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Die vorliegende Erfindung betrifft eine flexible Antenne für elektromagnetische Wellen zur Anbringung an einer Außenfläche eines Körpers in Umfangsrichtung, wobei die Antenne einen Antennenanschluss und wenigstens ein mit dem Antennenanschluss verbundenes Antennenelement für elektromagnetische Wellen aufweist.
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Elektromagnetische Wellen können dazu benutzt werden, um Informationen zu übertragen. Dabei sind unterschiedliche Übertragungsverfahren bekannt, bei denen die elektromagnetischen Wellen sowohl drahtgebunden wie auch drahtlos übertragen werden können. Um eine elektromagnetische Welle aus einem drahtgebundenen Medium in ein drahtloses Medium zu überführen, ist eine Antenne erforderlich. Grundsätzlich kann mit jeder Antenne sowohl empfangen als auch gesendet werden. Zur Vereinfachung wird im Folgenden lediglich der Sendebetrieb betrachtet.
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Im Stand der Technik gibt es unterschiedliche Arten von Antennen. Solche, welche die Welle gleichmäßig in alle Raumrichtungen entsenden, auch omnidirektionale oder isotrope Antennen genannt, und solche, welche die Wellen in eine oder mehrere Richtungen gezielt entsenden, auch gerichtete Antennen genannt. Als Kenngröße wird die Richtcharakteristik verwendet.
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Der Gewinn einer Antenne ist im Empfangsfall das logarithmierte Verhältnis der Empfangsleistungen im Bezug auf eine Vergleichsantenne, im Allgemeinen die isotrope Antenne. Der Gewinn einer Antenne hängt von der Richtcharakteristik ab.
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Die bekanntesten in einer Ebene omnidirektionalen Antennen sind stabförmige Antennen, die üblicherweise eine Kabelzuführung am Fuß aufweisen. Um eine optimale Ausbreitung der Welle zu ermöglichen sollten Hindernisse so weit wie möglich von der Antenne entfernt sein. Daher werden diese Antennen meist in exponierter Lage installiert. Dazu macht man sich häufig das Vorhandensein von Masten zu Nutze und montiert die Antenne an der Spitze eines solchen Mastes. Sollten keine geeigneten Masten an einem gewünschten Ort vorhanden sein, können die Masten auch explizit für die Anbringung der Antenne aufgestellt werden.
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Durch die exponierte Lage der omnidirektionalen Antennen besteht eine große Gefahr der Beschädigung durch Überspannungen, beispielsweise durch Blitzeinschläge. Dazu kommt, dass es aufgrund von Umgebungsbedingungen nicht möglich sein kann, die Antenne an einer gewünschten Position zu montieren, die eine omnidirektionale Abstrahlung ermöglicht.
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Weiterhin sind planare oder flache flexible Antennen bekannt, die an einem im Wesentlichen beliebig geformten Körper anbringbar sind. Hierbei handelt es sich üblicherweise um spezielle Antennen, die an den konkreten Körper angepasst sind, oder um universelle Antennen, deren Antenneneigenschaften nicht für jede Verwendung geeignet sind.
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Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Antenne der oben genannten Art anzugeben, deren Eigenschaften eine flexible Nutzung ermöglichen, die flexibel und einfach anbringbar ist, die eine geringe Anfälligkeit für Überspannungen aufweist, und die einfach herzustellen ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist somit eine flexible Antenne für elektromagnetische Wellen zur Anbringung an einer Außenfläche eines Körpers in Umfangsrichtung vorgesehen. Die Antenne weist einen Antennenanschluss und wenigstens ein damit verbundenes Antennenelement für elektromagnetische Wellen auf. Weiterhin ist die Antenne mit wenigstens einer Trennstelle ausgeführt, an welcher die Antenne in Umfangsrichtung durch Abtrennen wenigstens eines Teils eines Antennenelements kürzbar ist.
