DE69315624T2

DE69315624T2 - Strahlerelement einer Antenne mit breitbandigem Durchlassbereich und aus derartigen Elementen bestehende Gruppenantenne

Info

Publication number: DE69315624T2
Application number: DE69315624T
Authority: DE
Inventors: Bernard Buralli; Lucien Jouve; Marcel Sauvan
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1992-06-16
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2013-05-29
Also published as: EP0575211B1; FR2692404A1; EP0575211A1; US5565875A; DE69315624D1; FR2692404B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrobandantenne geringer Dicke, jedoch mit breitbandigem Durchlaßbereich.
Es sei an dieser Stelle daran erinnert, daß sich im Bereich der Radiofreguenzen eine elektromagnetische Welle, die insbesondere durch ihre wellenlänge λ (Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit zur Freguenz des übertragenen Signals) gekennzeichnet ist, Energieträger und allgemein Datenträger ist, in verschiedenen Medien verbreiten kann, wobei die wichtigsten folgende Medien sind:
- Medien gelenkter Ausbreitung (Kabel, Leitungen, Wellenleiter ...),
- Medien freier Ausbreitung (homogener oder inhomogener, isotroper oder nicht-isotroper Raum, ...).
Eine Antenne kann als Schnittstelle zwischen diesen beiden Arten von Medien betrachtet werden, die die vollständige oder teilweise Übertragung der elektromagnetischen Energie von einem zum anderen hin ermöglicht. Die Sendeantenne läßt diese Energie von einem Medium gelenkter Ausbreitung zu einem Medium freier Ausbreitung übergehen, und die Empfangsantenne kehrt die Energieübertragungsrichtung zwischen den Medien um. Im folgenden wird im allgemeinen implizit auf eine Antenne Bezug genommen, die als Sender funktioniert. In jedem Fall garantiert das Prinzip der Äquivalenz die Reziprozität aller angeführten Eigenschaften in bezug auf eine Empfangsantenne.
Man bezeichnet die Gesamtheit der Elemente, die das gesamte Medium gelenkter Ausbreitung oder einen Teil desselben bilden, die die zu Übertragende elektromagnetische Energie lenken oder auffangen und passive oder aktive, reziproke oder nicht reziproke Elemente aufweisen, als Speisestromkreis(e) oder speisevorrichtung.
Oft wird einer Einzelantenne ein oder mehrere geometrische(r) Punkt(e) zugeordnet, die Phasenzentren genannt werden, von denen die elektromagnetische Welle für eine gege bene Richtung im Fall einer Antenne, die als Sendeantenne betrachtet wird, zu kommen scheint.
Die Resonanz der Antenne zeigt sich bei der/den Frequenz(en), für die die übertragung der übertragenen Energie von der Speiseleitung über die Antenne in den Raum optimal ist, was mathematisch durch die Tatsache ausgedrückt wird, daß die komplexe Impedanz Z am Eingang der Antenne bei der Resonanzfrequenz fr einen Imaginärteil von 0 und einen maximalen Realteil hat.
Bei Ultrahochfrequenzen ist es üblich, den Ort der Impedanzen Z (als Funktion der Frequenz) auf einer Schaulinientafel, die Schaulinientafel nach SMITH genannt wird, darzustellen, auf der sich jede Resonanz in Form einer Schleife zeigt.
Mit den gegenwärtigen Meßeinrichtungen wird diese Resonanz durch die Einstellung, die die Energieübertragung von der Speiseleitung auf die Antenne kennzeichnet, "gesehen". Dieses Bild des Verhaltens der Antenne kann Frequenzgang der Antenne genannt werden und wird durch die Verluste aufgrund fehlerhafter Einstellung oder durch das Stehwellen-Verhältnis (TOS), -auf Englisch: Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) - wie nachstehend definiert, quantifiziert.
Wenn Z die Impedanz an dem Punkt, an dem die Einstellung gemessen wird, und Zc die charakteristische Impedanz der Speiseleitung ist (der im allgemeinen zugelassene Standard ist Zc = 50 Ohm), wobei man z = Z/Zc setzt, nennt man das folgende komplexe Verhältnis Reflexionskoeffizient oder Verluste durch falsche Einstellung:
= (z-1) / (z + 1)
Das Stehwellenverhältnis wird somit wie folgt definiert:
TOS = (1 + ) / (1 - )
Schließlich wird die Antenne durch eine bestimmte Anzahl an Verhaltensweisen gekennzeichnet, darunter:
- das Stehwellenverhältnis (TOS), das die Qualität der Einstellung wiedergibt, d.h. die Menge der von der Speiseleitung zur Antenne übertragenen Energie (es nähert sich um so stärker 1 an, je besser die Qualität ist),
- das Strahlungsdiagramm, das die Verteilung des elektromagnetischen Trägerfeldes E der Welle im Raum darstellt,
- mit dem die klassischen Parameter verknüpft sind (die Verstärkung, die Richtcharakteristik, der Wirkungsgrad, die Durchlässigkeit bei 3 dB, die Erfassungswahrscheinlichkeit
Das Strahlungsdiagramm wird gemäß der Übereinkunft in einem Bezugssystem dargestellt, das auf einen Antennenpunkt zentriert ist (wenn möglich, ihr Phasenzentrum), und wird in Form von "Schnitten" in einem sphärischen Standardkoordinatensystem (θ, φ)) angegeben. Ein Schnitt, der "konstantes φ" genannt wird, ist die Variationskurve des Feldes E, die auf eine vorgegebene Polarisation projiziert ist (entweder Eθ oder Eφ), wobei θ zwischen 0 und 180º (oder zwischen -180 und +180º) variiert. In gleicher Weise ist ein Schnitt, der "konstantes θ" genannt wird, die Variationskurve des Feldes E, die auf eine vorgegebene Polarisation projiziert ist (entweder Eθ oder Eφ), wobei φ von 0 bis 360º variiert.
Ein Verbund aus Einzelantennen wird Netz von Antennen genannt, wenn jene gemeinsame Teile in ihrem Speisestromkreisen aufweisen, oder auch, wenn eine Kopplung zwischen diesen Einzelantennen besteht, die das gesamte Strahlungsdiagramm des Netzes in einem Bereich der vorgegebenen Frequenzen von demjenigen jeder der Antennen oder Strahlerelementen abhängig macht.
Das Netz, das durch die Verteilung von Antennen, die einer oder mehreren vorgegebenen Einzelantenne(n) ähnlich sind, auf einer vorgegebenen Oberfläche erhalten wird, wird häufig Antennennetz genannt, was im allgemeinen eine Vorstellung von der geometrischen Fortsetzung der Einzelantennen beinhaltet.
Sie werden im allgemeinen verwendet, um ein Strahlungsdiagramm mit erhöhter Richtcharakteristik in einer vorgegebenen Richtung in bezug auf das Netz zu erhalten.
