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Patent Searching and Data


Title:
WIDEBAND MONOPOLE ANTENNA
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/073112
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a wideband monopole antenna (10) comprising an emitter (19) which is embodied in the form of a disc and vertically arranged at a predetermined height (h) above an electrically conductive base plane (11). The disc-shaped emitter (19) comprises a modified section (16) initially having a circular (14) or elliptical (43) disc form, said modified section being limited by a border outline deviating from said circular or elliptical form.

Inventors:
HEYDE WOLFGANG (CH)
DIECKMANN CARSTEN (CH)
KOPARAN CENK (CH)
SPIRIG EUGEN (CH)
Application Number:
PCT/CH2003/000844
Publication Date:
August 26, 2004
Filing Date:
December 23, 2003
Export Citation:
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Assignee:
HUBER+SUHNER AG (CH)
HEYDE WOLFGANG (CH)
DIECKMANN CARSTEN (CH)
KOPARAN CENK (CH)
SPIRIG EUGEN (CH)
International Classes:
H01Q9/40; H01Q9/42; H01Q9/43; (IPC1-7): H01Q9/40; H01Q9/42; H01Q9/43
Foreign References:
EP1249893A22002-10-16
DE10005567A12001-08-30
US20020149519A12002-10-17
Other References:
ANOB P V ET AL: "WIDEBAND ORTHOGONAL SQUARE MONOPOLE ANTENNAS WITH SEMI-CIRCULAR BASE", IEEE ANTENNAS AND PROPAGATION SOCIETY INTERNATIONAL SYMPOSIUM. 2001 DIGEST. APS. BOSTON, MA, JULY 8 - 13, 2001, NEW YORK, NY: IEEE, US, vol. 3 OF 4, 8 July 2001 (2001-07-08), pages 294 - 297, XP001072280, ISBN: 0-7803-7070-8
AGRAWALL N P ET AL: "New wideband monopole antennas", ANTENNAS AND PROPAGATION SOCIETY INTERNATIONAL SYMPOSIUM, 1997. IEEE., 1997 DIGEST MONTREAL, QUE., CANADA 13-18 JULY 1997, NEW YORK, NY, USA,IEEE, US, 13 July 1997 (1997-07-13), pages 248 - 251, XP010246806, ISBN: 0-7803-4178-3
AGRAWALL N P ET AL: "WIDE-BAND PLANAR MONOPOLE ANTENNAS", IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, IEEE INC. NEW YORK, US, vol. 46, no. 2, 1 February 1998 (1998-02-01), pages 294 - 295, XP000733861, ISSN: 0018-926X
LANDSTORFER F, MEINKE H, NIEDERMAIR G: "Ringförmiger Energiewirbel im Nahfeld einer Richtantenne", NACHRICHTENTECHNISCHE ZEITSCHRIFT, vol. 25, no. 12, December 1972 (1972-12-01), pages 537 - 541, XP002246936
Attorney, Agent or Firm:
Ottow, Jens M. (Gotthardstrasse 53 Postfach 6940, Zürich, CH)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. BreitbandMonopolAntenne (10,20,.., 70) mit einem scheibenförmigen Strahier (19,29, 39,. ., 79), welcher senkrecht stehend in einer vorbestimmten Höhe (h) oberhalb einer ebenen, elektrisch leitenden Grundfläche (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Strahler (19, 29,39,.., 79), ausgehend von der Form einer Kreisscheibe (14) oder elliptischen Scheibe (43) einen modifizierten Abschnitt (16, 42) aufweist, der durch eine von der Kreisform bzw. Ellipsenform abweichende Randkontur (17, 18; 21,..,24 ; 31,.., 33 ; 44,. ., 47) begrenzt ist.
2. BreitbandMonopolAntenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Abschnitt (16, 42) eine rechteckige Randlcontur (17, 18; 23, 24 ; 46, 47) aufweist.
3. BreitbandMonopoolAntenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Abschnitt (16) ausschliesslich durch eine rechteckige Rand kontur (17, 18) begrenzt ist.
4. BreitbandMonopolAntenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Abschnitt (16, 42) neben einer rechteckigen Randkontur (23, 24 ; 46, 47) weitere von der Kreisform bzw. Ellipsenform abweichende Randlcontu ren (21,22 ; 44, 45) aufweist.
5. BreitbandMonopolAntenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren von der Kreisform bzw. Effipsenform abweichenden Randlcontu ren die Form von runden Ausbeulungen (21, 22 ; 44,'45) aufweisen.
6. BreitbandMonopolAntenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Abschnitt (16) eine vieleckige Randkontur mit von der Rechteckform abweichenden Ecken (31,.., 33) aufweist.
7. BreitbandMonopoiAntenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vielecl<ige Randlcontur spitzwinklige Ecken (31,32) und stumpfwinklige Ecken (33) umfasst.
8. BreitbandMonopolAntenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Abschnitt (16, 42) oberhalb einer Trenn ebene (25) liegt, welche parallel zur Grundfläche (11) verläuft und den modifizier ten Abschnitt (16,42) vom übrigen Teil des Strahlers (19,29, 39,. ., 79) trennt.
9. BreitbandMonopolAntenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Strahler (19, 29,39,.., 79) spiegelsym metrisch zu einer auf der Grundfläche (11) senkrecht stehenden Mittelebene (26) ausgebildet ist.
10. BreitbandMonopolAntenne nach Anspruch 9, dadurch gelcennzeich net, dass beim scheibenförmigen Strahler (19, 29,39,.., 79) in der Mittelebene (26) auf der der Grundfläche (11) zugewandten Seite ein Einspeisungspunlct (27) zur Einspeisung des Antennensignals vorgesehen ist.
11. BreitbandMonopolAntenne nach Anspruch 10, dadurch gelcennzeich net, dass die Einspeisung über den zentralen Leiter (13) eines Koaxialverbinders (12) erfolgt, und dass der zentrale Leiter (13) vom unterhalb der Grundfläche (1 1) angeordneten Koaxialverbinder (12) durch die Grundfläche (11) zum Einspei sungspunkt (27) geführt ist.