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Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, die flexible Antenne derart auszugestalten, dass eine einzelne, vorgefertigte Antennenart an den Außenflächen unterschiedlicher Körper angebracht werden kann. Dadurch wird eine universelle Antenne geschaffen, die eine flexible Nutzung ermöglicht. Beispielsweise kann die Antenne durch Längenkürzung an Körpern mit unterschiedlichen Außenumfängen angebracht werden. Dabei kann der Außerumfang durch die Antenne vollständig umfasst werden, wobei Überlappungen der Antenne, die zu Störungen in der Abstrahlung der Welle führen können, durch das Kürzen der Antenne beseitigt werden können. Durch die Flexibilität der Antenne kann eine Anbringung an unterschiedlichen Körpern erfolgen. Im Gegensatz zu Stabantennen kann die Antenne leicht an beliebigen Stellen wie einem Mittelbereich von Pfosten oder Masten angebracht werden. Damit kann die Antenne auch unterhalb eines höchsten Punktes des Körpers angebracht werden, so dass nur eine geringe Anfälligkeit für Überspannungen gegeben ist. Der Mast selber stellt für die Antenne kein Hindernis dar.
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Die Anzahl und Anordnung der Trennstellen ist frei wählbar, wobei sich die Antenne mit einer steigenden Anzahl Trennstellen flexibler einsetzen lässt. Prinzipiell können die Trennstellen beliebig angeordnet und ausgeführt sein. Üblicherweise sind die Trennstellen quer zur Umfangsrichtung angeordnet und ausgeführt, um ein Kürzen der Antenne in der Umfangsrichtung zu ermöglichen. Prinzipiell kann die Antenne an ihren beiden Enden in Umfangsrichtung kürzbar sein. Vorteilhafterweise ist die Antenne jedoch nur an einem Ende kürzbar.
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Der Antennenanschluss kann an einer beliebigen Stelle der Antenne ausgebildet sein, so dass eine oder mehrere Antennenelemente auf beiden Seiten des Antennenanschlusses angeordnet sind. Bevorzugt ist die Antenne mit einer Zugentlastungseinrichtung ausgeführt, um den Antennenanschluss zu entlasten und vor Beschädigungen zu schützen.
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Die Antenne ist zur Anbringung an beliebig geformten Außenflächen geeignet. Die Körper können beispielsweise einen ringförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweisen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Antenne eine Trägerschicht auf, mit der die Antenne an dem Körper anbringbar ist, wobei die Trägerschicht eine selbstklebende Schicht ist. Die Trägerschicht ermöglicht somit eine einfache Anbringung der Antenne an dem Körper durch Kleben. Dies ist beispielsweise besonders für eine Anbringung an metallischen Körpern oder Körpern aus Kunststoff geeignet.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Antenne eine Isolationsschicht auf, mit der die Antenne gegenüber dem Körper elektrisch isolierbar ist, wobei sich die Isolationsschicht an ihrer in Umfangsrichtung der wenigstens einen Trennstelle entgegengesetzten Seite über den Antennenanschluss bzw. das äußerste Antennenelement hinaus erstreckt. Die Isolationsschicht ermöglicht es, dass die Antenne an beliebigen Körpern, also auch auf leitenden Körpern angebracht werden kann. Durch die Erstreckung der Isolationsschicht über den Antennenanschluss bzw. das äußerste Antennenelement hinaus kann die Isolationsschicht eine zuverlässige Isolation der Antenne selbst bewirken, beispielsweise wenn sich beim Anbringen der Antenne an dem Körper eine Überlappung der beiden Enden der Antenne ergeben sollte. Besonders bevorzugt ist die Isolationsschicht integral mit der Trägerschicht ausgeführt, dass heißt, die Isolationsschicht ist als selbstklebende Isolationsschicht ausgeführt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Antenne derart ausgeführt, dass die Antenne gegenüberliegend zu ihrer auf den Körper aufzubringenden Seite mit einer Deckschicht ausgeführt ist. Die Deckschicht bildet einen Schutz der Antenne vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor Feuchtigkeit. Ein Kontakt von elektrisch leitenden Komponenten der Antenne mit Feuchtigkeit wird durch die Deckschicht verhindert.