DE10322803A1 - Microstrip- or patch antenna for modern high capacity communication systems, comprises radiator with resonant cavity at rear and miniature horn surrounding it - Google Patents

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Adel Abdel Rahman
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Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
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    • H01Q13/02—Waveguide horns

Abstract

The radiator (1) has a resonant cavity (6) extending between the dielectric substrate (2) and base plate (4). Its lateral dimensions exceed those of the radiator. The radiator has a miniature horn (7), its base seated on the substrate (2) and surrounding it (1). Lateral dimensions of the horn base are smaller than those of the dielectric substrate (2).

Description

MikrostreifenantenneMicrostrip antenna

Die Erfindung betrifft eine Mikrostreifenantenne (Patchantenne) mit hohem Gewinn und großer Bandbreite.The The invention relates to a microstrip antenna (patch antenna) high profit and great Bandwidth.

Eine Mikrostreifenantenne besteht im Prinzip aus in ihrer Form und Abmessung definierten leitfähigen Flächen, von denen die eine auf einer ebenen Schicht eines dielektrischen Substrats liegt und als rechteckiges oder zirkulares Strahlerelement (microstrip patch) ausgebildet ist, während die andere leitfähige Fläche sich auf der anderen Seites des Dielektrikums befindet und gewöhnlich als (elektrisch leitfähige) Grundplatte bezeichnet wird. Weiterhin sind Speiseleitungen vorgesehen. Die Kantenlängen des flächenhaften Strahlerelements werden so vorgegeben, dass eine der Längen des Strahlerelements einem ganzzahligem Vielfachen eines vorgegebenen Teiles der Wellenlänge entspricht, mit der die Antenne arbeitet. Zwischen dem Strahlerelement der Antenne und der Grundplatte befindet sich wenigstens ein Resonanzhohlraum (cavity). Im Allgemeinen wird eine Gruppe von Strahlerelementen als eine Einheit nach Art eines grdruckten Schaltkreises hergestellt ( DE 2816362 A1 ).A microstrip antenna basically consists of conductive surfaces defined in terms of their shape and dimensions, one of which lies on a flat layer of a dielectric substrate and is designed as a rectangular or circular radiator element (microstrip patch), while the other conductive surface is on the other side of the dielectric and is commonly referred to as an (electrically conductive) base plate. Feed lines are also provided. The edge lengths of the planar radiator element are specified such that one of the lengths of the radiator element corresponds to an integral multiple of a predetermined part of the wavelength with which the antenna works. At least one resonance cavity is located between the antenna element and the base plate. In general, a group of radiator elements is manufactured as a unit in the form of a large printed circuit ( DE 2816362 A1 ).

Bekannte Mikrostreifenantennen besitzen einen Gewinn von ca. 6 dBi – 8 dBi und eine geringe Bandbreite von ca. 1,5 % bis 2,5 %. Moderne Hochgeschwindigkeits-Kommunikationssysteme erfordern Antennen mit höherem Gewinn und größerer Bandbreite.Known Microstrip antennas have a gain of approx. 6 dBi - 8 dBi and a small bandwidth of approximately 1.5% to 2.5%. Modern high-speed communication systems require antennas with higher Profit and wider range.

Es ist bereits bekannt, den Gewinn von Mikrostreifenantennen durch Verwendung einer oder mehrerer als Superstrate bezeichneten dielektrischen Deckschichten zu verbessern [I. J. Bahl and P. Bhartia, Microstrip Antennas. Dedham, MA, Aretech Hause 1980]. Für eine signifikante Verbesserung des Gewinns sind dielektrische Deckschichten mit hoher Permittivität erforderlich, was jedoch im allgemeinen sehr aufwändig ist und zu einer weiteren Reduzierung der bei Mikrostreifenantennen verfügbaren Bandbreite führt.It is already known to gain from microstrip antennas Use of one or more dielectric called superstrates Improve top layers [I. J. Bahl and P. Bhartia, Microstrip Antennas. Dedham, MA, Aretech Home 1980]. For a significant improvement of the gain, dielectric cover layers with high permittivity are required, which, however, is generally very complex and leads to a further one Reduction of the bandwidth available with microstrip antennas leads.

