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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verzögerungsstrecke, und im besonderen,
jedoch nicht ausschließlich,
auf eine Speise-Verzögerungsstrecke
in einer Kollinearantennenanordnung.
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Hintergrund
der Erfindung
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In
einem drahtlosen lokalen Netzwerk (sogenanntes Wireless Local Area
Network, WLAN) bildet eine Anzahl von drahtlosen Zugriffspunkten
(Access Points, APs) die drahtlose Infrastruktur, und drahtlose,
sogenannte Hosts (Leitrechner) kommunizieren miteinander über die
drahtlosen APs. Die drahtlosen Hosts können stationär sein oder
können
umher wandern. Solch ein System ist ähnlich zu einem beliebigen
Mobilfunk-Netzwerksystem.
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Eine
Anforderung für
Antennen an einem drahtlosen Zugriffspunkt oder in einer Basisstation
eines Mobilfunknetzwerks ist, dass die Strahlung eine Allrichtungscharakteristik
oder Rundstrahlungscharakteristik in der azimuthalen Ebene haben
muss, um eine gleichwertige Zugriffsmöglichkeit für alle diesen umgebende Mobiltelefone
zu schaffen. Es existiert ein fortbestehendes Verlangen nach Antennen
mit höherer
Ausbeute und Rundstrahlungscharakteristik, insbesondere für drahtlose
APs, um die Zellengröße in einem
Mobilfunknetzwerk auszudehnen und/oder um die Kommunikations-Zuverlässigkeit
von Zellen zu erhöhen.
Jedoch müssen
solche Verbesserungen erreicht werden während die Kosten, die Größe und die
technische Komplexität
der Antennen minimiert werden.
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Ein
gutes Beispiel einer Antenne mit Rundstrahlungscharakteristik ist
die wohlbekannte Halb-Wellenlängen-Dipolantenne,
welche eine sogenannte "Donut" (torus)-förmige Strahlungsstruktur hat,
welche eine gute Rundstrahlungs-Abdeckung bereitstellt. Solche wohlbekannten
Halb-Wellenlängen-Dipolantennen
haben eine Signalverstärkung von
2 dBi, welche unzureichend sein kann für die begehrte große Zellengröße/gute
Kommunikationszuverlässigkeit,
die von drahtlosen AP Antennen verlangt wird. Eine Verstärkung von
5 dBi kann im Hinblick auf Rundstrahlungs-Abdeckung substanzielle Verbesserungen
zur Verfügung
stellen.
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Die
2 dBi-Verstärkung
einer Halb-Wellenlängedipolantenne
kann erhöht
werden durch "Zusammenquetschen" der "Donut"-Strahlungsstruktur über ihren
vertikalen Querschnitt, so dass sie von der "Donut"-Form einer wohlbekannten Halb-Wellenlängendipolantenne
zu einer "zerquetschten
Donut"-Form verändert wird,
wobei sie in der azimuthalen Ebene flacher und größer ist.
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Theoretisch
kann solch eine Strukturmodifikation beispielsweise durch ein Paar
von herkömmlichen
Halb-Wellenlängendipolen
erhalten werden, die vertikal aufeinander gestapelt werden, um eine
kollineare Anordnung zu formen, und die in Phase gespeist werden.
Jedoch kann die Implementierung solch einer Antenne beschwerlich
sein, primär
infolge von Problemen bei der Anordnung der Speisung für die Anordnungselemente
in solch einer Weise, dass eine Störung der Strahlungsstruktur
vermieden wird. Bekannte Lösungen
für das
Problem der Bereitstellung eines Speisenetzwerks in der kollinearen
Anordnung kommen zu den Kosten, der Größe oder der technischen Komplexität der Antenne
hinzu, was nicht wünschenswert
ist.
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WO
97/08772 beschreibt einen gedruckten 180°-Differenz-Phasenschieber, der
eine kurze, nicht-gleichförmige,
nicht-regelmäßige Strecke
und eine gleichförmige Übertragungsstrecke
umfasst. Die nicht-gleichförmige,
nicht-regelmäßige Strecke
besteht aus zwei Breitseiten-gekoppelten Leitungen beider Seiten
eines dünnen
dielektrischen Substrats.
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WO
91/04588 beschreibt einen verbesserten RF-Koppler mit einer Mehrzahl
von Kopplungselementen, die sich gegenseitig nicht überlappen.
Die Konfiguration gestattet elektromagnetische Kopplung eines RF-Signals
von einem primären
Kopplungselement zu einer Mehrzahl von sekundären Kopplungselementen, was
Kreuz-Interferenz minimiert.
