DE102010019904A1 - Arrangement for wireless connection of wireless device i.e. mobile phone, to high-frequency line, has electrically conductive layer deposited on surface for receiving radio waves from coupling antenna, and strip line applied on surface - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur drahtlosen Ankopplung eines Funkgerätes, insbesondere eines Mobiltelefons, an eine Hochfrequenz-Leitung. Die Ankopplung dient insbesondere Funksignalen, die durch Funkwellen im Mobilfunk-Frequenzbereich übertragen werden, der etwa zwischen 500 MHz und 3 GHz liegt. Durch die Ankopplung wird insbesondere eine Leitungsverbindung zu einer Antenne hergestellt, die wiederum eine Funkverbindung zu einem Mobilfunknetz herstellen und aufrechterhalten kann. Bei der Antenne kann es sich z. B. um eine Außenantenne eines Kraftfahrzeuges handeln. Die Ankopplung kann aber auch eine Verbindung zu anderen Einrichtungen herstellen, z. B. innerhalb eines Kraftfahrzeugs zu einer Freisprecheinrichtung für das Mobiltelefon. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Funkgerätes, wobei eine Antenne des Funkgerätes drahtlos über die Anordnung an die Hochfrequenz-Leitung angekoppelt wird.The invention relates to an arrangement for the wireless coupling of a radio device, in particular a mobile telephone, to a high-frequency line. The coupling is used in particular radio signals that are transmitted by radio waves in the mobile radio frequency range, which is approximately between 500 MHz and 3 GHz. The coupling in particular establishes a line connection to an antenna, which in turn can establish and maintain a radio connection to a mobile radio network. The antenna may be z. B. act to an outdoor antenna of a motor vehicle. The coupling can also connect to other facilities, such. B. within a motor vehicle to a speakerphone for the mobile phone. The invention further relates to a method for operating a radio, wherein an antenna of the radio is wirelessly coupled via the arrangement to the radio-frequency line.
Unter einem Mobiltelefon wird ein Gerät verstanden, das über eine Funkschnittstelle mit einer entfernt gelegenen Station kommunizieren kann, während es bewegt wird. Das Gerät muss nicht zwingend eine Tastatur aufweisen und nicht zwingend sowohl für den Sendebetrieb als auch den Empfangsbetrieb geeignet sein. Z. B. kann es sich bei dem Mobiltelefon um einen mobilen Notfallsender handeln, der auf Knopfdruck ein Notsignal zu der Station sendet. Andere Funkgeräte, für die die Erfindung eine drahtlose Ankopplung bereitstellen kann, sind z. B. so genannte Sticks, die über eine leitungsgebundene Schnittstelle mit einem Gerät, wie z. B. einem Computer, verbunden werden und die einen Funksender aufweisen, um dadurch das Gerät mit einem Funkempfänger oder einem Funknetz zu verbinden. Solche Sticks sind in jüngerer Zeit insbesondere für die Verbindung zu UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) Funknetzen zum Einsatz gekommen. Derartige Sticks werden aber auch für Verbindungen zu anderen Funknetzen verwendet.A mobile telephone means a device that can communicate with a remote station via a radio interface while it is being moved. The device does not necessarily have a keyboard and is not necessarily suitable for both the transmission mode and the reception mode. For example, the mobile phone may be a mobile emergency transmitter that sends an emergency signal to the station at the push of a button. Other radios for which the invention can provide wireless coupling are e.g. B. so-called sticks, via a wired interface with a device such. A computer, and having a radio transmitter to thereby connect the device to a radio receiver or a radio network. Such sticks have recently been used in particular for the connection to UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) radio networks. Such sticks are also used for connections to other radio networks.
Die Anordnung gemäß vorliegender Erfindung kann mit Ausnahme der spiralförmigen Antennenstruktur die zuvor genannten Merkmale aufweisen. Auch weitere Merkmale, die in der
Aus der zuvor genannten Druckschrift ist es auch bekannt, die Antennenstruktur auf einer Leiterplatte anzuordnen. Wenn es sich bei der Antennenstruktur um eine planare Struktur handelt, d. h. eine strukturierte Schicht aus elektrisch leitfähigem Material, die auf der Oberfläche der Leiterplatte aufgebracht ist, entsteht insgesamt eine sehr flache Bauform, die dennoch stabil ist. Darüber hinaus lassen sich solche Antennenstrukturen auf einfache Weise und zu geringen Kosten auf einer Leiterplatte herstellen. Auch bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um strukturierte Schichten als Antenne zur drahtlosen Kopplung, die auf einem Träger, z. B. einer Leiterplatte mit ebener Oberfläche aufgebracht sind.From the aforementioned document, it is also known to arrange the antenna structure on a printed circuit board. If the antenna structure is a planar structure, i. H. a structured layer of electrically conductive material, which is applied to the surface of the printed circuit board, overall creates a very flat design, which is nevertheless stable. In addition, such antenna structures can be produced in a simple manner and at low cost on a printed circuit board. Also in the present invention are structured layers as a wireless coupling antenna, which on a support, for. B. a printed circuit board are applied with a flat surface.