12. BreitbandMonopolAntenne nach Anspruch 10, dadurch gel<ennzeich net, dass die Einspeisung über ein Speisenetzwerk erfolgt, welches auf einer Seite der Grundfläche (11) angeordnet ist.
13. BreitbandMonopolAntenne nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, dass das Speisenetzwerk Filterstrulcturen und/oder aktive Elemente umfasst.
14. BreitbandMonopolAntenne nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da durch gekennzeichnet, dass die BreitbandMonopolAntenne (10,20,.., 70) ein Bandbreitenverhältnis von wenigstens 1 : 7,5 bei einem SpannungsStehwellenver häitnis (VSWR) von kleiner 1,5 abdeckt.
15. BreitbandMonopolAntenne nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, dass die BreitbandMonopolAntenne (10, 20,. ., 70) einen Frequenzbereich von 800 bis 6000 MHz bei einem SpannungsStehwellenverhältnis (VSWR) von Veiner 1,5 abdeckt.
16. BreitbandMonopolAntenne nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da durch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) des scheibenförmigen Strahlers (19, 29,. ., 79) über der Grundfläche im Bereich zwischen 0,3 und 1 mm, vorzugsweise bei 0, 5 mm, liegt.
17. BreitbandMonopolAntenne nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da durch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Strahler (19,29,.., 79) die Grundform einer Kreisscheibe (14) auFweist, deren Radius (a) zwischen 30 und 70 mm, vorzugsweise bei etwa 50 mm, liegt.
18. BreitbandMonopolAntenne nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da durch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Strahler (19,29,.., 79) die Grundform einer stehenden oder liegenden elliptischen Scheibe (43) aufweist, de ren Verhältnis von Hauptachse zu Nebenachse zwischen 1, 1 und 1,3 beträgt.
19. BreitbandMonopolAntenne nach einem der Ansprüche 1 bis 18, da durch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (11) einen Mindestdurchmesser auf weist, welcher der Wellenlänge der untersten Betriebsfrequenz entspricht.
20. BreithandMonopolAntenne nach einem der Ansprüche 1 bis 19, da durch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (11) und der scheibenFörmige Strait ler (19, 29,. ., 79) aus einem elelctrisch gut leitenden Material, vorzugsweise Alumi nium oder Messing, bestehen, und dass die Dicke der Grundfläche (11) und des scheibenförmigen Strahfers (19,29,.., 79) wesentlich grösser ist als die Eindring tiefe des Skineffekts bei den Betriebsfrequenzen der Antenne.
21. BreitbandMonopolAntenne nach einem der Ansprüche 1 bis 20, da durch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (11) kreisrund ist und einen Durch messer von etwa 200 mm aufweist.
22. BreitbandMonopolAntenne nach einem der Ansprüche 1 bis 21, da durch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Strahler (19,29,.., 79) zur Ver ringerung der Gesamthöhe der Antenne derart gekrümmt ist, dass sich die verti kale Länge (I) des scheibenförmigen Strahlers (19,29,.., 79) gegenüber dem un gekrümmten Zustand verringert.
23. BreitbandMonopolAntenne nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich net, dass der gekrümmte scheibenförmige Strahier (19,29,.., 79) eine vertikale Länge (I) im Bereich zwischen 0, 2 und 0,35 A aufweist, wobei A die VVellenlänge der niedrigsten Betriebsfreqüenz der Antenne bezeichnet.
24. BreitbandMonopolAntenne nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des scheibenförmigen Strahlers (19,29, 39,. ., 79) oberhalb eines vorbestimmten Abstands (b) vom unteren Rand des Strahiers (19, 29, 39,.., 79) einsetzt, und dass der Abstand im Bereich zwi schen 0, 02 und 0, 06 A liegt, wobei A die Wellenlänge der niedrigsten Betriebsfre quenz der Antenne bezeichnet.
25. BreitbandMonopolAntenne nach einem der Ansprüche 22 bis 24, da durch gekennzeichnet, dass die Krümmung des scheibenförmigen Strahlers (19, 29, 39,.., 79) eine Tiefe (c) des Strahlers (19,29, 39,. ., 79) zur Folge hat, welche im Bereich zwischen 0,07 und 0, 13 A liegt, wobei A die Wellenlänge der niedrigsten Betriebsfrequenz der Antenne bezeichnet.
26. BreitbandMonopolAntenne nach einem der Ansprüche 1 bis 25, da durch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Anpassung der Antenne in be stimmten Frequenzbereichen des Betriebsbandes Öffnungen (34,35) im schei benförmigen Strahler (. 19, 29,39,.., 79) angeordnet sind.
27. BreitbandMonopolAntenne nach einem der Ansprüche 1 bis 26, da durch gelcennzeichnet, dass zur Erhöhung der mechanischen Stabilität des schei benförmigen Strahlers (19,29, 39,.., 79) in die Flächen des Strahlers (19,29, 39,. ., 79) Sicken (36, 37) eingeformt sind.
Description:
BESCHREIBUNG BREITBAND-MONOPOL-ANTENNE TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf. das Gebiet der breitbandigen drahtlo- sen Kommunikation. Sie betrifft eine Breitband-Monopol-Antenne gemnäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Breitband-Monopol-Antenne mit einem scheibenförmigen Strahler in Form einer liegenden elliptischen Scheibe ist z. B. aus der Druckschrift US-A- 4, 370,660 bekannt.

