DE102015216147A1

DE102015216147A1 - Antennenelement, Empfänger, Sender, Sendeempfänger, Fahrzeug und Verfahren zum Herstellen eines Antennenelements

Info

Publication number: DE102015216147A1
Application number: DE102015216147.1A
Authority: DE
Inventors: Oliver Klemp; Adrian Posselt; Aline Friedrich
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2017-03-02

Abstract

Ein Antennenelement 100 umfasst eine flächenförmige Antennenelektrode 110, die eine Hauptoberfläche 112 mit zumindest einer Vertiefung 114 und einer Erhöhung 116 aufweist.

Description

Ausführungsbeispiele betreffen ein Antennenelement gemäß Anspruch 1, einen Empfänger, Sender oder Sendeempfänger gemäß Anspruch 18, ein Fahrzeug gemäß Anspruch 19 und ein Verfahren zum Herstellen eines Antennenelements gemäß Anspruch 20.
Navigation und Ortung mit GPS (Global Positioning System), GLONASS, Galileo, allgemein als GNSS (Global Navigation Satellite System) bezeichnet, ist ein Funkdienst, der nahezu in jedem modernen Fahrzeug zu finden ist. Mit seinen geringen Signalstärken aufgrund der in der Satellitenkommunikation abzudeckenden, großen Distanzen ist das Antennensystem typischerweise als eine aktive Antenne entworfen, wobei die Antenne selbst mit einem LNA (low noise amplifier) an ihrem Einspeisepunkt kombiniert ist. Neben den Anforderungen an die Funktionsfähigkeit sind oft weitere Aspekte zu berücksichtigen, z. B. Entwurfseinschränkungen oder Kosten- und Volumeneffizienz. Insbesondere das Design eines Fahrzeugs gewinnt zunehmend an Wichtigkeit, was im Einzelnen bewirkt, dass die Räume für die Antennenintegration weniger in der Anzahl und beschränkter werden, während die Anzahl von Funkdiensten zunimmt. Hinsichtlich der Produktionskosten ist eine Verringerung der Komplexität ein möglicher Weg. Zum Beispiel kann die Verringerung der Komponenten eines Teilsystems zu der gewünschten Kostensenkung führen.
Die als Shark-Fin-Antennen bekannten Systeme sind von den heutigen Automobilen kaum wegzudenken. Die Patch-Antenne, welche u.a. für die GPS-Ortung Anwendung findet, stellt einen wesentlichen Bestandteil des genannten Systems dar.
Typische Mikrostreifenantennen (Patch-Antennen) unterliegen einem planaren Aufbau bestehend aus einem Element mit beliebiger planarer Geometrie, welches durch ein Substrat über einer planen Massefläche angeordnet ist. Die Antennen sind typischerweise auf planaren Leiterplatten aufgebaut. Zur Miniaturisierung können Keramik-Substrate mit entsprechenden elektromagnetischen Eigenschaften stattdessen verwendet werden. Je nach Art der Einspeisung können auf der Oberfläche Stromverteilungen (Moden) angeregt werden. Eine Abstrahlung findet bei diesem Antennentyp an den Kanten der Patch-Fläche statt. Die Form der Antennenfläche, der Massefläche sowie die angeregte Stromverteilung beeinflussen dabei die Charakteristik der Abstrahlung, der Polarisation und der Antenneneingangsimpedanz. Letzteres beeinflusst neben den Materialverlusten in Substrat und Metallisierung den Wirkungsgrad der Antenne d.h. wieviel der eingespeisten Leistung auch tatsächlich abgestrahlt wird. Es ist wünschenswert, die Antennencharakteristik möglichst genau an die Anwendung anpassen zu können und den Bauraum optimieren zu können.
Die Druckschriften Wo 2013/006788 A2 , US 6121932 , WO 2012/165797 A2 und WO 01/37366 A1 zeigen verschiedene Arten von bekannten Antennenstrukturen.
Es besteht der Bedarf, ein verbessertes Konzept für ein Antennenelement zu schaffen, das eine hohe Flexibilität zur Implementierung einer Antenne mit gewünschter Antennencharakteristik bietet und/oder eine gute Ausnutzung des Bauraums ermöglicht.
Diesem Bedarf wird durch den Gegenstand der Ansprüche Rechnung getragen.
Ausführungsbeispiele basieren auf der Erkenntnis, dass durch die dreidimensionale Modellierung einer flächigen Antennenelektrode (Patch) eine gezielte Einstellung der Antennencharakteristik zur Erreichung einer gewünschten Antennencharakteristik ermöglicht wird. Zusätzlich könnte durch die Erschließung der dritten Dimension Bauraum im Bereich des Antennenelements geschaffen werden.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Antennenelement, das eine flächenförmige Antennenelektrode umfasst, die eine Hauptoberfläche mit zumindest einer Vertiefung und einer Erhöhung aufweist.
Durch die dreidimensionale Modulation der Antennenfläche kann beispielsweise eine individuelle Anpassung der Patch-Verformung zuzüglich der Antennenanforderungen an den Bauraum erfolgen. Ferner kann beispielsweise eine Adaptionsmöglichkeiten hinsichtlich der Antenneneigenschaften (z.B. Eingangsimpedanz, Strahlungseigenschaften) und der geometrischen Randbedingungen (z.B. zur Verfügung stehender Bauraum) geschaffen werden. Zusätzlich könnte eine Funktionserweiterung des Antennentyps (z.B. Mikrostreifenleitungsantenne) geschaffen werden. Durch die Verformungen kann beispielsweise je nach Bauraum aber auch Antennenanforderungen die Antennen angepasst und optimiert werden. Es könnten sowohl die Antenneneigenschaften als solches (Eingangsimpedanz, Strahlungseigenschaften) als auch die geometrische Form in Bezug auf die Ausnutzung eines gegebenen Bauraums beeinflusst werden.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Hauptoberfläche der Antennenelektrode in einer Draufsicht Knickkanten in zumindest zwei unterschiedlichen Richtungen aufweist. Dadurch kann die Richtungscharakteristik der Antenne in unterschiedlichen Richtungen gezielt beeinflusst werden.
Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Antennenelement mit einer Antennenelektrode, deren Hauptoberfläche eine Mehrzahl von ebenen Teilflächen aufweist.
