Planare Antenne

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine planare Inverses-F Antenne mit einer Struktur (12) mit einer inverses-F-Form mit zwei parallelen Armen (13,14) und mit einem diese Arme endseitig verbindenden Arm (15), wobei einer der beiden parallelen Arme (13,14) einen weiteren Arm (16) an einer Lücke (17) durchgreift und an einen Wellenleiter angeschlossen ist, der die abzustrahlende Energie zuführt, wobei der andere der beiden parallelen Arme (13,14) endseitig an oder nahe diesem weiteren Arm (16) angeordnet ist und die inverses-F-förmige Struktur (12) zwei im Wesentlichen rechteckige Felder (18,19) begrenzt, wobei zumindest eines der Felder (18,19) mit einer Öffnung (20,21) versehen ist.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft eine planare Antenne, wie insbesondere eine planare inverses-F Antenne, insbesondere für drahtlose Datenverbindungen, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder von Anspruch 2 oder von Anspruch 3.

Stand der Technik

[0002] Bei Fahrzeugen ist eine drahtlose Kommunikation beispielsweise zwischen einem Autoradio und externen anderen Geräten bekannt, beispielsweise zwischen dem Autoradio und einem Mobiltelefon. Auch ist eine drahtlose Kommunikation von Mobiltelefon und Freisprecheinrichtung bekannt. Dabei wird eine drahtlose Datenschnittstelle verwendet, wobei die Datenverbindung typischer Weise nur für eine relativ kurze Wegstrecke von maximal wenigen Metern ausgelegt sein muss, weil sowohl der Sender als auch der Empfänger typischer Weise in nahezu unmittelbarer Nähe voneinander lokalisiert sind. Daher wird zum Teil der sogenannte Bluetooth-Standard für die drahtlose Datenverbindung angewendet. Über die Datenverbindung kann dann eine Sprachinformation, Bildinformation und/oder eine anderweitige Dateninformation übermittelt werden.

[0003] Üblicher Weise ist diese drahtlose Datenverbindung dazu bidirektional ausgelegt. Das aufbereitete Sendesignal und das Empfangssignal werden dabei vorteilhaft über eine Antenne abgestrahlt und empfangen.

[0004] Planare Antennen und planare Inverses-F Antennen, auch planare Inverted-F Antennen genannt, sind im Stand der Technik durchaus bekannt.

[0005] Es können aber auch andere Antennen eingesetzt werden, wie sie im Stand der Technik bekannt sind. Solche Antennen, wie die planaren Inverses-F-Antennen, werden vorzugsweise bei den oben genannten Bluetooth-Anwendungen eingesetzt, die im Frequenzbereich von einigen Hundert MHz bis zu wenigen GHz arbeiten.

[0006] Die Antennen können dabei diskret aufgebaut sein oder als Leiterbahnstruktur ausgebildet sein. Die planierte Leiterbahnstruktur hat dabei den Vorteil, dass sie ohne zusätzliche Materialkosten auskommt, weil sie mit dem bereits vorhandenen Material einer Leiterplatte für die vorhandene elektronische Schaltung hergestellt werden kann. Eine Ausführungsform der planierten Antennenstruktur ist die oben genannte planare Inverses-F Antenne, die auch als Planar Inverted-F Antenna (PIFA) im Stand der Technik bekannt ist. Eine solche planare Inverses-F Antenne ist beispielsweise durch die WO 02/39547 A1 bekannt geworden.

[0007] Eine wichtige Einflussgröße auf die Leistungsfähigkeit der Funkverbindung der Datenverbindung ist die Eingangsimpedanz der Antenne. Die Eingangsimpedanz wird dabei für die Auslegung der Funkverbindung an die aktive Schaltung angepasst werden und sollte dazu innerhalb eines definierten Wertebereiches bleiben. Große Abweichungen der Eingangsimpedanz von dem festgelegten Sollwert führen dazu, dass die von der Sendesignalaufbereitung der benutzten Sendevorrichtung zur Verfügung gestellte Leistung nicht über die Antenne abgestrahlt wird, sondern in den Sender reflektiert und hier letztlich in Wärme umgesetzt wird.

