DE102008040185A1

DE102008040185A1 - Planar antenna

Info

Publication number: DE102008040185A1
Application number: DE200810040185
Authority: DE
Inventors: Jens Passoke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2010-01-07
Also published as: EP2146393A1

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 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 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.The invention relates to a planar inverse F antenna having a structure (12) with an inverse F shape with two parallel arms (13, 14) and with an arm (15) connecting these arms at the end, one of the two arms (FIG. 13, 14) passes through a further arm (16) at a gap (17) and is connected to a waveguide which supplies the energy to be radiated, wherein the other of the two arms (13, 14) at the end or at this next arm (16 ) and the inverse F-shaped structure (12) defines two substantially rectangular panels (18, 19), at least one of the panels (18, 19) being provided with an opening (20, 21).

Description

Technisches GebietTechnical area

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.The The invention relates to a planar antenna, in particular a planar one inverse-F antenna, especially for wireless data connections, according to the preamble of claim 1 or claim 2 or claim Third

Stand der TechnikState of the art

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.at For example, vehicles are wireless communication between a car radio and external other devices known, for example, between the car radio and a mobile phone. Also is a wireless communication known by mobile phone and handsfree. There will be a wireless data interface is used, the data connection typically only for a relatively short distance of a maximum of a few meters must be designed because both the transmitter as well as the receiver typically in almost immediate Are located near each other. Therefore, in part the so-called Bluetooth standard for the wireless data connection applied. Via the data connection, a voice information, Transmitted image information and / or other data information become.

Üblicher Weise ist diese drahtlose Datenverbindung dazu bidirektional ausgelegt. Das aufbereitete Sendesignal und das Empfangssignal werden dabei vorteilhaft über eine Antenne abgestrahlt und empfangen.usual Way, this wireless data connection is designed to be bidirectional. The processed transmission signal and the received signal are thereby advantageously radiated and received via an antenna.

Planare Antennen und planare Inverses-F Antennen, auch planare Inverted-F Antennen genannt, sind im Stand der Technik durchaus bekannt.planar Antennas and planar inverted-F antennas, also planar inverted-F Antennas are well known in the art.

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.It but also other antennas can be used, such as they are known in the art. Such antennas, like the planar inverse F antennas, are preferably in the above Bluetooth applications used in the frequency range of some Hundred MHz to a few GHz work.

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.The antennas may be constructed discretely or be designed as a conductor track structure. The planarized conductor track structure has the advantage that it manages without additional material costs, because it can be produced with the existing material of a printed circuit board for the existing electronic circuit. One embodiment of the planarized antenna structure is the above-mentioned planar inverse-F antenna, which is also known as Planar Inverted-F Antenna (PIFA) in the prior art. Such a planar inverse-F antenna is for example by the WO 02/39547 A1 known.

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.A important factor influencing performance the radio connection of the data connection is the input impedance the antenna. The input impedance is used for the design the radio link can be adapted to the active circuit and should stay within a defined value range. Large deviations of the input impedance from the specified Setpoint cause the signal to be processed by the transmit signal the transmitting device used provided Power is not radiated through the antenna, but reflected into the transmitter and here ultimately converted into heat becomes.

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.The Antenna input impedance is also crucial the relative dielectric constant of the background material or the printed circuit board material of the planar antenna. This Material parameters of the substrate material or printed circuit board material used is generally subject to manufacturing tolerances, their limitation in the production of the underground with significantly increased Production costs.

Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, VorteileDESCRIPTION OF THE INVENTION: Problem, Solution, advantages

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.It the object of the invention is to provide a so-called planar antenna which is adjusted in terms of their input impedance and yet inexpensive to manufacture.

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.This is achieved with the features of claim 1, after which a planar Antenna with an electrically conductive structure and a carrier material is created, the field lines emanating from the radiator in part in the interspaces of the radiating electrically conductive Structure through the plane of the support material, which reduces the influence of the material parameters the electrical properties of the antenna and / or the carrier material at least partially or completely omitted.

