DE4010101A1 - Flachantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine ebenflächige Antenne, die Microstrip-Leitungen verwendet, und betrifft insbeson­ dere eine Antenne mit kurbelwellenförmig verlaufenden Microstrip-Leitungen, bei welcher die Anzahl an Elementen reduziert ist, um eine Richtwirkung in einer schrägen Richtung zu erzielen und ihre Größe zu vermindern.

Wie in den Fig. 9 und 10 der Japanischen Patent Opening Gazette No. 57-99 803 oder in den Fig. 10 und 11 der entsprechenden US-Patentschrift 44 57 107 gezeigt ist, besteht ein typisches Beispiel einer Antenne mit kurbelwel­ lenförmigen Microstrip-Leitungen aus zwei Leitern, deren Wellenformverlauf relativ lange "Bergstücke" und relativ kurze "Talstücke" hat, die abwechselnd miteinander verbunden sind. Die beiden Leiterzüge (Leitungen), die dieses Paar bilden, sind parallel in einer solchen Relativlage zueinander angeordnet, daß jedes Talstück eines Leiters jeweils der Mitte eines Bergstückes des jeweils anderen Leiters gegenüberliegt. Jeder Teil des Leitungs­ paars, der eine Länge entsprechend der Summe eines Bergstückes und eines Talstückes hat, bildet ein Antennen­ element für zirkular oder linear polarisierte Strahlung elektromagnetischer Wellen entsprechend dem Doppelten ihrer Wellenlänge. So besteht die Antenne, wie sie in den obenerwähnten Figuren gezeigt ist, aus drei Elementen.

Wenn die durch die Leiterzüge gebildeten Leitungen auf einem dielektrischen Substrat geformt sind, unterscheidet sich die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle an den Leitungen von der Wellenlänge im freien Raum entsprechend der Dielektrizitätskonstante ε des Substrats, auch wenn die Frequenz dieselbe ist. So ist z. B. die Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle an einer Leitung, die auf einem Polyethylensubstrat (e=2,5) gebildet ist, auf etwa 63% der Wellenlänge im Raum reduziert, und die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle an einer Leitung, die auf einem geschäumten Polyethylensubstrat (ε=1,7) gebildet ist, beträgt nur etwa 80% der Wellenlänge im Raum.

Bei der obenerwähnten Antenne mit kurbelwellenförmigen Microstrip-Leitungen ist die Hauptstrahlungskeule senkrecht zur Antennenebene gerichtet, wenn die Länge jedes Leiterzu­ ges in jedem Antennenelement dem Doppelten der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle entspricht. Dies bezeichnet man als Richtcharakteristik vom "Breitseitentyp". Wenn jedoch die Länge eines jeden Teils des kurbelwellenförmigen Leiters in Längsrichtung der Microstrip-Leitung größer ist, dann zielt die Hauptstrahlungskeule in einer schrägen Richtung. Diese Richtwirkung bezeichnet man als "Schrägblicktyp".

Wenn man eine elektromagnetische Welle von einem stationären künstlichen Satelliten in einem Bereich mittlerer oder hoher geographischer Breite mittels einer Parabolantenne oder einer Flachantenne vom Breitseitentyp empfangen will, dann ist es notwendig, die Antenne sehr weit aus der horizontalen Ebene anzuheben, um die Apertu­ rebene der Antenne bzw. die Antennenfläche senkrecht zur Einfallsrichtung der elektrischen Welle zu stellen. Dies führt dazu, daß die Antenne einem höheren Winddruck ausgesetzt ist, wenn sie sich auf dem Dach eines fahrenden Fahrzeuges befindet. Dieser Winddruck ließe sich jedoch reduzieren mit einer Antenne vom Schrägblicktyp, die eine passend geneigte Richtwirkung hat, weil dann ein Empfang bei nahezu horizontaler Ausrichtung der Antenne möglich ist.

