Die Erfindung betrifft eine Patchantenne nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Frequenzabstimmung einer derartigen Patchantenne nach dem Oberbegriff des Anspruches 17.The invention relates to a patch antenna according to the preamble of claim 1 and to a method for frequency tuning of such a patch antenna according to the preamble of claim 17.
Patchantennen bzw. sogenannte Microstrip-Antennen sind hinlänglich bekannt. Sie umfassen üblicherweise eine elektrisch leitfähige Grundfläche, ein darüber angeordnetes dielektrisches Trägermaterial und eine auf der Oberseite des dielektrischen Trägermaterials vorgesehene elektrisch-leitfähige Strahlungsfläche. Die obere Strahlungsfläche wird in der Regel durch eine quer zu den vorstehend genannten Ebenen und Schichten verlaufende Speiseleitung angeregt. Als Anschlusskabel dient vor allem ein Koaxialkabel, dessen Außenleiter an einem Anschluss mit dem Masseleiter elektrisch verbunden ist, wohingegen der Innenleiter des Koaxialkabels mit der oben liegenden Strahlungsfläche elektrisch verbunden ist. Andere Formen der Speisung wie beispielsweise Aperturkopplung sind ebenfalls bekannt und anwendbar.Patch antennas or so-called microstrip antennas are well known. They usually comprise an electrically conductive base area, a dielectric carrier material arranged above them and an electrically conductive radiation area provided on the upper side of the dielectric carrier material. The upper radiation surface is usually excited by a transverse to the above-mentioned planes and layers feed line. The main cable used is a coaxial cable whose outer conductor is electrically connected at one terminal to the ground conductor, whereas the inner conductor of the coaxial cable is electrically connected to the overhead radiating surface. Other forms of feeding, such as aperture coupling, are also known and applicable.
Heute ist es häufig wünschenswert Patchantennen mit einem Substrat zu fertigen, welches beispielsweise aus Keramik besteht. Bei der Fertigung von hochpermittiven Keramikmaterialien mit εr besteht allerdings das Problem, dass bei der Zusammensetzung des Keramikmaterials und beim Brennen des Substrates die Permittivitätszahl der Keramik aus unterschiedlichen Gründen, beispielsweise aus Gründen der Materialzusammenstellung, des Verpressdruckes, der Sintertemperatur, etc. schwanken kann. Insbesondere bei hochpermittiven Keramik-Patchantennen mit einem Substrat aus Keramik mit einem εr > 20 können Schwankungen von ±1, also Schwankungen um bis zu 5% durchaus auftreten. Dies führt letztlich zu einer Abweichung der Resonanzfrequenz. Von daher wird im Rahmen einer Serienproduktion einer derartigen Patchantenne in der Regel eine manuelle Nachbearbeitung zur Frequenzabstimmung der Antenne notwendig.Today, it is often desirable to manufacture patch antennas with a substrate, which is made of ceramic, for example. In the production of high-permeability ceramic materials with ε r , however, there is the problem that in the composition of the ceramic material and the firing of the substrate, the permittivity of the ceramic for different reasons, for example, for reasons of material composition, the injection pressure, the sintering temperature, etc. may vary. In particular, in the case of high-permeability ceramic patch antennas with a ceramic substrate with an ε r > 20, fluctuations of ± 1, ie fluctuations of up to 5%, can occur. This ultimately leads to a deviation of the resonance frequency. Therefore, as part of a series production of such a patch antenna usually manual post-processing for frequency tuning of the antenna is necessary.
Von daher ist bereits vorgeschlagen worden, Patchantennen, die insbesondere über einen Speisepunkt gespeist werden, dadurch nachzubearbeiten, dass beispielsweise an zwei gegenüberliegenden Ecken der aktiven Strahlerfläche die Ecken abgeschrägt werden, beispielsweise durch manuelles Fräsen. Bei einem Patch mit einem oder mehreren Speisepunkten ist darüber hinaus auch schon vorgeschlagen worden von den Seitenkanten des Patches ausgehend nach innen in das Material der Strahlerfläche hinein verlaufend Schlitze einzufräsen.For this reason, it has already been proposed to rework patch antennas, which are supplied in particular via a feed point, in that, for example, the corners are bevelled at two opposite corners of the active radiator surface, for example by manual milling. In addition, in the case of a patch having one or more feed points, it has already been proposed to mill slots running inward from the side edges of the patch into the material of the radiator surface.
Die dadurch vorgenommene Frequenzabstimmung erfolgt von Hand am Netzwerkanalysator. Hierbei sind jedoch das Achsverhältnis, der Öffnungswinkel und andere Erkennungsgrößen nicht messbar. Die Abstrahleigenschaften der Antenne variieren daher über verschiedene Muster.The resulting frequency tuning is done by hand on the network analyzer. In this case, however, the axis ratio, the opening angle and other recognition variables are not measurable. The radiation properties of the antenna therefore vary over different patterns.
Von daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Patchantenne mit einer bereits vorbereiteten Nachbereitungsmöglichkeit zur Frequenzabstimmung zu schaffen, sowie ein verbessertes Verfahren für eine derartige Frequenzabstimmung.It is therefore an object of the present invention to provide an improved patch antenna with an already prepared Nachbereitungsmöglichkeit for frequency tuning, and an improved method for such frequency tuning.
Die Aufgabe wird bezüglich der Patchantenne entsprechend den im Anspruch 1 und bezüglich des Frequenzabstimm-Verfahrens entsprechend den im Anspruch 17 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved with respect to the patch antenna according to the in claim 1 and with respect to the Frequenzabstimm method according to the features indicated in claim 17. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Im Rahmen der Erfindung wird eine durchaus überraschende Lösung geschaffen, die es erlaubt, mit einfachen Mitteln eine entsprechende Nachbearbeitung zur Frequenzabstimmung einer erfindungsgemäßen Patchantenne durchzuführen.In the context of the invention, a quite surprising solution is created, which makes it possible to carry out a corresponding post-processing for frequency tuning of a patch antenna according to the invention with simple means.
Dabei geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, dass an der Patchantenne von deren Rand ausgehend nach innen im Material des Flächenstrahlers verlaufend Schlitze vorbereitet sind, die jedoch über quer verlaufende, elektrisch leitfähige Stege quasi ”geschlossen” sind. Dabei ist im Rahmen der Erfindung von der betreffenden Seitenkante der Patchantenne aus nach innen verlaufend zumindest eine Ausnehmung vorgesehen, die über zumindest einen quer dazu verlaufenden Steg an der Seitenkante oder am Rand der Patch-Antenne abgeschlossen ist. Die relativ klein dimensionierten Ausnehmungen haben somit quasi keinen Einfluss auf die Strahlungscharakteristik einer derartigen Patchantenne. Mit anderen Worten ist eine derartige Patchantenne vergleichbar einer Patchantenne ohne derartige Ausnehmungen.The invention is based on the basic idea that, starting at the edge of the patch antenna, slits are made running inwardly in the material of the area radiator, but these are virtually "closed" via transversely extending, electrically conductive webs. In this case, at least one recess is provided in the context of the invention of the relevant side edge of the patch antenna from inwardly extending, which is completed via at least one transverse web extending to the side edge or at the edge of the patch antenna. The relatively small-sized recesses thus have virtually no influence on the radiation characteristic of such a patch antenna. In other words, such a patch antenna is comparable to a patch antenna without such recesses.
Um nunmehr eine Nachbearbeitung zur Frequenzabstimmung durchzuführen, können die betreffenden Stege je nach Bedarf von außen nach innen entfernt werden. Sind mehrere geschlossene Ausnehmungen hintereinander liegend vorgesehen, die über mehrere leitfähige Stege voneinander getrennt sind, so können auch mehrere Stege von außen nach innen stufenweise entfernt werden. Je mehr Stege aus den Schlitzen entfernt werden, desto tiefer wird die Resonanzfrequenz der Antenne.In order to carry out a post-processing for frequency tuning, the respective webs can be removed from outside to inside as needed. If a plurality of closed recesses are provided lying one behind the other, which are separated from one another via a plurality of conductive webs, then a plurality of webs can be removed stepwise from outside to inside. The more webs are removed from the slots, the deeper the resonant frequency of the antenna becomes.
Dadurch, dass nur noch die einzelnen Stege getrennt werden müssen, kann eine Nachbearbeitung von Hand und/oder maschinell problemlos durchgeführt werden. Denn die Dimensionierung der so gebildeten Stege, insbesondere ihre Größe in Längsrichtung, ist quasi in Abschnitten der voreingebrachten Ausnehmungen fest vorgegeben und definiert.The fact that only the individual webs must be separated, a post-processing by hand and / or machine can be easily performed. For the dimensioning of the webs thus formed, in particular their size in the longitudinal direction, is quasi in sections of pre-defined recesses fixed and defined.
Damit ergibt sich durch die erfindungsgemäße Antenne eine einfache Möglichkeit der Abstimmbarkeit der Frequenz.This results from the inventive antenna a simple way of tuning the frequency.
Die erfindungsgemäße Abstimmmöglichkeit und das erfindungsgemäße Abstimmverfahren eignen sich dabei für Patchantennen mit einem, zwei oder mehreren Speisepunkten.The tuning option according to the invention and the tuning method according to the invention are suitable for patch antennas with one, two or more feed points.
