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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Antennen. Genauer
gesagt betrifft sie eine gefaltete Dipolantenne zur Verwendung bei
drahtlosen Telekommunikationssystemen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Bei
drahtlosen Telekommunikationssystemen verwendete Basisstationsantennen
haben die Fähigkeit,
elektromagnetische Signale zu senden und zu empfangen. Empfangene
Signale werden von einem Empfänger
an der Basisstation verarbeitet und einem Kommunikationsnetzwerk
zugeführt.
Ausgesendete Signale werden bei anderen Sequenzen als die empfangenen
Signale gesendet.
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Aufgrund
der steigenden Anzahl von Basisstationsantennen versuchen Hersteller,
die Größe jeder
Antenne zu minimieren und die Herstellkosten zu reduzieren. Darüber hinaus
ist der visuelle Eindruck von Basisstationsantennentürmen in
Gemeinden ein öffentliches
Problem geworden. Somit ist es wünschenswert,
die Größe dieser
Türme zu
vermindern und dadurch den visuellen Einfluss der Türme auf
die Gemeinde zu verkleinern. Die Größe der Türme kann durch Verwendung kleinerer
Basisstationsantennen verringert werden.
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Auch
gibt es einen Bedarf bei einer Antenne mit einer weiten Impedanzbandbreite,
die ein stabiles Fernfeldmuster über
die Bandbreite zeigt. Auch gibt es einen Bedarf an einer Steigerung
der Bandbreite existierender Einzelpolarisationsantennen, so dass sie
in den Frequenzbändern
des zellulären
globalen Systems für Mobilgeräte (GSM,
global system for mobile), des Personalkommunikationssystems (PCS),
des Personalkommunikationsnetzwerks (PCN) und des universellen mobilen
Telekommunikationssystems (UMTS) arbeiten können.
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Die
europäische
Patentanmeldung
EP 0 566 522 offenbart
ein Antennensystem, das zumindest zwei Dipolantennen umfasst, die
ein Antennenmodul bilden und das über und parallel zu einer gemeinsamen
künstlichen
Bodenfläche
in Form einer elektrisch leitfähigen
Platte, beispielsweise dem Boden einer Metallkiste, platziert ist.
Die Dipole und Zuführleitungen
sind als dielektrische Luftstreifenleitungen ausgelegt und in einem
Stück eines
homogenen Materials konfiguriert und erstrecken sich mechanisch und
elektrisch in ununterbrochener Weise von den Dipolen zum Antennenverbinder.
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Die
in einem Stück
konfigurierten Teile werden durch Ausstanzen von Metallblech hergestellt und
nach geeignetem Biegen werden die Teile in entsprechende Öffnungen
in der Bodenfläche
eingefügt.
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Die
vorliegende Erfindung adressiert die mit früheren Antennen assoziierten
Probleme durch Bereitstellen einer neuartigen gefalteten Dipolantenne einschließlich eines
Leiters, der einen oder mehrere integrale Abstrahlabschnitte bildet.
Dieses Design zeigt weite Impedanzbreite, ist preisgünstig herzustellen
und kann in existierende Einzelpolarisationsantennen-Designs inkorporiert
werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In
einem Aspekt der Erfindung wird eine gefaltete Dipolantenne zum
Senden und Empfangen elektromagnetischer Signale bereitgestellt,
die umfasst:
eine Bodenfläche;
und
einen Leiter, der sich neben der Bodenfläche erstreckt und von dieser
durch ein Dielektrikum beabstandet ist, wobei der Leiter einen Speiseabschnitt, einen
Strahlereingangsabschnitt und zumindest einen Abstrahlabschnitt
enthält;
wobei
der Strahlereingangsabschnitt einen ersten Leiterabschnitt enthält, was
einen offen endenden Übertragungsleitungsstumpf
bildet, der mechanisch an der Bodenfläche befestigt ist, und einen
zweiten Leiterabschnitt, der davon durch einen ersten Spalt getrennt
ist, dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstrahlabschnitt in
erste und zweite Enden, einen gespeisten Dipol und einen passiven
Dipol enthält,
wobei der gespeiste Dipol mit dem Strahlereingangsabschnitt verbunden
ist, der passive Dipol in beabstandeter Beziehung zum gespeisten
Dipol angeordnet ist, um einen zweiten Spalt zu bilden, der passive
Dipol mit dem gespeisten Dipol am ersten und am zweiten Ende kurzgeschlossen
ist, wobei der zumindest eine Abstrahlabschnitt mit dem Strahlereingangsabschnitt
und dem Speiseabschnitt integral ist.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
einer gefalteten Dipolantenne zum Übertragen und Empfangen von
elektromagnetischen Signalen bereitgestellt, der umfasst:
Bereitstellen
einer Bodenfläche
und eines Leiters einschließlich
zu eines Zufuhrabschnitts, eines Strahlereingangsabschnitts und
zumindest eines Abstrahlabschnittes;
Ausbringen des Leiters
neben der Bodenfläche
und Beabstanden des Leiters von der Bodenfläche durch ein Dielektrikum;
und Einschließen,