STAND DER TECHNiK In den vergangenen zwei Jahrzehnten sind die Anwendungen der drahtlosen Kommunikationstechniken geradezu exptosionsartig angestiegen. Dies hat dazu

geführt, das sowohl Sprach-als auch Datendienste in den unterschiedlichsten Frequenzbändern übertragen werden. Für die mobile Sprachübertragung stehen im wesentlichen das 400-, 800-, 900-, 1800-und 1900-MHz-Band weltweit zur Verfügung. Mit der Einführung des UMTS-Standards (Universal Mobile Telecom- munication System) wurde der Frequenzbereich bis auf 2170 MHz erhöht. Als Al- ternative zu der Festnetztelefonie-Stichwort WLL (Wireless Local Loop) -wurde in den vergangenen Jahren in verschiedenen europäischen Ländern der Frequenz- bereich zwischen 3400 und 3600 MHz freigegeben. Sollen hohe Datenraten über- tragen werden, so kann dies heute drahtlos über die WLAN-Frequenzen (Wireless Local Area Network) geschehen. Für diese Anwendungen befinden sich die frei- gegebenen Frequenzen im 2, 4- und 5, 5-GHz-Bereich.

Um die Bereiche innerhalb von Gebäuden wie z. B. Geschäftshäusern, Flughäfen, Bahnhöfen, Tiefgaragen und Hotels effizient mit all diesen Dienten versorgen zu können, wäre ein ganzer Antennenwald nötig, wenn die einzelnen Antennen aus- schliesslich in den betreffenden Frequenzbändern funktionieren würden. Es be- steht daher der Wunsch, diesen Antennenwaid möglichst zu minimieren. Ziel ist es demnach, eine Antenne zu haben, die möglichst den Frequenzbereich 800-6000 MHz abdeclct und für den Einsatz innerhalb von Gebäuden (sog."Inhousebereich") geeignet ist.

Eine aufgrund ihrer Einfachheit besonders geeignete Bauform einer Breitbandan- tenne ist die Monopol-Antenne. In dem Artilcel von) Mu Liang et al.,"Low-ProFile Broadband Omnidirectionai Monopole Antenna", Microwave and Optica ! Techn.

Lett., Vol. 25, No. 2, April 2000, p. 135-138, und dem Artikel von N. P. Agrawall et al., "Wide-Band Planar Monopole Antennas",) IEEE Trans. on Antennas and Propa- gation, Vol. 46, No. 2, February 1998, p. 294-295, wird unter anderem die Historie dieser Breitband-Monopol-Antennen beschrieben. Der erstgenannte Artikel be- schreibt rotationssymmetrische Monopole, während der zweitgenannte die Eigen- schaften von planaren Monopolen in Form einer runden bzw. elliptischen Scheibe zum Inhalt hat. Die planare Struktur hat dabei den Vorteil, dass sie wesentlich einfacher und somit kostengünstiger zu realisieren ist.

In der eingangs genannten Druckschrift US-A-4,370, 660 ist bereits eine breitban- dige Monopol-Antenne mit planarer elliptischer Scheibe vorgeschlagen worden, mit der in einem Frequenzbereich zwischen etwa 800 MHz und 4, 5 GHz ein Steh- wellenverhältnis (SWR) von weniger als 1,5 erreicht werden soll.