[0008] Die Antenneneingangsimpedanz wird dabei auch maßgeblich durch die relative Dielektrizitätskonstante des Untergrundmaterials bzw. des Leiterplattenmaterials der planaren Antenne beeinflusst. Dieser Materialparameter des verwendeten Untergrundmaterials bzw. Leiterplattenmaterials unterliegt im Allgemeinen Herstellungstoleranzen, deren Begrenzung in der Produktion des Untergrunds mit erheblich erhöhten Produktionskosten verbunden ist.

Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile

[0009] Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine sogenannte planare Antenne zu schaffen, welche hinsichtlich ihrer Eingangsimpedanz angepasst ist und dennoch kostengünstig in der Herstellung ist.

[0010] Dies wird erreicht mit den Merkmalen von Anspruch 1, wonach eine planare Antenne mit einer elektrisch leitenden Struktur und einem Trägermaterial geschaffen wird, deren vom Strahler austretende Feldlinien zum Teil in den Zwischenräumern der strahlenden elektrisch leitenden Struktur durch die Ebene des Trägermaterials verlaufen, welches zur Verringerung des Einflusses der Materialparameter auf die elektrischen Eigenschaften der Antenne und/oder des Trägermaterials zumindest teilweise oder ganz ausgespart ist.

[0011] Dies wird weiterhin erreicht mit den Merkmalen von Anspruch 2, wonach eine planare Antenne geschaffen wird mit einer Struktur mit zumindest einem ersten und einem zweiten Arm und mit einem diese Arme beispielsweise endseitig verbindenden dritten Arm, der gegebenenfalls im Wesentlichen senkrecht zu den beiden ersten und zweiten Armen ausgerichtet ist, wobei der erste Arm gegebenenfalls mit einem weiteren vierten Arm oder einer vergleichbaren Massefläche auf der Ober- oder Unterseite eines Trägermaterials elektrisch verbunden ist, und eine Struktur mit zumindest einem Feld bildet, wobei das zumindest eine Feld mit einer Öffnung versehen ist.

[0012] Dies Aufgabe der Erfindung wird auch erreicht mit den Merkmalen von Anspruch 3, wonach eine planare Inverses-F Antenne geschaffen wird mit einer Struktur mit einer inverses-F-Form mit jeweils einem parallelen ersten und zweiten Arm und mit einem diese Arme endseitig verbindenden dritten Arm, wobei einer der beiden ersten und zweiten Arme einen weiteren vierten Arm an einer Lücke durchgreift, wobei der andere der beiden ersten und zweiten Arme endseitig an oder nahe diesem weiteren vierten Arm angeordnet ist und die inverses-F-förmige Struktur zwei beispielsweise im Wesentlichen rechteckige Felder begrenzt wobei zumindest eines der Felder mit einer Öffnung versehen ist.

[0013] Vorteilhaft ist dabei, wenn beide Felder mit einer Öffnung versehen sind.

[0014] Auch ist es vorteilhaft, wenn die zumindest eine Öffnung eine Aussparung eines die Struktur tragenden Leiterplattenmaterials ist.

[0015] Dabei ist es vorteilhaft, wenn die zumindest eine Öffnung eine materialfreie Öffnung oder Aussparung ist.

[0016] Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn die zumindest eine Öffnung mit einem alternativen Material versehen ist.