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US
Patent 3 585 534 beschreibt eine Methode zur Steuerung der charakteristischen
Impedanz einer Mikrostreifen (Microstrip)-Verzögerungsstrecke.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Speiseanordnung
bereitzustellen, die zur Benutzung in einer Kollinearanordnungs-Antenne geeignet
ist, welche in einer kollinearen Anordnung implementiert werden
kann, ohne übermäßig deren technische
Komplexität
zu erhöhen,
welche Interferenz mit dem Strahlungsmuster der Antenne minimiert,
und welche sich nicht übermäßig zu der
physikalischen Größe der Antenne
hinzuaddiert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kollinearantennenanordnung
bereitgestellt, wie in Anspruch 1 definiert.
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Es
wird deshalb eine kompakte Verzögerungsstrecke
bereitgestellt, die zur Benutzung in einer Antennenanordnungs-Speisestufe
geeignet ist.
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Der
leitende Streifen mit einem Einzel-Spiralumlauf kann in einer bevorzugten
Ausführungsform aufweisen:
Erste bis fünfte
leitende Streifen, die in Serie an gegenüberliegenden Enden miteinander verbunden
sind, wobei der erste und dritte leitende Streifen einander gegenüberliegen,
der dritte und fünfte
leitende Streifen einander gegenüberliegen und
der zweite und vierte leitende Streifen einander gegenüberliegen.
Vorzugsweise sind der erste und dritte leitende Streifen parallel,
der dritte und vierte leitende Streifen parallel und der zweite
und vierte leitende Streifen parallel.
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Das
Ende des ersten leitenden Streifens, das nicht mit dem zweiten leitenden
Streifen verbunden ist, kann mit dem Eingang durch einen sechsten
leitenden Streifen verbunden werden. Das Ende des fünften leitenden
Streifens, das nicht mit dem vierten leitenden Streifen verbunden
ist, kann mit dem Ausgang durch einen siebten leitenden Streifen
verbunden werden.
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Der
Streifen mit einem Einzel-Spiralumlauf kann in einer anderen bevorzugten
Ausführungsform umfassen:
einen ersten leitenden Streifen, der an einem Ende mit dem Eingang
gekoppelt ist, einen zweiten leitenden Streifen, der an einem Ende
mit dem anderen Ende des ersten leitenden Streifens verbunden ist
und dazu in ungefähr
90° ausgerichtet ist;
einen dritten leitenden Streifen, der an einem Ende mit dem anderen
Ende des zweiten leitenden Streifens verbunden ist und in ungefähr 90° dazu in einer
Richtung entgegengesetzt zu der des ersten leitenden Streifens orientiert
ist; einen vierten leitenden Streifen, der an einem Ende mit dem
anderen Ende des dritten leitenden Streifens verbunden ist und in näherungsweise
90° dazu
in einer Richtung entgegengesetzt zu der des zweiten leitenden Streifens orientiert
ist; und einen fünften
leitenden Streifen, der an einem Ende mit dem anderen Ende des vierten leitenden
Streifens verbunden ist und in ungefähr 90° dazu in einer Richtung entgegengesetzt
zu der des dritten leitenden Streifens orientiert ist, und der an dessen
anderem Ende mit dem Ausgang gekoppelt ist.
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Der
erste leitende Streifen kann mit dem Eingang durch einen sechsten
leitenden Streifen gekoppelt sein, der an einem Ende mit dem anderen
Ende des ersten leitenden Streifens verbunden ist und der in ungefähr 90° dazu in
einer Richtung entgegengesetzt zu der des zweiten leitenden Streifens
orientiert ist. Der fünfte
leitende Streifen kann mit dem Ausgang durch einen siebten leitenden
Streifen gekoppelt sein, der an einem Ende mit dem anderen Ende des
fünften
leitenden Streifens und an seinem anderen Ende mit dem Ausgang verbunden
ist, und in ungefähr
90° relativ
zu dem fünften
leitenden Streifen in einer Richtung entgegengesetzt zu dem vierten
leitenden Streifen orientiert ist.
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Der
erste bis sechste leitende Streifen sind vorzugsweise auf einer
ersten Seite der isolierenden Schicht gebildet, und der siebte leitende
Streifen ist vorzugsweise auf einer zweiten Seite der isolierenden
Schicht gebildet.
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Vorzugsweise
ist der dritte leitende Streifen länger als der erste leitende
Streifen, der vierte leitende Streifen kürzer als der zweite leitende
Streifen, der fünfte
leitende Streifen kürzer
als der dritte leitende Streifen, und der Ausgang gegenüberliegend
zu dem Eingang angeordnet.
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Es
wird also eine Kollinearantennenanordnung bereitgestellt, die eine
einfache Einspeise-Netzwerk-Implementation und eine insgesamt kleinere
Größe aufweist
infolge der Speiseanordnung, die durch die Verzögerungsstrecke mit einer kompakten
Größe bereitgestellt
wird.
