DE69633986T2

DE69633986T2 - Breitbandige Antenne mit einem halbkreisförmigen Stahler

Info

Publication number: DE69633986T2
Application number: DE69633986T
Authority: DE
Inventors: Taisuke c/o Intellectual Prop. Dept. 2-chome Chiyoda-ku Ihara; Koichi c/o Intellectual Prop. Dept. 2-chome Chiyoda-ku Tsunekawa; Makoto Yokosuka-shi Kijima
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Mobile Communications Networks Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 1995-09-27
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2016-09-20
Also published as: CA2186186C; CA2186186A1; CN1091307C; CN1151621A; EP0766343B1; DE69633986D1; US5872546A; EP0766343A3; DE69627262D1; DE69627262T2; EP1249893A2; KR970018845A; EP1249893B1; EP0766343A2; EP1249893A3; KR100211229B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne, die eine Bandbreite von beispielsweise 0,5 bis 13 GHz aufweist, aber klein ist, und insbesondere auf eine Antenne mit einem halbkreisförmigen Strahler oder halbkreisförmigen, bandförmigen Strahler.
In R. M. Taylor, "A Broadband Omnidirectional Antenna," IEEE AP-S International Symposium, 1994, Seite 1294 ist eine herkömmliche Breitbandantenne mit halbkreisförmigen Leiterscheiben offenbart, wie in 1 dargestellt. Diese herkömmliche Antenne besitzt zwei Elemente. Eines der Elemente setzt sich aus zwei halbkreisförmigen Leiterscheiben 12_1a und 12_2a zusammen, die eine gemeinsame Mittellinie Ox haben, welche durch die Scheitel ihrer Halbkreisbögen geht und sie rechtwinklig schneidet. Das andere Element setzt sich ebenfalls aus zwei Elementen 12_1b und 12_2b zusammen, die in ähnlicher Weise eine gemeinsame Mittellinie Ox aufweisen, die durch die Scheitel ihrer Halbkreisbögen geht und sie rechtwinklig schneidet. Die beiden Elemente sind so zusammengesetzt, daß die Scheitel ihrer Halbkreisbögen einander gegenüberliegen. Ein Speiseabschnitt ist zwischen den Scheiteln dieser Bögen der beiden Elemente vorgesehen. Ein Koaxialkabel 31 zur Speisung ist längs der Mitte eines der beiden Elemente angeordnet, wobei der Außenleiter des Kabels in Kontakt mit dem Element gehalten wird.
2 illustriert eine vereinfachte Version der in 1 gezeigten Antenne, die halbkreisförmige Leiterscheiben 12a und 12b aufweist, deren Scheitel ihrer Halbkreisbögen einander zugewandt sind. Der Speiseabschnitt ist zwischen den Scheiteln der beiden Leiterscheiben 12a und 12b vorgesehen, um sie mit dem Koaxialkabel 31 zu speisen, das an der Leiterscheibe 12b angebracht ist.
3 zeigt die VSWR-Kennlinie der in 2 gezeigten Antenne. Aus 3 geht hervor, daß die vereinfachte Antenne ebenfalls eine Breitbandeigenschaft aufweist, die sich ergab, wenn der Radius r jeder der halbkreisförmigen Leiterscheiben 12a und 12b zu 6 cm gewählt wurde. Die untere Bandgrenze bei VSWR < 2,0 beträgt 600 MHz. Da die Wellenlänge A der unteren Grenzfrequenz in diesem Fall annähernd 50 cm beträgt, muß der Radius r etwa (1/8) λ sein. Die Strahlungseigenschaften der in 1 gezeigten Antenne sind in einer Ebene senkrecht zur Mitellinie Ox ungerichtet, während die Strahlungseigenschaften der Antenne von 2 in einem Frequenzbereich von der unteren Grenzfrequenz zu einer Frequenz im wesentlichen gleich dem Doppelten der unteren Grenzfrequenz ungerichtet ist und eine hohe Richtwirkung in gleicher Richtung wie der Strahler 12a in der Ebene senkrecht zur Mittellinie Ox hat.
Die herkömmliche Antenne von 1 umfaßt ein oberes und ein unteres Paar von Antennenelementen, die jeweils aus zwei Sektorstrahlern gebildet sind, die einander kreuzen, weswegen die Antenne großen Raumbedarf hat. Auch bei der vereinfachten Antenne von 2 sind die sektorartigen halbkreisförmigen Strahler raumverbrauchend. Auch bezüglich der Größe erfordern die herkömmlichen Antennen halbkreisförmige Leiterscheiben, deren Radien wenigstens etwa 1/8 der untersten Resonanzwellenlänge betragen. Selbst die vereinfachte Antenne erfordert eine 2r mal 2r oder (1/4) λ mal (1/4) λ Antennenfläche. Demzufolge leiden die herkömmlichen Antennen an dem Problem, daß sie voluminös und platzverschwendend sind und daß sie, wenn die untere Grenzfrequenz verringert wird, dazu umgekehrt proportional voluminöser werden.