Beispielsweise kann eine erste Teilfläche der Mehrzahl von ebenen Teilflächen und eine zweite Teilfläche der Mehrzahl von ebenen Teilflächen entlang einer Kante aneinander anschließen und einen sich an einer ersten Seite der Hauptoberfläche öffnenden Winkel zwischen 90° und kleiner 180° (oder kleiner als 175°) einschließen. Zusätzlich können die zweite Teilfläche der Mehrzahl von ebenen Teilflächen und eine dritte Teilfläche der Mehrzahl von ebenen Teilflächen entlang einer Kante aneinander anschließen und einen sich an einer der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite der Hauptoberfläche öffnenden Winkel zwischen 90° und kleiner 180° (oder kleiner als 175°) einschließen.
Dadurch kann beispielsweise eine Randlänge der Antennenelektrode im Vergleich zu einer vollständig ebenen Antennenelektrode verlängert werden und so die Resonanzfrequenz verändern.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Antennenelement ein Substrat auf dem die Antennenelektrode geformt ist. Ferner kann eine Masse-Elektrode an einer der Antennenelektrode gegenüberliegenden Seite des Substrats angeordnet sein.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Substrat einen außerhalb der Antennenelektrode abfallenden Randbereich aufweisen, sodass auf einer der Antennenelektrode gegenüberliegenden Seite des Substrats ein von dem Substrat teilweise umgebener Bauraum vorhanden ist.
Der Bauraum kann beispielsweise genutzt werden, um elektrische Komponenten unterzubringen. Die elektrischen Komponenten können zum Beispiel zur Speisung der Antennenelektrode mit zu sendenden Signalen oder zur Weiterverarbeitung von über die Antennenelektrode empfangenen Signalen ausgelegt sein.
In Ausführungsbeispielen kann die Antennenelektrode einen Einspeiseanschluss an einer Symmetrieachse der Hauptoberfläche der Antennenelektrode aufweisen. Dadurch können beispielsweise zirkulare polarisierte Signale empfangen oder gesendet werden.
In manchen Ausführungsbeispielen kann die Antennenelektrode eine Mehrzahl schlitzförmiger Ausnehmungen aufweisen.
Dadurch kann die umlaufende Randlänge der Antennenelektrode beispielsweise vergrößert werden, sodass die Fläche der Antennenelektrode reduziert wird.
Die schlitzförmigen Ausnehmungen können an den der Mitte der Antennenelektrode zugewandten Enden der schlitzförmigen Ausnehmungen breiter sein als an den gegenüberliegenden Enden der schlitzförmigen Ausnehmungen.
Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Empfänger, Sender oder Sendeempfänger mit einem Antennenelement nach dem vorgeschlagenen Konzept.
Einige Ausführungsbeispielen beziehen sich auf ein Fahrzeug mit einem Antennenelement nach dem vorgeschlagenen Konzept.
Einige Ausführungsbeispielen beziehen sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Antennenelements, das ein Herstellen einer flächenförmigen Antennenelektrode auf einem Teil einer Oberfläche eines Substrats umfasst. Dabei weist der Teil der Oberfläche des Substrats, auf dem die Antennenelektrode hergestellt wird, zumindest eine Vertiefung und eine Erhöhung auf.
Durch die Herstellung der Antennenelektrode auf einem die Topographie vorgebenden Substrate kann beispielsweise auf einfache Weise ein Antennenelement mit dreidimensionaler Modulation der Antennenelektrode hergestellt werden.
Figurenkurzbeschreibung
Weitere Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele, auf welche Ausführungsbeispiele generell jedoch nicht insgesamt beschränkt sind, näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht und eines Seitenansicht eines Antennenelement;
2 eine schematische Darstellung eines Antennenelements in Bezug auf eine Referenzebene;
3 eine schematische Darstellung eines Antennenelements in Bezug auf eine Referenzebene;
4 eine schematische Darstellung eines Antennenelements mit einer Mehrzahl von ebenen Teilflächen;
5 eine schematische Darstellung eines Antennenelements mit Knicken in unterschiedlichen Richtungen;
6A eine Draufsicht auf ein Antennenelement;
6B eine Schrägansicht auf ein Antennenelement;
7 einen Verlauf des Reflexionskoeffizienten eines Antennenelements über die Frequenz;
8A–8F eine schematische Darstellung von unterschiedlichen Antennenelementgeometrien;
9A eine Draufsicht auf ein Antennenelement;
9B eine Schrägansicht auf das in 9A gezeigte Antennenelement;
10 eine Rückansicht eines Antennenelements;
11 eine schematischer Querschnitt eines Antennenelements;
12 einen Verlauf des Reflexionskoeffizienten eines Antennenelements über die Frequenz;
13A einen Verlauf des Axialverhältnisses eines Antennenelements über die Frequenz;
13B einen Verlauf des Axialverhältnisses eines Antennenelements über den Winkel;
14 ein Antennendiagramm eines Antennenelements;
15 ein Blockdiagramm einer Antenne;
16 ein Schaltbild eines rauscharmen Verstärkers;
17 einen Verlauf des Transmissionskoeffizienten eines Antennenelements über die Frequenz; und
18 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Antennenelements.
Beschreibung
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dickenabmessungen von Linien, Schichten und/oder Regionen um der Deutlichkeit Willen übertrieben dargestellt sein.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen. Ferner können zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet werden, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.
Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hier-in ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Figurenbeschreibung gleiche oder ähnliche Elemente.
Man beachte, dass ein Element, das als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „verkoppelt“ bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als „direkt verbunden“ oder „direkt verkoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Begriffe, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf ähnliche Weise interpretiert werden (z.B., „zwischen“ gegenüber „direkt dazwischen“, „angrenzend“ gegenüber „direkt angrenzend“ usw.).
Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ einer,” „ eine”, „eines ” und „der, die, das“ auch die Plural-formen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke wie z.B. „beinhaltet“, „beinhaltend“, „aufweist“, „umfasst“, „umfassend“ und/oder „aufweisend“, wie hierin verwendet, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
Solange nichts anderes definiert ist, haben sämtliche hierin verwendeten Begriffe (einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen) die gleiche Bedeutung, die ihnen ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele gehören, beimisst. Ferner sei klargestellt, dass Ausdrücke, z.B. diejenigen, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so zu interpretieren sind, als hätten sie die Bedeutung, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der einschlägigen Technik konsistent ist, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn zu interpretieren sind, solange dies hierin nicht ausdrücklich definiert ist.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht und einer Seitenansicht eines Antennenelements gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Antennenelement 100 umfasst eine flächenförmige Antennenelektrode 110. Dabei weist eine Hauptoberfläche 112 der Antennenelektrode 110 zumindest eine Vertiefung 114 und eine Erhöhung 116 auf.
