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Title:
BROAD BAND COMMUNICATIONS ANTENNA
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/076010
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a broad band communications antenna that is provided with a base plate (13) which is provided with a conductive layer (14) that is provided with at least one coupler opening. A strip line network (15) is provided at a little distance from the conductive layer (14) in the region of the coupler openings. At least one conductive patch (16, 17) is arranged opposite the base plate (13). The base plate (13) and the patch (16, 17) are arranged in a conductive housing (2) which is provided with an open side (19). The base plate is arranged closest to the bottom (3) of the housing and therefore farthest from the open side (19). One or more link/s (5) is/are provided on the open side (19) of the housing (2). Said link/s reduce/s the open cross-sectional surface of the housing (2) when the open side (19) is seen from above.

Inventors:
HEYDE WOLFGANG (CH)
Application Number:
PCT/CH2001/000199
Publication Date:
October 11, 2001
Filing Date:
March 30, 2001
Export Citation:
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Assignee:
HUBER+SUHNER AG (CH)
HEYDE WOLFGANG (CH)
International Classes:
H01Q9/04; H01Q13/18; (IPC1-7): H01Q13/18; H01Q9/04
Foreign References:
US4242685A1980-12-30
GB2005922A1979-04-25
Attorney, Agent or Firm:
Liebetanz, Michael (Isler & Pedrazzini AG Postfach 6940 Zürich, CH)
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Claims:
Patentansprüche
1. BreitbandkolllmuIlikationsantenne mit einer Grundplatte (13), die eine leitende Schicht (14) aufweist, die über minde stens eine Koppelöffnung verfügt, wobei in einem geringen Ab stand von der leitenden Schicht (14) im Bereich der Koppelöff nungen ein Streifenleiternetzwerk (15) vorgesehen ist, wobei ge genüber der Grundplatte (13) mindestens ein leitender Patch (16, 17) angeordnet ist, wobei die Grundplatte (13) und der Patch (16,17) in einem leitenden Gehäuse (2) angeordnet sind, welches eine offene Seite (19) aufweist, und wobei die Grundplatte dem Gehäuseboden (3) am nächsten und somit der offenen Seite (19) am entferntesten angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass auf der offenen Seite (19) des Gehäuses (2) eine oder mehrere Laschen (5) vorgesehen sind, die in der Draufsicht auf die offene Seite (19) die offene Querschnittsflä che des Gehäuses (2) verkleinern.
2. Breitbandkommunikationsantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) rechteckig ist und dass an jeder der vier Seiten (4) eine Lasche (5) mittig der Seitenflä che angeordnet ist.
3. Breitbandkommunikationsantenne nach Anspruch 1 oder An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Laschen (5) die Fläche jeder Lasche zu der Fläche jeder anderen Lasche (5) gleich ist.
4. Breitbandkommunikationsantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Laschen (5) rechteckig sind und parallel zum Gehäuseboden (3) verlaufen.
5. Breitbandkommunikationsantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grosse der Laschen (5) jeweils 10 Prozent der Grosse eines Patches (16,17) nicht über steigen.
6. Breitbandkommunikationsantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschen (5) nur insoweit die offene Seite (19) des Gehäuses (2) verdecken, als dass sie in der Draufsicht auf die offene Seite (19) einen Patch (16,17) nicht abdecken.
7. Breitbandkommunikationsantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Grundplat te (13), die die leitende Schicht (14) und das Streifenleiter netzwerk (15) trägt, und dem oder den Patches (16,17) ein Mate rial der Permittivität von im wesentlichen 1,0 befindet.
8. Breitbandlcommunikationsantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Grundplatte (13) befindliche leitende Schicht (14) den Gehäuseboden (3) nahezu vollständig abdeckt, ohne mit den Seitenwänden (4) des Gehäuses (2) in leitender Verbindung zu stehen.
9. Breitbandkommunikationsantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass seitliche Winkelflächen (7) an zwei gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses (2) vorgesehen sind, die eine parallel zum Gehäuseboden (3) aufgespannte Fläche bilden.
10. Breitbandkommunil>ationsantenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens ein Langloch (8) in den zwei gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses (2) vorgesehen ist, durch das die seitlichen Winkelflächen (7) mit Hilfe einer SchraubeMutterVerbindung in der Höhe gegenüber dem Gehäusebo den (3) verschieblich einstellbar sind.
Description:
Breitbandkommunikationsantenne Die Erfindung betrifft eine Breitbandkommunilcationsantenne mit einer Grundplatte, die eine leitende Schicht aufweist, die über mindestens eine Koppelöffnung verfügt, wobei in einem geringen Abstand von der leitenden Schicht im Bereich der Koppelöffnungen ein Streifenleiternetzwerk vorgesehen ist und wobei gegenüber der Grundplatte mindestens ein leitender Patch angeordnet ist, wobei die Grundplatte und der Patch in einem leitenden Gehäuse angeordnet sind, welches eine offene Seite aufweist, und wobei die Grundplatte dem Gehäuseboden am nächsten und somit der offe- nen Seite am entferntesten angeordnet ist.