Die US-A-4,843,403 offenbart eine Breitbandkerbantenne, aus einem Substrat mit einer äußeren Fläche, einem ersten leitenden Strahler, der auf einer Seite der äußeren Fläche des Substrats angeordnet ist und eine erste gebogene Kante aufweist, einem zweiten leitenden Strahler, der an der anderen Seite der äußeren Fläche des Substrats angeordnet ist und eine zweite gekrümmte Kante aufweist, wobei die erste und die zweite gekrümmte Kante in enger Beziehung zueinander stehen und an einem Punkt in dichter Nachbarschaft beabstandet sind, um einen Speisepunktspalt zwischen sich zu definieren, wobei die benachbarten gekrümmten Kanten davon ausgehend sich allmählich öffnend auseinander gehen, um eine erste und eine zweite sich kontinuierlich erweiternde Kerbe zu bilden, die aneinander anschließen und von dem Speisepunktspalt ausgehen. Das Dokument erwähnt, daß das Substrat gebogen oder um den schmalen Schlitzabschnitt quer gefaltet sein kann, um eine Antenne mit verschiedenen Graden zweier nebeneinander liegender sich erweiternder Kerben zu bilden. Gezeigt ist ein gefalteter Antennenaufbau, der mehr oder weniger symmetrisch in der Art des Biegens ist, jedoch gibt das Dokument an, daß es eine unendliche Anzahl von Arten des Faltens, Biegens, Rollens etc. des Aufbaus gibt.
US-A-4,443,805 offenbart eine plattenartige Antenne aus zwei tangential aneinanderliegenden kreisförmigen Ringen, die durch einen Spalt miteinander verbunden sind, der in der unmittelbaren Umgebung des Zentrums der Symmetrie der Antenne erregt wird.
US-A-3,364,491 offenbart eine Antenne, die ein Paar ellipsenförmiger Strahler umfaßt, welche nebeneinander mit ihren longitudinal Achsen parallel montiert sind und durch eine angepaßte symmetrische Speisung gespeist wird.
DE-B-13 01 376 offenbart eine Antenne, die einen ellipsenförmigen Strahler umfaßt, der senkrecht auf einer Grundplatte montiert ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antenne zu schaffen, die die gleichen elektrischen Eigenschaften wie der Stand der Technik hat, aber weniger voluminös ist, bzw. eine Antenne, die eine geringere Größe aufweist und deren unterste Resonanzfrequenz niedriger liegt, als dies in der Vergangenheit der Fall war.
Diese Aufgabe wird mit einer Antenne gemäß Patentanspruch 1 und 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Antenne, gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, zeichnet sich durch einen halbkreisförmig bogenartigen Strahler aus, in dessen Innerem ein praktisch halbkreisartiger Raum oder ein halbkreisartiges Gebiet gebildet wird (nachstehend als eine Kerbe bezeichnet). Eine ebene leitende Grundplatte ist in einer Ebene senkrecht zum Strahler, dem Scheitel von dessen Halbkreis bogen gegenüberliegend, platziert, wobei ein Speisepunkt am Scheitel des Halbkreisbogens liegt. Alternativ wird ein anderer Strahler mit ungefähr der gleichen Konfiguration wie der zuvor genannten so angeordnet, daß die Scheitel ihrer entgegengesetzten Halbkreisbögen einander gegenüberliegen, wobei die Scheitel ihrer Halbkreisbögen als Speisepunkte genutzt werden.
Wenigstens ein Strahlungsglied, welches sich in der Form von dem halbkreisförmig bogenartigen Strahler unterscheidet, kann in dessen halbkreisförmiger Kerbe angeordnet und mit der Umgebung des Speisepunktes verbunden werden.