Wie erwähnt, kann bei einer spiralförmigen Antennenstruktur aufgrund der unterschiedlichen Abmessungen eine breitbandige Übertragung von Funksignalen realisiert werden. Allerdings ist die Koppeldämpfung für die Übertragung von Funkwellen einer bestimmten Frequenz abhängig vom Ort, an dem die Antenne des Funkgerätes über der ebenen Oberfläche des Trägers angeordnet ist. Wenn in dieser Beschreibung von „über der Oberfläche” die Rede ist, so kann es sich dabei um einen Bereich handeln, der tatsächlich auf höherem Niveau liegt. Die ebene Oberfläche des Trägers muss aber nicht horizontal ausgerichtet sein. Z. B. würde bei vertikaler Ausrichtung der ebenen Oberfläche auch von „über der Oberfläche” gesprochen, wenn sich das Funkgerät in horizontaler Richtung neben dem Träger befindet.As mentioned, a broadband transmission of radio signals can be realized in a spiral antenna structure due to the different dimensions. However, the coupling loss for the transmission of radio waves of a particular frequency is dependent on the location where the antenna of the radio is located above the planar surface of the carrier. When in This description of "above the surface" is an area that is actually at a higher level. However, the flat surface of the carrier need not be aligned horizontally. For example, in the case of a vertical orientation of the planar surface, this would also be referred to as "above the surface" if the radio is located horizontally next to the carrier.
Es ist wünschenswert, die Antennenstruktur so auszuführen, dass die Antenne des Funkgerätes möglichst an vielen Stellen oder sogar an allen Stellen über der Oberfläche des Trägers positioniert werden kann. Dabei soll die Koppeldämpfung möglichst unabhängig vom Ort sein oder zumindest nicht um Größenordnungen variieren.It is desirable to design the antenna structure so that the antenna of the radio can be positioned at many locations or even at all locations above the surface of the carrier. The coupling damping should be as independent as possible of the location or at least not vary by orders of magnitude.
Eine andere wünschenswerte Eigenschaft ist ein breitbandiges Ankopplungsverhalten, das bei einer geringen Koppeldämpfung möglichst ebenfalls über die gesamte ebene Oberfläche hinweg erreichbar ist. Damit ist es in der Praxis möglich, in verschiedenen Frequenzbereichen Funkgeräte anzukoppeln. Ferner ist es dann möglich, Funkgeräte mit sehr unterschiedlichen Abmessungen anzukoppeln. Insbesondere bei Funkgeräten mit im Verhältnis zu der Oberfläche des Trägers kleinen Abmessungen ist es dann darüber hinaus möglich, das Funkgerät an verschiedenen Positionen über der Oberfläche anzuordnen und anzukoppeln. Ferner können dann auch größere Funkgeräte bei verschiedener Ausrichtung des Funkgeräts relativ zu der ebenen Oberfläche über dieser angeordnet werden und wirksam angekoppelt werden. Bei unterschiedlicher Ausrichtung ändert sich z. B. bei Mobiltelefonen der Ort, bei dem die Mobiltelefon-Antenne über der ebenen Oberfläche des Trägers liegt.Another desirable property is a broadband coupling behavior, which is also possible with a low coupling loss over the entire flat surface as possible. This makes it possible in practice to couple radios in different frequency ranges. Furthermore, it is then possible to couple radios with very different dimensions. In particular, in radios having small dimensions relative to the surface of the carrier, it is then possible to dispose the radio at various positions above the surface and couple it. Furthermore, larger radios can then be arranged relative to the planar surface above this and be coupled effectively with different orientation of the radio. For different orientation z. As in mobile phones, the place where the mobile phone antenna is located above the flat surface of the wearer.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einem möglichst großen Bereich über der Oberfläche des Trägers eine Ankopplung eines Funkgerätes mit geringer Koppeldämpfung zu ermöglichen.It is an object of the present invention to enable a coupling of a radio device with low coupling loss in the largest possible area above the surface of the carrier.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei möglichst gleichmäßig geringer Koppeldämpfung über einen großen Frequenzbereich und/oder in mehreren verschiedenen Frequenzbereichen eine Ankopplung eines Funkgeräts oder von verschiedenen Funkgeräten zu ermöglichen.It is another object of the present invention to enable coupling of a radio or of various radios with as little coupling loss as possible over a large frequency range and / or in several different frequency ranges.