In der Druckschrift GB-A-2, 236, 625 wird eine Breitbancl-Monopol-Antenne be- schieben, deren Strahler nach Art einer Mikrostreifenieitung mit zwei rechteckigen Leiterfiächen auf gegenüberliegenden Seiten eines dielektrischen Substrats auf- gebaut ist. Mit dieser Antenne soll ein Bandbreitenverhältnis von besser als 1 : 5 (Frequenzbereich zwischen 700 MHz und 4 GHz) für ein Spannungs-Stehweller- verhältnis (VSWR) von weniger als 2,5 : 1 erreichbar sein.

In der Druclcschrift US-H-H2016 (U : S. Statutory Invention Registration, angemel- det am 5. März 1986 ; veröffentlicht am 2. April 2002) ist eine breitbandige Mono- pol-Antenne in Form einer #Mono-Blade Antenna" offenbart, bei der ein einzelnes messerförmiges Strahlerelement oberhalb einer Grundfiäche angeordnet ist. Mit einer solchen Antenne sollen Betriebsfrequenzen bis hinauf zu 8 GHz bei einem VSWR von weniger als 1, 2 : 1 möglich sein.

Aus der Fig. 1 des zweitgenannten der oben erwähnten beiden Artige) ist zu ent- nehrnen, dass die dort bescilriebenen Antennel1 maximal von 3,75-11, 5 GHz ein VSWR < 1.5 erzielen. Dies entspricht nur einem Bandbreitenverhältnis von 1 : 3,1.

. Wie bereits eingangs erwähnt, ist es jedoch wünschenswert, eine Antenne für den Frequenzbereich 800-6000 MHz zu erhalten, was einem Bandbreitenverhältnis von 1 : 7,5 entspricht. Dabei soll für dieses Bandbreitenverhäftnis durchgehend ein VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) von <1. 5 zu erreichen sein.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Breitband-Monopol-Antenne zu schaffen, die in einem Frequenzbereich von wenigstens 800-6000 MHz einsetzbar ist bzw. ein Bandbreitenverhältnis von 1 : 7,5 aufweist, die für dieses Bandbreitenverhältnis durchgehend ein VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) von <1, 5 erreicht, und die insbesondere aufgrund eines einfachen und kompakten Aufbaus im fnhousebe- reich einsetzbar ist.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der Kern der Erfindung besteht darin, als Monopol oberhalb einer elektrisch lei- tenden, ebenen Grundfläche einen scheibenförmigen Strahier einzusetzen, der ausgehend von der Form einer Kreisscheibe oder elliptischen Scheibe einen Ab- schnitt aufweist, der durch eine von der Kreisform bzw. Etiipsenform abweichende Randkontur begrenzt ist. Während die zugrundeliegende Kreisform oder Ellipsen- form ein kleines VSWR vor allem bis zu Frequenzen am oberen Ende des Fre- quenzbereiches gewährleistet, wird durch die Abweichung von der Kreisform bzw.

Eilipsenform das Verhalten bei Frequenzen am unteren Ende des Frequenzberei- ches massgeblich verbessert.

Eine erste bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der modifizierte Abschnitt eine rechteckige Randkontur aufweist. Dabei ist es möglich, dass der modifizierte Abschnitt ausschtiesstich durch eine rechteckige Randkontur begrenzt ist, oder dass der modifizierte Abschnitt neben einer recht- eckigen Randkonturweitere von der Kreisform bzw. EllipsenForm abweichende Randkonturen aufweist, wobei die weiteren von der Kreisform bzw. Ellipsenforrn abweichenden Randkonturen die Form von runden Ausbeutungen haben können.

Eine zweite bevorzugte Ausgestaltung der Antenne nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Abschnitt eine vieleckige Randkontur mit

von der Rechteckform abweichenden Ecken aufweist, wobei die vieleckige Rand- kontur insbesondere spitzwinklige Ecken und stumpfwinklige Ecken umfasst ; Bevorzugt liegt der modifizierte Abschnitt oberhalb einer Trennebene, welche pa- ralle zur Grundfläche verläuft und den modifizierten Abschnitt vom übrigen Teil des Strahlers trennt.

Ebenfalls bevorzugt ist der scheibenförmige Strahler spiegelsymmetrisch zu einer auf der Grundfläche senkrecht stehenden Mitteiebene ausgebildet.

Eine weitere Ausyestalkiny der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass beim scheibenförmigen Strahler in der Mittelebene auf der der Grundfläche zugewand- ten Seite ein Einspeisungspunlkt zur Einspeisung des Antennensignals vorgese- hen ist.

Die Einspeisung kann dabei über den zentralen Leiter eines Koaxialverbinders erfolgen, wobei der zentrale Leiter vom unterhalb der Grundfläche angeordneten Htoaxialverbinder durch die Grundfläche zum Einspeisungspunkt geführt ist.

Es ist aber auch denkbar, dass die Einspeisung über ein Speisenetzwerlc erfolgt, welches auf einer Seite der Grundfläche angeordnet ist, wobei das Speisenetz- werk Fiiterstrukturen und/oder aktive Elemente umfassen Icann.

