DE102011001029A1 - Antenneneinheit - Google Patents
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Abstract
Eine Antenneneinheit wird bereitgestellt. Die Antenneneinheit umfasst ein erstes Substrat, ein erste leitende Schicht, eine zweite leitende Schicht, einen ersten planaren, leitenden Ring und einen Einspeiseleiter. Das erste Substrat umfasst eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, wobei die erste Oberfläche gegenüberliegend zu der zweiten Oberfläche ist. Die erste leitende Schicht ist auf der ersten Oberfläche angeordnet. Die zweite leitende Schicht ist auf der zweiten Oberfläche abgebildet, wobei eine Hauptöffnung, die durch eine Vielzahl von ersten leitenden Durchkontaktierungen umgeben wird, die elektrisch die erste und zweite leitenden Oberfläche verbinden, auf der zweiten leitenden Schicht ausgebildet ist, und die Hauptöffnungen definiert eine Strahlenkavität und eine Zentrumsfrequenz. Der erste planare, leitende Ring umgibt die Strahlenkavität. Der Einspeiseleiter speist ein Kabelsignal zu der Antenneneinheit. Beide der erste planare, leitende Ring und der Einspeiseleiter sind zwischen der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht platziert.
Description
- Hintergrund der Erfindung
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antenneneinheit, und insbesondere bezieht sie sich auf eine Antenneneinheit mit einer verbesserten Isolierung und Strahlenweite. Die offenbarte Antenneneinheit ist für die Verwendung in einer phasengesteuerten Gruppenantenne geeignet.
- Beschreibung des Stands der Technik
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1 zeigt eine konventionelle Antenne1 , die ein Antennensubstrat10 , ein Mikrostrip-Patch/Mikrostreifenhalterfeld30 , eine Grundebene40 und eine Mikrostreifeneinspeisungsleiterbahn50 aufweist. Das Antennensubstrat10 umfasst eine erste Oberfläche11 und eine zweite Oberfläche12 . Das Speisungssubstrat20 umfasst eine dritte Oberfläche21 und eine vierte Oberfläche22 . Das Mikrostreifenleiterfeld30 ist auf der ersten Oberfläche11 ausgebildet. Die Grundebene40 ist auf der dritten Oberfläche21 ausgebildet. Die zweite Oberfläche12 ist mit der Grundebene40 verbunden. Eine Verbindungsöffnung41 ist auf der Grundebene40 ausgebildet. Die Mikrostreifeneinspeiseleiterbahn50 ist auf der vierten Oberfläche22 ausgebildet. Die Mikrostreifeneinspeiseleiterbahn50 speist kabellose Signale über die Verbindungsöffnung41 in das Mikrostreifenleiterfeld30 . Konventionelle Antennen haben typischerweise geringe Bandbreiten, nichtgeringförmige Rückstrahlung und nicht gewollte Oberflächenwellenstrahlungseigenschaften. Zusätzlich, wenn die konventionellen Antennen in einem Array angeordnet sind, ist die Isolation zwischen den Antennen gering. - Kurzer Überblick über die Erfindung
- Eine Antenneneinheit wird bereitgestellt. Die Antenneneinheit umfasst ein erstes Substrat, eine erste leitende Ebene, eine zweite leitende Ebene, einen ersten planaren leitenden Ring und einen Speiseleiter. Das erste Substrat umfasst eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, wobei die erste Oberfläche gegenüberliegend zu der zweiten Oberfläche ist. Die erste leitende Schicht ist auf der ersten Oberfläche angeordnet. Die zweite leitende Schicht ist auf der zweiten Oberfläche angeordnet, wobei eine Hauptöffnung auf der zweiten leitenden Schicht ausgebildet ist, umgeben von Durchkontaktierungen, die erste und zweite leitende Oberfläche miteinander verbinden, und die Hauptöffnung mit der umzingelnden Durehkontaktierung formt eine Strahlungskavität. Der erste planare, leitende Ring umgibt die Strahlungskavität. Der Einspeiseleiter speist ein Kabelsignal zu der Antenneneinheit. Beide, der erste planare, leitende Ring und der Einspeiseleiter, sind in dem ersten Substrat eingebettet.