Eine herkömmliche Microstripleitungs-Antenne enthält ungefähr zehn kurbelwellenförmig verlaufende Antennenele­ mente in Reihe. Mit zunehmender Anzahl diese Elemente wird der Gewinn der Antenne zwar größer, jedoch wird die Frequenzbandbreite schmäler. Andererseits nimmt die Frequenzbandbreite zu und der Gewinn ab, wenn die Anzahl der hintereinander geschalteten kurbelwellenförmigen Antennenelemente kleiner wird. Es ist daher allgemeine Praxis geworden, im Falle einer Antenne vom Breitseitentyp, die eine geringere Anzahl an kurbelförmigen Antennenelemen­ ten hat, ein korrigierendes Antennenelement an das Ende eines jeden Zuges von Elementen anzufügen, um den Gewinn zu verbessern.

Wenn man der bekannten kurbelwellenförmigen Antenne, wie sie in der obenerwähnten Patentschrift gezeigt ist, eine Schrägblick-Charakterstik geben will, ist es notwendig, die Länge eines jeden Antennenelementes weit zu vergrößern. Wenn z. B. die Strahlungsrichtung der Hauptkeule um 28° geneigt ist, scheint die Länge eines jeden Antennenelemen­ tes, gesehen aus dieser Richtung, nur um einen Faktor von 0,88 oder cos 28° vermindert. In der Praxis kann jedoch die Strahlungsrichtung nicht um 28° geneigt werden, wenn man nicht die Länge eines jeden Antennenelementes um einen Faktor von 1,5 vergrößert. Dies führt zu einer wesentlichen Reduzierung der Anzahl an Antennenelementen, die hinterein­ ander angeordnet werden können, und somit zu einer Vermin­ derung des Antennengewinns.

Wenn man zur Erzielung der Schrägblick-Charakteristik die Länge eines jeden Antennenelementes um einen Faktor von z. B. 1,5 vergrößert, dann zielt zwar die Hauptstrahlungskeule der zu verwendenden elektrischen Welle in eine um 28° geneigte Richtung, andererseits muß man sich aber auch darüber bewußt werden, daß die Hauptkeule einer elektri­ schen Welle, die eine um einen Faktor von etwa 1,5 größere Wellenlänge hat, in eine Richtung zielt, die nahezu senkrecht zur Antennenebene liegt. Aus dem gleichen Grund werden elektrische Wellen, deren Wellenlängen das 1- bis 1,5fache der Wellenlänge der zu nutzenden elektrischen Welle betragen, in jeweils zugeordnete Richtungen zwischen 0 und 28° gestrahlt. Natürlich wird auch eine elektrische Welle, deren Wellenlänge kürzer ist als diejenige der zu nutzenden elektrischen Welle, in eine Richtung gestrahlt, die um mehr als 28° geneigt ist. Es versteht sich, daß auch im Falle der Kurbelwellenmicrostrip-Antenne vom Breitsei­ tentyp unerwünschte elektrische Wellen, deren Wellenlängen kürzer sind als diejenige der zu nutzenden und senkrecht zur Antennenebene gestrahlten elektromagnetischen Welle, in schrägen Richtungen gestrahlt werden.

Eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht sonach darin, die Strahlung elektrischer Wellen unerwünsch­ ter Wellenlänge in unerwünschten Richtungen zu unterdrüc­ ken, um das Nutzsignal/Störsignal-Verhältnis der Antenne zu verbessern.

Wie oben beschrieben, kann bei der Microstripleitungs- Antenne vom Breitseitentyp die sich infolge einer verkleinerten Anzahl hintereinanderliegender Antennenele­ mente ergebende Verminderung des Gewinns dadurch kompen­ siert werden, daß man ein korrigierendes Antennenelement an das Ende einer jeden Leitung anfügt. Es ist jedoch schwie­ rig für das korrigierende Antennenelement, die in der Frontrichtung gestrahlte Energie durch die Phasendifferenz zur Erzielung der Schrägblick-Charakteristik zu reduzieren, weil es einen hohen Gewinn nur in der Frontrichtung hat. Es ist daher nicht effektiv als Gegenmaßnahme gegen die Verminderung der Antennenelemente, um der Kurbelwellen­ microstrip-Antenne die Schrägblick-Charakteristik zu geben.

Somit besteht eine zweite Aufgabe der Erfindung darin, eine Kurbelwellenmicrostrip-Antenne mit relativ wenigen Elemen­ ten zu schaffen, die einen verbesserten Antennengewinn und eine größere wirksame Apertur hat, so daß sich eine Verbes­ serung im Strahlungswirkungsgrad eines jeden Antennenele­ mentes und im Richtfaktor ergibt, ungeachtet einer Vermin­ dung der Anzahl an Antennenelementen zur Erzielung der Schrägblick-Charakteristik.