Bei der Antenne gemäß der Erfindung ist es möglich den Raum für das Antennenelement zu reduzieren, und zwar unter Aufrechterhaltung der gleichen Breitbandeigenschaften wie in der Vergangenheit, indem die halbkreisförmige Kerbe in dem halbkreisförmigen Strahler zur Bildung des bogenartigen Strahlers gebildet wird und/oder der halbkreisförmige oder bogenartige Strahler in eine zylindrische Form gebogen wird. Durch Aufnahme eines weiteren strahlenden Elements in der Kerbe des halbkreisförmigen Strahlers ist es möglich eine Multiresonanzantenne ohne Vergrößerung des Antennenelements zu erzielen, und die VSWR-Kennlinie kann verglichen mit der des Standes der Technik dadurch verbessert werden, daß der halbkreisförmige Strahler in zylindrische Form gebogen wird.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Antenne ist,
2 eine perspektivische Ansicht ist, die eine vereinfachte Version der Antenne von 1 darstellt,
3 eine graphische Darstellung der VSWR-Kennlinie der Antenne von 2 ist,
4 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Antennenaufbaus ist,
5A ein Diagramm ist, das die Stromdichteverteilung an einem Strahler des Antennenaufbaus von 4 zeigt,
5B eine graphische Darstellung der VSWR-Kennlinie ist, die mit Strahlern unterschiedlicher Formen bei dem Aufbau von 4 erhalten wurden,
6 eine perspektivische Ansicht ist, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
7 ein Diagramm ist, welches eine Art der Speisung in 6 zeigt,
8 ein Diagramm ist, welches eine andere Art der Speisung in 6 zeigt,
9 ein Diagramm ist, welches noch eine andere Art der Speisung in 6 zeigt,
10A eine Vorderansicht der Antennenstruktur der 6 ist, mit welcher Experimente durchgeführt wurden,
10B deren Draufsicht ist,
10C deren Seitenansicht ist,
11 ein Graph ist, welcher die gemessene VSWR Kennlinie zeigt,
12 eine perspektivische Ansicht ist, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
13 eine perspektivische Ansicht ist, die eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
14 ein Graph ist, der die VSWR-Kennlinie der Antenne zeigt, die in 13 gezeigt ist,
15 eine perspektivische Ansicht ist, welche eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
16 eine perspektivische Ansicht ist, welche eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
17 eine perspektivische Ansicht ist, welche eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
18 ein Graph ist, der die VSWR-Kennlinie der Antenne zeigt, die in 17 gezeigt ist,
19 ein Graph ist, der den Niedrigfrequenz-Bereich in einem vergrößerten Maßstab in 18 darstellt,
20 ein Diagramm ist, welches eine modifizierte Form der Ausführungsform von 16 darstellt,
21 ein Diagramm ist, welches eine weitere Variante der Ausführungsform von 16 darstellt,
22 ein Diagramm ist, welches noch eine weitere Variante der Ausführungsform von 16 darstellt.
Zur Erleichterung eines besseren Verständnisses der vorliegenden Erfindung soll zunächst eine bekannte Monopolantenne beschrieben werden, die eine halbkreisförmige Strahlerscheibe umfaßt, welche eines der strahlenden Elemente der in 1 gezeigten bekannten Dipolantenne ist, sowie eine ebene leitende Grundplatte, die als Spiegelbildebene dient und beim Betrieb der Antenne von 1 äquivalent ist. Wie in 4 gezeigt, wurde die Monopolantenne dadurch gebildet, daß ein halbkreisförmiger Strahler 12 auf eine ebene leitende Grundplatte 50, und zwar vertikal zu dieser angeordnet wurde, wobei der Scheitel des Kreisbogens der ersteren benachbart, aber beabstandet zur letzteren gehalten wurde und der Mittelleiter und der Außenleiter eines Koaxialspeisekabels mit dem Scheitel des Kreisbogens des halbkreisförmigen Strahlers 12 bzw. der Grundplatte 50 verbunden wurden. Wie soeben beschrieben, wurden Analysen anhand der in 4 gezeigten Monopolantenne ausgeführt. Da die leitende Grundplatte 50 eine Spiegelfläche des Strahlers 12 bildet, ist die Betriebsweise dieser Monopolantenne äquivalent der Betriebsweise der in 2 dargestellten Antenne.

(a) Die Verteilung eines 5 GHz-Hochfrequenzstroms an dem Strahler 12 wurde durch ein Verfahren endlicher Elemente analysiert, wobei herausgefunden wurde, daß sich hohe Stromdichtezonen diskontinuierlich längs dem Umfang des halbkreisförmigen Strahlers 12 entwickelten, wie durch die schraffierten Flächen in 5A dargestellt, während der Stromfluß im Zentralbereich vernachlässigbar klein war. Dies deutet darauf hin, daß die bogenartige Randfläche der halbkreisförmigen Scheibe im großen Umfang zur Strahlung beiträgt.
(b) Die Form des halbkreisförmigen Strahlers 12 in 4 wurde allgemein als Ellipse einschließlich eines Kreises definiert, und der Einfluß des zweidimensionalen Zusammenhangs zwischen den sich rechtwinklig schneidenden ersten bzw. zweiten Radien L1 und L2 des Strahlers 12 auf die VSWR-Kennlinie wurde unter den drei unten aufgeführten Bedingungen gemessen.
