DE3941345A1

DE3941345A1 - Flaechenantenne

Info

Publication number: DE3941345A1
Application number: DE3941345A
Authority: DE
Inventors: Hidetaka Suzuki; Harumi Okazaki; Motoki Hirano
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1990-06-21
Also published as: US4994820A; JPH02162804A

Description

Die Erfindung betrifft eine Flächenantenne gemäß dem Oberbegriff des Haupt anspruchs.

Die Erfindung bezieht sich im einzelnen auf eine Flächenantenne mit zwei lei tenden Platten, die in Abstand und parallel zueinander gehalten werden.

In den japanischen Patentanmeldungen 59-2 00 503 und 59-2 07 705 werden Flächenantennen beschrieben, die zwei metallische Scheiben oder Platten um fassen, die durch eine Anzahl von Metallstiften in Abstand und parallel zuein ander gehalten werden. Diese herkömmlichen Flächenantennen erfordern je doch eine Anzahl von getrennten Teilen und damit eine größere Anzahl von Mon tageschritten. Es ist daher schwierig, eine derartige Flächenantenne im Rah men einer Massenproduktion herzustellen. Im übrigen sind die herkömmlichen Flächenantennen schwer und einem großen Biegemoment ausgesetzt, so daß sie zur Anbringung an einem Kraftfahrzeug nicht geeignet sind.

Die Erfindung ist vor allem darauf gerichtet, eine Flächenantenne mit geringem Gewicht zu schaffen, die in einfacher Weise in Massenproduktion hergestellt werden kann.

Die Merkmale der erfindungsgemäßen Flächenantenne ergeben sich aus Patent anspruch 1.

Die erfindungsgemäße Flächenantenne umfaßt eine erste Platte aus syntheti schem Harz, auf der eine erste Metallschicht ausgebildet ist, und eine zweite Platte aus synthetischem Harz, auf der eine zweite Metallschicht ausgebildet ist. Die Flächenantenne weist weiterhin eine Anzahl von Stiften auf, die sich zwischen den ersten und zweiten Platten erstrecken und die ersten und zwei ten Platten in Abstand und parallel zueinander halten. Dabei sind die beiden Fil me oder Schichten aus Metall einander zugewandt. Die Stifte weisen wenig stens einen ersten Stift zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwi schen den ersten und zweiten Metallschichten und einen zweiten, gegenüber der Metallschicht isolierten Stift auf, der die erste Metallschicht mit einem Anschlußdraht verbindet. Die ersten und zweiten Metallschichten weisen ei nen spezifischen Widerstand p (Ω×m) und eine Permeabilität µ (H/m) auf. Die ersten und zweiten Metallschichten besitzen eine Dicke, die geringer ist als ein Wert t (m), der nach der folgenden Beziehung berechnet wird:

Dabei ist f eine Signalfrequenz (Hz), für die die Antenne verwendet wird.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform einer erfin dungsgemäßen Flächenantenne;

Fig. 2 ist eine Explosionsdarstellung der Antenne;

Fig. 2B zeigt eine Draufsicht auf die Antenne;

Fig. 2C ist eine Seitenansicht der Antenne;

Fig. 3A ist eine Draufsicht auf ein zweites in der Antenne ver wendetes Bauteil;

Fig. 3B zeigt eine Unteransicht des zweiten Bauteils;

Fig. 3C zeigt eine Unteransicht eines Koaxialkabels, das mit dem zweiten Bauteil verbunden ist;

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine abgewandelte Ausführungs form des zweiten Bauteils;

Fig. 5 ist eine Unteransicht einer weiteren Abwandlung des zweiten Bauteils;

Fig. 6A ist eine Explosionsdarstellung einer zweiten Ausfüh rungsform einer erfindungsgemäßen Flächenantenne;

Fig. 6B ist ein Schnitt durch die Flächenantenne gemäß Fig. 6A;

Fig. 7A ist eine Explosionsdarstellung einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform;

Fig. 7B ist ein Schnitt zu dieser Abwandlung;

Fig. 8A ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flä chenantenne;

Fig. 8B ist ein Schnitt zu Fig. 8A;

Fig. 9A bis 9C sind perspektivische Darstellungen einer Abwandlung der dritten Ausführungsform.