Für eine zirkular polarisierte Antenne ermöglicht die erfindungsgemäße Antenne auch die Abstimmbarkeit des Achsverhältnisses (AR) durch eine nahezu unabhängige Abstimmung der beiden linearen Polarisationen.For a circularly polarized antenna, the antenna according to the invention also makes it possible to tune the axis ratio (AR) by means of a virtually independent tuning of the two linear polarizations.
Im Rahmen der Erfindung können die Abstände der Stege in Längsrichtung der Schlitzformation äquidistant sein. Dadurch ist die Länge der einzelnen Ausnehmungen senkrecht zur jeweiligen Begrenzungskante, d. h. zum Randabschnitt des Flächenstrahlelementes verlaufend gleich lang. Möglich ist aber auch, dass diese Abstände unterschiedlich gestaltet sind. Bevorzugt können die Abstände der einzelnen Stege von innen nach außen zur Längs- oder Querbegrenzungskante des Flächenstrahlers mit quadratischem Abstand zunehmen. Dabei sind die Abstimmstege in ihren Abmessungen, wie die einzelnen Ausnehmungen zwischen den Abstimmstegen, verhältnismäßig klein gegenüber der Wellenlänge, mit der die betreffende Patchantenne betrieben werden soll. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn die betreffende Patchantenne beispielsweise als RFID-Antenne eingesetzt werden soll.In the context of the invention, the spacings of the webs in the longitudinal direction of the slot formation can be equidistant. As a result, the length of the individual recesses is perpendicular to the respective boundary edge, d. H. to the edge portion of the surface radiating element running the same length. But it is also possible that these distances are designed differently. Preferably, the distances between the individual webs can increase from the inside outward to the longitudinal or transverse boundary edge of the area radiator with a square spacing. The Abstimmstege are in their dimensions, as the individual recesses between the Abstimmstegen, relatively small compared to the wavelength at which the patch antenna in question is to be operated. This applies in particular even if the relevant patch antenna is to be used, for example, as an RFID antenna.
Die Erfindung kann bevorzugt bei einer in Draufsicht quadratischen Patch-Antenne realisiert werden. Grundsätzlich kann die Patch-Antenne aber auch beliebige andere Umrissformen aufweisen, beispielsweise mit einer n-polygonalen Struktur gebildet sein. Ebenso ist aber auch eine Patch-Antenne mit nicht-geraden Begrenzungsrändern möglich, insbesondere in Form eines kreisförmigen Patches. Einschränkungen bestehen insoweit grundsätzlich nicht.The invention can preferably be realized with a square patch antenna in plan view. In principle, however, the patch antenna can also have any other outline shapes, for example formed with an n-polygonal structure. Likewise, however, a patch antenna with non-straight boundary edges is also possible, in particular in the form of a circular patch. In principle, there are no restrictions.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik.The solution according to the invention offers a number of advantages over the prior art.
Vor allem zeichnet sich die erfindungsgemäße Patchantenne dadurch aus, dass aufgrund der Geometrie mit dem einen oder den jeweils mehreren Stegen für jede der Schlitzanordnungen problemlos ein manuelles oder maschinelles definiertes stufenweises Abstimmen möglich wird.Above all, the patch antenna according to the invention is characterized in that due to the geometry with one or the plurality of webs for each of the slot arrangements, a manual or machine-defined step-by-step tuning is possible without problems.
Durch die vereinfachte Bearbeitung lässt sich ein optimiertes Antennenverhalten und eine Kostenreduktion beim Abstimmvorgang erzielen.Due to the simplified processing, an optimized antenna behavior and a cost reduction in the tuning process can be achieved.
Das erfindungsgemäße Abstimmverfahren ist zudem relativ unempfindlich gegenüber der Genauigkeit des Fräsens.The tuning method according to the invention is also relatively insensitive to the accuracy of the milling.
Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung, d. h. die erfindungsgemäße Patchantenne auch dadurch aus, dass die Symmetrie der Antennenstruktur auch bei Durchführen des erläuterten Abstimmverfahrens erhalten bleibt.Furthermore, the solution according to the invention, d. H. the patch antenna according to the invention also by the fact that the symmetry of the antenna structure is maintained even when performing the explained tuning method.
Zudem ist im Rahmen der Erfindung auch eine unabhängige Abstimmung der einzelnen Ports (Speisestellen) auf unterschiedliche Resonanzfrequenzen (Einzelabstimmung) möglich.In addition, an independent tuning of the individual ports (supply points) to different resonance frequencies (individual tuning) is possible within the scope of the invention.
Grundsätzlich ist zwar bekannt, eine Patchantenne mit mittig von den Seitenkanten nach innen verlaufenden Schlitzen zu versehen. Dies ist beispielsweise aus der Vorveröffentlichung ” Electronics Letters, Vol. 33, No. 22, 23rd October 1997 ” als bekannt zu entnehmen. Hintergrund einer derartigen Patchantenne ist, eine zirkular polarisierte Patch-Antenne mit quadratischem Patch zu verkleinern. Die Schlitze an den umlaufenden Längs- oder Querkanten verlängern den Strompfad, wodurch die Resonanzfrequenz des Patches verringert wird. Sollte hier manuell eine weitere Abstimmung vorgenommen werden müssen, so müssten die Schlitze manuell in ihrer Länge weiter vergrößert werden mit all den Problemen, die sich nachteilig auf die elektrischen Strahlungseigenschaften der Antenne aufgrund von Bearbeitungs- und Toleranzfehlern auswirken.In principle, it is known to provide a patch antenna with slots running centrally from the side edges. This is for example from the pre-publication " Electronics Letters, Vol. 22, 23rd October 1997 "As known. Background of such a patch antenna is to downsize a circularly polarized square patch patch antenna. The slots on the circumferential longitudinal or transverse edges increase the current path, which reduces the resonance frequency of the patch. Should a further tuning be required manually, the slots would have to be manually increased in length further with all the problems that adversely affect the antenna's electrical radiation properties due to machining and tolerance errors.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:The invention will be explained in more detail with reference to drawings. In detail:
1: einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Patchantenne; 1 a schematic cross section through a patch antenna according to the invention;
2: eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Patchantenne in schematischer Darstellung; 2 a top view of a first embodiment of a patch antenna according to the invention in a schematic representation;
2a: eine Draufsicht auf ein gegenüber zu 2 abgewandeltes Ausführungsbeispiel; 2a : a top view on a opposite to 2 modified embodiment;
2b: eine Draufsicht auf ein nochmals abgewandeltes Ausführungsbeispiel; 2 B a plan view of a further modified embodiment;
3: ein weiteres Ausführungsbeispiel in schematischer Draufsicht in Abweichung zu 2, bei welchem auf allen Seiten der Strahlerfläche jeweils zumindest zwei Schlitzanordnungen vorgesehen sind, die in Längsrichtung der jeweiligen Seitenbegrenzung versetzt zueinander liegen; 3 a further embodiment in a schematic plan view in deviation to 2 in which in each case at least two slot arrangements are provided on all sides of the radiator surface, which are offset in the longitudinal direction of the respective side boundary to one another;
4: ein weiteres Ausführungsbeispiel in schematischer Draufsicht mit einer Vielzahl von äquidistant angeordneten Abstimmstegen; 4 a further embodiment in a schematic plan view with a plurality of equidistantly arranged Abstimmstegen;
5: ein zu 4 abweichendes Ausführungsbeispiel mit einer Vielzahl von nicht-äquidistanten Abstimmstegen, deren Abstand nach außen zur Begrenzungskante des Flächenstrahlers mit quadratischem Abstand zunehmen; 5 : one too 4 variant embodiment with a plurality of non-equidistant Abstimmstegen whose distance increases outwardly to the boundary edge of the surface radiator with square spacing;
6: ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit nicht-äquidistanten Abstimmstegen und äußerem geschlossenen Steg; 6 a further modified embodiment with non-equidistant Abstimmstegen and outer closed web;
7: ein zu 6 abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit nicht-äquidistant angeordneten Abstimmstegen, wobei jedoch die äußeren Stege offen sind; und 7 : one too 6 modified embodiment with non-equidistantly arranged Abstimmstegen, but with the outer webs are open; and
8: ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines in Draufsicht kreisförmigen Patches. 8th FIG. 4 shows a modified embodiment using a patch that is circular in plan view. FIG.