Eine solche Breitbandantenne ist aus einem Bericht der Ecole Po- lytechnique Fédérale de Lausanne bekannt, welche unter dem Titel "SSAIP : A Cavity Backed Alternative to Broadband Communication Antennas"veröffentlicht worden ist.

Mikrostreifenantennen sind an sich bekannt und weit verbreitet.

Ihr Einsatzgebiet ist durch ihre geringe Bandbreite einge- schränkt, die sich aus ihrer Resonanzstruktur ergibt. Eine Erhö- hung der Bandbreite durch Einsatz von dicken Substraten und meh- reren Schichten führt zu einer Verminderung der Strahlungseffi- zienz der Antennen. Der oben genannte Stand der Technik schlägt eine Antenne vor, welche bei einer Frequenz von ungefähr sechs Gigahertz eine Bauhöhe von 30 Millimeter aufweist.

Ein neuer Mobilfunkstandard unter dem Namen UMTS (Universal Mo- bile Telecommunications System) wird mit Frequenzen auf dem Be- reich zwischen zwischen 1920 und 2170 Megahertz festgelegt. Das bestehende GSM 1800-Netz liegt im Frequenzbereich von 1710 bis 1880 Megahertz. Es wäre nun wünschenswert, eine breitbandige An- tenne anzugeben, die beide Frequenzbereich abdecken kann. Hier- für ist der Stand der Technik sowohl aus seinen respektiven Lei- stungen für beide Bereiche als auch auf seinem technischen Auf- bau nicht geeignet, da die Antenne in diesem Frequenzbereich ei- ne Bauhöhe von über 70mm aufweist. Der Stand der Technik liefert eine Bandbreite von ca. 25 Prozent bei einer Anpassung von 10 dB, wohingegen eine Bandbreite von über 30 Prozent wünschenswert ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antenne der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass sie mit möglichst wenig Verlusten eine Inte- gration des GSM-Netzes mit dem UMTS-Netz mittels einer einzigen Antenne gestattet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass auf der offenen Seite des Gehäuses eine oder mehrere Laschen vorgesehen sind, die in der Draufsicht auf die offene Seite die offene Querschnittsflä- che des Gehäuses verkleinern.