Im Folgenden werden Lösungen erläutert, die insbesondere die zuerst genannte Aufgabe betreffen. Ferner werden weitere Lösungen beschrieben, die auch die zweite Aufgabe lösen. Die Lösungen sind unabhängig voneinander realisierbar, d. h. mithilfe von verschiedenen Ausgestaltungen der Anordnung.In the following, solutions are explained which relate in particular to the first task. Furthermore, further solutions are described, which also solve the second problem. The solutions can be implemented independently of each other, d. H. using various configurations of the arrangement.
Die planaren (schichtartigen) Strukturen dieser Lösungen können insbesondere wie an sich bei Leiterplatten bekannt hergestellt werden.The planar (layered) structures of these solutions can be prepared in particular as known per se in printed circuit boards.
Gemäß einem ersten Lösungsprinzip wird eine Anordnung zur drahtlosen Ankopplung eines Funkgerätes an eine Hochfrequenz-Leitung, insbesondere für den Mobilfunk-Frequenzbereich, vorgeschlagen, wobei
- – die Anordnung einen elektrisch isolierenden Träger aufweist, der eine erste ebene Oberfläche und eine auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers liegende zweite ebene Oberfläche aufweist, die parallel zu der ersten Oberfläche verläuft,
- – auf der ersten Oberfläche eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht ist, die beim Betrieb der Anordnung als Kopplungsantenne Funkwellen zu einer Antenne des Funkgerätes emittiert und/oder von dieser empfängt und dadurch das Funkgerät ankoppelt,
- – die Schicht eine erste Fläche aufweist, die einen konvexen Außenrand aufweist,
- – die erste Fläche über eine als Streifenleitung ausgeführte, vorzugsweise gerade Anschlussleitung, die Teil der Schicht ist, elektrisch leitend mit einem ersten Kontakt eines Anschlusses zum Anschließen der Hochfrequenzleitung verbunden ist, wobei sich die Streifenleitung von dem konvexen Außenrand bis zu einem Randbereich des Trägers erstreckt,
- – eine zweite elektrisch leitende Schicht auf der zweiten Oberfläche aufgebracht ist,
- – die zweite Schicht eine zweite Fläche aufweist, die einen konvexen Außenrand aufweist,
- – die zweite Fläche auf einem Teilbereich der zweiten Oberfläche aufgebracht ist, wobei von dem Teilbereich aus gesehen auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers die Streifenleitung auf der ersten Oberfläche aufgebracht ist, und
- – die zweite Fläche elektrisch leitend mit einem zweiten Kontakt des Anschlusses verbunden ist.
- The arrangement comprises an electrically insulating support having a first planar surface and a second planar surface lying on the opposite side of the support, which is parallel to the first surface,
- - An electrically conductive layer is applied to the first surface, which emits radio waves in operation of the arrangement as a coupling antenna to an antenna of the radio device and / or receives from this and thereby couples the radio,
- The layer has a first surface which has a convex outer edge,
- The first surface is electrically conductively connected to a first contact of a connection for connecting the high-frequency line via a preferably straight connection line, which is part of the layer, the strip line extending from the convex outer edge to an edge region of the support .
- A second electrically conductive layer is applied to the second surface,
- The second layer has a second surface which has a convex outer edge,
- - The second surface is applied to a portion of the second surface, wherein seen from the partial area on the opposite side of the carrier, the strip line is applied to the first surface, and
- - The second surface is electrically connected to a second contact of the terminal.
Beim Betrieb der Anordnung fungieren die erste Fläche und die zweite Fläche daher jeweils als Massefläche bzw. Bezugsfläche für die andere Fläche. Außerdem fungiert die zweite Fläche als Massefläche der Streifenleitung. Der erste und der zweite Kontakt werden an separaten, gegeneinander isolierten Leitern der Hochfrequenzleitung angeschlossen.During operation of the arrangement, the first surface and the second surface therefore each function as a ground surface or reference surface for the other surface. In addition, the second surface acts as a ground surface of the stripline. The first and the second contact are connected to separate, mutually insulated conductors of the high-frequency line.
Insbesondere sind in einer Draufsicht auf die erste oder zweite Oberfläche die konvexen Außenränder der ersten und der zweiten Fläche einander zugewandt. Es besteht daher in der Draufsicht ein Bereich zwischen den konvexen Außenrändern, wobei der Abstand zwischen den konvexen Außenrändern in dem Bereich variiert. Anders ausgedrückt gibt es einen kürzesten Abstand und gibt es Abstandslinien zwischen anderen Punkten der verschiedenen Außenränder, die eine größere Länge aufweisen.In particular, in a plan view of the first or second surface, the convex outer edges of the first and second surfaces face each other. Therefore, in the plan view, there is an area between the convex outer edges, and the distance between the convex outer edges varies in the area. In other words, there is a shortest distance and there are spacing lines between other points of the different outer edges, which have a greater length.