(1) L₁ = L₂ = 75 mm (das heißt im Falle eines Halbkreises)
(2) L₁ = 75 mm, L₂ = 50 mm (das heißt wenn L₁ > L₂)
(3) L₁ = 40 mm, L₂ = 75 mm (das heißt, wenn L₁ < L₂)

In 5B sind die VSWR-Kennlinien gezeigt, die unter den drei oben angegebenen Bedingungen gemessen wurden, die mit ausgezogenen, gestrichelten und dicken Linien 5A, 5B bzw. 5C bezeichnet sind. Aus 4 erkennt man, daß eine Änderung des Radius L₂ eine Änderung der unteren Grenzfrequenz des Bandes bewirkt (eine Abnahme des Radius L₂ erhöht die untere Grenzfrequenz), daß aber selbst eine Änderung der Halbkreisform des Strahlers zu einer Ellipse zu keiner signifikanten Änderung der VSWR-Kennlinie führt; dies zeigt an, daß die Form des Strahlers 12 nicht immer perfekt halbkreisförmig zu sein braucht.
Auf der Basis der Ergebnisse der Analyse (a) wird eine halbkreisförmige Fläche der halbkreisförmigen Strahlerscheibe innerhalb deren bogenartiger Randfläche ausgeschnitten, um eine halbkreis förmige Kerbe (Ausschnitt) zu bilden, die dazu verwendet wird, ein anderes Antennenelement oder ein elektronisches Teil oder eine Schaltung aufzunehmen.
Gemäß den Ergebnissen der Analyse (b) bleibt die VSWR-Kennlinie im wesentlichen unverändert unabhängig davon, ob der Strahler halbkreisförmig oder halbelliptisch ist. Dies gilt für einen bogenartigen bandförmigen strahlenden Leiter für die Verwendung bei den Ausführungsformen der nachstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
6 ist eine perspektivische Ansicht, die den Antennenaufbau gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, die ein Paar im wesentlichen halbkreisförmig bogenartiger Strahler 11a und 11b umfaßt (beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium). Die äußeren und inneren Randkanten von jedem bogenartigen Strahler 11 können halbkreisförmig oder halbelliptisch sein. Die beiden Strahler 11a und 11b sind mit Scheiteln 21a und 21b ihrer Kreisbögen einander gegenüberliegend angeordnet, und ein Speiseabschnitt 30 ist zwischen den Scheiteln 21a und 21b vorgesehen. Die beiden halbkreisförmig bogenartigen Strahler 11a und 11b haben in ihrer Mitte im wesentlichen halbkreisförmige Kerben 41a und 41b, die damit konzentrisch sind. In dem Fall, bei dem die Strahler 11a und 11b halbkreisförmig sind und die Kerben 41a und 41b halbelliptisch sind, wobei die jeweilige Hauptachse beispielsweise in die vertikale Richtung verläuft, nimmt die Breite W der Strahler 11a und 11b zu ihren beiden Enden hin allmählich ab oder zu. Wenn die Hauptachse der Kerben jeweils in der vertikalen Richtung verläuft, nimmt die Breite W der Strahler 11a und 11b zu ihren beiden Enden hin allmählich zu. Diese Anntennenstruktur erlaubt es, andere Elemente in die Kerben 41a und 41b einzusetzen und schafft daher einen erhöhten Raumfaktor im Vergleich zur herkömmlichen Anntenne, die vollkommen halbkreisförmige Leiterscheiben benutzt.
Die 7 bis 9 zeigen beispielhaft verschiedene Speiseschemata für die Anntenne der Ausführungsform von 4. In der 7 verläuft das Koaxialkabel 31 entlang der Mittellinie Ox des Strahlers 11b, während in 8 das Koaxialkabel 31 entlang dem halbkreisförmigen Außenrand des Strahlers 11b angeordnet ist. In 9 wird ein Zwillingsspeiser 33 verwendet. In jedem Fall wird die Speisung zwischen den Scheiteln 21a und 21b der beiden Strahler 11a und 11b ausgeführt.