Die erfindungsgemässe Breitband-Monopol-Antenne deckt vorzugsweise ein Bandbreitenverhäitnis von wenigstens 1 : 7,5 bei einem Spannungs-Stehwellenver- hältnis (VSWR) von kleiner 1, 5 ab. Insbesondere deckt die Breitband-Monopol- Antenne einen Frequenzbereich von 800 bis 6000 MHz bei einem Spannung- Stehwellenverhältnis (VSWR) von kleiner 1, 5 ab.

Eine in der Praxis bewährte Ausgestaltung der erfindungsgemässen Antenne ist dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des scheibenförmigen Strahlers über der Grundfläche im Bereich zwischen 0,3 und 1 mm, vorzugsweise bei 0,5 mm, liegt.

Desgleichen hat es sich bewährt, wenn der scheibenförmige Strahler die Grund- form einer Kreisscheibe aufweist, deren Radius zwischen 30 und 70 mm, vor- zugsweise bei etwa 50 mm, liegt.

Schliesslich hat es sich auch bewährt, wenn der scheibenförmige Strahler die Grundform einer stehenden oder liegenden elliptischen Scheibe aufweist, deren Verhältnis von Hauptachse zu Nebenachse zwischen 1,1 und 1,3 beträgt.

Damit die untere Betriebsfrequenz nicht in Richtung höherer Frequenzen verscho- ben wird, ist es von Vorteil, wenn die Grundfläche einen Mindestdurchmesser aufweist, welcher der Wellenlänge der untersten Betriebsfrequenz entspricht.

Es ist günstig, wenn die Grundfläche und der scheibenförmige Strahler aus einem elektrisch gut teilenden Material, vorzugsweise Aluminium oder Messing, beste- hen, und wenn die Dicke der Grundfläche und des scheibenförmigen Strahlers wesentlich grösser ist als die Eindringtiefe des Slcineffelcts bei den Betriebsfre- quenzen der Antenne.

Bevorzugt ist die Grundfiäche kreisrund und weist einen Durchmesser von etwa 200 mm auf.

Um die Bauhöhe der erfindr. mgsgemässen Antenne möglichst klein zu halten, ist es von Vorteil, wenn der scheibenförmige Strahler derart gekrümmt ist, dass sich die vertikale Länge des scheibenförmigen Strahlers gegenüber dem ungelcrümm- ten Zustand verringert.

Eine bevorzugte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der gekrümmte scheibenförmige Strahler eine vertikale Länge im Bereich zwischen 0,2 und 0,35 A aufweist, wobei A die Wellenlänge der niedrigsten Betriebsfrequenz der Antenne bezeichnet.

Des weiteren ist es von Vorteil, wenn die Krümmung des scheibenförmigen Strahlers oberhalb eines vorbestimmten Abstands vom unteren Rand des Strah- lers einsetzt, und wenn der Abstand im Bereich zwischen 0,02 und 0, 06 A liegt, wobei A die Wellen. länge der niedrigsten Betriebsfrequenz der Antenne bezeich- net.

Günstig ist es auch, wenn die Krümmung des scheibenförmigen Strahlers eine Tiefe des Strahlers zur Folge hat, welche im Bereich zwischen 0, 07 und 0,13 A liegt, wobei A die Wellenlänge der niedrigsten Betriebsfrequenz der Antenne be- zeichnet.

Schiiessfich können zur Verbesserung der Anpassung der Antenne Öffnungen im scheibenförmigen Strahler angeordnet ein. Diese Öffnungen können runde, ellipti- sche, quadratische oder beliebig eckige Formen besitzen. Durch eine geschickte Anordnung dieser Öffnungen oder Durchbrechung kann die Anpassung der An- tenne in bestimmten Frequenzbereichen des Betriebsbandes verbessert werden.

Auch ist es denkbar, dass zur Erhöhung der mechanischen Stabilität des schei- benförmigen Strahlers in die Flächen des Strahiers Sicken eingeformt sind.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN Die Erfindung soll nachfolgend anhand von AusFührungsbeispielen im Zusam- menllallg mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 in einer schematisierten Ansicht von vorn ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Antenne nach der Erfindung, bei wel- cher der scheibenförmige Strahler oberhalb einer Trennebene eine von der Kreisform abweichende Rechteckkontur aufweist ;