- Die Antenneneinheit der Ausführungsform der Erfindung stellt eine verbesserte Isolierung und stabile aktive Impedanz für weite Scan-Winkel/Weitwinkelscans dar. Zusätzlich erstreckt sich in einer Ausführungsform der Einspeiseleiter zwischen der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht, um das Kabelsignal in die Antenneneinheit einzuführen (niedrigere Einspeisestruktur). Die vorgeschlagene niedrigere Einspeiseeinheit der ersten Ausführungsform stellt dadurch ein verbessertes symmetrische Gain-Muster in beiden φ = 0 Grad und φ = 90 Grad bereit.
- Eine detaillierte Beschreibung wird im Folgenden anhand der Beispiele mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die vorliegende Erfindung kann besser verstanden werden durch Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und Beispiele, die Bezug nehmen auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:
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1 zeigt eine konventionelle Antenne; -
2 zeigt eine Antenneneinheit einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
3 zeigt E und H Antenebenenmuster der Antenneneinheit der ersten Ausführungsform der Erfindung; -
4 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung IV-IV der2 ; -
5 zeigt eine Antenneneinheit einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; -
6 zeigt eine Antenneneinheit eines anderen modifizierten Beispiels der zweiten Ausführungsform der Erfindung; -
7 zeigt eine Antenneneinheit einer dritten Ausführungsform der Erfindung; -
8A ,8B ,8C ,8D ,8E und8F zeigen modifizierte Beispiele der Erfindung; -
9 zeigt eine Antenneneinheit einer vierten Ausführungsform der Erfindung; -
10A zeigt ein 2 × 2-Antennen-Array der Erfindung, wobei die Antenneneinheiten in das Paketdesign integriert sind, welches weiterhin eine Vielzahl von zweiten leitenden Durchkontaktierungen umfasst und ein vertikales koaxiales Kabel, das Signale zwischen unterschiedlichen Paketschichten lenkt; -
10B zeigt ein anderes modifiziertes Beispiel, wobei die Antenneneinheit weiterhin eine Vielzahl von dritten leitenden Durchkontaktierungen umfasst, die neben einer Einspeiseleitung des Einspeiseleiters ausgebildet sind. - Detaillierte Beschreibung der Erfindung
- Die folgende Beschreibung ist die beste Ausführungsform zur Umsetzung der Erfindung. Die Beschreibung wird zum Zwecke der Darstellung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung gemacht und soll nicht in einem beschränkenden Sinne betrachtet werden. Der Schutzumfang der Erfindung wird am besten durch Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche bestimmt.
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2 zeigt eine Antenneneinheit100 einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Antenneneinheit100 umfasst ein ersten Substrat110 , ein zweites Substrat120 , eine erste leitende Schicht130 , eine zweite leitende Schicht140 , null oder mehrere planare, leitende Ringe (planar leitende Ringe151 und152 ), einen Einspeiseleiter160 , ein Patch/Feld170 , eine Vielzahl von leitenden Durchkontaktierungen181 . Das erste Substrat110 umfasst eine erste Oberfläche111 und eine zweite Oberfläche112 , wobei die erste Oberfläche111 gegenüberliegend zu der zweiten Oberfläche112 ist. Das zweite Substrat120 umfasst eine dritte Oberfläche121 und eine vierte Oberfläche122 , wobei die dritte Oberfläche121 gegenüberliegend zu der vierten Oberfläche122 ist. Die leitende Schicht130 ist auf der ersten Oberfläche111 angeordnet. Die zweite leitende Schicht140 ist auf der zweiten Oberfläche112 angeordnet, wobei eine Hauptöffnung141 auf der zweiten leitenden Schicht140 ausgebildet ist, die umgeben wird durch erste leitende Durchkontaktierungen181 , die die erste leitende Schicht130 und die zweite leitende Schicht140 elektrisch verbinden, und die Hauptöffnung141 und die umgebenden Durchkontaktierungen definieren eine Strahlungskavität. Der erste planare, leitende Ring151 ist zwischen der ersten leitenden Schicht130 und der zweiten leitenden