Durch das Vorsehen von Laschen, die den offenen Querschnitt des Antennengehäuses verkleinern, kann eine starke Erhöhung der Bandbreite erreicht werden, wohingegen der Stand der Technik auf eine Vergrösserung des offenen Querschnitt des Antennengehäuses setzt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprü- chen gekennzeichnet.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä- ssen Antenne anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zei- gen : Fig. 1 eine Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemässe Antenne, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Antenne nach Fig. 1, und Fig. 3 weitere Laschenformen der Antenne nach Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt eine Antenne 1 in einer Querschnittsansicht, die in einem Gehäuse 2 angeordnet ist. Das Gehäuse 2 besteht aus einem Boden 3 und vier Seitenwänden 4. In der auf dem Zeichen- blatt nach oben weisenden Richtung ist das Gehäuse im wesentli- chen offen. Hier verfügt das Gehäuse 2 über vier jeweils in der Mitte der Seiten angeordnete Laschen 5, die parallel zum Gehäu- seboden 3 in den Innenbereich des Gehäuses 2 ragen. Die Laschen 5 sind näher in der Fig. 2 beschrieben. Aus der Fig. 1 kann er- sehen werden, dass neben den Laschen 5 kleine rechteckige Nuten 6 in der Seitenwand bestehen, so dass die Laschen 5 nicht über- gangslos in der selben Höhe in die obere Kante der Seitenwände 4 übergehen.

Das Gehäuse 2 ist an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden 4 zwi- schen zwei L-förmigen Winkeln 7 eingelassen. Die Winkel 7 sind über an dem mit dem Bezugszeichen 18 bezeichneten Ort über eine Schraube-Mutter Verbindung mit der Gehäusewand verbunden. An- stelle dieser lösbaren Verbindung, deren Vorteil noch erläutert werden wird, kann aber auch eine Klebung oder eine sonstige fe- ste Verbindung vorgesehen sein. Das Gehäuse ist leitend ausge- staltet ebenso wie die einstückig mit diesem verbundenen Laschen 5. In einer anderen Ausführungsform können die Laschen 5 auch beispielsweise über einen Winkel an den Gehäusewänden 4 befe- stigt sein, wobei eine leitende Verbindung zwischen den Gehäuse- wänden 4 und den Laschen 5 bestehen muss.

Das Gehäuse 2 bildet einen mit Umgebungsluft gefüllten Hohlraum 8, wobei dieser in dem dargestellten Fall bezüglich der Mittene- bene 9 symmetrisch aufgebaut ist. Nach oben ist das Gehäuse 2 im wesentlichen offen bis auf die hier vier jeweils in der Mitte der Seitenflächen angeordneten Laschen 5, die in den Innenbe- reich des Gehäuses 2 ragen. Diese vier hier rechtwinkligen La- schen 5 verringern in der Draufsicht die Querschnittsgrösse in symmetrischer Weise.

Auf dem Gehäuseboden 3 sind hier vier Träger mit drei Segmenten 10, 1 und 12 vorgesehen, die als Abstandshalter zwischen dem Gehäuseboden 3, der Grundplatte 13, die die leitende Schicht 14, die über mindestens eine Koppelöffnung verfügt, und ein Strei- fenleiternetzwerk 15 trägt, und zwei Patchblechen 16 und 17 wir- ken. Das Streifenleiternetzwerk 15 kann dabei gegenüber dem Patch 16 oder dem Gehäuseboden 3 angeordnet sein.

Zwischen der Grundplatte 13 und den darüber angeordneten Patches 16,17 ist die Umgebungsluft (Permittivitat 1, 0), im Gegensatz zum Stand der Technik der Ecole Polytechnique Fédérale de Lau- sanne, die ein Substratmaterial mit einer Perrnitivität von 2,33 einsetzt. Die Massefläche, die von der Grundplatte 13 gebildet wird, ist nicht leitend mit dem Gehäuse 2 verbunden. Durch die Anordnung der Laschen 5 im Innenbereich des Gehäuses 2 wird die relative Bandbreite der Antenne wesentlich erhöht. Mit der in der Fig. 1 dargestellten Anordnung kann für ein VSWR von zwei (Anpassung von 10 dB) eine relative Bandbreite von mehr als 35 Prozent erreicht werden. Die Bauhöhe für die Anordnung gemäss Fig. 1 beträgt bei dem genannten Frequenzbereich von UTMS und GSM 1800 36 Millimeter gegenüber 70 Millimetern beirn Stand der Technik.