Gemäß der Erfindung wird eine Microstripleitungs-Antenne geschaffen, bestehend aus einer parallelen Anordnung einer Vielzahl kurbelwellenförmiger Leiterzüge, die auf einer Oberfläche eines dielektrischen Substrats gebildet sind, und einer dicht benachbarten Anordnung einer Vielzahl von Halbwellenlängen-Wellenleiterelementen, die parallel zu den längsverlaufenden bzw. querverlaufenden Abschnitten der jeweiligen Kurbelwellenform liegen. Die Anordnung der Halbwellenlängen-Wellenleiterelemente ist in einer Ebene gebildet, die vor dem Substrat und parallel dazu in einem Abstand liegt, der im wesentlichen gleich einer halben Wellenlänge der zu nutzenden elektrischen Welle oder einem ganzteiligen Vielfachen davon ist, wobei jedes Halbwellen­ längen-Wellenleiterelement eine Länge hat, die mit der halben Wellenlänge der zu nutzenden elektrischen Welle in Resonanz schwingen kann.

Die vorstehenden und andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden nachstehend ausführlich anhand von Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt teilweise aufgebrochen in Draufsicht eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist eine seitliche Schnittansicht eines Teils der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Microstrip-Leitungen der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 4 zeigt in perspektivischer Darstellung zwei kurbel­ wellenförmige Leiterzüge auf einem Substrat;

Fig. 5 zeigt in Draufsicht eine Anordnung von Halbwellen­ längen-Wellenleiterelementen in der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 6 zeigt in einer graphischen Darstellung den Anteil der am Abschluß verbrauchten Restleistung abhängig von der Frequenz bei einer bekannten und bei einer erfindungsgemä­ ßen Antenne;

Fig. 7 zeigt in einer graphischen Darstellung den Gewinnzu­ wachs der erfindungsgemäßen Antenne abhängig von der Frequenz;

Fig. 8 und 9 zeigen in jeweils einer Draufsicht zwei Alternativen für die Anordnung der Halbwellenlängen- Wellenleiterelemente gemäß der Erfindung;

Fig. 10 zeigt in einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen der Länge des Halbwellenlängen- Wellenleiterelementes und dem Antennengewinn;

Fig. 11 zeigt in einer graphischen Darstellung eine Beziehung zwischen dem Abstand der Halbwellenlängen­ Wellenleiterelemente von den Antennenelementen und dem Antennengewinn;

Fig. 12 zeigt in einer graphischen Darstellung eine Beziehung zwischen der Länge des Halbwellenlängen- Wellenleiterelementes und dem Betrag des Resonanzstroms;

Fig. 13 zeigt in einer graphischen Darstellung eine Beziehung zwischen der Länge des Halbwellenlängen- Wellenleiterelementes und der Phase des Resonanzstroms;

Fig. 14 veranschaulicht in einem Blockschaltbild den Leistungsfluß durch die jeweiligen Antennenelemente;

Fig. 15 zeigt in einer graphischen Darstellung eine Beziehung zwischen dem Strahlungswirkungsgrad eines jeden Antennenelementes und dem Gewinn der Mehrelementenantenne.

In den Zeichnungen sind einander entsprechende Struktur­ teile mit jeweils den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist ein aus geschäumtem Polyäthylen bestehendes Substrat 1 auf seiner Rückseite mit einer Grundplatte 2 aus Aluminum beschichtet, und auf seiner Vorderseite ist ein Muster kurbelwellenförmig verlaufender Leiterzüge 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 und 38 aus Kupferfo­ lie gebildet, wie in der Fig. 3 gezeigt. Das Substrat 1 hat z. B. eine Dicke von 0,8 mm, die Grundplatte 2 eine Dicke von 1 mm und die Kupferfolie eine Dicke von 0,03 mm.