Durch die dreidimensionale Modellierung einer flächigen Antennenelektrode (Patch) kann beispielsweise eine gezielte Einstellung der Antennencharakteristik zur Erreichung einer gewünschten Antennencharakteristik ermöglicht werden.
Die Antennenelektrode 110 ist beispielsweise auf einem Substrat geformt (z.B. abgeschieden) und weist eine flächenförmige Geometrie auf. In anderen Worten, die flächige Antennenelektrode 110 erstreckt sich in zwei Raumrichtungen (z.B. laterale Raumrichtungen bezüglich der Hauptoberfläche) deutlich weiter als in eine zu den zwei Raumrichtungen orthogonale, dritte Raumrichtung (z.B. vertikale Raumrichtung in Bezug auf die Hauptoberfläche). Beispielsweise weist die Antennenelektrode 110 in zwei (orthogonalen) lateralen Richtungen entlang der Hauptoberfläche 112 der Antennenelektrode 110 eine mehr als 10mal (oder mehr als 30mal oder mehr als 100mal) größere Ausdehnung auf als in einer vertikalen Richtung. Im Gegensatz dazu hat beispielsweise eine Dipolantenne oder Stabantenne eine in eine Richtung deutlich größere Abmessung als in die beiden dazu orthogonalen Richtungen. Die Antennenelektrode 110 besteht beispielsweise aus elektrisch leitfähigem Material.
Die Hauptoberfläche 112 der Antennenelektrode 110 ist beispielsweise jene Oberfläche der Vorderseite oder Rückseite der Antennenelektrode 110. Beispielsweise ist die Hauptoberfläche 112 der Antennenelektrode 110 die Oberfläche der Antennenelektrode, die einem Substrat (auf dem die Antennenelektrode geformt oder angeordnet ist) gegenüberliegt. Die Hauptoberfläche 112 der Antennenelektrode 110 ist zum Beispiel von einem Rand der Antennenelektrode 110 begrenzt. Die Länge des Randes der Hauptoberfläche 112 der Antennenelektrode 110 kann beispielsweise die Resonanzfrequenz der Antenne maßgeblich bestimmen.
Die Hauptoberfläche 112 der Antennenelektrode 110 weist zumindest eine Vertiefung 114 und eine Erhöhung 116 auf. In anderen Worten, die Hauptoberfläche 112 der Antennenelektrode 110 weist zumindest in einem Teilbereich eine von einer ebenen Geometrie abweichende Geometrie auf. Eine Vertiefung 114 in der Oberfläche kann beispielsweise ein flächenförmiger, linienförmiger oder punkförmiger Teil der Hauptoberfläche 112 sein, der tiefer liegt als benachbarte Teile der Hauptoberfläche 112. Entsprechend kann eine Erhöhung 116 ein flächenförmiger, linienförmiger oder punkförmiger Teil der Hauptoberfläche 112 sein, der höher liegt als benachbarte Teile der Hauptoberfläche 112. In anderen Worte, eine Vertiefung 114 und eine Erhöhungen 116 sind beispielsweise Unebenheiten der Hauptoberfläche 112, die sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Die eine Vertiefung 114 und eine Erhöhungen 116 können beispielsweise als lokales Minimum oder lokales Maximum in der Topographie der Hauptoberfläche 112 angesehen werden. Die ein oder mehreren Vertiefungen 114 und die ein oder mehreren Erhöhungen 116 können sich beispielsweise innerhalb der Hauptoberfläche 112 befinden (wie z.B. in 1 schematisch gezeigt) oder am Rand der Hauptoberfläche 112 befinden (wie z.B. später bei 5 beschrieben) oder sich von innerhalb der Hauptoberfläche 112 bis an den Rand der Hauptoberfläche 112 erstreckt (wie z.B. später bei 4 gezeigt).
Das Antennenelement 100 kann ein Substrat umfassen, auf dem die Antennenelektrode 110 geformt ist. Das Substrat kann beispielsweise aus einem formstabilen, elektrisch isolierendem Material (z.B. Kunststoff) bestehen und kann bereits eine Oberflächengeometrie aufweisen, die die Antennenelektrode 110 haben soll. Die Antennenelektrode 110 kann beispielsweise durch eine Abscheidung von leifähigem Material oder durch direktes Laserstrukturieren (LDS, laser direct structuring) zur Metallisierung der Substratoberfläche erzeugt werden.
Zusätzlich kann das Antennenelement 100 eine Masse-Elektrode umfassen, die an einer der Antennenelektrode 110 gegenüberliegenden Seite des Substrats angeordnet ist. Die Masse-Elektrode kann zum Beispiel mit demselben Verfahren, wie die Antennenelektrode 110, oder einem anderen Verfahren zur Metallisierung von Oberflächen hergestellt werden.
Im Betrieb des Antennenelements 100 kann die Masse-Elektrode auf einem Referenzpotential (Massepotential) gehalten werden und die Antennenelektrode 110 mit einem zu sendenden Signal gespeist werden oder ein empfangenes Signal an der Antennenelektrode 110 abgegriffen werden.
Die Antennenelektrode 110 weist beispielsweise zumindest einen Einspeiseanschluss auf. Über den Einspeiseanschluss kann ein zu sendendes Signal in die Antennenelektrode 110 zur Abstrahlung eingespeist werden oder ein über die Antennenelektrode 110 empfangenes Signal abgegriffen werden. Der Einspeiseanschluss kann beispielweise auf einer Symmetrieachse der Hauptoberfläche 112 der Antennenelektrode 110 angeordnet sein. Von der Lage des Einspeiseanschlusses kann beispielsweise die Polarisationseigenschaft (z.B. linear oder zirkular polarisiert) von gesendeten oder empfangenen Signalen abhängen.
Über das Antennenelement 100 können beispielsweise elektromagnetische Wellen empfangen und/oder abgestrahlt werden. Die Antennenelektrode 110 kann beispielsweise je nach Art und Frequenz der zu sendenden oder zu empfangenden Signale dimensioniert werden. Beispielsweise kann die Antennenelektrode eine maximale laterale Ausdehnung (größte Ausdehnung in eine Richtung entlang der Hauptoberfläche) von weniger als 1m (oder weniger als 1cm, weniger als 2cm, weniger als 5cm, weniger als 10cm oder weniger als 50cm) aufweisen (z.B. für eine GPS-Empfangsantenne oder Mobilfunkantenne).