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Die
Kollinearantennenanordnung kann weiterhin eine Hilfsantenne aufweisen,
die zu der Kollinearantennenanordnung orthogonal orientiert ist.
Es wird dabei Selektions-Antennen-Diversity mittels einer kleinen
zusätzlichen
Antenne erreicht. Die Hilfsantenne kann eine Antenne mit gekrümmtem Einschnitt
sein.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform
mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine
Draufsicht einer gedruckten Koaxialdipolantenne (Sleeve-Antenne)
ist;
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2 eine
schematische Illustration der RF-Ströme in den Teilen der Antenne
der 1 ist;
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3 eine
Draufsicht einer modifizierten gedruckten Koaxialdipolantenne ist,
die ebenso die RF-Ströme
darin veranschaulicht;
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4 eine
Draufsicht einer Kollinearantennenanordnung ist, welche die modifizierte
gedruckte Koaxialdipolantenne der 3 und eine
Phasenverzögerungsstrecke
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält;
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5 eine
detaillierte Ansicht der Phasenverzögerungsstrecke der 4 ist;
und
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6 eine
Draufsicht der Kollinearantennenanordnung von 4 mit
einer Hilfsantenne ist.
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Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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Es
wird nun Bezug genommen auf die Zeichnungen, in welchen gleiche
Bezugszeichen ähnliche oder
identische Elemente kennzeichnen. 1 und 2 veranschaulichen
ein Enden-gespeistes Dipolantennensystem, wie in US Patent Nr. 5
598 174 beschrieben. Solch ein Enden-gespeistes Dipolantennensystem
benutzt eine besonders vorteilhafte Einspeisetechnik, welche einen
Endengespeisten Dipol vorsieht, welcher operiert, als wenn er zentral-gespeist
wäre. Die
Verzögerungsstrecke
oder Verzögerungsleitung
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann mit solch einer Antenne kombiniert werden, um eine kompakte
Kollinearanordnungsantenne mit einer hohen Leistungsfähigkeit
aufzubauen, wie im weiteren noch erläutert.
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1 veranschaulicht
ein Antennensystem, allgemein mit 10 bezeichnet, welches
einen ersten und zweiten leitenden Streifen 12, 14 aufweist,
die auf einer isolierenden Schicht oder folienartigen Schicht 16 gebildet
sind, wie z.B. eine gedruckte Schaltungsplatine (Printed Circuit
Board, PCB). Die leitenden Streifen 12, 14 sind
auf der unteren Seite des PCB, wie in 1 sichtbar,
und sind deshalb in gestrichelten Linien gezeigt. Jeder leitende
Streifen hat eine Länge
L/4, wobei L die Betriebswellenlänge ist,
und die leitenden Streifen an gegenüberliegenden Enden miteinander
verbunden sind. Das Ende des leitenden Streifens 12, welches
von dem leitenden Streifen 14 entfernt ist, ist mit einer
Seite eines Funkfrequenz (RF)-Generators 18 verbunden,
der bei der Wellenlänge
L betrieben wird.
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Auf
der oberen Seite der isolierenden Schicht 16 sind ein dritter
und vierter leitender Streifen 22, 24; der leitende
Streifen 22 ist gerade und hat eine Länge L/4 und weist ein Ende
auf, dass mit der anderen Seite des RF-Generators 18 verbunden
ist. Der leitende Streifen 24 ist im wesentlichen "L"-förmig,
wobei der längere
Arm des L parallel zu und beabstandet von dem leitenden Streifen 22 liegt,
und der kürzere
Arm mit dem Ende des leitenden Streifens 22 verbunden ist,
das gegenüberliegend
zu dem Ende des leitenden Streifens 22 ist, das mit dem
Generator verbunden ist. Benachbart zu den Streifen 22, 24 ist
ein fünfter
leitender Streifen 26 senkrecht zu den anderen vier leitenden
Streifen. Der leitende Streifen 26 hat eine relativ kleine
Größe und stellt eine
geeignete Verbindung für
unsymmetrische Einspeisemittel bereit, wie z.B. ein Koaxialeinspeisekabel
(nicht gezeigt), welches den RF-Generator 18 mit der Antenne
verbindet. Es wird wahrgenommen werden, dass mit dieser Anordnung
das Vorsehen einer reinen Masseplatte (Gegengewicht) unnötig ist,
welche viel größer sein
müsste,
als der Streifen 26. Der leitende Streifen 22 liegt über dem
leitenden Streifen 12, d.h., die leitenden Streifen 22, 12 sind
zueinander ausgerichtet, sind jedoch durch die Dicke des PCB 16 getrennt.
