. 5,508,710. Microstrip antenna known.
Aus der Veröffentlichung "Low-Cost-Spiral-Antenna with Dual- Mode Radiation Pattern for Integrated Radio Services" von E. Gschwendtner und W. Wiesbeck, veröffentlicht während AP 2000 vom 09.-14. April 2000 in Davos, Schweiz, ist es bekannt, dass Spiralantennen für Automobile einsetzbar sind. Es wird dort vorgeschlagen, den Reflektorabstand, das heißt den Ab stand zwischen Spiralarm und Reflektorebene, durch Verwendung geeigneten dielektrischen Materials zu verringern. Es wird ausgeführt, dass es nicht beabsichtigt sei, die Spirale mit einer sehr naheliegenden Masseebene zu realisieren, weil auf diese Weise in den an den Armenden der Spirale erforderlichen Absorbern zu schnell Energie verloren wird. Die Verwendung von Absorbern ist gerade bei Senden von Signalen nachteilig und unerwünscht.From the publication "Low-cost spiral antenna with dual Mode Radiation Pattern for Integrated Radio Services "by E. Gschwendtner and W. Wiesbeck, published during AP 2000 from 09.-14. April 2000 in Davos, Switzerland, it is known that spiral antennas can be used for automobiles. It will proposed there, the reflector distance, that is, the Ab stood between spiral arm and reflector level, through use suitable dielectric material. It will stated that it was not intended to use the spiral to realize a very obvious mass level because on this way in the required at the arm ends of the spiral Absorbers energy is lost too quickly. The usage of absorbers is disadvantageous especially when sending signals and undesirable.
Es wird weiter hingewiesen auf den Aufsatz "Spiral Antenna with Frequency-Independent Coplanar Feed for Mobile Communi cation Systems" von E. Gschwendtner, J. Parlebas, W. Wiesbeck in IEEE AP-S. 99, 11.-16. Juli, Orlando, Florida.Attention is also drawn to the article "Spiral Antenna with Frequency-Independent Coplanar Feed for Mobile Communi cation Systems "by E. Gschwendtner, J. Parlebas, W. Wiesbeck in IEEE AP-S. 99, 11.-16. July, Orlando, Florida.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine fla che Antennenanordnung zu realisieren, die eine breitbandige Abstrahlung bei dennoch flachem Aufbau ermöglicht.The aim of the present invention is to create a fla che antenna arrangement to implement a broadband Radiation enabled with a flat structure.
Der unabhängige Anspruch 1 gibt die Merkmale an, die zur Lö sung der Aufgabe erforderlich sind. Bevorzugte Ausführungs formen finden sich in den Unteransprüchen.The independent claim 1 specifies the characteristics that lead to the Lö solution of the task are required. Preferred execution shapes can be found in the subclaims.
Gemäß einem bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird somit eine Antenne mit einer flachen Antennenarmanordnung und einer zugehörigen Reflektoranordnung vorgeschlagen, bei wel cher vorgesehen ist, dass die Reflektoranordnung armnah ange bracht ist und eine dispergierende, also frequenzabhängige Struktur aufweist.According to a preferred embodiment of the invention thus an antenna with a flat antenna arm arrangement and an associated reflector arrangement proposed, at wel It is provided that the reflector arrangement is close to the arm is brought and a dispersing, so frequency-dependent Has structure.
