DE3729750C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine flache Antennenanordnung zum Emp­ fang von Satelliten-Rundfunksignalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Antennenanordnungen werden zum Empfang von polarisierten Wellen verwendet, die im SHF-Band, d. h. einem Band höherer Fre­ quenz als 12 GHz, über geostationäre Rundfunksatelliten über­ tragen werden, die in 36 000 km Höhe über der Erdoberfläche stationiert sind.

Zum Empfangen solcher Mikrowellen in Form von zirkular polari­ sierten Wellen vom geostationären Rundfunksatelliten werden im allgemeinen als Antennen Parabolantennen verwendet, die auf ei­ nem Gebäudedach oder in vergleichbarer Stellung aufgestellt werden. Diese Parabolantennen haben sich jedoch insofern als nachteilig erwiesen, als sie aufgrund ihres voluminösen und sperrigen Aufbaus eine große Angriffsfläche für Wind bieten, so daß zusätzliche Einrichtungen zum Abstützen der Antenne vorge­ sehen werden müssen, was mit hohen Montagekosten und mühsamer Installationsarbeit verbunden ist.

Um diese Probleme bei Parabolantennen zu vermeiden, wird in der DE 31 49 200 A1 eine Antenne vorgeschlagen, welche insgesamt flach ausgebildet ist, wodurch die Montage der Antenne wesent­ lich vereinfacht und die Antenne beispielsweise direkt an einer Außenwand von Gebäuden angebracht werden kann.

Da die Anzahl der geostationären Satelliten begrenzt ist, ist es erforderlich, Signale zweier unterschiedlicher Polarisations­ arten auf der gleichen Frequenz zu benutzen, wie gleichzeitig rechtszirkularpolarisierte Wellen und linkszirkularpolarisierte Wellen oder gleichzeitig horizontal- und vertikalpolarisierte Wellen. Zu diesem Zwecke ist es erforderlich, in einer Anten­ nenanordnung zwei unterschiedliche Anregungssysteme vorzusehen, welche den unterschiedlichen Polarisationsarten entsprechen. Eine flache Antennenanordnung mit zwei unterschiedlichen Anre­ gungssystemen für zwei Polarisationsrichtungen ist in der US-PS 42 63 598 angegeben. Sie ist mit zwei Anregungssystemen versehen, die jeweils auf einer isolierenden Platte angeordnet sind. Vor den beiden Anregungssystemen befindet sich ein Reflektor mit schlitzförmigen Öffnungen, die mit den Anregungselementen der beiden Anregungssysteme ausgefluchtet sind. Bei einer sol­ chen Antenne ist die wechselseitige Kopplung der beiden Anre­ gungssysteme gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antennenanordnung der vorstehend genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei einfacher Herstellbarkeit die Entkopplung zwischen den beiden Anregungssystemen weiter verbessert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Anordnung erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche be­ treffen vorteilhafte Weiterbildungen der Antennenanordnung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbei­ spiels der Antennenanordnung in Explosionsdarstel­ lung,

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht der Antennenanordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte geschnittene Teilansicht der An­ tennenanordnung nach Fig. 1,

Fig. 4 und 5 erläuternde Darstellung der auf unterschiedliche Polarisationsarten ausgelegten Antennenanordnung,

Fig. 6 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Übertragungsfrequenz und dem Gewinn bei der bevor­ zugten Ausführungsform zeigt, wenn ein Massekreis hinzugefügt wird, und

Fig. 7 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Übertragungsfrequenz und der Kreuzpolarisation bei der Antennenanordnung nach Fig. 2 zeigt, wenn ein Massekreis hinzugefügt wird.

Zunächst wird auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen. Eine fla­ che Antennenanordnung 10 enthält eine erste leitfähige Platte 11, eine erste isolierende Platte 12, eine zweite isolierende Platte 13 und eine Masseleiterplatte 14. Eine weitere leitende Platte 15 ist zwischen den isolierenden Platten 12 und 13 ein­ gefügt.