Die Längsrichtung der Leiterzüge 31 bis 38 sei mit X bezeichnet, die Richtung senkrecht zur X-Richtung entlang dem Substrat sei mit Y bezeichnet, und die Richtung senkrecht zum Substrat sei mit Z bezeichnet, so wie in Fig. 4 dargestellt. Jeder Leiterzug enthält relativ lange Abschnitte A in der X-Richtung und abwechselnd damit relativ kurze Abschnitte B in derselben Richtung, wobei die Abschnitte A und B über Abschnitte C, die in der Y-Richtung verlaufen, miteinander verbunden sind. Die verschiedenen Abschnitte haben z. B. die nachstehend angegebenen Größen, wenn die Frequenz der elektrischen Welle 12 GHz beträgt und die elektrische Welle in einer Richtung W strahlt, die aus der Z-Richtung um 28° zur X-Richtung hin geneigt ist:
Breite der Leitungen 31 bis 38: 4,0 mm
Länge der Mittellinie des Abschnitts A : 29,2 mm
Länge der Mittellinie des Abschnitts B : 21,0 mm
Länge der Mittellinie des Abschnitts C : 10,0 mm

Wie in Fig. 3 gezeigt, sind Eingangsleiter 311 und 312 der Leiterzüge 31 und 32 mit einem Leiter 11 verbunden, Eingangsleiter 331 und 341 der Leiterzüge 33 und 34 sind mit einem Leiter 12 verbunden, Eingangsleiter 351 und 361 der Leiterzüge 35 und 36 sind mit einem Leiter 13 verbunden, und Eingangsleiter 371 und 381 der Leiterzüge 37 und 38 sind mit einem Leiter 14 verbunden. Die Leiter 11 und 12 sind mit einem Leiter 15 verbunden, und die Leiter 13 und 14 sind mit einem Leiter 16 verbunden. Die Leiter 15 und 16 sind mit einem Eingangsanschluß 4 verbunden. Die Leiter 321, 331, 341, 351, 361, 371, 381, 11, 12, 13, 14, 15 und 16 und der Eingangsanschluß 17 sind ebenso wie die Leiterzüge 31 bis 38 aus Kupferfolie auf dem Substrat gebildet.

Ein Abschlußwiderstand 51 ist zwischen die Ausgangsleiter 312 und 322 der Leiterzüge 31 und 32 einerseits und einen Masseleiter 41 andererseits gelötet, ein Abschlußwiderstand 52 ist zwischen die Ausgangsleiter 332 und 342 der Leiter­ züge 33 und 34 einerseits und einen Masseleiter 42 gelötet, ein Abschlußwiderstand 53 ist zwischen die Ausgangsleiter 352 und 362 der Leiterzüge 35 und 36 und einen Masseleiter 43 andererseits gelötet und ein Abschlußwiderstand 54 ist zwischen die Ausgangsleiter 372 und 382 der Leiterzüge 37 und 38 einerseits und einen Masseleiter 44 andererseits gelötet. Die Leiter 312, 322, 332, 342, 352, 362, 372, 282, 41, 42, 43 und 44 sind ebenso wie die Leiterzüge 31 und 38 aus Kupferfolie auf dem Substrat 1 gebildet. Der Wert eines jeden der Abschlußwiderstände 51 bis 54 ist gleich der Impedanz der durch die Leiterzüge gebildeten Leitung; wenn die Leitungsimpedanz z. B. 50 Ohm beträgt, dann ist der Wert jedes dieser Widerstände ebenfalls 50 Ohm. Die Masseleiter 41, 42, 43 und 44 liegen für Hochfrequenz an Masse, indem sie elektrostatisch mit der Grundplatte 2 gekoppelt sind.

Die Oberfläche des Substrats 1, auf der die Leiterzüge 31 bis 38 gebildet sind, ist mit einer Platte 6 aus geschäum­ tem Styrol geringer Dichte beschichtet, und auf die Oberfläche der geschäumten Styrolplatte ist seinerseits ein dünner Polyesterfilm 7 geschichtet. Auf der Oberfläche des Polyesterfilms 7 ist durch Aluminiumaufdampfung eine Anzahl von Halbwellenlängen-Wellenleiterelementen 81 in der X-Richtung und eine Anzahl von Halbwellenlängen-Wellenlei­ terelementen 82 in der Y-Richtung gebildet, wie in Fig. 5 dargestellt. Die geschäumte Styrolplatte 6 ist z. B. vorzugsweise 14,5 mm bis 15 mm dick, und das Halbwellenlän­ gen-Wellenleiterelement ist, z. B. im Falle einer elektri­ schen Welle von 12 GHZ, vorzugsweise 2 mm breit und 8,75 mm lang.