Der Abstand A zwischen den Phasenzentren der Einzelantennen des Netzes bezogen auf die Wellenlänge % in der Luft oder im Vakuum ist häufig ein entscheidender Parameter.
Beispielsweise verschlechtert das Auftreten beträchtlicher Strahlungskeulen von Netzen außerhalb der Nutzstrahlungszone für Werte von Δ/λ&sub0; > 0,5 die Energiebilanzen der Übertragung in das Medium freier Ausbreitung.
Was die Mikrobandtechnik betrifft, so besteht sie darin, mehrere leitende oder dielektrische Materialschichten, wie beispielsweise eine Schicht eines dielektrischen Substrats (aus Glas - beispielsweise PTFE), die auf ihrer Unterseite (oder Seite I) mit einer leitenden Folie (Kupfer, Gold, etc. ...) beschichtet ist, welche Masseebene genannt wird, und auf ihrer Oberseite (oder Seite S) eine leitende Folie trägt, die teilweise gemäß einem vorgegebenen geometrischen Muster (man spricht hier im allgemeinen von Einheiten, Freileitungen oder "patahes") teilweise weggeschnitten ist, aufeinanderzuschichten.
Diese Einheit ermöglicht es:
- entweder eine elektromagnetische Welle zu leiten (Mikrobandleitung)
- oder ein elektromagnetisches Feld abzustrahlen (Mikrobandantenne).
Das Ausbreitungsmedium der Oberflächenströme ist:
- entweder der Grenzbereich Luft-Substrat
- oder der Grenzbereich Luft-Leiter-Substrat.
Im ersten Fall kann man (siehe das Werk "MICROSTRIP ANTEN- NAS von I.J. BAHL und P. BHARTIA, herausgegeben bei ARTECH HOUSE, 1980) die "effektive" Dielektrizitätskonstante des Mediums wie folgt definieren:
wobei &epsi;r die Dielektrizitätskonstante des Substrats ist.
Im zweiten Fall schreibt man:
wobei h die Dicke dieses Substrats und W die Breite des Leitungsbandes (auf Englisch "strip") ist.
Man kann im allgemeinen verschiedene Arten von Komponenten und anderer (möglicherweise aktiver) Elemente auf der Seite S der Struktur vorsehen.
Definitionsgemäß ist eine Mikrobandantenne ein Element geometrischer Form aus einem Leitermaterial, das auf die Seite S einer dielektrischen Schicht aufgebracht ist. Aus den folgenden Gründen wird häufig eine rechteckige oder kreisförmige Form ausgewählt:
- man kann das Strahlungsdiagramm in einem angemessenen Maßstab anlegen, - die Abmessungen dieser Muster oder Freileitungen für die Resonanz bei einer vorgegebenen Frequenz sind wohlbekannt.
Ein rechteckiges Mikrobandelement ist in gewissem Maße mit zwei parallelen Spalten vergleichbar, die mit zwei strahlenden Rändern des Rechtecks zusammenfallen. Die Auswahl derjenigen der Ränder eines rechteckigen Elements, die strahlen sollen, (und im Gegenzug derjenigen, die nicht strahlen sollen) geschieht durch geeignete Wahl der Zone des Rechtecks, die mit dem Speisestromkreis verbunden ist.
Im allgemeinen wird das rechteckige Element in der Nähe oder auf der Mittellinie gespeist, die die Seiten, die man strahlen lassen möchte, verbindet. Auf diese Art erzeugt die im Resonator angeregte Mode eine lineare Polarisation guter Qualität. Die Richtung dieser Polarisation ist senkrecht zum strahlenden Rand des Elements.
Diese Verbindung kann durch ein dielektrisches Substrat oder, am Rand des Elements, durch eine Mikrobandleitung hergestellt werden, die durch die Seite S (man spricht bisweilen von einer koplanaren Speisung) getragen wird, wie es insbesondere in der Druckschrift FR-2.226.760 beschrieben ist.
Im wesentlichen bestimmt der Abstand L zwischen diesen Rän dem (der "Länge" des Elements genannt wird) die Resonanzfrequenz der Antenne.
Zu diesem Thema sind Gleichungen und sogar Schaulinientafeln ausgearbeitet und konstruiert worden.
So findet man beispielsweise im Werk "MICROSTRIP ANTENNAS von I.J. BAHL und P. BHARTIA, herausgegeben bei ARTECH HOUSE, 1980, daß ein rechteckiges Element, um die Resonanzfrequenz fr zu haben, folgende Länge L aufweisen muß:
wobei: &epsi;e = 0,5.(&epsi;+1) + 0,5.(&epsi;r-1)/ (1+12.h/W) (2)
&epsi;e die dielektrische Konstante des dielektrischen Substrats,
h die Höhe (oder Dicke) dieses Substrats, λ&sub0; die zu fr gehörige Wellenlänge in der Luft (d.h., 10 das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit zu dieser Frequenz)
und W die Breite des Elements ist, die beispielsweise entsprechend des vorstehend erwähnten Werkes durch die folgende Formel definiert ist:
Die Wahl der Breite W bedingt in einem geeigneten Maßstab die Qualität der Abstrahlung, nämlich ihren Wirkungsgrad und ihre Form (Strahlungsdiagramm).
Gemäß der vorstehend erwähnten Druckschrift wird außerdem der Radius eines kreisförmigen Elements gemäß der nachstehenden Formel erhalten:
wobei
K = 8,794/(fr,&epsi;r) (5)
Jedes Mikrobandelement kann als Element eines Netzes der folgenden Art verwendet werden:
- seriell,
- parallel,
- Kombination der beiden vorstehend genannten Arten.
Diese Technologie ermöglicht es, Antennen (oder Netze von Antennen) zu erhalten, die
- von geringer Dicke,
- leicht,
- preiswert (schnelle und einfache Herstellung) sind und
- die man "anpassen" kann, um sie in abwickelbare, beispielsweise zylindrische oder konische, Strukturen einzusetzen.
Die Mikrobandantenne ist in der Tat ein elektronischer Resonator, der durch Konstruktion eine höhere Güte Q aufweist. Aufgrund dieser Tatsache weisen die durch diese Technik entwickelten Antennen stets ein schmales Durchlaßband auf, d.h. daß die Resonanz nur punktuell zustande kommt, d.h., bei der Frequenz, für die die Antenne dimensioniert wurde, und bei Frequenzen, die sehr nahe bei dieser letzteren liegen.
Beispielsweise ist eine herkömmliche rechteckige Mikrobandantenne, die dafür ausgelegt ist, bei 1600 Mhz auf einem Substrat von 1 mm Dicke und mit einer Dielektrizitätskonstante &epsi;r = 2,2 in Resonanz zu schwingen, nur in einem Frequenzband von der Größenordnung von 1 % des Wertes der Resonanzfrequenz verwendbar, was für den Großteil der Anwendungen (Datenfernübertragung ...) unzureichend ist.
Es wurden bereits mehrere Verfahren vorgeschlagen, um diese Schwierigkeit zu überwinden, wobei eine Übersicht derselben im Artikel BANDWIDTH EXTENSION TECHNIQUES IN PRINTED CON- FORMAL ANTENNAS von A. HENDERSON, J.R. JAMES und C.M. HALL (Military Microwaves 1986) gegeben ist.