In der Zeichnung und insbesondere in Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer er findungsgemäßen Flächenantenne gezeigt. Die Flächenantenne umfaßt erste und zweite Teile 100 und 200 aus synthetischem Harz. Das erste Teil 100, das ein Spritzteil ist, umfaßt ein scheibenförmiges Verbindungsteil 110, von dem Stifte ausgehen, wie am besten in Fig. 2A zu erkennen ist. Beim dargestellten Beispiel sind vier kurze Stifte 120 vorgesehen, die im Umfang des Verbin dungsteils 110 in Abstand liegen, sowie ein Vorschubstift 130, der in der Mitte des Verbindungsteils 110 liegt, wie auch aus Fig. 2B zu ersehen ist. Der Vor schubstift 130 weist eine etwas größere Länge als die kurzen Stifte 120 auf. Das zweite Teil 200 wird getrennt von dem ersten Teil 100 gespritzt. Es ist ebenfalls scheibenförmig ausgebildet und weist in der Mitte eine durchgehende Öffnung auf. Die kurzen Stifte 120 werden mit dem zweiten Teil verklebt, wäh rend der Vorschubstift 130 durch die durchgehende Öffnung 204 des zweiten Teils 200 hindurchgeht, so daß der Verbindungsbereich 110 parallel und in Ab stand zu dem zweiten Teil liegt, wie Fig. 2C zeigt.

Eine Metallschicht 202 ist auf der gesamten Fläche einer der gegenüberliegen den Seiten des zweiten Teils 200, ausgenommen einen ringförmigen Isolierbe reich 206 in der Umgebung der Öffnung 204, abgelagert, wie aus Fig. 3A hervor geht. Diese Metallschicht 202 dient als Masseplatte der Flächenantenne. Wei terhin ist eine Metallschicht auf der anderen Oberfläche des zweiten Teils 200 abgelagert, die eine streifenförmige Linie 210 bildet, die sich radial von der Mitte des zweiten Teils 200 aus erstreckt, wie Fig. 3B zeigt. Mit 220 ist ein Ko axialkabel bezeichnet, dessen Mitteldraht 222 auf die streifenförmige Linie 210 gelötet ist. Der Mitteldraht 222 ist mit der Eingangs- oder Ausgangsklem me einer Sender- oder Empfängereinheit verbunden. Der Mitteldraht 222 ist ab gedeckt durch eine geflochtene Hülle 224, die mit der Erdklemme der Sender- bzw. Empfängereinheit verbunden ist. Ein Metallband 230 ist mit Hilfe von Schrauben 231 befestigt und legt die Hülle 224 auf der anderen Oberfläche des zweiten Teils 200 fest, wie Fig. 3C zeigt. Das erste Teil 100 weist eine Metall schicht 111 um die Stifte 120 und 130 herum auf der gesamten Fläche des Ver bindungsbereichs 110 auf, der dem zweiten Teil 200 gegenüberliegt, wie Fig. 1 zeigt. Die Metallschicht 111 auf der einen Oberfläche des Verbindungsbereichs 110 dient als Antennenleiter der Flächenantenne. Die Metallschichten können durch Vakuum-Ablagerung oder andere Beschichtungstechniken hergestellt werden.

Ein Signal des Senders bzw. Empfängers gelangt durch das Koaxialkabel 220 zu dem Streifenleiter 210 und damit durch den Stift 130 zu der Metallschicht 111 (Antennenleiter). Ein Signal des Antennenleiters 111 gelangt durch den Stift 130 zu dem Streifenleiter 210 und von dort durch das Koaxialkabel zum Sender bzw. Empfänger.