[0017] Vorteilhaft ist, wenn die zumindest eine Aussparungen rechteckig ausgeführt ist, weil dadurch vorteilhaft maximal Material zwischen den Armen der Struktur entfernt werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0018] Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung einer planaren Inverses-F Antenne nach dem Stand der Technik,

Fig. 2

eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen planaren Inverses-F Antenne, und

Fig. 3

ein Diagramm des Eingangsreflexionsfaktors als Funktion der Frequenz.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

[0019] Die Figur 1 zeigt eine planare Inverses-F Antenne 1 nach dem Stand der Technik, bei welcher eine Struktur 2 mit einer inverses-F-Form mit zwei parallelen beispielsweise horizontalen Armen 3,4 und einem diese endseitig verbindenden senkrecht dazu angeordneten Arm 5 ausgebildet ist. Einer der beiden horizontalen parallelen Arme 3,4 durchgreift dabei einen weiteren senkrecht dazu angeordneten Arm 6 an einer Lücke 7, wobei der andere Arm 3,4 endseitig an diesem Arm 6 angeordnet ist. Die inverses-F-förmige Struktur 2 bildet bzw. umgrenzt dabei zwei rechteckige Felder 8,9. Das eine Feld 8 wird durch die beiden Arme 3,4 und die beiden Arme 5,6 begrenzt. Das weitere zweite Feld 9 wird an drei Seiten durch die Arme 5,6 und den Arm 4 begrenzt, wobei die vierte Seite des Feldes nicht durch einen Arm begrenzt wird. Üblicher Weise ist die Struktur 2 durch metallische Leiterbahnen gebildet, welche die Arme 3,4,5,6 ausbilden und welche auf eine Leiterplatte 10 vorgesehen sind, welche auch die Felder 8,9 bildet.

[0020] Die Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße planare Inverses-F Antenne 11, bei welcher eine Struktur 12 mit einer inverse-F-Form mit zwei parallelen beispielsweise horizontalen Armen 13,14 und einem diese endseitig verbindenden senkrecht dazu ausgerichteten Arm 15 ausgebildet ist. Einer der beiden parallelen horizontalen Arme 13,14 durchgreift dabei einen weiteren senkrecht dazu ausgerichteten Arm 16 an einer Lücke 17, wobei der andere Arm 13,14 endseitig an oder nahe diesem Arm 16 angeordnet ist. Die inverses-F-förmige Struktur 12 bildet bzw. umgrenzt dabei zwei rechteckige Felder 18,19. Das eine Feld 18 wird durch die beiden Arme 15,16 und die beiden Arme 5,6 begrenzt. Das weitere zweite Feld 19 wird an drei Seiten durch die Arme 15,16 und den Arm 14 begrenzt, wobei die vierte Seite des Feldes nicht durch einen Arm begrenzt wird. Die Struktur 12 wird dabei vorteilhaft durch metallische Leiterbahnen gebildet, welche die Arme 13,14,15,16 ausbilden und welche auf einem Untergrund, wie eine Leiterplatte 22, vorgesehen sind, welche auch die Felder 18,19 ausbildet oder aufnimmt. Erfindungsgemäß sind die Felder 18,19 derart weitergebildet, dass zumindest in einem der Felder 18,19 eine Öffnung 20,21 vorgesehen ist, welche vorteilhaft materialfrei ausgeführt ist, d.h., dass das Material der Leiterplatte 22 an der Stelle der Öffnung 20,21 entfernt ist. Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 weisen beide Felder 18,19 jeweils eine Aussparung 20,21 auf, wobei beide Aussparungen 20,21 vorteilhaft rechteckig ausgeführt sind. Dabei kann die Aussparung 21 derart ausgebildet sein, dass zwischen dem Arm 15 und dem Arm 16 zwei Stege verbleiben, ein Steg im Bereich des Arms 14 und ein Steg 23 am Endbereich des Arms 15 an seinem dem Arm 13 abgewandten Ende. Dies erreicht eine höhere mechanische Stabilität der Antennenstruktur 12.

[0021] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann statt der zumindest einen materialfreien Öffnung 20,21 ggf. auch ein weiteres Material in den Bereich der Öffnungen 20,21 eingeführt sein.