im Strahlereingangsabschnitt, eines ersten Leiterabschnitts, Bereitstellen
eines offen endenden Übertragungsleitungsstumpfs,
der mechanisch an der Bodenfläche
befestigt ist, und eines zweiten Leiterabschnitts, der davon durch
einen ersten Spalt getrennt ist; gekennzeichnet durch
Einschließen erster
und zweiter Enden eines gespeisten Dipols und eines passiven Dipols
im Abstrahlabschnitt;
Beabstanden des passiven Dipols vom gespeisten Abschnitts,
um einen zweiten Spalt (32) zu bilden;
Kurzschließen des
passiven Dipols mit dem gespeisten Dipol am ersten und zweiten Ende;
und Bereitstellen des zumindest einen Abstrahlabschnitts, der integral
mit dem Strahlereingangsabschnitt und dem Speiseabschnitt ausgebildet
ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Andere
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung und bei Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
ersichtlich, in denen:
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1a eine
isometrische Ansicht einer gefalteten Dipolantenne gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist;
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1b eine
Seitenansicht der gefalteten Dipolantenne von 1a ist;
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1c eine
Aufsicht auf einen Leiter ist, bevor er in die gebogene Dipolantenne
von 1a gebogen wird;
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1d eine
isometrische Ansicht einer gefalteten Dipolantenne gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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1e eine
isometrische Ansicht einer gefalteten Dipolantenne gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
isometrische Ansicht einer gefalteten Dipolantenne gemäß noch einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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3 eine
isometrische Ansicht einer gefalteten Dipolantenne gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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4a eine
isometrische Ansicht einer gefalteten Dipolantenne gemäß noch einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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4b eine
Aufsicht eines Leiters ist, bevor er in die gefaltete Dipolantenne
von 4a gebogen wird;
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5a eine
isometrische Ansicht einer gefalteten Dipolantenne einschließlich eines
Kurzschlussstumpfs (-stichleitung) gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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5b eine
Seitenansicht der gefalteten Dipolantenne von 5a ist;
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6 eine
isometrische Ansicht einer gefalteten Dipolantenne einschließlich eines
Kurzschlussstumpfs gemäß noch einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist; und
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7 eine
isometrische Ansicht einer gefalteten Dipolantenne einschließlich eines
Kurzschlussstumpfs gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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Während die
Erfindung verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen zugänglich ist, sind
spezifische Ausführungsformen
exemplarisch in den Zeichnungen gezeigt worden und werden hier im Detail
beschrieben. Jedoch sollte verstanden werden, dass es nicht beabsichtigt
ist, dass die Erfindung auf die bestimmten offenbarten Formen beschränkt ist.
Stattdessen sollte die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente
und Alternativen abdecken, die in den Schutzumfang der Erfindung,
wie in den anhängigen
Ansprüchen
definiert, fallen.
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Beschreibung
der illustrierten Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung ist bei drahtlosen, Ausstrahlungs-, militärischen
und anderen solchen Kommunikationssystemen nützlich. Eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung arbeitet über verschiedene Frequenzbänder, wie
etwa das Nordamerikanische zelluläre Band der Frequenzen von 824–896 MHz,
das Nordamerikanische Fernsprechsystem der Frequenzen 806–869 MHz,
das globale System für
Mobiltelefone (GMS, Global System for Mobile)-Band mit Frequenzen
von 870–960
MHz. Eine andere Ausführungsform
der Erfindung arbeitet über
verschiedene Drahtlosbänder,
wie etwa das Personalkommunikationssystem (PCS)-Band der Frequenzen
von 1850–1990
MHz, das persönliche Kommunikationsnetzwerk
(PCN)-Band mit Frequenzen
von 1710–1880
MHz und das universelle mobile Telekommunikationssystem (UMTS)-Band
mit Frequenzen von 1885–2170
MHz. Bei dieser Ausführungsform
senden Drahtlos-Telefonnutzer elektromagnetische Signale zu einem
Basisstationsturm, der eine Mehrzahl von Antennen enthält, die
die von den Drahtlos-Telefonanwendern gesendeten Signale empfangen.