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Antenne derart ausgeführt, dass die Antenne eine leitende Basisschicht, eine Strukturschicht mit dem wenigstens einen Antennenelement sowie eine dazwischenliegende isolierende Zwischenschicht aufweist. Dieser Aufbau kann leicht hergestellt werden, indem beispielsweise auf die isolierende Zwischenschicht die Strukturschicht aufgebracht wird. Dazu können beispielsweise die Antennenelemente unmittelbar auf die Zwischenschicht aufgebracht werden. Die Strukturschicht muss somit keine durchgehende Schicht mit einer einheitlichen Materialdicke sein. Die Strukturschicht kann neben den Antennenelementen auch eine Leiterstruktur zum Verbinden der Antennenstruktur mit dem Antennenanschluss aufweisen. Die Antennenelemente können als mäanderförmige Strukturen ausgeführt sein. Vorzugsweise ist die Basisschicht auf der im montierten Zustand dem Körper zugewandten Seite positioniert. Die Basisschicht, die Antennenelemente sowie die optionale Leiterstruktur sind vorzugsweise aus Kupfer gefertigt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Antenne derart ausgeführt, dass die Antenne eine Mehrzahl von Antennenelementen aufweist, die über eine Leiterstruktur mit dem Antennenanschluss verbunden sind, wobei die wenigstens eine Trennstelle die Leiterstruktur unterteilt. Durch das Kürzen der Antenne wird somit wenigstens ein Antennenelement von der Antenne abgetrennt. Die einzelnen Antennenelemente können auf unterschiedliche Weise miteinander und/oder mit der Leiterstruktur verbunden sein, beispielsweise parallel oder in Reihe. Bei einer Kettenschaltung der Aussendeeinheiten wird eine Wanderwellenantenne gebildet.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Antenne derart ausgeführt, dass die Antenne wenigstens ein Antennenelement aufweist, das sich in Umfangsrichtung erstreckt, wobei die wenigstens eine Trennstelle das Antennenelement unterteilt. Beispielsweise kann das Antennenelement mit einer mäanderförmigen Struktur ausgeführt sein, wobei diese Struktur durch das Kürzen der Antenne unterbrochen und teilweise abgetrennt wird. Die Antenne kann in Umfangsrichtung ausgehend von dem Antennenanschluss in einer oder in beiden Richtungen ein Antennenelement aufweisen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Antenne derart ausgeführt, dass die Antenne an der wenigstens einen Trennstelle mit einer Trennungsmarkierung ausgeführt ist. Dies erleichtert das Kürzen der Antenne. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass die Antenne nur an solchen Stellen gekürzt wird, die zu keiner ungewünschten Veränderung ihrer Eigenschaften führen. Die Markierungen sind bevorzugt optische und/oder haptische Markierungen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Antenne als Leckstrahler bzw. Leckwellenleiter ausgeführt, wobei der Leckstrahler bzw. Leckwellenleiter einen in einem Isolationsmedium angeordneten Leiter und einen äußeren Schirm, der das Isolationsmedium umgibt, aufweist und in dem Schirm wenigstens eine Leckstelle zur Abstrahlung der elektromagnetischen Welle ausgebildet ist. Der Leckstrahler bzw. Leckwellenleiter kann mit verschiedenartigen Querschnitten ausgeführt sein, beispielsweise einem ringförmigen Querschnitt oder einem rechteckigen Querschnitt. Der Leckstrahler bzw. Leckwellenleiter kann unterschiedliche ausgeführte Leckstellen aufweisen, beispielsweise als Schlitze in Umfangsrichtung oder als eine umfängliche Leckstelle um den Leiter. Die Antenne kann auch als Schlitzantenne ausgeführt sein.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Antenne derart ausgeführt, dass der Antennenanschluss zum Anschluss der Antenne von der Seite des Körpers ausgeführt ist. Somit kann die Antenne beispielsweise an einem röhrenförmigen Körper angebracht und mit einem Kabel, das in dem Körper geführt ist, angeschlossen werden. Somit muss kein Kabel an einer Außenseite des Körpers geführt werden und eine freiliegende Verbindung des Kabels mit dem Antennenanschluss entfällt. Eine Abdeckung und ggf. Abdichtung des Antennenanschlusses nach außen erfolgt durch die Antenne selber.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Antenne derart ausgeführt, dass sie eine Richtcharakteristik zur Abstrahlung der elektromagnetischen Welle aufweist. Damit kann die Antenne zur Erzeugung spezifischer Sendekeulen verwendet werden, um die Energie der Welle auf eine gewünschte Weise abzustrahlen. Beispielsweise kann die Antenne zur gleichmäßigen Abstrahlung in Umfangsrichtung ausgeführt sein, d.h. eine Abstrahlung quer zur der Umfangsrichtung ist reduziert. Die Richtcharakteristik kann sowohl durch die Ausgestaltung und/oder die Anordnung des wenigstens einen Antennenelements ausgebildet sein.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Antenne derart ausgeführt, dass die Antenne eine Folienantenne ist, und die Schichten als Schichtfolien ausgeführt sind. Somit kann die Antenne einfach hergestellt werden, beispielsweise indem einzelne Folien separat hergestellt und miteinander verbunden werden. Das Verbinden erfolgt vorzugsweise durch Verkleben oder Verschweißen.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung einer Antenne gemäß einer ersten Ausführungsform mit einer Mehrzahl Antennenelemente,
