ПАТЧ-ИЗЛУЧАТЕЛЬ Российский патент 2016 года по МПК H01Q9/04 

Изобретение относится к патч-излучателю, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения основного патента DE 10 2011 117 690.3.

Патч-излучатели в принципе достаточно известны, например, из DE 10 2004 016 158 А1.

Такие патч-излучатели содержат, как известно, диэлектрическую подложку с верхней стороной, нижней стороной, а также окружными стенными участками, т.е. боковыми поверхностями. Таким образом, речь идет о трехмерном теле, которое в большинстве случаев применения выполнено квадратным на виде сверху. В этом случае на верхней стороне образована замкнутая, также квадратная поверхность излучения, которая питается через проходящий перпендикулярно ей через всю подложку и подводимый с нижней стороны питающий провод.

На нижней стороне предусмотрена возможно выступающая также за наружный контур подложки поверхность массы, при этом поверхность массы снабжена соответствующей имеющей форму отверстия выемкой, через которую указанный питающий проводник проходит до нижней стороны поверхности массы, через который осуществляется питание излучающей поверхности.

Патч-излучатели часто применяются в качестве круго-поляризованных излучателей и антенных устройств.

Для обеспечения возможности приема (или передачи) электромагнитных волн круговой поляризации, в частности, когда для приема сигналов спутника должна использоваться патч-антенна (например, в качестве антенны GPS и т.д.), квадратная, как правило, на виде сверху поверхность излучения снабжается выполненными в угловых зонах прерывностями, так называемыми фасками. Они представлены, например, в виде двух выполненных в двух противоположных углах треугольных лысок или выемок, за счет чего обеспечивается круговая поляризация патч-антенны.

Наконец, известно также достижение круговой поляризации, например, с помощью двух лежащих со смещением на 90° и предусмотренных вне центральной средней оси патч-антенны точек питания, на которых заканчиваются две лежащих со смещением относительно друг друга питающих линии (фидера). За счет соответствующего сдвига фазы при питании можно обеспечивать возможность приема электромагнитных волн круговой поляризации (как указывалось выше, как правило, от спутников).

Такие патч-антенны круговой поляризации часто используются, как указывалось выше, в качестве антенн GPS, прежде всего также в антеннах транспортных средств, наряду с рядом других антенных устройств, например, для осуществления функций мобильной связи, приема радиопрограмм и т.д.

В частности, интерес представляют антенны GPS, которые занимают возможно меньшее конструктивное пространство. Однако уменьшение размера обычных патч-антенн может быть достигнуто лишь за счет соответствующего выбора особенно подходящей подложки. Как правило, в качестве подложки применяется керамика, которая должна иметь возможно большее значение ε_r.

Представляющий уровень техники патч-излучатель известен, например, из US 2011/0 148 715 А1. Он содержит квадратную подложку (диэлектрик), на верхней стороне которой образована электрически проводящая излучательная поверхность. Излучательная поверхность снабжена в середине кольцеобразной выемкой. Питание излучательной поверхности осуществляется с помощью проходящего по наружному краю излучательной поверхности на диэлектрике питающего провода.

Сравнимый уровень техники известен также из примера выполнения на фиг. 5 в FR 2 869 736 А1.

В US 2009/140930 А1 также приведено описание известной патч-антенны, которая имеет излучательную поверхность, которая при образовании диэлектрика в виде воздуха расположена на расстоянии от поверхности массы параллельно ей. Квадратная патч- излучательная поверхность на окружном крае соединена с выступающими вертикально вниз электрически проводящими язычками, которые расположены в окружном направлении патч-излучательной поверхности на расстоянии друг от друга. За счет этого должно обеспечиваться улучшенное согласование относительно электромагнитного излучателя линейной поляризации или круговой поляризации.

В GB 2 249 336 А также приведено описание компактной петлевой антенны, которая имеет рамочную электрически проводящую антенную поверхность, которая расположена на расстоянии от отражателя. Петлевая или рамочная антенна с лежащей внутри выемкой образована на передней стороне соответственно снабженного в середине выемкой диэлектрического тела. На двух расположенных перпендикулярно друг другу стенках этого диэлектрического тела образованы два соединенных с лежащей внутри питающей структурой петлевых питающих устройства, которые предназначены для подачи электрических сигналов в рамочную или петлевую антенну. С помощью двух лежащих со смещением на 90є петлевых питающих устройств можно создавать или принимать волну круговой поляризации.

Патч-излучатели, которые имеют различные геометрические формы, показаны также в WO 2006/036 116 А1. При этом речь идет в большинстве случаев об имеющих квадратную или приблизительно квадратную форму излучательных поверхностях, которые снабжены внутри самыми различными выемками, например, в форме Н, в форме двойной трапеции и т.д. Питание осуществляется через питающий провод, который лежит со смещением как от наружного окружного края излучательной поверхности, так и от внутреннего ограничительного края выполненной в излучательной поверхности выемки.

Наряду с этим, известны также другие патч-излучатели и системы патч-излучателей, которые, однако, имеют полностью отличную конструкцию.

Так, например, в US 2011/0 012 788 А1 приведено описание системы патч-излучателей круговой поляризации, которые не имеют кольцеобразной и/или имеющей форму рамы излучательной поверхности, а имеют выполненную в основном квадратной излучательную поверхность, которая снабжена множеством шлицов. Каждый шлиц проходит от лежащего снаружи угла излучательной поверхности в направлении центра. Наряду с этим, на продольных сторонах выполнены имеющие форму шлица выемки, которые ведут к более крупным, лежащим со смещением выемкам. В конечном итоге речь идет о сложенной патч-антенне со шлицами, которая служит для уменьшения размера антенны. Круговая поляризация достигается, как и в патч-антенне, с помощью упомянутых прерывностей на наружном контуре. Однако за счет указанных шлицов патч-антенна становится в целом очень узкополосной.

В противоположность этому, в WO 02/063 714 А1 показаны так называемые фрактальные антенны. Эти фрактальные антенные структуры могут иметь закрытую излучательную поверхность. Показано также, что фрактальная структура может быть образована не только на наружном периметре патч-антенны, но также в средней зоне выемки.

В противоположность этому, задачей изобретения является создание патч-антенны и, в частности, патч-антенны круговой поляризации, которая относительно ее широкополосности должна иметь возможно меньший объем антенны.

Задача решена, согласно изобретению, с помощью указанных в пункте 1 формулы изобретения признаков. Предпочтительные варианты выполнения изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Неожиданным образом было установлено, что в рамках данного изобретения стало возможным уменьшение необходимого объема патч-антенны, согласно изобретению, по сравнению с обычными патч-антеннами на 50% (или даже еще больше). И наоборот, при том же размере патч-антенны, согласно изобретению, (по сравнению с обычной стандартной патч-антенной) широкополосность антенны увеличивается примерно на 50% и тем самым значительно улучшается.

Это возможно в рамках изобретения, среди прочего, за счет того, что наружные боковые или стенные поверхности несущего тела, т.е. подложки, также используются для осуществления конструкции антенны. Другими словами, находящаяся на верхней стороне подложки излучательная структура в виде кольцевого или имеющего форму рамки излучателя распространяется на боковые и наружные стороны трехмерной подложки, за счет чего можно максимально использовать объем несущего тела. За счет этого может быть осуществлена очень компактная конструкция антенны. При этом внутри кольцевой или рамочной излучательной структуры на верхней стороне подложки дополнительно предусмотрена специальная структура питания, с помощью которой антенна может работать в качестве антенны круговой поляризации.

Согласно изобретению, предусмотрено, что находящаяся на верхней стороне подложки излучательная поверхность выполнена в принципе кольцевой или рамочной, а именно, с образованием окруженной этой кольцевой и/или рамочной структурой излучательной поверхности зоны выемки. Под понятием «кольцеобразная излучательная структура» понимается любая окружная или имеющая форму рамки излучательная структура, т.е. также структуры, которые на виде сверху не обязательно должны быть круговыми, а могут образовывать, например, также квадратную или равномерную многоугольную рамку и т.д.

Внутри этой кольцевой и/или рамочной электрически проводящей излучательной поверхности предусмотрена специальная питающая структура, которая имеет по меньшей мере две точки питания, которые вне середины в переходных или соединительных местах электрически соединены с кольцевой и/или рамочной структурой излучательной поверхности, а именно, с образованием двух фазовращательных проводников.

За счет предпочтительного расположения вне середины воссоздается принцип фазовращателя, с помощью которого создается различное время прохождения от точки питания к соответствующим участкам (местам соединения) на кольцевой и/или рамочной структуре излучательной поверхности, за счет чего обеспечивается круговая поляризация патч-антенны.

Предусмотренное дополнительно расширение конструкции излучателя с верхней стороны подложки на боковые стенки, т.е. на боковые поверхности подложки, может быть реализовано и структурировано различным образом.

В одном предпочтительном варианте выполнения предусмотренная на боковых или стенных поверхностях подложки излучательная структура содержит множество проходящих сверху вниз и лежащих со смещением относительно друг друга в окружном направлении боковых или стенных поверхностей излучательных участков. Эти образованные или проходящие сверху вниз на боковых стенках излучательные участки электро-гальванически соединены с находящейся на верхней стороне подложки излучательной поверхностью. Таким образом, говоря обобщенно, находящаяся на верхней стороне подложки излучательная поверхность переходит на окружных боковых стенках подложки в проходящие вниз в направлении поверхности массы, например, пальцеобразные излучательные участки, которые в окружном направлении подложки расположены на расстоянии друг от друга за счет находящихся между ними не проводящих электро-гальванически участков. Эти соединенные с предусмотренной на верхней стороне подложки излучательной поверхностью и проходящие вниз, например, пальцеобразные излучательные участки предпочтительно проходят по части высоты подложки и тем самым по части высоты боковых стенок.

Указанные боковые участки излучательной поверхности, которые переходят в находящуюся на верхней стороне патч-антенны излучательную поверхность, могут иметь самые различные формы.

Возможно, что проходящие сверху вниз электрически проводящие участки выполнены при наблюдении сбоку в виде полос на расстоянии друг от друга, например, за счет имеющих форму полос электрически не проводящих участков. За счет этого образуется имеющая форму меандра или аналогичную прямоугольную форму структура.

Возможна также волнообразная окружная структура, с помощью которой образованы выступающие вниз возвышения или выступы и выступающие между ними вверх впадины.

Однако эти структуры могут быть, при рассматривании сбоку, также, например, треугольными, трапециевидными и т.д. Ограничений в этом отношении нет.

Однако существенной основой для компактной, согласно изобретению, конструкции антенны является использование наружных поверхностей несущего тела, т.е. диэлектрика или подложки. За счет этого излучательная поверхность патч-антенны, исходя из верхней стороны подложки, по существу расширяется в направлении окружных боковых поверхностей и за счет этого увеличивается. Осуществление этого расширения и его структурирование можно выполнять самым различным образом.

При этом в рамках изобретения значительно улучшается также широкополосность патч-антенны, согласно изобретению, по сравнению с обычными решениями, а именно, за счет образования множества дополнительных участков излучательной поверхности, с помощью которых образуется ограничительная линия для электрически проводящей излучательной структуры, окружная длина которой значительно больше собственно окружной длины структуры подложки. Дополнительно к этому, за счет этого усиливается также вертикально поляризованная доля электромагнитного поля (земной коэффициент усиления), поскольку соединенные с излучательной поверхностью и проходящие на боковых стенках вниз боковые участки излучательной поверхности (которые в последующими могут частично называться также пальцеобразными участками) выполнены аналогично гребню, при этом эти выступающие участки выполняют роль небольших вертикальных излучательных элементов.

Таким образом, с помощью этих мер можно создавать значительно меньшую по объему (по сравнению с обычными решениями) патч-антенну и/или патч-антенну со значительно улучшенной широкополосностью. Так, в рамках изобретения можно также уменьшать размер патч-антенны по сравнению с обычными патч-антеннами при одновременном улучшении их широкополосности.

