[0001] Die vorliegende Erfindung gehört zum technischen Gebiet grundlegender Bauteile der
Elektrotechnik, damit zum Bereich der Antennen und betrifft insofern eine ebene Mikrowellenantenne
in Streifenleitungstechnik.
[0002] Mikrowellenantennen als Sendeantennen und gleichwohl als ebene Flachantennen zur
Abstrahlung hochfrequenter Mikrowellenenergie mit weitgehend homogener Verteilung
dieser abgestrahlten Sendeleistung, die geeignet sind, homogen verteilte, hochfrequente
Mikrowellenenergie in Objekte zum Zwecke der Behandlung von schädlingsbefallenem Gut
einzubringen, sind in Streifenbauart bisher nicht bekannt.
Die in DE OS 26 32 772 A1 offenbarte Antenne in Streifenleitungstechnik stellt eine
Richtantenne für spezielle Anforderungen dar, weswegen diese zum Stand der Technik
für Flachantennen gehörende Antenne bezogen auf die hier vorgeschlagene Erfindung
keinerlei Relevanz aufweist. Gleichfalls nicht relevant hinsichtlich des hier vorgeschlagenen
Erfindungsgegenstandes ist die in DE OS 35 24 503 A1 vorgestellte ebene Mikrowellenantenne
mit Antennenelementen, die aus mäanderförmig verlaufenden Streifenleitungen bestehen,
da dies eine Antennenanordnung zum Empfang von zirkular polarisierten Wellen ist.
Die in DE OS 39 07 606 A1 offenbarte Mikrowellenantenne verbessert die bis dahin bekannten
Flachantennen lediglich dahingehend, dass den unvermeidlichen Abstrahlungen des Speisenetzwerkes
begegnet wird, indem das Prinzip des dualen Strahlers eingesetzt wird. Die DE OS 43
13 397 A1 hingegen offenbart eine Antenne mit jeweils zwei unterschiedlichen Schwingungsmoden,
wodurch Empfangsund Sendesignale unabhängig voneinander empfangen und (aus)gesendet
werden. Somit stellen auch diese Antennen keine hinsichtlich des Erfindungsgegenstandes
relevanten technischen Lösungen dar, die zu diskutieren wären.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Mikrowellensendeantenne für linear
polarisierte Wellen als ebene Flachantenne zur Abstrahlung von Mikrowellenenergie
mit höchst homogener Verteilung dieser abgestrahlten Energie über die gesamte Fläche
im Nahfeld zu schaffen. Sie soll geeignet sein, solche homogen verteilte hochfrequente
Mikrowellenenergie in Objekte zum Zwecke der Behandlung von schädlingsbefallenem Gut
einzubringen. Die Antenne soll sich durch geringe Abmessungen, geringes Gewicht und
hohe Flexibilität in der Handhabung auszeichnen. Als Richtwert für die Abstrahlungsleistung
sollen 250 Watt gelten. Die vorgeschlagene Antenne soll u.a. im Frequenzbereich von
2,2 GHz bis 2,7 GHz arbeiten.
[0004] Erfindungsgemäß wird diese Aufgaben- und Zielstellung dadurch gelöst, dass eine Antenne
zur Aussendung linear polarisierter Wellen in Streifenleitungstechnik folgenden Aufbaus
vorgeschlagen wird.
Als ebene Flachantenne besteht sie aus mehreren Ebenen in Plattenform, Diese Platten
sind voneinander isoliert angeordnet. Mindestens eine der Ebenen bildet eine Grundplatte.
Eine weitere der Ebenen ist mit der Einspeisungsleiterstruktur (Phasenabstimmungssystem)
ausgestattet und eine abschließende Platte der Gesamtebenenanzahl trägt die Resonatoren-Resonatorplatte
- (Strahlungssystem). Das Strahlungssystem ist als ein Satz von Doppelschlitzleitungen
ausgeführt, die an den Rändern paarweise durch einen gemeinsamen flachen Resonator
verbunden sind. Der Abstand zwischen den Doppelschlitzleitungen ist kleiner oder gleich
der Wellenlänge. Jeder Schlitz ist an einer beliebigen Anzahl von Punkten im Abstand
kleiner oder gleich der halben Wellenlänge erregt durch Streifenleiter, die orthogonal
miteinander verbunden, in das Erregersystem eingebunden sind.