Schicht140 angeordnet (eingebettet in das erste Substrat110 ). Die zweiten planaren, leitenden Ringe152 sind oberhalb des ersten planaren, leitenden Rings151 und eingebettet in das zweite Substrat120 . Der erste planare, leitende Ring151 und der zweite planare, leitende Ring152 umgeben die Strahlungskavität. Die erste leitende Durchkontaktierung181 verbindet die erste leitende Schicht130 , die zweite leitende Schicht140 , den ersten planaren leitenden Ring151 und den zweiten planaren leitenden Ring152 . Der Abstand des ersten leitenden Durchkontaktierungen151 , die die Strahlungsqualität umgeben, erfüllen eine erste vorbestimmte Regel. In dieser Ausführungsform sind die erste leitende Schicht130 und die zweite leitende Schicht140 Masseebenen, und somit sind die umgebenden Durchkontaktierungen181 , der erste planare, leitende Ring151 und der zweite planare Ring152 ebenfalls geerdet. Der Einspeiseleiter160 erstreckt sich zwischen der ersten leitenden Schicht130 und der zweiten leitenden Schicht140 in die Strahlungskavität, um ein kabelloses Signal an die Antenneneinheit100 zu speisen. Der Patch170 ist auf der vierten Oberfläche122 oberhalb der Hauptöffnung141 angeordnet und ist von dem Einspeiseleiter160 beabstandet. - In der ersten Ausführungsform bildet die zweite leitende Schicht
140 mit der Hauptöffnung141 , der erste planare, leitende Ring151 , die zweiten, planaren leitenden Ringe152 , die ersten leitenden Durchkontaktierungen181 und die erste leitende Schicht130 eine Kavität. Die Oberflächenwelle, die in dem ersten Substrat110 und im zweiten Substrat120 fließen, wird durch die planar ausgebildete Kavität aufgehalten. Daraus ergibt sich, dass die Antenneneinheit100 der ersten Ausführungsform eine verbessere Isolierung bereitstellt und eine stabile, aktive Impedanz für weitwinklige Scans. Zusätzlich erstreckt sich der Einspeiseleiter160 zwischen die erste leitende Schicht130 und die zweite leitende Schicht140 , um das kabellose Signal zu der Antenneneinheit100 zu speisen (geringere Einspeisestruktur). Die Antenneneinheit100 der ersten Ausführungsform stellt somit einen breiten und verbesserten symmetrischen Isotropengewinn/Gainmuster zu beiden φ = 0 Grad und φ = 90 Grad-Richtungen bereit, wie in3 gezeigt. -
4 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung IV-IV der2 . Die Null oder mehreren zweiten planaren leitenden Ringe152 werden in das zweite Substrat120 eingebettet. Auch wenn die Null- oder mehreren zweiten planaren leitenden Ringe152 voneinander separiert sind, so sind sie doch mit der ersten leitenden Durchkontaktierung181 verbunden. Wie in4 gezeigt, erstrecken sich die ersten leitenden Durchkontaktierungen181 durch das erste Substrat110 und das zweite Substrat120 . Der erste planare, leitende Ring151 ist beabstandet von dem Einspeiseleiter160 . Der erste planare, leitende Ring151 kann oberhalb oder unterhalb des Einspeiseleiters160 oder auf der gleichen Ebene wie der Einspeiseleiter160 sein. Wenn der erste planare, leitende Ring151 auf der gleichen Ebene wie der Einspeiseleiter160 angeordnet ist, umfasst der erste planare, leitende Ring151 eine Ausklinkung, die es erlaubt, dass der Einspeiseleiter160 dadurch passiert. In der Ausführungsform der4 liegt eine Höhe h zwischen der ersten leitenden Ebene139 und der obersten Ebene des zweiten leitenden Rings152 um 0,25 λ. In einer Ausführungsform der ersten vorbestimmten Regel, kann eine Lücke g zwischen der angrenzenden leitenden Durchkontaktierungen geringer als λ/8 geplant sein. Die Höhe h und der Abstand g können ebenfalls modifiziert werden. -
5 zeigt eine Antenneneinheit102' einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei der zweite planare, leitende Ring152 weggelassen wird. Verglichen mit dem konventionellen Stand der Technik, stellt die zweite Ausführungsform der Erfindung ebenfalls eine verbesserte Isolierung bereit. -
