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Einleitung

Streifenleitungsantennen sind Antennen, die in Mikrostreifenleitungstechnik, wie der Name schon hergibt, realisiert werden. Durch diese planare Strukturen kann eine hohe Integrierbarkeit erzielt werden, was letzten Endes eine einfache und kostengünstige (geringer Platzbedarf / Bauhöhe) Herstellung ermöglicht.

Nichts desto trotz gibt es auch einige Nachteile dieser Antennenarten, die sich durch Verluste im Subtrat bemerkbar machen, welche zu einem geringeren Wirkungsgrad führen. Zudem sind nur geringe relative Bandbreiten erzielbar. Sie werden überwiegend für sogenannte Arrys eingesetz, diese sind eine Zusammenschaltung mehrerer Pachtes. Dadurch ist eine elektronische Strahlungssteuerung möglich wird.

Aufbau und Funktionsprinzip

Für die Wellenausbreitung auf Streifenleitungen ist es nicht möglich eine geschlossene Lösung anzugeben, sodass auch die folgenden Betrachtungen über Patch-Antennen auf empirische Formeln und Erfahrungswerte beruhen, sodass auf die Herleitung im Rahmen dieser Ausarbeitung nicht weiter eingegangen werden kann.

 Abb1: Draufsicht einer Patch-Antenne[1]

In der obigen Abbildung ist so eine Streifenleitungsantenne skizziert. Darin sind für eine Abstrahlung die wichtigsten Größen dargestellt. Hierbei sei nur nebenher bemerkt, dass auch andere Formen möglich sind (Kreise, Rauten). Die eben erwähnte relative schmalbandige Bandbreite kann durch Hinzufügung von zusätzlichen Störstellen geringfügig erweitert werden.

Abb.2: Elektrisches Feld einer Mikrostreifenleitung

Dieses Bild zeigt den elektrischen Feldverlauf einer Mikrostreifenleitung. Die Streufelder am Rand werden durch eine effektive Permittivität, welche nicht der Permittivität des Substrates entspricht berücksichtigt. Dafür benutzt man die folgende empirische Näherungsformeln,

 $$ \epsilon_{r,eff} \simeq \frac{ \epsilon_r +1}{2} + \frac{ \epsilon_r -1}{2} \cdot \left(1+10 \cdot \frac{h}{w} \right)^{-\left(0.5\right)}$$

wobei h die Höhe des Substrats und W die Breite des Patches darstellen (s. Abb.1). Das Modell nimmt mit der obigen Formel eine Mikrostreifenleitung eingebettet in einem Substrat an. Damit ist es möglich eine relative effektive Permittivität anzugeben. Diese Änderung der effektiven Permittivität führt ebenfalls zu einer Änderung der effektiven Wellenlänge im Subtrat, welche folgendermaßen berechnet wird:

 $$ \lambda = \frac{ \lambda _{0}}{ \sqrt{ \epsilon _{r,eff}} } $$

Die effektive relative Permittivität besitzt eine Frequenzabhängigkeit, die dazu führt, dass bei hohen Frequenzen die Felder sich stärker im Substrat konzentrieren, sodass die effektive relative Permittivität ansteigt und sich damit der relativen Permittivität des Substrates annähert.

Bei der Patch - Antenne strebt man eine Halbwellenresonanz an, wobei die Seite mit der Länge L die entsprechende Länge haben muss. Hier läuft die Welle entlang des Ausbreitungsweges L und löst sich bei Lamda/2 ab Dabei ist zu beachten, dass hier die eben berechnete effektive Wellenlänge benutzt wird, sodass die wirksame Länge des Patches sich nach der folgenden Formel ändert.