Ein Grundgedanke der Erfindung ist somit darin zu sehen, dass der Reflektor eine frequenzabhängige, insbesondere resonante Struktur aufweist, das heißt, dass er so strukturiert ist, dass er für bestimmte, von der Antenne abzustrahlende Fre quenzen resonant ist. Ein Absorber wird dabei nicht mehr zwingend benötigt. Die Resonanz bzw. Dispersion führt dazu, dass sich der Phasensprung bei Reflexion ändert, wodurch wie derum die zum Antennenarm zurücklaufende elektromagnetische Welle bei diesem eine gleichfalls geänderte Phase besitzt. Strukturierte Reflektorebenen per se sind dabei bekannt und beispielsweise beschrieben in dem Artikel von D. Sievenpie per, L. Zhang, R. F. Jimenez-Broas, N. G. Alexopoulus, E. Yablonovitch, "High-impedance electromagnetics-surfaces with a forbidden Frequency Band", "IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques", Band 47, Nr. 11, Seiten Nr. 2059-2074, Nov. 1999. A basic idea of the invention is therefore to be seen in the fact that the reflector is a frequency-dependent, in particular resonant Has structure, that is, it is structured that it can be used for certain Fre sequences is resonant. An absorber is no longer used imperative. The resonance or dispersion leads to that the phase shift changes on reflection, whereby how the electromagnetic returning to the antenna arm Wave in this also has a changed phase. Structured reflector levels per se are known and described for example in the article by D. Sievenpie per, L. Zhang, R.F. Jimenez-Broas, N.G. Alexopoulus, E. Yablonovitch, "High-impedance electromagnetics-surfaces with a for hidden frequency band "," IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques ", Volume 47, No. 11, Pages No. 2059-2074, Nov. 1999.
Der genannte Aufsatz wird durch Bezugnahme zu Referenzzwecken vollumfänglich eingegliedert.The above article is incorporated by reference for reference purposes fully integrated.
Die Erfinder haben somit erkannt, dass lediglich durch geeig nete strukturierte Reflektorebenen die Abstrahlung ohne Ab sorberverluste auch bei flacher Antennenausbildung wesentlich verbessert werden kann.The inventors have thus recognized that only by appro structured reflector planes emit radiation without Ab sorber losses are significant even with flat antenna formation can be improved.
Die Reflektoranordnung kann und wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel so antennenarmnah angebracht, dass der Abstand bei zumindest einer von der Antenne ordnungsgemäß ab zustrahlenden Frequenz nicht größer als Lambda-Viertel, ins besondere als Lambda-Sechstel ist. Es wurde gefunden, dass sich ein guter Gewinn sogar noch bei Lambda/Zehntel erreichen läßt. Dies ergibt besonders geringe Bauhöhen bei einer Ab strahlung, die durch die erfindungsgemäße Reflektorstruktur dennoch gut ist.The reflector arrangement can and will be preferred Embodiment attached so close to the antenna that the Distance at least one from the antenna properly frequency to be radiated not greater than lambda quarter, ins is special as a lambda sixth. It was found that a good profit can even be achieved at lambda / tenth leaves. This results in particularly low overall heights radiation caused by the reflector structure according to the invention is still good.
Die Antenne ist bevorzugt breitbandig ausgebildet und kann zumindest über zwei, bevorzugt mehr Oktaven elektromagneti sche Wellen abstrahlen und/oder empfangen. Dies ist insbeson dere bevorzugt durch Realisierung der Antennenarme als Spi ralantennenarme erreicht worden. Die Spiralform kann insbe sondere linear oder exponentiell verlaufen und es können zwei oder mehr Spiralantennenarme vorgesehen werden. Auf die in der US-PS 5,313,216 offenbarten Antennenformen wird Bezug ge nommen.The antenna is preferably broadband and can at least over two, preferably more octaves of electromagnetic radiate and / or receive waves. This is in particular their preferred by realizing the antenna arms as spi Antenna arms have been reached. The spiral shape can be esp are particularly linear or exponential and there can be two or more spiral antenna arms are provided. On the in U.S. Pat. No. 5,313,216 disclosed antenna forms are referred to accepted.
Die Reflektoranordnung wird bevorzugt zumindest im wesentli chen parallel zu den Spiralarmen angeordnet. Die Winkelabwei chung zwischen Reflektoranordnung und Spiralarmen kann somit typisch unter 15° eines 360°-Vollkreises liegen. Bevorzugt ist die geometrische Winkel-Schräglage zwischen Reflektor und Spiralarmen geringer als 5°, wobei jeweils ein exakt ebener Reflektor angenommen wurde, was jedoch nicht zwingend der Fall sein muss. Insbesondere ist es möglich, den Reflektor und/oder die Spiralarme einer Gehäusecontour beispielsweise einer Karosseriecontour anzupassen.The reflector arrangement is preferably at least essentially Chen arranged parallel to the spiral arms. The angle deflection chung between reflector arrangement and spiral arms can thus are typically below 15 ° of a 360 ° full circle. Prefers is the geometric oblique angle between the reflector and Spiral arms less than 5 °, each one exactly level Reflector was accepted, but not necessarily the Case must be. In particular, it is possible to use the reflector and / or the spiral arms of a housing contour, for example to adapt to a body contour.