Das PCB 16 folgt vorteilhafter Weise dem allgemeinen gestreckten
Umriss der Streifen, hat jedoch eine etwas größere Fläche.
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In 2 sind
beide Seiten des PCB 16 in einer schematischen Ansicht
gezeigt. Über
der strichpunktierten Linie sind die leitenden Streifen 12, 14 und
unterhalb der strichpunktierten Linie sind die leitenden Streifen 24, 22 und
der leitende Streifen 26. Obgleich die leitenden Streifen 12, 14 dünner gezeigt sind
als die leitenden Streifen 22, 24, ist dies nur
der klaren Veranschaulichung wegen; in der Praxis können die
leitenden Streifen eine gleiche Breite aufweisen.
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Es
ist in der Antennentechnik wohlbekannt, dass für ein optimales Leistungsverhalten
die RF-Ströme
in jedem Arm eines linearen Dipols, beispielsweise desjenigen, der
durch die leitenden Streifen 12, 14 gebildet ist,
eine gleiche Amplitude und Phase haben müssen, d.h., der Dipol muss
abgestimmt bzw. symmetrisch sein. Dies wird in einfacher Weise erreicht,
falls der Dipol von einer symmetrischen Quelle zentral-gespeist
ist. Jedoch muss der Dipol häufig
mit einer nicht symmetrischen Quelle verbunden werden (beispielsweise
einem Koaxialkabel oder einer Mikrostreifenleitung), was den Bedarf für eine Symmetrieschaltung
(Balun) schafft. Weiterhin muss das RF-Signal in das Zentrum des
Dipols (d.h. der Verbindung zwischen den leitenden Streifen 12 und 14)
gebracht werden in einer Weise, die nicht die RF-Stromverteilung
in dem Dipol selbst stören wird.
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Die
Platzierung des leitenden Streifens 22 unterhalb des leitenden
Streifens 12 bildet eine Übertragungsleitung, die das
Signal von dem RF-Generator 18 zu der Verbindung der leitenden
Streifen 12 und 14 überträgt. Deshalb weisen die RF-Ströme I12 und I22 in den
jeweiligen leitenden Streifen 12 und 22 eine gleiche
Amplitude und entgegengesetzte Phasen auf. In solch einer Anordnung
kann der leitende Streifen 14, der an dem leitenden Streifen 12 angebracht
ist, als ein L/4-Monopol
angesehen werden mit Bezug auf die virtuelle Masse, die an dem Ende
des leitenden Streifens 22 unterhalb der Verbindung der leitenden
Streifen 12 und 14 positioniert ist. Es kann angenommen
werden, dass der RF-Generator zu dem anderen Ende der Leitung, gebildet
durch die leitenden Streifen 12, 22, bewegt wurde
und dass einer seiner Ausgänge
mit dem leitenden Streifen 14 verbunden ist und der andere
floatend ist. Um sicherzustellen, dass die Anordnung als ein Monopol
(welcher per Definition eine unsymmetrische Antenne ist), gespeist
von einer unsymmetrischen RF-Quelle 18, operiert, muss
der Effekt eines Gegengewichts vorhanden sein und das andere (floatende)
Ende des RF-Generators 18 muss
damit verbunden werden. Dies führt
zu dem Einspeisen eines RF-Stroms in dieses Gegengewicht (Ground
Plane), der gleiche Amplitude und entgegengesetzte Phase relativ
zu dem RF-Strom I14 in dem leitenden Streifen 14 aufweist.
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Der
Effekt des Vorhandenseins eines unendlichen Gegengewichts (ideale
Stromsenke) an diesem Punkt (d.h. an dem Ende des leitenden Streifens 22,
positioniert unterhalb der Verbindung der leitenden Streifen 12 und 14)
wird erreicht mit Platzierung des leitenden Streifens 24 parallel
zu dem leitenden Streifen 22 und Verbinden desselben mit
dem leitenden Streifen 22 (an der Verbindung der Streifen 12 und 14).