Daseinfachsteverfahren, um das Durchlaßband der Antenne zu vergrößern, besteht darin, die dielektrische Schicht dicker zu machen. Wenn man die Resonanzstruktur als eine Kavität betrachtet, deren Wände (Magnetwände) durch folgendes gebildet werden:
1 - die leitende Oberfläche des Elements,
2 - der Teil der Masseebene, der der senkrechten Projektion dieser Oberfläche auf die Masseebene entspricht,
3 - die Magnetwände, die mit den Rändern des Elements durch die gesamte Dicke des Substrats zusammenfallen und deren Höhe diese Dicke ist,
dann führt das Erhöhen der Dicke der dielektrischen Schicht tatsächlich dazu, daß die Magnetwände verlängert werden, was dazu dient, das Durchlaßband der Kavität zu verbreitern.
Dieses Verfahren weist die folgenden Nachteile auf:
- geringfügige Verbreiterung des Durchlaßbandes,
- Vergrößerung der Widerstandsverluste im Substrat,
- Erzeugung von Oberflächenwellen,
- Erhöhung des Raumbedarfs der Antenne.
Das gängigste Konzept besteht darin, die nichtgespeisten Strahlerelemente (mit ihrer zugehörigen dielektrischen Schicht) auf das gespeiste Element zu schichten. Diese Elemente werden "parasitäre Elemente" genannt. Jedes dieser Elemente i ist so dimensioniert, daß es bei einer Frequenz Fi in Resonanz ist, die der Frequenz Fa des gespeisten Elements benachbart ist. Die elektromagnetische Kopplung zwischen diesen Elementen und dem gespeisten Element stellt die Energieübertragung an die "Parasiten" sicher. Der Frequenzgang der Einheit ist die Hülle der Gänge jedes der Elemente.
Die Nachteile dieser Struktur, die mehrschichtig genannt wird, und der aus ihr abgeleiteten Strukturen sind die folgenden:
- vergrößerte Dicke, was dann hinderlich sein kann, wenn verlangt wird, daß die Antenne klein ist, insbesondere wenn sie angepaßt werden muß (Anwendung im Bereich Raumfahrt, Raketen),
- mechanische Diskontinuitäten und Inhomogenitäten, die die Leistung dieser Antenne beeinflussen, wenn sie mechanischen oder thermischen Belastungen ausgesetzt ist (Antenne an Bord eines Raumfahrzeugs, einer Rakete oder eines Satelliten),
- Schwierigkeiten bei der Herstellung der Antenne, die Abmessungen und relativen Positionen der verschiedenen Schichten einzuhalten (Einfluß auf die radioelektrische Leistung).
Es besteht somit für bestimmte Anwendungen die Notwendigkeit, eine Breitbandantenne mit einschichtiger Struktur (eine einzelne Dielektrizitätsschicht) zu entwickeln, die es ermöglicht, die vorstehenden Nachteile zu vermeiden.
Es wurde bereits vorgeschlagen, zwei rechteckige parasitäre Elemente entlang den nichtstrahlenden Seiten eines gespeisten rechteckigen Elements anzuordnen, ja sogar 4 rechteckige parasitäre Elemente entlang den Seiten dieses Elements so anzuordnen, daß eine starke Kopplung der den Elementen gegenüberliegenden Seiten ermöglicht wird. In diesem Zusammenhang sei insbesondere auf die Druckschrift WO-89/07838 oder den Artikel "Non-radiating Edges and Four Edges Gap-Coupled Multiple Resonator Broad Band Microstrip Antennas" von G. KUMAR und K.C. GUPTA, erschienen in I.E.E.E. Transactions on Antennas and Propagation, Vol AP 33 nº 2, Februar 1985, verwiesen. Vorzugsweise gibt es vier parasi täre Elemente, deren Abmessungen zumindest ähnlich denjenigen des zentralen Elements sind.
Das Vernetzen derartiger Antennen besteht darin, Gruppen von drei (vorzugsweise fünf) Elementen, von denen ein einziges gespeist ist, periodisch entlang einer oder sogar zwei Richtung(en) einer Ebene anzuordnen, was Probleme in bezug auf den Raumbedarf aufwirft: Es ist schwierig, beispielsweise eine Abstandsbedingung von der Art Δ < 0,5 % zu erfüllen, wenn es zwischen zwei gespeisten Elementen zwei parasitäre Elemente gibt, die durch einen wesentlichen Abstand getrennt sind; außerdem kann die Speisung nur durch eine Leitung in einer Unterschicht erfolgen, die sich unter der Masseebene befindet (siehe insbesondere die Druckschrift WO-89/07838, die die einzige der beiden vorstehend erwähnten Druckschriften ist, bei der ausdrücklich eine solche Zusammensetzung zu einem Netz vorgesehen ist). Man findet demzufolge die Nachteile bezüglich Geometrie oder Mechanik wieder, die der Mehrschichttechnik inhärent sind.
Die gleiche Art von Nachteilen findet sich insbesondere in den Konzepten, die in den Druckschriften US-4.933.680 und GB-2.067.842 beschrieben sind, wieder.
Außerdem wurde ein ringförmiges Mikrobandelement vorgeschlagen (siehe vorstehend erwähnte Gesamtübersicht), das es ermöglicht, ein Durchlaßband zu erhalten, das dreimal so groß ist wie das Durchlaßband, das für eine flache Mikrobandscheibe erhalten wird. In jedem Fall zeigt dieses Konzept die folgenden Nachteile:
- der äußere Durchmesser des Ringes ist sehr viel größer als derjenige der entsprechenden Scheibe (d.h. derjenigen, die die gleiche zentrale Resonanzfrequenz aufweist). Dieses Konzept ist somit unvereinbar mit dem Wunsch nach einem geringen Abstand zwischen den Phasenzentren (beispielsweise Δ/λ&sub0; < 0,5),
- das breite Durchlaßband wird nur für eine ganz bestimmte Erregermode (TM12) erhalten, wodurch es notwendig wird, die Energiequelle mit präzisen Punkten des Ringes, an präzisen Abständen von seinen äußeren und inneren Rändern zu verbinden: diese Art der Einspeisung ist nicht mit dem Wunsch nach einer koplanaren Einspeisung vereinbar.
Die Druckschrift US-A-4.987.421 schlägt gleichermaßen eine Mikrobandantenne vor, die einen Strahlerring aufweist, der auf einem Dielektrikum gegenüber einer leitenden- Masseebene gelegen ist, mit einer Speisung, die durch das Dielektrikum im Inneren des Ringes verläuft, und einem Mikrowellenkreis, der sich ebenfalls im Inneren des Ringes befindet und die Speisung mit dem inneren Rand des Ringes verbindet. Es kann ein oberes Dielektrikum vorhanden sein, das durch eine Zwischenschicht aus Luft oder aus einem Dielektrikum abgetrennt ist, mit einem parasitären Element, das gegenüber dem Ring angeordnet ist. Der Mikrowellenkreis weist vorzugsweise eine Anpassungsschaltung und einen Verstärker auf. Wenn ein nichtgespeistes Leiterelement im Inneren des Ringes angeordnet wird, ist es im Prinzip mit der Masseebene durch das Dielektrikum hindurch verbunden. Die so erhaltenen Antennen sind kompakt und haben geringe Verluste, aber sie sind komplex, ohne die Möglichkeit der Speisung der Elemente. Es gibt nichts, womit ein breites Durchlaßband erreicht werden könnte.