In 1 ist in schematischer Querschnittsdarstellung eine Patchantenne 1 gezeigt, und zwar mit einer unten liegenden Massefläche 3, einem sich darauf aufbauenden Substrat/Dielektrikum 5, beispielsweise aus Keramik, und einer auf der Oberseite 5a des Substrates 5 angeordneten Strahlerfläche 7. Mit anderen Worten befindet sich die Massefläche 3 auf der Unterseite 5b des Substrates 5.In 1 is a schematic cross-sectional view of a patch antenna 1 shown, with a ground surface below 3 , a substrate / dielectric based thereon 5 , for example, ceramic, and one on the top 5a of the substrate 5 arranged radiator surface 7 , In other words, the ground plane is located 3 on the bottom 5b of the substrate 5 ,
Die Antenne kann über eine, zwei oder mehrere Speiseleitungen 9 gespeist werden, die üblicherweise über eine unten liegende Bohrung 3a in der Massefläche 3, eine damit fluchtende Bohrung 5c in dem Substrat/Dielektrikum 5 bis zu der oben liegenden Strahlerfläche 7 führt, an der sie an einer Speisestelle 11 elektrisch-galvanisch angebunden ist. Unter Verwendung einer Speiseleitung kann dabei ein linear oder zirkular polarisierter Patchstrahler und unter Verwendung zumindest zweier Speiseleitungen, die an zwei versetzt zueinander liegenden Speisestellen (um 90° versetzt zueinander liegende Speisestellen) enden, ein dualpolarisierter oder zirkularpolarisierter Patchstrahler in bekannter Weise gebildet werden. Bei mehreren Speiseleitungen sind mehrere Bohrungen entsprechend der in 1 gezeigten Variante vorgesehen, durch die jeweils eine Speiseleitung 9 hindurchfährt.The antenna can have one, two or more feeders 9 are fed, usually via a hole below 3a in the ground plane 3 , a bore aligned therewith 5c in the substrate / dielectric 5 up to the overhead radiator surface 7 leads you to a food station 11 electrically-galvanically connected. Using a feed line, a linearly or circularly polarized patch radiator and using at least two feed lines that terminate at two mutually offset feed points (mutually offset by 90 ° feed points), a dual polarized or circularly polarized patch radiator can be formed in a known manner. If there are several supply lines, several holes are required according to the in 1 shown variant provided by each a feed line 9 shall pass through.
Abweichend von der vorstehend erläuterten Speiseart 109 des Patches sind aber auch beliebige andere Speisearten 109 möglich und realisierbar und stehen nicht im Widerspruch zur vorliegenden Erfindung. So kann abweichend von den dargestellten Ausführungsbeispielen die Speisung der Strahlerfläche des Patchstrahlers beispielsweise nicht nur mittels eines Koaxialkabels (häufig auch ”Probe Feed” genannt) erfolgen, sondern auch durch folgende Maßnamen:
- • Die Speisung erfolgt z. B. in Streifenleitungstechnik (z. B. Mikrostreifenleitung, Koplanarleitung oder andere Formen), die teilweise auch unter den Begriffen ”Microstrip Line Feed” oder ”Edge Feed” und im Falle einer angepassten Speiseleitung auch unter dem Begriff ”Inset Feed” bekannt sind oder die im Fall einer fehlenden galvanischen Verbindung auch ”Coupled Inset Feed” genannt werden.
- • Die Speisung erfolgt in Form einer ”Proximity-Kopplung”, bei der sich die Speiseleitung in einer anderen Substratebene als das Strahlerelement befindet.
- • Möglich ist auch eine sogenannte ”Apertur-Kopplung”, bei der die Substratebene der Speiseleitung durch eine metallische Fläche mit Apertur vom Strahlerelement getrennt ist.
- • Schließlich kann eine Speiseanordnung auch in Form einer sogenannten ”Stacked Coupling Feed” realisiert sein, bei welcher das Strahlerelement durch Einkopplung von einem Speiseelement angeregt wird.
Notwithstanding the above-explained type of food 109 the patch are also any other types of food 109 possible and feasible and do not conflict with the present invention. Thus, notwithstanding the illustrated embodiments, the feeding of the emitter surface of the patch radiator, for example, not only by means of a coaxial cable (often called "sample feed"), but also by the following measures: - • The power is supplied z. B. in stripline technology (eg., Microstrip line, coplanar line or other forms), which are sometimes known under the terms "Microstrip Line Feed" or "Edge Feed" and in the case of an adapted feed line under the term "inset feed" or which are also called "Coupled Inset Feed" in the case of a missing galvanic connection.
- • The feed takes the form of a "proximity coupling", in which the feed line is located in a different substrate plane than the radiator element.
- • Also possible is a so-called "aperture coupling", in which the substrate plane of the feed line is separated from the emitter element by a metallic surface with an aperture.
- Finally, a feed arrangement can also be realized in the form of a so-called "Stacked Coupling Feed", in which the emitter element is excited by being coupled in by a feed element.
Die vorstehend genannten weiteren Beispiele dienen nur zur Verdeutlichung, dass die unterschiedlichsten Speisestrukturen im Rahmen der Erfindung möglich und zulässig sind. Von daher wird nachfolgend teilweise auch nur von einer oder mehreren Speiseeinrichtungen 109 für das Patch oder die Strahlerfläche 7 gesprochen.The above-mentioned further examples serve only to clarify that the most varied feed structures are possible and permissible within the scope of the invention. Therefore, in the following, in part, only one or more feeders will be used 109 for the patch or the radiator surface 7 spoken.
Bei der Draufsicht gemäß 2 ist der umlaufende Randbereich 5'a auf der Oberseite 5a des Substrats/Dielektrikums 5 sichtbar. D. h. der umlaufende Randbereich 5'a steht über die Strahlerfläche 7 seitlich über. In der Mitte des im gezeigten Ausführungsbeispiel quadratisch geformten Substrats 5 ist die vom Grundprinzip her quadratisch (oder auch rechteckförmig) gebildete Strahlerfläche 7 vorgesehen, und zwar mit jeweils parallel zueinander verlaufenden, gegenüberliegend angeordneten Längsseiten 13a und Querseiten 13b. Allgemein gesprochen weist die Strahlerfläche 7 einen umlaufenden Rand 13 auf, der im gezeigten Ausführungsbeispiel direkt zwei gegenüberliegende parallele Längsseiten 13a und zwei um 90° dazu versetzt liegende Querseiten 13b umfasst. Abweichend von dem in Draufsicht grundsätzlich quadratisch geformten Patch, d. h. von der vom Prinzip her quadratisch geformten Strahlerfläche 7 kann diese auch beispielsweise rechteckförmig oder n-polygonal geformt sein, vorzugsweise nach Art eines regelmäßigen n-Polygonals mit gleichen Seitenlängen. Wie später gezeigt wird, können aber auch andere Strahlerflächen mit kurvigen Rändern 13 verwendet werden, insbesondere in Form einer kreisförmigen Strahlerfläche 7.In the plan view according to 2 is the peripheral edge area 5 'a on the top 5a of the substrate / dielectric 5 visible, noticeable. Ie. the peripheral edge area 5 'a stands over the radiator surface 7 laterally over. In the middle of the square-shaped in the embodiment shown substrate 5 is the basic principle of square (or rectangular) formed emitter surface 7 provided, with each parallel to each other, oppositely arranged longitudinal sides 13a and transverse sides 13b , Generally speaking, the radiator surface 7 a circumferential edge 13 on, in the embodiment shown directly two opposite parallel longitudinal sides 13a and two transverse sides offset by 90 ° 13b includes. Notwithstanding the basically square-shaped patch in plan view, ie of the principle quadratically shaped radiator surface 7 This may also be rectangular or n-polygonal shaped, for example, preferably in the manner of a regular n-polygonal with the same side lengths. As will be shown later, however, other radiator surfaces with curved edges can also be used 13 be used, in particular in the form of a circular radiator surface 7 ,
Auf jeder der Längs- und Querseiten 13a und 13b ist eine von einem zugehörigen Randabschnitt 13c ausgehende und nach innen in die Strahlerfläche 7 hinein verlaufende Schlitzanordnung 15 vorgesehen, die im gezeigten Ausführungsbeispiel zu einer senkrecht zur Strahlerfläche 7 verlaufenden Zentralachse Z ausgerichtet verläuft. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die Zentralachse auf dem Schnittpunkt der Diagonalen durch die Ecken der im Ausführungsbeispiel quadratisch gebildeten Strahlerfläche 7. On each of the longitudinal and lateral sides 13a and 13b is one of an associated edge portion 13c outgoing and inward into the radiator surface 7 extending slot arrangement 15 provided in the embodiment shown to a perpendicular to the radiator surface 7 extending central axis Z aligned. In the embodiment shown, the central axis is located at the intersection of the diagonal through the corners of the square emitter surface formed in the embodiment 7 ,
Die jeweilige Schlitzanordnung 15 ist allerdings nicht als durchgängiger Schlitz eingearbeitet, sondern umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 2 zumindest jeweils eine Schlitzausnehmung 115, das heißt im vorliegenden Fall eine Schlitzausnehmung 115a, die zur Randseite 13, also zur jeweiligen Längs- oder Querseite 13a bzw. 13b hin, über einen Quersteg 17 abgeschlossen ist. In Verlängerung der geschlossenen Schlitzausnehmung 115a schließt sich an dem Quersteg 17 zum Rand 13 hin dann noch eine offene Schlitzausnehmung 115' an. Der erwähnte Quer- oder Abstimmsteg 17 verläuft dabei im gezeigten Ausführungsbeispiel parallel zu der jeweils zugehörigen Längs- oder Querkante 13a, 13b, von der die jeweilige Schlitzanordnung 15 ausgeht.The respective slot arrangement 15 However, is not incorporated as a continuous slot, but includes in the illustrated embodiment according to 2 at least one slot recess each 115 That is, in the present case, a slot recess 115a going to the edge side 13 , ie to the respective longitudinal or transverse side 13a respectively. 13b down, over a crossbar 17 is completed. In extension of the closed slot recess 115a closes at the crossbar 17 to the edge 13 then still an open slot recess 115 ' at. The aforementioned cross or Abstimmsteg 17 runs in the embodiment shown in parallel to the respectively associated longitudinal or transverse edge 13a . 13b of which the respective slot arrangement 15 emanates.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel verlaufen also die Schlitzanordnungen 15 senkrecht zu dem jeweiligen Randabschnitt 13 bzw. 13c, von dem die zugehörige Schlitzanordnung 15 ausgeht, wobei die Erstreckungsrichtungen 15' dieser Schlitzanordnung im gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Zentralachse Z verlaufen, die senkrecht zur Strahlerfläche 7 ausgerichtet ist.In the embodiment shown so run the slot arrangements 15 perpendicular to the respective edge portion 13 respectively. 13c of which the associated slot arrangement 15 assuming the extension directions 15 ' this slot arrangement in the embodiment shown by the central axis Z extend perpendicular to the radiator surface 7 is aligned.