Die L/4-Länge
des leitenden Streifens 24 bildet, in Bezug auf Streifen 22,
eine offene Viertel-Wellenlänge-Übertragungsleitung
und erscheint deshalb, aus Sicht des Monopols 14 (und transferierten RF-Generators 18)
als ein unendlich großes
Gegengewicht, da der leitende Streifen 24 an einer Position eines
Null-Stroms und einer maximalen Spannung der stehenden Welle abgeschlossen
ist. Das Ergebnis ist, dass die RF-Ströme I24 und
I14 in dem leitenden Streifen 24 bzw. 14 gleiche
Amplitude und Orientierung aufweisen, wie in dem Fall eines zentral-gespeisten
Dipols, während
der unsymmetrische RF-Generator 18 scheint, die unsymmetrische
Monopolantenne 14 zu speisen, durch eine Mi krostreifenleitung,
die durch die leitenden Streifen 12, 22 gebildet
ist. Die RF-Ströme I12 und I22 heben
sich in Hinblick auf Strahlung gegenseitig auf, während die
Ströme
I14 und I24 zusammen
als ein zentral-gespeister Dipol wirken. Genauer gesagt werden die
Ströme
in den leitenden Streifen 14 und 24 in der gleichen
Weise wie in den Armen eines zentral-gespeisten Dipols verteilt,
wobei dabei sein Effekt eines reinen Dipol-ähnlichen Strahlungsmusters
geschaffen wird. Obwohl das System operiert, als wenn es zentral-gespeist
wäre, ist
der Dipol 14, 24 tatsächlich Enden-gespeist (durch
Leitungen 12, 22), und hat daher die Annehmlichkeit
einer Enden-gespeisten Antenne.
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Falls
ein physikalisches Gegengewicht an dem Ende des leitenden Streifens 22 vorgesehen wird,
näher zu
der tatsächlichen
Lage des RF-Generators 18 (beispielsweise leitender Streifen 26),
wird es nahezu frei von (unsymmetrischen) Masseströmen sein,
da diese zu dem Streifen 24 umgeleitet werden, wobei wirksam
zugehörige
Energie in das Freie ausgestrahlt wird. Dieses Merkmal der Antenne 10,
das das Auftreten von unsymmetrischen Masseströmen auf dem Gegengewicht zugehörig zu dem Antenneneinspeisepunkt
verhindert, ist wichtig für tragbare
Funkvorrichtungen, da es zu signifikanten Verbesserungen in der
RF-Effizienz führen kann.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die Endengespeiste Dipolantenne
nach US Patent 5 598 174, wie oben mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben,
modifiziert und als Teil einer Kolliniearanordnungsantenne benutzt.
Die Enden-gespeiste Dipolantenne der 1 und 2 wird
modifiziert, wie in 3 gezeigt und im weiteren noch
beschrieben, um die Symmetrie des Strahlungsmusters zu verbessern,
welches Merkmal wichtiger wird bei der Konstruktion einer Antennenanordnung.
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In 3 werden
Elemente, welche mit Elementen korrespondieren, die in 1 und 2 gezeigt
sind, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. 3 zeigt
das PCB 16 von der gegenüberliegenden Seite wie in 1 gezeigt,
d.h., der Unterseite. Die grauen Flächen sind auf der Oberseite
des PCB und die weißen
(oder freien) Flächen
auf der Unterseite – wobei
die Unterseite in 3 sichtbar ist. 3 zeigt den
ersten und zweiten leitenden Streifen 12 und 14, sowie
den dritten und vierten leitenden Streifen 22, 24.
Zusätzlich
wird ein sechster leitender Streifen 28 vorgesehen, der
im wesentlichen "L"-förmig und
symmetrisch zu dem leitenden Streifen 24 bezüglich den leitenden
Streifen 12 und 22 ist.
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Das
Vorsehen des Streifens 28, symmetrisch zum Streifen 24,
verbessert die Symmetrie des Strahlungsmusters der gedruckten Koaxialdipolantenne
(Sleeve-Antenne).
Im Betrieb fließt
ein RF-Strom I28 in dem leitenden Streifen 28.
Um sicherzustellen, dass das Strahlungsmuster der Antenne in 3 rundstrahlend
und in der azimuthalen Ebene maximiert ist, müssen die RF-Ströme I14, I24 und I28 in Phase sein.
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4 veranschaulicht,
wie die angepasste Enden-gespeiste Dipolantenne von 3 weiter
modifiziert ist, um eine kollineare Anordnung (Dipollinie) zu bilden,
die eine Verzögerungsstrecke
gemäß der vorliegenden
Erfindung beinhaltet. Wiederum bezeichnen gleiche Bezugszeichen
gleiche bzw. ähnliche
Elemente.
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Das
Ende des leitenden Streifens 14, das entfernt ist von dem
leitenden Streifen 12, wird über eine Verbindungseinrichtung
umfassend eine Verzögerungsstufe 30 mit
einem leitenden Streifen 32 der Länge L/2, unter Ausbildung eines
Halb-Wellenlängen-Monopols,
verbunden. Die Verzögerungsstufe oder
Verzögerungsstrecke 30 wirkt
als eine Speise-Verzögerungsstufe
in der Anordnung der 4.
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Damit
die Antenne der 4 als eine Dipollinie arbeitet,
muss es die Verzögerungsstufe 30 zulassen,
dass näherungsweise
die Hälfte
der gesamten einfallenden RF-Leistung von der RF-Quelle 18 direkt
in das Kopfelement 32 der Dipollinie eingespeist wird.
