DE69127751T2

DE69127751T2 - Antenne in der form einer flachen platte

Info

Publication number: DE69127751T2
Application number: DE69127751T
Authority: DE
Inventors: John Louis F Ch Collins
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-06-14
Filing date: 1991-06-14
Publication date: 1998-04-30
Anticipated expiration: 2011-06-15
Also published as: DK0533810T3; GB9225351D0; EP0533810B1; AU8078891A; EP0533810A1; KR930700985A; GB2260649A; GR3025732T3; WO1991020109A1; US5568160A; CA2085131A1; GB2260649B; ES2110442T3; ATE158676T1; DE69127751D1; JPH06503930A

Description

Diese Erfindunng bezieht sich auf Antennen, im besonderen (aber nicht ausschließlich) auf ebene Antennen zum Empfang von Mikrowellensignalen wie Fernsehesatellitsignalen für Direktempfang.
In der veröffentlichten internationalen Patentanmeldung WO 89/09501 (PCT/GB89/00330) wird eine ebene Antenne, bestehend aus zwei oder mehreren geformten ebenen Bauelementen, gezeigt. Ein erstes ebenes Bauelement wird geformt, um eine Anordnung von Trichtern zu bilden, die jeweils an ein Wellenleitersystem in einem zweiten ebenen Bauelement gekoppelt sind. Zum Beispiel in Fig. 7 von WO/89/09501 umfaßt das Wellenleitersystem ein Netzwerk von oben offenen Kanälen 111 in dem ebenen Bauelement 11. Das Bauelement 11 wird durch Harzformen und Metallisieren gebildet. Um die oben offenen Kanäle 111 in geschlossene Wellenleiter umzuwandeln, wird eine Metallplatte 12 zwischen das ebene Bauelement 10 und 11 geschoben, wobei die Platte 12 bei 120 geschlitzt ist, um Verbindungschlitze zwischen den Trichtern und dem Wellenleitersystem zu bilden.
In den veröffentlichten europäischen Patentanmeldungen EP-A-0 213 646 (L.E.P) und EP-A-0 205 212 (L.E.P) wird eine ähnliche Antenne beschrieben, die aus einem ersten und einem zweiten ebenen Bauelement besteht, wobei das erste ebene Bauelement geformt ist, um eine Anordnung von Trichtern zu bilden und das zweite ebene Bauelement geformt ist, um ein System von oben offenen Kanälen bereitzustellen, und wobei die Kanäle den Großteil ihrer Länge durch die untere Fläche des ersten Bauelements geschlossen sind, um ein Wellenleitersystem zu bilden, wobei das erste und das zweite Element direkt aneinander anstoßen.
Diese Konstruktionsart ergibt hervorragende Antenneneigenschaften, ist aber nicht optimal für umfangreiche, kostengünstige Herstellung geeignet. Es sind beträchtliche Aufbauarbeiten involviert, und es kann Probleme geben, die Dimensionsgenauigkeit und eine gute mechanische Verbindung beim Zusammensetzen der Teile zu erreichen.
Patent Abstracts of Japan, Band 12, Nr. 379 (E-667) (3226) 11. Oktober 1988 und JP-A-63 125 003 (Matsushita) offenbaren ein Verfahren zur Herstellung solch einer Antenne entsprechend dem Oberbegriff aus Anspruch 1.
Nach dem Formen der ebenen Bauelemente ist es notwendig, (a) eine metallisierte Schicht auf den Flächen der Trichterhöhlen und der Wellenleiterkanäle zu bilden, und (b) die plattenähnlichen Elemente Fläche-an-Fläche aneinander zu befestigen; es ist möglich, diese Schritte in beliebiger Reihenfolge durchzuführen. Diese Vorgänge müssen eine Reihe von Erfordernissen erfüllen: die Trichterhöhlen und die Wellenkanäle müssen sehr exakt zueinander angebracht werden, das Metallisieren darf keine Zwischenräume aufweisen, um den Verlust von Mikrowellenenergie durch Austritt zu verhindern, und die Anordnung muß mechanisch stark sein und darf kein Risiko aufweisen, nach Jahren, zum Beispiel durch die Reaktion zwischen unverträglichen Materialien, schlechter zu werden. Gleichtzeitig dazu wird eine kostengünstige, umfangreiche Herstellung erwünscht.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, daß zum Erreichen dieser Ziele hilfreich ist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Antenne nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen definiert.