Mit anderen Worten verbindet der elektrisch-leitfähige Quer- oder Abstimmsteg 17 die beiden elektrisch leitfähigen angrenzenden Abschnitte der Strahlerfläche 7. Diese Querstege 17 sind also Teil der Metallisierungsfläche 117, also insgesamt Teil der Strahlerfläche 7. Die erwähnten Schlitzausnehmungen 115 sind dabei von Hause aus durch geeignete Verfahren hergestellt, beispielsweise Ätzen, maschinelles Ausfräsen etc. Mit anderen Worten sind die erwähnten Quer- oder Abstimmstege 17 keine separaten, nachträglich auf der Strahlerfläche 7 aufgebrachten elektrisch-leitfähigen Teile, sondern sind Bestandteil einer einheitlich gebildeten Strahlerfläche 7, in der Regel in Form einer Metallisierungsschicht oder Fläche 117.In other words, the electrically conductive transverse or tuning bar connects 17 the two electrically conductive adjacent sections of the radiator surface 7 , These crossbars 17 So they are part of the metallization surface 117 , so in total part of the radiator surface 7 , The mentioned slot recesses 115 are made from home by suitable methods, such as etching, machine milling etc. In other words, the mentioned transverse or Abstimmstege 17 no separate, later on the radiator surface 7 applied electrically conductive parts, but are part of a uniformly formed radiator surface 7 , usually in the form of a metallization layer or surface 117 ,
Die Schlitzanordnung 15 kann grundsätzlich von der zugehörigen Längs- oder Querseite 13a, 13b aus schräg verlaufen, also in einem Winkel, der von einem 90° Winkel zur Erstreckungsrichtung der Längs- oder Querseite 13a, 13b abweicht, also von einem rechten Winkel zum zugehörigen Randabschnitt 13c abweicht, in dessen Bereich die Schlitzanordnung 15 beginnt. Im Falle eines Patchstrahlers beispielsweise in Kreisform kann die Schlitzanordnung 15 in einem Winkel verlaufen, der kleiner oder größer ist als 90° bezogen auf eine Tangente, die den kreisförmigen Rand 13 oder den Randabschnitt 13c, von dem aus die Schlitzanordnung 15 verläuft, berührt. In diesem Falle würden also die Verlängerungen der Schlitzanordnungen (also die Achse, in der die Schlitzanordnung 15 ausgebildet ist) die Zentralachse Z nicht schneiden, sondern an dieser schiefwinkelig vorbei laufen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die jeweilige Schlitzanordnung 15 jedoch rechtwinkelig zur jeweils zugehörigen Längs- und Querseite 13a, 13b und damit zu dem zugehörigen Rand 13 bzw. zugehörigen Randabschnitt 13c ausgerichtet, von dem aus die jeweilige Schlitzanordnung 15 verläuft. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist dabei die jeweilige Schlitzanordnung 15 jeweils zwei seitliche Schlitzbegrenzungen 19 auf, die ebenfalls parallel in einem Abstand zueinander verlaufen. Die in dieser Schlitzanordnung vorgesehenen leitfähigen Querstege 17 sowie die zugehörigen Stegkanten 17a sind ebenfalls vorzugsweise parallel zueinander, sowie vorzugsweise parallel zu der jeweils zugehörigen Längs- und Querkante 13a, 13b und damit jeweils zu dem zugehörigen Randabschnitt 13c ausgerichtet, von der die betreffende Schlitzanordnung 15 ausgeht.The slot arrangement 15 can in principle of the associated longitudinal or transverse side 13a . 13b run obliquely, ie at an angle of 90 ° to the direction of extension of the longitudinal or transverse side 13a . 13b deviates, ie from a right angle to the associated edge portion 13c deviates, in whose area the slot arrangement 15 starts. In the case of a patch radiator, for example in circular form, the slot arrangement 15 run at an angle that is less than or greater than 90 ° with respect to a tangent that is the circular edge 13 or the edge section 13c from which the slot arrangement 15 passes, touched. In this case, therefore, the extensions of the slot arrangements (ie the axis in which the slot arrangement 15 is formed) do not intersect the central axis Z, but run at this obliquely over. In the embodiment shown, the respective slot arrangement 15 however, perpendicular to the respective longitudinal and transverse sides 13a . 13b and thus to the associated edge 13 or associated edge section 13c aligned, from which the respective slot arrangement 15 runs. In the embodiment shown here, the respective slot arrangement 15 two lateral slot boundaries each 19 on, which also run parallel to each other at a distance to each other. The provided in this slot assembly conductive transverse webs 17 and the associated web edges 17a are also preferably parallel to each other, and preferably parallel to the respectively associated longitudinal and transverse edge 13a . 13b and thus each to the associated edge portion 13c aligned, of which the slot arrangement in question 15 emanates.
Bereits an dieser Stelle wird unter Bezungnahme auf das später noch erläuterte Ausführungsbeispiel gemäß 8 angemerkt, dass anstelle der vorstehend genannten Längs- und Querkanten 13a und 13b allgemein von dem Rand 13 oder dem zugehörigen Randabschnitt 13c gesprochen wird, von dem die jeweilige Schlitzanordnung 15 in die Strahlerfläche 7 hinein verlaufend ausgebildet ist. Insoweit wird also teilweise anstelle von Längs- und Querseiten 13a und 13b auch vom Rand 13 oder Randabschnitt 13c gesprochen, da insbesondere unter Bezugnahme auf das später noch erörterte Ausführungsbeispiel gemäß 8 gezeigt ist, dass auch Strahlerflächen zum Einsatz kommen können, die nicht eine n-polygonale Formgebung, insbesondere also nicht quadratisch sind, sondern beispielsweise auch kurvig und insbesondere kreisförmig gestaltet sind.Already at this point is under reference to the later explained embodiment according to 8th noted that instead of the aforementioned longitudinal and transverse edges 13a and 13b generally from the edge 13 or the associated edge section 13c is spoken, of which the respective slot arrangement 15 into the radiator surface 7 is formed extending into it. In that regard, so in part instead of longitudinal and transverse sides 13a and 13b also from the edge 13 or edge section 13c spoken, in particular with reference to the later discussed embodiment according to 8th It is shown that emitter surfaces can also be used which are not an n-polygonal shape, in particular therefore not square, but are, for example, also curved and, in particular, circular.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist also für jede Schlitzanordnung 15 eine durch einen Quer- oder Abstimmsteg 17 geschlossene Schlitzausnehmung 115 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel wird die erste oder dem Rand 13 am nächsten liegende und durch einen Quersteg 17 geschlossene Schlitzausnehmung durch die Schlitzausnehmung 115a gebildet. Wie aus 2 auch zu ersehen ist, verläuft der Quersteg 17 mit seiner der Zentralachse Z entfernt liegenden Randseite 17a nicht in Verlängerung des benachbarten Randabschnittes 13c, also der Längs- oder Querseite 13a bzw. 13b, sondern ist in Schlitzrichtung 15' von dem zugehörigen Rand 13 oder Randabschnitt 13c, also der zugehörigen Längs- oder Querseite 13a, 13b nach innen versetzt liegend angeordnet, so dass sich an die jeweilige geschlossene Schlitzausnehmung 115a zum zugehörigen Rand 13 hin eine offene Schlitzausnehmung 115' anschließt. In diesem Ausführungsbeispiel ist also die zu äußerst liegende Schlitzausnehmung 115' offen, ist also durch keinen in Höhe der jeweiligen Längs- und Querkanten 13a, 13b verlaufenden Quersteg 17 abgeschlossen. Wie allerdings nachfolgend auch beispielsweise anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf 4 oder 5 gezeigt ist, kann auf die offene Schlitzausnehmung 115' gemäß 2 im Bereich des Randes 13 verzichtet werden, so dass dann die geschlossene Schlitzausnehmung 115a sich als erste Schlitzausnehmung an den zugehörigen Rand oder Randabschnitt 13c anschließt, bei welchem die außen liegende Kante 17a des Quersteges 17 beispielsweise in unmittelbarer Verlängerung des Randes 13 oder des Randabschnittes 13c, also in unmittelbarer Verlängerung der betreffenden Längs- oder Querkante 13a, 13b verläuft.In the embodiment according to 2 So is for each slot arrangement 15 one through a cross or Abstimmsteg 17 closed slot recess 115 intended. In this embodiment, the first or the edge 13 nearest and through a crossbar 17 closed slot recess through the slot recess 115a educated. How out 2 can also be seen, runs the crossbar 17 with its central axis Z remote edge side 17a not in extension of the adjacent edge portion 13c , ie the longitudinal or transverse side 13a respectively. 13b but is in the slot direction 15 ' from the associated border 13 or edge section 13c , ie the associated longitudinal or transverse side 13a . 13b arranged offset inwardly lying, so that to the respective closed slot recess 115a to the associated border 13 towards an open slot recess 115 ' followed. In this embodiment, therefore, the slot recess lying too far is 115 ' open, so is by none equal to the respective longitudinal and transverse edges 13a . 13b extending crosspiece 17 completed. However, as below, for example, with reference to a further embodiment with reference to 4 or 5 can be shown on the open slot recess 115 ' according to 2 in the area of the edge 13 be waived so that then the closed slot recess 115a as a first slot recess on the associated edge or edge portion 13c connects, in which the outer edge 17a of the crossbar 17 for example, in the immediate extension of the edge 13 or the edge section 13c , ie in the immediate extension of the respective longitudinal or transverse edge 13a . 13b runs.