Es sind auch Mikrostreifenantennen mit einem hohen Gewinn bekannt, die sowohl einen Resonanzhohlraum unterhalb des die Mikrostreifenleiter tragenden dielektrischen Substrates aufweisen, als auch eine Deckschicht mit vorgegebenen dielektrischen und magnetischen Eigenschaften aufweisen [J. R. James, P. S. Hall, and C. Wood, Microstrip Antenna Theory and Design, Electromag. Waves Series 12, Peregrinus, 1981]. Dieser Aufbau kann zwar die Isolation der Strahlungselemente verbessern, besitzt aber dennoch die oben genannten Beschränkungen.It are also known microstrip antennas with a high gain, which both have a resonance cavity underneath the microstrip line bearing dielectric substrate, as well as a cover layer with predetermined dielectric and magnetic properties [J. R. James, P.S. Hall, and C. Wood, Microstrip Antenna Theory and Design, Electromag. Waves Series 12, Peregrinus, 1981]. This Construction can improve the isolation of the radiation elements, but still has the limitations mentioned above.

Bei einer zweischichtigen, elektromagnetisch gekoppelten rechteckigen Mikrostreifenantenne wurde experimentell 9,2 dB Gewinn ermittelt, jedoch nur bei einer Bandbreite von 1,3 %.at a two-layer, electromagnetically coupled rectangular Microstrip antenna was determined experimentally 9.2 dB gain, however only with a bandwidth of 1.3%.

Es wurden auch dicke Substrate zur Verbesserung der Bandbreite einer Mikrostreifenantenne verwendet [H. Yang and N. Alexopoulos, "Gain Enhancement Methods for Printed Circuit Antennas Through Multiple Superstrates", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. AP-35, no. 7, pp. 860–863, July 1987]. Eine größere Substratdicke vergrößert jedoch im Allgemeinen auch die Leistung der Oberflächenwellen.It were also thick substrates to improve the bandwidth of one Microstrip antenna used [H. Yang and N. Alexopoulos, "Gain Enhancement Methods for Printed Circuit Antennas Through Multiple Superstrates ", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. AP-35, no.7, pp. 860-863, July 1987]. A larger substrate thickness enlarges however generally also the performance of surface waves.

Kürzlich wiesen die Autoren dieser Patentanmeldung eine Verbesserung des Gewinns um 3 dB bei einer Mikrostreifenantenne nach, bei der eine Miniatur-Hornantenne auf die Oberfläche der Antennenstruktur aufgesetzt war. Allerdings war auch dabei die Bandbreite auf rund 1,5 % begrenzt. Die Kombination eines Hornantennen-Elementes mit einer Mikrostreifenantenne sieht auch die US 5317329 vor, jedoch ist der dort beschriebene Aufbau für eine Miniaturisierung bzw. den Einsatz in Gruppen-Antennen wenig geeignet.Recently, the authors of this patent application demonstrated a 3 dB gain improvement in a microstrip antenna with a miniature horn antenna placed on the surface of the antenna structure. However, the bandwidth was also limited to around 1.5%. The combination of a horn antenna element with a microstrip antenna also sees that US 5317329 before, however, the structure described there is not very suitable for miniaturization or use in group antennas.

Aus der US 4644362 ist eine ebene Gruppen-Antenne bekannt, die drei Substratschichten enthält, in die übereinanderliegende kreisförmige Resonanzhohlräume eingearbeitet sind, deren Wandungen metallisiert sind. Die Resonanzhohlräume in der obersten Schicht enden offen in einem sich nach oben konisch erweiternden Abschnitt, was zu einer Verbeserung des Antennengewinns beitragen soll. Der hohe Fertigungsaufwand für eine derartige Antenne lässt ihre Verwendung nur in speziellen Einsatzgebieten zu.From the US 4644362 a flat group antenna is known which contains three substrate layers, into which superimposed circular resonance cavities are worked, the walls of which are metallized. The resonance cavities in the top layer openly end in a section that widens conically upwards, which should contribute to an improvement in the antenna gain. The high manufacturing effort for such an antenna allows its use only in special fields of application.