Die Fig. 6 zeigt, als Funktion der Frequenz, das Verhältnis der Leistung, die an den Eingangsanschluß 4 der mit vier Elementen in jedem Leiterzug ausgestatteten, oben beschrie­ benen Antenne und der Restleistung, die durch die Abschluß­ widerstände 51 bis 54 absorbiert wird, wobei die Kurve D dem Fall entspricht, daß die Halbwellenlängen-Wellenleiter­ elemente 81 und 82 nicht verwendet werden, und die Kurve E dem Fall entspricht, daß diese Elemente benutzt werden. Man sieht, daß bei Verwendung der Halbwellenlängen-Wellenleite­ relemente 94% bis 95% der Eingangsleistung abgestrahlt werden, während ohne diese Elemente nur 75% abgestrahlt werden.

Die Fig. 7 zeigt die Frequenzkennlinie des Gewinnzuwachses einer erfindungsgemäßen Antenne, die für 12 GHz ausgelegt ist und 16 Leiterzüge (Leitungen) aufweist, deren jede aus neun Elementen besteht, wobei der Strahlwinkel um 28° geneigt, wie in Fig. 4 gezeigt. Man sieht, daß der Antennengewinn bei Verwendung der Halbwellenlängen- Wellenleiterelemente wesentlich größer ist im Vergleich zu dem der O-db-Achse entsprechenden Fall, daß diese Elemente fehlen. In der Zeichnung ist der mit den Pfeilen angedeutete Bereich F der Frequenzbereich der zu nutzenden elektrischen Welle.

Die in Fig. 5 gezeigte Anordnung der Halbwellenlängen- Wellenleiterelemente kann modifiziert werden, wie in Fig. 8 dargestellt. Dort sind die Halbwellenlängen-Wellenleitere­ lemente 81 und 82 jeder zweiten Leitung um ein Stück entsprechend einer halben Wellenlänge verschoben. Dieses Stück braucht nicht unbedingt eine halbe Wellenlänge zu sein, sondern kann auch irgendein anderes Maß, wie etwa ein Viertel oder ein Zehntel einer Wellenlänge sein. Fig. 9 zeigt eine weitere Modifizierung, wo beide Wellenleiterele­ mente einander überlagert sind, um Kreuze zu bilden, die einen X-Teil 83 und einen Y-Teil 84 haben. Beide Teile haben eine Länge entsprechend dem 0,35-fachen einer Wellenlänge.

Es ist zweckmäßig, die Leiterzüge oder "Leitungen" 31 bis 38 auf der vorderen Oberfläche des Substrats 1 durch Ätzen einer auf das Substrat geschichteten Kupferfolie zu bilden. Die Abmessungen der verschiedenen Teile der Kurbelwellen­ form eines jeden Leiterzuges werden im Falle einer Antenne vom Breitseitentyp so festgelegt, wie es in der Fig. 11 der obenerwähnten US-Patentschrift offenbart ist, während sie im Falle, daß die Antenne vom Schrägblicktyp ist, in der X- Richtung größer gemacht werden, entsprechend dem Neigungs­ winkel der Hauptkeule.

Die Halbwellenlängen-Wellenleiterelemente sind vorzugweise auf einem dielektrischen Film, der für elektrische Wellen hochpermeabel ist, durch Aufdampfen von Metall oder durch Drucken mit elektrisch leitender Tinte gebildet. Die tatsächliche Länge eines jeden Halbwellenlängen-Wellenlei­ terelementes ist eher kürzer als eine halbe Wellenlänge der eigentlichen elektrischen Welle, da sie der Länge entspricht, die geeignet ist, um den Leiter in eine Resonanzbedingung mit einer halben Wellenlänge der elektri­ schen Welle treten zu lassen, um den Antennengewinn zu erhöhen. So wurde beispielsweise gefunden, daß der Antennengewinn maximal wird, wenn die Länge des Wellenlei­ terelementes etwa 0,35λ ist, wie in Fig. 10 gezeigt, wobei λ die Wellenlänge bedeutet, während der Abstand h von den Leiterzüge zu den Halbwellenlängen-Wellenleiterelementen 0,55λ und die Breite eines jeden Wellenleiterelementes 0,08λ beträgt.

