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Die
Erfindung geht aus von einer Antennenanordnung und insbesondere
von einer Antennenanordnung in Schichtbauweise zur Abstands- oder
Geschwindigkeitsermittlung im Umfeld von Kraftfahrzeugen.
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Obwohl
auf beliebige Anwendungsgebiete im Antennenbereich anwendbar, werden
die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik
in Bezug auf eine Antennenanordnung an Bord eines Kraftfahrzeuges
für eine
Abstands- oder Geschwindigkeitsermittlung
im Umfeld von Kraftfahrzeugen erläutert.
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Es
sind bereits Systeme bekannt, bei denen die Entfernung und die Geschwindigkeit
mittels Radar (Mikrowellen), insbesondere eines Nahbereichsradars
gemessen werden. Dabei werden vor allem kleine Antennenanordnungen
in kompakter Schichtbauweise verwendet. Bei den in diesem Bereich
bekannten Antennenanordnungen mit Mikrostreifen-, Koplanar-Speisung oder Schlitzkopplung
handelt es sich immer um asymmetrische Anregung. Bei einer asymmetrischen
Anregung sind die Signalleitungen (Zuführ- und Rückleitungen) nicht wie bei
der symmetrischen Anregung gleichartig ausgebildet, sondern auf
der Zuführleitung
liegt das Signal, und die „Rückleitung" liegt auf Masse
und ist üblicherweise als
me tallische Fläche
ausgebildet. Nachteilig ist bei asymmetrischen Anregungen insbesondere
die Störanfälligkeit
durch Störstrahlung
von außen,
die das Signal verfälscht.
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Es
werden bevorzugt bei einer Hochintegration von Schaltungskomponenten
wegen ihrer Störunempfindlichkeit
differenzielle, also symmetrische, Ein- und Ausgänge benutzt. Um eine asymmetrische Speisung
durchführen
zu können,
sind dabei aufwendige Transformationsglieder oder externe Baluns
einzusetzen. Ein weiterer Nachteil einer asymmetrischen Anregung
sind Strahlungsverluste bei einer Patch-Kopplung durch die notwendige
Feldvektordrehung des elektrischen Feldes. Unter Patches werden
metallische Strahlflächen
verstanden, die zumeist rechtwinklig ausgebildet sind.
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Ein
Beispiel für
eine aus mehreren Schichten aufgebaute Antennenanordnung mit asymmetrische Anregung
ist in der deutschen Patentanmeldung
DE 10063437 A1 offenbart, bei der sich zwei
auf Masse befindliche Potentialflächen, die sogenannten Masseebenen,
jeweils außenseitig
und parallel zur Schichtebene befinden. Nahe unterhalb der der Senderichtung
zugewandten Masseebene, die einen Kopplungsschlitz aufweist, ist
ein elektrischer Verbindungsabschnitt angeordnet. Die durch den
Kopplungsschlitz austretende Strahlung koppelt in ein darüber liegendes
Patch ein. Das Patch ist dabei die Sende- und/oder Empfangseinrichtung.
Zwar wird bei dieser abschirmenden Anordnung im gewissen Maße Störstrahlung
von außen
abgehalten und eine Abstrahlung der Nutzstrahlung in unerwünschte Richtungen
eingedämmt,
aber die Nachteile durch die asymmetrische Anregung werden dennoch
nicht zufriedenstellend behoben.
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Vorteile der
Erfindung
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Mit
den Maßnahmen
eines unabhängigen Anspruches
wird eine einfach herstellbare Antennenanordnung in Schichtbauweise, insbesondere
zur Abstands- und Geschwindigkeitsermittlung im Umfeld von Kraftfahrzeugen
bereitgestellt, die eine verbesserte Störunempfindlichkeit aufweist.
Neben den Einrichtungen zum Senden und/oder Empfangen enthält die Antennenanordnung
Schichten aus dielektrischem Material. Zur Abschirmung wird leitendes Material
verwendet. Bei dem erfindungsgemäßen differentiellen
Eingang verbinden zwei parallel verlaufende Signalzuleitungen zwei
separate Dipolhälften. Die
Signale in den beiden Leitungen sind gegenphasig. Damit wird bei
den parallel verlaufenden Leitungen eine unerwünschte Abstrahlung durch eine
auslöschende
Signaladdition eingedämmt.
Andererseits ergänzen
sich die Signale am Signalausgang, wenn sie voneinander subtrahiert
werden. Störstrahlung von
außen
tritt hingegen auf beiden Signalzuleitungen gleichphasig auf, so
dass sie bei einer Subtraktion eliminiert werden.