Weiterhin ist aus der US 4527165 eine mehrschichtige Gruppen-Antenne zum Senden und Empfangen zirkular polarisierter Signale bekannt, bei der von Dipolanordnungen gespeiste Miniatur-Hornantennen-Elemente eingesetzt werden. Auch für diese Gruppen-Antenne ist der Fertigungs- und Montageaufwand relativ hoch, so dass sie aus Kostengründen nur in. speziellen Einsatzgebieten verwendbar ist.Furthermore, from the US 4527165 a multi-layer group antenna for transmitting and receiving circularly polarized signals is known, in which miniature horn antenna elements fed by dipole arrangements are used. The manufacturing and assembly work for this group antenna is also relatively high, so that for cost reasons it can only be used in special fields of application.

Aus der US 4819004 ist auch eine Gruppen-Antenne bekannt, die eine aus konischen Elementen bestehende Frontstruktur aufweist. Diese Frontstruktur dient jedoch nicht als Hornstrahler, sondern als Stützstruktur. Die Gruppen-Antenne gemäß US 487806 weist rechteckige Hornstrahler als Strahlerelemente auf, die mittels Wellenleiter gespeist werden. Die Speisung der Wellenleiter erfolgt jeweils durch orthogonal angeordnete Dipole.From the US 4819004 a group antenna is also known which has a front structure consisting of conical elements. However, this front structure does not serve as a horn, but as a support structure. The group antenna according to US 487806 has rectangular horns as radiator elements, which are fed by means of waveguides. The waveguides are fed by orthogonally arranged dipoles.

Die in der EP 402005 B1 beschriebene Antennenstruktur weist einen mit einem Dielektrikum gefüllten Hohlraumstrahler auf, dem Hochfrequenzenergie mittels eines Mikrostreifen- Hornstrahlers zugeführt wird. Der Mikrostreifen-Hornstrahler fungiert daher nicht als Strahlungselement, sondern als Speiseelement.The in the EP 402005 B1 The antenna structure described has a cavity radiator filled with a dielectric, to which high-frequency energy is supplied by means of a microstrip horn. The microstrip horn is therefore not a radiation element, but a food element.

Insgesamt zeigt der vorstehend beschriebene Stand der Technik, dass der Einsatz von mittels Dipolen oder Wellenleitern gespeisten Hornstrahlern in Mikrowellenantennen weit verbreitet ist. Jedoch wurde die Aufgabe, eine mit einem Miniatur-Hornstrahler versehenen Mikrowellenantenne so zu gestalten, dass der Fertigungs- und Montageaufwand weitgehend reduziert wird und gleichzeitig der Antennengewinn sowie die Bandbreite erhöht wird, bisher nicht befriedigend gelöst.All in all the prior art described above shows that use from horn radiators fed by means of dipoles or waveguides is widely used in microwave antennas. However, the task a microwave antenna equipped with a miniature horn to be designed so that the manufacturing and assembly work largely is reduced and at the same time the antenna gain and the bandwidth elevated has not yet been satisfactorily resolved.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention Object achieved by the features of claim 1.

In Bezug auf die Erfindung soll ein in für die Mikrostreifenantenne verwendetes Material wie der Trägerkörper als "nichtleitend" gelten, wenn der Verlustfaktor des Materials die Bedingung tan δ < 10–2 gilt.In relation to the invention, a material used in the microstrip antenna, such as the carrier body, is said to be "non-conductive" if the loss factor of the material applies to the condition tan δ <10 -2 .

Vorteihafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich unmittelbar aus den Unteransprüchen. In einer sehr vorteilhaften Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Mikrostreifenantenne folgenden Aufbau auf:

  • • ein Trägerkörper mit z. B. plattenförmiger Gestalt aus einem nichtleitenden Material weist eine Ausnehmung auf,
  • • in der Ausnehmung sind das dielektrische Substrat, auf dem das flächenhafte Strahlerelement aufgebracht ist, sowie der dem Strahlerelement zugeordnete Resonanzhohlraum angeordnet, dessen Lateralabmessungen größer als die des Strahlerelements sind,
  • • die Seitenwand der im Trägerkörper befindlichen Ausnehmung weist eine elektrisch leitfähige Schicht auf,
  • • die Unterseite des Trägerkörpers, d. h. die dem Strahlerelement abgewandte Seite des Trägerkörpers, ist vollständig oder mindestens in dem Bereich unter dem Resonanzhohlraum mit der Grundplatte oder einer mit der Grundplatte leitend verbundenen elektrisch leitfähigen Schicht bedeckt ist und
  • • jedem Strahlerelement ist ein Miniatur-Hornstrahler zugeordnet, der auf der Oberseite des Trägerkörpers angeordnet ist und das Strahlerelement mit Abstand umschließt, wobei die Basis des Miniatur-Hornstrahler auf dem dielektrischen Substrat aufsitzt und die Lateralabmessungen der Basis des Miniatur-Hornstrahler kleiner als diejenigen des dielektrischen Substrat sind.
Advantageous refinements and developments of the invention result directly from the subclaims. In a very advantageous embodiment, the microstrip antenna according to the invention has the following structure:
  • • a support body with z. B. plate-shaped shape made of a non-conductive material has a recess,
  • The dielectric substrate on which the planar radiator element is applied and the resonance cavity associated with the radiator element, the lateral dimensions of which are larger than that of the radiator element, are arranged in the recess,
  • The side wall of the recess in the carrier body has an electrically conductive layer,
  • • The underside of the support body, ie the side of the support body facing away from the radiator element, is completely or at least in the area under the resonance cavity covered with the base plate or with an electrically conductive layer conductively connected to the base plate
  • • Each radiator element is assigned a miniature horn, which is arranged on the top of the support body and surrounds the radiator element at a distance, with the base of the miniature horn on the dielectric substrate and the lateral dimensions of the base of the miniature horn smaller than those of the are dielectric substrate.

Diese Ausführungsform lässt sich vorteilhaft dadurch modifizieren, dass der Miniatur-Hornstrahler und der Trägerkörper aus einem nichtleitenden Kunststoff wie PVC u. dgl. bestehen, wobei die Innenwand des Miniatur-Hornstrahlers eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist. Eine derartige Ausführungsform ist besonders günstig zu fertigen, wenn der Miniatur-Hornstrahler und der Trägerkörper einstückig ausgebildet sind.This embodiment let yourself Modify advantageously by the miniature horn and the Carrier body from a non-conductive plastic such as PVC u. Like. exist, wherein the inside wall of the miniature horn is an electrically conductive layer having. Such an embodiment is particularly cheap to manufacture if the miniature horn and the support body are integrally formed are.

Mit der erfindungsgemäßen Mikrostreifenantenne wurde bei einer Frequenz von 9,37 GHz und einer Länge der Innenwand des Miniatur-Hornstrahlers von ca. λo/4 ein Gewinn von ca. 12,5 dBi und eine Bandbreite von ca. 14,5 % erhalten. Durch Vergrößerung der Länge der Innenwand des Miniatur-Hornstrahlers kann der Gewinn weiter gesteigert werden. Bei geeigneter Wahl der Antennenparameter kann die Antenne in allen Mikrowellen- und Millimeterwellen-Bereichen arbeiten.With the inventive microstrip antenna of the inner wall of the miniature horn of approximately λ o / 4, a gain of approximately 12.5 dBi, and a bandwidth of approximately 14.5% was obtained at a frequency of 9.37 GHz and a length. By increasing the length of the inside wall of the miniature horn, the profit can be increased further. With a suitable choice of the antenna parameters, the antenna can work in all microwave and millimeter wave ranges.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.in the The invention is based on a preferred embodiment with reference to the attached Drawings explained in more detail with further details.

Dabei zeigenthere demonstrate

1 eine schematische Darstellung des Querschnitts der erfindungsgemäßen Mikrostreifenantenne, 1 1 shows a schematic representation of the cross section of the microstrip antenna according to the invention,

2 ein Diagramm der Abhängigkeit der Direktivität von den Antennenparametern 2 a diagram of the dependence of the directivity on the antenna parameters

3 ein Diagramm der Abhängikkeit des Reflexionsdämpfung von der Betriebsfrequenz, 3 a diagram of the dependency of the reflection attenuation on the operating frequency,

4a, 4b die Strahlungscharakteristik in der E- and H-Ebene, 4a . 4b the radiation characteristics in the E and H planes,

5 die Strahlungscharakteristik für die Kreuz-Polarisition. 5 the radiation characteristic for the cross polarization.