Das Antennenelement 100 kann beispielsweise als Sende- und/oder Empfangsantenne für einen Empfänger, Sender oder Sendeempfänger verwendet werden (z.B. einen GPS-Empfänger, ein Mobiltelefon, eine Basisstation oder eine Relaystation). Beispielsweise kann ein vorgeschlagenes Antennenelement in einem GPS-Empfänger, einem Mobiltelefon, einer Basisstation oder einem Computer integriert sein oder an einem Fahrzeug (z.B. PKW, LKW, Motorrad, Boot oder Flugzeug) fest installiert sein und von einem GPS-Empfänger oder einem anderen Empfänger, Sender oder Sendeempfänger in dem Fahrzeug verwendet werden.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Antennenelements gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Antennenelement 200 umfasst eine flächenförmige Antennenelektrode 110. Dabei weist eine Hauptoberfläche 112 der Antennenelektrode 110 zumindest eine Vertiefung 114 und eine Erhöhung 116 auf. Die zumindest eine Erhöhung 116 und die zumindest eine Vertiefung 114 liegen auf gegenüberliegenden Seiten einer Referenzebene 210 liegen. Die Referenzebene 210 ist jene Ebene, die den kleinsten quadratischen Mittelwert des orthogonalen Abstands 212 der Hauptoberfläche 112 der Antennenelektrode 110 zu der Referenzebene 210 aufweist.
Die Referenzebene 210 ist eine virtuelle Ebene, die für unterschiedliche Geometrien von unterschiedlich geformten Hauptoberflächen von Antennenelektroden unterschiedlicher Antennenelemente eine unterschiedliche Lage relativ zu den unterschiedlichen Hauptoberflächen haben kann, jedoch für jede Hauptoberfläche durch ihre Definition über den kleinsten quadratischen Mittelwert (RMS, root mean square) eindeutig bestimmt ist. Der orthogonale Abstand zwischen der Hauptoberfläche 112 und der Referenzebene 210 kann in jedem Punkt der Hauptoberfläche 112 bestimmt werden und entspricht der Distanz zwischen der Hauptoberfläche 112 und der Referenzebene 210 gemessen orthogonal zu der Referenzebene 210.
Beispielsweise liegt die zumindest eine Vertiefung 114 unterhalb (also auf einer ersten Seite) der Referenzebene 210 und die Erhöhung 116 oberhalb (also auf einer zweiten Seite) der Referenzebene 210. Die Vertiefung 114 kann der auf der ersten Seite am weitesten von der Referenzfläche 210 entfernte Punkt (oder Linie oder Fläche) der Hauptoberfläche 112 sein. Entsprechend kann die Erhöhung 116 der auf der zweiten Seite am weitesten von der Referenzfläche 210 entfernte Punkt (oder Linie oder Fläche) der Hauptoberfläche 112 sein. Weist die Hauptoberfläche 112 mehrere Vertiefungen und/oder Erhöhungen auf können diese gleiche oder unterschiedliche Entfernungen zur Referenzebene aufweisen und entsprechend lokale oder globale Minima oder Maxima bezüglich der Topographie der Hauptoberfläche 112 darstellen.
Die Erhöhung 116 und die Vertiefung 114 können je nach gewünschten Antenneneigenschaften unterschiedlich stark ausgeprägt sein. Beispielsweise können die Erhöhung 114 und die Vertiefung 116 einen orthogonalen Abstand zu der Referenzebene von mehr als 0,1 mm (oder mehr als 0,5mm, mehr als 1mm oder mehr als 5mm) aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können die Erhöhung 114 und die Vertiefung 116 einen orthogonalen Abstand zu der Referenzebene von weniger als einer maximalen lateralen Ausdehnung L_max (oder weniger als 0,5 × L_max, weniger als 0,2 × L_max, weniger als 0,1 × L_max oder weniger als 0,05 × L_max) der Antennenelektrode 110 (oder des Antennenelements) aufweisen. Beispielsweise kann können die Erhöhung 114 und die Vertiefung 116 einen orthogonalen Abstand zu der Referenzebene von weniger als 1 m (oder weniger als 1cm, weniger als 2cm, weniger als 5cm, weniger als 10cm oder weniger als 50cm) aufweisen.
Die maximale laterale Ausdehnung L_max der Gesamtstruktur (der Antennenelektrode) kann beispielsweise bei im Wesentlichen rechteckigen Grundflächen der längsten Kantenlänge oder bei im Wesentlichen kreisförmigen Grundflächen dem Durchmesser entsprechen. Die maximale laterale Ausdehnung L_max der Antennenelektrode 110 (Patch-Größe) kann beispielsweise kleiner als 1m (oder weniger als 1cm, weniger als 2cm, weniger als 5cm, weniger als 10cm oder weniger als 50cm). Z.B. im Automobilkontext ließe sich eine solche Fläche noch sinnvoll umsetzen, z.B. Ausnutzung der Dachfläche. Die Modulation der Oberfläche, d.h. die Auslenkung um die Referenzfläche, kann sich beispielsweise zwischen einem Wert größer Null und L_max bewegen.
2 zeigt ein Beispiel einer Hauptoberfläche 112 mit unterschiedlich gekrümmten Bereichen am Ort der Vertiefung 114 und der Erhöhung 116. Durch die gekrümmte Oberfläche entsteht z.B. am Ort der Vertiefung 114 und der Erhöhung 116 keine Kante oder kein Knick, sondern eine kontinuierliche Oberfläche.
Im Vergleich zeigt 3 ein Ausführungsbeispiel eines Antennenelements 200 mit einer Antennenelektrode 110 mit Kanten oder Knicken an den Stellen der einen oder mehreren Vertiefungen 114 und der einen oder mehreren Erhöhungen 116. Beispielweise kann die Hauptoberfläche 112 mehrere ebenen Teilflächen aufweisen, die an den Rändern der Teilflächen miteinander verbunden sind und so Kanten oder Knicke bilden.
Weitere Details des Antennenelements der 2 oder 3 sind in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einem oder mehreren der vorhergehend oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele erwähnt. Das Antennenelements der 2 oder 3 kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einem oder mehreren der vorhergehend oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele (z. B. 1 oder 4–18) erklärt sind.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Antennenelements gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Antennenelement 400 umfasst eine flächenförmige Antennenelektrode 110. Dabei weist eine Hauptoberfläche 112 der Antennenelektrode 110 eine Mehrzahl von ebenen Teilflächen auf. Dabei schließen eine erste Teilfläche 410 der Mehrzahl von ebenen Teilflächen und eine zweite Teilfläche 420 der Mehrzahl von ebenen Teilflächen entlang einer Kante 412 aneinander an und schließen einen sich an einer ersten Seite der Hauptoberfläche öffnenden Winkel 422 zwischen 90° und 175° (oder z.B. zwischen 130° und 170°) ein. Ferner schließen die zweite Teilfläche 420 der Mehrzahl von ebenen Teilflächen und eine dritte Teilfläche 420 der Mehrzahl von ebenen Teilflächen entlang einer Kante 432 aneinander an und schließen einen sich an einer der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite der Hauptoberfläche öffnenden Winkel 423 zwischen 90° und 175° (oder z.B. zwischen 130° und 170°) ein.
