DE60131887T2

DE60131887T2 - Mikrowellenantenne mit patch-montagevorrichtung

Info

Publication number: DE60131887T2
Application number: DE60131887T
Authority: DE
Inventors: Per-Anders Arvidsson
Original assignee: Allgon AB
Current assignee: Allgon AB
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2021-10-27
Also published as: US20040027290A1; EP1340287A1; US6831608B2; SE518237C2; SE0004354D0; SE0004354L; CN1478314A; EP1340287B1; CN1242512C; AU2002211167A1; DE60131887D1; WO2002043183A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenantenne mit wenigstens einer Montagevorrichtung zur Befestigung eines abstrahlenden Patches auf der Antenne. Die Antenne ist von der Art, welche umfaßt:

– ein abstrahlendes Patch aus einem elektrisch leitenden Material,
– ein Gehäuse aus starrem Material,
– eine dielektrische Platte,
– eine elektrisch leitende Schicht, die als eine Groundplane (Äquipotentialbezugsebene) dient, auf einer oberen Seite der dielektrischen Platte, wobei die leitende Schicht eine zentral angeordnete Kopplungsapertur hat, und
– ein Einspeisungsnetz auf der anderen unteren Seite der dielektrischen Platte zum Einspeisen von Mikrowellenleistung zum abstrahlenden Patch über die Kopplungsapertur.