В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения исходящие из предусмотренной на верхней стороне подложки излучательной поверхности излучательные структуры на боковых поверхностях выполнены в виде металлизации, которая выполнена, соответственно, предусмотрена непосредственно на боковых поверхностях, соответственно, боковых стенках подложки. Однако, в качестве альтернативного решения можно также эту излучательную структуру на боковых поверхностях предусматривать и позиционировать на расстоянии от боковых поверхностей или боковых стенок подложки, например, за счет применения отдельной опорной структуры для этой излучательной структуры на боковых поверхностях или предпочтительно применения излучательной структуры на боковых поверхностях в виде металлического листа или т.п. При этом предпочтительно весь излучатель выполнен из такого металлического листа и расположен, например, на верхней стороне подложки или, например, наклеен или напрессован. В этом случае эта излучательная структура на боковых поверхностях может выступать за край, соответственно, боковые стенки или боковые поверхности и даже в противоположность возможно проходящим под прямым углом участкам боковой поверхности выступать под углом к ним, могут быть отогнуты на нижнем конце противоположно излучательной поверхности и т.д. Здесь возможны различные модификации. Например, также с несколько раз сложенными, различно далеко выступающими наружу или согнутыми или окаймленными участками излучательной структуры на боковых поверхностях. В этом случае даже питающий проводник может быть штампован из металлического листа и отогнут вниз под прямым углом относительно излучательной поверхности с прохождением через подложку, за счет чего обеспечивается возможность реализации преимуществ при изготовлении.

Дополнительно к этому, в рамках изобретения осуществляется улучшенное питание.

При этом в рамках изобретения можно применять выполненные самым различным образом и снабженные самыми различными геометрическими формами структуры питания, которые базируются на принципе гальванического или же также на принципе емкостного питания.

При этом возможно также выполнять питание патч-антенны лишь с помощью одного питающего проводника или, например, с помощью двух лежащих со смещением на 180° питающих проводников.

Таким образом, снабженная кольцевой или рамочной структурой антенна, согласно изобретению, отличается следующими преимуществами:

- с помощью антенны, согласно изобретению, можно уменьшать размер несущего тела, т.е. подложки (миниатюризация антенны),

- дополнительно к этому, с помощью поясненной кольцевой и/или рамочной структуры обеспечивается возможность использования других материалов подложки, которые имеют меньшую диэлектрическую постоянную; например, можно применять пластмассы; пластмассовые материалы, как правило, предпочтительней керамических материалов; это приводит к желаемому сокращению стоимости и экономии средств;

- дополнительно к этому, использование пластмасс обеспечивает дополнительное преимущество, поскольку они имеют хорошие электрические свойства с небольшим коэффициентом потерь, так что можно применять пластмассы с этими свойствами; за счет этого можно улучшать мощность, ширину полосы и коэффициент усиления антенны, согласно изобретению, за счет чего достигается значительное повышение мощности;

- наконец, антенна, согласно изобретению, несмотря на уменьшенный размер, в целом проста в обращении; частоту можно легко регулировать посредством обработки наружных поверхностей, например, посредством укорочения наружных поверхностей или выполнения проходящих в излучательной поверхности прорезей, что в целом обеспечивает простоту обращения.

Дополнительно к этому, в другом варианте выполнения изобретения можно выполнять подложку по меньшей мере частично в виде коробки, а именно, с образованием доступного изнутри внутреннего пространства. При этом это внутреннее пространство можно выполнять настолько большим, что там может быть предусмотрена, например, печатная плата с соответствующими электрическими или электронными компонентами, а именно, с любой высотой образованного так свободного пространства.

В одном особенно предпочтительном варианте выполнения может быть создана очень компактная система патч-антенн тем, что в рамках обсужденной конфигурации патч-антенны, т.е. с окружением и/или охватом ею, предусмотрена другая, предпочтительно лежащая ближе к поверхности массы патч-антенна. Эта другая патч-антенна может быть выполнена в виде просто поляризованной патч-антенны, в виде полностью металлизированной патч-поверхности или же также, например, в виде дуально или круго-поляризованной патч-антенны.

В частности, когда лежащая внутри или глубже другая патч-антенна выполнена в виде приемной антенны GPS, т.е., как правило, со сплошной излучательной поверхностью, которая расположена на состоящем из керамики диэлектрике, находящаяся сверху первая кольцевая или рамочная патч-антенна выполнена так, что она служит, например, для приема сигналов SDARS.

Предпочтительным является также вариант выполнения, в котором лежащая внутри патч-антенна также выполнена кольцевой или рамочной, и при этом питается через лежащие внутри проводники фазовращателя, с целью создания за счет этого патч-антенны круговой поляризации, которая выполнена как поясненная выше патч-антенна, согласно изобретению, кольцевой и/или рамочной, т.е. имеет кольцевую и/или рамочную излучательную поверхность, в которой в зоне выемки предусмотрены ведущие к двум различным точкам питания фазовращательные проводники, с помощью которых через отдельный питающий проводник и оба разветвляющихся фазовращательных проводника можно осуществлять питание этих двух патч-антенн.

Другими словами, в рамках данного изобретения две кольцевые патч-антенны вставляются друг в друга, за счет чего обеспечивается возможность выполнения двух функций при сравнительно небольшом конструктивном объеме. Глубокая или лежащая внутри кольцевая или рамочная излучательная поверхность внутренней патч-антенны служит при этом, например, для приема сигналов SDARS, в то время как наружная или верхняя патч-антенна с наружной или лежащей выше излучательной поверхностью служит, например, для приема сигналов GPS. За счет взаимной связи между антеннами дополнительно достигается минимизация антенной структуры. При этом опора антенны может предпочтительно состоять из пластмассы, и упомянутые излучательные поверхности антенных структур могут состоять, например, из штампованных и/или сложенных металлических листов. В качестве альтернативного решения, антенная структура может быть также изготовлена с помощью трехмерной технологии MID, т.е. из трехмерных электрических блоков (MID = формованные соединительные устройства).

Эта вторая патч-антенна может быть предпочтительно также снабжена на своем наружном периметре проходящими поперек излучательной поверхности электрически проводящими продолжениями, например, в зоне боковых стенок опорной поверхности для этой излучательной поверхности.

В этом варианте выполнения антенна может быть вставлена так, что лежащая снаружи кольцевая или рамочная патч-антенна, например, в качестве антенны для приема излучаемых глобальной спутниковой навигационной системой (GNSS) сигналов, принимает, например, сигналы GPS, в то время как лежащая глубже и/или внутри кольцевая или рамочная антенна применяется, например, для приема сигналов SDARS.

Таким образом, в одном особенно предпочтительном варианте выполнения оба расположенных друг над другом патч- излучателя могут быть выполнены относительно их структуры одинаково или аналогично, при этом предусмотренные на окружных сторонах и проходящие поперек излучательной поверхности, например, выполненные зигзагообразно или в форме меандра удлинения поверхности второго патч-излучателя имеют меньшую высоту, чем соответствующие удлинения на верхнем патч-излучателе.

Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:

фиг. 1 - патч-антенна, согласно изобретению, в изометрической проекции;

фиг. 2 - вертикальный разрез параллельно боковой стенке показанной на фиг. 1 патч-антенны;

фиг. 2а - вертикальный разрез как на фиг. 2, показывающий, что поверхность массы образована на верхней стороне печатной платы, и питающий проводник для патч-антенны может проходить через выемку в поверхности массы и отверстие в печатной плате до нижней стороны печатной платы, где он электрически соединен;

фиг. 3а-3d - четыре боковые стенки подложки с образованной на них различной излучательной структурой, на виде сбоку;

фиг. 4 - эквивалентная схема патч-антенны, согласно изобретению;

фиг. 5а-5j - восемь различных возможных структур питания для патч-антенны круговой поляризации, согласно изобретению;

фиг. 6 - модифицированный пример выполнения патч-антенны с цилиндрической подложкой и находящейся на ней кольцеобразной излучательной поверхностью;

фиг. 7 - модифицированный пример выполнения, согласно фиг. 1, с измененной, удвоенной структурой питания;

фиг. 8 - эквивалентная схема патч-антенны, согласно фиг. 7;

фиг. 9 - поперечный разрез модифицированной патч-антенны, согласно фиг. 2, с наклоненными к центральной оси 7 в направлении излучения боковыми поверхностями;

фиг. 10 - модифицированный относительно фиг. 9 пример выполнения, в котором боковые поверхности подложки проходят с наклоном от центральной оси 7 в направлении излучения;

фиг. 11 - вертикальный разрез модифицированного относительно фиг. 1 и 2 примера выполнения, в котором излучательная структура боковых поверхностей предусмотрена на расстоянии от поверхности боковой стенки подложки;

фиг. 12 - вертикальный разрез еще раз модифицированного относительно фиг. 11 примера выполнения;

фиг. 13 - вертикальный разрез другой модификации показанного на фиг. 11 и 12 примера выполнения;

фиг. 14 - пример выполнения с состоящей из металлического листа излучательной структурой, в изометрической проекции;

фиг. 15 - поперечный разрез показанного на фиг. 14 варианта выполнения;

фиг. 16 - другой модифицированный пример выполнения с имеющим форму коробки полым пространством внутри подложки, в изометрической проекции;

фиг. 17 - поперечный разрез с расположенной в полом пространстве печатной платой посредине высоты;

фиг. 18 - модификация фиг. 17, в которой печатная плата с электронными блоками расположена на лежащей сверху нижней стороне опорной стенки подложки;

фиг. 19 - другой пример выполнения системы патч-антенн с двумя расположенными друг в друге или друг над другом патч-антеннами, в изометрической проекции;

фиг. 20 - пример выполнения, согласно фиг. 19, в разнесенной изометрической проекции;

фиг. 21 - пример выполнения, согласно фиг. 19, на виде сверху;

фиг. 22 - вертикальный разрез перпендикулярно излучательным поверхностям по линии А-А на фиг. 21;

фиг. 23 - вертикальный разрез перпендикулярно излучательным поверхностям по линии В-В на фиг. 21;

фиг. 24 - пример выполнения, согласно фиг. 19-23, в изометрической проекции снизу;

фиг. 25 - график резонанса системы патч-антенн;

фиг. 26 - модифицированный относительно фиг. 20 пример выполнения с имеющей полную поверхность второй патч-антенной, в изометрической проекции;

фиг. 27 - разрез примера выполнения, согласно фиг. 26;

фиг. 28 - еще раз модифицированный пример выполнения с трехмерной наружной патч-антенной и находящейся под ней двумерной патч-антенной, в изометрической проекции; и

фиг. 29 - показанная на фиг. 28 система патч-антенн, в разнесенной изометрической проекции.

На фиг. 1 показана принципиальная конструкция патч-антенны 1, а именно, в изометрической проекции.

Она является предпочтительно патч-антенной круговой поляризации.

Патч-антенна содержит, как показано в поперечном разрезе на фиг. 2, диэлектрическое тело 3, которое в последующем называется частично также подложкой.

Эта трехмерная подложка содержит верхнюю сторону 3а, нижнюю сторону 3b и окружные боковые стенки 3с, которые в последующем частично называются также боковыми поверхностями 3с.

Боковые стенки, соответственно, боковые поверхности 3с ориентированы в показанном примере выполнения перпендикулярно верхней, соответственно, нижней стороне 3а, 3b подложки и тем самым параллельно центральной оси 7, которая пронизывает верхнюю и нижнюю сторону подложки перпендикулярно и посредине.

Вместо понятий «боковые стенки», соответственно, «боковые стенки» 3с в последующем применяется частично также понятие «пространство S боковых поверхностей», поскольку, как будет еще показано ниже, дальнейшее построение структуры может быть предусмотрено не непосредственно на поверхности боковых стенок 3с, но также на расстоянии от них.