Dies ist erforderlich, um eine gewünschte Verstärkung von
5 dBi zu erreichen, welche näherungsweise
das Doppelte der Halb-Wellenlängen-Dipolleistungsverstärkung von
2 dBi ist.
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Die
Verzögerungsstufe 30 muss
außerdem den
RF-Strom um 180° verzögern, der
in das Kopfelement 32 der Dipollinie gespeist wird, da
nur dann die RF-Ströme
I14 und I32 in dem
leitenden Streifen 14 bzw. 32 in Phase sein werden.
Die RF-Ströme
I14, I24, I28 und I32 müssen alle
in Phase sein, um das Strahlungsmuster in der azi muthalen Ebene
zu maximieren und um die gewünschte
5 dBi Leistungsverstärkung
sicherzustellen.
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Die
Verzögerungsstufe 30 gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist detaillierter in 5 gezeigt.
Die spezifische Anordnung der Verzögerungsstufe 30, die
in 5 gezeigt ist, ist für die spezifische Implementation
der Dipollinie, wie oben erläutert,
und diese spezifische Implementation wird nur für illustrative Zwecke präsentiert,
um eine Erklärung
der vorliegenden Erfindung zu erleichtern. Wie weiter unten erläutert, kann
die Verzögerungsstufe
der spezifischen Ausführungsform
gemäß der gewünschten
Applikation modifiziert und angepasst werden, während nach wie vor die Prinzipien
der vorliegenden Erfindung angewandt werden.
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Wie
in beiden 4 und 5 veranschaulicht,
hat die Verzögerungsstufe 30 einen
Eingang 34 und einen Ausgang 36. Der Verzögerungsstufeneingang 34 ist
mit dem Ende des leitenden Streifens 14, das entfernt ist
von dem leitenden Streifen 12, verbunden, und der Verzögerungsstufenausgang 36 ist mit
einem Ende des leitenden Streifens 32 verbunden, der den
Halb-Wellenlängen-Monopol
bildet.
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Die
Verzögerungsstufe 30 umfasst
einen leitenden Streifen, allgemein mit 31 bezeichnet,
welcher in einem einzelnen Spiralumlauf geformt ist. Das heißt, der
leitende Streifen 31 mit einem Einzel-Spiralumlauf wendet
sich vollständig
und einmalig über 360°. Der leitende
Streifen 31 mit Einzel-Spiralumlauf weist fünf leitende
Streifen auf, die in Reihe an gegenüberliegenden Enden verbunden
sind und welche geformt sind, um den Einzel-Spiralumlauf zu formen.
Der leitende Streifen 31 mit Einzel-Spiralumlauf weist
einen ersten leitenden Streifen 40, einen zweiten leitenden
Streifen 42, einen dritten leitenden Streifen 44,
einen vierten leitenden Streifen 46 und einen fünften leitenden
Streifen 48 auf.
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Der
erste leitende Streifen 40, zweite leitende Streifen 42,
dritte leitende Streifen 44, vierte leitende Streifen 46 und
fünfte
leitende Streifen 48 sind derart angeordnet, dass der erste 40 und
dritte 44 leitende Streifen im wesentlichen parallel und
einander gegenüberliegend
angeordnet sind, der dritte 44 und fünfte 48 leitende Streifen
im wesentlichen parallel und einander gegenüberliegend angeordnet sind, und
dass der zweite und vierte leitende Streifen 42 und 46 im
wesentlichen parallel und einander gegenüberliegend angeordnet sind,
wobei der erste bis fünfte
leitende Streifen dabei einen leitenden Streifen 31 mit
Einzel-Spiralumlauf formen.