Ein weiterer Nachteil von ebenen Antennen, die aus einer Vielzahl von Schichten gebildet werden, ist das Austreten von Mikrowellenenergie aus der Anordnung, vor allem an den Schnittstellen zwischen den Schichten. So ein Austritt kann durch einfache mechanische Einrichtungen abgedichtet werden, was jedoch die Herstellungskosten erhöht.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen oder abzuschwächen und eine Antennenanordnung bereitzustellen, bei der der Energieaustritt zwischen den Schichten durch strukturelle Einrichtungen und keine zusätzlichen Herstellungsschritte verringert wird.
Damit eine ebene Mikrowellenantenne Signale erhält, muß sie in dem Erhöhungswinkel und Scheitelwinkel mit der Signalguelle abgeglichen sein. Wenn die Antenne auf einer Außenwand eines Gebäudes befestigt werden soll, um Signale von einem Satelliten zu empfangen, wird die erforderliche Ausrichtung der Antenne bezüglich der Fläche der Wand davon abhängen, wo das Gebäudes sich innerhalb der Reichweite des Satelliten befindet und wie das Gebäude selbst ausgerichtet ist. Aus ästhetischen Gründen ist es vorzuziehen, die ebene Antenne parallel zu der Fläche der sie tragenden Wand zu befestigen. Da jedoch die Empfangsachse der Antenne mit der Satellitenvorrichtung ausgerichtet werden muß, bedeutet dies, daß das nur selten möglich ist. Damit eine Antenne in Europa Fernsehsatellitensignale für Direktempfang empfangen kann, darf sich der Erhöhungswinkel zwischen 15º und 45º Breite bewegen.
Bei herkömmlichen Antennen, wo die Empfangsachse senkrecht zu der Fläche der Trichteranordnung steht, muß die Antenne in einem entsprechenden senkrechten Winkel an der Wand befestigt werden. Es muß auch die Antenne in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Wand und dem Scheitelwinkel des Satelliten in einem waagerechten Winkel angebracht werden.
Im Anschluß wird eine Ausführungsform der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine schematische auseinandergezogene Perspektive einer Mikrowellenantenne ist, die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, teils unterteilt, eines Teils der Antenne aus Fig. 1 ist;
Fig. 3 ein vergrößerter Querschnitt eines Teils der Antenne ist;
Fig. 3a und 3b detaillierte Teilansichten von ebenen Bauelementen der Antenne vor und nach dem Zusammenschweißen sind;
Fig. 4 den Bauplan einer Wellenleiteranordnung der Antenne zeigt;
Fig. 5 den entsprechenden Bauplan der Schweißrippen und Kanäle zeigt;
Fig. 6 ein vergrößerter Grundriß eines Teils einer Antenne ist, die die vorliegende Erfindung darstellt;
Fig. 7 eine auseinandegezogene Teilansicht entlang der Linie II-II aus Fig. 6 ist;
Fig. 8 eine auseinandergezogene Teilansicht entlang der Linie III-III aus Fig. 6 ist;
Fig. 9 eine auseinandergezogene isometrische Ansicht des Antennenteils aus Fig. 6 ist; und
Fig. 10 ein schematischer Grundriß einer alternativen Ausführungform eines Trichterantennenelements ist, das für die vorliegende Erfindung verwendet werden kann.
Fig. 1 und 2 zeigen eine Antenne, die aus drei ebenen Bauelementen 10, 12, 14 besteht, welche jeweils durch Formen aufgeschäumten Polystyrols 5192 passend gebildet werden können. Nach dem Formen werden die drei Bauelemente 10, 12, 14 aneinander befestigt und die ungeschützten Oberflächen metallisiert.