Подложка может состоять из подходящего материала. Предпочтительно применяется керамика со сравнительно низким значением проницаемости, т.е. диэлектрической проводимостью ε_r. Это открывает также возможность применения в качестве подложки не только обязательно керамики, но также предпочтительно пластмассы, например, прежде всего, когда патч-антенна должна служить для приема программ SDARS (в частности, в Северной Америке) или для приема излучаемых с помощью системы GPS данных местоположения. За счет этого можно минимизировать потери. Значение ε_r предпочтительно может изменяться, например, между 2 и 20.

В показанном примере выполнения на верхней стороне 3а подложки (или в целом над верхней стороной 3а) образована электрически проводящая излучательная поверхность 11, например, в виде предусмотренной на верхней стороне 3а металлизации. При выполнении металлизации в виде металлического листа, он может быть наклеен или запрессован на верхней стороне подложки, за счет чего достигается хорошая фиксация.

Дополнительно к этому излучательная поверхность 11 выполнена не в виде закрытой излучательной поверхности, а с кольцевой или рамочной формой, т.е. в виде окружной (замкнутой) излучательной поверхности с образованием по меньшей мере одной окруженной окружной замкнутой излучательной поверхностью 11 выемки 13, внутри которой предусмотрена питающая структура 15 для излучательной поверхности 11, как будет подробно пояснено ниже.

Другими словами, кольцевая и/или рамочная излучательная поверхность 11 образована так, что она расположена вокруг пронизывающей патч-антенну, как правило, посредине центральной оси 7, а именно, в плоскости, которая, как правило, ориентирована перпендикулярно центральной оси 7.

На нижней стороне 3b подложки 3 или под этой нижней стороной 3b образована, как обычно в патч-антеннах, поверхность 17 массы, которая также может быть предусмотрена в виде металлизации. В показанном примере выполнения поверхность 17 массы имеет в продольном и поперечном направлении больший размер, чем размер подложки в продольном и поперечном направлении, так что поверхность 17 массы выступает за боковые стенки 3с подложки.

При этом поверхность массы может состоять из металлического листа. Возможно также, что поверхность 17 массы выполнена в виде металлизации, которая предпочтительно предусмотрена на обращенной к патч-антенне 1 верхней стороне, при этом в этом случае патч-антенна 1 расположена нижней стороной своей подложки на выполненной на печатной плате LP металлизации, например, наклеена. Применение печатной платы показано в качестве примера в поперечном разрезе на фиг. 2 и 2а. Однако при этом поверхность 17 массы может быть также конструктивным элементом, на который устанавливается указанная выше патч-антенна без отдельной собственной поверхности массы, например, за счет расположения патч-антенны ее подложкой на металлическом листе кузова транспортного средства, например, посредством приклеивания.

Как показано на фиг. 1, патч-антенна 1, согласно изобретению, снабжена на своих окружных боковых стенках или боковых поверхностях 3с также излучательной структурой 18 боковых поверхностей, которая соединена электрически-гальванически с излучательной поверхностью 11 на верхней стороне 3а подложки 3, в показанном примере выполнения переходит в эту излучательную поверхность 11.

В показанном примере выполнения излучательная структура 18 боковых поверхностей состоит из множества участков 19 боковых излучательных поверхностей, которые своими обращенными к излучательной поверхности 11 концами 19а соединены электрически-гальванически с излучательной поверхностью 11, соответственно, переходят в излучательную поверхность 11. Таким образом, противоположный ей конец 19а проходит от излучательной поверхности 11 в направлении поверхности 17 массы и заканчивается на расстоянии от нее, т.е. обычно без гальванического контакта с поверхностью 17 массы.

За счет этого между двумя соседними участками 19 боковых излучательных поверхностей образуются электрически не проводящие зоны 20 выемок, которые проходят по меньшей мере по части высоты соответствующей боковой стенки 3с.

За счет этого в конечном итоге образуется общая излучательная поверхность, соответственно, общая излучательная структура 25, которая содержит как находящуюся на верхней стороне 3а подложки 3 излучательную поверхность 11, так и находящуюся на боковых стенках или боковых поверхностях 3с дополнительную излучательную структуру 18 боковых поверхностей с соответствующими многими участками 19 боковых излучательных поверхностей. Таким образом, за счет использования этих наружных боковых поверхностей 3с подложки 3 можно увеличивать общую поверхность излучательной структуры, без необходимости увеличения размеров патч-антенны. Однако при этом не только увеличивается общая излучательная поверхность за счет расширения на боковые стенки, но увеличивается, прежде всего, также общая линия 23 ограничения или контура, которая окружает всю излучательную поверхность и задана ограничительной линией, которая отделяет участки 19 боковых излучательных поверхностей от зон 20 выемок.

Из приведенного выше описания примера выполнения следует, что излучательная структура 18 боковых поверхностей предусмотрена непосредственно на поверхности окружных боковых поверхностей, соответственно, на боковых стенках 3с подложки, что особенно целесообразно, когда соответствующая общая излучательная структура выполнена в виде металлизированной поверхности на соответствующих зонах поверхности, за счет чего образуются лежащая сверху излучательная поверхность 11 и предусмотренные в окружной зоне участки 19 боковых излучательных поверхностей. Однако следует отметить, что, в частности, участок 19 боковой излучательной поверхности может быть также предусмотрен на боковом расстоянии от соответствующей поверхности боковых стенок 3с, например, когда применяется выступающая по сторонам за боковые стенки опорная конструкция, которая, например, в виде открытой вниз коробки устанавливается на подложке, так что в окружном направлении образуются сравнительно тонкие фланцевые участки, которые лежат на расстоянии от указанных боковых стенок 3с подложки, так что на этих фланцевых участках может быть образована указанная излучательная структура 18 боковых поверхностей. Предпочтительно, вся излучательная структура может быть изготовлена из металлического листа, например, сложена, согнута и т.д., так что лежащая на подложке сверху излучательная поверхность 11 переходит в излучательную структуру 18 боковых поверхностей, при этом участок 19 боковой излучательной поверхности лежит на расстоянии от поверхности боковых стенок 3с. Поэтому участки 19 боковых излучательных поверхностей могут быть образованы не непосредственно на боковых поверхностях или боковых стенках 3с подложки, но также могут быть предусмотрены в зоне S боковых поверхностей, соответственно, боковых стенок, которая лежит на расстоянии от боковых поверхностей или боковых стенок 3с. Поэтому, как указывалось выше, частично речь идет также о пространстве S боковых поверхностей, в котором предусмотрена и/или образована излучательная структура 18 боковых поверхностей. Это поясняется ниже еще на основе других примеров выполнения.

В показанном на фиг. 1 примере выполнения участки 19 боковых излучательных поверхностей проходят по частичной высоте 19’ общей высоты Н подложки 3, т.е. заканчиваются на расстоянии 27 от нижней стороны 3b подложки.

Зоны 20 выемок между участками 19 боковых излучательных поверхностей также проходят по частичной высоте 20’ подложки 3 и заканчиваются на расстоянии 29 под верхней стороной 3а подложки 3.

На фиг. 2 показан поперечный разрез, в котором на левой стороне патч-антенны разрез проходит через проходящий вниз участок 19 боковой излучательной поверхности, а именно, по частичной высоте 19’, исходя от верхней излучательной поверхности 11, в то время как на правой стороне показан разрез, который проходит через зону 20 выемки, которая проходит по частичной высоте 20’ от поверхности 17 массы вверх, так что зона выемки заканчивается на расстоянии 29 перед верхней стороной 3а подложки 3.

За счет такого выполнения участки 19 боковых излучательных поверхностей на своем обращенном к излучательной поверхности 11 конце по существу соединены друг с другом через электрически проводящую полосу 29 на боковой стенке 3с. Точно также электрически не проводящие зоны 20 выемки соединены друг с другом через лежащую внизу полосу 33, перед которой заканчивается выступающая вниз зона участков 19 боковых излучательных поверхностей.

За счет этого образуется зона 35 перекрытия, в показанном примере выполнения с частичной высотой 35а, в которой электрически проводящие участки 19 боковых излучательных поверхностей и зоны 20 выемки выполнены лежащими рядом друг с другом.

Высота 20’ этих зон 20 выемки, как и высота 19’ участков 19 боковых излучательных поверхностей и высота 35’ зоны 35 перекрытия может быть выбрана различной в широких диапазонах. Они могут проходить по всей высоте боковых стенок или лишь по частичной высоте. В этом отношении ограничений нет. Дополнительно к этому, высоты или частичные высоты для участков 19 боковых излучательных поверхностей, а также зон 20 выемки могут иметь в различных местах также различные значения, так что также остающиеся участки 27, 29, 31, 33 в различных местах окружной боковой стенки 3с могут иметь различные размеры. Возможно, что образованные так шлицеобразные выемки 20 могут достигать верхней стороны 3а подложки 3, так же как высота или длина участков 19 боковых излучательных поверхностей может достигать по меньшей мере почти плоскости поверхности 17 массы.

Ширину участков 19 боковых излучательных поверхностей, так же как ширину зон 20 выемки можно произвольно выбирать в широких диапазонах. Эти ширины могут изменяться также в одном единственном примере выполнения. Чем меньше ширина, тем больше и тем самым длиннее линия 23 ограничения/контура.

Так, например, на всей окружной длине 3с, соответственно, в пространстве S боковых поверхностей могут быть расположены друг за другом, т.е. рядом друг с другом, предпочтительно 4-16 участков 19 боковых излучательных поверхностей и тем самым зон 20 выемки. Предпочтительные количества могут лежать между 10 и 50 или между 20 и 40. Настоящих ограничений нет, при этом, как указывалось выше, большее количество приводит к увеличению линии 23 ограничения/контура, что является предпочтительным. Поэтому указанные выше значения следует понимать лишь в качестве примера, т.е. не в качестве ограничения.

Точно также формы участков 19 боковых излучательных поверхностей, а также зон 20 выемки можно выбирать различными.

Из пояснения конструкции патч-антенны, согласно изобретению, следует, что основной причиной компактного выполнения антенны является использование наружных боковых поверхностей или боковых стенок 3с опорного тела 3, поскольку находящаяся на верхней стороне 3а подложки излучательная поверхность 11 переходит в участки излучательных поверхностей на боковых стенках 3с, за счет чего увеличивается полная излучательная поверхность.

Дополнительно к этому, с помощью поясненной патч-антенны усиливается вертикально поляризованная доля электромагнитного поля (земное усиление), поскольку за счет имеющих в показанном примере выполнения форму пальцев участков 19 боковых излучательных поверхностей создается гребенчатая излучательная структура 18 боковых поверхностей, в которой участки 19 боковых излучательных поверхностей действуют в качестве небольших вертикальных излучательных элементов.

Для этого в показанном на фиг. 1 и 2, соответственно, на фиг. 3а примере выполнения указанная излучательная структура 18 боковых поверхностей выполнена с прямоугольными участками 19 боковых излучательных поверхностей и лежащими между ними прямоугольными зонами выемки, так что образуется структура в форме меандра, т.е. имеющая форму меандра ограничительная и/или контурная линия 23, с помощью которой прямоугольные участки 19 боковых излучательных поверхностей отделены от смещенных в окружном направлении зон 20 выемки.

На фиг. 3b схематично показано, что относящиеся к общей излучательной поверхности 25 участки 19 и зоны 20 выемки могут быть отделены друг от друга волнообразной структурой, т.е. волнообразной ограничительной или контурной линией 23 (эта волновая линия может быть синусной или косинусной или иметь другую форму).

На фиг. 3с показано, что ограничительная линия 23 между обоими участками может быть выполнена также зигзагообразной.

На фиг. 3d показано, что ограничительная линия 23 в принципе может иметь любую форму, например, также форму фрактальной структуры.