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Des
Weiteren sind wegen des erfindungsgemäßen differenziellen Einganges
der Antennenanordnung beim Benutzen von differentiellen Ein- und Ausgängen für eine Hochintegration
von Schaltungskomponenten aufwendige Transformationsglieder oder
externe Baluns unnötig.
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In
den Unteransprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen Weiterbildungen und Verbesserungen
des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung angegeben.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung ist eine Integration der beiden Signalzuleitungen
des Eingangs in den Schichtaufbau. Dadurch wird eine kompakte Anordnung,
wie beispielsweise durch eine Mikrostreifenspeisung, erreicht.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung ist eine Dipol-Patch-Kopplung mit einem Patch in einem vorbestimmten
Abstand zum Dipol. Durch eine Geometriewahl mit zwei versetzten
Resonanzfrequenzen wird eine relativ hohe Bandbreite erreicht. Eine
besonders gute Kopplung ergibt sich bei einem Abstand im Bereich
des 0.01 bis 0.2-fachen der Wellenlänge der Strahlung.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung sind Dipol und Patch parallel
angeordnet und der Dipol zu den Zuleitungen derart orientiert, so dass
der Vektor des elektrischen Feldes in Patch und Dipol parallel liegen
und die gleiche Richtung haben. Eine Feldvektordrehung und damit
verbundene Strahlungsverluste treten nicht auf.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antennenanordnung
bestehen die beiden Signalzuleitungen in einer Parallelanordnung
zweier gedruckter oder geätzter Leitungen
und in dem Schichtaufbau sind zwei symmetrisch angeordnete Dipolhälften in
einer Kammerung vorgesehen, die mit je einer Zuleitung leitend verbunden
sind. Geätzte
oder gedruckte Leitungen sind bei einem Schichtaufbau einfache und
gut geeignete Speisungen. Die gemeinsame Kammerung der symmetrisch
angeordneten Dipolhälften
schränkt die
Abstrahlung räumlich
ein und verbessert damit die Abstrahlcharakteristik.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Signalzuleitungen
in einer dielektrischen Schicht des Schichtaufbaus vergraben. Vergraben
bedeutet, dass die Signalzuleitungen nicht an der Oberfläche, sondern
in einer tieferen Schicht verlaufen. Es lassen sich damit erfindungsgemäß Kreuzungen
von Leitungen in einem Speisenetzwerk bei Zusammenschaltung mehrerer
Antennenelemente ohne Bonds oder Luftbrücken einfach erreichen, indem
eine Leitung kleinräumig
in einer anderen Schichtebene verlegt wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung in
Form der Ausgestaltung mit vergrabenen Signalzuleitungen ist eine
außenseitig,
der Senderichtung zugewandt und parallel zur dielektrischen Schicht
angeordnete Masseebene, die sich entgegen Senderichtung gesehen
vor den Signalleitungen befindet. Dadurch liegen die Signalzuleitungen
in Senderichtung hinter einer abschirmenden Masseebene, was eine
Entkopplung zwischen Speisung und abgestrahlter Strahlung bewirkt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung enthält bei vergrabenen Zuleitungen
eine Ankontaktierung in der Mitte der Innenkante der jeweiligen
Dipolhälften
mittels Durchkontaktierungen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterbildung umgibt den Dipol eine senkrecht
zur Schichtung abschirmende Masseumrandung zwischen den beiden parallel
zur Schichtung bestehenden Außenseiten.
Dadurch wird eine Abschirmung senkrecht zur Schichtebene, also randseitig,
bspw. rechts und links in 8, erreicht.
Die Masseumrandung besteht aus Kammerstreifen aus leitendem Material und
ist an der Stelle des Durchbruchs der Signalzuleitungen unterbrochen.
Die randseitige Masseumrandung kann auch aus eng aneinander liegenden, die
außenseitigen
Masseebenen verbindenden Kontaktleitungen bestehen, sogenannten
Durchkontaktierungen oder Vias. Besonders vorteilhaft ist ein Abstand
einer solchen Masseumrandung zum Dipol von einem Viertel der Wellenlänge. „Vagabundierende" Strahlungsenergie
wird dabei zurückreflektiert
und der Abstrahlung phasenrichtig zugeführt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind der Dipol und/oder das
Patch beidseitig keilförmig
zur Mitte hin zugespitzt flächig
ausgeformt. Durch diese bikonische Flächenform wird die Bandbreite
vergrößert.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung entspricht der Abstand zwischen
zwei Signalzuleitungen etwa ein Zehntel bis ein Hundertstel Wellenlänge der
abgestrahlten Strahlung, und die Leitungen werden gegenphasig angesteuert.