Diese v.g. Resonatorplatte besteht aus einem leitenden Material. Diese leitende Struktur
ist aus 2
n in gleichem Abstand parallel liegenden Resonatoren in Form schmaler Streifen mit
an beiden Enden der Streifen befindlichen nach außen gerichteten Spitzen und ganzflächig
umgebender leitender Struktur gebildet. Zwischen den streifenförmigen Resonatoren
und der ganzflächigen, umgebenden, leitenden Struktur ist eine nichtleitende Fläche
vorgesehen, welche beidseitig und längs der Streifenresonatoren selbst einen sehr
schmalen Streifen bildet und die am Ende der Streifenresonatoren um die ein Dreieck
bildenden Spitzen herum eine das jeweilige Dreieck einschließende Kreisfläche bildet,
wobei diese nichtleitenden Flächenanteile ein zusammenhängendes, nicht unterbrochenes
Gebilde darstellen.
Als Anschlusselement ist vorzugsweise ein Anschlussstecker für Koaxialkabel mit bis
auf die Platte mit der Einspeisungsleiterstruktur durchsteckbaren Mittelstift vorgesehen.
Die Grundplatte besteht vorzugsweise aus einer Metallplatte, welche gleichzeitig dem
Zwecke der Anbringung des Kabelsteckverbinders, von mechanischen Halterungen bzw.
als Gehäuse dient. Durch das Vorsehen einer Metallplatte als Grundplatte wird eine
gute Abschirmung und die notwendige mechanische Stabilität der Konstruktion erreicht.
Die Ebene mit der Einspeisung besteht aus einer Leitungsstruktur mit geeigneter Dimensionierung
der Leiterbahnlängen zur gleichphasigen Speisung der Resonatoren. Durch die gleichphasige
Speisung wird das Abstrahlen einer ebenen Welle bewirkt. Bei der Leistungsaufteilung
erfolgt die Anpassung an die lokalen Wellenwiderstandsverhältnisse. Die elektrische
Verbindung der einzelnen Ebenen erfolgt an den durch das Erregersystem vorgegebenen
Punkten. Durch die so erfindungsgemäße Anordnung ist eine weitestgehend homogene Verteilung
der abgestrahlten Mikrowellen über die gesamte Fläche im Nahfeld bewirkt.
[0005] An nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.
Die Figuren 1 bis 3 stellen die erfindungsgemäße Anordnung dar.
- Fig. 1
- zeigt die Gesamtanordnung der Mikrowellenantenne
- Fig. 2
- zeigt die Resonatorplatte
- Fig. 3
- zeigt die Ebene der Einspeisungsleiterstruktur
Ausführungsbeispiel:
[0006] Die Antenne dieses Ausführungsbeispieles besteht aus drei Ebenen, der Grundplatte
3, der Einspeisungsleiterstruktur 4 und der Resonatorplatte 5.
Sie ist als Sendeantenne für die Frequenz von 2,45 GHz mit linearer Polarisation vorgesehen.
Die Belastbarkeit ist für ca. 250 Watt ausgelegt. Der Antenneneingang ist für einen
Wellenwiderstand von 50 Ohm bemessen.
Die Grundplatte 3 ist als Metallplatte ausgebildet, die der Abschirmung dient und
der Konstruktion die notwendige mechanische Stabilität verleiht. Sie dient weiterhin
der Anbringung des Kabelsteckverbinders 1 mittels eines koaxialen Anschlusssteckers,
der über ein Koaxialkabel, vom Mikrowellengenerator kommend, gespeist wird und dessen
Mittelstift bis auf die Platte mit der Einspeisungsstruktur reicht und dort mit dieser
verbunden ist. Die Metallplatte dient des weiteren zur Aufnahme von Halterungselementen,
welche beim Einsatz der Antenne erforderlich sind. Die Einspeisungsleiterstruktur
4 besteht aus leitendem Material. Diese Ebene enthält die Leitungsstruktur 10 mit
Leiterbahnen geeigneter Geometrie und Dimensionierung, um die Resonatoren 6a, 6b durch
diese Leiterbahnen 10 gleichphasig zu speisen. Bei der Leistungsaufteilung erfolgt
die Anpassung an die lokalen Wellenwiderstandsverhältnisse. Die Resonatorplatte 5
besteht aus dem selben Halbzeug wie die Ebene mit der Einspeisungsleiterstruktur 4.