На фиг. 3d показано в виде другого возможного варианта выполнения, что участки 19 боковых излучательных поверхностей и/или лежащие между ними зоны 20 выемки могут иметь фрактальную структуру, так что может быть образована соответствующая этой фрактальной структуре линия 23 ограничения/контура между участками 19 и зонами 20 выемки. В этом отношении возможности выполнения участков 19 боковых излучательных поверхностей и зон 20 выемки являются многочисленными и не ограниченными.

Из показанных лишь в качестве примера чертежей следует, что излучательная структура 18 боковых поверхностей может иметь множество участков 19 боковых излучательных поверхностей и/или электрически не проводящих зон 20 выемки, которые образованы с помощью проходящих от излучательной поверхности 11 в направлении поверхности 17 массы имеющих форму пальцев, язычков, прямоугольников, треугольников, трапеций, гребней, волн или т.п., или, например, фрактальных структур. В соответствии с этим, ограничительная и контурная линия 23 становится за счет этого выполнения больше, т.е. больше, чем чисто периметр подложки 3 по ее боковым стенкам.

Таким образом, поясненный пример выполнения показывает, что кольцевая или рамочная излучательная поверхность 11 может быть расширена на наружные поверхности подложки 3, т.е. на окружные боковые поверхности 3с, за счет чего оптимально используется объем подложки 3. За счет этого можно без увеличения объема увеличивать общую излучательную поверхность 25. За счет дополнительно выбранных выемок или шлицов 20 между двумя соответствующими выступающими в направлении поверхности 17 массы участками 19 боковых излучательных поверхностей можно в конечном итоге увеличивать окружность кольцевой или рамочной полной излучательной структуры, прежде всего также общую длину ограничительной или контурной линии 23, так что за счет этого объем материала подложки может быть уменьшен до 50% или увеличена широкополосность до 50%.

На основе фиг. 1-3d показано, что компактная конструкция антенны, согласно изобретению, может быть улучшена не только за счет использования наружных боковых поверхностей 3с опорного тела или подложки 3, но что в целом увеличение полной излучательной структуры можно осуществлять с помощью самых различных мер и геометрических форм на боковых поверхностях или боковых стенках 3с. Дополнительно к этому, в показанных лишь в качестве примера на фиг. 3а-3d вариантах выполнения может быть увеличена вертикально поляризованная доля электромагнитного поля (земное усиление), поскольку имеющие форму пальцев участки 19 боковых излучательных поверхностей действуют в совокупности подобно гребню, т.е. как небольшие вертикальные излучательные элементы.

Ниже поясняется подробней питающая структура указанной патч-антенны, согласно изобретению.

Как показано, в частности, на фиг. 1, питающая структура 15 состоит из четвертьволновой окружной полосы 51, при этом здесь вне середины показана точка 53 питания, в которой заканчивается питающая антенну линия 42 (внутренний проводник), которая проходит через соответствующее отверстие 3d в подложке 3, а также через соответствующее отверстие 17а в поверхности 17 массы. При этом питающая линия 42 может быть продолжением внутреннего проводника 43’ коаксиального питающего проводника 43, наружный проводник 43” которого электро-гальванически соединен с поверхностью 17 массы. Указанная четвертьволновая окружная полоса 51 представляет при этом в целом фазовращательное устройство в виде фазовращательного проводника 47.

Однако предпочтительный вариант выполнения таков, что поясненная и показанная патч-антенна расположена и подключена к печатной плате LP, на которой предусмотрена, соответственно, выполнена обращенная к ее верхней стороне (т.е. к нижней стороне 3b подложки 3) металлизированная поверхность, которая действует в качестве поверхности 17 массы. Поэтому показанная на фиг. 1 поверхность 17 массы может быть предусмотрена в виде соответствующей металлизированной поверхности на верхней стороне возможно имеющей еще большие размеры печатной платы. В зоне питающего проводника 42 эта металлизированная поверхность снабжена выемкой, в зоне которой печатная плата снабжена отверстием, через которое проходит питающий проводник 42 вплоть до нижней стороны печатной платы и там электрически соединен, в частности, припаян. Тем самым соответствующее отверстие в печатной плате может быть выполнено также в виде проходного контакта, при этом необходимо лишь следить за тем, что здесь не образуется соединение с поверхностью массы. Таким образом, в этом случае не используется коаксиальный соединительный проводник.

На фиг. 2а показан этот случай применительно к фиг. 2, при этом изображена также печатная плата LP.

За счет не центрального расположения питающей точки 53, в фазовращательном проводнике 47 получаются два соединительных проводника 47’ и 47” различной длины, которые в показанном примере выполнения заканчиваются посредине на внутреннем крае 11а кольцевой или рамочной, т.е. замкнутой в окружном направлении излучательной поверхности 11 и предпочтительно переходят здесь в средних контактных местах 48 в излучательную поверхность 11 (при этом среднее соединение соединительных проводников 47’, 47” соотнесено с соответствующей длиной соответствующей внутренней стороны 11а имеющей в этом примере выполнения квадратную форму выемки). За счет различной длины образованных так соединительных проводников 47’, 47” можно за счет различной длительности времени прохождения в образованном так фазовращательном проводнике 47 устанавливать желаемый сдвиг фаз, например, 90°. За счет этого достигается круговая поляризация патч-антенны.

За счет указанной конструкции с кольцевой или рамочной структурой излучательной поверхности 11, с помощью поясненной питающей точки 53 в отличие от стандартных патч-антенн желаемая круговая поляризация создается не за счет прерывистостей (фасок), а с помощью созданного фазовращательного проводника 47. Это обеспечивает, среди прочего, то преимущество, что за счет этого кольцевая и/или рамочная излучательная поверхность 11 может быть расширена на наружные поверхности или боковые стенки 3с, за счет чего можно оптимально использовать объем опорного тела, т.е. подложки 3. За счет указанной излучательной структуры 18 боковых поверхностей с участками 19 боковых излучательных поверхностей и зонами 20 выемки можно дополнительно увеличивать периметр кольцевой и/или рамочной общей излучательной поверхности 25, за счет чего объем опорного материала может быть уменьшен, как указывалось выше, на 50%.

Поясненная питающая структура 15 с фазовращательным проводником 47, т.е. соединительными проводами 47’, 47” предусмотрена и образована (так же как в последующих примерах выполнения) на верхней стороне 3а подложки 3 или над ней, т.е., как правило, в той же плоскости, в которой лежит или расположена также кольцевая и/или рамочная излучательная поверхность 11.

Дополнительно к этому, на фиг. 4 показана еще эквивалентная схема кольцевой или рамочной структуры всей излучательной поверхности 25, при этом за счет образованных на боковых стенках 3с и попеременно следующих друг за другом участков 19 боковых излучательных поверхностей и зон 20 выемки получается кольцевая или рамочная излучательная структура, которая определена попеременно следующими друг за другом последовательными индуктивностями 39 и последовательными емкостями 41.

Выполненная так патч-антенна, согласно изобретению, может иметь соответствующие размеры при выборе подходящих материалов. Например, патч-антенна может иметь следующие материалы и размеры:

Наружные размеры: 25 мм × 25 мм × 6 мм

Ширина прорезей или выемок (для зон 20): 1,5 мм

Высота зоны (35) перекрытия: 3,6 мм

Ширина участков 19 боковых излучательных поверхностей: 2 мм

Расстояние центральной оси 7 до точки 53 питания: 4 мм

Ширина фазовращательного проводника 47, соответственно, соединительных проводов 47’, 47”: 2 мм

Боковая длина выемки 13: 14 мм × 14 мм

Материал подложки: пластмасса PPS, ε_r=3,2, tan (δ)=0,0007

Естественно, возможны отклонения от этих значений в широких диапазонах. Так, отклонения предпочтительно меньше 50%, в частности меньше 40%, меньше 30%, меньше 20% и в частности меньше 10% могут также приводить к предпочтительным вариантам выполнения. Однако соответствующие указанные выше значения могут быть также еще больше, так что возможны отклонения порядка предпочтительно меньше 60%, в частности меньше 70%, …, меньше 90% и в частности меньше 100% (в большую сторону).

Относительно значения ε_r для пластмассы, эти отклонения, в частности в верхнюю сторону, могут составлять несколько раз (ограничений в этом отношении в принципе нет). Так, например, значения ε_r могут предпочтительно лежать между 2 и 20. В частности, когда патч-антенна, согласно изобретению, предназначена для приема излучаемых через систему SDARS программ, особенно подходят значения ε_r, которые лежат между 2 и 20, и при этом подложка, соответственно, патч-антенна и тем самым окружная излучательная поверхность имеет размеры от 15 мм × 15 мм до 30 мм × 30 мм.

В случае, когда антенна, согласно изобретению, предназначена, например, для приема сигналов GPS, можно применять для подложки материал, который имеет предпочтительно значения ε_r между 10 и 20. При этом получаются подходящие размеры патч-антенны, т.е. размеры подложки на виде сверху, которые могут лежать, например, между 15 мм и 15 мм и 25 мм × 25 мм. Между этими значениями возможны любые различные значения с шагом 1 мм.

На фиг. 5а-5h схематично показаны различные питающие структуры 15 на виде сверху, которые можно применять, например, для показанной на фиг. 1 (на виде сверху) квадратной патч-антенны 1.

В варианте выполнения, согласно фиг. 5а, схематично показана питающая структура 15, которая показана в примере выполнения, согласно фиг. 1.

На фиг. 5b-5j показаны ее модификации, которые все показывают, что возможны также многочисленные другие структуры.

В варианте выполнения, согласно фиг. 5b, вместо четвертьволнового контура для фазовращательного проводника 47 с обоими соединительными проводами 47’, 47” предлагается прямоугольная структура проводников, при этом указанная точка 53 питания расположена не в угловой зоне (через которую проходит центральная ось 7), т.е. в переходной зоне плеч проводника, а со смещением относительно угловой зоны в плече проводника, за счет чего снова получаются соединительные проводники 47’, 47” различной длины к средней точке питания на внутреннем крае 11а излучательной поверхности 11.

В варианте выполнения, согласно фиг. 5с, в качестве фазовращательного проводника 47 выбрано имеющее угловую длину 270° питающее кольцо, в котором исходящие из точки 53 питания соединительные проводники 47’, 47” заканчиваются на двух лежащих со смещением на 90° местах 48 контакта на внутренней стороне 11а кольцевой или рамочной излучательной поверхности 11 и соединены через них с излучательной поверхностью 11. При этом питание осуществляется в точке 53 (которая расположена по центру и через которую проходит центральная ось 7) через первое общее радиальное питающее плечо 57, которое затем переходит из места 57’ разветвления в оба указанных проходящих в противоположных направлениях соединительных проводника 47.

В варианте выполнения, согласно фиг. 5d, показаны проходящие под прямым углом соединительные проводники 47’, 47” с несколькими изломами, при этом ширина и длина соединительного проводника снова выбраны различными так, что достигается смещение по фазе 90° относительно питания.

В варианте выполнения, согласно фиг. 5е показана более сложная конструкция, а именно, с разветвленными соединительными проводниками 47’, 47”, при этом от точки 53 питания оба соединительных проводника 47’, 47” известным образом ведут через несколько изломов к местам 48 соединения на внутренней стороне 11а излучательной поверхности 11. Через два дополнительных проходящих перпендикулярно друг другу соединительных участка 47а, 47b места 48 соединения еще раз соединены друг с другом гальванически, как показано на фиг. 5е.