Wenn ein Wechselstrom J durch einen Leiter fließt, ergibt sich ein elektromag netischer Effekt (Skin-Effekt), durch den an der Oberfläche des Leiters eine größere Stromdichte gebildet wird als in der Mitte. Bei ausreichend hohen Fre quenzen befindet sich der Strom nur im Oberflächenbereich. Wenn die Metall schichten eine Dicke t aufweisen, die größer ist als die Dicke der Leiterflä chen, auf die der Strom beschränkt ist, weist die Flächenantenne die selben elektrischen Charakteristika auf wie eine herkömmliche Flächenantenne, die dicke Metallplatten umfaßt. Die Dicke t der Metallschichten kann durch folgen de Gleichung bestimmt werden:

Jt = Jo · e^-t/ ^∂ (1)

In diesen Gleichungen ist Jo die Stromdichte (A/m²) an der Oberfläche des Lei ters; Jt die Stromdichte (A/m²) in einem Punkt im Abstand t von der Oberfläche des Leiters, ∂ die Tiefe der Oberflächenschicht (m), ρ der spezifische Wider stand (Ω×m) der Metallschicht, f die Frequenz (Hz) des Signals zu oder von dem Antennenleiter, µ die Permeabilität (H/m) der Metallschicht und e der natürli che Logarithmus.

Wenn die Gleichung (1) für die Entfernung t aufgelöst wird, ergibt sich:

t = -∂ · ln (Jt/Jo) (3)

Die Entfernung t, bei der die Stromdichte Jt ein Hundertstel der Stromdichte Jo ist, berechnet sich wie folgt:

t < -∂ · ln (1/100) (4)

Wenn die Metallschichten Kupferfilme sind, beträgt der spezifische Wider stand ρ = (1/5,8)×10^-7. Wenn die Flächenantenne im Zusammenhang mit einem auf dem Land beweglichen Radiotelefon bei einer Frequenz von 900 (MHz) ver wendet werden soll, kann die Dicke t der Metallschicht auf einen Wert größer als 10,2 µm angesetzt werden, wie aus den Gleichungen (2) und (4) hervor geht.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des zweiten Teils 200. Bei dieser Ausführungsform ist ein Streifenleiter 210 auf einer Oberfläche des zweiten Teils ausgebildet, die dem Verbindungsbereich 110 des ersten Teils gegenüberliegt. Die Metallschicht ist auf der gesamte Fläche dieser einen Oberfläche des zweiten Teils 200, außer einem Isolierbereich in der Umgebung des Streifenleiters 210 ausgebildet, so daß der Steifenleiter 210 von der in diesem Falle mit 203 bezeichneten Metallschicht getrennt ist.

Fig. 5 zeigt eine andere Abwandlung des zweiten Teils 200. Bei dieser Ausfüh rungsform ist der Mittelleiter 222 des Koaxialkabels 220 mit dem Stift 130 mit Hilfe einer Schraube 205 verbunden, während der Streifenleiter 210 ent fällt. Alternativ kann der Mittelleiter an den Stift 130 angelötet werden.

Fig. 6A und 6B zeigen eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flächenantenne. Bei dieser Ausführungsform weist das erste Teil 100 einen geneigten, ringförmigen Flansch 300 auf, der vom Verbindungsbereich oder Mittelbereich 110 aus ausgeht. Der geneigte, ringförmige Flansch 300 bildet einen kreisförmigen, freien Rand zur Verbindung mit dem zweiten Teil 200, wie aus Fig. 6B hervorgeht. Der ringförmige Flansch 300 begrenzt einen ge schlossenen Raum zwischen den beiden Teilen 100 und 200 als Schutzgehäuse für die Flächenantenne. Auf diese Weise wird die Flächenantenne von Staub freigehalten, und die Festigkeit der Antenne wird erhöht. Der ringförmige Flansch 300 wird in einem Stück mit dem Rest des ersten Teils im Spritzguß verfahren hergestellt.