Was die Druckschrift US-A-4.157.548 betrifft, so behandelt sie Doppelantennenelemente, d.h. Paare identischer Elemen te, die zu beiden Seiten eines dielektrischen Trägers angeordnet sind, so daß jedes Element als Masseebene für das andere dient. Es wird eine große Anzahl an Formen vorgeschlagen, und wenn ein rechteckiges Element im Inneren eines anderen rechteckigen Elements vorgeschlagen wird, wird es als äquivalent dargestellt, sie miteinander zu verbinden oder sie ohne Kontakt zu lassen. Es ist nichts vorgesehen, um das Durchlaßband zu vergrößern.
Die Erfindung hat als Aufgabe, die vorstehend erwähnten Nachteile zu beseitigen, indem sie ein Mikroband-Einzelantennenelement vorschlägt, das die folgenden Vorteile in sich vereint:
- verbreitertes Durchlaßband im Vergleich zum Fall bekannter Elemente mit entsprechender Abmessung,
- geringe Gesamtdicke (d.h. insbesondere geringe Dicke des Dielektrikums),
- Ausführbarkeit in einschichtiger Struktur (eine einzige dielektrische Schicht und vorzugsweise eine einzige Schicht auf jeder Seite des Dielektrikums) ebenso wie in mehrschichtiger Struktur,
- Möglichkeit, die zusammengesetzte Antenne an eine akzeptable mechanische Halterung einzupassen,
- Möglichkeit des Einsatzes eines koplanaren Einspeisungsnetzes, d.h., es auf derselben Seite des Kreises wie die Strahl erelemente anzubringen,
- Möglichkeit, beim Vernetzen die strengen Abstandsvorgaben (beispielsweise: Δ/λ&sub0; < 0,5) zwischen den gewünschten Phasenzentren der Elemente aus Gründen des Raumbedarfs oder für die bessere Kontrolle des Strahlungsdiagrammes einzuhalten,
- Einfachheit der Herstellung.
Die Erfindung schlägt zu diesem Zweck eine Mikroband-Einzelantenne vor, aufweisend ein dielektrisches Substrat konstanter Dicke, auf dessen einer Seite sich eine metallische Leiterschicht erstreckt, welche eine Masseebene bildet, und auf dessen anderer Seite sich ein Strahlerelement erstreckt, das elektrisch mit einer Speiseleitung verbunden ist, wobei dieses Element von einer Leiterschleife konstanter Breite l gebildet wird, wobei diese Antenne dadurch gekennzeichnet ist, daß diese Schleife ein inneres, nicht gespeistes parasitäres Element umgibt, wobei sie von diesem inneren parasitären Element durch einen kontinuierlichen, in sich geschlossenen Spalt konstanter Breite e getrennt ist, welcher geeignet ist, eine Kopplung zwischen der Schleife und dem inneren parasitären Element zu gewährleisten.
Es ist anzumerken, daß ein derartiges Einzelelement wesentliche Unterschiede im Vergleich zur Lehre der US-4.771.291, welche ein Doppelfrequenz-Mikrobandantennenelement betrifft, aufweist.
Zunächst offenbart diese Druckschrift, wenn man die geringe Breite der Durchlaßbänder der bekannten Mikrobandantennenelemente zur Kenntnis nimmt, daß die angestrebte Funktionsweise in der Praxis nicht fur ein kontinuierliches Band, sondern für zwei oder mehrere diskrete Frequenzen zustande kommt. Diese Druckschrift behandelt somit nicht die Frage, wie ein breites Durchlaßband zu erhalten ist, was bereits ausreicht, um sie von der Erfindung zu unterscheiden.
Andererseits wird gemäß dieser Druckschrift eine Art der Einspeisung eingesetzt, die eine starke Besonderheit aufweist, da die Signale mit den angestrebten Radiofrequenzen an die Masseebene angelegt werden, was völlig unvereinbar mit dem Prinzip einer koplanaren Einspeisung ist.
Außerdem lehrt diese Druckschrift, Spalte in die Elemente einzufügen, im allgemeinen in Kombination mit Metallteilen, die zum Kurzschließen dieser Elemente mit der Masseebene (wodurch ebenfalls eine koplanare Einspeisung verhindert wird) das Dielektrikum an ganz genauen Stellen durchqueren. Der besondere Fall eines Spaltes in Form eines C ist vorgesehen, wobei ein rechteckiges Element gebildet wird (es wird keine andere Form angestrebt), das an eine Leitung angeschlossen ist, die es umgibt. Die Tatsache, daß es mehrmals angeführt wird, daß dieses Element und diese Leitung parallel geschaltet sind, steht völlig im Gegensatz zur Erfindung, die zwischen einem gespeisten Band und einem nicht gespeisten Element, das von diesem Band umgeben wird, unterscheidet, wobei sie einfach elektromagnetisch gekoppelt sind. Hierzu ist anzumerken, daß gemäß dieser Druckschrift angestrebt wird, den Kopplungseffekt vernachlässigen zu können.
Man wird es schätzen, daß die Erfindung sich sehr gut für eine Konstruktion durch eine gedruckte Schaltung eignet, da sie es ermöglicht, daß die Gesamtheit der Speiseleitungen, der gespeisten Bänder und der massiven, nicht gespeisten (oder parasitären) Elemente auf einer einzigen Seite hergestellt sind, ohne daß irgendeine Durchkreuzung des Dielektrikums stattfindet. Dies ist sehr vorteilhaft, wenn mehrere Elemente der vorstehend genannten Art vernetzt werden.
Die Erfindung schlägt außerdem ein Antennennetz vor, das aus einer Vielzahl von Einzelelementen gebildet wird, die von einem gespeisten Band gebildet werden, das ein massives Element umgibt, wobei es von ihm durch einen als geschlossene Schleife ausgebildeten Spalt getrennt wird, wobei diese Elemente in Serie, parallel oder in einer seriellparallel-Mischkonfiguration angebracht sind. Eine solche Antenne eignet sich sehr gut bei strengen Abmessungsvor gaben, wie beispielsweise Δ/λ&sub0; < 1 oder sogar 0,5.
Gemäß bevorzugter Lehren der Erfindung, die eventuell kombiniert werden können:
- beträgt das Verhältnis l/e zwischen 1/5 und 5, wobei mindestens eine der Größen 1 oder e mindestens etwa zwischen 0,001 und 0,1 mal das Verhältnis λ&sub0; &epsi;e ist, wenn λ&sub0; die zur Betriebsfrequenz der Antenne gehörende Wellenlänge und &epsi;e die effektive Dielektrizitätskonstante des Ausbreitungsmediums, das vom Substrat und dem Element gebildet wird, ist,