На фиг. 5f показано, что в противоположность фиг. 5е возможно также емкостное питание за счет гальванического отделения обоих соединительных проводников 47’, 47” фазовращательного проводника 47 от излучательной поверхности 11. Оба проходящих перпендикулярно друг другу и перпендикулярно боковым ограничениям подложки 3, а также излучательной поверхности 11 соединительных проводника 47’, 47” ориентированы при этом параллельно соединительным участкам 47а, 47b, которые также расположены перпендикулярно и параллельно соединительным проводникам 47’, 47”, и при этом каждый соединен в соответствующем месте 48 соединения с излучательной поверхностью 11 и друг с другом на своих противоположных концах. За счет параллельного расположения этих соединительных участков 47а, 47b осуществляется емкостная связь с собственно соединительными проводами 47’, 47” образованного за счет этого фазовращательного проводника 47. Точка 53 питания расположена здесь снова вне центра относительно общей длины фазовращательного проводника 47, с целью достижения при этом расположении снова сдвига фазы 90° в местах 48 питания, которые предусмотрены со смещением на 90° на внутренней стороне 11а излучательной поверхности 11, так же как в предыдущих примерах выполнения. Поясненная емкостная связь с кольцевой и/или рамочной излучательной поверхностью 11, соответственно, с кольцевой и/или рамочной общей излучательной поверхностью 25 приводит дополнительно к наклону диаграммы направленности примерно на 9°-11°. В частности, при наклонных крышах транспортных средств это может быть предпочтительным для компенсации наклонного положения, в котором находится антенна.

То же относится в принципе к варианту выполнения, согласно фиг. 5g, при этом здесь питающая структура имеет замкнутую прямоугольную рамку, при этом от точки 53 питания снова два соединительных проводника 47’, 47” ведут к лежащим со смещением 90° местам 48 контакта, через которые осуществляется электрическое соединение с излучательной поверхностью 11. При этом оба места 48 контакта еще раз соединены друг с другом через другой соединительный проводник 47а, 47b (аналогично примеру выполнения на фиг. 5е, при этом дополнительные соединительные проводники 47а, 47b по существу своим углом отогнуты внутрь относительно примера выполнения, согласно фиг. 5g).

Показанный на фиг. 5h пример выполнения основан на варианте выполнения, согласно фиг. 5g, и отличается двумя проходящими посредине и перекрестно дополнительными соединительными проводниками 47а, 47b, через которые соединительные проводники 47’, 47” дополнительно соединены друг с другом и с местами 48 контакта.

На фиг. 5j и фиг. 5g схематично показано, что контур подложки, а также излучательной поверхности 11 не обязательно должны совпадать с лежащим внутри контуром выемки 13. Так, например, на фиг. 5i на виде сверху показан квадратный патч 11 с квадратной выемкой 3, которая имеет круглую ограничительную кромку выемки 13. При этом фазовращательные проводники 47 показаны прямоугольными с двумя заканчивающимися со смещением на 90° плечами.

На фиг. 5j патч и излучательная поверхность 11 выполнены круглыми, в то время как ограничительная кромка выемки 13 выполнена квадратной. В этом случае фазовращательный проводник выполнен в виде частичного круга (в виде частичного круга в 90°). Это показывает, что в этом отношении возможны самые различные комбинации и вариации.

На фиг. 6 схематично показано, что также геометрическая форма патч-антенны и подложки с излучательной поверхностью (на виде сверху) также не обязательно должна быть квадратной, а может иметь другие формы. В целом предпочтительным является равномерный многоугольник.

Как показано на фиг. 6, подложка 3 может быть, например, цилиндрической, а находящаяся на ней излучательная поверхность 11, а также лежащая внутри выемка могут быть выполнены круглыми. В этом случае также, исходя из внецентрового питающего проводника 42, который заканчивается в точке 53 питания фазовращательного проводника 47, предусмотрены со смещением на 90° два соединительных проводника 47’, 47”, которые гальванически соединены с кольцеобразными (обычно рамочными) окружными полосами излучательной поверхности 11 в местах 48 соединения, с целью создания сдвига фазы на 90°, и тем самым обеспечения работу антенны, как и в других примерах выполнения, в качестве патч-антенны круговой поляризации.

В этом случае образовано еще третье, служащее для соединения и связи радиальное плечо 46с, т.е. электрически проводящий участок 47 полосы, который соединен симметрично относительно обоих соединительных проводников с излучательной поверхностью 11 и заканчивается предпочтительно на небольшом расстоянии 47с от более длинного в этом примере выполнения соединительного проводника 47”, который ведет к точке 53 питания (т.е. имеет два расположенных под прямым углом друг к другу соединительных участка), при этом второй соединительный проводник 47’ в свою очередь проходит радиально до места соединения с кольцевой излучательной поверхностью 11.

Выполненная таким образом патч-антенна может иметь, например, следующие параметры:

Наружный радиус подложки/излучательной поверхности 11 (при измерении от центральной оси 7): 15 мм

Внутренний радиус 11а для выемки 13: 8,2 мм

Общая высота подложки: 6,4 мм

Расстояние точки 53 питания до центральной оси 7: 4,5 мм

Высота участков 19 боковых излучательных поверхностей в зоне 35 перекрытия: 4,6 мм

Ширина выемки 20: 2 мм

Ширина шлица 47’с между третьим участком 47с полосы и первым соединительным проводником 47’:7,2 мм

Ширина соединительного проводника 47’, 47”:2 мм

Материал подложки: пластмасса PS со значением ε_r=2,5, tan (δ)=0,0001

В этом случае также могут быть предусмотрены отклонения, как уже указывалось выше, применительно к квадратной подложке или квадратной на виде сверху патч-антенне. То же относится к значениям ε_r. Вместо указанных выше размеров квадратной формы указанные размеры в данном примере выполнения относятся к диаметрам.

На фиг. 7 показана модификация примера выполнения, согласно фиг. 1-6, относительно измененной питающей структуры.

В этом примере выполнения, наряду с фазовращательным проводником 47 с обоими соединительными проводниками 47’ и 47”, также исходя из точки 53 питания, предусмотрен еще второй фазовращательный проводник 147, а именно, со второй точкой 153 питания, за счет чего образуются два других соединительных проводника 147’, 147”, при этом этот фазовращательный проводник 147 с точкой 153 питания расположен симметрично с поворотом на 180° вокруг центральной оси 7 относительно первого фазовращательного проводника 47 с его точкой 53 питания, и соединен в местах 148 соединения с излучательной поверхностью 11.

На фиг. 8 показана эквивалентная схема этого примера выполнения.

В примере выполнения, согласно фиг. 7 и 8, обе точки 53 и 153 питания питаются через гибридный 180° фазовращатель 253. За счет такого питания можно дополнительно увеличивать ширину полосы. Кроме того, диаграмма направленности антенны становится симметричной. При этом больше не возникает наклона главного лепестка диаграммы направленности. При этом общее питание гибридного 180° фазовращателя 253 осуществляется через внутренний проводник 43’” соответствующего питающего проводника 43. При этом принцип работы сравним с эквивалентной схемой, согласно фиг. 4.

Таким образом, в поясненном варианте выполнения питание осуществляется относительно каждой точки питания с помощью соответствующего фазовращательного проводника 47, соответственно, 147, лежащих со смещением на 90° относительно окружной излучательной поверхности 11. Как в варианте выполнения, согласно фиг. 4, так и в примере выполнения, согласно фиг. 8, исходящие из точки 53, соответственно, 153 питания соединительные проводники 47’, 47”, соответственно, 147’, 147”, с образованием соответствующего фазовращательного проводника 47, соответственно, 147 не должны вести при расположении со смещением на 90° к соответствующей паре точек 48, соответственно, 148 питания. Здесь вместо углового смещения на 90° относительно вертикальной оси или оси 7 симметрии, возможно также смещение на угол 45°, угол 30°или, например, угол 67,5°, когда выбран соответствующий фазовый сдвиг с помощью соответствующих соединительных проводов 47’, 47”, соответственно, 147’, 147”. В каждом из этих случаев можно в принципе излучать или принимать волну круговой поляризации.

На фиг. 9 показан в поперечном разрезе модифицированный пример выполнения, согласно фиг. 2, например, для квадратного или цилиндрического на виде сверху патч-излучателя, который выполнен в целом в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды, т.е. с боковыми стенками 3с, которые проходят не перпендикулярно верхней, соответственно, нижней стороне 3а, 3b подложки 3 и тем самым не перпендикулярно излучательной поверхности 11, а с наклоном. В показанном примере выполнения боковые стенки наклонены под углом α относительно центральной оси 7 (при этом угол α образован между базовой поверхностью или нижней стороной 3b подложки 3 и вертикальной, проходящей через ось симметрии или центральную ось 7 плоскостью разреза через боковые стенки или боковые поверхности 3с). На этих наклонных боковых поверхностях 3с расположены попеременно соответствующие, многократно поясненные участки 19 боковых излучательных поверхностей и находящиеся между ними зоны 20 выемки.

Угол α может изменяться в широких пределах. Однако он должен быть больше 0°, поскольку в этом случае отсутствует трехмерная подложка, а вся структура излучательных поверхностей лежит лишь в одной плоскости. Поэтому желательны значения α больше 10°, в частности, больше 20°, больше 30°, больше 40°, больше 50°, больше 60°, больше 70° и больше 80°. Предпочтительно этот угол составляет 90°.

Значения могут теоретически увеличиваться свыше 90°, как это схематично показано в поперечном разрезе на фиг. 10. При этом структура подложки по существу опрокинута относительно фиг. 9, при этом излучательная поверхность 11 предусмотрена на верхней стороне 3а. В этом случае боковые стенки наклонены противоположно относительно примера выполнения, согласно фиг. 9. В этом случае угол α должен быть предпочтительно меньше 180°, с целью образования действительно трехмерной подложки. Предпочтительными являются значения меньше 170°, в частности, меньше 160°, 150°, 140°, 130°, 120°, 110° и в частности, 100°

Ниже на основе трех поперечных разрезов, аналогичных показанным на фиг. 2, соответственно, 2а, поясняется, что излучательная структура в целом может быть выполнена, например, также с применением металлического листа, в котором участок 19 боковых излучательных поверхностей лежит перед поверхностями боковых стенок 3с.

При этом в показанном на фиг. 11 варианте выполнения применяется металлический лист, который соответственно штампован, так что лежащий сверху участок излучательной поверхности 11 можно приклеивать на верхнюю поверхность 3а подложки с применением слоя клея или двусторонней клейкой ленты. Затем на окружной кромке 61 соответствующие заранее штампованные участки 19 боковых излучательных поверхностей отгибаются вниз, так что эти участки 19 боковых излучательных поверхностей лежат в зонах S боковых поверхностей, соответственно, боковых стенок, однако выполнены или позиционированы не непосредственно на поверхности боковых стенок 3с.

Показанное на фиг. 11 боковое расстояние можно выбирать в широких пределах. При этом отгибание участков 19 боковых излучательных поверхностей может быть также различным, так что эти участки не обязательно должны быть ориентированы под углом 90 относительно верхнего участка излучательной поверхности 11, как это показано на фиг. 11 штриховыми линиями для двух других примеров, где участки боковых стенок выполнены проходящими наклонно, а именно, под углом α как в примере выполнения, согласно фиг. 9.

В варианте выполнения на фиг. 12 показано, что участки 19 боковых излучательных поверхностей могут быть также снабжены в пространстве S боковых поверхностей, соответственно, боковых стенок еще по меньшей мере одним другим, например, лежащим внизу относительно поверхности массы сгибом 19b, который проходит параллельно или под углом к поверхности массы и заканчивается своим свободным концом на расстоянии от боковых стенок, соответственно, боковых поверхностей 3с.

На фиг. 13 в сравнимом вертикальном поперечном разрезе показано, что предусмотренные в пространстве боковых поверхностей, соответственно, боковых стенок на расстоянии от боковых стенок 3с участки 19 боковых излучательных поверхностей могут быть снабжены также несколькими сгибами, за счет чего образуется своего рода окружная ступенчатая структура, в которой образованы попеременно по меньшей мере преимущественно в основном вертикально ориентированные участки и в основном горизонтально ориентированные участки.