Aufgrund der zwei verschiedenen Flächen auf den gegenüberliegenden Seiten des Trägers, die jeweils eine Antennenstruktur darstellen, wird über einen großen Bereich der Oberfläche des Trägers eine drahtlose Ankopplung zu einer Antenne des Funkgeräts möglich. Insbesondere wenn die erste Fläche und die zweite Fläche spiegelbildlich geformt sind (betrachtet in einer Draufsicht auf eine der ebenen Oberflächen des Trägers, wobei die Draufsicht auch die an der Unterseite aufgebrachten Strukturen betrachtet) gibt es auf den gegenüberliegenden Seiten der Spiegelachse jeweils einen Bereich, der eine drahtlose Ankopplung bei denselben Eigenschaften (Frequenzbereich sowie Koppeldämpfung) bewirkt, wenn die Antenne des Funkgeräts darüber angeordnet ist. Dabei bildet die jeweils andere Fläche die Bezugsfläche, wobei die Bezugsfläche ebenfalls strukturiert ist und auf diese Weise darüber kein Bereich entsteht, in dem die Ankopplung bei deutlich erhöhter Koppeldämpfung stattfindet. Im Ergebnis steht daher insgesamt ein großer Flächenbereich über der Oberfläche des Trägers für eine drahtlose Ankopplung bei geringer Koppeldämpfung zur Verfügung. Due to the two different areas on the opposite sides of the carrier, each representing an antenna structure, wireless coupling to an antenna of the radio becomes possible over a large area of the surface of the carrier. In particular, when the first surface and the second surface are mirror-inverted (as viewed in a plan view of one of the planar surfaces of the support, the plan view also views the structures applied to the underside), there is a region on the opposite sides of the mirror axis, respectively a wireless coupling with the same characteristics (frequency range and coupling loss) causes when the antenna of the radio is located above it. In this case, the respective other surface forms the reference surface, wherein the reference surface is also structured and in this way no area is formed in which the coupling takes place at significantly increased coupling damping. As a result, overall, a large area over the surface of the carrier is available for wireless coupling with low coupling loss.
Die Streifenleitung behindert dabei die Kopplung nicht oder nicht wesentlich, wenn die Antenne des Funkgerätes über der Streifenleitung positioniert ist. Vorzugsweise ist die Streifenleitung durch einen geradlinigen Streifen realisiert, der unter Berücksichtigung der elektrischen Eigenschaften des Trägermaterials und der Abmessungen des Trägermaterials sowie der Streifenleitung eine definierte, vorgegebene Impedanz von z. B. 50 Ω hat.The stripline does not interfere with the coupling, or not significantly, when the antenna of the radio is positioned over the stripline. Preferably, the stripline is realized by a rectilinear strip which, taking into account the electrical properties of the carrier material and the dimensions of the carrier material and the stripline, a defined, predetermined impedance of z. B. 50 Ω has.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die erste Fläche und/oder die zweite Fläche einen geschlossen umlaufenden konvexen Außenrand auf, der optional jedoch durch zumindest einen schmalen ausgesparten Streifen unterbrochen ist. Im Wesentlichen jedoch ist der Außenrand geschlossen umlaufend. Z. B. ist die umlaufende Fläche ein Kreis, ein Oval oder eine Ellipse. Durch die gewählte Form der Flächen und der zugehörigen Bezugsflächen wird über zumindest einen breiten Frequenzbereich eine geringe Koppeldämpfung erreicht. Zudem ergeben sich in dem breiten Frequenzbereich nur geringe Impedanzänderungen. Die Anordnung kann daher als breitbandig bezeichnet werden. Damit werden Resonanzen bezüglich Funkwellen in einem relativ großen Frequenzbereich erreicht. Dabei bestimmen die inneren Abmessungen der Fläche die Wellenlängen und damit die Frequenzen, bei denen eine verlustarme Kopplung möglich ist.In a preferred embodiment, the first surface and / or the second surface on a closed circumferential convex outer edge, which is optionally interrupted by at least one narrow recessed strip. Essentially, however, the outer edge is closed circumferentially. For example, the circumferential area is a circle, an oval, or an ellipse. Due to the selected shape of the surfaces and the associated reference surfaces a low coupling loss is achieved over at least a wide frequency range. In addition, only slight impedance changes result in the wide frequency range. The arrangement can therefore be referred to as broadband. Thus, resonances with respect to radio waves are achieved in a relatively large frequency range. The inner dimensions of the surface determine the wavelengths and thus the frequencies at which a low-loss coupling is possible.