Durch die Verwendung von ebenen Teilflächen die mit unterschiedlichen Winkeln aneinander anschließen kann die Kantenlänge der Antennenelektrode im Vergleich zu einer ebenen Antennenelektrode verändert werden und/oder die Antennencharakteristik an eine gewünschte Charakteristik angepasst werden.
Eine ebene Teilfläche ist ein ebener Teil der Hauptoberfläche 112. Dabei wird eine herstellungsbedingte Oberflächenrauigkeit der Antennenelektrode 110 nicht berücksichtigt.
Beispielsweise kann die Kante 412 zwischen der ersten Teilfläche 410 und der zweiten Teilfläche 420 eine linienförmige Erhöhung der Hauptoberfläche 112 darstellen und die Kante 432 zwischen der dritten Teilfläche 430 und der zweiten Teilfläche 420 eine linienförmige Vertiefung der Hauptoberfläche 112 darstellen.
Die Hauptoberfläche 112 kann aus mehr als drei ebenen Teilflächen aufgebaut sein. Beispielsweise kann die Mehrzahl von Teilflächen zwischen 10 und 100 (oder zwischen 20 und 50) ebene Teilflächen umfassen.
Weitere Details des Antennenelements der 4 sind in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einem oder mehreren der vorhergehend oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele erwähnt. Das Antennenelements der 4 kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einem oder mehreren der vorhergehend oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele (z. B. 1–3 oder 5–18) erklärt sind.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Antennenelements gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Antennenelement 500 umfasst eine flächenförmige Antennenelektrode 110. Dabei weist eine Hauptoberfläche 112 der Antennenelektrode 110 in einer Draufsicht Knickkanten 510, 520 in zumindest zwei unterschiedlichen Richtungen 512, 522 auf.
Durch die Verwendung eines Antennenelements mit einer in mehreren Richtungen dreidimensional modellierten Antennenelektrode kann die Antennencharakteristik sehr genau an eine gewünschte Antennencharakteristik angepasst werden.
Die beiden Knickkanten 510, 520 können beispielsweise beide Erhöhungen oder Vertiefungen der Hauptoberfläche 112 darstellen. Ferner kann ein oder mehrere der Ecken 530 des Rands der Antennenelektrode eine Vertiefung oder eine Erhöhung der Hauptoberfläche 112 darstellen.
Die zumindest zwei unterschiedlichen Richtungen 510, 520 können zwei orthogonale Richtungen sein oder beispielsweise zwei Richtungen sein, die einen Winkel zwischen 30° und 90° einschließen.
Weitere Details des Antennenelements der 5 sind in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einem oder mehreren der vorhergehend oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele erwähnt. Das Antennenelements der 5 kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einem oder mehreren der vorhergehend oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele (z. B. 1–4 oder 6A–18) erklärt sind.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine oberflächenmodulierte Patch-Antenne. Dabei kann beispielsweise eine Methode zur Verkleinerung einer Patch-Antenne, eine veränderte Formung der Patch-Fläche (Schlitzförmige Einzüge), mit einer dreidimensionalen Verformung kombiniert werden. Beispielsweise kann die flächenförmige Antennenelektrode eine Mehrzahl schlitzförmigen Ausnehmungen aufweisen.
Beispielsweise kann die Verformung, wie in 6A und 6B gezeigt, vorgenommen werdne. Diese Verformung (der Antennenelektrode) kann z.B. je nach Höhe der angehobenen Punkte zu einer Reduktion der Resonanz bei gleicher Antennengrundfläche führen. 6A und 6B zeigen beispielsweise Ausführungen einer geschlitzten Patch-Antenne (Antennenelektrode) mit dreidimensional modulierter Oberfläche. Das gezeigte Antennenelement 600 weist eine in 6A in einer Draufsicht gezeigte Antennenelektrode 110 auf. Dabei ist mit g die Länge der Antennenelektrode 110 mit x_s und y_s die Länge der schlitzförmigen Ausnehmungen 620 und mit S_p die lage des Einspeiseanschlusses 630 in der Diagonale der Antennenelektrode 110 gezeigt. 6B zeigt eine Schrägansicht der auf einem Substrat 640 geformten Antennenelektrode 110.
Für eine Anhebung der Substratfläche um h = 2.7 mm ist der Eingangsreflexionsfaktor gegenüber einer Patch-Antenne mit gleicher Grundfläche in 7 dargestellt. Dabei ist die Eingangsanpassung der modulierten geschlitzten Patch-Antenne 710 (h = 2.7 mm) gegenüber planarer Anordnung 720 auf gleicher Grundfläche gezeigt.
8A–8F zeigen Prinzipskizzen von verschiedenen Arten der Oberflächenmodulation. Wie in den 8A–8C zu erkennen, kann diese ausschließlich auf der Fläche des Patches (der Antennenelektrode) erfolgen. Dies kann beispielsweise zu einer Verlängerung der strahlenden Kanten durch die Ausformung in der dritten Dimension führen. Je nach Bauraum könnte so eine optimale Anpassung der Antenne an diesen erfolgen.
8D–8E zeigen weitere mögliche Verformungen bei der diese außerhalb der eigentlichen Patch-Fläche durchgeführt werden. Darüber kann neben der Anpassung an den Bauraum beispielsweise je nach Art der Knickung eine Beeinflussung der Richteigenschaften erfolgen. Es ist ebenfalls eine Kombination aus beiden Verformungen möglich, wie in 8F gezeigt.
Gemeinsam haben beispielsweise alle denkbaren Oberflächenverformungen, dass sich damit die Eigenschaften der Antennen beeinflussen lassen und sich so eine zusätzliche Möglichkeit zur Verbesserungen der Antenneneigenschaften im Kontext ihrer Anwendung ergeben können.
8A–8F zeigen beispielsweise Verformung der Patch-Antennenfläche, außerhalb der Patch-Antennenfläche und deren Kombination. Die Beispiele zeigen jeweils schematisch auf gegenüberliegenden Seiten eines Substrats 640 angeordnete Antennenelektroden 110 und Masse-Elektroden 810.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Antennenelement mit einer Antennenelektrode auf einem Substrat. Dabei weist das Substrat einen außerhalb der Antennenelektrode abfallenden Randbereich auf, sodass auf einer der Antennenelektrode gegenüberliegenden Seite des Substrats ein von dem Substrat teilweise umgebener Bauraum vorhanden ist. Zum Beispiel bildet der abfallende Rand schräge oder senkrechte Seitenwände eines von dem Substrat teilweise umschlossenen Bauraums.