Die Mikrostreifenantenne gemäß 1 mit einer Gesamthöhe von ca. 7 mm arbeitet mit linearer Polarisation im Sende- und Empfangsmodus und wurde bei 9,37 GHz getestet. Auf das dielektrische Substrat 2 mit einer Dicke von hs = 0,0253 λo ist z. B. in einem photolithographischen Prozess ein quadratisches Strahlerelement 1 aufgebracht. Die Wahl einer quadratischen Form des Strahlerelements 1 sichert günstige Werte für die Bandbreite und den Wirkungsgrad der Antenne. Das quadratische Strahlerelement 1 besitzt eine Dicke von 35 μm bei einer Seitenlänge von Lp = 0.3636 λo und wird mit einer Koaxialeinspeisung unter Verwendung eines SMA-Konnektors 5 gespeist.The microstrip antenna according to 1 with a total height of approx. 7 mm works with linear polarization in transmit and receive mode and was tested at 9.37 GHz. On the dielectric substrate 2 with a thickness of h s = 0.0253 λ o is z. B. in a photolithographic process, a square radiator element 1 applied. Choosing a square shape for the radiator element 1 ensures favorable values for the bandwidth and the efficiency of the antenna. The square spotlight element 1 has a thickness of 35 μm with a side length of L p = 0.3636 λ o and is made with a coaxial feed using an SMA connector 5 fed.

Dem Strahlerelement 1 ist ein mit Schaummaterial gefüllter Resonanzhohlraum 6 zugeordnet, der sich zwischen dem dielektrischen Substrat 2 und der elektrisch leitfähigen Grundplatte 4 erstreckt und dessen Lateralabmessungen größer als die des Strahlerelements 1 sind.The radiator element 1 is a resonance cavity filled with foam material 6 assigned which is between the dielectric substrate 2 and the electrically conductive base plate 4 extends and its lateral dimensions larger than that of the radiator element 1 are.

Der Resonanzhohlraum 6 ist mit Schaummaterial gefüllt, um die effektive relative Permittivität zu reduzieren und die notwendige Dicke zu erreichen, um den Gewinn und die Bandbreite zu vergrößern. Der Resonanzhohlraum 6 besitzt eine Dicke von hf = 0,0506 λo. und – ebenso wie das dielektrische Substrat 2 – eine Seitenlänge von ca. 1,1525 λo.The resonance cavity 6 is filled with foam material to reduce the effective relative permittivity and to achieve the necessary thickness to increase the gain and the bandwidth. The resonance cavity 6 has a thickness of h f = 0.0506 λ o . and - just like the dielectric substrate 2 - a side length of approx. 1.1525 λ o .

Jedem Strahlerelement 1 ist ein Miniatur-Hornstrahler 7 zugeordnet, dessen Basis auf dem dielektrischen Substrat 2 aufsitzt und das Strahlerelement 1 mit dem Abstand d umschließt, wobei jedoch die Lateralabmessungen der Basis des Miniatur-Hornstrahler 7 kleiner als diejenigen des dielektrischen Substrat 2 sind. Bei der getesteten Ausführung hatte der Miniatur-Hornstrahler 7 annähernd folgende Maße:

  • • Seitenlänge der quadratischen Basis des Hornstrahlers: Lp + 2d = 29 mm,
  • • Neigungswinkel zwischen der Innenwand des Hornstrahlers und der Flächennormale des dielektrischen Substrats: θh = 60°,
  • • Länge der Innenwand des Hornstrahlers: Lh = λo/4
Every radiator element 1 is a miniature horn 7 assigned its base on the dielectric substrate 2 sits on and the radiator element 1 encloses with the distance d, however, the lateral dimensions of the base of the miniature horn 7 smaller than that of the dielectric substrate 2 are. The miniature horn was used in the tested version 7 approximately the following dimensions:
  • • Side length of the square base of the horn: L p + 2d = 29 mm,
  • • angle of inclination between the inner wall of the horn and the surface normal of the dielectric substrate: θ h = 60 °,
  • • Length of the inner wall of the horn: L h = λ o / 4

Durch Vergrößerung der Innenwand-Länge Lh des Miniatur-Hornstrahlers kann der Gewinn weiter gesteigert werden.The gain can be increased further by increasing the inside wall length L h of the miniature horn.