Dadurch ergibt sich eine weitgehende Auslöschung des Fernfeldes der von
den Signalleitungen abgehenden Verluststrahlung.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterbildung enthält die erfindungsgemäße Antennenanordnung
mehrere in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnete Sende- und/oder Empfangseinrichtungen.
Diese bilden beispielsweise eine Reihe oder ein Feld. Dadurch wird
die Richtcharakteristik und der Gewinn der Abstrahlung weiter verbessert.
Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung der Sende und/oder Empfangseinrichtungen
in Reihe, ähnlich
wie bei einem Bruce-Array. Durch diese Anordnung der benachbarten
Sende und/oder Empfangseinrichtungen im Abstand von etwa einer halben
Wellenlänge
wird eine besonders gute Ergänzung
der Abstrahlung in der vorgesehenen Anstrahlrichtung erreicht.
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Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele
der Erfindung erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Antennenanordnung mit Darstellung der
Feldvektoren der elektrischen Felder gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Ansicht einer Antennenanordnung ab der Schichtebene
unter dem Patch gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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3 ein
Diagramm der berechneten Anpassung einer Antennenanordnung gemäß dem ersten
Ausführungsbei spiel;
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4 ein
Richtdiagramm des Fernfeldes der Abstrahlung einer Antennenanordnung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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5 eine
schematische Ansicht einer Antennenanordnung mit bikonischem Patch
und Dipol gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
schematische Ansicht einer Antennenanordnung mit vergrabenen Signalzuleitungen
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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7 eine
schematische Ansicht der Schichtebene der vergrabenen Signalzuleitungen
einer Antennenanordnung gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel;
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8 eine
Querschnittsansicht einer Antennenanordnung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
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9 ein
Diagramm der berechneten Anpassung einer Antennenanordnung gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel;
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10 ein
Richtdiagramm als Darstellung der Richtcharakteristik des Fernfeldes
der Abstrahlung einer Antennenanordnung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
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11 eine
schematische Ansicht einer Antennenanordnung mit fünf in Reihe
angeordneten Sende- und/oder Empfangseinrichtungen gemäß einem
vierten Ausfüh rungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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12 eine
schematisch Ansicht einer Antennenanordnung ab der Schichtebene
der Signalzuleitungen mit Darstellung der Verbindungsleitungen gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel;
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13 ein
Richtdiagramm als Darstellung der Richtcharakteristik des Fernfeldes
der Abstrahlung einer Antennenanordnung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Komponenten. Alle Zeichnungen sind schematisch zu verstehen, auf maßstabsgetreue
Abbildungen wurde zum Zwecke erhöhter
Klarheit der Topologie des jeweiligen Schichtgefüges verzichtet.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines Beispiels der erfindungsgemäßen Antennenanordnung 1 mit
Darstellung der Feldvektoren 13 der elektrischen Felder.
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Das
Patch 3, ein rechteckiges Blechplättchen, befindet sich parallel
zur Schichtung der Antennenanordnung 1 in einem Abstand
von ungefähr
dem 0.1-fachem der Wellenlänge
der gesendeten Strahlung über
dem flachen Dipol 5 auf der Schichtanordnung, also etwa
1.2 mm, bei 24 GHz.
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Der
Abstand ist nicht auf dieses Maß beschränkt, sondern
kann variieren. Ein Bereich von 0.01 bis 0.2 der Wellenlänge ist
gut geeignet. Die gesendete Strahlung hat eine Frequenz im Bereich
um 26 GHz. Durch die dielektrische Belastung und Verkopplung mit
dem Dipol 5 ist das Patch 3 etwas kürzer als
die Luftwellenlänge,
aber misst ungefähr
die Hälfte
der Wellenlänge
der gesendeten Strahlung lang.
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Berücksichtigt
sind dabei Verkürzungen durch
Endeffekte und Schlankheitsfaktoren. Das Patch 3 ist beispielsweise
am nicht dargestellten Gerätegehäuse frei über den
Dipol 5 oder mittels einer Schaumschicht auf dem Dipol 5 befestigt.