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.This is further achieved with the features of claim 2, which a planar antenna is created having a structure with at least a first and a second arm and with these arms, for example third arm connecting at the end, which may be substantially vertical is aligned to the two first and second arms, the first arm optionally with another fourth arm or one comparable ground area on the top or bottom a support material is electrically connected, and a Forming structure with at least one field, wherein the at least one Field is provided with an opening.

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.This The object of the invention is also achieved with the features of claim 3, after which a planar inverse-F antenna is provided with a Structure with an inverse-F-shape, each with a parallel one first and second arm and with these arms connecting end third arm, wherein one of the two first and second arms one another fourth arm passes through a gap, wherein the other of the two first and second arms end to or is arranged near this further fourth arm and the inverse F-shaped Structure two, for example, substantially rectangular fields limited at least one of the fields with an opening is provided.

Vorteilhaft ist dabei, wenn beide Felder mit einer Öffnung versehen sind.Advantageous is there when both fields have an opening are.

Auch ist es vorteilhaft, wenn die zumindest eine Öffnung eine Aussparung eines die Struktur tragenden Leiterplattenmaterials ist.Also It is advantageous if the at least one opening a Recess of a structure carrying circuit board material is.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die zumindest eine Öffnung eine materialfreie Öffnung oder Aussparung ist.there It is advantageous if the at least one opening a material-free opening or recess is.

Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn die zumindest eine Öffnung mit einem alternativen Material versehen ist.at It is a further advantageous embodiment expedient if the at least one opening provided with an alternative material.

Vorteilhaft ist, wenn die zumindest eine Aussparungen rechteckig ausgeführt ist, weil dadurch vorteilhaft maximal Material zwischen den Armen der Struktur entfernt werden kann.Advantageous is when the at least one recesses are rectangular is because it maximizes material between the arms the structure can be removed.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:below the invention is based on an embodiment explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer planaren Inverses-F Antenne nach dem Stand der Technik, 1 a schematic representation of a planar inverse-F antenna according to the prior art,

2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen planaren Inverses-F Antenne, und 2 a schematic representation of a planar inverse F antenna according to the invention, and

3 ein Diagramm des Eingangsreflexionsfaktors als Funktion der Frequenz. 3 a diagram of the input reflection factor as a function of frequency.

Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment the invention

Die 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.The 1 shows a planar inverse-F antenna 1 according to the prior art, in which a structure 2 with an inverse F-shape with two parallel, for example, horizontal arms 3 . 4 and an end connecting perpendicular thereto arranged arm 5 is trained. One of the two horizontal parallel arms 3 . 4 passes through another arm arranged perpendicular thereto 6 at a gap 7 , with the other arm 3 . 4 end to this arm 6 is arranged. The inverse F-shaped structure 2 forms or delimits two rectangular fields 8th . 9 , The one field 8th is through the two arms 3 . 4 and the two arms 5 . 6 limited. The second field 9 is on three sides by the arms 5 . 6 and the arm 4 limited, wherein the fourth side of the field is not limited by an arm. The usual way is the structure 2 formed by metallic tracks, which the arms 3 . 4 . 5 . 6 train and which on a circuit board 10 are provided, which include the fields 8th . 9 forms.

Die 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 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.The 2 shows a planar inverse F antenna according to the invention 11 in which a structure 12 with an inverse F-shape with two parallel, for example, horizontal arms 13 . 14 and an end connecting perpendicularly aligned arm 15 is trained. One of the two parallel horizontal arms 13 . 14 reaches through another vertically aligned arm 16 at a gap 17 , with the other arm 13 . 14 end at or near this arm 16 is arranged. The inverse F-shaped structure 12 forms or delimits two rectangular fields 18 . 19 , The one field 18 is through the two arms 15 . 16 and the two arms 5 . 6 limited. The second field 19 is on three sides by the arms 15 . 16 and the arm 14 limited, wherein the fourth side of the field is not limited by an arm. The structure 12 is advantageously formed by metallic interconnects, which the arms 13 . 14 . 15 . 16 form and which on a substrate, such as a printed circuit board 22 , which are also the fields 18 . 19 training or recording. According to the invention, the fields 18 . 19 so refined that at least in one of the fields 18 . 19 an opening 20 . 21 is provided, which is advantageously carried out material-free, that is, that the material of the circuit board 22 in the place of the opening 20 . 21 is removed. In the embodiment of 2 show both fields 18 . 19 one recess each 20 . 21 on, with both recesses 20 . 21 are advantageously rectangular executed. In this case, the recess 21 be formed such that between the arm 15 and the arm 16 two bridges remain, a bridge in the area of the arm 14 and a jetty 23 at the end of the arm 15 at his arm 13 opposite end. This achieves a higher mechanical stability of the antenna structure 12 ,