Im einzelnen umfaßt die leitfähige Platte 11 ein Strahlermuster 16, welches aus leitfähigem Material wie beispielsweise Kupfer, Aluminium, Astatin, Eisen, Gold oder ähnlichem besteht, welches auf die Oberfläche einer Kunststoffschicht 17 aufgebracht ist, wobei die Oberfläche des Strahlermusters 16 vorzugsweise mit einer (nicht dargestellten) weiteren Kunststoffschicht bedeckt ist, so daß es zwischen den aufeinander angebrachten Kunst­ stoffschichten angeordnet ist. Als Material für diese Kunst­ stoffschichten kann Polyäthylen, Polyester, Acryl, Polycarbo­ nat, ABS, PVC oder eine Mischung hiervon verwendet werden. Die isolierenden Platten 12 und 13 weisen auf ihrer Oberseite zwei Anregungssysteme 18 und 19 auf, welche aus ähnlichem leitfähigen Material wie dasjenige des Strahlermusters 16 bestehen und welche auf einer Oberfläche von Kunststoffschichten 20 bzw. 21 desselben Materials wie der Kunststoffschicht 17 der Strahler- Platine 11 ausgebildet sind. Bevorzugt werden diese Anregungs­ systeme 18, 19 mittels jeweils einer weiteren (nicht darge­ stellten) Kunststoffschicht abgedeckt, so daß die Anregungssy­ steme 18 und 19 zwischen diesen beiden Kunststoffschichten angeordnet sind. Die leitende Platte 15 besteht beispielsweise aus Aluminium oder aus einem anderen oben genannten leitfähigen Material und ist vorzugsweise an beiden Oberflächen oder an einer Oberfläche mit einer Kunststoffschicht bedeckt.

Ferner ist die leitfähige Platte 11 an ihrer Oberseite vorzugs­ weise mit einer Verkleidung 22 aus einem geschäumten Kunst­ stoffmaterial versehen.

Das Strahlermuster 16 der leitfähigen Platte 11 umfaßt eine Vielzahl von strahlenden Öffnungen 16a, wobei jeweils ein In­ selelement 16b in einer entsprechenden strahlenden Öffnung 16a angeordnet ist, und die Anregungssysteme 18 und 19 der isolierenden Platten 12 und 13 sind so ausgebildet, daß sie jeweils Anregungselemente 18a und 19a aufweisen, die in ihrer Anzahl derjenigen der strahlenden Öffnungen 16a und der Inselelemente 16b entsprechen. Die Anregungselemente 18a und 19a der Anre­ gungssysteme 18 und 19 sind so zwischen einem jeden der Insel­ elemente 16b und der Masseleiterplatte 14 angeordnet, daß sie bezüglich der Inselelemente 16b jeweils einer der unterschied­ lichen Polarisationsarten entsprechen. Unter Bezugnahme auf Fig. 4 heißt das, daß die Inselelemente 16b des Strahlenmusters 16 und entsprechende Paare von Anregungselementen 18a und 19a so ange­ ordnet sind, daß sie in Draufsicht übereinander liegen, wobei beide Enden der Anregungselemente 18a und 19a durch mittige Punkte H und V zweier benachbarter Seiten des Inselelements 16b verlau­ fen und sich in zueinander senkrechten Richtungen erstrecken. Auf diese Weise wird es möglich, daß das die An­ regungselemente 18a umfassende Anregungssystem 18 an die hori­ zontal polarisierten Signale angepaßt ist und das die Anregungs­ elemente 19a umfassende Anregungssystem 19 an die vertikal polarisierten Signale angepaßt ist. Wenn anderer­ seits die Inselelemente und die Anregungselemente so über­ einanderliegend angeordnet sind, daß die Anregungselemente 18a und 19a durch die Eckpunkte R und L eines jeden Inselelements 16b verlaufen, so kann das Anregungssystem 18 an die rechtszirkular polarisierten Wellensignale angepaßt werden und das Anregungssystem 19 an die linkszirkular polarisierten Wellensignale.

Eine jede Seitenkante eines jeden Inselelements 16b weist vorzugs­ weise eine Länge von λg/2 auf (λg ist ein Produkt der Wellen­ länge der empfangenen Welle und des Wellenlängen-Verkürzungs­ faktors), und die längs der Polarisationsebene der Welle erzeugte Stromverteilung ist so, wie sie durch die Pfeile in Fig. 5 angedeutet ist. Dementsprechend ist es möglich, sowohl die horizontal als auch die vertikal polarisierten Wellen gleichzeitig zu empfangen, wenn die Inselelemente 16b und die Anregungselemente 18a und 19a so angeordnet sind, daß sie miteinander elektromagnetisch gekoppelt sind und die empfangenen Wellensignale von den mittigen Punkten H und V der benachbarten Seiten der entsprechenden Inselelemente 16b auf­ nehmen können.