Der Dipol 5 besteht erfindungsgemäß aus zwei seperaten symmetrischen
rechteckigen Metallflächen
die auf ein dielektrisches Substrat 11 wie beispielsweise
eine Leiterplatte, eine Keramik oder ein Softboard-Material aufgebracht
sind. Die Dipolhälften
besitzen jeweils eine Länge
von ca. dem Viertel einer Wellenlänge. Die Wellenlänge wird
dabei nicht in Luft, sondern effektiv durch das Dielektrikum belastet
bewertet.
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Erfindungsgemäß wird jede
einzelne Dipolhälfte
mit einer Signalzuleitung 7 gespeist. Die beiden Signalzuleitungen 7 sind
parallel angeordnet und bilden so erfindungsgemäß einen differenziellen Eingang.
Sie verlaufen an der Oberfläche
der Substratschicht 11 und sind beispielsweise gedruckt
oder geätzt.
Auf der Substratschicht 11 ist ebenfalls eine die Strahlung
abschirmende, metallische Masseebene 9 aufgebracht, die
lediglich im Bereich der Signalzuleitungen 7 und des Dipols 5 Aussparungen
aufweist. Zusätzlich
befindet sich eine durchgehende, abschirmende, metallische Masseebene
auf der nicht sichtbaren Rückseite
der Antennenanordnung 1.
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Der
Dipol 5 und das Patch 3 sind parallel zueinander
angeordnet, und die beiden Signalzuleitungen 7 verlaufen
senkrecht dazu. Damit liegen die Feldvektoren 13 des elektrischen
Feldes des Dipols 5, des Patch 3 und der Zuleitungen 7 parallel
zueinander und zeigen in die gleiche Richtung.
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In 2 ist
schematisch die Ansicht eines Beispiels der erfindungsgemäßen Antennenanordnung 1 ab
der Schichtebene unter dem Patch 3 in 1 dargestellt.
Die separaten Hälften
des Dipols 5 sind an ihren Innenkanten an die Sig nalzuleitungen 7 ankontaktiert.
In den Schichten unter der Masseebene 9 befinden sich gestrichelt
dargestellte metallische Kammerstreifen 15, die bis zur
rückseitigen, nicht
sichtbaren Masseebene reichen. Diese Kammerstreifen 15 verbinden
leitend die beiden außenseitigen
Masseebenen 9 und umranden den Dipol 5 bis auf
eine Durchlassöffnung
für die
Signalzuleitungen 7. Diese Masseabschirmung unterdrückt weitgehendst
die seitliche Abstrahlung. Die umrandenden Kammerstreifen 15 haben
zum Dipol 5 einen Abstand von einem Viertel der Wellenlänge der
gesendeten Strahlung. In das Substrat 11 abgestrahlte Strahlung wird
an den Kammerstreifen 15 reflektiert und phasenrichtig
zurückgeführt.
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In 3 ist
ein Diagramm der berechneten Anpassung einer Antennenanordnung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
dargestellt. Dabei ist als Maß für die Anpassung
die in Dezibel angegebene Größe des S-Parameters über der
in Gigahertz (GHz) skalierten Frequenz aufgetragen. Die Anpassung
besitzt im Frequenzbereich von 23,8 bis 28,5 GHz einen Wert von
unter –10
dB. Sie hat zwei Minima, die ca. 1,5 GHz Abstand voneinander haben.
Die relativ große
Bandbreite der Antenne von 4,7 GHz und die zwei Resonanzspitzen
resultieren aus der Patch-Dipol-Kopplung. Wegen einer Geometriewahl von
Patch und Dipol mit zwei versetzten Resonanzfrequenzen wird die
große
Bandbreite erreicht.
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4 zeigt
ein Richtdiagramm des Fernfeldes der Abstrahlung einer Antennenanordnung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
Die Frequenz der Abstrahlung beträgt 26 GHz. Der Gewinn im Vergleich
zum Kugelstrahler beträgt
in Senderichtung 8.18 dBi. Seitliche Nebenkeulen sind nicht ausgebildet.
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In 5 ist
schematisch die Ansicht einer Antennenanordnung 1 mit bikonischem
Patch 3 und bikonischem Dipol 5 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Er findung dargestellt. Durch die bikonische Ausformung
wird die Bandbreite der Antenne vergrößert. Eine Kombination bikonisch/rechteckig
ist auch möglich.
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In 6 ist
ein drittes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Antennenanordnung 1 gezeigt.