Vorzugsweise ist die erste Fläche und/oder die zweite Fläche in einer Draufsicht auf die erste oder zweite Oberfläche des Trägers bezüglich einer Symmetrieachse symmetrisch geformt. Dabei verläuft die Symmetrieachse insbesondere in Richtung der Längsachse der Streifenleitung, wenn diese als gerade Streifenleitung ausgeführt ist. Unter der Längsachse wird die Achse in Längsrichtung der Streifenleitung und in der Mitte der Streifenleitung verstanden. Die zweite Fläche, die auf der gegenüberliegenden, zweiten Oberfläche des Trägers aufgebracht ist, besitzt dabei eine Symmetrieachse, die parallel zu der Längsachse der Streifenleitung verläuft. Zum Beispiel könnte die Symmetrieachse durch Verschieben der Längsachse der Streifenleitung in vertikaler Richtung an die zweite Oberfläche erhalten werden. Eine solche symmetrische Gestaltung der ersten Fläche und/oder der zweiten Fläche führt dazu, dass die Antenne des Funkgerätes in Richtungen quer zu der Symmetrieachse verschoben werden kann und dabei im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften der Ankopplung beibehalten werden.Preferably, the first surface and / or the second surface is symmetrically shaped in a plan view of the first or second surface of the carrier with respect to an axis of symmetry. In this case, the axis of symmetry extends in particular in the direction of the longitudinal axis of the strip line, if this is designed as a straight strip line. The longitudinal axis is understood to mean the axis in the longitudinal direction of the stripline and in the middle of the stripline. The second surface, which is applied to the opposite, second surface of the carrier, thereby has an axis of symmetry which is parallel to the longitudinal axis of the stripline. For example, the symmetry axis could be obtained by shifting the longitudinal axis of the stripline in the vertical direction to the second surface. Such a symmetrical design of the first surface and / or the second surface results in that the antenna of the radio device can be displaced in directions transverse to the axis of symmetry, while maintaining substantially the same characteristics of the coupling.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung sind innerhalb der symmetrisch geformten Fläche zwei parallel zu der Längsachse verlaufende Streifen aus dem elektrisch leitenden Material der Fläche ausgespart, wobei die Streifen vorzugsweise symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten der Längsachse verlaufen. Durch solche ausgesparten Streifen werden zusätzliche Resonanzen für Funkwellen geschaffen, die dazu führen, dass die Antennenstruktur auch in einem zweiten Frequenzband bei geringen Werten der Koppeldämpfung für die Ankopplung geeignet ist.In a preferred embodiment, within the symmetrically shaped surface, two strips running parallel to the longitudinal axis are cut out of the electrically conductive material of the surface, the strips preferably extending symmetrically on opposite sides of the longitudinal axis. By means of such recessed strips, additional resonances are created for radio waves, which lead to the antenna structure being suitable for coupling even in a second frequency band with low coupling loss values.
Insbesondere kann jeder der Streifen an einem seiner Enden in einem Abstand zu dem konvexen Außenrand der Fläche enden und an seinem anderen Ende den geschlossen umlaufenden Rand der Fläche über eine Länge, die der Breite des Streifens entspricht, unterbrechen. Es verbleibt daher eine durchgehende elektrisch leitfähige Schicht innerhalb der Fläche. Dabei ist die Breite der ausgesparten Streifen so schmal, dass in dem Frequenzband bzw. Frequenzbereich mit den kleineren Wellenlängen (d. h. mit den größeren Frequenzen) der Streifen keinen wesentlichen Einfluss auf die Koppeldämpfung hat. Anders formuliert ist die Breite des Streifens sehr viel geringer als die kleineren Wellenlängen der Funkwellen, so dass der Streifen für die Funkwellen mit den verhältnismäßig kleinen Wellenlängen ohne wesentlichen Einfluss ist. Dagegen bilden sich bei wesentlich größeren Wellenlängen, d. h. kleineren Frequenzen, weitere Resonanzen, bei denen die ausgesparten Streifen von Bedeutung sind.In particular, each of the strips may terminate at one of its ends at a distance from the convex outer edge of the surface and at its other end interrupt the closed circumferential edge of the surface over a length corresponding to the width of the strip. There remains therefore a continuous electrically conductive layer within the area. In this case, the width of the recessed strips is so narrow that in the frequency band or frequency range with the smaller wavelengths (that is, with the larger frequencies) the strip has no significant effect on the coupling attenuation. In other words, the width of the stripe is much smaller than the smaller wavelengths of the radio waves, so that the stripe has no significant influence on the radio waves having the relatively small wavelengths. In contrast, at much larger wavelengths, i. H. smaller frequencies, other resonances in which the recessed stripes are of importance.