9A (Draufsicht) und 9B (Schrägansicht mit teilweise transparent dargestellten Teilen) zeigen ein Beispiel für ein Antennenelement 900 mit einer auf einem Substrat 640 angeordneten Antennenelektrode 110. Die Antennenelektrode 110 weist schlitzförmige Ausnehmungen 620 auf (ähnlich wie in 6A und 6B beschrieben, slotted patch). Die schlitzförmigen Ausnehmungen können an den der Mitte der Antennenelektrode zugewandten Enden der schlitzförmigen Ausnehmungen breiter sein als an den gegenüberliegenden Enden der schlitzförmigen Ausnehmungen. Zusätzlich ist das Substrat 640 (z.B. 3d Antennensubstrat) außerhalb der Antennenelektrode 110 geformt, sodass sich unter dem Substrat 640 Bauraum für elektronische Komponenten ergibt. Beispielsweise können in dem von dem Substrat 640 teilweise umgebenen Bauraum elektrische Komponenten zur Speisung der Antennenelektrode 110 mit zu sendenden Signalen oder zur Weiterverarbeitung von über die Antennenelektrode 110 empfangenen Signalen angeordnet sein.
Die elektronischen Komponenten können beispielsweise auf einem Querbalken 910 (z.B. Platine, crossbar) angeordnet sein, der sich in dem Bauraum befindet und an dem Substrat befestigt ist. Die Länge des Antennenelements 900 ist in diesem Beispiel mit l_patch markiert (z.B. zwischen 1cm und 10cm, z.B. 36,5mm). Beispielsweise kann ein Winkel zwischen dem abfallenden Rand des Substrats 640 und einer Referenzebene, wie sie beispielsweise in Zusammenhang mit 2 und 3 definiert ist, zwischen 20° und 90° (oder zwischen 30° und 60°) liegen. Der abfallende Randbereich weist dabei beispielsweise eine Breite (gemessen von der Antennenelektrode weg) von mehr als 10% der Länge des Antennenelements l_patch und weniger als 50% der Länge des Antennenelements l_patch auf.
9A und 9B zeigen ein Beispiel eines Antennenelements mit oberflächenmoduliertem geschlitzten Patch und zusätzlicher umlaufender Knickung. Im Rahmen der Realisierung eines Antennenelements kann neben der Oberflächenmodulation eine zusätzliche umlaufende Knickung eingefügt werden, die eine weitere Reduktion der Resonanz bei gleicher Grundfläche ermöglichen kann. Weiterhin kann der entstandene Bauraum unter der Antenne beispielsweise zur Bauteilintegration genutzt werden.
10 zeigt eine Schrägansicht von der Rückseite des in 9A und 9B gezeigten Antennenelements 900. Der Querbalken ist beispielsweise ausschließlich am Einspeiseanschluss und den abfallenden Rändern des Substrats mit dem Substrat oder der Masse-Elektrode 810 verbunden. Dadurch kann eine Störung der Abstrahlcharakteristik des Antennenelements durch die Befestigung des Querbalkens 910 oder die elektronischen Komponenten gering gehalten werden.
Das Substrat 640 kann beispielsweise auf einer Grundplatte 1100 angeordnet sein und eine Form aufweisen, sodass zwischen dem Substrat 640 und der Grundplatte 1100 ein Hohlraum zur Unterbringung von elektrischen Komponenten vorhanden ist, wie es beispielsweise in dem Querschnitt der 11 gezeigt ist.
9A–11 zeigen beispielsweise ein 3d-Patchantennenelement.
Das in 9A und 9B gezeigte Konzept kann beispielsweise als aktive Antenne für ziviles GPS (fMitte = 1,575 GHz) eingesetzt werden. Um die Funktionsfähigkeit zu verbessern, kann eine geschlitzte Patchantenne, kombiniert mit einer 3D-Modulation der Substratoberfläche, verwendet werden. Die vorgeschlagene Antenne kann eine Eingangsanpassung besser als 10 dB in einem 50-Ω-System bereitstellen. Es kann eine rechtsdrehende Zirkularpolarisation (RHCP; RHCP = Right Hand Circular Polarization) mit einem Achsenverhältnis (AR; AR = Axial Ratio) von weniger als 3 dB im oberen Halbraum erhalten werden.
Beispielsweise kann die geschlitzte Patchantenne bewertet und hinsichtlich der anvisierten Anwendung auf einem planaren Substrat optimiert werden. Die Patchantenne kann auf unterschiedlich modulierte Oberflächen angewandt und wieder angepasst werden. Die beschriebene Modulation erfolgt beispielsweise, indem das ganze Antennensubstrat, einschließlich der Massenflächen-Seite, gefaltet wird. Einige mögliche, untersuchte Gestaltungen sind in 8A–8F gezeigt. Es lässt sich feststellen, dass die 3D-Modulation zu einer Verringerung der Grundfläche führen kann, wobei mehr Raum in der Höhe verwendet wird. Die ursprünglich planare Struktur der Patchantenne kann unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Integrationsraums optimiert werden. Dies kann helfen eine optimale Nutzung des verfügbaren Volumens zu gewährleisten. Zusätzlich kann der sich ergebende Raum unter der modulierten Patchantenne verwendet werden, um ein Schaltungslayout zu integrieren, wie dies z.B. für den LNA in 15 und 16 erfolgt.
In 6A ist die geschlitzte, rechteckige Patchantenne gezeigt. Die Schlitze werden z.B. verwendet, um die rechtsdrehende Zirkularpolarisation zu erzeugen und um die geometrischen Abmessungen der Antenne zu verringern. Die Einspeisung erfolgt beispielsweise unter Verwendung einer koaxialen Speisung, die auf der diagonalen Achse positioniert ist. Ein Variieren der Position 630 der Speisung kann die Eingangsimpedanz abstimmen, wodurch die Antenne z.B. an den Eingang des folgenden LNA angepasst werden kann. Anstelle von geraden Schlitzen (z.B. K.-L. WONG und J.-Y. Wu, "Single-feed small circularly polarised square microstrip antenna," Electronics Letters (Volume: 33, Issue: 22), pp. 1833–1834, 23 Oct. 1997.) können die Schlitze im Mittelteil verbreitert werden, wodurch die Ränder zusätzlich verlängert werden (6A).