Wie das in 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel
befindet sich das rechteckige Patch 3 über dem aus zwei separaten
rechteckigen Hälften bestehenden
Dipol 5, der in eine dielektrische Substratschicht 11 eingelassen
ist. Dadurch, dass die Speiseleitungen 7 sich in einer
inneren Schicht befinden, ist die Masseebene 9 an der Oberfläche nicht
im Bereich der Signalzuleitungen 7 unterbrochen. Eine Aussparung
in der oberen Masseebene 9 besteht nur im Bereich des Dipols 5.
Es existiert eine vollflächige Masseabschirmung
des Dipols 5. Speisung und Abstrahlung sind entkoppelt.
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Die
zwei parallel verlaufenden Signalzuleitungen 7 sind auch
in 7 zu erkennen. In dieser schematischen Ansicht
der Antennenanordnung 1 ist die Schichtebene, in der sich
die Signalzuleitungen 7 befinden, dargestellt. Nicht abgebildet
ist die darüber liegende
Substratschicht, die als Isolierung zwischen oberer Masseebene und
den Signalleitungen 7 dient. Die Signalleitungen 7 liegen
in einer Substratschicht 11 und sind in z-Richtung an die
darüber
liegenden, hier nicht abgebildeten, jeweiligen Hälften des Dipols ankontaktiert.
Die durch die verschiedenen Substratschichten 11 (s. 8)
verlaufenden Kammerstreifen 15 bilden eine seitliche Masseabschirmung
des Dipols im Abstand von ca. einer Viertel Wellenlänge.
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Der
gesamte Schichtaufbau ist in einer nur schematisch zu verstehenden
(nicht maßstabsgetreu,
Schichten teilweise überhöht im Verhältnis zueinander)
Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Antennenanordnung 1 in 8 dargestellt.
Metall ist (von links nach rechts) aufsteigend schraffiert, Dielektrika
abfallend, Luftlücken
entsprechen leer gelassenen, weißen Flächen.
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Über den
miteinander fest verbundenen Schichten ist das Patch 3 angebracht.
Die beiden Dipolhälften 5 befinden
sich rechts und links der Mitte der obersten Schicht und schliessen
eine zentrale Luftlücke
ein. Auch aussenseitig schließt
sich je eine Luftlücke
an, die die Dipole 5 von der oberen Masseabdeckung 9 trennt.
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Darunter
liegend folgt eine erste Substratschicht 11A, die von Durchkontaktierungen 19 (Vias) unterbrochen
sind, die zu den Signalleitungen 7 führen, die in einer weiter tiefer
folgenden Substratschicht 11B angeordnet sind. Die Signalleitungen 7 sind
im Verhältnis
zur Substratschichtdicke als relativ dünne, linienartige Schichtstruktur
ausgebildet. Die beiden Signalzuleitungen 7 stehen also
im elektrischen Kontakt zu den darüber liegenden Hälften des Dipols 5 mittels
der Durchkontaktierungen 19.
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Nach
einer weiteren isolierenden Substratschicht 11C schließt der Schichtaufbau
nach unten mit einer weiteren metallischen Masseschicht 9 ab. Die
beiden außenseitigen
Masseschichten 9 sind miteinander über durch die Substratschichten 11 verlaufende,
metallische Kammerstreifen 15 leitend verbunden. Die gesamte
Masseabschirmung 9, 15 bildet eine Kammerung des
Dipols 5. Es sollte noch ergänzt werden, dass alle Metallstrukturen
in ihrer Stärke (Schichtdicke)
stark überhöht dargestellt
sind. Die Metallschichten besitzen vorzugsweise eine Stärke von
ca. 1 % bis ca. 20 % der Stärke
der Substratschichten.
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Die
in 8 dargestellte Struktur kann man sich nun nach
rechts und links verlängert
vorstellen, wobei in vorgegebenen, seitlichen Abständen dann die
Antennenelemente 5 (Dipol), 7 (Zuleitung) und 19 (Via)
wiederholt angeordnet sind. Die metallischen Verbindungen 15 als
Teil der oben erwähnten
Kammerung werden bevorzugter Weise zunächst loch förmig in das Substrat 11 hinein
gebracht, beispielsweise durch Stanzung, und werden später im Herstellungsprozess
metallisch gefüllt.
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In 9 ist
ein Diagramm der berechneten Anpassung einer Antennenanordnung gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
dargestellt. Dabei ist als Maß für die Anpassung
die in Dezibel skalierte Größe des S-Parameters über der
in Gigahertz (GHz) angegebenen Frequenz aufgetragen. Die Anpassung
besitzt im Frequenzbereich von 24 bis 28 GHz einen Wert von unter –20 dB.