Im Interesse einer kostengünstigen Herstellung wurde das dielektrische Substrat 2 sowie der Resonanzhohlraum 6 in einem Trägerkörper 8 aus einem nichtleitenden Material mit einem Verlustfaktor tan δ < 10–2 angeordnet. Dies kann z. B. realisiert werden, indem in einen plattenförmigen Trägerkörper 8 aus PVC-Material oder einem anderen geeigneten Kunststoff eine Ausnehmung zur Aufnahme des dielektrischen Substrats 2 sowie des Resonanzhohlraums 6 eingefräst wird. Der Miniatur-Hornstrahler 7 kann aus dem gleichen Material oder einem anderen geigneten Material wie der Trägerkörper gefertigt werden. In vielen Fällen wird es jedoch vorteilhaft sein, den Trägerkörper 8 und den Miniatur-Hornstrahler 7 einstückig herzustellen, was z. B. durch einen Fräsprozess oder durch Urformen wie Spritzgießen u. dgl. erfolgen kann.In the interest of an inexpensive manufacture, the dielectric substrate 2 as well as the resonance cavity 6 in a carrier body 8th made of a non-conductive material with a loss factor tan δ <10 -2 . This can e.g. B. can be realized by in a plate-shaped carrier body 8th a recess for receiving the dielectric substrate made of PVC material or another suitable plastic 2 as well as the resonance cavity 6 is milled. The miniature horn 7 can be made of the same material or another suitable material as the carrier body. In many cases, however, it will be advantageous to use the carrier body 8th and the miniature horn 7 to produce in one piece what z. B. by a milling process or by master forms such as injection molding and. Like. Can be done.

Bei Verwendung eines nichtleitenden Materials sind die Seitenwand der in den Trägerkörper 8 eingebrachten Ausnehmung und die Innenwand des Hornstrahlers 7 mit einer elektrisch leitfähigen Schicht zu versehen.If a non-conductive material is used, the side wall is that in the carrier body 8th recess and the inner wall of the horn 7 to be provided with an electrically conductive layer.

2 zeigt Messwerte für verschiedene Neigungswinkel θh zwischen der Innenwand des Hornstrahlers und der Flächennormale des dielektrischen Substrats. Dieser Neigungswinkel hat einen Einfluss auf die Direktivität der erfindungsgemäßen Mikrostreifenantenne. Ein Neigungswinkel von ca. 55° ergab eine Direktivität von 10,7 dBi. Die Direktivität ist jedoch nicht sehr empfindlich gegen Änderungen des Neigungswinkels und des Abstandes zwischen dem Rand eines Strahlerelements und der Basis des zugehörigen Miniatur-Hornstrahlers. Dies zeigt, dass keine engen Fertigungstoleranzen erforderlich sind, was die Fertigungskosten senkt, und dass die erfindungsgemäße Mikrostreifenantenne für eine Breitbandoperation geeignet ist. 2 shows measured values for different angles of inclination θ h between the inner wall of the horn and the surface normal of the dielectric substrate. This angle of inclination has an influence on the directivity of the microstrip antenna according to the invention. An angle of inclination of approx. 55 ° resulted in a directivity of 10.7 dBi. However, the directivity is not very sensitive to changes in the angle of inclination and the distance between the edge of a radiator element and the base of the associated miniature horn. This shows that no tight manufacturing tolerances are required, which lowers the manufacturing costs, and that the microstrip antenna according to the invention is suitable for a broadband operation.