Die Resonanzstruktur am Reflektor wird bevorzugt so gewählt, dass eine vorgegebene Frequenz und/oder ein vorgegebener Fre quenzbereich der von den Antennenarmen abgestrahlten bezie hungsweise empfangenen elektromagnetischen Wellen mit einem vorbestimmten Phasensprung reflektiert wird und somit mit vorgegebener Phasenverschiebung an den Armen zurück läuft. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Phasensprung bei einer vorbestimmten Frequenz nicht größer als 15°(von 360° für den Vollkreis) und liegt näherungsweise bei 0°. Es sei jedoch ausgeführt, dass dies nicht zwingend erforderlich ist, sondern beliebige Phasenlagen eingestellt werden können, die insbesondere über die Reflektorfläche variabel zu halten sind, um so einen weiteren Freiheitsgrad bei der Variation der Richtcharakteristik zu erhalten.The resonance structure on the reflector is preferably chosen so that that a given frequency and / or a given fre frequency range of the radiated from the antenna arms received electromagnetic waves with a predetermined phase shift is reflected and thus with predetermined phase shift runs back on the arms. In a preferred embodiment is the phase shift at a predetermined frequency not larger than 15 ° (from 360 ° for the full circle) and is approximately 0 °. It however, it should be noted that this is not absolutely necessary is, but any phase positions can be set, to keep the variable, especially over the reflector surface are a further degree of freedom in the variation to obtain the directional characteristic.
Bevorzugt ist es, wenn ein Phasensprung nicht größer als 15° für jene Frequenzen oder Frequenzbereiche oder zumindest ei nen Teil davon vorliegt, bei welchem oder welchen die Reflek toranordnung näher als Lambda-Viertel, bevorzugt näher als Lambda-Sechstel an den Antennen- beziehungsweise Spiralarmen liegt. Die Reflektorstrukturierung wird typischerweise nicht für alle Frequenzen, die mit einer sehr breitbandigen Antenne abzustrahlen sind, resonant sein. Bevorzugt wird dies bei niedrigen Frequenzen, also großen Wellenlängen Lambda der Fall sein. Hier würde ein herkömmlicher, nicht strukturierter Reflektor zu einer deutlich größeren Bauhöhe führen und die erfindungsgemäße Verkleinerung ist dementsprechend besonders ausgeprägt. Bei höheren Frequenzen und damit kleineren Wel lenlängen ist dann zwar die Reflektorstruktur nicht mehr re sonant, aber die Wellenlänge ist auch kleiner und damit der Abstand zwischen Reflektor und Antennenarm bezogen auf die Wellenlänge größer, so dass sich insgesamt bereits ein gün stigeres Abstrahlverhalten ergibt.It is preferred if a phase jump is not greater than 15 ° for those frequencies or frequency ranges or at least egg NEN part of which or which the reflect Gate arrangement closer than lambda quarter, preferably closer than Lambda sixth on the antenna or spiral arms lies. The reflector structuring is typically not for all frequencies with a very broadband antenna to be emitted, to be resonant. This is preferred for low frequencies, i.e. long wavelengths of lambda Case. Here would be a conventional, not structured Reflector lead to a significantly larger height and that Accordingly, the downsizing according to the invention is special pronounced. At higher frequencies and thus smaller wel then the reflector structure is no longer right sonant, but the wavelength is also smaller and therefore the Distance between reflector and antenna arm related to the Wavelength larger, so that a green increased radiation behavior results.