Obwohl als Basisstationen nützlich, kann
die vorliegende Erfindung auch bei allen Arten von Telekommunikationssystemen
benutzt werden.
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Die
in den 1a bis 4b illustrierte
Antenne ist eine gefaltete Dipolantenne 10 zum Senden und
Empfangen elektromagnetischer Signale. Die Antenne 10 enthält eine
Bodenfläche 12 und
einen aus einem einzelnen Blech leitfähigen Materials gebildeten
Leiter 14. Der Leiter 14 besteht aus drei Abschnitten,
einem Zufuhrspeiseabschnitt 20, einem Strahlereingangsabschnitt 40 und
einem Abstrahlbereich einschließlich
der Abstrahlabschnitte 21 und/oder 22. Der Speiseabschnitt 20 erstreckt
sich neben der Bodenfläche 12 und
ist von dieser durch ein Dielektrikum, wie etwa Luft, Schaum, etc.
beabstandet, wie in 1b gezeigt. Die Abstrahlabschnitte 21 und 22 sind
von der Oberfläche
oder Kante der Bodenfläche 12 beabstandet,
um eine Antenne bereitzustellen, die zu einem breiten Breitbandbetrieb
in der Lage ist und noch eine kompakte Größe aufweist.
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Ein
Strahlereingabeabschnitt 40 besteht aus zwei Leiterabschnitten 41 und 42,
die durch einen Spalt 29 getrennt sind. Der Leiterabschnitt 41 verbindet
einen Teil des Abstrahlabschnitts 22 mit der Speiseleitung 20 und
der Leiterabschnitt 42 verbindet einen anderen Teil des
Abstrahlabschnitts 22 mit der Bodenfläche 12. Der Strahlereingabeabschnitt 40 hat eine
intrinsische Impedanz, die so eingestellt wird, dass sie zu dem
Abstrahlabschnitt 22 des Speiseabschnitts 20 passt.
Diese Impedanz wird durch Variieren der Breite der Leiterabschnitte 41, 42 und
des Spalts 29 eingestellt.
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In
der illustrierten Ausführungsform
von 1a–e beinhaltet
die Antenne 10 zwei Abstrahlabschnitte 21 und 22.
Bei den Ausführungsformen
der 1a–4b ist
der Leiter 14 mechanisch und elektrisch mit der Bodenfläche 12 an
zwei Stellen 16 und 18 verbunden. Die Abstrahlabschnitte 21, 22 werden
in einem Abstand d über
der Bodenfläche 12 gehalten.
Bei der Ausführungsform
für das
Drahtlosfrequenzband (1710–2170
MHz) ist die Distanz d = 1,22''. Der Leiter 14 ist
in Biegungen 15a und 15b so gebogen, dass der
Speiseabschnitt 20 von der Bodenfläche 12 gehalten und
versetzt ist, wie schematisch in 1b illustriert.
Als Ergebnis ist der Speiseabschnitt 20 allgemein parallel
zur Bodenfläche 12. Der
Speiseabschnitt 20 enthält
einen RF-Eingabeabschnitt 38, der dafür ausgelegt ist, elektrisch
mit einer Übertragungsleitung
verbunden zu werden. Die Übertragungsleitung
ist allgemein elektrisch mit einer RF-Vorrichtung wie einem Sender
oder einem Empfänger
verbunden. Bei einer Ausführungsform
ist der RF-Eingabeabschnitt 38 direkt
mit der RF-Vorrichtung verbunden.
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Die
zwei illustrierten Abstrahlabschnitte 21, 22 sind
von identischem Aufbau und daher wird nur der Abstrahlabschnitt 22 im
Detail beschrieben. Der Abstrahlabschnitt 22 enthält einen
Speisedipol 24 und einen passiven Dipol 26. Der
Speisedipol 24 umfasst einen ersten Viertelwellenlängen-Monopol 28 und
einen zweiten Viertelwellenlängen-Monopol 30. Bei
einer Ausführungsform
ist der erste Viertelwellenlängen-Monopol 28 mit
einem Ende des Leiterabschnitts 41 verbunden. Das andere
Ende des Leiterabschnitts 41 ist mit dem Speiseabschnitt 20 verbunden.