STAND DER TECHNIK UND HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Antennen dieser allgemeinen Art sind beschrieben in z. B. WO 97/43799 (Allgon AB) und WO 99/31757 (Allgon AB). Diese beiden bekannten Antennen arbeiten mit zweifacher (dualer) Polarisation, die erhalten wird, indem man die Kopplungsapertur als ein Paar von einander rechtwinklig kreuzenden Schlitzen ausbildet. Das letztgenannte Dokument beschreibt auch eine Doppelpatchanordnung für Zweibandbetrieb.
Ein praktisches Problem, das in diesen zwei Dokumenten nicht behandelt wird, besteht darin, eine Struktur bereitzustellen, die ein schnelles Montieren der dielektrischen Platte und der zugehörigen abstrahlenden Platte oder Platten an der Antenne zu ermöglichen. Für den richtigen Betrieb der Antenne müssen die Platte und das Patch oder die Patche in gut definierten Positionen gesichert sein, um die geforderten Strahlungscharakteristiken einzuhalten. Ferner ist es bei Antennen, die mit zweifacher Polarisation arbeiten, wichtig, eine wirksame Isolation zwischen den zwei getrennten Kanälen aufrechtzuerhalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Hauptaufgabe der Erfindung ist es, eine Mikrowellenantenne mit einer einfachen Montagevorrichtung zu schaffen, welche einen einfachen und raschen Zusammenbau der Antenne ermöglicht und die verschiedenen Komponenten, besonders die dielektrische Platte und das abstrahlende Patch in gut definierten Positionen zu sichern.
Diese Hauptaufgabe wird erfüllt durch eine Antenne mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Demgemäß haben das Patch und die dielektrische Platte aufeinander ausgerichtete Öffnungen, die zentral jeweils im Patch und in der Platte angeordnet sind, und die Montagevorrichtung weist eine Montagesäule auf, die an ihrem unteren Ende am Gehäuse befestigt ist. Die Säule erstreckt sich zentral durch die Kopplungsapertur der Groundplaneschicht und in Ausrichtung mit den aufeinander ausgerichteten Öffnungen des Patches und der Platte. Die Säule ist an ihrem oberen Ende am Patch befestigt. Auf diese Weise werden das Patch und die Platte in gut definierten Positionen in Bezug auf das Gehäuse und in einem gegenseitigen Abstand voneinander gehalten.
Bei einer solchen Struktur ist der Montagearbeitsgang sehr einfach. Zuerst wird die Säule am Gehäuse an einem zentralen Platz befestigt oder einstückig damit ausgebildet, so daß sie auf diesem aufrecht steht. Dann werden die dielektrische Platte mit dem Einspeisungsnetz und die Schicht der Groundplaneschicht auf die Säule aufgeschoben, worauf das Patch mittels einer Befestigungsschraube am Kopf der Säule befestigt wird. Statt dessen kann die Montagesäule als eine verhältnismäßig lange Schraube ausgebildet sein, die sich durch die Löcher des Patches und der Platte erstreckt und an ihrem unteren Ende mit dem Gehäuse verschraubt ist.
Das Patch wird vorzugsweise in einem Abstand von der Platte mittels Abstandshalterelemente gehalten, welche den gegenseitigen Abstand definieren. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden das Patch und die Platte durch die Abstandshalterelemente zusammengehalten und als eine Einheit am Gehäuse montiert.
Vorzugsweise werden das Patch und die Platte zusammen gegen das Gehäuse geklemmt, so daß sie sicher positioniert sind, wenn das Patch am oberen Ende der Montagesäule befestigt wird.
Die Montagesäule kann sich frei durch die Platte und die Kopplungsapertur erstrecken, wodurch es möglich ist, die Platte in einer genauen Position auf dem Gehäuse anzuordnen, wenn sie darauf festgeklemmt wird.
Es hat sich herausgestellt, daß die zentrale Säule und die ausgerichteten Löcher im Patch und in der Platte keinen nachteiligen Einfluß auf die Strahlungscharakteristika der Antenne haben.
Dies und andere Merkmale werden erläutert durch die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche.
FIGURENBESCHREIBUNG
Die Erfindung wird im weiteren mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, die eine bevorzugte Ausführungsform darstellen.
1 zeigt in einer perspektivischen Explosionsansicht die grundlegenden Teile einer erfindungsgemäßen Mikrowellenantenne;
2 zeigt die Antenne gemäß 1 in einer perspektivischen Ansicht von unten; und
3 zeigt die Antenne der 1 im zusammengebauten Zustand.
GENAUE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 1 sind nur diejenigen Teile der Antenne gezeigt, die für das Verständnis der Erfindung wesentlich sind, während eine Anzahl von mechanischen und elektrischen Teilen weggelassen sind aus Gründen der Klarheit.
Unten in 1 ist ein Gehäuse 1 aus einem starren metallischen Material beispielsweise aus Aluminium gezeigt. In dieser Ausführungsform ist ein einziges Antennenelement (am Kopf der 1) gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Antenne mehrere Antennenelemente aufweisen kann, die z. B. in einer geraden Reihe oder in einer Anordnung angeordnet sind.