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Indem
der erste leitende Streifen näherungsweise
parallel zu dem dritten leitenden Streifen, der dritte leitende
Streifen näherungsweise
parallel zu dem fünften
leitenden Streifen, und der zweite leitende Streifen näherungsweise
parallel zu dem vierten leitenden Streifen positioniert werden,
heben sich die RF-Ströme
in dem jeweiligen leitenden Streifen im Hinblick auf elektromagnetische
Strahlung gegenseitig auf, was essentiell für den korrekten Betrieb der Verzögerungsstufe
ist. Obwohl die jeweiligen leitenden Streifen idealerweise präzise parallel
sein sollten, wird es durch den Fachmann wahrgenommen werden, dass
eine unvollkommene Anordnung des ersten bis fünften leitenden Streifens nach
wie vor ermöglichen
kann, dass die Verzögerungsstufe 30 innerhalb
akzeptabler Toleranzen für
die Applikation arbeitet.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der 4 und 5 umfasst demnach die Verzögerungsstufe 30 einen
leitenden Streifen umfassend einen ersten leitenden Streifen 40,
der an einem Ende mit dem Verzögerungsstufeneingang
gekoppelt ist, einen zweiten leitenden Streifen 42, der
an einem Ende mit dem anderen Ende des ersten leitenden Streifens 40 verbunden
ist und in näherungsweise 90° dazu orientiert
ist, einen dritten leitenden Streifen 44, der an einem
Ende mit dem anderen Ende des zweiten leitenden Streifens 42 verbunden
ist und in näherungsweise
90° dazu
in einer Richtung entgegengesetzt zu dem ersten leitenden Streifen 40 orientiert
ist, einen vierten leitenden Streifen 46, der an einem
Ende mit dem anderen Ende des dritten leitenden Streifens 44 verbunden
ist und in näherungsweise
90° dazu
in einer Richtung entgegengesetzt zu der des zweiten leitenden Streifens 42 orientiert
ist, und einen fünften
leitenden Streifen 48, der an einem Ende mit dem anderen
Ende des vierten leitenden Streifens verbunden ist und in 90° dazu in
einer Richtung entgegengesetzt zu der des dritten leitenden Streifens 44 orientiert
ist, wobei das andere Ende des fünften
leitenden Streifens 48 mit dem Ausgang 36 der
Verzögerungsstufe 30 gekoppelt
ist.
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Der
dritte leitende Streifen 44 weist vorzugsweise eine näherungsweise
gleiche Länge
auf wie die kombinierte Länge
des ersten 40 und fünften 48 leitenden
Streifens, um einen idealen Stromabgleich zu erzielen. In gleicher
Weise weist der vierte leitende Streifen 46 näherungsweise
eine gleiche Länge wie
der zweite leitende Streifen 42 auf. Jedoch ist in der
Praxis, um die Einzel-Spiralumlauf-Form zu erzielen, der vierte
leitende Streifen 46 kürzer
als der zweite leitende Streifen 42.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der erste leitende Streifen 40 mit
dem Eingang 34 der Verzögerungsstufe 30 durch einen
sechsten leitenden Streifen 38 gekoppelt, welcher vorzugsweise
in näherungsweise
90° zu dem ersten
leitenden Streifen 40 in einer Richtung entgegengesetzt
zu dem zweiten leitenden Streifen 42 orientiert ist. In
solch einer bevorzugten Ausführungsform
sind der erste bis fünfte
leitende Streifen 40 bis 48 auf einer Seite der
isolierenden Schicht zusammen mit dem sechsten leitenden Streifen 38 geformt. Ein
siebter leitender Streifen 50 wird auf der anderen Seite
der isolierenden Schicht vorgesehen, und koppelt den fünften leitenden
Streifen 48 mit dem Ausgang 36 der Verzögerungsstufe 30.
Der siebte leitende Streifen 50 ist mit dem fünften leitenden
Streifen 48 durch ein Via (Durchkontaktierung) 52 durch
die isolierende Schicht 16 verbunden. Die isolierende Schicht
wird außerdem
vorzugsweise mit einem Via 54 versehen, um das Ende des
siebten leitenden Streifens 50, das mit dem Ausgang der
Verzögerungsstufe
verbunden ist, mit dem leitenden Streifen 32 auf der ersten
Seite der isolierenden Schicht, der den Halb-Wellenlängen-Monopol
bildet, zu koppeln.
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Es
wird wahrgenommen werden, dass in einer alternativen Anordnung der
siebte leitende Streifen 50 auf der ersten Seite der isolierenden
Schicht und der dritte leitenden Streifen 44 auf der zweiten Seite
der isolierenden Schicht geformt sein können, wobei Verbindungseinrichtungen
vorgesehen sind, um die geeigneten Enden des zweiten 42 und
vierten 46 leitenden Streifens zu verbinden.
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5 stellt
die Dimensionen, in Millimetern, der bevorzugten Implementation
der Verzögerungsstufe 30 der
Erfindung zur Anwendung in der Dipollinie der 4 dar,
wobei eine 180° Phasenverzögerung und
50% Leistungseinspeisung bei einer Betriebsfrequenz von 2,4 bis
2,5 GHz erforderlich sind.
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Es
wird durch einen Fachmann wahrgenommen werden, dass die Verzögerungsstrecke
mit einem leitenden Streifen mit Einzel-Spiralumlauf der vorliegenden
Erfindung in Antennenanordnungen benutzt werden kann, die mehrere
Einspeisungen erfordern. Zum Beispiel sind in einer Dipollinie mit
drei Antennen zwei Einspeiseverzögerungsstufen
erforderlich. Die erste Einspeiseverzögerungsstufe speist 2/3 der
gesamten einfallenden RF-Leistung zu der zweiten und dritten Antenne
der Anordnung, und die zweite Einspeiseverzögerungsstufe speist 1/2 der
2/3 Leistung, die zu der dritten Antenne der Anordnung gespeist
wird.