[0022] Die Öffnungen 20,21 erlauben eine geringere Abhängigkeit der Antenneneingangsimpedanz von der relativen Dielektrizitätskonstante des Materials der Leiterplatte bzw. des Untergrunds der planaren Antenne. Dadurch verlaufen weniger Feldlinien innerhalb des Leiterplatten bzw. innerhalb des Untergrundmaterials und der Einfluss der Dielektrizitätskonstante des Materials der Leiterplatte bzw. des Untergrunds auf die Antenneneigenschaften wird vorteilhaft reduziert. Vorteilhaft wird dabei bzw. anschließend die Antennengeometrie an die dielektrischen Verhältnisse angepasst. Dies kann beispielsweise durch die Wahl der Anschlussgeometrie oder des Ankoppelungspunktes erfolgen.

[0023] Die Figur 3 zeigt ein Diagramm zur Darstellung des Eingangsreflexionsfaktors der Antenne als Funktion der Frequenz bei verschiedenen Dielektrizitätskonstanten in einem Bereich der Dielektrizitätskonstante zwischen 3,85 und 4,65. Die Antenne ist dabei für einen Frequenzbereich zwischen 2,4GHz und 2,48GHz ausgelegt. Die Anpassung der Antenne wurde dabei auf einen minimalen Eingangsreflexionsfaktor ausgelegt. Während bei der Struktur nach Figur 1 der Eingangsreflexionsfaktor in Abhängigkeit der relativen Dielektrizitätskonstanten um 71 MHz variiert, konnte die Toleranz bei einer Antenne nach Figur 2 vorteilhaft auf 42 MHz eingeschränkt werden.

Ansprüche

1. Planare Antenne mit einer elektrisch leitenden Struktur und einem Trägermaterial, deren vom Strahler austretende Feldlinien zum Teil in den Zwischenräumern der strahlenden elektrisch leitenden Struktur durch die Ebene des Trägermaterials verlaufen, welches zur Verringerung des Einflusses der Materialparameter auf die elektrischen Eigenschaften der Antenne und/oder des Trägermaterials zumindest teilweise oder ganz ausgespart ist.

2. Planare Antenne mit einer Struktur (12) mit zumindest einem ersten und einem zweiten Arm (13,14) und mit einem diese Arme beispielsweise endseitig verbindenden dritten Arm (15), der im Wesentlichen senkrecht zu den beiden ersten und zweiten Armen (13, 14) ausgerichtet ist, wobei der erste Arm (13) gegebenenfalls mit einem weiteren vierten Arm (16) oder einer vergleichbaren Massefläche auf der Ober- oder Unterseite eines Trägermaterials (22) elektrisch verbunden ist, und eine Struktur (12) mit zumindest einem Feld (18,19) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Feld (18,19) mit einer Öffnung (20,21) versehen ist.

3. Planare inverses-F Antenne mit eine Struktur (12) mit einer inverses-F-Form mit jeweils einem parallelen ersten und zweiten Arm (13,14) und mit einem diese Arme endseitig verbindenden dritten Arm (15), wobei ein Arm (14) einen weiteren vierten Arm (16) an einer Lücke (17) durchgreift und an einen Wellenleiter angeschlossen ist, der die abzustrahlende Energie zuführt, wobei der andere der beiden ersten und zweiten Arme (13,14) endseitig an oder nahe diesem weiteren vierten Arm (16) angeordnet ist und die inverses-F-förmige Struktur (12) zwei Felder (18,19) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Felder (18,19) mit einer Öffnung (20,21) versehen ist.

4. Antenne nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder beide Felder (18,19) mit einer Öffnung (20,21) versehen sind.

5. Antenne nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Öffnung (20,21) eine Aussparung eines die Struktur (12) tragenden Leiterplattenmaterials ist.

6. Antenne nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Öffnung (20,21) eine materialfreie Aussparung ist.

7. Antenne nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Öffnung (20,21) mit einem alternativen Material versehen ist.

8. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Aussparungen (20,21) rechteckig ausgeführt ist.

Zeichnung