Fig. 2 in einer zu Fig. 1 analogen Darstellung ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Antenne nach der Erfindung, bei wel- cher der scheibenförmige Strahler oberhalb einer Trennebene eine von der Kreisform abweichende Kontur mit einem rechtecki- gen Abschnitt und zusätzlichen Ausbeulungen aufweist ; Fig. 3 in einer zu Fig. 1 analogen Darstellung ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Antenne nach der Erfindung, bei wel- cher der scheibenförmige Strahler oberhalb einer Trennebene eine von der Kreisform abweichende Kontur mit mehreren spitz- winkligen und stumpfwinkligen Ecken aufweist ; Fig. 4 in einer zu Fig. 1 analogen Darstellung ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Antenne nach der Erfindung, bei wel- cher der scheibenförmige Strahier oberhatb einer Trennebene eine von der Ellipsenform abweichende Kontur mit einem recht- eckigen Abschnitt und zusätzlichen Ausbeuiungen ähnlich Fig. 2 aufweist ; Fig. 5 in einer schematisierten Seitenansicht ein Ausführungsbeispiei für eine Antenne nach der Erfindung, die zur Verringerung der Bau- höhe mit stückweise geraden Abschnitten gekrümmt ist ; Fig. 6 in einer zu Fig. 5 analogen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine gekrümmte Antenne mit kontinuierli- cher einseitiger Krümmung ; und Fig. 7 in einer zu Fig. 5 analogen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispie) für eine gekrümmte Antenne mit kontinuierli- cher gegenläufiger Krümmung.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG Wenn als Beispiel eine Antenne für den Frequenzbereich 800-6000 MHz betrach- . tet wird, so entspricht dieser Frequenzbereich einem Bandbreitenverhältnis von 1 : 7,5. Ziel der vorliegenden Erfindung war es, für dieses Bandbreitenverhältnis durchgehend ein VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) von <1. 5 zu erreichen. 1.

Aus der Fig. 1 des eingangs genannten Artikels von N. P. Agrawall et al.,"Wide- Band Planar Monopole Antennas", IEEE Trans. on Antennas and Propagation, Vol. 46, No. 2, February 1998, p. 294-295, ist zu entnehmen, dass die dort be- schriebenen Antennen mit Icreisrunden (GDM) sowie liegenden (EDM1A) und ste- henden (EDM1 B) elliptischen Strahiern maximal von 3,75-11, 5 GHz ein VSWR <1,5 erzielen. Dies entspricht nur einem Bandbreitenveri1ällnis von 1 : 3,1. Die vor- liegende Erfindung basiert nun auf der Erkenntnis, dass eine Modifikation insbe- sondere der oberen Hä) fte soicher Antennen eine deutliche Verbesserung im unte- ren Frequenzbereich bewirkt. Einige cler möglichen Formen der Modifikation kön- nen den Fig. 1 bis 4 entnommen werden.

Fig. 1 zeigt in einer schematisierten Ansicht von vorn ein erstes bevorzugtes Aus- führungsbeispiel einer Breitband-Monopol-AIltenne nach der Erfindung. Die Breit- band-Monopol-Antenne 10 der Fig. 1 umfasst eine ebene, elektrisch leitende Grundfläche 11, über der in einer Höhe h ein auf der Grundfläche 11 senkrecht stehender scheibenförmiger Strahler 19 angeordnet ist. Die Form des scheiben- förmigen Strahlers 10 geht aus von einer Kreisscheibe 14 mit dem Radius a, die in Fig. 1 gestrichen eingezeichnet ist. Unterhalb einer parallel zur Grundfläche 11 liegenden Trennebene 25 behält der Strahler 19 die Kreisform und bildet einen Kreisabschnitt 15. Oberhalb der Trennebene 25 weicht die Randlcontur des Strahlers 19 vom Kreis ab und umschfiesst einen modifizierten Abschnitt 16. In Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bildet die modifizierte Randkontur oberhaib der - Trennebene 25 ein Rechteck mit zwei rechtwinkligen Ecken 17 und 18. Der schei- benförmige Strahier 19 einschiiessiich des rechteckigen modifizierten Abschnitts 16 ist spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht auf der Grundfläche 11 stehenden Mittelebene 26. Am Schnittpunkt der Mittelebene 26 mit dem (unteren) Rand des

Kl-eisabschnitts 15 ist der Einspeisungspunkt 27 für den Strahler 19 vorgesehen.

Die Einspeisung erfolgt über den zentralen Leiter 13 eines Koaxialverbinders 12.

Der zentrale Leiter 13 ist dazu vom unterhalb der Grundfläche 11 angeordneten Koaxialverbinder 12 durch die Grundfiäche 11 hindurch zum Einspeisungspunkt 27 geführt.

Fig. 2 zeigt in einer zu Fig. 1 analogen Darstellung ein zweites bevorzugtes Aus- fütirungsbeispiel einer Antenne nach der Erfindung. Die Breitband-Monopol-An- tenne 29 der Fig. 2 ist weitgehend analog zur Breitband-Monopol-Antenne 19 der Fig. 1 aufgebaut, mit dem Unterschied, dass der modifizierte Abschnitt 16 der Kreisscheibe 14 eine andere Randkontur aufweist. Die Randkontur umfasst in die- sem Fall einen rechteckigen Abschnitt mit den rechtwinkligen Ecken 23 und 24 sowie zwei runden Ausbeulungen 21,22, die an beide Seiten des rechteckigen Abschnitts 23,24 anschliessen.