Die jeweilige Steglänge 21, die im gezeigten Ausführungsbeispiel auch der Schlitzbreite 21 entspricht, kann unterschiedlich gewählt werden, worauf später noch eingegangen wird. Auch die Stegbreite 23 kann in ihrer Dimensionierung variieren.The respective bridge length 21 in the embodiment shown, the slot width 21 corresponds, can be chosen differently, which will be discussed later. Also the bridge width 23 can vary in their sizing.
Das gleiche gilt auch für die Länge 25 der jeweiligen Schlitzausnehmung 115, die unterschiedlich gewählt werden kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Ausnehmungslänge 25 für die außen liegende erste offene Schlitzausnehmung 115, 115' genauso lang wie für die nachfolgende weiter innen liegende Schlitzausnehmung 115, 115a, wobei, wie erwähnt, die betreffenden Schlitzausnehmungen 115', 115a jeder Schlitzanordnung 15 von der jeweiligen Längs- oder Querkante 13a, 13b ausgehend in Schlitzrichtung 15' hintereinander liegen.The same applies to the length 25 the respective slot recess 115 that can be chosen differently. In the embodiment shown, the recess length 25 for the outer first open slot recess 115 . 115 ' as long as for the subsequent inner slot recess 115 . 115a , where, as mentioned, the respective slot recesses 115 ' . 115a each slot arrangement 15 from the respective longitudinal or transverse edge 13a . 13b starting in the slot direction 15 ' lie one behind the other.
Ferner ist im gezeigten Ausführungsbeispiel die jeweilige Schlitzausnehmung 15 auf jeder der vier Außenkanten 13a, 13b vorgesehen, und zwar bevorzugt mittig zur jeweiligen Längs- und Querkante 13a, 13b angeordnet.Furthermore, in the exemplary embodiment shown, the respective slot recess 15 on each of the four outer edges 13a . 13b provided, and preferably centrally to the respective longitudinal and transverse edges 13a . 13b arranged.
Nachfolgend wird auf eine Abwandlung unter Bezugnahme auf 2a und 2b eingegangen.The following is a modification with reference to 2a and 2 B received.
In der 2a ist eine Patchantenne mit vom Grundsatz her ähnlichem Aufbau, wie unter Bezugnahme auf 2 erläutert wurde, gezeigt, allerdings lediglich mit zwei gegenüberliegenden Schlitzanordnungen 15 (und nicht mit insgesamt vier Schlitzanordnungen wie in 2).In the 2a is a patch antenna with a basically similar construction as described with reference to FIG 2 has been shown, but only with two opposing slot arrangements 15 (and not with a total of four slot arrangements as in 2 ).
Ein weiterer Unterschied zu 2 liegt darin, dass bei der Variante gemäß 2a sich an dem unmittelbaren Rand 13, das heißt an der hier gezeigten, einen Längsseite 13a, eine erste geschlossene Schlitzausnehmung 115a und daran anschließend, über einen weiteren Schlitz 17 getrennt, eine nächste geschlossene Schlitzausnehmung 115b anschließt. Mit anderen Worten ist auch die dem Rand 13 am nächsten liegende Schlitzausnehmung 115a durch einen außenliegenden Schlitz 17 abgeschlossen, dessen außenliegende Schlitzkante 17a mit dem umlaufenden Rand 13 fluchtet, also Teil des umlaufenden Randes 13 der elektrisch leitfähigen Metallisierung 117 ist.Another difference too 2 lies in the fact that in the variant according to 2a on the immediate edge 13 , that is, on the one shown here, a long side 13a , a first closed slot recess 115a and then, over another slot 17 separated, a next closed slot recess 115b followed. In other words, that too is the edge 13 nearest slot recess 115a through an external slot 17 completed, the outer slot edge 17a with the peripheral edge 13 Aligns, so part of the circumferential edge 13 the electrically conductive metallization 117 is.
Zudem ist die jeweilige Schlitzlänge 25 unterschiedlich in den beiden aufeinanderfolgenden Schlitzausnehmungen 115a und 115b, wobei der äußere Schlitz 115a länger ist, im gezeigten Ausführungsbeispiel ungefähr zweimal so lang, wie die sich nach innen hin zur Zentralachse Z anschließende Schlitzausnehmung 115b.In addition, the respective slot length 25 different in the two successive slot recesses 115a and 115b where the outer slot 115a is longer, in the embodiment shown approximately twice as long as the subsequent inward toward the central axis Z slot recess 115b ,
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2b ist wiederum an jeder der vier Längs- bzw. Querseiten eine Schlitzanordnung 15 vorgesehen, nämlich mit jeweils wiederum nur einer einzelnen Schlitzausnehmung 115a, deren Quer- oder Abstimmsteg 17 wiederum wie bei 2a außenliegend vorgesehen ist, sodass die außenliegende Begrenzungskante 17a des Steges 17 mit dem Rand 13 der Patchfläche 7 fluchtet.In the embodiment according to 2 B Again, at each of the four longitudinal and transverse sides is a slot arrangement 15 provided, namely in each case again only a single slot recess 115a , their transverse or tuning bar 17 again as with 2a is provided outboard, so that the outer boundary edge 17a of the footbridge 17 with the edge 13 the patch area 7 flees.
Anhand von 3 ist gezeigt, dass beispielsweise an jeder der vier Außenkanten 13a, 13b zwei in Längsrichtung der betreffenden Längs- und Querkante 13a, 13b versetzt liegende Schlitzausnehmungen 15 vorgesehen sein können. Grundsätzlich können auf jeder Seite auch drei, vier oder maximal fünf Schlitzausnehmungen 15 vorgesehen sein, die jeweils von der zugehörigen Längs- und Querkante 13a, 13b aus verlaufen und vorzugsweise parallel zueinander angeordnet und dabei in Längsrichtung der jeweiligen Längs- und Querkante versetzt zueinander liegend ausgebildet sind (vorzugsweise in gleichen Abständen oder auch in unterschiedlichen Abständen zueinander).Based on 3 is shown, for example, at each of the four outer edges 13a . 13b two in the longitudinal direction of the respective longitudinal and transverse edge 13a . 13b offset slot recesses 15 can be provided. In principle, three, four or a maximum of five slot recesses can be made on each side 15 be provided, each of the associated longitudinal and transverse edge 13a . 13b from run and preferably arranged parallel to each other and thereby in the longitudinal direction of the respective longitudinal and transverse edge offset from each other are formed (preferably at equal intervals or at different distances from each other).
In Abweichung zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 und 3 lässt sich durch die Verwendung von mehreren Schlitzanordnungen pro Seite eine Abstimmung über einen größeren Frequenzbereich durchführen.In deviation from the embodiment according to 2 and 3 By using multiple slot arrangements per side, tuning can be performed over a wider frequency range.