Die darauf befindliche leitende Struktur ist aus 2
n mit n = 2 (demzufolge 4) in gleichem Abstand parallel liegenden Resonatoren 6a, 6b
in Form schmaler Streifen 6a mit an beiden Enden der Streifen befindlichen nach außen
gerichteten Spitzen 6b gebildet. Dabei ist zwischen den streifenförmigen Resonatoren
6a, 6b und der ganzflächigen, umgebenden, leitenden Fläche 7 eine nichtleitende Fläche
vorgesehen, welche beidseitig und längs der Streifenresonatoren 6a, 6b selbst einen
sehr schmalen Streifen 8 bildet und die am Ende der Streifenresonatoren 6a, 6b um
die ein Dreieck bildenden Spitzen 6b herum eine das jeweilige Dreieck einschließende
Kreisfläche 9 bildet, wobei diese nichtleitenden Flächenanteile 8 und 9 ein zusammenhängendes,
nicht unterbrochenes Gebilde darstellen.
1. Mikrowellenantenne als ebene Flachantenne in Streifenleitungstechnik zur Aussendung
linear polarisierter Wellen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Flachantenne aus einem Anschlusselement (1) und mehreren Ebenen in Plattenform,
voneinander isoliert durch ein Dielektrikum (2), besteht, wobei mindestens eine der
Ebenen durch eine Grundplatte (3), eine weitere der Ebenen durch eine, die die Einspeisungsleiterstruktur
enthält (4) und eine abschließende Ebene der Gesamtebenenanzahl durch eine Platte
(5) mit den Resonatoren (6a, 6b) gebildet ist, und diese Ebene (5) 2n in gleichem Abstand parallel liegende Resonatoren (6a, 6b) in Form schmaler Streifen
(6a) mit an beiden Enden der Streifen befindlichen nach außen gerichteten Spitzen
(6b) und eine ganzflächig umgebende Metallfläche (7) beinhaltet, wobei zwischen den
streifenförmigen Resonatoren (6a, 6b) und der ganzflächigen, umgebenden Metallfläche
(7) eine nichtleitende Fläche vorgesehen ist, die beidseitig und längs der Streifenresonatoren
(6a, 6b) selbst einen sehr schmalen Streifen (8) bildet und die am Ende der Streifenresonatoren
(6a, 6b) um die ein Dreieck bildenden Spitzen (6b) herum eine das jeweilige Dreieck
einschließende Kreisfläche (9) bildet, wobei diese nichtleitenden Flächenanteile (8
und 9) ein zusammenhängendes, nicht unterbrochenes Gebilde darstellen.
2. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sendeantenne vorzugsweise eine solche für den Frequenzbereich 2,2 ... 2,7 GHz
ist.
3. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Anschlusselement (1) vorzugsweise Anschlussstecker für Koaxialkabel mit bis auf
die Ebene mit der Einspeisungsleiterstruktur (4) durchsteckbaren Mittelstift vorgesehen
sind.
4. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Grundplatte (3) vorzugsweise aus einer Metallplatte besteht, die gleichzeitig
dem Zwecke der Anbringung des Kabelsteckverbinders (1), von mechanischen Halterungen
bzw. als Gehäuse dient.
5. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ebene mit der Einspeisungsleiterstruktur (4) aus einem aus leitendem Material
mit geeigneter Geometrie und Dimensionierung der Leiterbahnen zur gleichphasigen Speisung
der Resonatoren (6a, 6b) besteht.
6. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Resonatorplatte (5) - somit das Strahlungssystem als ein Satz von Doppelschlitzleitungen
ausgeführt ist, die an den Rändern paarweise durch einen gemeinsamen flachen Resonator
verbunden sind und der Abstand zwischen den Doppelschlitzleitungen kleiner oder gleich
der Wellenlänge ausgeführt ist, wobei jeder Schlitz an einer beliebigen Anzahl von
Punkten im Abstand kleiner oder gleich der halben Wellenlänge durch Streifenleiter
erregt ist, die orthogonal miteinander verbunden, in das Erregersystem eingebunden
sind.
7. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die elektrische Verbindung der einzelnen Ebenen (3), (4), (5) an den durch das Erregersystem
vorgegebenen Punkten erfolgt.