Fig. 3 in einer zu Fig. 1 analogen Darstellung ein drittes bevorzugtes Ausfüh- rungsbeispiel einer Antenne nach der Erfindung. Die Breitband-Monopoi-Antenne 39 der Fig. 3 unterscheidet sich deutlicher von der Breitband-Nionopol-Antenne 19 der Fig. 1. Unterhalb der Trennebene 25 ist nur noch ein vergleichsweise schma- ter Kreisabschnitt 15 vorhanden, während der modifizierte Abschnitt 16 oberhalb der Trennebene 25 erheblich von der Form der Kreisscheibe 14 abweicht. Diese Abweichungen werden hervorgerufen durch zwei gegenüberliegende spitzwinklige Ecken 31 und 32 sowie eine in der Mittelebene liegende stumpfwinklige Ecke 33, so dass die modifizierte Kontur eher rautenförmig ist.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ähnelt der modifizierte Abschnitt 42 des Strahlers 49 der Breitband-Monopot-Antenne 40 mit den rechtwinkligen Ecken 46, 47 und den Ausbeulungen 444, 45 dem modifizierten Abschnitt 16 aus Fig. 2. Da die zugrundeliegende Form eine stehende elliptische Scheibe 43 ist, ist der Ab- schnitt unterhalb der Trennebene 25 ein Ellipsenabscl1nití 41. Anaiog kann auch eine liegende elliptische Scheibe (Hauptachse horizontal) ais Ausgangspunkt für den scheibenförmigen Strahler genommen werden.

Ist in Fig. 1 bis 3 der Flächeninhalt der gestrichelt gezeichneten Kreisscheibe identisch mit der Fläche der durchgezogen gezeichneten Strahlerformen, so sind die Resonanzfrequenzen ebenFalls nahezu identisch. Die untere Resonanzfre- quenz kann dann über folgende Beziehungen näherungsweise bestimmt werden : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> f ='GHz (a in cm).<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> a Diese Gleichung gilt nur dann, wenn die leitende Grundfläche 11 einen Mindest- durchmesser von einer Wellenlänge bei der untersten Betriebsfrequenz hat. Wird der Grundflächendurchmesser unter dieses Mass verkleinert, so wird die untere Betriebsfrequenz in Richtung höherer Frequenzen verschoben. Die Grösse der Grundfläche beeinklusst ferner die Vertikaldiagramme, insbesondere am oberen Ende des Betriebsfrequenzbandes.

Bei den in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispieien wird die obere Hälfte einer Kreisscheibe modifiziert. Diese Modifikationen Icönnen gemäss Fig. 4 selbstver- ständlich auch auf eine liegende bzw. stehende elliptische Scheibe 43 angewen- det werden, bei der das Verhältnis zwischen Haupt-und Nebenachse ungefähr 1, 1 bis 1, 3 beträgt. Grössere Werte dieses Verhältnisses führen zu einer verringerten Bandbreite.

Das Material der Grundfiächel 1 muss gut ieitend sein. Vorzugsweise wird Alumi- nium oder Messing verwendet. Um weitere Verluste zu vermeiden, sollte die Dicke des Grundflächenmaterials wesentlich grösser als die Eindringtiefe des Skinef- felctes sein. Die Form der Grundfläche 11 spielt eher eine untergeordnete Rolle.

Sie kann quadratisch, rund oder eckig sein. Vorzugsweise werden runde Formen bevorzugt, weil sie zu runderen Horizontaldiagrammen führen. Für die Material- und Diclcenwahl des scheibenförmigen Strahlers 19,29, 39, 49 gilt dasselbe wie für die Grundfläche 11.

Die Höhe h des scheibenförmigen Strahlers 19,29, 39, 49 über der Grundfläche 11 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,3 und 1 mm. Die Fläche des Strah- lers 19, 29,39, 49 kann auch gezielt durch Öffnungen 34,35 (Fig. 4) durchbro- chen werden. Diese Öffnungen 34, 35 können runde, elliptische, quadratische oder beliebig eckige Formen besitzen. Durch eine geschickte Anordnung dieser Öffnungen bzw. Durchbrechungen kann die Anpassung der Antenne in bestimm- ten Frequenzbereichen des Betriebsbandes verbessert werden.

In den Ausführungsbeispielen wird der Monopol bzw. Strahler 19,29, 39, 49 über einen Koaxialverbinder 12 gespeist. Dies ist eine häufig verwendete Speiseart.

Der Monopol Icann aber auch über ein getrenntes Speisenetzwerk angesteuert werden, das auf der oberen oder unteren Seite der Grundfläche 11 angeordnet ist.

Das Speisenetzwerlc, welches beispielsweise auch Filterstrukturen oder aktive Elemente enthalten kann, verbindet das externe Interface (vorzugsweise Koaxial- verbinder) mit dem Monopol.

Die Bauhöhe der Disk-Antenne aus dem o. g. Artikel von N. P. Agrawall et al.," Wide-Band Planar Monopole Antennas", IEEE Trans. on Antennas and Propaga- tion, Vol. 46, No. 2, February 1998, p. 294-295, beträgt bei einem VSWR <1.5 ca.