Anhand von 4 ist gezeigt, dass die jeweilige Schlitzanordnung 15 eine Vielzahl von einzelnen geschlossenen Schlitzausnehmungen 115 umfassen kann. Bei der Variante gemäß 4 sind von der jeweiligen Längs- und Querseite 13a, 13b ausgehend, sechs jeweils durch einen Quersteg 17 voneinander getrennte und dadurch geschlossene Schlitzausnehmungen 115 aufeinander folgend angeordnet. Mit anderen Worten sind die Schlitzausnehmungen 115 jeweils von der Strahlerfläche 7 umgeben, wobei die erwähnten Querstege 17 Leitungsbrücken darstellen, die die entsprechenden Abschnitte der Strahlerfläche 7 auf beiden Seiten der jeweiligen Schlitzanordnung 15 miteinander verbinden und gleichzeitig die einzelnen Schlitzausnehmungen 115 voneinander trennen, so dass dadurch die sogenannten geschlossenen Schlitzausnehmungen 115 gebildet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind also Schlitzausnehmungen 115a, 115b, 115c, 115d, 115e und 115f vorgesehen. Die Stegbreite 21 und die Ausnehmungslänge 25 ist in diesem Ausführungsbeispiel stets gleich, so dass alle Schlitzausnehmungen 115 gleiche Größe und Formgebung aufweisen. Mit anderen Worten ergibt sich hierdurch eine äquidistante Anordnung der elektrisch-leitfähigen Quer- oder Abstimmstege 17.Based on 4 is shown that the respective slot arrangement 15 a plurality of individual closed slot recesses 115 may include. In the variant according to 4 are from the respective longitudinal and transverse side 13a . 13b starting, six each by a crossbar 17 from one another separate and thus closed slot recesses 115 arranged consecutively. In other words, the slot recesses 115 each of the radiator surface 7 surrounded, with the mentioned transverse webs 17 Line bridges represent the corresponding sections of the radiator surface 7 on both sides of the respective slot arrangement 15 connect together and at the same time the individual slot recesses 115 separate from each other, so that thereby the so-called closed slot recesses 115 are formed. In this embodiment, therefore, slot recesses 115a . 115b . 115c . 115d . 115e and 115f intended. The bridge width 21 and the recess length 25 is always the same in this embodiment, so that all slot recesses 115 have the same size and shape. In other words, this results in an equidistant arrangement of the electrically conductive transverse or Abstimmstege 17 ,
Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 unterscheidet sich von denjenigen nach 2 und 3 auch dadurch, dass auch die zuäußerst liegende Schlitzausnehmung 115a durch einen außen in Höhe des jeweiligen Randes 13, d. h. des jeweiligen Randabschnittes 13c, also in Höhe der jeweiligen Längs- und Querkante 13a, 13b angeordneten Quer- oder Abstimmsteg 17 abgeschlossen ist, somit also der Rand 13 und damit der zugehörige Randabschnitt 13c, also die jeweilige Längs- und Querkante 13a, 13b durchgängig verläuft, wie aus 4 zu ersehen ist. Eine zum zugehörigen Rand 13 hin offene Schlitzausnehmung 115' ist also in diesem Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen.The embodiment according to 4 differs from those after 2 and 3 also in that also the outermost slot recess 115a by an outside at the level of the respective edge 13 , ie the respective edge section 13c , ie at the level of the respective longitudinal and transverse edges 13a . 13b arranged transverse or Abstimmsteg 17 finished, so the edge 13 and thus the associated edge section 13c , ie the respective longitudinal and transverse edges 13a . 13b runs consistently, like out 4 can be seen. One to the associated edge 13 open slot recess 115 ' is therefore not provided in this embodiment.
Anhand von 5 ist in Abweichung zu 4 gezeigt, dass die einzelnen Schlitzausnehmungen 115 auch unterschiedliche Länge aufweisen können.Based on 5 is contrary to 4 shown that the individual slot recesses 115 can also have different lengths.
Bei der Variante gemäß 5 verändert sich die Ausnehmungslänge 25 in Schlitzrichtung 15'. Dabei nimmt die Ausnehmungslänge 25 von der zuinnerst liegenden, geschlossenen Schlitzausnehmung 115, hier 115d, zu der zuäußerst liegenden Schlitzausnehmung 115a jeweils zu. Mit anderen Worten nehmen die Abstände der Quer- oder Abstimmstege 17 von innen nach außen mit quadratischem Abstand zueinander zu. Dadurch wird eine nicht-äquidistante Anordnung der einzelnen Abstimmstege 17 erzeugt. Auch bei dieser Variante ist keine zu äußerst liegende, offene Schlitzausnehmung 115' vorgesehen. Die vorstehend erwähnten Abstände der Quer- oder Abstimmstege 17, die von außen nach innen in einem quadratischen Abstand zueinander angeordnet sind, stellen allerdings nur einen bevorzugten Spezialfall dar. Grundsätzlich sind beliebige andere Abstände möglich, die auch nicht oder teilweise nicht äquidistant sind.In the variant according to 5 the recess length changes 25 in the slot direction 15 ' , It takes the recess length 25 from the innermost, closed slot recess 115 , here 115d , to the outermost slot recess 115a each too. In other words, take the distances of the transverse or Abstimmstege 17 from inside to outside with a square distance to each other. This results in a non-equidistant arrangement of the individual tuning bars 17 generated. Also in this variant is not too outermost, open slot recess 115 ' intended. The above-mentioned distances of the transverse or Abstimmstege 17 However, which are arranged from the outside to the inside in a square distance from each other, however, represent only a preferred special case. Basically, any other distances are possible, which are not or partially not equidistant.
Bei der Variante gemäß 6 ist gezeigt, dass eine nachfolgend noch erörterte Abstimmmöglichkeit bereits auch dann besteht, wenn lediglich zwei geschlossene Schlitzausnehmungen 115a und 115b mit jeweils zwei Quer- oder Abstimmstegen 17 vorgesehen sind, wie dies in 6 angedeutet ist. Dabei liegt der elektrisch-leitfähige Quer- und Abstimmsteg 17 der zu äußerst angeordneten Schlitzausnehmung 115a in Höhe des umlaufenden Randes 13, d. h. seine Außenkante 17a liegt in unmittelbarer Verlängerung des die Strahlerfläche 7 begrenzenden Randes 13, also in unmittelbarer Verlängerung der betreffenden Längs- oder Querseite 13a, 13b und damit des zugehörigen Randabschnittes 13c, von welchem die Schlitzanordnung 15 ausgeht.In the variant according to 6 It is shown that a tuning possibility, which will be discussed below, already exists even if only two closed slot recesses 115a and 115b each with two transverse or Abstimmstegen 17 are provided, as in 6 is indicated. This is the electrically conductive cross and Abstimmsteg 17 the extremely arranged slot recess 115a at the level of the peripheral edge 13 ie its outer edge 17a lies in the immediate extension of the radiator surface 7 bounding edge 13 , so in the immediate extension of the respective longitudinal or transverse side 13a . 13b and thus the associated edge portion 13c of which the slot arrangement 15 emanates.
Abweichend von 6 könnte aber auch beispielsweise auf die zweite Schlitzausnehmung 115b verzichtet werden, so dass jede Schlitzanordnung 15 nur eine geschlossene Schlitzausnehmung 115, d. h. 115a umfasst, die durch den außen liegenden, in Höhe des Randes 13 vorgesehenen Quer- und Abstimmsteg 17 geschlossen ist, wie z. B. in 2a gezeigt.Deviating from 6 but could also, for example, on the second slot recess 115b be omitted, so that each slot arrangement 15 only a closed slot recess 115 ie 115a includes, by the outside, at the level of the edge 13 provided transverse and Abstimmsteg 17 is closed, such. In 2a shown.
Möglich ist aber auch, dass zum Rand 13 hin, also an der Längs- oder Querseite nicht nur zumindest eine geschlossene Schlitzausnehmung 115a vorgesehen ist, die durch den erwähnten elektrisch-leitfähigen Quer- oder Abstimmsteg 17 verschlossen ist, sondern dass sich zum Rand 13 hin noch eine nach außen hin offene Schlitzausnehmung 115' anschließt, wie dies grundsätzlich bei der Variante gemäß 7 gezeigt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist also für jede Schlitzanordnung 15 jeweils nur eine geschlossene Schlitzausnehmung 115a mit einem zugehörigen elektrisch-leitfähigen Quer- und/oder Abstimmsteg 17 vorgesehen.It is also possible that the edge 13 towards, ie on the longitudinal or transverse side not only at least one closed slot recess 115a is provided by the mentioned electrically conductive transverse or Abstimmsteg 17 is closed, but that is to the edge 13 towards a still open slot recess 115 ' connects, as in principle in the variant according to 7 is shown. In this embodiment, therefore, for each slot arrangement 15 only one closed slot recess 115a with an associated electrically conductive transverse and / or Abstimmsteg 17 intended.
Nachfolgend wird noch auf 8 Bezug genommen, in der in Abweichung zu den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen eine Patch-Antenne in zentraler Draufsicht, d. h. zumindest eine Strahlerfläche 7 beispielsweise in Form einer metallisierten Fläche 117 gezeigt ist, die in Draufsicht aus einer Kreisform besteht.Below will be on 8th In contrast to the previous embodiments, a patch antenna is in a central plan view, ie at least one radiator surface 7 for example in the form of a metallized surface 117 is shown, which consists of a circular shape in plan view.