Über die Breite und Position der Winkel 7 kann für eine vertikal polarisierte Antenne die horizontale Halbwertsbreite eingestellt werden. Bei einer Anordnung der Winkel wie in Fig. 1 dargestellt beträgt die Halbwertsbreite 65°. Bei einem Verschieben der Win- kel 7 nach unten, so dass sie mit dem Gehäuseboden 3 abschlie- ssen, beträgt die Halbwertsbreite ca. 90°. Da in der Mobilfunk- technik hauptsächlich diese beiden Halbwertsbreiten zur Anwen- dung kommen, kann eine mechanische Vorrichtung mit einem verti- kal verlaufenden Schlitz am Ort 18 die Winkel 7 stufenlos in der Höhe verschiebbar machen, so dass je nach Anwendung eine 65° bis 90° Antenne erhalten werden kann. Die Winkel 7 müssen dabei nicht elektrisch leitend mit dem Gehäuse verbunden sein. Dabei ist eine vorteilhafte Ausführungsform eine Schraube-Mutter- Verbindung, aber auch jede andere mechanische Lösung mit einer Höhenverstellung der Winkel ist geeignet.

Die Winkel 7 können länger als die zugehörigen Gehäuseseiten 4 des Gehäuses 2 sein, wie es in der Fig. 2 angedeutet ist, insbe- sondere doppelt so lang. Die Grundplatte 13 mit der leitenden Oberfläche 14 deckt im wesentlichen in der Draufsicht den Gehäu- seboden 3 des Gehäuses vollständig ab, wobei jedoch kein leiten- der Kontakt zwischen den beiden jeweils einzeln leitenden Ele- menten besteht.

Die Laschen 5 sind hier parallel zum Gehäuseboden 3 und rechtek- kig ausgestaltet. Sie können jedoch auch andere Formen aufwei- sen, die in einigen Ausführungsformen in der Fig. 3 dargestellt sind. Es sind beispielsweise quadratische oder trapezoide Formen möglich, wobei jeweils die beiden einander gegenüberliegenden Laschen 5 vorzugsweise gleich ausgestaltet sind. Es können auch 4 verschiedene Formen ausgewählt werden, solange insbesondere die jeweiligen Flächen der Laschen 5 auf jeder Seite immer kon- stant bleiben. Die Laschen 5 können auch mit gekrümmten Rändern ausgestaltet sein, die stetig ineinander übergehen. Die Laschen 5 können auch in einem Winkel zum Gehäuseboden 3 stehen und so- mit in das Gehäuse 2 hinein oder über die Kanten der Seitenwände 4 hinaus ragen. Ihre Grosse beträgt beispielsweise 10 Prozent der Grosse eines Patches 16 oder 17, sie kann aber auch zwischen 5 und 25 Prozent gewählt werden. Die Laschen 5 verdecken nur in- soweit die offene Seite 9 des Gehäuses 2, als dass sie in der Draufsicht auf die offene Seite des Gehäuses 2 die Patches 16, 17 nicht abdecken. Die Laschen 5 können auch bis auf das Niveau des oberen Patches 17 abgesenkt werden.

Das Gehäuse 2 ist hier quadratisch, eine Rechteckform ist eben- falls möglich, wobei das Seitenverhältnis nicht grösser als 2 : 1 sein sollte. Der Patch 17 weist im wesentlichen die gleiche Gro- sse auf und nimmt hier 33 Prozent der Gehäusequerschnittsfläche ein. Der Patch 16 ist etwas grösser als der Patch 17, er 16 weist aber seitlich abgeschnittene Ecken auf, so dass diese Sei- tenkante unter dem Patch 17 verläuft. Es sind auch andere Vari- anten einsetzbar, insbesondere kann auch der Patch 17 grösser als der Patch 16 sein.

Zwischen den einzelnen Platten 14 und Patches 16,17 können auch Materialien erhöhter Permittivität, zum Beispiel HF-taugliches Material mit einer Permittivität von bis zu 10 eingesetzt wer- den. Die Räume zwischen den genannten Elementen 14,16 und 17 können auch teilweise von dem Dieelektrikum gefüllt sein.




 
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