6 zeigt eine Antenneneinheit102'' eines anderen modifizierten Beispiels der zweiten Ausführungsform. Wie in6 gezeigt, kann der erste planare, leitende Ring151 weiterhin weggelassen werden. Die Antenneneinheit mit einer niedrigeren Einspeisestruktur (der Einspeiseleiter160 erstreckt sich zwischen der ersten leitenden Schicht130 und der zweiten leitenden Schicht140 ) und kann ebenfalls die symmetrischen Gewinnmuster bei sowohl φ = 0 Grad und φ = 90 Grad-Richtungen verbessern. -
7 zeigt eine Antenneneinheit103 einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei der Einspeiseleiter160 höher oberhalb der zweiten leitenden Schicht140 platziert ist. Mit den planaren, leitenden Ringen der Antenneneinheit103 kann die Antenneneinheit103 weiterhin eine verbesserte Isolierung bereitstellen und eine stabile aktive Impedanz für ein weitwinkel Scanning/Abtasten. - In den Ausführungsformen oben können der erste und der zweite planare, leitende Ring planare Metallringe sein, welche durch Drucken ausgeformt sind. Das erste und zweite Substrat können aus einer Vielzahl von Substrat-Schichten zusammengesetzt sein.
- Wie in
8A gezeigt, kann der Patch weggelassen werden. Die8B –8F zeigen modifizierte Beispiele der Erfindung, wobei der Patch170 unterschiedliche Formen aufweisen kann, die in unterschiedlichen Richtungen, oder in einem Array angeordnet sein können. -
9 zeigt eine Antenneneinheit104 der vierten Ausführungsform der Erfindung, wobei der Einspeiseleiter160' , der erste planare, leitende Ring151' und der zweite planare Leitendering152' kreisförmig sein können. Wie in der vierten Ausführungsform gezeigt, können die Form des Einspeiseleiters und der planaren leitenden Ringe modifiziert werden. -
10A zeigt ein modifiziertes Beispiel der Erfindung bestehend aus einem Antennenbereich. der in eine mehrere Schichten umfassendes Paketsubtrat mit 2 × 2 Antenneneinheiten100 ,102 ,102' ,102'' ,103 oder104 eingebettet ist, welches weiterhin ein vertikales Koaxialkabel161 umfasst, ausgebildet durch eine Vielzahl von zweiten leitenden Durchkontaktierungen182 und einem zentralen Leiter161 , um eine Signalinterverbindung zwischen unterschiedlichen Schichten in dem Paketsubstrat bereitzustellen. Die zweiten leitenden Durchkontaktierungen182 , die eine Verbindung zwischen der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht140 bilden, umgeben zumindest einen Bereich des zentralen Leiters160 des koaxialen Kabels. In einem Antennenbereich wird die Verbindung zwischen einem Einspeiseleiter160 und einem Koaxkabel verkürzt und wird von geerdeten Durchkontaktierungen umgeben, um die Übertragungsverluste zu minimieren und die ungewollten Rückkopplungen zu eleminieren, wobei die ungewollten Rückkopplungen nicht nur von den angrenzenden Antennenelementen jedoch auch von den Paketleistungsebenen und anderen zwischenverbindenden Leitern kommen können. Wie in10B gezeigt, werden in einem anderen modifizierten Beispiel eine Vielzahl von dritten leitenden Durchkontaktierungen183 neben dem Einpeiseleiter160 ausgebildet. Die zweiten und dritten leitenden Durchkontaktierungen182 und183 können einen geringen Einspeiseleiterverlust bereitstellen und ungewollte Rückkopplungen vermeiden, welche vom angrenzenden Antennenelementeinspeiser160 oder Signalbahnen in Paketlayout stammen. Sowohl10A als auch10B der Ausführungsform der Erfindung können einfach in Massenproduktion durch einen Standard PCB oder LTCC Prozess mit geringen Kosten hergestellt werden. - Es ist zu beachten, dass die Verwendung von Originalbegriffen, wie z. B. „ersten”, „zweiten”, „dritten”, usw. in den Ansprüchen zur Modifikationen eines Anspruchselements keinerlei Priorität, Vorrang oder Reihenfolge von einem Anspruchselement gegenüber einem anderen Anspruchselement oder eine temporäre Reihenfolge bedeuten, in welche Teile der Verfahren durchgeführt werden, sondern im Wesentlichen als Markierung verwendet werden, um Anspruchselemente die einen bestimmten Namen haben von anderen Elementen zu unterscheiden, die den gleichen Namen haben (mit der Ausnahme der Verwendung von Originalbegriffen), um die Anspruchselemente zu unterscheiden.