Der zweite Viertelwellenlängen-Monopol 30 ist mit
einem Ende des Leiterabschnitts 42 verbunden und das andere
Ende des Leiterabschnitts 42 ist mit der Bodenfläche 12 an
der Stelle 16 verbunden.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann der Leiterabschnitt 42 mit der Bodenfläche 12 durch
irgendein geeignetes Befestigungsmittel, wie etwa Mutter und Bolzen,
eine Schraube, eine Niete oder jegliches geeignete Befestigungsverfahren
einschließlich
Löten, Schweißen, Hartlöten und
Kaltformen verbunden sein. Eine geeignete Verbindung stellt sowohl
elektrische als auch mechanische Verbindungen zwischen dem Leiter 14 und
der Bodenfläche 12 her.
Somit wird die Antenne 10 vor Überspannung und Überstrombedingungen
geschützt,
die durch Ereignisse wie etwa Blitzschlag verursacht werden. Ein
Verfahren zum Ausbilden einer guten elektrischen und mechanischen
Verbindung ist das Kaltformverfahren, das von der Tox Pressotechnik
GmbH, Weingarten, Deutschland, entwickelt worden ist (das nachstehend als "Kaltformverfahren" bezeichnet wird).
Das Kaltformverfahren deformiert und komprimiert eine Metalloberfläche zu einer
anderen Metalloberfläche,
um einen Tox-Knopf zu bilden. Das Kaltformverfahren verwendet Druck,
um die zwei Metallflächen
zusammenzupressen. Dieses Verfahren eliminiert die Notwendigkeit
für getrennte
mechanische Befestiger zum Sichern der zwei Metallflächen aneinander.
Somit stellen bei der Ausführungsform,
bei der die Abstrahlabschnitte 21, 22 an der Bodenfläche 12 durch das
Kaltformverfahren angebracht sind, die sich ergebenden Tox-Knöpfe an den
Stellen 16 und 18 eine strukturelle Stütze für die Abstrahlabschnitte 21, 22 bereit
und stellen eine elektrische Verbindung mit der Bodenfläche 12 bereit.
Das Anbringen des Leiters 14 an der Bodenfläche 12 durch
das Kaltformverfahren minimiert die Intermodulationsablenkung (IMD,
intermodulation distortion) der Antenne 10. Gewisse andere
Arten von elektrischen Verbindungen, wie etwa Schweißen, minimieren
die IMD der Antenne 10 ebenfalls.
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Der
Spalt 32 bildet einen ersten Halbwellenlängen-Dipol
(passiver Dipol 26) auf einer Seite des Spalts 32 und
einen zweiten Halbwellenlängen-Dipol (Speisepol 24)
auf der anderen Seite des Spalts 32. Der zentral lokalisierte
Spalt 29 unterteilt den Speisedipol 24 in den
ersten Viertelwellenlängen-Monopol 28 und
den zweiten Viertelwellenlängen-Monopol 30. Teile
des Leiters 14 an entgegengesetzten Enden 34 und 36 des
Spalts 32 verbinden den Speisedipol 24 elektrisch
mit dem passiven Dipol 26. Der Spalt 29 veranlasst
die Leiterabschnitte 41 und 42 zur Ausbildung
einer kantengekoppelten Streifenleitungsübertragungsleitung. Da die Übertragungsleitung
ausgeglichen ist, überträgt sie effizient
eine EM-Leistung vom Speiseabschnitt 20 auf den Abstrahlabschnitt 22.
In der Ausführungsform
von 1a liegen die Bodenfläche 12 und der Speiseabschnitt 20 allgemein
orthogonal zu den Abstrahlabschnitten 21, 22.
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Unter
Bezugnahme auf 1c wird eine Aufsicht des Leiters 14 gezeigt,
bevor er in die gebogene Dipolantenne ähnlich der in 1a gezeigten Antenne
gebogen wird. Ein Loch ist im RF-Eingabeabschnitt 38 vorgesehen,
um beim Verbinden des RF-Eingabeabschnitts 38 mit
einem Leiter einer Übertragungsleitung
oder einer RF-Vorrichtung zu helfen. Ein oder mehrere Löcher 44 sind
vorgesehen, um das Anbringen einer oder mehrerer dielektrischer Träger zwischen
dem Speiseabschnitt 20 und der Bodenfläche 12 zu erleichtern.