Die Antenne hat damit eine Bandbreite von 4 GHz. Die Anpassungskurve
weist zwei deutliche Resonanzminima die ca. 1,5 GHz Abstand voneinander
haben auf. Die große
Bandbreite der Antenne mit den zwei Resonanzspitzen ergibt sich
durch die Patch-Dipol-Kopplung. Durch die Entkopplung von Speiseleitung
und Patch wird eine Verbesserung der Anpassung und Symmetrie bei
26 GHz erreicht. In dem zugehörigen
Richtdiagramm in 10 ist ein Gewinn von 8.3 dBi
bei gleichzeitig guter Nebenkeulenunterdrückung zu erkennen.
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11 zeigt
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung 1 mit beispielhaft
fünf in
Reihe angeordneten Sende- und/oder Empfangseinrichtungen gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel.
Die Sende und/oder Empfangseinrichtungen enthalten jeweils ein vorgelagertes,
rechteckiges Patch 3, sowie je einen, auf einer Substratschicht 11 aufgebrachten,
aus zwei separaten rechteckigen Hälften bestehenden Dipol 5.
Die Speiseleitungen sind vergraben und durch eine metallische Masseebene 9,
die nur Aussparungen bei den Dipolen 5 aufweist, in dieser
Ansicht verdeckt.
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Die
Entfernung zwischen zwei benachbarten Dipolen 5 beträgt ungefähr eine
halbe Wellenlänge der
gesendeten Strahlung. Die Schicht, in der die vergrabenen Signalzuleitungen 7 verlaufen,
ist in der Ansicht von 12 schematisch dargestellt.
Andere Zahlenkombination sind ebenfalls möglich, bevorzugt ungerade Anzahl
von Elementen, bei mittiger Speisung.
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Die
Signalzuleitungen 7 führen
erfindungsgemäß parallel
unter die jeweiligen separaten, sich in der darüber liegenden Schicht befindenden
Hälften des
zentralen Dipols 5 und sind an diese mit Vias 19 ankontaktiert.
Jeweils von den äußeren Seiten
einer Hälften
des zentralen Dipols 5 führen Vias 19 nach unten
zu Speiseleitungen 17 in der Leitungsschichtebene, die
rechtwinklig von den Antennen weggeführt werden. Diese führen über zwei
weitere rechtwinklige Knicke in der Leitungsebene unter den äußeren Rand
des jeweils benachbarten Dipols 5, der sich in der darüber liegenden,
nicht abgebildeten Schicht befindet, und sind an diesen mit Vias 19 ankontaktiert.
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Eine
derartige leitende Speiseverbindung 17 wiederholt sich
jeweils zu den äußeren Dipolen 5. Dabei
beträgt
die Länge
der Kanten der jeweils U-förmigen
Speiseleitung 17, die benachbarte Dipole 5 miteinander
verbindet, ungefähr
eine halbe Wellenlänge
der gesendeten Strahlung. Durch diesen Aufbau wird die Abstrahlung
in Senderichtung verstärkt und
die Abstrahlung der Speiseleitungen 17 senkrecht zu dieser
Richtung wegen des sich gegenseitigen Aufhebens weitgehend unterdrückt. Die
metallischen Kammerstreifen 15, die nur bei den Durchbrüchen der
Signalzuleitungen bzw. Speiseleitungen 7, 17 Aussparungen
aufweisen, bilden eine seitliche Masseabschirmung.
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In 13 ist
ein Richtdiagramm der Abstrahlung im Fernfeld bei einer Frequenz
von 28.0 GHz für dieses
vierte Ausführungsbeispiel
dargestellt. Der Gewinn beträgt
10.4 dBi. Die Nebenkeulen sind sehr schmal ausgeformt.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern
auf vielfältige
Weise modifizierbar.
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So
kann die erfindungsgemäße Antennenanordnung
ein ganzes Feld von Sende- und Empfangseinrichtungen aufweisen.
Antennen gemäß der vorliegenden
Erfindung können
beispielsweise auch für eine
Hubhöhenregulierung,
im Bereich der Fahrzeugkommunikation, für die Reifendruckdatenübertragung
oder zum Beispiel für
die drahtlose Motordatenübertragung
verwendet werden.
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Schließlich können die
Merkmale der Unteransprüche
im wesentlichen frei miteinander und nicht durch die in den Ansprüchen vorliegende
Reihenfolge miteinander kombiniert werden, sofern sie unabhängig voneinander
sind.