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Demnach
wird es durch einen Fachmann wahrgenommen werden dass mit den spezifischen Dimensionen
der Verzögerungsstrecke
mit leitenden Streifen mit Einzel-Spiralumlauf experimentiert werden
kann, um die geforderten Leistungscharakteristiken (Phasenverzögerung,
Leistungseinspeisung) für eine
besondere Applikation zu erreichen, während die Einzel-Spiralumlaufform
beibehalten wird.
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In
einer weiteren Modifikation ist die Dipollinie der 4 angepasst,
um eine zusätzliche
Antenne auf der isolierenden Schicht 16 aufzunehmen, um dabei
ein Mittel für
Selektions-Antennen-Diversity bereitzustellen. 6 zeigt
eine Antenne (Kerbantenne, Notch-Antenne) mit gebogenem Einschnitt,
die in der kleinen Masseplatte (Gegengewicht) 26 der Dipollinie
implementiert ist. Wiederum werden gleiche Bezugszeichen in 6 für Elemente
benutzt, die Elementen, die in anderen Figuren gezeigt sind, entsprechen.
Der Übersichtlichkeit
halber ist der Halb-Wellen-Monopol, gebildet durch den leitenden Streifen 32,
in 6 nicht dargestellt.
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Die
gekrümmte
Kerbantenne ist allgemein mit Bezugszeichen 60 in 6 bezeichnet
und wird diagrammatisch durch den weißen "L"-förmigen Spalt
in der Schattierung repräsentiert,
welche die Masseplatte 26 gebildet auf der Unterseite der
isolierenden Schicht darstellt. Die gebogene Kerbantenne 60 weist
zwei Abschnitte 60a und 60b auf, welche die "L"-Form bilden. Die gebogene Kerbantenne 60 ist eine
gewöhnliche
Kerbantenne, die in zwei Abschnitte gebogen ist, um die eingenommene
Oberfläche
zu reduzieren. Die gesamte Länge
der Einkerbung in der spezifischen Anwendung der 6 ist
näherungsweise
L/4, wobei L die Betriebswellenlänge
ist. Ein Antennendiversityschalter 62 wird ebenfalls in der
Masseplatte 26 vorgesehen, und empfängt die RF- Einspeisung an
das Antennensystem von einer Kabelanbringung 66. Die Speiseleitung „dringt" in die Kerbe an
solch einem Punkt ein, dass die Eingangsimpedanz nahe an 50 Ohm
ist. Der Antennendiversityschalter ist ein SPDT (Single Pole Double
Terminal, einpoliger Umschalter)-Schalter mit geringer Verzerrung.
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Der
Antennendiversityschalter 62 beinhaltet eine Schalterverbindung 64,
welche zwischen zwei Schalterkontakten 74 und 76 umschalten
kann. Der Schalterkontakt 74 stellt die RF-Einspeisung über eine
Mikrostreifenleitung 68 an die Kollinearantenne, wie oben
erläutert,
bereit, und der Schalterkontakt 76 stellt die RF-Einspeisung über Mikrostreifenleitung 78 an
die Kerbantenne 60 bereit. Die Mikrostreifenleitung 78 ist
mit dem Einspeisepunkt der gekrümmten Kerbantenne
verbunden.
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Die
spezifische Implementation der gekrümmten Kerbantenne in der Masseplatte
der Kollinearanordnungsantenne, um eine Hilfsantenne vorzusehen,
um dabei Selektions-Antennendiversity bereitzustellen, liegt innerhalb
des Fachwissens des Fachmanns. Das Vorsehen der gebogenen Kerbantenne
als Hilfsantenne stellt eine kompakte Kollinearantennenanordnung
mit Selektions-Antennendiversity bereit.
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Während die
Dipollinie sowohl aussendet als auch empfängt, schafft die Hinzufügung einer
Kerbantenne eine Hilfsantenne nur für das Empfangen. Da die Hilfsantenne
nicht für
die Aussendung benutzt wird, ist es nicht erforderlich, das sorgfältige Design und
die hohe Leistungsverstärkung
der Dipollinie zu besitzen.
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Das
Vorsehen der Hilfsantenne ermöglicht dem
Antennensystem, Selektions-Antennendiversity bereitzustellen.
Wie es wohlbekannt ist, wird ein Antennendiversity-Umschaltschaltkreis
vorgesehen, um die Hilfsantenne in die Lage zu versetzen, hinzugeschaltet
zu werden, wenn das Signal, das durch die Dipollinie empfangen wird,
schwach ist.