- ist mindestens eine der Größen l oder e mindestens etwa zwischen 0,003 und 0,05 mal das Verhältnis λ&sub0;/,&epsi;e,
- ist das innere parasitäre Element kreisförmig, wobei die Leiterschleife und der Spalt konzentrisch zu ihm sind,
- ist der Durchmesser des inneren parasitären Elements mindestens etwa 0,5 mal das Verhältnis λ&sub0;/ &epsi;e,
- ist das innere parasitäre Element von polygonaler Form,
- ist das innere parasitäre Element viereckig,
- ist die Seite des inneren parasitären Elements mindestens etwa 0,5 mal das Verhältnis λ&sub0;/ &epsi;e,
- ist die Speiseleitung (5, 15, 25) zu diesem Element koplanar.
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, die als nicht beschränkendes Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, in denen:
- Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Einzelantennenelements ist,
- Fig. 2 eine Impedanzkurve ist, die als Funktion der Frequenz in einem SMITH-Abakus für eine Antenne gemäß Fig. 1 aufgetragen, jedoch nicht optimiert ist,
- Fig. 3 die Impedanzkurve dieser Antenne nach Optimierung, ebenfalls in einem SMITH-Abakus aufgetragen, ist,
- Fig. 4 eine Ansicht eines Strahlerelements gemäß Fig. 1, jedoch kreisförmig, ist,
- Fig. 5 eine Darstellung der Impedanzkurve eines Antennenelements gemäß Fig. 4 im Frequenzbereich von 2,3 GHz bis 2,4 GHz in einem SMITH-Abakus ist,
- Fig. 6 ein Bezugssystem ist, das zu einem Antennenelement mit einem Element gemäß Fig. 4 gehört und es ermöglicht, Schnitte des Strahlungsdiagramms zu definieren,
- die Fig. 7A bis 7F die Schnitte φ=o und φ=90º jeweils für 2,3 GHz, für 2,35 GHz und für 2,4 GHz zeigen,
- Fig. 8 eine Ansicht eines Strahlerelements entsprechend Fig. 1, jedoch in viereckiger Form, ist,
- Fig. 9 ein Antennennetz ist, das durch Aneinanderreihung von 24 identischen Antennenelementen entsprechend demjenigen von Fig. 4 gebildet ist,
- die Fig. 10A und 10B den Frequenzgang des Antennennetzes von Fig. 9 jeweils in einem TOS/Frequenz-Diagramm und in einem SMITH-Abakus im Frequenzbereich von 2,29 GHz bis 2,42 GHz wiedergeben,
- Fig. 11 eine Explosionsansicht eines Antennennetzes ist, das einen zylindrischen Körper umschließt und aus 4 Antennennetzen gemäß Fig. 10 gebildet wird, und
- die Fig. 12A und 12B Schnitte bei φ=0 und φ=90º des Strahlungsdiagramms der Antenne von Fig. 11 im Bezugssystem dieser Fig. 11 sind.
Das prinzipielle Schema eines erfindungsgemäßen Antennenelements ist in Fig. 1 gegeben.
Dieses Antennenelement, das in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnet ist, weist ein dielektrisches Substrat 2 auf, auf dessen Unterseite (I) sich eine metallische Leiterschicht 3 erstreckt, welche eine Masseebene bildet, und auf dessen Oberseite (S) sich ein Element 4 erstreckt, das in Mikrobandtechnik aus einem Leitermaterial gemacht ist und mit einer Speiseleitung 5, die vorzugsweise koplanar zum Element 4 ist, verbunden ist.
Das Substrat 2 ist in der Praxis homogen und von konstanter Dicke.
Gemäß einer nicht gezeigten Ausführungsform kann dieses Element durch direkten Kontakt mit einem Kabel, das das Substrat durchquert, wobei es gegenüber der Masseebene 3 isoliert ist, gespeist werden.
Erfindungsgemäß wird das Element 4 durch eine Leiterschleife 6 konstanter Breite 1 gebildet, die ein inneres massives Element 7 umgibt, das gegen die Schleife isoliert ist (d.h. nicht verbunden), dessen äußerer Rand dem inneren Rand der Schleife in einem konstanten Abstand e ungleich folgt, um einen kontinuierlichen Spalt 9, der in sich geschlossen ist, konstanter Dicke e zu bilden.
Man wird es schätzen, daß das innere Element 7 nicht direkt gespeist wird und nicht mit der inneren Schleife gekoppelt ist: es verhält sich somit wie ein inneres parasitäres Element.
Der Umriß dieses inneren parasitären Elements ist in Fig. 1 unbedeutend. In der Praxis hat dieser Umriß eine einfache geometrische Form (Kreis, Quadrat, Rechteck, Polygon mit eventuell abgerundeten Ecken, Ellipse, Oval ...).
Dieses Element 4 kann, was seine Dimensionierung betrifft, so analysiert werden, als ob es ein klassisches Element wäre, das dafür ausgelegt ist, bei einer gewünschten Frequenz zu strahlen (wenn es gespeist wird), das von einer Leiterschleife umgeben ist, die seine Güte verringert, d.h., daß sie die Spitze verbreitert, d.h., daß sie das Durchlaßband verbreitert.
Mit anderen Worten, die Zentralfrequenz des Antennenelements (oder der Einzelantenne) 1 wird durch die Form und die Dimensionen des inneren parasitären Elements 7 definiert, wobei die klassischen Regeln (Gleichungen oder Abaken) der Dimensionierung angewendet werden, beispielsweise jene, die vorstehend erwähnt wurden und die in der vorstehend erwähnten Arbeit "Microstrip Antennas" von BAHL und BARTHIA angegeben sind.
Die Breite e des Spaltes ist so gewählt, daß eine starke Kopplung zwischen der gespeisten Schleife 6 und dem parasitären Element 7 sichergestellt wird. Die Breite 1 der Leiterschleife ist insbesondere so gewählt, daß eine gute Kopplung durch den Spalt auf seiner gesamten Länge ermöglicht wird.
Der Frequenzgang des Elements 4 hängt natürlich von der genauen Wahl der Dimensionen des inneren parasitären Elements, des Spaltes und der Schleife ab. Die definitive Dimensionierung geschieht beispielsweise durch Iteration ausgehend von einer geschätzten Anfangsdimensionierung als Funktion der für das Antennenelement (oder das Antennennetz unabhängig von den einzelnen Leistungen der Elemente der Antenne) aufgestellten Anforderungen.
Beispielsweise kann man, nachdem das innere parasitäre Element als Funktion der angestrebten zentralen Frequenz dimensioniert wurde (siehe oben), die Größen l und e willkürlich auswählen, wobei die vorstehend definierten Ungleichungen berücksichtigt werden müssen, wenn λ&sub0; die zur zentralen Frequenz gehörende Wellenlänge und &epsi;e die effektive Dielektrizitätskonstante des Ausbreitungsmediums, das vom Antennenelement gebildet wird (siehe oben), ist:
- das Verhältnis l/e liegt etwa zwischen 1/5 und 5,
- mindestens eine der Größen 1 oder e ist mindestens näherungsweise zwischen 0,001 und 0,1 (vorzugsweise zwischen 0,003 und 0,05) mal das- Verhältnis λ&sub0;/,&epsi;e.
Die Art der elektrischen Speisung der Schleife beeinflußt das Verhalten der Einzelantenne, in erster Linie die Hauptpolarisation derselben (die in der Praxis parallel zu einer gedachten Linie ist, die den Punkt der Einspeisung mit einem zentralen Punkt des inneren parasitären Elements 7 verbindet).
Ausgehend von einer solchen Hauptdimensionierung liegt es im Ermessen des Fachmannes, eine Optimierung als Funktion bestimmter Vorgaben der angestrebten Leistungsmerkmale durchzuführen. So führt beispielsweise der Optimierungsprozeß im Hinblick auf das Erreichen eines vorgegebenen TOS-Koeffizienten (beispielsweise 2 oder sogar 1,5), wie dies bekannt ist, den Fachmann dazu, die Abmessungen so anzupassen, daß in einem unter dem Namen SMITH-Abakus bekannten Abakus der größtmögliche Teil der Impedanzkurve des Antennenelements (oder gegebenenfalls des Antennennetzes) für einen vorgegebenen Frequenzbereich (f&sub1;, f&sub2;) in einen um so kleineren Strahlungskreis zu bringen, je geringer der geforderte TOS-Wert ist. Je größer der im Kreis enthaltene Teil der Kurve ist, desto breiter ist das Durchlaßband.
Beispielsweise wird der Optimierungsprozeß dazu führen, die Kurve A von Figur 2, die kaum den Kreis C, welcher den angestrebten TOS-Wert darstellt, schneidet, in die Kurve B von Fig. 3 überzuführen, bei der eine ganze Schleife im Kreis C enthalten ist (es sei in diesem Zusammenhang daran erinnert, daß im SMITH-Abakus jede Schleife einer Resonanz entspricht).
Fig. 4 zeigt ein Element 14, das dem Element 4 von Fig. 1 entspricht, jedoch für eine kreisrunde Form. Dieses Element 14 weist ein inneres parasitäres Element 17 vom Durchmesser D auf, das durch einen kreisförmigen Spalt 18 von einer umliegenden kreisförmigen Schleife 16 getrennt ist.
Die Schleife 16 wird durch eine koplanare Leitung 15 gespeist.
Beispielsweise kann die Dimensionierung des Elements ausgehend von Iterationsprozeß anhand der folgenden Näherungsformeln (bis auf beispielsweise 20 %) ausgewählt werden:
l = λ&sub0;/(175.,&epsi;e)
e = λ&sub0;/( 87.,&epsi;e)
D = λ&sub0;/( 2.,&epsi;e)
Diese Größenordnungen ermöglichen es, auf sichere Art eine Dimensionierung der ersten Ordnung des Elements zu erhalten, d.h. einen Ausgangspunkt im Hinblick auf die Präzi sierung durch Iterationen.
Die Optimierung der Dimensionierung hängt, wie dies bereits angesprochen wurde, von den angestrebten Leistungen ab, beispielsweise von einer Vorgabe, die den TOS-Wert betrifft.
Im Fall eines dielektrischen Substrats einer Dicke von 2,28 mm (beispielsweise aus dem Material TLX von TACONIC in den Vereinigten Staaten) und eines DK-Koeffizienten von 2,55 (wobei DK die Dielektrizitätskonstante bezeichnet) mit Masseebenen und Elementen mit Dicken von 35 µm, die aus Kupfer gebildet sind, führt die Optimierung der Dimensionierung für eine Strahlung im Bereich 2,3 GHz bis 2,4 GHz beispielsweise zu folgenden Ergebnissen:
1 = 0,5 mm
e = 1 mm
D = 47 mm.
In diesem Beispiel beträgt 1 0,5 e. Andere Versuche haben zufriedenstellende Ergebnisse für andere Werte, wie z.B. 1 = 3e, gezeigt.
Fig. 5 zeigt die 56 erhaltene Impedanzkurve zwischen den Punkten Fl und F2, die jeweils 2,3 GHz und 2,4 GHZ entsprechen, nach Anpassung mit Hilfe einer λ/4-Vorrichtung jeder bekannten geeigneten Art, die nicht gezeigt ist, wie z.B. einer Verbreiterung der Speiseleitung auf einer Distanz von λ&sub0;/(4. &epsi;e nach ihrer Verbindung mit der Leiterschleife.
Man beobachtet, daß auf dem gesamten betrachteten Band (TOS < 2) der Frequenzgang sehr regelmäßig und homogen ist. Dies zeigt, daß das eingesetzte Phänomen nicht eine Folge von Resonanzen zum Ergebnis hat, sondern eine einzige Resonanz, deren Qualität "verschlechtert" wurde.
Fig. 6 zeigt ein Bezugssystem, das zu einem Antennenelement mit einem Element gehört, das demjenigen von Fig. 4 entspricht, in dem die Schnitte des Strahlungsdiagramms, die in den Fig. 7A bis 7F gegeben sind, für φ=0 und φ=90º und für 2,3 -2,35 - 2,4 GHz definiert sind, d.h. für drei Frequenzen des vorstehend betrachteten Frequenzbandes.
Die Hauptschnitte des Strahlungsdiagramms, die bei der Zentralfrequenz von 2,35 GHz gemessen wurden, zeigen, daß jenes dem Diagramm eines klassischen Mikrobandelements mit schmalem Durchlaßband in der Qualität zumindest gleichwer tig ist (d.h. hemisphärisch und formstabil als Funktion der Frequenz).
Das Element von Fig. 4 erfüllt damit die Aufgaben der Erfindung gut.
Fig. 8 zeigt ein Element, das mit demjenigen von Fig. 1 vergleichbar ist, jedoch von quadratischer Form ist: Dieses Element, das in seiner Gesamtheit mit 24 bezeichnet ist, weist ein inneres parasitäres Element 27 mit einer Seite L auf, das durch einen Spalt 28 der Dicke e von einer quadratischen Leiterschleife 26 der Breite 1, die es umgibt, getrennt ist.
Man verwendet beispielsweise für eine Dimensionierung von Anfang an die gleichen Regeln wie für das Element von Fig. 4, wobei D durch L ersetzt wird.
Akzeptable Leistungen wurden erhalten, wobei die Werte
l = 1 mm
e = 0,5 mm
L = 47 mm
für die gleichen Materialien wie im Beispiel des vorstehend erwähnten kreisförmigen Elements verwendet wurden und wobei im wesentlichen der gleiche Frequenzbereich bestrichen wurde.
Tatsächlich kann eine kreisförmige Form einer rechteckigen oder quadratischen (oder sogar polygonalen) Form insofern vorzuziehen sein, als bei einer Abstrahlung mit hoher Leistung die Ecken eine Neigung zur Bildung eines Lichtbogens zeigen, der das Antennenelement lokal zerstören kann.
Wie bereits vorstehend erwähnt wurde, erstreckt sich die Erfindung auf andere Formen von inneren parasitären Elementen, wie z.B. Polygone mit eventuell abgerundeten Ecken, Ellipsen, insbesondere Ovale.
Es wurde vorstehend bereits angedeutet, daß die Dimensionierung des Elements im Hinblick auf seine zukünftige Anwendung erfolgen muß.