Das Gehäuse 1 hat eine zentrale Vertiefung 2 mit einer rechteckigen Konfiguration und einer Bodenwand 3. An einer Seitenwand der Vertiefung 2 befindet sich ein Gehäuseteil 4, der in die Vertiefung 2 vorspringt. Dieser Gehäuseteil 4 dient dazu, eine Armatur (nicht gezeigt) zur Verbindung von einem oder mehreren Zuleitungskabeln oder Zuleitungsleitungen (nicht gezeigt) mit einem Einspeisungsnetz 11 an der unteren Seite einer dielektrischen Platte 10. Siehe auch 2.
Die dielektrische Platte 10, die rechteckig und etwas größer als die rechteckige Fläche der Vertiefung 2 ist, ist an ihrer gegenüberliegenden oberen Seite mit einer elektrisch leitenden Schicht 12 versehen. Diese leitende Schicht 12 dient als eine Groundplane für die Antenne und ist gekoppelt mit leitenden Streifen 13, die sich längs der Umfangsrandabschnitte an der unteren Seite der dielektrischen Platte 10 erstrecken. Auf diese Weise wird, beim Zusammenbau der Vorrichtung wie in 3 gezeigt, die Groundplaneschicht 12 elektrisch mit dem Gehäuse 1 gekoppelt, das auch als ein Reflektor für die Antenne dient.
Mikrowellenleistung wird durch das Einleitungsnetz 11 und eine Kopplungsapertur 14, die zentral in der Groundplaneschicht 12 angeordnet ist, einem oberen abstrahlenden Patch 20 zugeführt. Das Patch 20 ist ebenfalls rechtwinklig und im Bezug auf die Vertiefung 2 und die dielektrische Platte 10 zentriert.
Das abstrahlende Patch 20 besteht aus einem elektrisch leitenden Material, möglicherweise in Form einer Beschichtung auf einem dielektrischen Substrat.
In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist die Kopplungsapertur 14 ausgebildet als ein Paar von geradlinigen Schlitzen 14a, 14b, die rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind, um eine Zweifachpolarisation der vom Patch 20 abgestrahlten Mikrowellenleistung zu liefern. Jeder Schlitz 14a, 14b wird durch ein zugehöriges Einspeisungselement 11a, 11b des Einspeisungsnetzes 11 gespeist, wie an sich bereits bekannt.
Am Kreuzungspunkt der Schlitze 14a, 14b ist die Apertur 14 etwas erweitert, um eine zentrale Öffnung 14c zu bilden. In dieser Ausführungsform hat die Öffnung 14c eine im wesentlichen quadratische Form und ist so bemessen, daß sie eine Montagesäule 30 frei aufnimmt.
Das abstrahlende Patch 20 und sein Substrat, falls vorhanden, hat ein Mittelloch 21, das mit der Öffnung 14c der dielektrischen Platte 10 und der Montagesäule 30 in einer Linie liegt. Das Loch 21 ist so bemessen, daß es vorzugsweise mit etwas Spiel eine Schraube 40 aufnimmt. Die Schraube 40 hat einen Schraubenkopf 41 und ist so bemessen, daß sie mit ihrem Gewinde 42 in ein Gewindeloch 31 am Kopf der Montagesäule 30 eingreift. Die Säule 30 besteht vorzugsweise aus Metall, um einen starren Halter für die Platte und das Patch zu liefern.
Das Patch 20 wird in einem vorbestimmten Abstand von der dielektrischen Platte mittels vier Abstandshalterelementen 22 aus Kunststoffmaterial gehalten. Diese Abstandshalter 22 gewährleisten, daß das Patch 20 und die Platte 20 in einem vorbestimmten Abstand voneinander gehalten sind. Auch halten sie durch Einrasten in entsprechende Löcher im Patch und in der Platte das Patch und die Platte als eine Einheit zusammen.
Die durch das Patch 20 und die Platte 10 gebildete Einheit wird auf die zentrale Montagesäule 20 aufgesetzt. Dann wird die dielektrische Platte 10 mit ihrem Kantenabschnitt neben der Vertiefung 2 genau auf das Gehäuse gesetzt. Auf diese Weise wird die Groundplaneschicht auf der dielektrischen Platte 10 elektrisch mit dem Gehäuse 1 aus Metall gekoppelt. Indem man auf die Schraube 40 ein gewisses Drehmoment aufbringt, wird die Platte 10 durch das zwischengeschaltete Patch 20 und die Abstandshalter 22 gegen das Gehäuse 1 geklemmt. Die vollständig zusammengebaute Anordnung ist in 3 gezeigt.
Es sei bemerkt, daß die zentrale Montagesäule 30 trotz ihrer massiven Abmessungen kaum einen Einfluß auf die Übertragung der Mikrowellenleistung vom Einspeisungsnetz zum strahlenden Patch hat. Sie beeinflußt auch nicht wesentlich die Strahlungscharakteristika der Antenne.
Selbstverständlich wird der Zusammenbau- oder Montagearbeitsgang durch die oben beschriebene Struktur stark erleichtert. Darüber hinaus dient das frei montierte abstrahlende Patch 20 als eine Kühlvorrichtung. Wärme, die in der Platte 10 oder in anderen Teilen, die mit dem Gehäuse 1 in Wärmekontakt stehen, erzeugt wird, wird über die Montagesäule 30 zum Patch 20 abgeleitet.
Im Prinzip können das Patch und die Platte eine andere als rechtwinklige Konfiguration haben. Diese könnte im allgemeinen polygonal, kreisförmig, elliptisch oder in andere Weise symmetrisch bezüglich der Mittelachse der Montagesäule sein. Ferner können die Abstandshalter 22 durch einen zylindrischen Körper aus einem dielektrischen Material ersetzt werden.
In dieser Beschreibung beziehen sich die Definitionen „oben" und „unten" auf die Zeichnungen. Selbstverständlich kann die Antenne im Gebrauch in anderer Weise orientiert sein, und diese Definitionen sind dann entsprechend zu verstehen.