Es wurde ein Experiment durchgeführt, um die Funktion der Anntenne dieser Ausführungsform zu überprüfen oder zu bestimmen. 10 zeigt ihre Vorderseite, rechte Seite und in der Draufsicht, und 11 zeigt die VSWR-Kennlinie, die in dem Experiment gemessen wurde. In dem Experiment war die äußere Form jedes Strahlers 11a und 11b ein Halbkreis mit dem Radius a = 75 mm, und die Form jeder der Kerben 41a und 41b ein Halbkreis, der konzentrisch mit der äußeren Form des jeweiligen Strahlers ist und einen Radius von b = 55 mm hat. Folglich waren die Breiten W der Strahler 11a und 11b 20 mm. Das Koaxialkabel 31, das entlang der Mittelachse des Strahlers 11b angeordnet ist, wurde für die Speisung benutzt, wobei der Mittelleiter des Koaxialkabels mit dem Scheitel 21a des Strahlers 11a und der Außenleiter mit dem anderen Strahler 11b verbunden ist. Ein Vergleich der so gewonnenen VSWR-Kennlinie mit der VSWR-Kennlinie des in 3 gezeigten Beispiels des Stands der Technik, zeigt, daß die VSWR im Frequenzbereich über 600 MHz auf 2 oder einen kleineren Wert begrenzt ist, und daß die Bandkennlinie nahezu die gleiche wie die des Beispiels des Stands der Technik ist, ungeachtet der Kerben des Strahlers. Das Vorsehen der Kerben erhöht den Raumfaktor, da eine Schaltungsvorrichtung, ein weiteres Strahlungselement oder dergleichen in die Kerbe jedes Strahlers eingesetzt werden kann.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
12 stellt in der Perspektive eine Antennenstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Antenne dieser Ausführungsform ist mit zwei Sätzen von Antennenelementen ausgestattet, wobei einer davon mit einem Paar im wesentlichen halbkreisförmiger Leiterscheiben 12_1b und 12_2b so ausgebildet ist, wie vorhergehend mit Bezug auf das Beispiel des Standes der Technik von 1 beschrieben. Die Leiterscheiben 12_1b und 12_2b kreuzen sich im rechten Winkel, haben die Scheitel ihrer Kreisbögen an derselben Stelle und haben ihre Mittellinien im wesentlichen miteinander ausgerichtet. Der andere Satz der Antennenelemente ist mit einem Paar halbkreisförmig bogenartiger Strahler 11_1a und 11_2a ausgebildet, wobei jeder im wesentlichen halbkreisförmig ist und in seiner Mitte eine Kerbe aufweist, wie oben mit Bezug auf die 6 beschrieben. Die Strahler 11_1a und 11_2a kreuzen sich ebenso im rechten Winkel, haben die Scheitel ihrer Kreisbögen an derselben Stelle, wie bei 21a gezeigt, und ihre Mittellinien Ox miteinander ausgerichtet. Die beiden Sätze der Antennenelemente werden verbunden, mit den Scheiteln 21a und 21b der Strahler 11_1a , 11_2a und 12_1b , 12_2b einander gegenüberliegend, wobei die Scheitel 21a und 21b als Speisepunkte verwendet werden. Bei diesem Beispiel wird das Koaxialkabel 31 zum Speisen verwendet, wobei sein Mittelleiter mit dem Scheitel 21a und sein Außenleiter mit dem Scheitel 21b verbunden ist. Ein Zwillingsspeiser oder dergleichen kann anstelle des Koaxialkabels 31 verwendet werden.
Die Antennenstruktur dieser Ausführungsform ergibt die gleichen Breitbandkennlinien wie sie mit dem Beispiel des Standes der Technik von 1 erhalten werden können. Demgemäß hat diese Ausführungsform einen exzellenten Raumfaktor, wie es bei der ersten Ausführungsform der Fall ist, und durch Verwendung einer Mehrzahl von Strahlern zur Bildung des Strahlerelement kann die Richtwirkung in der horizontalen Ebene ungerichtet gemacht werden.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
13 zeigt in Perspektive eine dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Monopolantenne entsprechend den in 6 und 7 gezeigten Dipolantennen ist. Die Antenne dieser Ausführungsform besteht aus einem im wesentlichen halbkreisförmig bogenartigen Strahler 11 mit einer in seiner Mitte definierten im wesentlichen halbkreisförmigen Kerbe 41 und einer ebenen leitenden Grundplatte 50. Der Strahler 11 ist so angeordnet, daß er mit dem Scheitel 21 seines Kreisbogens benachbart aber im Abstand zu ihm gehalten wird. Der Scheitel 21 des Strahlers 11 wird als Speisepunkt verwendet, und der Mittelleiter des Koaxialkabels 31 zum Speisen ist mit dem Scheitel 21 des Radiators 11 durch ein Durchgangsloch, das in der ebenen leitenden Grundplatte 50 ausgebildet ist, verbunden, während sein Außenleiter mit der Grundplatte 50 verbunden.