Bei einer Variante der Anordnung sind die erste Fläche und die zweite Fläche nicht auf den gegenüberliegenden Seiten des Trägers aufgebracht, sondern auf derselben Seite, nämlich auf der ersten ebenen Oberfläche. Beide Flächen weisen einen konvexen Außenrand auf. Mit ihren konvexen Außenrändern sind die Flächen über einen Balun an die Hochfrequenz-Leitung angeschlossen. Auf diese Weise bilden die beiden Flächen die verschiedenen Pole einer Dipol-Antenne. Sie werden über den Balun gegenphasig angesteuert. Zur Anpassung an die Impedanz der Hochfrequenzleitung kann auch ein Balun mit Transformator eingesetzt werden, der eine Impedanztransformation bewirkt.In a variant of the arrangement, the first surface and the second surface are not applied on the opposite sides of the carrier, but on the same side, namely on the first planar surface. Both surfaces have a convex outer edge. With their convex outer edges, the surfaces are connected via a balun to the high-frequency line. In this way, the two surfaces form the different poles of a dipole antenna. They are going over the balun controlled in antiphase. To adapt to the impedance of the high-frequency line and a balun with transformer can be used, which causes an impedance transformation.
Der Balun ermöglicht, wie beschrieben, die Anordnung der ersten und der zweiten Fläche auf derselben Oberfläche des Trägers. Dadurch ist die Herstellung vereinfacht. Auch kann die Antenne des Funkgerätes bei gleichem Abstand zu der Oberfläche des Trägers exakt in demselben Abstand wahlweise über der ersten Fläche und der zweiten Fläche angeordnet werden. Erstreckt sich z. B. eine Auflagefläche zum Auflegen des Funkgerätes in konstantem Abstand zu der ebenen Oberfläche des Trägers, ist der Abstand von der Antenne des Funkgerätes zu den beiden Flächen exakt der gleiche, wenn die Funkgerätantenne entweder über der ersten Fläche oder der zweiten Fläche angeordnet ist.The balun, as described, allows the arrangement of the first and second surfaces on the same surface of the carrier. As a result, the production is simplified. Also, the antenna of the radio at the same distance to the surface of the carrier can be arranged at exactly the same distance optionally over the first surface and the second surface. Extends z. B. a support surface for placing the radio at a constant distance from the planar surface of the carrier, the distance from the antenna of the radio to the two surfaces is exactly the same when the radio antenna is disposed either over the first surface or the second surface.
Bezüglich der Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Variante gilt das gleiche wie für die oben beschriebene Anordnung mit der Ausnahme, dass auf der gegenüberliegenden Seite der zweiten Fläche keine Streifenleitung vorhanden ist. Der Balun kann jedoch jeweils über eine kurze Streifenleitung mit dem konvexen Außenrand der beiden Flächen verbunden werden. Die oben erwähnte Längsachse bzw. Symmetrieachse verläuft dabei z. B. in der Mitte der Träger-Oberfläche zwischen zwei parallelen Außenrändern des Trägers.With respect to the embodiments and developments of this variant, the same applies as for the arrangement described above, with the exception that on the opposite side of the second surface no strip line is present. However, the balun can each be connected via a short stripline to the convex outer edge of the two surfaces. The above-mentioned longitudinal axis or axis of symmetry extends z. B. in the middle of the carrier surface between two parallel outer edges of the carrier.
Alternativ zu einem Balun können die erste und die zweite Fläche auch direkt mit den verschiedenen elektrischen Kontakten eines Anschlusses zum Anschließen einer Anschlussleitung verbunden sein.As an alternative to a balun, the first and second surfaces can also be connected directly to the various electrical contacts of a connection for connecting a connecting line.
Gemäß der zweiten Lösung wird eine Anordnung zur drahtlosen Ankopplung eines Funkgerätes an einer Hochfrequenz-Leitung, insbesondere für den Mobilfunk-Frequenzbereich, vorgeschlagen, wobei
- – die Anordnung einen elektrisch isolierenden Träger aufweist, der zumindest eine erste ebene Oberfläche aufweist,
- – auf der ersten Oberfläche eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht ist, die beim Betrieb der Anordnung als Kopplungsantenne Funkwellen zu einer Antenne des Funkgerätes emittiert und/oder von dieser empfängt und dadurch das Funkgerät ankoppelt,
- – die Schicht eine erste Fläche aufweist, die einen konvexen Außenrand und einen innerhalb des konvexen Außenrandes verlaufenden konkaven Innenrand aufweist, sodass ein Bereich innerhalb des konkaven Innenrandes ausgespart ist.
- The arrangement has an electrically insulating carrier which has at least one first planar surface,
- - An electrically conductive layer is applied to the first surface, which emits radio waves in operation of the arrangement as a coupling antenna to an antenna of the radio device and / or receives from this and thereby couples the radio,
- - The layer has a first surface having a convex outer edge and a concave inner edge extending within the convex outer edge, so that a region is recessed within the concave inner edge.
Unter einem konkaven Innenrand wird ein Innenrand verstanden, der eine Einstülpung bzw. einen sich in die Fläche aus elektrisch leitendem Material hineinerstreckenden Bereich berandet, der nicht durch elektrisch leitendes Material gebildet ist. Insbesondere verlaufen der konvexe Außenrand und der konkave Innenrand zumindest über einen Teil ihrer Längserstreckung nebeneinander, so dass zwischen ihnen ein streifenförmiger Bereich der elektrisch leitenden Schicht gebildet ist.A concave inner edge is understood to be an inner edge which borders an invagination or an area extending into the surface of electrically conductive material, which region is not formed by electrically conductive material. In particular, the convex outer edge and the concave inner edge run next to one another over at least part of their longitudinal extent, so that a strip-shaped region of the electrically conductive layer is formed between them.