Claims

Mikrowellenantenne mit wenigstens einer Montagevorrichtung zur Befestigung eines abstrahlenden Patches an der Antenne, wobei die Antenne umfaßt: – ein abstrahlendes Patch (20) aus einem elektrisch leitenden Material, – ein Gehäuse (1) aus einem starren Material, – eine dielektrische Platte (10), – eine elektrisch leitende Schicht (12), die als eine Groundplane (Äquipotentialbezugsebene) dient, auf einer oberen Seite der dielektrischen Platte, wobei diese leitende Schicht eine zentral angeordnete Kopplungsapertur (14) hat, und – ein Einspeisungsnetz (11) auf der anderen unteren Seite der dielektrischen Platte zum Einspeisen von Mikrowellenleistung zum abstrahlenden Patch über die Kopplungsapertur, dadurch gekennzeichnet, daß – das Patch (20) und die dielektrische Platte (10) aufeinander ausgerichtete Öffnungen (21, 14c) haben, die jeweils in dem Patch und in der Platte zentral angeordnet sind, und – die Montagevorrichtung eine Montagesäule (30) aufweist, die an ihrem unteren Ende am Gehäuse (1) befestigt ist, so daß sie sich mittig durch die Kopplungsapertur (14) und mit Ausrichtung auf die aufeinander ausgerichteten Öffnungen (21, 14c) des Patches und der Platte erstreckt, und – die Montagesäule (30) an ihrem oberen Ende mit dem Patch (20) verbunden ist, so daß das Patch (20) und die Platte (10) in gut definierten Positionen im Bezug auf das Gehäuse (1) und in einem gegenseitigen Abstand voneinander gehalten sind.
Antenne nach Anspruch 1, worin – die Montagesäule (30) an ihrem unteren Ende am Gehäuse (1) befestigt ist und durchgehend bis zu einer unteren Seite des Patches (20) reicht, und – das Patch (20) an der Montagesäule (30) mittels einer Befestigungsschraube (40) mit einem Schraubenkopf (41) befestigt ist, der auf eine obere Seite des Patches geklemmt ist.
Antenne nach Anspruch 1, worin – das Patch (20) in einem Abstand von der Platte mittels Abstandshaltern (22) gehalten ist, welche den gegenseitigen Abstand definieren.
Antenne nach Anspruch 3, worin – das Patch (20) und die Platte (10) durch die Abstandshalter (22) zusammengehalten und als eine Einheit am Gehäuse (1) montiert sind.
Antenne nach Anspruch 3, worin – das Patch (20) und die Platte (10) gegen das Gehäuse (1) zusammengeklemmt sind, so daß sie sicher positioniert sind.
Antenne nach Anspruch 5 worin – die Montagesäule (30) sich frei durch die Platte (10) und die Kopplungsapertur (14) erstreckt.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin – die Kopplungsapertur (14) zwei zueinander rechtwinklige Schlitze (14a, 14b) aufweist, die einander an einem zentralen Platz kreuzen, wobei die Apertur (14c) so bemessen ist, daß sie die Montagesäule (30) aufnimmt.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin – das Gehäuse (1) eine Vertiefung (2) zur Aufnahme des Einspeisungsnetzes hat, wobei ein Umfangsabschnitt der Platte (10) außerhalb der Vertiefung (2) auf das Gehäuse (1) geklemmt ist.
Antenne nach Anspruch 8, worin – der Umfangsabschnitt der Platte (10) an einer unteren Seite einen Kontaktstreifen (13) aus Metall hat, der das Gehäuse (1) berührt, wobei der Kontaktstreifen elektrisch mit der Groundplaneschicht (12) auf der entgegengesetzten oberen Seite der Platte (10) gekoppelt ist, so daß das Gehäuse eine elektrische Erweiterung der Groundplaneschicht bildet.