Die leitende Platte 15 umfaßt eine Kunststoffschicht 23, welche aus dem gleichen Material wie die weiter oben erwähnten Kunststoffschichten bestehen kann, und eine Masseschaltung 24 ist auf der Kunststoffschicht 23 ausgebildet und besteht aus dem gleichen leitfähigen Material wie die weiter oben erwähnten Schaltungen; die leitende Platte 15 kann an ihrer Oberseite oder an ihrer Vorderseite mit einer weiteren Kunststoffschicht abgedeckt sein. Die Mas­ seschaltung 24 ist so ausgebildet, daß sie quadratische Öffnungen 25 aufweist, die die gleiche Größe aufweisen wie die äußere Berandung der strahlenden Öffnungen 16a. Die zwischen den Anregungssystemen 18 und 19 angeordnete Masseschaltung 24 begrenzt jedwede elektromagnetische Kopplung zwischen anderen Bereichen als den Anregungselementen 18a und 18b der Anregungssysteme 18 und 19 in wirksamer Weise, und sie bewirkt dann, wenn die beiden Anregungssysteme 18 und 19 gleichzeitig den unterschiedlichen Polarisationsarten der Signale angepaßt sind, daß die Kreuzpolarisation, d. h. jed­ weder Unterschied beispielsweise im Empfangspegel zwischen den horizontal polarisierten Wellen und den vertikal polari­ sierten Wellen, erhalten wird. Es ist anzumerken, daß dann, wenn der absolute Wert der Kreuzpolarisation groß ist, jed­ wede Funkstörung zwischen den horizontal und vertikal polari­ sierten Wellen im wesentlichen vollständig beseitigt werden kann. Die Öffnungen 25 der Masseschaltung 24 sind in der gleichen Anzahl wie die Öffnungen 16a und die Inselelemente 16b des oben beschriebenen Strahlermusters 16 vorgesehen. Wenn die Größe der Öffnung 25 kleiner ist als die äußere Abmessung des Inselelements 16b, so wird es schwierig, die elektromagnetische Kopplung zwischen den Inselelementen 16b und den Anregungselementen 18a und 19a zu erreichen, während im Falle, daß die Größe der Öffnungen 25 sehr viel größer ist, die Anregungssysteme 18 und 19 leicht auch an ihren ande­ ren Bereichen als den Anregungselementen elektro­ magnetisch gekoppelt werden können. Daher ist die Größe der quadratischen Öffnungen 25 der Größe der strahlenden Öffnungen 16a des Strahlermusters 16 angepaßt.

Wenn die Breite des die Anregungssysteme 18 und 19 bildenden elektrisch leitenden Materials ungefähr 2,0 mm oder geringer ist, so sind die erste und die zweite isolierende Platte 12 und 13 mit einer Dicke der Kunst­ stoffschicht von 200 µm oder 10 bis 100 µm her­ gestellt. Die leitfähige Platte 11, die erste und die zweite isolierende Platte 12 und 13, die leitende Platte 15 und die Masseleiterplatte 14 sind voneinander mittels Abstandshalter 11a, 12a, 13a und 15a, welche zwischen diesen Platten angeordnet sind, um sie vorzugsweise um mehr als 0,5 mm im Abstand voneinander zu halten. Diese Abstandshalter 11a, 12a, 13a und 15a können als rechteckförmige oder quadratische Rahmenglieder ausgebildet sein, welche, wie dargestellt, an den äußeren Randbereichen der entsprechen­ den Platten angeordnet sind und die aus blatt- bzw. tafel­ förmigem geschäumten Kunststoff mit einer fünffachen oder höheren Aufschäumrate bestehen, so daß sie eine spezifische Dielektrizitätskonstante E_r von weniger als 1,3 aufweisen, wobei sie mit aufeinanderfolgend angeordneten Hohlräumen oder Öffnungen oder dgl. versehen sind.

Der Hauptteil der flachen Antennenanordnung 10 wird aufgebaut, in­ dem nacheinander die Platten 11, 12, 13 und 14 mit den zwischen ihnen befindlichen Abstandshaltern aufeinanderge­ stapelt werden, die Verkleidung 22 darüber angeordnet wird, Rahmenglieder 26 und 26a (von denen nur ein Teil darge­ stellt ist) am Umfang der gestapelten Platten und Abstands­ halter entlang oberen und unteren Seitenkanten angeordnet werden, wobei die Längsenden der Rahmenglieder an den ent­ sprechenden Enden der gestapelten Platten und Abstandshalter aneinander anschlagen, und die oberen und unteren Rahmen­ glieder 26 und 26a mittels Bolzen 27 und Muttern miteinander befestigt werden, wobei die Bolzen durch die Rahmenglieder und die gestapelten Platten und Abstandshalter hindurchge­ führt sind. Ein Anschlußstift 28, an dem ein externes Anschlußkabel befestigt wird, wird mittels leitfähiger Schrauben 29 an den Anregungssystemen 18 und 19 der ersten und der zweiten isolierenden Platte 12 und 13 befestigt. Obwohl der Anschlußstift 28 direkt mit den Anregungssystemen 18 und 19 verbunden werden kann, wird die Stromversorgung in bevorzugter Weise mittels elektro­ magnetischer Kopplung des Stiftes mit den Anregungssystemen 18 und 19 erreicht.