Die Reflektorstruktur kann in einer per se bekannten Weise realisiert werden. Bekannt sind insbesondere frequenzselekti ve Oberflächen oder photonische Bandlückenstrukturen. Eine bevorzugte Variante ist die Verwendung sogenannter Patch- Arrays, das heißt einer Gruppe von Mikrostreifenleitungsan tennen, die insbesondere quadratisch sein können. Dabei ist bevorzugt eine mehrlagige Reflektoranordnung vorgesehen, näm lich insbesondere zunächst entfernt von der antennenbaren Ebene eine elektrisch leitende, durchgehende dünne Lage, dar über eine isolierende dielektrische Schicht, die gleichfalls durchgeht und darüber wiederum eine Lage mit elektrisch leit fähigen Flächenelementen. Die untere, durchgehend leitende Schicht ist bevorzugt auf einem selbstklebenden Träger oder dergleichen angebracht.The reflector structure can be made in a manner known per se will be realized. Frequency selectors are known in particular ve surfaces or photonic bandgap structures. A preferred variant is the use of so-called patch Arrays, i.e. a group of microstrip line arrays tennen, which can be particularly square. It is preferably a multi-layer reflector arrangement is provided, näm Lich first removed from the antennae Level is an electrically conductive, continuous thin layer over an insulating dielectric layer that also goes through and in turn a layer with electrically conductive capable surface elements. The lower, continuously conductive Layer is preferably on a self-adhesive carrier or the like attached.
Die Flächenelemente sind bevorzugt so strukturiert, dass es bei bestimmten Frequenzen zu Resonanzerscheinungen kommt, wie in der Technik per se bekannt. Es ist möglich, mehrere Lagen geeignet strukturierter leitfähiger Flächen übereinander an zuordnen und überdies in diesen Lagen die relativen Positio nen der leitfähigen Flächen zueinander quasi beliebig zu wäh len, wie im Stand der Technik per se bekannt.The surface elements are preferably structured so that it resonance phenomena occur at certain frequencies, such as known in the art per se. It is possible to have multiple layers suitably structured conductive surfaces on top of each other assign and moreover in these locations the relative position to select the conductive surfaces to one another as desired len, as known per se in the prior art.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden der Reflektor und die Antennenarme mit einer elektrisch leitenden Ringflä che umgeben, wobei der Ring insbesondere eine Höhe entspre chend dem Abstand zwischen Antennenarmen und Reflektorebene aufweist. So bildet der Reflektor mit den Antennenarmen be ziehungsweise der Ebene, in welcher diese angeordnet sind, beispielsweise der Ebene, in welcher die Spiralarme liegen, einen Hohlraum, was das Abstrahlverhalten weiter positiv be einflusst. Der Hohlraum kann je nach Form der Antenne gewählt werden und insbesondere elliptisch, quadratisch oder bevor zugt zylindrisch ausgestaltet sein.In a preferred embodiment, the reflector and the antenna arms with an electrically conductive ring surface che surround, the ring corresponds in particular to a height according to the distance between antenna arms and reflector level having. This is how the reflector forms with the antenna arms or the level in which they are arranged, for example the plane in which the spiral arms lie, a cavity, which further increases the radiation behavior influenced. The cavity can be chosen depending on the shape of the antenna be and especially elliptical, square or before trains be cylindrical.
Es sei erwähnt, dass die Antenne bevorzugt für den mobilen Einsatz, insbesondere auf Kraftfahrzeugen, insbesondere PKW geeignet und bestimmt ist.It should be mentioned that the antenna is preferred for the mobile Use, especially on motor vehicles, especially cars is suitable and determined.
Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt:In the following, the invention is only illustrated by way of example described the drawing. In this shows:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung mit Spiralarmen und zuge ordnetem Reflektor; Figure 1 is a schematic view of an antenna according to the present invention with spiral arms and assigned reflector.
Fig. 2 eine Antennenanordnung gemäß der vorliegenden Er findung mit zugeordneter umgebender Ringfläche; Figure 2 shows an antenna arrangement according to the present invention with an associated surrounding ring surface.
Fig. 3, 4 Skizzen zur Erläuterung des Abstrahlverhaltens. Fig. 3, 4 sketches for explaining the radiation characteristics.