- Während die Erfindung durch Beispiele und mit Begriffen hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Erfindung darauf nicht beschränkt ist um die Ausführungsformen darzustellen. Im Gegenteil, es wird beabsichtigt, eine Vielzahl von Modifikationen und ähnlichen Anordnungen (wie sie einem Fachmann auf diesem Gebiet naheliegen würden) abzudecken. Daraus ergibt sich, dass der Schutzumfang der angefügten Ansprüche der breitestes Interpretation unterliegen soll, um all solche Modifikationen und ähnliche Anordnungen abzudecken.
Claims (18)
- Eine Antenneneinheit, umfassend: Eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, wobei die erste Oberfläche gegenüberliegend zu der zweiten Oberfläche ist; und Eine erste leitende Schicht, angeordnet auf der ersten Oberfläche; Eine zweite leitende Schicht, angeordnet auf der zweiten Oberfläche, wobei eine Hauptöffnung umgeben von einer Vielzahl von ersten leitenden Durchkontaktierungen, die elektrisch die erste und die zweite leitende Oberfläche verbinden, auf der zweiten leitenden Schicht ausgebildet ist, und die Hauptöffnung und die umgebenden Durchkontaktierungen definieren eine Strahlenkavität; Ein erster planarer, leitender Ring, der die Strahlungskavität umgibt, wobei der erste planare, leitende Ring in das erste Substrat eingebettet ist; und Ein Einspeiseleiter, der ein kabelloses Signal in die Antenneneinheit einspeist.
- Die Antenneneinheit nach Anspruch 1, wobei der Einspeiseleiter zwischen der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht angeordnet ist.
- Die Antenneneinheit nach Anspruch 1, wobei Null oder mehrere erste planare Ringe zwischen der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht angeordnet sind.
- Die Antenneneinheit nach Anspruch 1, wobei der erste planare, leitende Ring in das erste Substrat eingebettet ist.
- Die Antenneneinheit nach Anspruch 4, wobei der erste planare, leitende Ring mit der ersten leitenden Durchkontaktierung elektrisch verbunden ist.
- Die Antenneneinheit nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein zweites Substrat und einen Patch, wobei das zweite Substrat eine dritte Oberfläche und eine vierte Oberfläche umfasst, die dritte Oberfläche gegenüberliegend zu der vierten Oberfläche ist, der Patch ist auf der vierten Oberfläche oberhalb der Hauptöffnung angeordnet und ist von dem Einspeiseleiter separiert, und die dritte Oberfläche kontaktiert die zweite leitende Schicht.
- Die Antenneneinheit nach Anspruch 6, weiterhin umfassend null oder mehrere zweite planare, leitende Ringe, die die Strahlungskavität umgeben, wobei der zweite planare, leitende Ring in das zweite Substrat eingebettet ist und oberhalb des ersten planaren leitenden Ringes ist.