Die dielektrischen Träger
können
Abstandshalter, Muttern und Bolzen mit dielektrischen Unterlegscheiben,
Schrauben mit dielektrischen Unterlegscheiben etc. enthalten.
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Bei
einer anderen in 1d gezeigten Ausführungsform
wird der Leiter 14 gebogen, um die Abstrahlabschnitte 21', 22' zu bilden.
Bei dieser Ausführungsform
wird der Leiter 14 so gebogen, dass die passiven Dipole 26 jedes
Abstrahlabschnitts 21' und 22' allgemein orthogonal
zu den entsprechenden Leiterabschnitten 40 und allgemein
parallel zur Bodenfläche 12 sind.
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Bei
noch einer anderen in 1e gezeigten Ausführungsform
werden die Abstrahlabschnitte 21'', 22'' in entgegengesetzte Richtungen
so gebogen, dass die passiven Dipole 26 jedes Abstrahlabschnitts 21'' und 22'' um
180° voneinander
versetzt angeordnet sind, allgemein orthogonal zu den entsprechenden
Leiterabschnitten 40 liegen und allgemein parallel zur
Bodenfläche 12 sind.
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Bei
den illustrierten Ausführungsformen
ist der passive Dipol 26 parallel zu und beabstandet von dem
Speisedipol 24 angeordnet, um einen Spalt 32 zu
bilden. Der passive Dipol 26 wird mit den dem Speisedipol 24 entgegengesetzten
Enden 34 und 36 des Spalts 32 kurzgeschlossen.
Der Spalt 32 weist eine Länge L und eine Breite W auf,
wobei die Länge L
größer ist
als die Breite W. Bei einer Ausführungsform,
bei der die Antenne 10 im UMTS-Frequenzband verwendet wird,
ist die Spaltlänge
L = 2,24'' und die Spaltbreite
W = 0,20'', während die
Dipollänge 2,64'' und die Dipolbreite 0,60'' ist.
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Unter
Bezugnahme auf eine andere in 2 gezeigte
Ausführungsform
wird eine Bodenfläche 112 vorgesehen,
die vier Abschnitte 114, 116, 117 und 118 umfasst.
Die Abschnitte 114 und 116 sind allgemein koplanare
horizontale Abschnitte, während die
Abschnitte 117 und 118 allgemein gegenüberliegende
vertikale Wände
sind. Bei dieser Ausführungsform
ist der Speiseabschnitt 120 zwischen zwei allgemein vertikalen
Wänden 117, 118 angeordnet.
Die Wände 117, 118 der
Bodenfläche 112 liegen
allgemein parallel zum Speiseabschnitt 120. Der Speiseabschnitt 120 und
die Wände 117, 118 bilden
eine Dreiplattenmikrostreifen-Übertragungsleitung.
Der Speiseabschnitt 120 ist von den Wänden 117, 118 durch
ein Dielektrikum, wie etwa Luft, Schaum etc. beabstandet. Die zweite
Abschnitte 114 und 116 sind beide orthogonal zu
den Abstrahlabschnitten 121, 122. Teile der Antenne
von 2, die identisch mit entsprechenden Teilen der
Antenne in 1a sind, sind in beiden Figuren
durch dieselben Bezugszeichen identifiziert worden.
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Bei
einer weiteren in 3 gezeigten Ausführungsform
ist eine einzelne Bodenfläche 212 vorgesehen,
die allgemein vertikal liegt. Ein einzelner Speiseabschnitt 20 und
die Abstrahlabschnitte 121, 122 sind damit alle
allgemein parallel zur Bodenfläche 212.
Bei dieser Ausführungsform
sollte der Speisedipol 24 um einen Abstand d von der Oberkante der
Bodenfläche 212 liegen,
um richtiges Senden und Empfangen sicherzustellen. Bei einer Ausführungsform
ist der Abstand d = 1,22''. Falls die Bodenfläche 212 sich über den
Punkt erstreckt, an dem der Abstrahleingabeabschnitt 40 beginnt,
können
das Senden und Empfangen beeinträchtigt
sein.
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Teile
der Antenne von 3, die identisch mit entsprechenden
Teilen der Antenne von 1a sind, sind in beiden Figuren
durch dieselben Bezugszeichen identifiziert worden.