В частности, когда в качестве излучателя или излучательной структуры применяется в целом, как указывалось выше, изгибаемый электрически проводящий металлический лист, прежде всего в лежащей вверху зоне может быть выполнена посредством штамповки соответствующая выемка 13, при этом процесс штамповки можно выполнять так, что при штамповке одновременно остаются необходимые фазовращательные проводники 47, которые затем в процессе штамповки создаются в виде части общей излучательной структуры с замыканием по материалу с остальной излучательной поверхностью.

В поясненных примерах выполнения участки 19 боковых излучательных поверхностей выполнены электро-гальванически замкнутыми в окружном направлении. В угловых зонах могут быть при необходимости предусмотрены также точечные соединения между лежащими со смещением в окружном направлении участками 19 боковых излучательных поверхностей. В частности, когда патч-антенна изготовлена с применением сгибаемого и штампуемого металлического листа, отогнутые по кромочным линиям 61 участки 19 боковых излучательных поверхностей могут быть отделены, прежде всего, в своих угловых зонах от соседнего участка 19 боковых излучательных поверхностей линиями штамповки или сгибания.

На фиг. 14 показан другой вариант выполнения изобретения, в котором патч-антенна выполнена с помощью согнутого металлического листа. Проходящие по боковым поверхностям 3с или проходящие на расстоянии от них участки 19 боковых излучательных поверхностей образованы за счет сгибания в верхней угловой зоне 61 из общего штампованного металлического листа. В этом примере выполнения фазовращательный проводник 47 с обоими соединительными проводниками 47’, 47” вблизи точки 53 соединения также является частью штампованного металлического листа.

Кроме того, в этом варианте выполнения даже питающий проводник 42 может быть образован в виде части штампованного и изогнутого металлического листа, который образует всю излучательную структуру, с целью создания питающего проводника соответствующей длины, так что за счет штамповки в верхней излучательной поверхности 11 образуется зона 149 выемки.

Кроме того, в этом примере выполнения на верхней стороне подложки предусмотрены четыре юстировочные цапфы 97, которые предпочтительно в смонтированном состоянии входят в образованные в соответствующем месте в верхней излучательной поверхности 11 отверстия 97’ и за счет этого обеспечивают юстировку излучательной поверхности 11.

Как показано в поперечном разрезе на фиг. 15, образованный так в виде металлической полосы и проходящий вниз за счет отгибания питающий проводник 42 проходит до места 83 питания или соединения пайкой, где он может быть гальванически соединен с печатной платой LP (см. фиг. 2 и 2а).

Показанные на фиг. 14 и 15 выемки 98 имеют значение лишь с точки зрения технологии изготовления, для обеспечения изготовления подложки, когда она состоит из пластмассы, по возможности без усадки.

Кроме того, на фиг. 16, 17 и 18 показано, что подложка 3 может иметь полое пространство 103, которое доступно с нижней стороны 3b через выполненное в ней отверстие 103а. За счет этого получается имеющая форму коробки подложка из лежащей сверху крышки 3d и окружных боковых стенок 3с. В образованном так внутреннем пространстве 103 может быть размещена, как показано в качестве примера на фиг. 17 и 18, дополнительная печатная плата 107, на которой могут быть расположены электрические или электронные компоненты или блоки 109. При этом указанная печатная плата 107 может быть расположена в этом полом пространстве 103 на любой высоте, например, как на фиг. 17 на средней высоте и на фиг. 18 - непосредственно на нижней стороне верхней крышки 3d.

Вс е внутреннее или полое пространство 103 на внутренней стороне так называемой крышки 3d, а также на внутренних боковых сторонах покрыто металлизированным сдоем, за счет чего все внутреннее пространство 103 экранировано по сторонам и сверху относительно подложки 3. Теоретически в это полое пространство 103 может быть установлена электрически проводящая или металлизированная или состоящая из металлического листа коробка соответствующего размера.

Кроме того, на фиг. 18 еще показано, что с помощью двух пружинных приспособлений 115 образованную так патч-антенну можно вставлять через отверстия 117 в печатной плате LP, пока пружинные рычаги 117’ не пройдут через отверстие 117 печатной платы LP и тем самым удерживают подложку 3 уже с предварительной юстировкой на печатной плате LP.

Указанная антенна может в принципе служить как для передачи, так и для приема электромагнитных волн и, в частности, электромагнитных волн с круговой поляризацией. Ее можно применять также для одновременной передачи и приема, в частности, когда, как обычно, диапазон передачи и диапазон приема смещены, даже если немного, относительно друг друга. В этом случае при приеме соответствующие сигналы через так называемый питающий проводник направляются для дальнейшей обработки в находящийся на печатной плате электронный блок и/или другие последующие блоки.

Поясненные примеры выполнения показывают, что с помощью относительно небольших затрат две трехмерные кольцевые патч-антенны могут быть расположены друг в друге, с целью обеспечения приема, например, сигналов GPS и сигналов SDARS. Дешевая конструкция обеспечивается, среди прочего, также тем, что нет необходимости в керамике в качестве диэлектрика для системы патч-антенн. Кроме того, может быть реализована сравнительно компактная конструкция. Дополнительно к этому параметры S, коэффициент усиления и соотношение осей соответствуют требованиям.

На фиг. 19 и далее показан другой аспект решения, согласно изобретению, в виде штабелированной антенны (штабелированная патч-антенна), в которой поясненная выше антенная структура в соответствии с поясненной кольцевой или рамочной патч-антенной образует первую или наружную патч-антенну А, под которой или внутри которой расположена другая патч-антенна В, которая более или менее полно превышает или окружает первую патч-антенну А. За счет этого образуется емкостная связь между антеннами, которая обеспечивает возможность дополнительного уменьшения всей антенной структуры, без ухудшения характеристик антенны. Другими словами, излучательная поверхность 211 второй патч-антенны В расположена на расстоянии между излучательной поверхностью 11 первой патч-антенны А и поверхностью 17 массы, в частности, в средней зоне, составляющей от 20% до 80%, в частности, 30%-70%, предпочтительно 40%-60% общей высоты, соответственно, общего расстояния между излучательной поверхностью 11 первой патч-антенны А и поверхностью 17 массы.

Другими словами, с помощью указанных ниже примеров выполнения достигается улучшенная ширина полосы и улучшенный коэффициент усиления, в частности, в антеннах GPS. Дополнительно к этому, обеспечивается возможность уменьшения стоимости по сравнению с обычными решениями для соответствующих штабелированных патч-антенн, поскольку антенная структура предпочтительно может состоять лишь из двух металлических листов и пластмассовой опоры.

На фиг. 19 показана принципиальная конструкция системы штабелированных патч-антенн в изометрической проекции, а на фиг. 20- в разнесенной изометрической проекции.

При этом на фиг. 20 в самом верху показан патч-излучатель А, уже поясненный со ссылками на фиг. 1-18. При этом патч-излучатель А может быть выполнен из металлического листа посредством штамповки и изгибания. Поэтому в окружной кольцевой или рамочной патч-излучательной поверхности 11 предусмотрена выемка 11’, которая получается лишь для обеспечения возможности изготовления также с помощью штамповки показанного между обоими фазовращательными проводами 47’, 47” питающего проводника 42 достаточной длины, так что питающий проводник после отгибания с достаточной высотой проходит через всю антенную систему предпочтительно до нижней зоны опорной структуры.

На фиг. 20 показана лежащая в середине вторая патч-антенна В, которая в показанном предпочтительном примере выполнения выполнена так, что патч-антенна А и патч-антенна В имеют сравнимую антенную структуру.

Это означает, что вторая патч-антенна В имеет излучательную поверхность 211, которая является кольцевой или рамочной, при этом на окружных сторонах предусмотрена излучательная структура 218 боковых поверхностей, которая состоит из множества участков 219 боковых излучательных поверхностей, между которыми предусмотрены выемки 220, которые в показанном примере выполнения заканчиваются открыто на противоположной излучательной поверхности 11 стороне. Поскольку обе антенны А и В могут быть выполнены одинаково, то соответствующие структурные признаки в патч-антенне А обозначены теми же позициями, как и в патч-антенне А, но с добавлением числа 200. В этом случае излучательная поверхность 211 может быть также штампована из металлического листа с отгибанием частей, при этом в зоне выемки 213 снова образована питающая структура 215 с двумя фазовращательными проводниками 247’ и 247”, между которыми предусмотрен аналогично выполненный питающий проводник 242 снова предпочтительно поперек и предпочтительно перпендикулярно плоскости излучательной поверхности 211. Здесь также предусмотрена соответствующая другая выемка 211’ в излучательной поверхности 211, которая позволяет штамповать из металлического листа соответствующий питающий проводник 242 достаточной длины и предпочтительно сгибать для прохождения вертикально, так что питающий проводник достаточной длины может проходить вниз через опорную структуру. При этом оба фазовращательных проводника 247’ и 247” заканчиваются, соответственно, в двух местах 248 соединения на внутреннем крае снабженной выемкой излучательной поверхности.

В самом низу на фиг. 20 показана опорная структура 10, которая состоит из диэлектрического материала. Опорная структура 10 содержит опорное приспособление 300 с окружной стенкой 301, при этом внутри этой опорной структуры предусмотрены стенные участки 302, а также возвышения 303, которые заканчиваются на различной высоте. За счет этого указанную вторую нижнюю или внутреннюю патч-антенну В можно располагать или монтировать в более низкой плоскости или на более низком уровне, в то время как патч-антенна А монтируется с превышением патч-антенны В на более высоком уровне, в которой тем самым верхняя излучательная поверхность 11 лежит на большем расстоянии от нижней поверхности массы, чем излучательная поверхность 211 патч-антенны В.

Для обеспечения простоты монтажа, вторая патч-антенна В снабжена в зонах своей кольцевой и/или рамочной излучательной поверхности 211 фиксирующим приспособлением 311, которое может состоять из нескольких проходящих в радиальном направлении к середине отдельных пальцев. Это позволяет насаживать выполненную так патч-антенну В на соответствующий опорный участок опорного приспособления 300, при этом на соответствующих участках прилегания образованы фиксирующие элементы 313 предпочтительно в виде части опорного приспособления 300, которые могут быть выполнены, например, грибообразными, так что пальцеобразные фиксирующие элементы 311 могут защелкиваться под ними и прочно и надежно удерживать нижнюю патч-антенну В на опорном приспособлении 300.

На фиг. 21 показан на виде сверху пример выполнения, согласно фиг. 19 и 20.

На фиг. 22 и 23 показаны два разреза по линии А-А, соответственно, В-В на фиг. 21.

При этом можно видеть, что опорное приспособление 300 выполнено в виде диэлектрика со служащими опорой стенками или участками стенки и возвышениями и т.д. так, что для нижней патч-антенны В образована в виде окружной канавки выемка или углубление 321, которое может проходить поперек и по меньшей мере приблизительно вертикально, например, под углом от 91° до 95° относительно излучательной поверхности. При этом участки 219 боковых излучательных поверхностей несколько отогнуты наружу и при установке и монтаже прилегают к внутренней боковой поверхности 300’ опорного приспособления 300, за счет чего дополнительно реализуется другая неподвижная фиксация внутренней патч-антенны В.

На фиг. 22 и 23 показано в разрезе также, что опорная структура 10, соответственно, опорное приспособление 300 снаружи на наружной стенке 301 в зоне своего нижнего дна имеет также проходящую в окружном направлении, открытую вверх канавку 301’ с небольшой высотой, в которую могут входить передние концы участков 19 боковых излучательных поверхностей верхней патч-антенны А, которые в остальном прилегают к наружной поверхности 300” наружной стенки 301 опорной структуры 300. Кроме того, при этом можно видеть, что на наружных поверхностях 300” окружной стенки 301 прежде всего в угловых зонах образованы крючки 307 (см. фиг. 20), и что предусмотренные в этой зоне участки 19 боковых излучательных поверхностей снабжены соответствующими, взаимодействующими с ними фиксирующими элементами 19’ (см. фиг. 20), в показанном примере выполнения в виде выемок, которые сцепляются с крючками 307. За счет этого с помощью простейших средств наружная или верхняя патч-антенна фиксируется на опорной структуре 10, т.е. на опорном приспособлении 300.