- Die Antenneneinheit nach Anspruch 6, weiterhin umfassend null oder mehrere planare, leitende Ringe, die die Strahlenkavität umgeben, wobei der zweite planare, leitende Ring auf dem zweiten Substrat und oberhalb des ersten planaren leitenden Rings angeordnet ist.
- Die Antenneneinheit nach den Ansprüchen 7 oder 8, wobei der zweite planare, leitende Ring und der erste planare, leitende Ring elektrisch mit der ersten und zweiten leitenden Schicht verbunden sind.
- Die Antenneneinheit nach Anspruch 6, wobei der Einspeiseleiter in das zweite Substrat oberhalb der zweiten leitenden Schicht eingebettet ist.
- Die Antenneneinheit nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Vielzahl von zweiten, leitenden Durchkontaktierungen und eine Durchkontaktierung formt ein vertikales koaxiales Kabel, um den Antenneneinspeiseleiter von nichtbeabsichtigten, unerwünschten Koppel- und Routingsignalen in andere Schichten im Paketdesign zu isolieren.
- Die Antenneneinheit nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen jeder der zwei leitenden Durchkontaktierungen mehr als λ/8 ist.
- Die Antenneneinheit nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Vielzahl von dritten leitenden Durchkontaktierung, die ausgebildet sind, um eine Einspeiseleitung des Einspeiseleiters.
- Die Antenneneinheit, umfassend: Ein erstes Substrat, umfassend eine erste eine zweite Oberfläche, wobei die erste Oberfläche gegenüberliegend zu der zweiten Oberfläche ist; Eine erste leitende Schicht, die auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist; Eine zweite leitende Schicht, ausgebildet auf der zweiten Oberfläche, wobei eine Hauptöffnung, die durch eine Vielzahl von ersten leitenden Durchkontaktierung umgeben ist, die elektrisch die erste und zweite leitende Oberfläche verbinden, auf der zweiten leitenden Schicht ausgebildet ist und die Hauptöffnung und die umgebende Durchkontaktierung definieren eine Strahlenkavität; Einen Einspeiseleiter, der ein kabelloses Signal zu der Antenneneinheit speist, wobei der Einspeiseleiter zwischen der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht angeordnet ist.
- Die Antenneneinheit nach Anspruch 14, wobei der Abstand zwischen jeden der zwei ersten, aneinandergrenzenden, leitenden Durchkontaktierungen weniger als λ/8 ist.
- Eine Antenneneinheit umfassend: Ein erstes Substrat, umfassend eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, wobei die erste Oberfläche gegenüberliegend zu der zweiten Oberfläche ist; Ein erste leitende Schicht, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist; und Eine zweite leitende Schicht, die auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist, wobei eine Hauptöffnung, die umgeben ist von einer Vielzahl von ersten, leitenden Durchkontaktierung, die die erste und zweite leitende Oberfläche elektrisch verbinden, auf der zweiten leitenden Schicht ausgebildet ist, und die Hauptöffnung und die umgebenden Durchkontaktierungen definieren eine Strahlenkavität; Ein zweites Substrat, wobei das zweite Substrat eine dritte Oberfläche und eine vierte Oberfläche umfasst, die dritte Oberfläche ist gegenüber der vierten Oberfläche angeordnet, und die dritte Oberfläche kontaktiert die zweite leitende Schicht; Null oder mehr planare, leitende Ringe sind in dem zweiten Substrat eingebettet und umgeben die Strahlungskavität; und Ein Einspeiseleiter, der ein Kabelsignal in die Antenneneinheit einspeist.
- Die Antenneneinheit nach Anspruch 16, weiterhin umfassend einen Patch, wobei der Patch auf der vierten Oberfläche über der Hauptöffnung angeordnet ist und separiert ist vom Einspeiseleiter.
- Die Antenneneinheit nach Anspruch 16, wobei der Abstand zwischen jedem der beiden ersten angrenzenden, leitenden Durchkontaktierungen geringer als λ/8 ist.
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