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In
den Ausführungsformen
von 2 und 3 ist der Leiter 114 oder 214 allgemein
vertikal und planar (d.h. über
den Großteil
seiner Länge
nicht gebogen), obwohl der in 2 und 3 gezeigte Leiter 114 oder 214 zur
Anbringung an den Stellen 16, 18 auf den Bodenflächen 112 oder
den Stellen 16, 18 auf der Bodenfläche 212 leicht
gebogen ist. Alternativ könnte
der Leiter 114 oder 224 über seine gesamte Länge planar
sein, was es dem Leiter ermöglichen
würde,
aus einem nicht-biegbaren dielektrischen Substrat-Mikrostreifen
hergestellt zu werden, der direkt an den Bodenflächen 112 bzw. 212 beispielsweise
durch Bondieren angebracht wird.
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Bei
einer anderen in 4a gezeigten Ausführungsform
werden die Abstrahlabschnitte 321a, 322a auf der
Bodenfläche 312 getragen
und sind allgemein orthogonal zu dieser. Ein Leiter 314 ist
an den Biegungen 315a und 315b so gebogen, dass
der Speiseabschnitt 320a von der Bodenfläche 312 getragen
und versetzt ist. Die Enden 334a, 336a der Abstrahlabschnitte 321a, 322a sind
nach unten zur Bodenfläche 312 gebogen.
Diese Konfiguration minimiert die Größe der sich ergebenden Antenne 10.
Zusätzlich
vergrößert das
Biegen der Abstrahlabschnitte 321a, 322a die E-Ebenen-Halbleistungsstrahlbreite
(HPBW) des Fernfeldmusters der resultierenden Antenne. Diese Ausführungsform
ist besonders zur Herstellung nahezu identischer E-Ebenen und H-Ebenen-Co-Polarisationsmuster
im Fernfeld attraktiv. Zusätzlich
können
ein oder mehrere solche Abstrahlabschnitte für eine geneigte 45°-Abstrahlung verwendet
werden, bei der die Abstrahlabschnitte in einer vertikal angeordneten
Reihe angeordnet sind, wobei jeder Abstrahlabschnitt so rotiert
ist, dass er seine Co-Polarisation
unter einem 45°-Winkel
in Bezug auf die Zentralachse der vertikalen Reihe hat. In der Ausführungsform mit
abwärts
gebogenem Abstrahlabschnitt, wenn die Muster in der horizontalen Ebene
für die
vertikalen und horizontalen Polarisierungen geschnitten sind, sind
die Muster über
den gesamten Breitenbereich von Betrachtungswinkeln sehr ähnlich.
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4b illustriert
eine Aufsicht des Leiters 14a, bevor er zur gefalteten
Dipolantenne 10 von 4a gebogen
wird. In der Ausführungsform
von 4a und 4b ist
ein passiver Dipol 326a in beabstandeter Beziehung zu einem
Speisedipol 324a angeordnet, um einen Spalt 332a zu
bilden. Der passive Dipol 326a ist am Speisedipol 324a an
den Enden 334a und 336a kurzgeschlossen. Der Spalt 332a bildet
einen ersten Halbwellenlängen-Dipol
(passiver Dipol 326a) auf einer Seite des Spalts 332a und
einen zweiten Halbwellenlängen-Dipol
(Speisedipol 324a) auf der anderen Seite des Spalts 332a.
Der Speisedipol 24a enthält einen zentral angeordneten Spalt 329a,
der den ersten Viertelwellenlängen-Monopol 328a und
den zweiten Viertelwellenlängen-Monopol 330a bildet.
Bei einer Ausführungsform,
bei der die Antenne im zellulären
Band von 824–896
MHz und dem GSM-Band von 870–960
MHz verwendet wird, beträgt
die Dipollänge
L etwa 6,52'' und die Dipolbreite
B beträgt
etwa 0,48''. Bei dieser Ausführungsform
liegt der innerste Abschnitt des Speisedipols 324a um einen
Abstand d vom oberen Ende der Bodenfläche 312, wobei der
Abstand d etwa 2,89'' ist.
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Bei
einer anderen in 5a und 5b illustrierten
Ausführungsform
endet der Leiterabschnitt 42 in einem offen endenden Übertragungsleitungskurzschlussstumpf 50,
der nicht elektrisch mit der Bodenfläche 12 verbunden ist.