Es hat sich gezeigt, dass der ausgesparte Bereich die guten Kopplungseigenschaften der Antennenstruktur nicht beeinträchtigt. Dies gilt insbesondere dann, wenn in ähnlicher Weise wie oben beschrieben die erste Fläche über eine als Streifenleitung ausgeführte gerade Anschlussleitung, die Teil der Schicht ist, elektrisch leitend an die Hochfrequenz-Leitung angeschlossen ist, wobei sich die Streifenleitung von dem konvexen Außenrand bis zu einem Randbereich des Trägers erstreckt, wenn der elektrisch isolierende Träger eine auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers liegende zweite ebene Oberfläche aufweist, die parallel zu der ersten Oberfläche verläuft, und wenn als Massefläche der ersten Schicht eine zweite Fläche auf einen Teilbereich der zweiten Oberfläche aufgebracht ist, wobei von dem Teilbereich aus gesehen auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers die Streifenleitung auf der ersten Oberfläche aufgebracht ist. Diese Massefläche kann z. B. die oben anhand der ersten Lösung beschriebene zweite Fläche mit konvexem Außenrand sein, in welchem Fall wiederum auch ein konkaver Innenrand vorhanden ist, so dass ein Bereich innerhalb des konkaven Innenrandes ausgespart ist. Unter „ausgespart” wird verstanden, dass dieser Bereich kein elektrisch leitfähiges Material der Schicht aufweist. Die Massefläche kann jedoch auch eine Fläche sein, die keinen konvexen Außenrand hat, z. B. stattdessen – in einer Draufsicht auf die zweite Oberfläche des Trägers – betrachtet, einen geraden Rand hat, der sich senkrecht zu dem Verlauf der geraden Anschlussleitung erstreckt, welche auf der ersten Oberfläche aufgebracht ist.It has been found that the recessed area does not affect the good coupling properties of the antenna structure. This applies in particular if, in a similar manner as described above, the first surface is connected in an electrically conductive manner to the high-frequency line via a straight connecting line which is part of the layer, the strip line extending from the convex outer edge to a first line The edge region of the carrier extends when the electrically insulating carrier has a second planar surface lying opposite to the carrier, which runs parallel to the first surface, and when a second surface is applied to a partial region of the second surface as the ground surface of the first layer. wherein, seen from the partial area on the opposite side of the carrier, the strip line is applied to the first surface. This ground surface can z. B. be described above with reference to the first solution second surface with convex outer edge, in which case, in turn, a concave inner edge is present, so that a region is recessed within the concave inner edge. By "recessed" is meant that this region does not comprise an electrically conductive material of the layer. However, the ground plane may also be a surface which has no convex outer edge, z. Instead, as viewed in a plan view of the second surface of the carrier, for example, has a straight edge which extends perpendicular to the course of the straight connecting line, which is applied to the first surface.
Insbesondere kann der ausgesparte Bereich dafür genutzt werden, eine streifenförmige zweite Antennenstruktur für eine Kopplung der Funkwellen in einem zweiten, von dem Frequenzbereich der ersten Fläche verschiedenen Bereich anzuordnen. Dabei wird die streifenförmige zweite Antennenstruktur vorzugsweise über denselben Anschluss wie die erste Fläche mit der Hochfrequenz-Leitung verbunden. Insbesondere kann der Anschlusspunkt der ersten Fläche an einem Punkt einer Symmetrieachse des konvexen Außenrandes liegen. Dies gilt nicht nur für die hier beschriebene Lösung und Ausgestaltung, sondern auch für andere Ausgestaltungen, bei denen die erste Fläche einen konvexen Außenrand hat.In particular, the recessed area can be used to arrange a strip-shaped second antenna structure for coupling the radio waves in a second area different from the frequency area of the first area. In this case, the strip-shaped second antenna structure is preferably connected to the high-frequency line via the same connection as the first surface. In particular, the connection point of the first surface may lie at a point of an axis of symmetry of the convex outer edge. This applies not only to the solution and design described here, but also to other embodiments in which the first surface has a convex outer edge.