Beispielsweise wird, wenn das Element wiederholt in einem Netz eingesetzt wird, das Durchlaßband der Gesamtheit des Netzes eine Funktion des Durchlaßbandes des Elements sein, jedoch nicht notwendigerweise das gleiche.
Wenn beispielsweise die Distanz zwischen den Elementen (alle identisch) eines parallelen Netzes so ist, daß die Kopplungen zwischen Elementen nicht vernachlässigbar sind, wird der Frequenzgang des Netzes vom Frequenzgang jedes einzeln genommenen Elements verschieden sein. Man beobachtet im allgemeinen, daß die Resonanzschleife des Netzes kleiner ist als diejenige des isolierten Elements. In diesem Fall ist es sinnvoll, ein Element zu verwenden, das eine leicht überdimensionierte Resonanzschleife (wie die Schleife A von Fig. 2) aufweist.
Die Variationsrichtungen sind wie folgt:
- wenn 1 wächst, wobei e konstant bleibt,
- wenn e wächst, wobei l konstant bleibt,
sind die beobachteten Effekte abgesehen davon, daß die Resonanzschleife des Elements wächst, ähnlich.
Die Fig. 9 bis 128 zeigen die Endanwendung des vorstehend vorgestellten Einzelantennenkonzeptes bei einem Vernetzen des optimierten Elements.
Das Netz von Fig. 9 ist ein paralleles Netz in einer einzigen Dimension. Da diese Anwendung nur als nicht beschränkendes Beispiel gezeigt ist, kann man in jedem Fall das erfindungsgemäße Element bei einem seriellen Netz oder bei einem zweidimensionalen, ebenen oder ausgerichteten Netz verwenden.
Fig. 9 zeigt ein Antennennetz 50, das aus 24 optimierten Elementen 14 entsprechend Fig. 4 gebildet ist.
Diese 24 Elemente werden ausgehend von einem Punkt 0 durch ein Netz gespeist, das zumindest teilweise koplanar ist und einen Zweifachteiler, der mit 51 bezeichnet ist, aufweist, welcher zwei andere Zweifachteiler speist, die mit 51A bezeichnet sind und jeweils zwei Zweifachteiler speisen, welche mit 52 bezeichnet sind und ihrerseits jeweils zwei Dreifachteiler, die mit 53 bezeichnet sind, speisen.
Die Frequenzgänge dieses Antennennetzes werden in den Fig. 10A und 10B gezeigt, wo die mit 1, 2 und 3 bezeichneten Frequenzen jeweils 2,29 GHz, 2,42 GHz und 2,3576 GHz entsprechen.
Man beobachtet, daß das Durchlaßband für einen TOS-Wert von weniger als 2 115 MHz beträgt, was 4,9 % der Zentralfrequenz entspricht, was besser ist als das, was man mit einem klassischen kreisförmigen massiven Element gleicher Abmessung erhält.
Mehrere Netze 50A, 50B, 50C und 50D, die dem von Fig. 9 entsprechen, werden anschließend auf eine Zylinderstruktur aufgebracht, so daß:
- die Elemente auf der gleichen Höhe gleichmäßig auf der Struktur verteilt sind,
- die Elemente bis auf eine vorgegebene Toleranz mit gleicher Phase und gleicher Amplitude gespeist werden.
Diese Anordnung ermöglicht es, ein sehr rundes Strahlungsdiagramm zu erhalten, was das Ziel in den meisten Teleme trieanwendungen ist. Um dieses Strahlungsdiagramm zu optimieren, kann eine Berechnung der optimalen Anzahl an Elementen durch Software ausgeführt werden. Im allgemeinen führt diese Berechnung zu einem Resultat, das ähnlich dem vorstehend angeführten ist, nämlich einer Distanz zwischen aufeinanderfolgenden Elementen von höchstens etwa der Hälfte der Wellenlänge in Luft (Δ/λ&sub0; < 0,5). Die Anzahl an Elementen muß außerdem dem Speisenetz und den zugehörigen Vorgaben (Leistungsteiler etc. ...) Rechnung tragen.
In dem in Fig. 11 gezeigten Fall werden 96 Elemente auf der Struktur auf einem Zylinder 100 eines Durchmessers von 1 m bei 2350 MHz aufgeteilt, d.h. 4 Netze 50 (mit 50A bis 50D bezeichnet). Wie vorstehend angedeutet, müssen für jedes Netz 50 drei Zweifachteilerstufen und eine Dreifachtei lerstufe (24 = 2³ x 3) zum Speisen der Einzelelemente vorgesehen sein.
Die Teilerstufen, die es ermöglichen, das Signal auf 4 Unternetze zu verteilen, sind koaxial. Die anderen, innerhalb der Unternetze gelegenen Stufen, sind vom Mikrobandtyp und in die koplanare Speisung, wie in Fig. 9 angedeutet, integriert.
Man stellt in Fig. 9 fest, daß der Dreifachteiler folgende Besonderheit aufweist: Jeder der Zweige des Teilers weist bis auf Xo die gleiche Länge auf. Tatsächlich weist der mittlere Zweig eine beliebige Länge 1 auf, während die seitlichen Zweige eine Länge L = 1 + % haben, wobei λ&sub0; die Wellenlänge in Luft bei der Zentralfrequenz des Nutzbandes (hier 2350 MHz) ist. Das Merkmal "gleichphasig" der Speisung wird nicht mehr starr eingehalten. Es wird eine Abweichung von +/- 12º auf der Gesamtheit des Nutzbandes zugelassen.
Diese Art der Betrachtung muß insbesondere von Fall zu Fall als Funktion der Anwendungsart berücksichtigt werden. Für ein ähnliches Netz auf einem Zylinder eines Radius von 650 mm wäre die Anzahl an aufzuteilenden Elementen bei der gleichen Frequenz gleich 64 und ein Versorgungsnetz mit 6 Zweifachteilern würde die geforderte Aufgabe erfüllen.
Es sei daran erinnert, daß das beschriebene Element sich sehr gut für jeglichen Zusammenschluß zu einem Netz mit den klassischen Vorgaben bezüglich des Abstandes zwischen den Strahlerelementen des Netzes eignet.
In Fig. 12 sind die Schnitte θ + 90º und φ = 0º des Strahlungsdiagramms der Zylinderantenne, gemessen im Bezugssystem von Fig. 11, dargestellt.
Man bemerkt, daß das Diagramm dieses Antennengürtels sehr ungerichtet ist. Die Energieaufteilung der Strahlung ist sehr homogen, was in jedem Fall den Erfordernissen der Telemetrieverbindungen entspricht.
Die vorgestellten Antennen können für folgendes verwendet werden:
- Anbringung auf einer Ebene,
- Anbringung auf einer Zylinderform, für alle Telekommunikationssysteme. Die vorstehende Anwendung wurde für eine Telemetrieanwendung auf einem bewegten Körper entwickelt.
Dieses Konzept eignet sich aufgrund seiner Eigenschaften besonders gut für den Einsatz auf einem bewegten Körper:
- Möglichkeit, mit einer einzigen dielektrischen Schicht zu arbeiten (sehr einfache Antennentechnologie: Elemination der Risiken der Schichtauflösung und der Probleme in bezug auf Klebung und auf mechanischen Halt),
- geringe Dicke (Beibehaltung der aerodynamischen Merkmale).