Während bei der oben beschriebenen Ausführungsform die geschäumte Polystyrolplatte 6 zur Einhaltung des Abstandes h verwendet wird, kann stattdessen auch auch eine Honigwa­ benplatte aus verlustarmem Material, wie Papier oder Kunstharz, benutzt werden. Wie in Fig. 11 gezeigt, wird der Antennengewinn am größten, wenn die Dicke h der Platte ungefähr eine halbe Wellenlänge der elektrischen Welle beträgt, und auch bei ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlängen ergeben sich Maxima.

Wenn die von den kurbelwellenförmigen Leiterzügen abgestrahlte elektrische Welle die Halbwellenlängen­ Wellenleiterelemente erreicht, bewirkt sie das Fließen von Resonanzstrom in diesen Elementen. Wenn die Welle horizontal und vertikal polarisiert ist, fließt der Resonanzstrom in den jeweiligen Wellenleiterelementen in einer ähnlichen Weise zu den jeweiligen Teilen der Kurbelwellenform. Die Beziehung zwischen der Länge eines jeden Wellenleiterelementes und dem Betrag bzw. der Phase des darin fließenden Resonanzstroms ist dann so, wie in der Fig. 12 bzw. der Fig. 13 gezeigt. Genauer gesagt, während der Resonanzstrom maximal wird, wenn die Länge des Wellenleiterelementes einer halben Wellenlänge (0,5λ) der elektrischen Welle entspricht, trägt dies nicht zur Erhöhung des Antennengewinns bei, wie in Fig. 10 gezeigt, da sich die Stromphase um 90° gegenüber der Wellenphase unterscheidet. Ist die Länge des Wellenleiterelementes kleiner als das 0,3fache der Wellenlänge (0,3λ), dann trägt es ebenfalls nicht zur Erhöhung des Antennengewinns bei, weil der hindurchfließende Strom sehr niedrig ist, obwohl die Stromphase nahezu mit der Wellenphase zusammen­ fällt. Wenn die Länge des Wellenleiterelementes etwa das 0,35fache der Wellenlänge (0,35λ) beträgt, wird der Antennengewinn wesentlich angehoben, wie in Fig. 10 gezeigt, weil der Resonanzstrom recht stark und seine Phase ziemlich nahe an der Wellenphase liegt.

Eine Reihe von n Antennenelementen, bestehend aus einem Paar von Leiterzügen, kann als Serienschaltung von Elementen E ₁, E ₂, ... E _i , ... E _n betrachtet werden, wie in Fig. 14 gezeigt, wobei "i" irgendeine ganze Zahl zwischen 1 und n ist. Wenn alle Antennenelemente gleichen Aufbau haben, gilt jede Beschreibung über das i-te Element E _i für alle Antennenelemente. Wenn P _i die an das Antennenelement E _i gelegte Leistung ist, wird eine Leistung R _i davon abgestrahlt, und zum nächsten Element E _i+1 wird die nachfolgende Restleistung weitergegeben:

P _i - R _i = R _i+1.

Bezeichnet man den Strahlungswirkungsgrad einer jeden Antenne mit K (=R _i /P _i ), dann wird im letzten Elemente E _n die nachstehende Leistung übriggelassen und vom Abschlußwi­ derstand R absorbiert:

P _n+1 = P ₁(1 - K) ⁿ.

Trägt man den Strahlungswirkungsgrad K eines jeden Antennenelementes auf der Abszisse und den errechneten Zuwachs des Antennengewinns für eine Anzahl n von Elementen auf der Ordinate auf, dann erhält man das in Fig. 15 gezeigte Diagramm. Obwohl der Strahlungswirkungsgrad eines jeden Antennenelementes durch Vergrößerung der Breite der den Leiterzug bildenden Kupferfolie erhöhen kann, beträgt er im allgemeinen nur 10% bis 30%, weil eine allzugroße Verbreiterung der Folie die Form der "Kurbelwelle" beeinträchtigt.