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2 eine schematische Schnittdarstellung der Antenne aus 1 im Bereich ihres Antennenanschlusses,
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3 eine schematische Darstellung der Antenne aus 1 an einem zylinderförmigen Körper,
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4 eine schematische Draufsicht auf einen Mast mit der Antenne aus 1 und Sendekeulen der Antennenelemente,
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5 eine schematische perspektivische Darstellung der Anordnung aus 4, wobei nur zwei Sendekeulen dargestellt sind,
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6 die Darstellung aus 4 als schematische Schnittansicht, wobei nur drei Sendekeulen dargestellt sind,
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7 eine schematische Darstellung einer Antenne gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einer Mehrzahl Antennenelemente,
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8 eine schematische perspektivische Darstellung der Antenne aus 7 an einem Mast mit Sendekeulen der Antennenelemente, wobei nur drei Sendekeulen dargestellt sind,
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9 eine schematische Darstellung einer Antenne gemäß einer dritten Ausführungsform zu Anbringung an einem Mast, und
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10 eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels der Antennen mit einer Übertragung zwischen Antennen mehrerer Masten.
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Die 1 bis 3 zeigen eine erfindungsgemäße Antenne 1 für elektromagnetische Wellen gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform. Die Antenne 1 ist als flexible Folienantenne mit einer Mehrzahl Schichten 2, 3, 4, 5, 6, die in diesem Ausführungsbeispiel miteinander verschweißt sind, ausgeführt. Die Antenne 1 ist weiterhin zur Anbringung an einem Körper 10, der hier beispielhaft ein Laternenmast mit einem ringförmigen Querschnitt ist, ausgeführt, wobei die Antenne 1 ist zur Anbringung an dem Mast 10 in Umfangsrichtung ausgebildet ist.
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Der Aufbau der Antenne 1 ist im Detail in 2 gezeigt. Die Antenne umfasst eine selbstklebende Trägerschicht 2, mit der die Antenne 1 an dem Mast 10 anbringbar ist. Die Trägerschicht 2 ist aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt und wirkt somit als Isolationsschicht, welche die Antenne 1 gegenüber dem Mast elektrisch isoliert.
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Weiterhin umfasst die Antenne 1 eine leitende Basisschicht 3 aus Kupfer, eine Strukturschicht 4, sowie eine dazwischenliegende isolierende Zwischenschicht 5 aus Kunststoff. An ihrer der Trägerschicht 2 gegenüberliegenden Seite weist die Antenne eine Deckschicht 6 auf, die aus einem isolierenden Kunststoff hergestellt ist und als Folie auf die Strukturschicht 4 aufgebracht ist.
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Die Strukturschicht 4 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl einzelner Antennenelemente 12 für elektromagnetische Wellen auf. Die Antennenelemente 12 sind jeweils als mäanderförmige Strukturen ausgeführt und in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet. Weiterhin umfasst die Strukturschicht 4 eine Leiterstruktur 13, welche die Antennenelemente 12 miteinander und mit einem Antennenanschluss 14 verbindet.
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Der Antennenanschluss 14, der im Detail in 2 gezeigt ist, umfasst einen koaxialen Leitungsabschnitt 15 zur Verbindung mit einem koaxialen Kabel 17. Entsprechend sind die Basisschicht mit einem Außenleiter 18 die Antennenelemente 12 über die Leiterstruktur 13 mit einem Innenleiter 19 des koaxialen Kabels 17 verbunden.