Fig. 5a, 5b eine strukturierte Reflektoranordnung in Drauf sicht und Seitenansicht; Fig. 5a, 5b a structured reflector arrangement in top view and side view;
Fig. 6a, 6b mehrlagige Patch-Arrays in Seitenansicht; FIG. 6a, 6b multilayer patch arrays in side view;
Fig. 7a, 7b weitere strukturierte Reflektoranordnungen. Fig. 7a, 7b further structured reflector arrangements.
Nach Fig. 1 umfasst eine allgemein mit 1 bezeichnete Anten nenanordnung 1 mehrere Antennenarme 2, die allgemein eben an geordnet sind und sich in einem Abstand d von einer struktu rierten Reflektoranordnung 3 befinden.According to Fig. 1, generally designated 1 with transformants 1 comprises antenna array a plurality of antenna beams 2, which are generally planar and arranged at a distance d are of a struc tured reflector array 3.
Die Antennenarme 2 sind als Spiralantennenarme 2a, 2b, 2c, 2d gebildet und verlaufen in einer Ebene. Die Dimensionierung der Spiralarme ist so gewählt, dass die Spiralantenne für den Empfang und die Abstrahlung elektromagnetischer Wellen über mehrere Oktaven angeordnet ist. Die Einspeisung und Auskopp lung von Signalen erfolgt in per se bekannter Weise über ei nen zentralen Anschluß (nicht gezeigt).The antenna arms 2 are formed as spiral antenna arms 2 a, 2 b, 2 c, 2 d and run in one plane. The dimensioning of the spiral arms is chosen so that the spiral antenna for receiving and emitting electromagnetic waves is arranged over several octaves. The feeding and decoupling of signals takes place in a manner known per se via a central connection (not shown).
Parallel zu der Ebene der Spiralarme ist in einem Abstand d der ebene Reflektor 3 angeordnet. Der Abstand d ist so ge wählt, dass er für eine der unteren von den Spiralantennenar men abzustrahlenden Frequenz kleiner als Lambda/Sechstel ist. Der Reflektor 3 besteht aus einer Basisschicht 3a aus durch gehendem, elektrisch leitfähigem Material auf der von den Spiralarmen abgewandten Seite, einer dielektrischen Schicht 3b darüber und über dieser den Spiralarmen zugewandt einem Array, das heißt einer insbesondere regelmäßigen Anordnung von Metallleiterflächen 3c. Die Größe der Flächenelemente 3c ist so gewählt, dass die Strukturen bei einer der niedrige ren, von den Spiralarmen abzustrahlenden Frequenzen resonant sind. Die Resonanzfrequenz ist dabei durch Flächengrößenwahl, Abstand der Flächen untereinander und Stärke und Dicke des dielektrischen Materials der Schicht 3b an die gewünschte Frequenz angepaßt.The plane reflector 3 is arranged parallel to the plane of the spiral arms at a distance d. The distance d is selected such that it is smaller than lambda / sixth for one of the lower frequencies to be emitted by the spiral antenna arms. The reflector 3 consists of a base layer 3 a made of continuous, electrically conductive material on the side facing away from the spiral arms, a dielectric layer 3 b above and above this the spiral arms facing an array, that is to say a particularly regular arrangement of metal conductor surfaces 3 c. The size of the surface elements 3 c is selected such that the structures are resonant at one of the lower frequencies to be emitted by the spiral arms. The resonant frequency is by area size selection, distance between the surfaces to each other and strength and thickness of the dielectric material of the layer 3b to the desired frequency adjusted.
Die Funktionsweise der Antenne ist in Fig. 3 und Fig. 4 ver anschaulicht. Die Pfeile zeigen dabei die Ströme an den Spi ralarmen und die mit dem nahegelegenen Reflektor gegebenen Spiegelströme. Bei einem durchgehenden, elektrisch leitfähi gen, also metallischen Reflektor beträgt die Reflexionsphase am Reflektor 180°, so dass die jeweiligen Ströme oberhalb und mit dem Reflektor einander entgegen gerichtet sind. Dies führt bei geringem Abstand, wie er in der vorliegenden Anord nung gegeben ist, zu einer Unterdrückung der Abstrahlung.The operation of the antenna is illustrated in Fig. 3 and Fig. 4. The arrows show the currents at the spiral arms and the mirror currents given with the nearby reflector. In the case of a continuous, electrically conductive, ie metallic reflector, the reflection phase at the reflector is 180 °, so that the respective currents above and with the reflector are directed in opposite directions. This leads to a suppression of the radiation at a small distance, as is given in the present arrangement.