Daher wird der ausgesparte Bereich für die Schaffung einer Kopplung in einem zweiten Wellenlängenbereich bzw. Frequenzbereich genutzt. Eine streifenförmige zweite Antennenstruktur ist dabei besonders gut geeignet, Funkwellen mit größeren Wellenlängen, d. h. kleineren Frequenzen zu übertragen bzw. zu empfangen als es bei der ersten Fläche mit dem konvexen Außenrand der Fall ist. Grund dafür ist, dass die Länge des Streifens maßgeblich für die zu übertragende bzw. zu empfangende Wellenlänge ist, auch wenn der Verlauf des Streifens nicht geradlinig ist.Therefore, the recessed area is used to provide coupling in a second wavelength range or frequency range. A strip-shaped second antenna structure is particularly well suited to transmit or receive radio waves with longer wavelengths, ie smaller frequencies than is the case for the first surface with the convex outer edge. The reason for this is that the length of the strip is decisive for the wavelength to be transmitted or received, even if the course of the strip is not rectilinear.
Besonders gut wird der ausgesparte Bereich genutzt, wenn die streifenförmige zweite Antennenstruktur labyrinthförmig ausgestaltet ist oder mäanderförmig ausgestaltet ist. Zusätzlich kann die zweite Antennenstruktur sich nicht nur in dem ausgesparten Bereich innerhalb des konkaven Innenrandes befinden, sondern sich auch außerhalb dieses Bereiches über die ebene Oberfläche des Trägers erstrecken. Insbesondere ist es möglich, dass die streifenförmige zweite Antennenstruktur einen Längsabschnitt aufweist, der sich von dem ausgesparten Bereich der ersten Fläche in einen Bereich der ersten Oberfläche des Trägers erstreckt, der außerhalb des konvexen Außenrandes der ersten Fläche liegt. Dadurch wird die Fläche der ersten Oberfläche, über der bei guter Kopplungsqualität eine Ankopplung an eine Antenne eines Funkgerätes möglich ist, vergrößert. Insbesondere wenn die Breite der ersten Antennenstruktur, die durch die Breite der ersten Fläche zwischen dem Außenrand gebildet ist, kleiner als die Breite des Trägers ist, kann der Bereich außerhalb des konvexen Außenrandes für den Längsabschnitt oder für verschiedene Längsabschnitte der streifenförmigen zweiten Antennenstruktur benutzt werden. Dieser Bereich außerhalb des konvexen Außenrandes kann für eine zweite Antennenstruktur aber auch dann genutzt werden, wenn sich diese zweite Antennenstruktur nicht innerhalb des ausgesparten Bereiches erstreckt.Particularly well, the recessed area is used when the strip-shaped second antenna structure is configured labyrinth-shaped or meander-shaped. In addition, the second antenna structure may not only be in the recessed area within the concave inner edge, but also extend outside of this area over the planar surface of the carrier. In particular, it is possible for the strip-shaped second antenna structure to have a longitudinal section which extends from the recessed area of the first area into a region of the first surface of the carrier which lies outside the convex outer edge of the first area. As a result, the surface of the first surface over which coupling with an antenna of a radio is possible with good coupling quality is increased. In particular, if the width of the first antenna structure formed by the width of the first surface between the outer edge is smaller than the width of the carrier, the area outside the convex outer edge may be used for the longitudinal portion or for various longitudinal portions of the strip-shaped second antenna structure. However, this area outside the convex outer edge can also be used for a second antenna structure if this second antenna structure does not extend within the recessed area.
Generell dient die erfindungsgemäße Anordnung insbesondere dazu, Funkgeräte im Nahfeld der Antennenstruktur oder der Antennenstrukturen anzuordnen.In general, the arrangement according to the invention is used, in particular, to arrange radios in the near field of the antenna structure or of the antenna structures.
Zum Gegenstand der Erfindung gehört daher auch eine Anordnung, bei der das Funkgerät im Nahfeld der Antennenstruktur angeordnet ist, die durch die erste Fläche gebildet ist.The subject of the invention therefore also includes an arrangement in which the radio is arranged in the near field of the antenna structure, which is formed by the first surface.
Ferner gehört zum Umfang der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Funkgerätes, wobei eine Antenne des Funkgerätes drahtlos über die Anordnung gemäß einer der hier beschriebenen Ausgestaltungen und Ausführungsformen an die Hochfrequenz-Leitung angekoppelt wird, wobei über die drahtlose Ankopplung Funkwellen von der Hochfrequenz-Leitung zu der Antenne des Funkgerätes und/oder umgekehrt übertragen werden.Further, within the scope of the invention is a method of operating a radio wherein an antenna of the radio is wirelessly coupled to the radio frequency line via the arrangement of any of the embodiments and embodiments described herein, wherein radio waves from the radio frequency line are coupled via the wireless interface the antenna of the radio and / or vice versa.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings. The individual figures of the drawing show:
Der Streifenleitung
Ein Verbinder
Die in
Bei der in
Die in
Die in
Die in
Unabhängig von der konkreten Form der Ränder der in
Jedoch ist im ausgesparten Bereich innerhalb des konkaven Innenrandes
In
Auch
Die zweite Struktur
Die in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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