На фиг. 24 показана на виде снизу поясняемая антенная система, которая может быть снабжена клейкой лентой 253, для крепления так образованной патч-антенной системы в подходящем месте, например, на шасси. Кроме того, в этой системе показаны оба питающих проводника 42 и 242. Для беспрепятственного выполнения, соответственно, позиционирования этих питающих проводов, обе патч-антенны А и В предпочтительно ориентированы относительно своих фазовращательных проводников так, что соответствующие оба взаимодействующих фазовращательных проводника 47’ и 47”, соответственно, 247’ и 247” на виде сверху лежат с поворотом на 180° относительно друг друга, т.е. позиционированы диаметрально противоположно. С помощью такой антенны может быть реализована система патч-антенн, в которой, например, две патч-антенны круговой поляризации расположены в наименьшем конструктивном пространстве, при этом, например, верхняя или наружная патч-антенна может служить в качестве антенны GPS, а нижняя или внутренняя патч-антенна - в качестве кольцевой антенны SDARS. Соответствующий график резонанса для обеих антенн показан на фиг. 25.

В этом варианте выполнения обе патч-антенны А и В могут быть согласованы друг с другом так, что патч-антенна А, т.е. наружная или перекрывающая всю антенную систему патч-антенна А пригодна для приема сигналов, которые передаются, например, с помощью глобальной спутниковой навигационной системы (GNSS), в то время как лежащая глубже или внутри патч-антенна В используется, например, для приема спутниковых сигналов SDARS.

На фиг. 26 и 27 в отклонение от фиг. 20 еще показано, что вторая патч-антенна В в упрощенном варианте выполнения может быть выполнена также в виде просто поляризованной патч-антенны, в которой, например, излучательная поверхность 211 выполнена в виде сплошной поверхности (т.е. без выемки).

В этом случае лежащая глубже или внутри патч-антенна В может содержать, например, более или менее сплошную излучательную поверхность, которая образована на верхней поверхности сплошного диэлектрика 261, например, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда или аналогичную форму диэлектрика 261. Здесь можно применять, например, патч-антенну, в которой опорное тело диэлектрика патч-антенны В состоит из керамики (при этом применяемая керамика может иметь значение ε_r от 20 до 45). Вокруг этого керамического тела расположена в качестве другой опоры 300 пластмассовая рамка с более или менее окружными опорными стенками 301 в соответствии с примером выполнения, согласно фиг. 19 и 20, при этом этот диэлектрический материал может иметь значение ε_r, например, от 2 до 6. С помощью ее удерживается указанным образом излучательная поверхность первой патч-антенны А.

Таким образом, для наружной или верхней патч-антенны (предпочтительно в виде антенны SDARS) можно отказаться от соответствующей керамической части, за счет чего понижается стоимость антенны. Наружная патч-антенна, в частности, в виде антенны SDARS, предпочтительно реализована с помощью простой структуры из металлического листа. При этом может быть реализована большая ширина полосы AR, которая на уровне ≤3 дБ проходит от 2320 МГц до 2345 МГц. Таким образом, обеспечивается интероперабельная передача данных в соответствии со стандартом Сириус/ХМ.

Дополнительно к этому, наружная или верхняя патч-антенна предпочтительно в виде приемной антенны SDARS улучшает характеристики приема данных местоположения, т.е., например, в рамках глобальной спутниковой навигационной системы (GNSS) и в частности, приема данных местоположения GPS. При этом достигается усиление в зените 4 дБ (Gen Patch Solo=3 дБ), например, при большой ширине полосы с ≤7 дБ (AR Patch Solo≤11 дБ).

Если, например, вся наружная патч-антенна А имеет габаритные размеры 27×27×8 мм, то лежащая внутри, предпочтительно выполненная в качестве патч-антенны GPS или аналогичной патч-антенны В, может иметь габаритные размеры, например, 18×18×4 мм или, например, 25×25×4 мм. Другими словами, возможны все подходящие промежуточные размеры внутри указанных выше габаритных размеров, и обеспечиваются неожиданно хорошие результаты.

Показанная на фиг. 26 и 27 вторая излучательная поверхность 211 второй патч-антенны В может быть также выполнена на окружном крае с излучательной структурой 218 боковых поверхностей с множеством участков 219 боковых излучательных поверхностей, как в примере выполнения, согласно фиг. 20. Наконец, излучательная поверхность 11 может быть также выполнена как в примере выполнения, согласно фиг. 20, а именно, для создания антенны с дуальной или круговой поляризацией, например, с применением показанных там фазовращательных проводов 247’ и 247”, однако без окружной излучательной структуры 18 боковых поверхностей. Здесь возможны модификации.

Наконец, на фиг. 28 и 29 показан другой пример выполнения, при этом другой пример выполнения показан на фиг. 28 в изометрической проекции, а на фиг. 29 - в разнесенной изометрической проекции.

В этом варианте выполнения также предусмотрен по существу трехмерный патч-излучатель А, который в принципе выполнен как и во всех предшествующих примерах выполнения. Излучательная поверхность 11 выполнена в форме рамки, при этом ширина рамки 11” излучательной поверхности в этом варианте выполнения сравнительно небольшая. На окружном крае излучательной поверхности 11 снова образованы участки 19 боковых излучательных поверхностей. В показанном примере выполнения на каждой продольной стороне излучательной поверхности 11 предусмотрены две лежащие со смещением в продольном направлении соответствующей стороны боковые излучательные поверхности 19, которые предпочтительно выполнены широкими, т.е. имеют ширину, которая соответствует примерно расстоянию между обоими участками 19 боковых излучательных поверхностей на продольной стороне излучательной поверхности 11. Эти имеющие форму лоскутов или язычков боковые излучательные поверхности 19 проходят не перпендикулярно, а наклонно наружу от излучательной поверхности 11, т.е. с расходящимся от излучательной поверхности 11 расположением в направлении подложки 3, при этом в показанном примере выполнения концевые участки 19” участков 19 боковых излучательных поверхностей по меньшей мере на частичной высоте охватывают боковые стенки 3с имеющего форму пластины основания подложки 3 и заканчиваются там параллельно боковой стенке 3с с прилеганием к ней.

Внутри имеющей в принципе форму пластины подложки 3 выполнены площадки 303, т.е. имеющие вид площадок возвышения в виде уголковых распорок 303, которые расположены в соответствующих угловых зонах со смещением относительно наружной поверхности подложки.

В показанном примере выполнения вторая патч-антенна выполнена не трехмерной, а лишь в виде плоской патч-антенны. В принципе эта патч-антенна В может быть также выполнена снова как в предшествующих примерах выполнения в виде рамочной излучательной поверхности 211 с лежащей внутри выемкой и с соответствующим питанием, при этом питание может также снова содержать два взаимодействующих фазовращательных проводника 247’ и 247”. Плоская, в показанном примере выполнения предпочтительно выполненная из металлического листа патч-антенна В имеет лежащую со смещением внутрь от ее окружной ограничительной линии в соответствующей угловой зоне уголковую выемку 401, величина которой, т.е. размер и положение, соответствует возвышениям 303 в диэлектрике. Это приводит к тому, что патч-антенна В может быть насажена на диэлектрик 3, т.е. на его верхнюю поверхность 3а так, что выступающие за верхнюю поверхность верхней стороны 3а уголковые площадки 303 проходят через соответствующие выемки 401 в излучательной поверхности 11 патч-антенны В. За счет этого патч-антенна В плоско прилегает к верхней поверхности 3а диэлектрика 3 и надежно удерживается и фиксируется с помощью соответствующих выемок в патч-антенне В.

На эту конструкцию затем насаживается патч-антенна А, рамочная излучательная поверхность 11 которой прилегает к верхней стороне 303’ имеющих форму возвышений уголковых элементов и охватывает патч-антенну А.

То что в показанном примере выполнения собственно диэлектрик имеет еще множество квадратных отверстий, не имеет существенного значения.

В указанном варианте выполнения обе патч-антенны А и В могут предпочтительно состоять из металлического листа. То есть, патч-антенна А и В изготавливается посредством штамповки, при этом патч-антенна А еще дополнительно деформируется в трехмерную структуру посредством сгибания, с целью образования соответствующих поясненных участков 19 боковых излучательных поверхностей. Питающие проводники могут быть в обеих патч-антеннах А и В также изготовлены посредством штамповки и сгибания указанным выше образом. Однако в этом варианте выполнения предпочтительно предусмотрено, что для питания вместо поясненных применительно к другим примерам выполнения отогнутых, т.е. изготовленных посредством штамповки и сгибания питающих проводников применяются радиальные штифты. То есть, как для наружной, так и для внутренней патч-антенны А, соответственно, В применяется цилиндрический штифт, который может быть припаян к соответствующему месту питания.

Тем самым получается общая конструкция, в которой наружная патч-антенна А выполнена трехмерной, аналогично другим примерам выполнения, при этом общая форма имеет не форму куба, а пирамиды (за счет расходящихся сверху вниз участков 19 боковых излучательных поверхностей), при этом лежащая внутри вторая патч-антенна В выполнена чисто плоской, а не трехмерной, т.е. без участков 19 боковых излучательных поверхностей.

В указанной антенне наружная, т.е. верхняя патч-антенна А предпочтительно служит для приема сигналов SDARS, в то время как внутренняя или лежащая глубже, в показанном примере выполнения плоская патч-антенна В служит для приема сигналов GPS. Другими словами, лежащая внутри вторая патч-антенна В имеет двумерную структуру, т.е. двумерную поверхность, в то время как наружная патч-антенна выполнена трехмерной.

Улучшенный патч-излучатель отличается следующими дополнительными признаками: излучательная поверхность (11) выполнена в виде кольцевой и/или рамочной излучательной поверхности (11), которая проходит вокруг зоны выемки (13), излучательная поверхность (11) удлинена с переходом на боковые поверхности, соответственно, боковые стенки (3с), и на боковых поверхностях, соответственно, боковых стенках (3с), образована гальванически соединенная с излучательной поверхностью (11) излучательная структура (18) боковых поверхностей, которая в окружном направлении боковых поверхностей, соответственно, боковых стенок (3с), содержит участки (19) боковых излучательных поверхностей, между которыми предусмотрены электрически не проводящие зоны (20) выемки. Технический результат: уменьшение объема антенны относительно ее широкополосности. 30 з.п. ф-лы, 42 ил.

1. Патч-антенна, имеющая следующие признаки:
- диэлектрическую подложку (3) с верхней стороной (3а), расположенной на расстоянии от нее нижней стороной (3b) и проходящими между верхней стороной (3а) и нижней стороной (3b) окружными боковыми поверхностями или боковыми стенками (3с),
- на верхней стороне (3а) или над верхней стороной (3а) подложки (3) расположена электрически проводящая излучательная поверхность (11),
- питающую структуру (15) для питания излучательной поверхности (11),
- излучательная поверхность (11) выполнена в виде кольцевой и/или рамочной излучательной поверхности (11), которая проходит вокруг зоны (13) выемки,
- на боковых поверхностях, соответственно, боковых стенках (3с), или на расстоянии от боковых поверхностей или боковых стенок (3с) образована гальванически соединенная с излучательной поверхностью (11) излучательная структура (18) боковых поверхностей, которая в окружном направлении боковых поверхностей, соответственно, боковых стенок (3с), содержит участки (19) боковых излучательных поверхностей, между которыми предусмотрены электрически не проводящие зоны (20) выемки,
отличающаяся тем, что имеет следующие другие признаки:
- питающая структура (15) предусмотрена в плоскости излучательной поверхности (11) в зоне выемки (13) в излучательной поверхности (11),
- питающая структура (15) содержит фазовращательную систему или состоит из фазовращательной системы, которая в двух местах (48) соединения соединена с излучательной поверхностью (11) с обеспечением сдвига фазы, и
- питающая структура (15) в виде фазовращательной системы предусмотрена в плоскости излучательной поверхности (11) в зоне выемки (13) в излучательной поверхности (11), при этом фазовращательная система соединена с излучательной поверхностью (11) гальванически.