Durch die erfindungsgemäße resonante Strukturierung des Re flektors liegen jedoch keine Verhältnisse wie in Fig. 3 ge zeigt vor, sondern erfindungsgemäß Verhältnisse wie in Fig. 4. Hier ergibt sich durch die erfindungsgemäße Dispersion be ziehungsweise Resonanz eine Reflexionphase von 0°, so dass sich unter Gleichphasigkeit der beiden Ströme Abstrahlung wie in einem Einleitersystem ergibt und nicht, wie in Fig. 3 ge zeigt, eine Abstrahlungsunterdrückung wie in einem Zweilei tersystem.Due to the resonant structuring of the reflector according to the invention, however, there are no conditions as shown in FIG. 3, but rather conditions according to the invention as in FIG The in-phase nature of the two currents results in radiation as in a single-conductor system and not, as shown in FIG. 3, a radiation suppression as in a two-conductor system.
Für andere als die resonanten Frequenzen ergeben sich ent sprechend zwischen 0 und 180° variierende Phasen, wobei durch entsprechende Auslegung der Strukturen und durch den sich über die mit den Frequenzen ändernden Wellenlängen und die damit bezogen auf die Wellenlängen wachsenden Abstände zwi schen Spiralarmen und Reflektor eine noch gute Abstrahlung ergibt.For frequencies other than resonant, the result is ent phases varying between 0 and 180 °, whereby by appropriate interpretation of the structures and through the about the wavelengths changing with the frequencies and the thus increasing distances between the wavelengths radiation arms and reflector still a good radiation results.
Während in den Fig. 5a, 5b die Reflektoranordnung von Fig. 1 gezeigt ist, ist die Flächenstrukturierung nicht auf quadra tische Patch-Arrays beschränkt und es sind andere Strukturen möglich, wie in den Fig. 6 bis 8 gezeigt. Die dunklen Flächen in den Figuren stellen dabei metallisch leitende Flächen dar. Es ist in den Beispielen stets eine durchgehende, untere elektrisch leitfähige Schicht vorhanden und eine oder mehrere darüber liegende Dielektrikums- und leitfähige Schichten. While the reflector arrangement of FIG. 1 is shown in FIGS . 5a, 5b, the surface structuring is not limited to quadratic patch arrays and other structures are possible, as shown in FIGS. 6 to 8. The dark areas in the figures represent metallically conductive areas. In the examples there is always a continuous, lower electrically conductive layer and one or more dielectric and conductive layers above it.
Fig. 6b zeigt, dass bei Anordnung mehrerer elektrisch leitfä higer Felder und Dielektrikums-Schichten übereinander die elektrisch leitfähigen Flächen in beliebiger Anordnung zuein ander entsprechend dem Stand der Technik angeordnet werden können. Fig. Shows that if a plurality of electroconducting higer fields and dielectric layers above one another, the electrically conductive surfaces in any arrangement zuein other according to the prior art can be disposed 6b.
In Fig. 2 ist gezeigt, dass die Reflektoranordnung und die Spiralantennenarme mit einer elektrisch leitfähigen Ringflä che 4 umgeben werden können, um das Abstrahlverhalten durch Hohlraumbildung weiter zu verbessern.In FIG. 2 it is shown that the reflector arrangement and the spiral antenna arms with an electrically conductive Ringflä surface 4 can be surrounded by the radiation by cavitation to improve further.
Es sei ergänzend erwähnt, dass die Antennenarme auch als Schlitze in einer elektrisch leitfähigen Fläche ausgeführt sein können.It should also be mentioned that the antenna arms are also available as Slots made in an electrically conductive surface could be.
Claims (21)
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