Die Antennenoberfläche kann unter der Patchoberfläche moduliert werden, wie es beispielsweise in der zu den 9A, 9B und 10 passenden Seitenansicht gezeigt ist (11). Die Zirkularpolarisation ist beispielsweise möglichst ungestört, wenn die Symmetrien entlang der x- und y-Achse möglichst aufrechterhalten werden. Aufgrund der Modulation werden die Länge der Ränder und die Schlitzbreite auf der gleichen Grundfläche erweitert, wodurch die Resonanzfrequenz z.B. verringert werden kann. Neben der Oberflächenmodulation direkt unter der Patch-Oberfläche können die Seitenteile nach unten und leicht nach außen gefaltet werden (11), um z.B. zusätzlichen Raum zum späteren Integrieren einer LNA-Schaltung zu erhalten. In einem Beispiel kann eine Optimierung der Antenne zu einer Gesamthöhe von h_total = 12,5 mm und einer Länge der Grundfläche von l_base = 64 mm führen. Die Länge des modulierten Patchs kann beispielsweise l_Patch = 36,5 mm und die Höhe kann aufgrund der Patch-Modulation h_Patch = 3 mm (maximaler vertikaler Abstand zwischen höchstem und tiefsten Punkt der Hauptoberfläche der Antennenelektrode) betragen. Der sich ergebende Raum unter der Antenne kann verwendet werden, um einen kleinen Querbalken zu installieren, auf dem die Schaltungselemente platziert werden können. Dieser Querbalken ist beispielsweise nur an drei Punkten befestigt, um die Metallisierung der Massefläche unter der Patch-Fläche mit der Hauptoberflächen-Stromverteilung nicht oder nur wenig zu stören. Die Funktionsfähigkeit der Antenne wird durch diese Prozedur nur unwesentlich beeinflusst. Ein Festpunkt in der Mitte des Querbalkens kann verwendet werden, um den Einspeisepunkt der Antenne an den Eingang der folgenden LNA-Schaltung zu legen, wie es in 11 gezeigt ist.
Im Folgenden werden beispielhaft sowohl Mess- als auch die Simulationsergebnisse eines beispielsweise in 9A–11 gezeigten Antennenelements erörtert. Die relative Permittivität des verwendeten Epoxidharzes ist z.B. ε_r = 3,4 und der Verlusttangens beträgt tan δ = 0,018, wobei beide Werte bei 1 GHz gemessen wurden. Da der Permittivitätswert dieses Materials z.B. geringer ist als für Substratmaterialien, die oft für GPS-Patchantennen verwendet werden, nehmen z.B. die Abmessungen der Antenne zu. Die realisierte Verstärkung kann aufgrund der dielektrischen Verluste verringert werden. Bei einer Serienproduktion könnte ein LDS-Material für den spritzgegossenen Teil verwendet werden. Es stehen LDS-fähige Materialen mit Eigenschaften zur Verfügung, die mit denen von Materialien, die typischerweise für RF-Anwendungen eingesetzt werden, vergleichbar sind (A. Friedrich, Q. H. Dao und B. Geck, "Characterization of Electromagnetic Properties of MID Materials for High Frequency Applications up to 67 GHz," in 11th International Congress Molded Interconnect Devices 2014, Nuremberg/Fuerth, Germany, 2014.). Ferner können die Änderungen bei der Permittivität aufgrund der LDS-Lackierung des Epoxidharzteils während der Simulationen berücksichtigt werden. Aus diesem Grund wurde der Permittivitätswert für alle Simulationen auf ε_r = 3,29 gesetzt.
Für die Messungen und entsprechenden Simulationen wurde im Folgenden das Antennenelement der 9A–11 mit einem SMA-Steckverbinder (SubMiniature version A) für die Leiterplatten-Installation an dem Einspeisepunkt in Kontakt gebracht und auf einer Aluminium-Platte von 250 × 250 × 3 mm platziert. 12 zeigt den simulierten und gemessenen Reflexionsverlust der Antenne. In dem anvisierten Frequenzbereich wird eine Eingangsanpassung besser als 10 dB erhalten (dies ist mit einer Linie gekennzeichnet). Die gemessene und simulierte Resonanzfrequenz weicht um etwa 25 MHz ab. Dies kann durch Differenzen bei der sich ergebenden Permittivität des LDS-lackierten Epoxidharzes bedingt sein. Die Bewertung der Strahlungscharakteristiken erfolgt auf der jeweiligen Resonanzfrequenz. 13A zeigt, dass das Achsenverhältnis AR auf der Resonanzfrequenz sowohl für die gemessenen als auch für die simulierten Werte minimal ist. Ein AR von 1,5 dB wird bei den Simulationen erhalten und von 2,8 dB für die gemessene Struktur. 13B zeigt, dass der Höchstwert des AR für nahezu den ganzen Halbraum weniger als 6 dB (simuliert) und weniger als 8 dB (gemessen) beträgt, in Fällen, in denen Störsignale zu erwarten sind. Die Strahlungscharakteristiken in 14 zeigen eine gute Übereinstimmung zwischen den Mess- und Simulationsergebnissen. Die maximale Antennenverstärkung beträgt in diesem Beispiel etwa –2,5 dBi am Zenit.
Der in den 9A–11 gezeigte 3D-Antennen-Entwurf erlaubt die Integration von Schaltungskomponenten, wie einem LNA oder einem Anpassungsnetzwerk, nahe dem Einspeisepunkt. Für eine aktive Antenne ist die Integration des LNA nahe dem Einspeisepunkt von besonderer Bedeutung für die Verringerung der Systemrauschzahl. Ein weiterer Aspekt ist, dass die Massefläche der Patchantenne die Schaltung auf dem Querbalken zusätzlich gegen elektromagnetische Störungen schützt. Die geringen Signalstärken z.B. bei GPS-Anwendungen unterstreichen die Bedeutung dieser Tatsache.
In einem vorgeschlagenen Beispiel für die Implementierung des LNA wird ein zweistufiger Ansatz verwendet. 15 zeigt ein Blockdiagramm einer Verstärkerschaltung, die an ein vorgeschlagenes Antennenelement angeschlossen sein kann. Da der erste Teil eines RF-Systems die Rauschzahl des Systems insgesamt am meisten beeinflusst, kann die erste Verstärkerstufe 1510 die Rauschzahl minimieren. Nach dieser ersten Stufe folgt z.B. ein Oberflächenwellenfilter 1520 (SAW-Filter; SAW = Surface Acoustic Wave) EPCOS SAW RF-Filter B3522 (EPCOS AG, "SAW Components-SAW RF filter GPS – B3522, Version 2.5," EPCOS AG, Munich, 2013.). Die zweite Verstärkerstufe 1530 braucht nicht so rauscharm zu sein, wie die erste Stufe. Somit können andere Aspekte als Entwurfsziel abhängig von der spezifischen Anwendung berücksichtigt werden. Die Versorgungsspannung kann so eingestellt werden, dass sie als Phantomspeisung von 3,3 V bereitgestellt wird.