Claims

1. Mikroband-Einzelantenne (1), aufweisend ein dielektrisches Substrat (2) konstanter Dicke, auf dessen einer Seite sich eine metallische Leiterschicht (3) erstreckt, welche eine Masseebene bildet, und auf dessen anderer Seite sich ein Strahlerelement (4, 14, 24) erstreckt, das elektrisch mit einer Speiseleitung (5) verbunden ist, wobei dieses Element (4, 14, 24) von einer Leiterschleife (6, 16, 26) konstanter Breite l gebildet wird, wobei diese Antenne dadurch gekennzeichnet ist, daß diese Schleife ein inneres, nicht gespeistes parasitäres Element (7, 17, 27) umgibt, wobei sie von diesem inneren parasitären Element durch einen kontinuierlichen, in sich geschlossenen Spalt (8, 18, 28) konstanter Breite e getrennt ist, welcher geeignet ist, eine Kopplung zwischen der Schleife und dem inneren parasitären Element zu gewährleisten.

2. Einzelantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis l/e zwischen 1/5 und 5 beträgt, wobei mindestens eine der Größen l oder e etwa zwischen 0,001 und 0,1 mal das Verhältnis λo/,&epsi;e ist, wenn λo die Länge der zur Betriebsfrequenz der Antenne gehörenden Welle und &epsi;e die effektive Dielektrizitätskonstante des Ausbreitungsmediums, das vom Substrat und dem Element gebildet wird, ist.

3. Einzelantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,- daß mindestens eine der Größen l oder e mindestens etwa zwischen 0,003 und 0,05 mal das Verhältnis λo/,&epsi;e ist.

4. Einzelantenne nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere parasitäre Element (14) kreisförmig ist, wobei die Leiterschleife (16) und der Spalt (18) zu ihm konzentrisch sind.

5. Einzelantenne nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des inneren parasitären Elements (14) mindestens etwa 0,5 mal das Verhältnis λo/,&epsi;e ist.

6. Einzelantenne nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere parasitäre Element (24) von polygonaler Form ist.

7. Einzelantenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das innere parasitäre Element viereckig ist.

8. Einzelantenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seite des inneren parasitären Elements (24) mindestens etwa 0,5 mal das Verhältnis λo/,&epsi;e ist.

9. Einzelantenne nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitung (5, 15, 25) zu diesem Element koplanar ist.

10. Antenne (50), die in mindestens einer Richtung aus einem Netz von Einzelantennen (14) nach Anspruch 1 gebildet ist, die in Serie und/oder parallel gespeist werden.

11. Antenne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelantennen durch ein Speisenetz, das zumindest teilweise koplanar zu den Elementen ist, gespeist werden.

12. Antenne nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelantennen mit der gleichen Phase und der gleichen Amplitude gespeist werden.

13. Antenne nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer ringförmigen Serie äquidistanter Einzelantennen auf einem Zylinder gebildet ist, die in einer transversalen Ebene dieses Zylinders angeordnet ist.