Die ebenen Bauelemente werden durch ein Rippschweißverfahren aneinander befestigt. Zu diesem Zweck werden die unteren Flächen der Bauelemente 10 und 12 mit Rippen 50 gebildet und die unteren Flächen der Bauelemente 12 und 14 mit Gegenrippen (nicht in Fig. 2 dargestellt) gebildet. Die Rippen erstrecken sich vollends um jede Öfnnung in der betreffenden Fläche und sind so angeordnet, daß gegenüberliegende Rippen zur Befestigung durch Rippschweißung, wie weiter unten genauer beschrieben, aneinandergestoßen werden können.
Nachdem die Anordnung der Bauelemente 10, 12, 14 aneinander befestigt wurde, werden die Flächen metallisiert, vorzugsweise durch Eintauchen der Anordnung in ein Bad zum stromlosen Niederschlag von Kupfer. Vorzugsweise wird das Kupfer durch den stromlosen Niederschlag auf eine Dicke von 4 Mikronen plattiert. Es können auch andere Plattierungsverfahren und -materialien verwendet werden, zum Beispiel Aluminium und Silber.
Fig. 3 zeigt einen Teil einer auf diese Art und Weise hergestellten Antenne, wobei die Metallisierung bei 60 angezeigt wird. Man wird bemerken, daß die Kanäle wie z.B. 62, 64, die die Wellenleiter bilden, durch das darüberliegende ebene Bauelement ohne Verwendung von Metallplatten geschlossen sind.
Fig. 2 zeigt eine Antenne mit abgestuften Trichtern. Die Erfindung ist genauso auf Antennen mit geradwandigen Trichtern und auf Antennen, in denen die Trichter zum Trennen von Kreispolarisierungssignalen Trennwände haben, anwendbar.
Entsprechend der Erfindung sind die ebenen Bauelemente mittels eines Rippschweißverfahrens aneinander befestigt. Zu diesem Zweck sind die unteren Flächen der Bauelemente 10 und 12 mit Rippen 50 gebildet und die oberen Flächen der Bauelemente 12 und 14 mit Rippen 52 gebildet. Die Rippen 50 und 52 erstrecken sich zur Gänze um jede Öffnung in der entsprechenden Fläche und sind so angeordnet, daß die gegenüberliegenden Rippen 50, 52 aneinandergestoßen werden können.
Eine Rippe pro gegenüberliegendem Paar, in dieser Ausführungsform die sich nach unten erstreckenden Rippen 50, ist auf beiden Seiten mit einem Kanal oder einer Falle für überfließendes Material 54 ausgestattet. So werden, wie in Fig. 3 abgebildet, wenn die Anordnung Hitze ausgesetzt wird und die Flächen aneinandergepreßt werden, die Rippen 50, 52 zusammengeschweißt, und das durch diesen Vorgang erzeugte überfließende Material 56 wird in den Kanälen 54 untergebracht. Das erlaubt es, ebene Bauelemente wie 10, 12 und 14 fest aneinander zu befestigen, wobei deren Flächen in genauem ebenem Kontakt stehen.
Eine geeignete Vorrichtung zum Rippschweißen ist per se bekannt. Es wird bevorzugt, Wärmeplatten-Rippschweißung zu verwenden, welche mittels eines bekannten Geräts wie der RT 600 VT Wärmeplattenschweißvorrichtung durchgeführt werden kann.
Fig. 4 zeigt eine typische Anordnung von Wellenleitern 20 und Fig. 5 die entsprechenden Rippen 50 und Kanäle 54, wobei die Kreise in diesen Figuren die Paßgenauigkeit zwischen den beiden angeben.
Es wurde herausgefunden, daß auf diese Art und Weise hergestellte Antennen eine Leistung ergeben, die sich nicht merklich von einer ähnlichen Anordnung aus Metall unterscheidet.
Wir beziehen uns jetzt auf Fig. 6 bis 9 der Zeichnungen, wo ein Teil einer ebenen Mikrowellenantenne, bestehend aus zwei Trichterelementen 110 und 112, gezeigt wird. Es wird klar sein, daß die Antenne in der Praxis aus einer viel größeren zwei-dimensionalen Anordnung solcher Elemente bestehen würde. Das vorliegende Beispiel ist eine zweilineare Anordnung, die aus drei Schichten 102, 104 und 106 gebildet wird, welche, wenn sie angeordnet werden, erste und zweite Wellenleiternetzwerke abgrenzen, die (in diesem Fall) zueinander in einem Winkel von 90º ausgerichtet sind und die jeweils mit dem ersten und dem zweiten Schlitz 114 und 116, die an den inneren Enden der Trichterelemente 110 und 112 gebildet sind, in Verbindung stehen.