In diesem Falle sind um 90° versetzt zueinander liegend um die Zentralachse Z herum jeweils die erwähnten Schlitzausnehmungen 115, hier 115a bis 115c vorgesehen, die bezüglich ihrer Schlitzlänge 25 bzw. in ihrer Schlitz- oder Stegbreite 21 so gebildet sein können, wie dies anhand der vorausgegangenen Ausführungsbeispiele erläutert wurde. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist also der randseitige elektrisch-leitfähige Quer- oder Abstimmsteg 17 in Höhe des Umfangsrandes 13 angeordnet, so dass seine außenliegende Begrenzungskante 17a teilkreisförmig mit einem Radius um den Mittelpunkt oder die Zentralachse Z der kreisförmig gestalteten Strahlerfläche 7 gestaltet ist, so dass sich ein insgesamt kreisförmiger Rand 13 ergibt. In Abweichung dazu könnte aber, wie beispielsweise auch anhand von 7 gezeigt, die zu äußerst liegende, d. h. die dem Rand 13 nächstliegende erste geschlossene Schlitzausnehmung 115a so weit nach innen in die Strahlerfläche 7 versetzt liegen, dass sich an den zu äußerst liegenden elektrisch leitfähigen Quer- oder Abstimmsteg 17 noch eine nach außen hin in radialer Verlängerung offene Schlitzausnehmung 115' anschließen kann, wie dies in einer Abwandlung für die in 8 rechts liegende Schlitzanordnung 15 gezeigt ist.In this case, offset by 90 ° to each other about the central axis Z around each mentioned slot recesses 115 , here 115a to 115c provided with respect to their slot length 25 or in their slot or web width 21 may be formed as explained with reference to the preceding embodiments. In the illustrated embodiment, therefore, the edge-side electrically conductive transverse or Abstimmsteg 17 at the level of the peripheral edge 13 arranged so that its outer boundary edge 17a part-circular with a radius around the center or the central axis Z of the circular shaped radiating surface 7 is designed so that is a total circular edge 13 results. In deviation to this could, however, as for example by means of 7 shown too extreme, ie the edge 13 nearest first closed slot recess 115a so far inward into the radiator surface 7 staggered lie that to the most lying electrically conductive transverse or Abstimmsteg 17 nor a slot recess open to the outside in a radial extension 115 ' can connect, as in a modification for the in 8th right-hand slot arrangement 15 is shown.
Ebenso könnten auch jeweils zwei oder mehr nebeneinander angeordnete Strahleranordnungen vorgesehen sein, also paarweise oder parallele Anordnungen mit mehreren nebeneinander liegenden Reihen von Strahlerausnehmungen 115, wie dies grundsätzlich anhand von 3 für eine in Draufsicht eher quadratische Strahlerfläche 7 gezeigt ist.Likewise, in each case two or more juxtaposed radiator arrangements could be provided, that is pairwise or parallel arrangements with several adjacent rows of radiator recesses 115 as this is basically based on 3 for a more square in plan view radiator surface 7 is shown.
Bei der Variante gemäß 8 verlaufen dabei die gegebenenfalls mehrere Strahlerausnehmungen 115 umfassenden Schlitzanordnungen 15 von dem die Strahlerfläche 7 umgebenden bzw. begrenzenden Rand 13c bevorzugt in Radialrichtung, so dass die Verlängerung dieser Schlitzanordnungen 15 jeweils die Zentralachse Z der Strahlerfläche 7 schneiden würden. Wie aber auch anhand der weiteren Ausführungsbeispiele bereits erläutert wurde, kann die jeweilige Verlängerung der Schlitzanordnung 15 auch schiefwinkelig an der Zentralachse Z der Strahlerfläche 7 vorbei laufen, wobei dann die Schlitzanordnungen 15 nicht in Radialrichtung zur Zentralachse Z verlaufen würden und damit nicht senkrecht zu einer Tangente an dem zugehörigen Randabschnitt 13d enden würden, von dem die betreffende Schlitzanordnung 15 ausgeht (wobei in 8 eine Tangente T für die zu unterst liegende Schlitzanordnung 15 eingezeichnet ist), sondern in einem von 90° abweichenden Winkel gegenüber dieser Tangente T.In the variant according to 8th The possibly several radiator recesses run 115 comprehensive slot arrangements 15 from that the radiator surface 7 surrounding or bounding edge 13c preferably in the radial direction, so that the extension of these slot arrangements 15 in each case the central axis Z of the radiator surface 7 would cut. As has already been explained with reference to the further embodiments, the respective extension of the slot arrangement 15 also obliquely at the central axis Z of the radiator surface 7 pass by, then the slot arrangements 15 would not extend in the radial direction to the central axis Z and thus not perpendicular to a tangent to the associated edge portion 13d would end, of which the slot arrangement in question 15 goes out (where in 8th a tangent T for the bottom slot arrangement 15 is drawn), but at an angle deviating from 90 ° with respect to this tangent T.
Von daher wird auch bezüglich der vorausgehend erläuterten Ausführungsbeispiele allgemein von dem Rand 13 oder dem zugehörigen Randabschnitt 13c gesprochen, von dem die jeweilige Schlitzanordnung 15 ausgeht.Therefore, also with respect to the previously explained embodiments, the general will be of the edge 13 or the associated edge section 13c spoken of which the respective slot arrangement 15 emanates.
Soll eine derartige Patchantenne insbesondere als RFID-Antenne in kompakter Bauform realisiert sein, d. h. mit einem Substrat oder Dielektrikum 5 mit εr, beispielsweise einem εr > 10 und insbesondere > 15 oder vor allem > 20, > 25 oder > 30 oder sogar > 35, so hat sich gezeigt, dass bei der Herstellung des Substrates aufgrund von Variationen bei der Materialzusammenstellung des Substrates, d. h. insbesondere der Keramik-Ausgangsmasse, des Verpressdruckes und/oder der Sintertemperatur die Permittivitätszahl durchaus stark schwanken kann. Von daher muss jede einzelne Patchantenne getestet und im Rahmen einer Nachbearbeitung eine Frequenzabstimmung durchgeführt werden.If such a patch antenna in particular be implemented as an RFID antenna in a compact design, ie with a substrate or dielectric 5 with ε r , for example ε r > 10 and in particular> 15 or especially>20,> 25 or> 30 or even> 35, it has been found that in the production of the substrate due to variations in the composition of the substrate, ie in particular the ceramic starting material, the injection pressure and / or the sintering temperature, the permittivity can vary considerably. Therefore, every single patch antenna has to be tested and a frequency tuning has to be carried out as part of a post-processing.
Dies kann nunmehr im Rahmen der Erfindung leicht dadurch vorgenommen werden, dass je nach Messergebnis von außen nach innen beginnend, jeweils ein elektrisch-leitfähiger Quer- oder Abstimmsteg 17 manuell oder mittels Werkzeug elektrisch getrennt, d. h. mehr oder weniger entfernt wird.This can now be easily done within the scope of the invention by starting from outside to inside, depending on the measurement result, in each case an electrically conductive transverse or tuning bar 17 manually or electrically separated by means of tools, that is more or less removed.
Ist die jeweils äußerste Schlitzausnehmung 115, wie in dem Ausführungsbeispiel nach 5 oder 6, durch einen zuäußerst liegenden Quer- oder Abstimmsteg geschlossen, so würde dadurch die erste Schlitzausnehmung 115a geöffnet werden, wodurch die Resonanzfrequenz leicht abgesenkt wird. Sollte dies noch nicht reichen, kann ein nächster nachfolgender leitfähiger Quer- oder Abstimmsteg durchtrennt werden, so dass beispielsweise bei der Variante nach 5 oder 6 ein weiter innenliegender nächster Quer- oder Abstimmsteg 17 durchtrennt wird, wodurch die freie Gesamtlänge der so gebildeten offenen Schlitzanordnung 115' in Schlitzrichtung 15' vergrößert und damit die Resonanzfrequenz der Patchantenne weiter abgesenkt wird.Is the outermost slot recess 115 , as in the embodiment according to 5 or 6 , closed by an outermost transverse or Abstimmsteg, so would thereby the first slot recess 115a be opened, whereby the resonance frequency is slightly lowered. If this is not enough, a next subsequent conductive cross or Abstimmsteg can be severed, so that, for example, in the variant of 5 or 6 a further inward next cross or Abstimmsteg 17 is severed, whereby the free overall length of the thus formed open slot arrangement 115 ' in the slot direction 15 ' increases and thus the resonance frequency of the patch antenna is further lowered.
Durch die Geometrie mit den erwähnten elektrisch leitfähigen Quer- oder Abstimmstegen 17 wird also somit ein problemloses manuelles oder maschinelles definiertes stufenweises Abstimmen möglich, da die Schlitzlängen durch die vorgegebenen Schlitzausnehmungen eindeutig und reproduzierbar vorgegeben sind, wodurch ein manuelles Einarbeiten von Schlitzen gegenüber dem Stand der Technik problemlos möglich ist und Fehlanpassungen (wie im Stand der Technik üblich und kaum zu verhindern) unterbleiben. Zudem ist selbst ein maschinelles Durchtrennen eines Steges leicht möglich, und zwar ebenfalls unter Erzeugung einer eindeutig definierten Schlitzlänge aufgrund der vorgegebenen einzelnen Schlitzausnehmungen.Due to the geometry with the mentioned electrically conductive transverse or Abstimmstegen 17 Thus, a problem-free manual or machine-defined gradual tuning is possible because the slot lengths are given by the given slot recesses unambiguous and reproducible, whereby a manual incorporation of slots over the prior art is easily possible and mismatches (as usual in the art and hard to avoid). In addition, even a machine cutting a web is easily possible, and also to produce a clearly defined slot length due to the predetermined individual slot recesses.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Patchantenne sowie das erfindungsgemäße Abstimmverfahren der Patchantenne weist große Vorteile vor allem dann auf, wenn eine entsprechende Patchantenne in Anwendung für RFID-Systeme beispielsweise mit einer Betriebsfrequenz zwischen 800 MHz und 1000 MHz betrieben werden soll. Dabei ist das Verfahren für Dielektrika unterschiedlichster Materialzusammensetzung und unterschiedlichster Permittivitätszahlen geeignet, insbesondere für Patchantennen mit einem Substrat/Dielektrikum, welches beispielsweise eine Dielektrizitätskonstante für Keramik zwischen 20 bis 80, insbesondere 30 bis 50 oder beispielsweise 35 bis 40 aufweist, z. B. um 38.The inventively embodied patch antenna and the tuning method of the patch antenna according to the invention has great advantages especially when a corresponding patch antenna in use for RFID systems, for example, with an operating frequency between 800 MHz and 1000 MHz to be operated. In this case, the method for dielectrics of different material composition and different Permittivitätszahlen is suitable, especially for patch antennas with a substrate / dielectric, which has, for example, a dielectric constant for ceramic between 20 to 80, in particular 30 to 50 or for example 35 to 40, z. At 38.