Stattdessen wird der Stumpf 50 über der Bodenfläche 12 durch
einen dielektrischen Abstandhalter 52 getragen, der beispielsweise
sowohl am Stumpf 50 als auch an der Bodenfläche 12 bondiert
ist. 5b illustriert schematisch eine Seitenansicht
eines Bereichs der Antenne 10 einschließlich eines der dielektrischen
Abstandhalter 52. Alternativ kann der Stumpf 50 an
der Bodenfläche 12 durch
einen dielektrischen Halter befestigt sein, der sich an den Stellen 16 durch
den Stumpf 50 und die Bodenfläche 12 erstreckt,
wie in den 5a und 5b gezeigt.
Die Länge
des Stumpfs 50 beträgt
eine Viertelwellenlänge
bei der Betriebsfrequenz der Antenne. Da das Ende des Stumpfs 50 einen
offenen Schaltkreis bildet, erscheint es so, dass es einen elektrischen
Kurzschluss zur Erdung am Ende des Leiterabschnitts 42 gibt,
wenn die Antenne bei ihrer Betriebsfrequenz angeregt wird. Dies
veranlasst die Antenne 10 dazu, in derselben Weise zu arbeiten,
als wenn der Leiterabschnitt 42 elektrisch mit der Bodenfläche 12 verbunden
wäre. Bei
dieser Anordnung gibt es keine elektrischen Verbindungen zur Erde
in der Abstrahlelementstruktur. Die Gleichstromerdung für die gesamte Antennenanordnung
wird durch elektrisches Verbinden eines Endes einer kurzgeschlossenen
Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung 54 (6)
mit dem Speisenetzwerk 20 und der Bodenfläche 12 bereitgestellt.
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Der
durch diese Offenendstumpf-Ausführungsform
bereitgestellte Vorteil liegt darin, dass die Anzahl von elektrischen
Verbindungen zwischen der Antenne und der Bodenfläche von
einer Verbindung pro Abstrahlabschnitt auf eine Verbindung pro Antennenanordnung
vermindert wird. Diese Ausführungsform
vermindert substantiell die Herstellzeit, verringert die Anzahl
von für
den Zusammenbau notwendigen Teilen und reduziert die Kosten der
sich ergebenden Antenne. Diese Vorteile sind beachtlich, wenn die
Antenne 10 eine größere Anzahl
von Abstrahlabschnitten enthält.
Der oben beschriebene offen endige Stumpf kann in jeder der in 1a–4b illustrierten
Ausführungsformen
verwendet werden.
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6 zeigt
noch eine andere Ausführungsform ähnlich zu 2,
wobei aber ein Ende des Leiterabschnitts 142 eine offenendenden
Streifenleitungsstumpf 150 enthält. Der Stumpf 150 ist
von der Bodenfläche 112 durch
dielektrische Abstandhalter ähnlich
den Abstandhaltern 52 beabstandet, die oben in Beziehung
auf 5a beschrieben worden sind. Wie im Falle von 5a und 5b,
kann die Erdung für
die gesamte Antennenanordnung durch elektrisches Verbinden einer
Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung 54 zwischen
dem Speiseabschnitt 120 und der Bodenfläche 112 vorgesehen werden.
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7 zeigt
eine andere Ausführungsform, bei
der die Antenne 10 durch dielektrische Abstandhalter 252 getragen
wird. Das Ende des Leiterabschnitts 242 enthält eine
offenendige Streifenleitungs-Stichleitung (Stumpf) 250,
die von der Bodenfläche 212 durch
Abstandhalter 252 ähnlich
den Abstandhaltern 52, die oben in Bezug auf 5a beschrieben
worden sind, beabstandet ist. Auch hier kann die Gleichstromerdung
für die
gesamte Antennenanordnung durch elektrischen Verbinden einer Viertelwellen-Übertragungsleitung zwischen
dem Speiseabschnitt und der Bodenfläche bereitgestellt werden.
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Obwohl
die illustrierten Ausführungsformen den
Leiter 14 so zeigen, dass er zwei Abstrahlabschnitte 21 und 22 bildet,
könnte
die Antenne 10 mit nur einem Abstrahlabschnitt oder mit
mehreren Abstrahlabschnitten arbeiten.