In dem dargestellten Beispiel überschneiden sich die Schlitze, um ein Kreuz zu definieren, die Schlitze müssen sich jedoch nicht überschneiden.
Der erste Schlitz 114 jedes Trichterelements steht mit dem ersten Wellenleiternetzwerk in Verbindung, welches eine Gruppe von Kanälen umfaßt, die an der Schnittstelle zwischen der ersten und der zweiten Schicht 102 und 104 der Antenne durch komplementäre Reihen von Nuten 118 und 120, die jeweils in der unteren Fläche 122 der ersten Schicht 102 und der oberen Fläche 124 der zweiten Schicht gebildet sind, gebildet werden. Das zweite Wellenleiternetzwerk wird auf ähnliche Art und Weise an der Schnittstelle zwischen der zweiten und der dritten Schicht durch komplementäre Nuten 126 und 128, die jeweils in der unteren Fläche 130 der zweiten Schicht 104 und der oberen Fläche 132 der dritten Schicht 104 gebildet sind, gebildet. Der von den Nuten 126 und 128 abgegrenzte Kanal steht über einen komplementären Zwischenschlitz 134, der in der zweiten Schicht 104 gebildet ist, mit dem Schlitz 116 in Verbindung.
Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, sind die inneren Enden 136 und 138 der Nuten 120 und 128 (gegenüber den Schlitzen 114 und 116) in einem Winkel von 45º angelegt.
Die Nutenpaare 118, 120 und 126, 128, die die Kanäle der ersten und der zweiten Wellenleiternetzwerke abgrenzen, sind im wesentlichen gleich tief, so daß die Verbindung der jeweiligen Flächen 122, 124 und 130, 132 im wesentlichen am senkrechten Mittelpunkt der Wände der Kanäle der Wellenleiternetzwerke ist. Dadurch wird der Austritt von Mikrowellenenergie aus den Kanälen bei den Schnittstellen zwischen den Schichten 102, 104 und 106 beträchtlich verringert, wodurch der Bedarf an zusätzlichen Herstellungsschritten, um die Kanäle abzudichten, beseitigt oder verringert wird.
Die Trichterelemente 110 und 112 selbst sind so ausgerichtet, daß ihre Mittelachsen in einem Winkel A gegenüber der Fläche der Antenne angebracht sind. Dieser Winkel kann ein Erhöhungswinkel, ein Scheitelwinkel oder beides sein. Indem der Winkel A der Minimalerhöhung einer gegebenen Signalquelle innerhalb eines abgegrenzten Bereichs gleichgestellt wird, kann der erforderliche Scheitelwinkel, welchen die Antenne bezüglich der tragenden Wand aufweisen muß, um den Winkel A reduziert werden. Die nördlichsten Positionen (in der nördlichen Hemisphäre) innerhalb des abgegrenzten Bereichs würden somit zur richtigen Erhöhung keinen Scheitelwinkel zwischen der Antenne und der Wand benötigen, wohingegen in den südlichsten Positionen der erforderliche Scheitelwinkel beträchtlich reduziert würde. Andernfalls könnten Antennen mit einer Reihe von Trichterwinkeln im Erhöhungs- und/oder im Scheitelwinkel hergestellt werden, und die geeignetste Antenne für jede Position innerhalb des Bereichs ausgesucht werden.
Abgesehen von deren Ausrichtung bezüglich der Fläche der Antenne, können die Trichterelemente jeder beliebigen Art sein, wobei eine abgestufte Zusammensetzung in den Zeichnungen dargestellt wird.
Schließlich zeigt Fig. 10 ein Eintrichter- Antennenelement 200, welches eines aus einer Gruppe von identischen Elementen wäre, wobei die überschneidenden Schlitze 202 am unteren Teil des Trichters 200 eher diagonal als parallel zu den Seiten des Trichters angeordnet sind. Wiederum müssen sich die Schlitze nicht überschneiden. Diese Variation ist auf alle vorhergehenden Ausführungsformen der Erfindung anwendbar.
Abänderungen und Verbesserungen können inkorporiert werden, ohne den von den beigelegten Ansprüchen begrenzten Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Antenne, bestehend aus den folgenden Schritten:

Bilden eines ersten ebenen Bauelements (10) aus einem Kunststoffmaterial, wobei das erste ebene Bauelement (10) eine obere ebene Fläche, eine Vielzahl von Trichtern (16), die sich von der oberen ebenen Fläche in das erste ebene Bauelement (10) erstrecken und eine untere ebene Fläche aufweist;

Bilden eines zweiten ebenen Bauelements (12) aus einem Kunststoffmaterial, wobei das zweite ebene Bauelement (12) eine obere ebene Fläche aufweist, die mit einem System aus oben offenen Kanälen (18) gebildet ist;

Anbringen des ersten (10) und zweiten (12) ebenen Bauelements Fläche-an-Fläche;

Befestigen des ersten Bauelements (10) am zweiten Bauelement (12), um einen einheitlichen Aufbau zu bilden, wodurch die oben offenen Kanäle (18) durch das erste ebene Bauelement (10) geschlossen werden, um Wellenleiterkanäle (62) zu bilden, die mit den Trichtern (16) in Verbindung stehen;

und Metallisieren mindestens der ungeschützten Flächen des Aufbaus, die die Trichter (16) und die Wellenleiterkanäle (62) abgrenzen;

dadurch gekennzeichnet, daß die untere ebene Fläche des ersten ebenen Bauelements (10) und die obere ebene Fläche des zweiten Bauelements (12) mit entsprechenden überstehenden Rippen (50, 52) gebildet werden und daß die ebenen Bauelemente (10, 12) durch Rippschweißung aneinander befestigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste ebene Bauelement (10) gebildet wird, um Kanäle abzugrenzen, die, wenn die Bauelemente aneinander befestigt sind, mit den oben offenen Kanälen (18) zusammenwirken, um die Wellenleiterkanäle abzugrenzen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei entweder die untere Fläche des ersten ebenen Bauelements (10) oder die obere Fläche des zweiten ebenen Bauelements (12) gebildet wird, um angrenzend an jede Rippe (50, 52) einen Kanalweg (54) bereitzustellen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Kanalweg identische Kanäle (54) auf beiden Seiten der Rippe (52) umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin bestehend aus:

Bilden des zweiten ebenen Bauelements (12), um eine untere ebene Fläche, die überstehende Rippen aufweist, zu erhalten;

Bilden eines dritten ebenen Bauelements (14) aus einem Kunststoffmaterial, wobei das dritte ebene Bauelement (14) eine obere ebene Fläche hat, die überstehende Rippen (52) aufweist, welche denen auf der unteren ebenen Fläche des zweiten ebenen Bauelements (12) entsprechen, wobei die obere ebene Fläche des dritten ebenen Bauelements (14) auch mit einem System aus oben offenen Kanälen (36) gebildet wird;

Anbringen des zweiten (12) und dritten (14) ebenen Bauelements Fläche-an-Fläche, wobei die Rippen einander berühren;

Befestigen des dritten ebenen Bauelements (14) an der Verbindung aus dem ersten (10) und dem zweiten (12) ebenen Bauelement durch Rippschweißung, um einen einheitlichen Aufbau zu bilden, wodurch die oben offenen Kanäle (36) in dem dritten ebenen Bauelement (14) durch das zweite ebene Bauelement (12) geschlossen werden, um weitere Wellenleiterkanäle (64) zu bilden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rippschweißung durch Wärmeplatten- Rippschweißung durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallisierung durch Eintauchen des einheitlichen Aufbaus in ein Bad zum stromlosen Niederschlag von Kupfer bewirkt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Kupfer auf eine Dicke von 4 Mikronen plattiert wird.