Bei einem derartigen Aufbau ergibt sich ein Abstimmbereich durch die einzelnen Schlitzanordnungen bis über 30 MHz, insbesondere bis über 20 MHz und bis über 10 MHz und bis über 5 MHz, zumindest aber bis zu 5 MHz. With such a construction, a tuning range results through the individual slot arrangements up to more than 30 MHz, in particular up to more than 20 MHz and more than 10 MHz and more than 5 MHz, but at least up to 5 MHz.
Die Breite 21 der einzelnen Schlitzausnehmungen (jeweils parallel zum zugehörigen Randabschnitt) kann beispielsweise zwischen 0,3% bis 27%, insbesondere zwischen 0,7% bis 15%, 1% bis 2,6% und insbesondere um 1,0% bis 2%, beispielsweise um 1,4% bezogen auf die Wellenlänge im Substrat, und zwar bezogen auf eine Betriebswellenlänge bzw. bevorzugt auf die mittlere Betriebswellenlänge im Substrat.The width 21 the individual slot recesses (in each case parallel to the associated edge section) can for example be between 0.3% to 27%, in particular between 0.7% to 15%, 1% to 2.6% and in particular by 1.0% to 2%, for example by 1.4% relative to the wavelength in the substrate, and with respect to an operating wavelength or preferably to the average operating wavelength in the substrate.
Die Schlitzlänge, d. h. die Ausnehmungslänge 25 für jede Schlitzausnehmung 15 (also die sogenannte Schlitz-Tiefe) kann zwischen 0,8% bis 25%, insbesondere zwischen 1,7% bis 10%, 2,6% bis 5% und insbesondere um 3,9% betragen, und zwar ebenfalls wieder bezogen auf eine Betriebswellenlänge bzw. bevorzugt auf die mittlere Betriebswellenlänge im Substrat.The slot length, ie the recess length 25 for each slot recess 15 (ie the so-called slot depth) can be between 0.8% to 25%, in particular between 1.7% to 10%, 2.6% to 5% and in particular to 3.9%, and again based on an operating wavelength or preferably to the average operating wavelength in the substrate.
Schließlich wird noch angemerkt, dass die Breite der Quer- oder Abstimmstege (17) zwischen 0,1% bis 18%, insbesondere zwischen 0,1% bis 5% und insbesondere zwischen 0,1% bis 1,8% bezogen auf eine Betriebswellenlänge und insbesondere die mittlere Betriebswellenlänge im Substrat 5 bevorzugt betragen können.Finally, it should be noted that the width of the transverse or Abstimmstege ( 17 ) between 0.1% to 18%, in particular between 0.1% to 5% and in particular between 0.1% to 1.8% based on an operating wavelength and in particular the mean operating wavelength in the substrate 5 may be preferred.
Anhand der beschriebenen Ausführungsbeispiele ist ebenfalls gezeigt, dass die Länge, das heißt die Gesamtlänge einer Schlitzanordnung 15, beginnend von dem Rand 13 mit einer ersten offenen Schlitzausnehmung 115' oder ohne einer derartigen offenen Schlitzausnehmung 115' unterschiedlich sein kann. Die Maximallänge der gesamten jeweiligen Schlitzanordnung 15 kann zwischen 0,8% und 25%, insbesondere zwischen 1,7% bis 10%, 2,6% bis 5% und insbesondere um ca. 3,9% bezogen auf eine Betriebswellenlänge und bevorzugt auf die mittlere Betriebswellenlänge im Substrat (5) liegen.Based on the described embodiments is also shown that the length, that is, the total length of a slot arrangement 15 , starting from the edge 13 with a first open slot recess 115 ' or without such an open slot recess 115 ' can be different. The maximum length of the entire respective slot arrangement 15 can be between 0.8% and 25%, in particular between 1.7% and 10%, 2.6% to 5% and in particular about 3.9% based on an operating wavelength and preferably on the average operating wavelength in the substrate ( 5 ) lie.
Wie bereits erwähnt, sind die einzelnen Schlitzanordnungen 15 bevorzugt jeweils mittig bezüglich des zugehörigen Randabschnittes der Patchfläche bzw. der zugehörigen Metallisierung, also der Strahlerfläche 7 angeordnet. Diese Schlitzanordnungen 15 können aber auch von ihrer mittigen Lage abweichen, vorzugsweise bis zu 5%, 10%, 15%, 20%, oder vorzugsweise bis zu 25%, 30%, 35% oder maximal bis zu 40%. Mit anderen Worten können die einzelnen Schlitzausnehmungen in einem Bereich maximal von 10% bis 90% der Gesamtlänge der Längs- und Querseite 13a, 13b angeordnet sein. Bezüglich der kreisförmigen Ausführung des Patches gemäß 8 heißt dies, dass bezogen auf eine jeweils um 90° versetzt liegende regelmäßige Anordnung der Schlitzausnehmungen (wie in 8 gezeigt ist) eine Abweichung davon bis maximal ±40% bezogen auf einen Viertelkreis-Umfang vorgenommen werden kann und darf.As already mentioned, the individual slot arrangements are 15 preferably in each case centrally with respect to the associated edge section of the patch surface or the associated metallization, that is to say the radiator surface 7 arranged. These slot arrangements 15 However, they can also deviate from their central position, preferably up to 5%, 10%, 15%, 20%, or preferably up to 25%, 30%, 35% or a maximum of up to 40%. In other words, the individual slot recesses in a range of at most 10% to 90% of the total length of the longitudinal and transverse sides 13a . 13b be arranged. Regarding the circular execution of the patch according to 8th This means that based on a respective offset by 90 ° regular arrangement of the slot recesses (as in 8th a deviation thereof up to a maximum of ± 40% in relation to a quarter circle circumference can and may be made.
An den verschiedenen Ausführungsbeispielen ist erläutert worden, dass die Zahl der Schlitzanordnungen 15 insgesamt variieren kann. In den meisten Ausführungsbeispielen sind jeweils vier um 90° versetzt liegende Schlitzausnehmungen gezeigt. Anhand des Ausführungsbeispiels gemäß 2a ist gezeigt, dass beispielsweise auch nur zwei Schlitzausnehmungen vorgesehen sein können, in diesem Ausführungsbeispiel gegenüberliegend angeordnet. Anhand von 3 ist gezeigt, dass deutlich mehrere Schlitzausnehmungen vorgesehen sein können. Grundsätzlich werden die erfindungsgemäßen Vorteile aber auch dann realisiert, wenn zumindest eine Schlitzausnehmung 15 an einer einzigen Stelle bezogen auf den gesamten umlaufenden Rand 13 vorgesehen ist.It has been explained in the various embodiments that the number of slot arrangements 15 overall may vary. In most embodiments, each four shown by 90 ° slot recesses are shown. Based on the embodiment according to 2a It is shown that, for example, only two slot recesses can be provided, in this embodiment arranged opposite one another. Based on 3 it is shown that clearly a plurality of slot recesses can be provided. In principle, however, the advantages according to the invention are also realized if at least one slot recess 15 at a single point relative to the entire peripheral edge 13 is provided.
In all den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Schlitzausnehmungen 115 und die die Schlitzausnehmungen 115 seitlich begrenzenden Schlitzbegrenzungen 19 parallel zueinander und jeweils senkrecht zur angrenzenden Längs- und Querkante ausgerichtet. Aber auch hier sind Winkelabweichungen von bis zu 20% möglich. Winkelabweichungen von bis zu 20% sind auch bezüglich der Quer- oder Abstimmstege 17 möglich, die nicht zwingend parallel zur angrenzenden Längs- und Querkante verlaufen müssen.In all the embodiments shown, the slot recesses 115 and the slot recesses 115 laterally limiting slot boundaries 19 aligned parallel to each other and each perpendicular to the adjacent longitudinal and transverse edge. But even here, angle deviations of up to 20% are possible. Angular deviations of up to 20% are also with respect to the transverse or Abstimmstege 17 possible, which need not necessarily run parallel to the adjacent longitudinal and transverse edge.
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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Electronics Letters, Vol. 33, No. 22, 23rd October 1997 [0023] Electronics Letters, Vol. 22, 23rd October 1997 [0023]