Experimente wurden mit der Antennenstruktur dieser Ausführungsform durchgeführt, bei der die in der Mitte des halbkreisförmig bogenartigen Strahlers 11 definierte Kerbe 41 halbelliptisch war. Konkret wurden die Experimente für verschiedene Werte der Breite W₁ an einem der Enden des Strahlers 11 und seiner Breite W₂ am Speisepunkt 21 ausgeführt, d.h. für die Fällen von W₁ = W₂, W₁ > W₂ und W₁ < W₂. 14 zeigt die bei den Experimenten verwendeten Parameter und die dafür gemessenen VSWR-Kennlinien. Im Ganzen gesehen trat keine besondere Änderung bei den VSWR-Kennlinien auf, obwohl der mit dem mit dem bogenartigen Strahler mit der halbelliptischen Kerbe erhaltene VSWR-Wert, angezeigt durch die gestrichelte Linie, in der Nähe von 1,5 GHz niedriger war als im Fall der halbkreisförmigen Kerbe, woraus sich ergab, daß die Kerbe 41 nicht speziell auf die Halbkreisform beschränkt ist. Die Änderung des VSWR-Werts in der Umgebung von 1,5 GHz beruhte auf einer Differenz des Flächeninhalts der Kerbe.
VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
15 zeigt in Perspektive eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein Paar halbkreisförmig bogenartiger Strahler 11₁ und 11₂ von genau gleicher Form wie in der Ausführungsform von 13 verwendet. Die Strahler 11₁ und 11₂ kreuzen sich im rechten Winkel mit den Scheiteln ihrer Bögen am selben Punkt und ihren Mittellinien miteinander ausgerichtet. Das heißt, die halbkreisförmig bogenartigen Strahler 11₁ und 11₂ , in deren Inneren jeweils eine Kerbe ausgebildet ist, werden zu einem Antennenelement verbunden, wobei die Scheitel 21 ihrer äußeren Form am selben Punkt gehalten werden und die diesen durchsetzenden Mittellinien Ox miteinander ausgerichteten sind. Dieses so von den sich im rechten Winkel kreuzenden Strahlern geformte Antennenelement ist mit seinem Scheitel 21 benachbart aber im Abstand von der ebenen leitenden Grundplatte 50 gehalten. Der Scheitel 21 des Antennenelements wird als Speisepunkt verwendet, und das Koaxialkabel 21 ist mit ihm durch ein Durchgangsloch verbunden, welches in der ebenen leitenden Grundplatte 50 ausgebildet ist.
Sowohl in der dritten als auch in der vierten Ausführungsform, die in den 13 and 15 gezeigt sind, ist ein elektrisches Spiegelbild des Strahlers 11 bzw. sind elektrische Spiegelbilder der Strahler 11₁ und 11₂ an der Rückseite der ebenen leitenden Grundplatte 50 gebildet. Deshalb ist die Größe des Strahlungselements (Strahler 11 oder Strahler 11₁ , 11₂ ) halb so groß wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform. Somit ist es möglich, die Antennenhöhe auf die Hälfte zu reduzieren und dabei die gleiche Breitbandcharakteristik zu erzielen, wie sie mit den Antennenstrukturen der ersten und der zweiten Ausführungsform erreichbar ist. Somit kann eine Antenne mit einem guten Raumfaktor dadurch verwirklicht werden, daß die Antennenhöhe vermindert wird, indem der halbkreisförmige bogenartige Strahler verwendet wird, in dessen Innerem die Kerbe 41 ausgebildet ist.
FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
16 zeigt perspektivisch eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein anderes Strahlungselement einer sich von der Bogenform unterscheidenden Form in der Kerbe 41 vorgesehen ist, welche von dem halbkreisförmig bogenartigen Strahler der Ausführungsform von 13 gebildet wird. Das heißt, die Antenne dieser Ausführungsform umfaßt den halbkreisförmig bogenartigen Strahler 11 mit der praktisch halbkreisförmigen Kerbe 41, die im Zentrum von dessen halbkreisförmiger Gestalt gebildet ist, die ebene leitende Grundplatte 50, zu der der Scheitel des Halbkreisbogens des Strahlers 11 benachbart aber im Abstand gehalten wird, das Koaxialkabel 31, das ein Durchgangsloch der ebenen leitenden Grundplatte 50 durchsetzend mit dem Speisepunkt 21 verbunden ist, welcher zwischen dem Scheitel des Strahlers 11 und der ebenen leitenden Grundplatte 50 liegt, und einen Mäandermonopol 61, der in der Kerbe 41 des Strahlers 11 angeordnet ist, und dessen eines Ende mit der dem Speisepunkt 21 nächstgelegenen Mitte des bogenartigen Strahlers 11 verbunden ist. Der Mittelleiter des Koaxialkabels 31 ist mit dem Scheitel des Strahlers 11 durch das Durchgangsloch der ebenen leitenden Grundplatte 50 verbunden, während sein Außenleiter mit der Grundplatte 50 verbunden ist. Der Mäandermonopol 61 ist als eine mit dem bogenartigen Strahler 11 einheitliche Struktur ausgebildet, und wird über letzteren mit Leistung versorgt.