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.According to a further embodiment, instead of the at least one material-free opening 20 . 21 possibly also another material in the area of the openings 20 . 21 be introduced.

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.The openings 20 . 21 allow a lower dependence of the antenna input impedance of the relative dielectric constant of the material of the circuit board or the background of the planar antenna. As a result, fewer field lines run within the printed circuit board or within the substrate material, and the influence of the dielectric constant of the material of the printed circuit board or of the substrate on the antenna properties is advantageously reduced. In this case, the antenna geometry is advantageously adapted to the dielectric conditions. This can be done, for example, by choosing the connection geometry or the coupling point.

Die 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 2,4 GHz und 2,48 GHz ausgelegt. Die Anpassung der Antenne wurde dabei auf einen minimalen Eingangsreflexionsfaktor ausgelegt. Während bei der Struktur nach 1 der Eingangsreflexionsfaktor in Abhängigkeit der relativen Dielektrizitätskonstanten um 71 MHz variiert, konnte die Toleranz bei einer Antenne nach 2 vorteilhaft auf 42 MHz eingeschränkt werden.The 3 Figure 12 is a graph showing the input reflection factor of the antenna as a function of frequency at various dielectric constants in a range of dielectric constant between 3.85 and 4.65. The antenna is designed for a frequency range between 2.4 GHz and 2.48 GHz. The adaptation of the antenna was designed for a minimum input reflection factor. While at the structure after 1 The input reflection factor varied by 71 MHz as a function of the relative dielectric constant 2 be advantageously limited to 42 MHz.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 02/39547 A1 [0006]

Claims

Planar antenna with an electrically conductive structure and a carrier material whose emanating from the radiator Field lines partly in the interstitials of the radiant electrically conductive structure through the plane of the substrate which reduces the influence of the material parameters on the electrical properties of the antenna and / or the carrier material at least partially or completely omitted.

Planar antenna with a structure ( 12 ) with at least a first and a second arm ( 13 . 14 ) and with these arms, for example, end connecting third arm ( 15 ) substantially perpendicular to the first and second arms (FIG. 13 . 14 ), the first arm ( 13 ) optionally with a further fourth arm ( 16 ) or a comparable ground plane on the top or bottom of a substrate ( 22 ) is electrically connected, and a structure ( 12 ) with at least one field ( 18 . 19 ), characterized in that the at least one field ( 18 . 19 ) with an opening ( 20 . 21 ) is provided.

Planar inverse-F antenna with a structure ( 12 ) with an inverse-F-shape, each having a parallel first and second arm ( 13 . 14 ) and with these arms connecting end arms third arm ( 15 ), one arm ( 14 ) another fourth arm ( 16 ) at a gap ( 17 ) and is connected to a waveguide, which supplies the energy to be radiated, wherein the other of the two first and second arms ( 13 . 14 ) at the end at or near this further fourth arm ( 16 ) and the inverse F-shaped structure ( 12 ) two fields ( 18 . 19 ), characterized in that at least one of the fields ( 18 . 19 ) with an opening ( 20 . 21 ) is provided.

Antenna according to claim 1, 2 or 3, characterized in that one or both fields ( 18 . 19 ) with an opening ( 20 . 21 ) are provided.

Antenna according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the at least one opening ( 20 . 21 ) a recess of a structure ( 12 ) carrying printed circuit board material.

Antenna according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the at least one opening ( 20 . 21 ) is a material-free recess.

Antenna according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the at least one opening ( 20 . 21 ) is provided with an alternative material.

Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one cutouts ( 20 . 21 ) is rectangular.