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Die
gefaltete Dipolantenne 10 der vorliegenden Erfindung stellt
einen oder mehrere Abstrahlabschnitte bereit, die integral aus dem
Leiter 14 gebildet sind. Jeder Abstrahlabschnitt ist ein
integriertes Teil des Leiters 14. Daher gibt es keine Notwendigkeit
für getrennte
Abstrahlelemente (d.h. Abstrahlelemente, die nicht ein integraler
Teil des Leiters 14 sind) oder Halter zum Befestigen der
separaten Abstrahlelemente am Leiter 14 und/oder der Bodenfläche 12. Der
gesamte Leiter 14 der Antenne 10 kann aus einem
Einzelstück
von leitfähigem
Material hergestellt werden, wie etwa beispielsweise einem Metallblech, das
aus Aluminium, Kupfer oder Legierungen desselben besteht. Dies verbessert
die Zuverlässigkeit
der Antenne 10, vermindert die Kosten der Herstellung von
Antenne 10 und verbessert die Rate, mit der die Antenne 10 hergestellt
werden kann. Die Einstück-Konstruktion
der biegbaren Leiterausführungsform
ist vorherigen Antennen, die dielektrische Substratmikrostreifen
verwenden, überlegen,
weil solche Mikrostreifen nicht gebogen werden können, um die beispielsweise
in den 1a–e und 4a–b gezeigten
Abstrahlabschnitte zu erzeugen.
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Jeder
Abstrahlabschnitt, wie etwa die Abstrahlabschnitte 21, 22 in
der Antenne von 1a werden durch ein Paar von
Leiterabschnitten gespeist, wie etwa die Leiterabschnitte 41 und 42 in
der Antenne von 1a, die eine symmetrische kantengekoppelte
Schlitzleitungs-Übertragungsleitung
bilden. Da die Übertragungsleitung
symmetrisch ist, besteht keine Notwendigkeit, ein Symmetrierglied
vorzusehen. Das Ergebnis ist eine Antenne mit einer sehr breiten
Impedanzbandbreite (z.B. 24 %). Die Impedanzbandbreite wird durch
Subtrahieren der höchsten
Frequenz von der niedrigsten Frequenz, welche die Antenne abgeben
kann, und Teilen durch die Mittelfrequenz der Antenne berechnet.
Bei einer Ausführungsform
arbeitet die Antenne in den PCS-, PCN- und UMTS-Frequenzbändern. Somit
ist die Impedanzbandbreite dieser Ausführungsform der Antenne 10: (2170 MHz – 1710
MHz)/1940 MHz = 24 %.
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Neben
einer breiten Impedanzbandbreite zeigt die Antenne 10 ein
stabiles Fernfeldmuster über die
Impedanzbandbreite. Bei der Ausführungsform der
drahtlosen Frequenzband- (1710-2170 MHz)-Ausführungsform
ist die Antenne 10 eine 90°-Azimuthal-Halbleistungstrahlbreiten-(HPBW)-Antenne,
d.h. die Antenne erzielt eine 3 dB-Bandbreite von 90 Grad. Die Herstellung
einer Antenne mit dieser HPBW erfordert eine Bodenfläche mit
Seitenwänden.
Die Höhe
der Seitenwände beträgt 0,5'' und die Weite zwischen den Seitenwänden ist
6,1''. Die Bodenfläche in dieser
Ausführungsform
ist Aluminium mit einer Dicke von 0,06''.
Bei einer anderen Ausführungsform
im Drahtlosfrequenzband (1710–2170
MHz) ist die Antenne eine 65°-Azimuthal-HPBW-Antenne,
d.h. die Antenne erzielt eine 3 dB-Bandbreite von 65 Grad. Die Herstellung
einer Antenne mit dieser HPBW erfordert ebenfalls eine Bodenfläche mit
Seitenwänden.
Die Höhe
der Seitenwände
beträgt
1,4'' und die Weite zwischen
den Seitenwänden
ist 6,1''. Die Bodenfläche in dieser Ausführungsform
ist ebenfalls aus Aluminium mit einer Dicke von 0,06''.
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Die
Antenne 10 kann in existierende Einzelpolarisationsantennen
integriert werden, um Kosten zu vermindern und die Impedanzbandbreite
dieser existierenden Antennen zu vergrößern, um die zellulären, GSM-,
PCS-, PCN- und UMTS-Frequenzbänder abzudecken.
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Während die
vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bevorzugte
Ausführungsformen
beschrieben worden ist, werden Fachleute erkennen, dass viele Veränderungen
daran gemacht werden können,
ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der
in den nachfolgenden Ansprüchen
dargestellt wird.