Fig. 7A und 7B zeigen eine abgewandelte Form der zweiten Ausführung. Bei die ser Ausführung weist das zweite Teil 200 einen geneigten, ringförmigen Flansch 310 auf, der von dem zweiten Teil 200 ausgeht. Der ringförmige Flansch 310 bildet einen geschlossenen Raum zwischen den ersten und zweiten Teilen 100 und 200 und damit ein Schutzgehäuse für die Flächenantenne. Der geneigte ringförmige Flansch 310 weist einen kreisförmigen, freien Rand auf, der mit dem Verbindungsbereich 110 des ersten Teils 100 in Eingriff tritt, wie in Fig. 7B gezeigt ist. Der geneigte ringförmige Flansch 310 wird zusammen mit dem Rest des zweiten Teils 200 im Spritzgußverfahren hergestellt.

Fig. 8A und 8B zeigen eine dritte Ausführungsform der Flächenantenne. Bei die ser Ausführungsform ist das erste Teil 100 eine einfache Scheibe, während das zweite Teil 200 einen scheibenförmigen Bereich 201 und Stifte umfaßt, die von diesem Bereich 201 ausgehen. Die Stifte umfassen vier kurze Stifte 120, die im Umfang auf dem Bereich 201 verteilt sind, und einen Leitstift 131 in der Mitte des Bereichs 201. Das zweite Teil 200 wird getrennt von dem ersten Teil 100 im Spritzgußverfahren hergestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Leitstift 131 ein Metallstift, der in das Teil 200 eingespritzt wird und eine elektrische Verbindung zu dem Streifenleiter auf der anderen Oberfläche des zweiten Teils 200 herstellt. Der Leitstift 131 kann zusammen mit dem Teil 200 durch Spritzguß hergestellt werden, wenn der Streifenleiter auf der sel ben Oberfläche des zweiten Teils 200 ausgebildet ist, auf der sich die Metall schicht befindet, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Im übrigen kann ein geneigter Flansch vorgesehen werden, wie er zuvor erläutert wurde.

Fig. 9A bis 9C zeigen verschiedene Abwandlungen der Erfindung, bei denen ein Teil der Stifte mit dem ersten Teil 100 und ein weiterer Teil der Stifte mit dem zweiten Teil 200 zusammen gespritzt ist.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung kann der Leitstift ein Metallstift sein, durch den die Festigkeit der Flächenantenne erhöht wird. Obgleich das zweite Teil 200 beschrieben wurde als scheibenförmige Masseplatte, besteht hinsichtlich der Form der Scheibe keine Beschränkung.

Claims

1. Flächenantenne mit

- einem ersten plattenförmigen Teil (100) aus synthetischem Harz, das eine Metallschicht (111) auf der Oberfläche trägt,
- einem zweiten plattenförmigen Teil (200) aus synthetischem Harz, das eine zweite Metallschicht (202) auf der Oberfläche trägt, und
- einer Anzahl von Stiften (120, 130) zwischen den Teilen (100, 200), die die se in Abstand und parallel zueinander derart verbinden, daß die Metall schichten (111, 202) einander zugewandt sind, welche Stifte wenigstens einen ersten Stift 120 umfassen, der eine elektrische Verbindung zwi schen den Metallschichten (111, 202) herstellt, und einen zweiten Stift (130, 131), der gegenüber der zweiten Metallschicht isoliert ist und eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Metallschicht und einem An schlußdraht herstellt,

welche ersten und zweiten Metallschichten einen spezifischen Widerstand ρ (Ω×m) und eine Permeabilität µ (H/m) sowie eine Dicke aufweisen, die größer ist als ein Wert t (m) gemäß folgender Gleichung in der f eine Signalfrequenz (Hz) ist, bei der die Flächenantenne verwendbar ist.

2. Flächenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stift (120) einstückig mit einem der plattenförmigen Teile (100, 200) ausge bildet und mit einer Metallschicht umgeben ist.

3. Flächenantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stift (130, 131) einstückig mit einem der ersten oder zweiten Teile (100, 200) ausgebildet und mit einer Metallschicht umgeben ist.

4. Flächenantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Flansch (300, 310), der einen geschlossenen Raum zwi schen den beiden plattenförmigen Teilen (100, 200) bildet.

5. Flächenantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ring förmige Flansch (300, 310) einstückig mit einem der plattenförmigen Teile (100, 200) gespritzt ist.