In der Fig. 15 zeigt die Markierung "x" diejenigen Bedingungen, bei denen der maximale Antennengewinn erzielbar ist. Man sieht, daß der Zustand maximalen Gewinns einfach zu erreichen ist, wenn die Anzahl n der Antennen­ elemente größer ist als acht (8), selbst wenn der Strahlungswirkungsgrad K jedes Antennenelementes innerhalb des allgemeinen Bereichs von 10% bis 30% liegt; wenn die Anzahl n der Elemente hingegen kleiner ist als sechs (6), dann läßt sich ein solcher Zustand nur im Falle eines Strahlungswirkungsgrades K oberhalb 30% erreichen. Ein derart hoher Strahlungswirkungsgrad kann durch herkömmliche Mittel nicht erzielt werden. Gemäß der Erfindung kann jedoch durch die Anordnung von Halbwellenlängen-Wellenlei­ terelementen vor den Antennenelementen der Wert von K auf etwa 50% erhöht werden. Daher läßt sich der Antennengewinn auch dann bis zum Maximum anheben, wenn die Anzahl n der Elemente gleich vier (4) ist. Somit ist es möglich, den Gewinn einer Antenne zu erhöhen, die kurbelwellenförmige Microstrip-Leitungen aufweist und deren Elemente in ihrer Anzahl vermindert worden sind, um kleine Abmessungen, breites Band und Schrägblick-Charakteristik zu erzielen.

Die Halbwellenlängen-Wellenleiterelemente können Strahlung einer elektrischen Welle unerwünschter Wellenlänge und unerwünschter Strahlungsrichtung unterdrücken, da sie ihre den Antennengewinn erhöhende Funktion nur für eine elektri­ sche Welle vorbestimmter Wellenlänge ausüben.

Obwohl die Erfindung vorstehend am Ausführungsbeispiel einer Sendeantenne erläutert wurde, läßt sich die beschrie­ bene Struktur natürlich auch umgekehrt als Empfangsantenne betreiben, was ebenfalls innerhalb des Bereichs der Erfindung liegt.

Claims (4)

1. Flachantenne, gekennzeichnet durch:
eine Microstripleitungs-Antenne mit einem dielektri­ schen Substrat (1) und einer Vielzahl paralleler Leiterzüge (31-38), die auf dem Substrat entlang einer ersten Richtung (X) angeordnet sind und deren jede aus einer abwechselnden Folge relativ langer Abschnitte (A, B), die entlang einer ersten Richtung liegen, und relativ kurzer Abschnitte (C) besteht, die entlang einer senkrecht zur ersten Richtung weisenden zweiten Richtung (Y) liegen, wobei die ersten und zweiten Abschnitte in ihrer Folge miteinander verbunden sind, um ein kurbelwellenförmiges Leitermuster zu bilden;
eine Anzahl von Halbwellenlängen-Wellenleiterelementen (81, 82; 83, 84), die in einer Ebene parallel zum Substrat (1) liegen und von denen sich die einen in der ersten Richtung (X) und die anderen in der zweiten Richtung (Y) erstrecken und deren jedes aus einem Leiter mit einer Länge besteht, die mit einer halben Wellenlänge der zu nutzenden elektrischen Welle in Resonanz treten kann;
eine Halteeinrichtung (6, 7), welche die Halbwellenlän­ gen-Wellenleiterelemente vor den Leiterzügen in einem Abstand hält, der ungefähr gleich einer halben Wellenlänge der zu nutzenden elektrischen Welle oder einem ganzzahligen Vielfachen davon ist.

2. Flachantenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß die Halbwellenlängen-Wellenleiterelemente (81, 82; 83, 84) auf einem dielektrischen Film (7) gebildet sind;
daß die Halteeinrichtung (6) aus einer Platte verlustarmen Materials besteht, deren Dicke ungefähr gleich einer halben Wellenlänge der zu nutzenden elektrischen Welle oder einem ganzzahligen Vielfachen davon ist, und die auf die vordere Oberfläche der Microstripleitungs-Antenne geschichtet ist;
daß der die Halbwellenlängen-Wellenleiterelemente tragende dielektrische Film auf die vordere Oberfläche der besagten Platte (6) geschichtet ist.

3. Flachantenne nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Platte (6) verlustarmen Materials eine Platte aus geschäumtem Harz ist.

4. Flachantenne nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Platte (6) verlustarmen Materials aus einer Honigwabenstruktur besteht.