62,5% der Weifeniänge der unteren Betriebsfrequenz (f=3,75 GHz). Urnskaliel-t auf das vorliegende Beispiel von einer unteren Betriebsfrequenz von 800 MHz würde dies einer Bauhöhe von 234 mm entsprechen. Diese Bauhöhe ist für Antennen innerhalb von Gebäuden (inhouse-Bereich) nicht akzeptabel. Für ein solches Einsatzgebiet muss daher die Bauhöhe deutlich reduziert werden. Diese Reduk- tion in der Bauhöhe wird bei der vorliegenden Lösung dadurch erreicht, dass die zuvor ebene Fläche des scheibenförmigen Strahlers (Monopols) 19,29, 39, 49 zusätzlich gekrümmt wird. In den Fig. 5 bis 7 sind AusFührungsbeispiele für derar- tig gekrümmte Strahler in der Seitenansicht wiedergegeben.

Fig. 5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiei einer Breitband-Monopol-Antenne 50 mit einem gekrümmten scheibenförmigen Strahier 59. Der gekrümmte scheiben- förmige Strahler 59 weist eine vertilcale Länge I auf. Die Krümmung des schei-

benförmigen Strahlers 59 setzt oberhalb eines vorbestimmten Abstands b vom unteren Rand des Strahlers 59 ein. Die Krümmung des scheibenförmigen Strah- lers 59 hat eine Tiefe c des Strahlers 59 zur Folge. Die Krümmung des Strahiers 59 in Fig. 5 ist nicht kontinuierlich, sondern setzt sich aus stückweise geraden Ab- schnitten zusammen. Der Strahler 69 der Breitband-Monopol-Antenne 60 aus Fig.

6 hat demgegenüber eine einseitige kontinuierliche Krümmung. Der Strahler 79 der Breitband-Monopol-Antenne 70 aus Fig. 7 hat schliesslich eine zweiseitige kontinuierliche Krümmung.

Die in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Formen sind lediglich bevorzugte Beispiele.

Wichtig ist vor allem, dass die Flächen gekrümmt sind. Die eigentliche Form der Krümmung spieit eher eine untergeordnete Rolle. Die Strahierfläcl1e kann zusätz- lich zu der in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Krümmung auch in einer Ebene senk- recht zur Papierebene gekrümmt sein. Ferner können auch Sicken 36, 37 (Fig. 4) in die Flächen der Strahler 19,.., 79 eingebracht (eingeformt) werden. Diese Sicken 36, 37 können die mechanische Stabilität des Strahlers erhöhen, insbesondere dann, wenn die Fläche durch Öffnungen 34-, 35 in ihrer Festigkeit geschwächt ist.

Grosse und Verteilung der Öffnungen 34, 35 und Sicken 36, 37 können in weiten Grenzen den jeweiligen Bedüifnissen angepasst werden. Fig. 4 gibt dafür lediglich ein Beispiel.

Für ein Bandbreitenverhäimis von ungefähr 1 : 8 bei einem VSWR von <1,5 ist es von Vorteil, wenn gemäss Fig. 5 bis 7 folgende Masse eingehalten werden : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> I-0, 2-0, 35A<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> b=0, 02-0, 06A c = 0, 07-0,'I 3A, wobei A die Wellenlänge der untersten Betriebsfrequenz bezeichnet, Abweichull- gen von diesen Werten schränken die Breitbandigkeit der Antenne ein.

Beispiel : Eine Antenne, die den Frequenzbereich von 800-6000 MHz mit einem VSWR <1,5 abdeckt, hat die folgenden Masse : <BR> <BR> <BR> <BR> @ = 95 mm<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> bzw<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> c = 35 mm h = 0, 5 mm a = 50 mm.

Als Strahlerform wird die Form gemäss Fig. 2 mit der Krümmung gemäss Fig. 6 gewählt. Die Grundffäche 11 ist rund und hat einen Durchmesser von 200 rnm.

BEZUGSZEICHENLISTE 10, 20,.., 70 Breitband-Monopol-Antenne 1 Grundfläche 12 Koaxiaiverbinder 13 zentraler Leiter 14 Kreisscheibe 15 Kreisabschnitt 16 modifizierter Abschnitt 17,18 Ecke (rechtwinklig) 19, 29,.., 79 Strahler (scheibenförmig) 21, 22 Ausbeulung 23,24 Eclce (rechtwinklig) 25 Trennebene 26 Mittelebene 27 Einspeisungspunkt 31,32 Ecke (spitzwinkiig) 33 Ecke 34, 35 Öffnung 36,37 Sicke

41 Ellipsenabschnitt 42 modifizierter Abschnitt 43 elliptische Scheibe 44, 4, Ausbeulung 46, 47 Ecke (rechtwinklig) a Radius (Kreisscheibe) h Höhe <BR> <BR> <BR> <BR> Länge (Strahler)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> b Abstand c Tiefe