2. Патч-антенна по п. 1, отличающаяся тем, что питающая структура (15) соединена с излучательной поверхностью (11) на ее внутреннем ограничении (11а), при этом места (48) соединения расположены со смещением на 90° относительно пронизывающей патч-антенну предпочтительно посредине или перпендикулярно излучательной поверхности (11) центральной оси.

3. Патч-антенна по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что поверхность (17) массы предусмотрена на нижней стороне (3b) или под нижней стороной (3b) подложки (3) и что излучательная структура (18) боковых поверхностей содержит множество участков (19) боковых излучательных поверхностей и/или зон (20) выемки, которые выполнены от излучательной поверхности (11) в направлении поверхности (17) массы в форме пальцев, язычков, прямоугольников, треугольников, трапеций, волн или т.п. или в виде фрактальной структуры.

4. Патч-антенна по п. 3, отличающаяся тем, что участки (19) боковых излучательных поверхностей проходят по меньшей по частичной высоте (19′) относительно общей высоты (Н) подложки (3) и заканчиваются на расстоянии (27) от нижней стороны (3b) подложки (3) и/или что электрически не проводящие зоны (20) выемок проходят по высоте (Н) подложки (3) или по ее частичной высоте (20′) и заканчиваются на расстоянии (29) под верхней стороной (3а) подложки (3) и/или под излучательной поверхностью (11).

5. Патч-антенна по п. 4, отличающаяся тем, что на боковых поверхностях, соответственно, боковых стенках (3с), образована зона (35) перекрытия, в которой чередуются в окружном направлении участки (19) боковых излучательных поверхностей и зоны (20) выемки.

6. Патч-антенна по п. 4, отличающаяся тем, что на боковых поверхностях, соответственно, боковых стенках (3с), с помощью входящих друг в друга участков (19) боковых излучательных поверхностей и электрически не проводящих зон (20) выемки образована проходящая между обеими зонами ограничительная и/или контурная линия (23), которая больше окружной длины подложки (3).

7. Патч-антенна по п. 1, отличающаяся тем, что в фазовращательном проводнике (47) место (53) питания для питающего проводника (42) расположено так, что за счет этого создается фазовый сдвиг 90° в местах (48) соединения кольцевой или рамочной излучательной поверхности (11).

8. Патч-антенна по п. 7, отличающаяся тем, что фазовращательный проводник (47) проходит на виде сверху в виде части круга, прямоугольно, многократно под углом или дугообразно, при этом исходя из места (53) питания к местам (48) соединения на излучательной поверхности (11) образованы два соединительных проводника (47′, 47″; 147′, 147″), за счет чего обеспечивается возможность создания сдвига времени прохождения или сдвига фазы на 90° относительно места (48) питания на излучательной поверхности (11).

9. Патч-антенна по любому из пп. 1-2, 4-8, отличающаяся тем, что предусмотрены два фазовращательных проводника (47, 147), которые расположены со смещением на 180° и/или с поворотом на 180° соединены с другой парой мест (148) соединения, при этом оба предусмотренных в образованных так фазовращательных проводниках (47, 147) места (53, 153) питания питаются со сдвигом фазы на 180°.

10. Патч-антенна по п. 1, отличающаяся тем, что в выемке (13) существует емкостная связь между фазовращательным проводником (47) и соединительными проводниками (47а, 47b), которые проходят параллельно соединительным проводникам (47′, 47″) фазовращательного проводника (47).

11. Патч-антенна по п. 1, отличающаяся тем, что подложка (3) на виде сверху имеет квадратную форму с квадратной кольцевой и/или рамочной излучательной поверхностью (11), или цилиндрическую форму с образованной сверху кольцевой излучательной поверхностью (11), или образованный в виде регулярного многоугольника наружный контур с имеющей соответствующую форму излучательной поверхностью (11).

12. Патч-антенна по п. 1, отличающаяся тем, что боковые поверхности, соответственно, боковые стенки (3с), проходят перпендикулярно излучательной поверхности (11), и/или перпендикулярно верхней стороне, (3а) и/или нижней стороне (3b) подложки (3), и/или параллельно центральной оси (7) патч-антенны.

13. Патч-антенна по п. 1, отличающаяся тем, что боковые поверхности, соответственно, боковые стенки (3с), проходят под углом к излучательной поверхности (11), и/или перпендикулярно верхней стороне (3а), и/или нижней стороне (3b) подложки (3), и/или параллельно центральной оси (7) патч-антенны, при этом образованный между нижней стороной (3b) подложки (3) и тем самым проходящей перпендикулярно центральной оси (7) плоскостью и проходящей через центральную ось (7) плоскостью разреза угол (α) больше 10°, в частности, 20°, 30°, 40°, 50°, 60°, 70°, и, в частности, больше 80°, и что этот угол (α) меньше 170°, в частности меньше 160°, 150°, 140°, 130°, 120°, 110°, и, в частности, меньше 100°.

14. Патч-антенна по любому из пп. 1-2, 4-8, 10-13, отличающаяся тем, что патч-антенна выполнена как патч-антенна круговой поляризации.

15. Патч-антенна по п. 1, отличающаяся тем, что участки (19) боковых излучательных поверхностей предусмотрены или образованы непосредственно на поверхности боковых стенок, соответственно, боковых поверхностях (3с), подложки (3), в частности, в виде металлизированной поверхности, предпочтительно вместе с образованной на верхней стороне (3а) подложки (3) металлизированной поверхностью, с помощью которой образована излучательная поверхность (11).

16. Патч-антенна по п. 1, отличающаяся тем, что участки (19) боковых излучательных поверхностей расположены на боковом расстоянии (А) от боковых стенок или боковых поверхностей (3с) подложки (3) и проходят предпочтительно перпендикулярно или под углом к излучательной поверхности (11).

17. Патч-антенна по любому из пп. 1-2, 4-8, 10-13, 16, отличающаяся тем, что излучатели (18) боковых поверхностей, в частности вся излучательная структура (25) с излучательной поверхностью (11) и излучательной структурой (18) боковых поверхностей, и предпочтительно фазовращательный проводник (47), и предпочтительно питающий проводник (42) состоят из электрически проводящего металлического листа, в котором участки (19) боковых излучательных поверхностей и/или питающий проводник (42) образованы посредством сгибания или кантования относительно излучательной поверхности (11), соответственно, фазовращательного проводника (47).

18. Патч-антенна по п. 17, отличающаяся тем, что участки (19) боковых излучательных поверхностей имеют несколько сгибов.

19. Патч-антенна по любому из пп. 1-2, 4-8, 10-13, 15-16, 18, отличающаяся тем, что в подложке образовано полое пространство (103), которое является доступным по меньшей мере с одной стороны, за счет чего подложка (3) выполнена в виде коробки.

20. Патч-антенна по п. 19, отличающаяся тем, что в полом пространстве (103) в подложке (3) размещен по меньшей мере один другой электрический блок или компонент (109), предпочтительно вместе с расположенной в нем печатной платой (107).

21. Патч-антенна по любому из пп. 1-2, 4-8, 10-13, 15-16, 18, 20, отличающаяся тем, что поверхность (17) массы предусмотрена на нижней стороне (3b) подложки (3), и что с помощью излучательной поверхности (11), излучательной структуры (18) боковых поверхностей и питающей структуры (15) образован первый патч-излучатель (А), и что под излучательной поверхностью (11) первого патч-излучателя (А) и над поверхностью (17) массы предусмотрена вторая патч-антенна (В) со второй излучательной поверхностью (211).

22. Патч-антенна по п. 21, отличающаяся тем, что излучательная поверхность (211) второй патч-антенны (В) выполнена в виде кольцевой и/или рамочной излучательной поверхности (211), которая проходит вокруг зоны выемки (213).

23. Патч-антенна по п. 22, отличающаяся тем, что внутри выемки (213) второй патч-антенны (В) предусмотрена питающая структура (215) для второй патч-антенны (В), которая содержит фазовращательную систему или состоит из нее, которая в двух местах (248) соединения соединена с излучательной поверхностью (211) с вызыванием фазового сдвига, при этом питающая структура (215) в виде фазовращательной системы соединена с излучательной поверхностью (211) гальванически или емкостной связью.

24. Патч-антенна по п. 23, отличающаяся тем, что питающая структура (215) с фазовращательной системой содержит два фазовращательных проводника (247′, 247″), в месте соединения которых заканчивается соответствующий питающий проводник (242).

25. Патч-антенна по п. 22, отличающаяся тем, что излучательная поверхность (211) второй патч-антенны (В) расположена на диэлектрике в виде объемного тела, которое предпочтительно состоит из керамики, и что вторая патч-антенна (В) с диэлектриком окружена опорным приспособлением (300), которое предпочтительно состоит из пластмассы, с помощью которого удерживается излучательная поверхность (11) первой патч-антенны (А).

26. Патч-антенна по любому из пп. 22-25, отличающаяся тем, что поверхность (17) массы предусмотрена на нижней стороне (3b) или под нижней стороной (3b) подложки (3) и что излучательная поверхность (211) второй патч-антенны (В) содержит ориентированную поперек нее излучательную структуру (218) боковых поверхностей, которая по меньшей мере на частичной высоте окружена излучательной структурой (18) боковых поверхностей первой патч-антенны (А), при этом участки (19) боковых излучательных поверхностей первой патч-антенны (А) заканчиваются между излучательной поверхностью (211) второй патч-антенны (В) и поверхностью (17) массы.

27. Патч-антенна по п. 26, отличающаяся тем, что первая и вторая патч-антенны (А, В) смонтированы на состоящей из диэлектрика опорной структуре (10) и/или на опорном приспособлении (300), которое содержит внутреннюю окружную канавку или внутреннее окружное приемное пространство (321), в котором заканчиваются участки (219) боковых излучательных поверхностей второй патч-антенны (В), и/или содержит наружное окружное приемное пространство (301′) в виде канавки на опорной структуре (10) или опорном приспособлении (300), в котором заканчиваются участки (19) боковых излучательных поверхностей первой патч-антенны (А) и предпочтительно фиксированы с опорной структурой (10) или опорным приспособлением (300).

28. Патч-антенна по п. 21, отличающаяся тем, что излучательная поверхность (211) выполнена сплошной и/или без выемок.

29. Патч-антенна по любому из пп. 22-24, отличающаяся тем, что вторая патч-антенна (В) выполнена лишь плоской.

30. Патч-антенна по п. 29, отличающаяся тем, что вторая патч-антенна (В) имеет выемки (401), и диэлектрик имеет выступающие вверх, имеющие форму площадок возвышения (303), которые проходят через выемки (401) в плоской второй патч-антенне (В), так что вторая патч-антенна (В) предпочтительно прилегает к верхней поверхности (3а) диэлектрика (3) и что первая патч-антенна (А) своей излучательной поверхностью (11) прилегает к верхней стороне (303′) имеющих форму площадок возвышений (303).

31. Патч-антенна по любому из пп. 1-2, 4-8, 10-13, 15-16, 18, 20, 22-25, 27-28, 30, отличающаяся тем, что участки (19) боковых излучательных поверхностей патч-антенны (А) расположены с расхождением от ее излучательной поверхности (11) в направлении поверхности (17) массы, за счет чего получается структура в форме усеченной пирамиды.