Bei dieser Ausführungsform ist in die halbkreisförmig bogenartige Antenne 11 die Mäander-Monopolantenne 61 eingesetzt, deren Resonanzfrequenz niedriger ist als die niedrigste Resonanzfrequenz der bogenartigen Antenne 11. Da der Strompfad der Mäander-Monopolantenne 61 länger gemacht werden kann als der Halbumfang der halbkreisförmig bogenartigen Antenne 11, kann die Mäander-Monopolantenne 61 bei einer Frequenz schwingen, die niedriger ist als die niedrigste Resonanzfrequenz der Antenne aller oben beschriebenen Ausführungsformen. Somit kann der Antennenaufbau mit der darin eingesetzten Mäander-Monopolantenne 61 außerhalb des Bandes der Antenne aller zuvor beschriebenen Ausführungsformen schwingen. Somit kann eine Multiresonanz realisiert werden. Insbesondere dadurch, daß die Resonanzfrequenz der Mäander-Monopolantenne 61 niedriger als die Resonanzfrequenz des halbkreisförmig bogenartigen Strahlers 11 gesetzt wird, kann die niedrigste Resonanzfrequenz der Antenne ohne Notwendigkeit einer Änderung der Antennengröße verringert werden.
SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM
17 zeigt perspektivisch eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und die 18 und 19 zeigen die gemessene VSWR-Kennlinie derselben.
Die Antenne dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 16 darin, daß ein halbkreisförmiger Strahler 11b, so wie beim Beispiel des Standes der Technik von 2, als Dipolantenne anstelle der ebenen leitenden Grundplatte 50 vorgesehen ist. Das heißt, die Antenne ist mit dem praktisch halbkreisförmig bogenartigen Strahler 11a und dem halbkreisförmigen Strahler 11b versehen, die so angeordnet sind, daß die Scheitel 21a und 21b ihrer Bögen als Speisepunkte einander gegenüberliegen. Das Koaxialkabel 31 ist mit diesen Speisepunkten verbunden. Die Mäander-Monopolantenne 61 ist in der Kerbe 41 des Strahlers 11a angeordnet, und mit ihrem unteren Ende mit der Mitte der inneren Randkante des letzteren verbunden. Der Mittelleiter des Koaxialkabels 31 ist mit dem Scheitel 21a des bogenartigen Strahlers 11a verbunden, während sein Außenleiter mit dem halbkreisförmigen Strahler 11b verbunden ist. Die Leistungsspeisung zur Mäander-Monopolantenne 61 erfolgt über den Strahler 11a.
Die VSWR-Kennlinie dieser Antenne wurde gemessen. Die Außenform des halbkreisförmig bogenartigen Strahlers 11a hatte einen Radius r von 75 mm, die halbkreisförmige Kerbe 41 war konzentrisch mit der Außenform des Strahlers 11a und hatte einen Radius b von 55 mm, und die Breite W des Strahlers 11a betrug 20 mm. Die Resonanzfrequenz der Mäander-Monopolantenne 61 wurde auf 280 MHz justiert. 18 zeigt die gemessene VSWR-Kennlinie über das gesamte Band, und 19 zeigt die Kennlinie über das Band von null bis zwei GHz in vergrößertem Maßstab. Diese graphischen Darstellungen unterscheiden sich im Frequenzmaßstab auf der Abszisse, zeigen aber Meßwerte derselben Antenne.
Aus 18 ersieht man, daß die Antenne dieser Ausführungsform dieselbe Kennlinie wie die der herkömmlichen Antenne bezüglich Band und VSWR aufweist. Aus 19 erkennt man, daß der Mäandermonopol 61 der Antenne dieser Ausführungsform ermöglicht, auch bei 280 MHz zu schwingen. Die Meßergebnisse zeigen an, daß der Antennenaufbau dieser Ausführungsform eine Multiresonanz realisiert, ohne daß die Größe der Antenne verändert wird, und ein Absenken der niedrigsten Resonanzfrequenz erlaubt.
Die 20 bis 22 zeigen Modifikationen der Ausführungsform von 16, die zwei Mäandermonopole 61₁ und 61₂ , zwei schraubenförmige Antennen 61₁ und 61₂ bzw. einen widerstandsbelasteten Monopol 63 eingesetzt in die halbkreisförmige Kerbe 41 enthalten, welche von dem halbkreisförmig bogenartigen Strahler 11 gebildet wird. Die Strahlungselemente zum Einsatz in die Kerbe 41 sind nicht speziell auf die oben erwähnten Formen beschränkt. Vielmehr können Strahlungselemente anderer Formen ebenso verwendet werden, so lange sie in der halbkreisförmigen Kerbe 41 aufgenommen werden können. Während in den 20 und 21 zwei Strahlungselemente zum Einsatz in die Kerbe 41 gezeigt sind, kann eine gewünschte Anzahl von Strahlungselementen verwendet werden. Leistung wird den eingesetzten Strahlungselementen über den Strahler 11 zugeführt.