Es wurde eine leitfähige Platte 11 hergestellt, indem auf einer am Markt erhältlichen, flexiblen beschichteten Platte eine Vielzahl von quadratischen Öffnungen ausgebildet wurde, von denen eine jede eine Seitenlänge von 16 mm aufwies. Die Öffnungen wurden auf der Platte rasterförmig an­ geordnet. Ein quadratisches Inselelement von 8 mm Kanten­ länge wurde in jeder der Öffnungen angeordnet, und es wurden 256 Einzelelemente, die Strahlerelemente bilden, jeweils im Abstand von 24 mm angebracht. Eine erste isolierende Platte wurde hergestellt, indem auf einer wei­ teren, am Markt erhältlichen, flexiblen beschichteten Platte ein Anregungssystem ausgebildet wurde, welches mit den entsprechenden Inselelementen von deren Mitte zu einer Seite in Querrichtung bezüglich ihrer Teile elektromagnetisch ge­ koppelt ist, um auf diese Weise für die horizontale Polarisa­ tionsart ausgelegt zu sein, und es wurde eine zweite isolierende Platte hergestellt, indem auf einer weiteren flexiblen beschichteten Platte ein Anregungssystem ausge­ bildet wurde, welche mit den entsprechenden Inselelementen von deren Mitte zu einer Seite in vertikaler Richtung bezüglich ihrer Teile elektromagnetisch gekoppelt ist, um an die vertikale Polarisationsart angepaßt zu sein. Eine am Markt erhältliche Aluminiumplatte von 2 mm Dicke wurde als Masse­ leiterplatte verwendet.

Die auf diese Weise erhaltenen Platten wurden übereinander­ gestapelt, wobei zwischen den jeweiligen Platten Abstands­ halter angeordnet wurden, die aus 2 mm dickem, geschäumten Polystyrol-Material mit in Reihen ausgebildeten Hohlräumen bestehen.

Ferner wurde eine weitere leitenden Platte dadurch hergestellt, daß auf einer am Markt erhältlichen flexiblen beschichteten Platte 256 Öffnungen ausgebildet wurden, die eine Kantenlänge von 16 mm aufweisen und rasterartig an mit den Öffnungen und den Inselelementen des Strahlermusters übereinstimmenden Po­ sitionen ausgebildet sind; diese leitende Platte wurde zwischen dem ersten und dem zweiten Anregungssystem angeordnet.

Bei der so hergestellten Flachantenne wurde an dem er­ sten Anregungssystem der Gewinn für horizontal und vertikal polarisierte Wellen unter Variation der über­ tragenen Frequenz gemessen, und die Ergebnisse sind durch die Kurven XG1h und YG1v in Fig. 6 dargestellt. Ähnliche Messungen des Gewinns für die horizontal und vertikal pola­ risierte Wellen an dem zweiten Anregungssystem ergab die anhand der Kurven XG2h und YG2v in Fig. 6 dar­ gestellten Ergebnisse, während die Kreuzpolarisation (X-pol) bezüglich der übertragenen Frequenz für das erste bzw. das zweite Anregungssystem durch die Kurven XGxp und YGxp gemäß Fig. 7 dargestellt ist. Aufgrund dieser Ergebnis­ se wurde gefunden, daß eine Kreuzpolarisation von mehr als 15 dB bei 11,9 bis 12,8 GHz erreicht werden kann.

Claims (3)

1. Flache Antennenanordnung zum Empfang von Satelliten- Rundfunksignalen in einer ersten und einer zweiten, zur er­ sten orthogonalen Polarisation, mit einer ersten, strahlende Öffnungen aufweisenden leitfähigen Platte, einem ersten, auf einer isolierenden Platte gebildeten Anregungssystem im Ab­ stand von der ersten Platte für die erste Polarisation und einem zweiten, gleichfalls auf einer isolierenden Platte ge­ bildeten Anregungssystem für die zweite Polarisation beab­ standet von der Platte des ersten Anregungssystems, wobei die strahlenden Öffnungen der ersten Platte mit den zugeordneten Anregungselementen der beiden Anregungssysteme ausgefluchtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlenden Öffnungen (16a) als quadratische Ringschlitze in der leitfähigen Platte (11) ausgebildet sind, daß zwischen den Platten (12, 13) der beiden Anregungssysteme (18, 19) eine weitere leitende Platte (15) angeordnet ist und daß diese Platte (15) mit quadrati­ schen Öffnungen (25) versehen ist, deren Größe der äußeren Berandung der Ringschlitze entspricht und die mit diesen Ring­ schlitzen ausgefluchtet sind.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere leitende Platte (15) von der Platte (13) des zweiten Anregungssystems (19) durch einen Abstandshalter (15a) aus geschäumtem Kunststoff beabstandet ist.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungselemente (18a, 19a) in Diago­ nalrichtung zu der jeweils zugeordneten strahlenden Öffnung (16a) verlaufen.