Für die Mikrostreifenantenne wurden zwei separate Resonanzstellen gefunden – eine für das Strahlerelement 1 und die andere für den Resonanzhohlraum 6. Durch ein geignetes Design des Resonanzhohlraums 6 wurde die Resonanzfrequenz des Resonanzhohlraums 6 an die Resonanzfrequenz des Strahlerelements 1 angenähert. Dies führte zu keiner wesentlichen Änderung der Resonanzfrequenz des Strahlerelements, jedoch wurden Gewinn und Bandbreite verbessert. Eine kleine Änderung in Zufuhrposition ist notwendig, um die Reflexionsdämpfung zu verbessern.Two separate resonance points were found for the microstrip antenna - one for the radiator element 1 and the other for the resonance cavity 6 , Through a suitable design of the resonance cavity 6 became the resonance frequency of the resonance cavity 6 to the resonance frequency of the radiator element 1 approximated. This did not result in a significant change in the resonance frequency of the radiator element, but the gain and bandwidth were improved. A small change in the feed position is necessary to improve the reflection loss.

In der folgenden Tabelle 1 sind die strukturellen Details der getesteten Mikrostreifenantenne zusammengefasst, deren Gesamthöhe ca. 7 mm beträgt.In Table 1 below is the structural details of those tested Microstrip antenna combined, the total height of which is approx. 7 mm is.

Figure 00060001
Tabelle 1
Figure 00060001
Table 1

Die folgende Tabelle 2 zeigt eine Übersicht über die experimentell ermittelten Leistungsdaten einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikrostreifenantenne.The The following table 2 shows an overview of the experimentally determined performance data of an embodiment the microstrip antenna according to the invention.

Figure 00070001
Tabelle 2
Figure 00070001
Table 2

Claims (9)