Im Fall des Einsetzens mehrerer Strahlungselemente in die Kerbe 41, die von dem bogenartigen Strahler 11 gebildet wird, wie in 20 oder 21 gezeigt, ist es möglich, die Anzahl von Resonanzfrequenzen dadurch zu erhöhen, daß die Resonanzfrequenzen der Strahlungselemente unterschiedlich gemacht werden. Durch Verwendung einer Breitbandantenne, wie etwa eines widerstandsbelasteten Monopols 63 gemäß Darstellung in 22 und durch Einstellen von dessen Resonanzfrequenz niedriger als die des halbkreisförmig bogenartigen leitenden Monopols, der von dem Strahler 11 gebildet wird, ist es möglich, die unterste Resonanzfrequenz ohne Vergrößerung des Antennenaufbaus abzusenken und damit die Bandbreite weiter zu erhöhen.

Claims

Antenne, umfassend: einen ersten Strahler (11; 11₁ ), der aus einer praktisch halbkreisförmigen Leiterscheibe gebildet ist, wobei ein Teil der Leiterscheibe ausgeschnitten ist, derart, daß der Ausschnitt eine praktisch halbkreisförmige Kerbe (41) bildet, die mit der Leiterscheibe konzentrisch ist; eine ebene leitende Grundplatte (50), die dem halbkreisförmigen Bogen des ersten Strahlers rechtwinkelig gegenüberliegt; und einen Speiser (31), der mit dem Scheitel des halbkreisförmigen Bogens des ersten Strahlers und der ebenen leitenden Grundplatte (50) verbunden ist, um ihnen Leistung einzuspeisen.
Antenne nach Anspruch 1, ferner umfassend einen weiteren Strahler (11₂ ) etwa derselben Form wie der des ersten Strahlers (11₁ ), wobei die Mittenachse des weiteren Strahlers und die des ersten Strahlers zusammenfallen und der weitere Strahler und der erste Strahler einander kreuzen.
Antenne, umfassend: einen ersten Strahler (11a), der aus einer praktisch halbkreisförmigen Leiterscheibe gebildet ist, wobei ein Teil der Leitescheibe ausgeschnitten ist derart, daß der Ausschnitt eine halbkreisförmige Kerbe bildet, die mit der Leiterscheibe konzentrisch ist; einen zweiten Strahler (11b), der von einer praktisch halbkreisförmigen Leiterscheibe gebildet wird und so angeordnet ist, daß der Scheitel seines halbkreisförmigen Bogens dem Scheitel des halbkreisförmigen Bogens des ersten Strahlers gegenüberliegt; und einen Speiser (31), der mit den Scheiteln des ersten und des zweiten Strahlers verbunden ist, um ihnen Leistung einzuspeisen.
Antenne nach Anspruch 3, ferner umfassend: einen dritten Strahler (11_2a ) etwa derselben Form wie der des ersten Strahlers (11_1a ) wobei der dritte Strahler den ersten Strahler kreuzt und die Scheitel ihrer halbkreisförmigen Bogen am selben Punkt gehalten werden und ihre Mittenachsen zusammenfallen; und einen vierten Strahler (12_2b ) etwa derselben Form wie der des zweiten Strahlers (12_1b ), wobei der vierte Strahler den zweiten Strahler kreuzt und die Scheitel ihrer halbkreisförmigen Bögen am selben Punkt gehalten werden und ihre Mittenachsen zusammenfallen.
Antenne nach Anspruch 3, bei der der zweite Strahler (11_2a ) von einer weiteren praktisch halbkreisförmigen Leiterscheibe gebildet ist, wobei ein Teil der weiteren Leiterscheibe ausgeschnitten ist derart, daß der Ausschnitt eine halbkreisförmige Kerbe bildet, die mit der weiteren Leiterscheibe konzentrisch ist.
Antenne nach Anspruch 1 oder 3, ferner umfassen wenigstens ein Strahlungselement (61; 61₁ , 61₂ ; 62₁ , 62₂ ; 63), dessen Form von der des ersten Strahlers (11) verschieden ist und das in der Kerbe (41) angeordnet und mit der Umgebung des Speisepunkts des ersten Strahlers verbunden ist.
Antenne nach Anspruch 6, bei das wenigstens ein Strahlungselement (61; 61₁ , 61₂ ; 62; 62₁ , 62₂ ; 63) irgendeines eines Mäandermonopols, eines widerstandsbelasteten Monopols und einer schraubenförmigen Antenne ist.