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Weiterhin ist die Antenne 1 mit einer Mehrzahl Trennstellen 20 quer zur Umfangsrichtung ausgeführt, an welcher die Antenne 1 in Umfangsrichtung durch Abtrennen wenigstens eines Antennenelements 12 kürzbar ist. Die Trennstellen 20 sind somit derart positioniert, dass sie die Antenne 1 jeweils im Bereich ihrer Leiterstruktur 13 unterteilen. Die Trennstellen 20 sind in 1 dargestellt und mit Trennungsmarkierungen 21 ausgeführt. Die Trennungsmarkierungen 21 sind als Pfeile auf die Deckschicht 6 aufgedruckt.
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Die Träger- bzw. Isolationsschicht 2 weist in Umfangsrichtung an dem den Trennstellen 20 entgegengesetzten Ende eine Ausdehnung auf, die über die Ausdehnung der Basisschicht 3 hinaus reicht, wie in 1 erkennbar ist. Beim Anbringen der Antenne 1 an dem Mast 10 wird die Trägerschicht 2 mit ihrem über die Basisschicht 3 reichenden Ende zumindest teilweise überlappend auf die Deckschicht 6 aufgebracht.
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Bei der Antenne 1 des ersten Ausführungsbeispiels ist der Antennenanschluss 14 in einem Mittelbereich der Antenne 1 ausgebildet, so dass mehrere Antennenelemente 12 auf beiden Seiten des Antennenanschlusses 14 angeordnet sind. Der Antennenanschluss 14 erstreckt sich durch die Trägerschicht 2 zum Anschluss der Antenne 1 von der Seite des Mastes 10.
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Die Antennenelemente 12 weisen in diesem Ausführungsbeispiel eine Richtcharakteristik zur Abstrahlung der elektromagnetischen Welle auf, wie in den 4 bis 6 dargestellt ist. Entsprechend wird an jedem Antennenelement 12 eine Sendekeule 22 erzeugt, um die Energie der Welle auf eine gewünschte Weise abzustrahlen. Die Sendekeulen 22 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet, so dass sich eine gleichmäßige Abstrahlung in horizontaler Richtung ergibt, während eine Abstrahlung in vertikaler Richtung reduziert ist.
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Eine Antenne 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform ist in den 7 und 8 dargestellt. Die Antenne 1 der zweiten Ausführungsform entspricht im Wesentlichen derjenigen der ersten Ausführungsform. Der Unterschied besteht lediglich in der Ausgestaltung der einzelnen Antennenelemente 12, die über eine gemeinsame Leiterstruktur 13 parallel mit dem Antennenanschluss 14 verbunden sind.
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Eine Antenne 1 gemäß einer dritten Ausführungsform ist in 9 dargestellt. Die Antenne 1 der dritten Ausführungsform ist als Leckwellenleiter in Folienform ausgeführt. Der Leckwellenleiter weist einen Leiter 30, der in einem Isolationsmedium 31 angeordnet ist, und einen äußeren Schirm 32, der das Isolationsmedium 31 umgibt, auf. In dem Schirm 32 ist eine Mehrzahl Leckstellen 33 zur Abstrahlung der elektromagnetischen Welle ausgebildet.
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10 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Antennen 1 der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Dabei sind mehrere Masten 10, die hier als Laternenmasten mit einer funkbetriebenen Steuerungseinheit zur Ansteuerung der Laterne ausgeführt sind, mit jeweils einer zuvor beschrieben Antenne 1 ausgeführt. Die Steuerungseinheiten benachbarter Masten 10 sind über Funk miteinander verbunden. Durch die Anbringung der Antennen 1 mit ihren Sendekeulen 22 jeweils in Richtung zu benachbarten Antennen 1 erfolgt eine zuverlässige Kommunikation. Die Antennen der beschriebenen Ausführungsformen sind dabei beliebig kombinierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antenne
- 2
- Trägerschicht, Isolationsschicht
- 3
- Basisschicht
- 4
- Strukturschicht
- 5
- Zwischenschicht
- 6
- Deckschicht
- 10
- Körper, Mast
- 12
- Aussendeeinheit
- 13
- Leiterstruktur
- 14
- Antennenanschluss
- 15
- koaxialer Leitungsabschnitt
- 17
- koaxiales Kabel
- 18
- Außenleiter
- 19
- Innenleiter
- 20
- Trennstelle
- 21
- Trennungsmarkierung
- 22
- Sendekeule
- 30
- Leiter
- 31
- Isolationsmedium
- 32
- Röhre
- 33
- Leckstelle