Mikrostreifenantenne mit einer elektrisch leitfähigen Grundplatte (4), einem dielektrischen Substrat (2), das mit Abstand zur Grundplatte (4) angeordnet ist, einem flächenhaften Strahlerelement (1), das auf dem dielektrischen Substrat (2) aufgebracht ist und mittels Koaxialeinspeisung (5), insbesondere mit SMA-Konnektor, gespeist wird, wobei • dem Strahlerelement (1) ein Resonanzhohlraum (6) zugeordnet ist, der sich zwischen dem dielektrischen Substrat (2) und der Grundplatte (4) erstreckt und dessen Lateralabmessungen größer als die des Strahlerelements (1) sind, und • dem Strahlerelement (1) ein Miniatur-Hornstrahler (7) zugeordnet ist, dessen Basis auf dem dielektrischen Substrat (2) aufsitzt und das Strahlerelement (1) mit Abstand umschließt, wobei die Lateralabmessungen der Basis des Miniatur-Hornstrahler (7) kleiner als diejenigen des dielektrischen Substrat (2) sind.Microstrip antenna with an electrically conductive base plate ( 4 ), a dielectric substrate ( 2 ), which is at a distance from the base plate ( 4 ) is arranged, a flat radiating element ( 1 ) on the dielectric substrate ( 2 ) is applied and by means of coaxial feed ( 5 ), in particular with an SMA connector, where • the radiator element ( 1 ) a resonance cavity ( 6 ) assigned between the dielectric substrate ( 2 ) and the base plate ( 4 ) and its lateral dimensions are larger than that of the radiator element ( 1 ), and • the radiator element ( 1 ) a miniature horn ( 7 ) is assigned, the base of which is on the dielectric substrate ( 2 ) sits and the radiator element ( 1 ) encloses at a distance, the lateral dimensions of the base of the miniature horn ( 7 ) smaller than that of the dielectric substrate ( 2 ) are. Mikrostreifenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass • ein Trägerkörper (8) aus einem nichtleitenden Material mit z. B. plattenförmiger Gestalt vorgesehen ist, der eine Ausnehmung aufweist, in der das dielektrische Substrat (2) sowie der Resonanzhohlraum (6) angeordnet sind, • die Seitenwand der Ausnehmung im Bereich des Resonanzhohlraums (6) eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist, • die Unterseite des Trägerkörpers (8) vollständig oder mindestens in dem Bereich unter dem Resonanzhohlraum (6) mit der Grundplatte (4) oder einer mit der Grundplatte (4) leitend verbundenen elektrisch leitfähigen Schicht bedeckt ist und • der Miniatur-Hornstrahler (7) auf der Oberseite des Trägerkörpers (8) angeordnet ist.Microstrip antenna according to claim 1, characterized in that • a carrier body ( 8th ) made of a non-conductive material with z. B. plate-shaped shape is provided which has a recess in which the dielectric substrate ( 2 ) and the resonance cavity ( 6 ) arranged are, • the side wall of the recess in the area of the resonance cavity ( 6 ) has an electrically conductive layer, • the underside of the carrier body ( 8th ) completely or at least in the area under the resonance cavity ( 6 ) with the base plate ( 4 ) or one with the base plate ( 4 ) electrically conductive layer is covered and • the miniature horn ( 7 ) on the top of the carrier body ( 8th ) is arranged. Mikrostreifenantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Miniatur-Hornstrahler (7) aus einem nichtleitenden Material besteht und seine Innenwand eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist.Microstrip antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the miniature horn ( 7 ) consists of a non-conductive material and its inner wall has an electrically conductive layer. Mikrostreifenantenne nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Miniatur-Hornstrahler (7) und der Trägerkörper (8) aus einem nichtleitenden Kunststoff wie PVC u. dgl. bestehen.Microstrip antenna according to claim 2 or 3, characterized in that the miniature horn ( 7 ) and the carrier body ( 8th ) made of a non-conductive plastic such as PVC u. Like exist. Mikrostreifenantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Miniatur-Hornstrahler (7) und der Trägerkörper (8) einstückig ausgebildet sind.Microstrip antenna according to claim 4, characterized in that the miniature horn ( 7 ) and the carrier body ( 8th ) are integrally formed. Mikrostreifenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlerelement (1) eine laterale Abmessung Lp = 0,36 λo ± f(εs, εf, hs, hf) % aufweist und auf einem dielektrischen Substrat (2) mit der Höhe hs = 0,025 λo ± 4 % % sowie der Dielektrizitätskonstanten εs = 3.38 ± 2 % aufgebracht ist.Microstrip antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the radiating element ( 1 ) has a lateral dimension Lp = 0.36 λ o ± f (ε s , ε f , h s , h f )% and on a dielectric substrate ( 2 ) with the height h s = 0.025 λ o ± 4%% and the dielectric constant ε s = 3.38 ± 2%. Mikrostreifenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzhohlraum (6) eine Höhe hf = 0,05 λo ± 4 % und eine laterale Abmessung von 1,15 λo ± 4 % aufweist und im wesentlichen vollständig mit einem (Schaum) Material mit der Dielektrizitätskonstante εf = 1.07 ± 0.02 ausgefüllt ist.Microstrip antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the resonance cavity ( 6 ) has a height h f = 0.05 λ o ± 4% and a lateral dimension of 1.15 λ o ± 4% and is essentially completely filled with a (foam) material with the dielectric constant ε f = 1.07 ± 0.02. Mikrostreifenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Geometrie-Parameter d, Lh und θh des Miniatur-Hornstrahlers (7) d = λo/8 ± 5 %; Lh = λo/4 ± 5 %; θh = 55° ± 5° % gilt, wobei • d der Abstand zwischen dem Rand eines Strahlerelements (1) und der Basis des zugehörigen Miniatur-Hornstrahlers (7), • Lh die Länge der Innenwand des Miniatur-Hornstrahlers (7), • θh der Neigungswinkel zwischen der Innenwand des Miniatur-Hornstrahlers (7) und der Flächennormale des dielektrischen Substrats (2) ist.Microstrip antenna according to one of the preceding claims, characterized in that for the geometry parameters d, L h and θ h of the miniature horn ( 7 ) d = λ o / 8 ± 5%; L h = λ o / 4 ± 5%; θ h = 55 ° ± 5 °%, where • d is the distance between the edge of a radiator element ( 1 ) and the base of the associated miniature horn ( 7 ), • L h the length of the inside wall of the miniature horn ( 7 ), • θ h the angle of inclination between the inside wall of the miniature horn ( 7 ) and the surface normal of the dielectric substrate ( 2 ) is. Mikrostreifenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Element eines Gruppenantenne ist.Microstrip antenna according to one of the preceding Expectations, characterized in that it is an element of a group antenna is.
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