Für das Layout der LNA-Schaltung kann der Integrationsraum berücksichtigt werden. Dies bedeutet z.B. im Einzelnen, dass der Schaltungsentwurf auf dem Querbalken passen und mit dem LDS-ProtoPaint-Verfahren realisierbar sein kann. Die Rückseite des Querbalkens kann metallisiert werden und mit der Masse der Patchantenne verbunden werden. Somit können die Patchantenne und die LNA-Schaltung die gleiche Massereferenz haben.
Wie bereits erwähnt, kann das Minimieren der Rauschzahl ein Entwurfsziel für die erste LNA-Stufe sein. Ferner könnte eine kleine Bandbreite die Unterdrückung ungewollter Signale insbesondere in dem Mobiltelefonkommunikation-Frequenzbereich gewährleisten. In Bezug auf diese möglichen Vorgaben kann der Verstärkerentwurf unter Verwendung von Rauschanpassung anstelle von Impedanzanpassung erfolgen. 16 zeigt eine schematische Darstellung der ersten Stufe 1510 des entworfenen LNA. Es handelt sich z.B. um einen Klasse-A-Verstärker basierend auf dem Transistor BFP640FESD von Infineon und einem Referenzentwurf des Herstellers (T. Anthony und D. C.-I. Lin, "LNA BFP640FESD for GPS 1575MHz Application – Application Note: AN194," Infineon, 2010.). Der über die Widerstände R1 und R2 eingestellte Arbeitspunkt kann für eine minimale Rauschzahl optimiert werden, die hauptsächlich durch den Kollektorstrom beeinflusst wird. Um sicherzustellen, dass die Vorspannung unabhängig von dem RF-Teil der Schaltung erfolgt, können zwei Kopplungskondensatoren (C1, C2) integriert werden, die die DC-Spannung von dem Rest der Schaltung trennen können. Diese Kondensatoren können auch verwendet werden, um die Komplexität des Anpassungsnetzwerks im nächsten Schritt zu verringern. Die Eingangsrauschanpassung wird z.B. mit C1 realisiert und ein induktives Element L1 kann über einen großen Kondensator C3 mit der Masse verbunden weredn. Der Kondensator C3 ist z.B. ein Kurzschluss für RF-Signale und kann zudem verhindern, dass die Rauschanpassung durch die Vorspannungswiderstände beeinflusst wird. Die DC-Versorgung erfolgt über L1. Um eine bessere Frequenzselektivität zu erreichen, kann der Transistor mit einem Reihenschwingkreis belastet werden, der mit dem Kollektor des Transistors (L2, C4) verbunden ist. Der Vorspannungswiderstand R2 hat einen dämpfenden Effekt. Nahe an der Resonanz der LC-Schaltung ist es ein Kurzschluss zur Masse, der eine Reduzierung der Verstärkung bewirken kann. Mit dieser Technik kann ein Frequenzbereich von der Verstärkung ausgeschlossen werden und Selektivität kann erreicht werden. Um die Stabilität der Schaltung sicherzustellen, kann ein zusätzlicher Widerstand R3 mit dem Kopplungskondensator C2, parallel zu dem Ausgang, in Reihe geschaltet werden. Diese Elemente können die Verstärkung für niedrigere Frequenzen zusätzlich verringern. Der letzte Schritt ist z.B. das Anpassen des Ausgangs für die Leistungsübertragung. Dafür kann eine LC-Serienschaltung verwendet werden, die als zusätzlicher Tiefpassfilter (C5, L3) agiert.
Die simulierten Werte für die erste Stufe des LNA 1510 zeigen eine Rauschzahl von F_noise = 0,76 dB und eine Verstärkung G_LNA = 17 dB an. Die zweite Stufe des Verstärkers kann ein SAW-Filter 1520 für GPS-Anwendungen sein. Er verbessert z.B. die Selektivität des Verstärkers. Für die zweite LNA-Stufe 150 kann der gleiche Entwurf, wie für die erste Stufe verwendet werden.
Nachfolgend werden die gemessenen und simulierten RF-Eigenschaften des zweistufigen LNA entsprechend der vorhergehenden Beschreibung an einem Beispiel erörtert. Das Layout des zweistufigen Verstärkers berücksichtigt z.B. den Raum, der sich auf dem Querbalken unter der 3D-Patchantenne aus 9A–11 ergibt. 10 zeigt beispielsweise eine realisierte LNA-Schaltung, die auf dem Querbalken der vorgeschlagenen Antenne integriert ist. Für die Messungen wird z.B. ein SMA-Steckverbinder auf der Ausgangsseite verwendet. Die Leistungsversorgung kann über ein Bias-Verzweigung erfolgen. Auf der Eingangsseite kann z.B. eine halbstarre Leitung verwendet werden, um einen Kontakt zu dem LNA an dem Einspeisepunkt der Antenne herzustellen, ohne die Antenne anzuschließen.
17 zeigt die Größe des Transmissionskoeffizienten. Die Verstärkung in dem gewünschten Frequenzbereich – gekennzeichnet durch eine Linie – beträgt etwa 36 dB (simuliert) und 28,3 dB (gemessen). Die Differenzen können durch Komponententoleranzen bedingt sein. Ferner zeigen die Messergebnisse eine höhere bandexterne Unterdrückung. Bezugnehmend auf den Träger beträgt die Dämpfung auf den Mobiltelefonkommunikationsfrequenzen etwa 73 dB bei 827,5 MHz und 55 dB bei 1885 MHz.
Der 1-dB-Kompressionspunkt liegt bei etwa P_1dB,IN = 19,9 dBm. Dieser Wert ist vergleichbar mit anderen GPS-Verstärkern. Der gemessene, bandinterne IIP₃ ist IIP₃ = –5,1 dBm für die Eingangssignale f₁ = 1,574 GHz und f₂ = 1,576 GHz mit einer Eingangsleistung von P_in = –35 dBm. Der Schaltungsentwurf ist z.B. unter der 3D-Patchantenne vollständig integriert und ist z.B. mit dem 3D-LDS-Verfahren realisierbar. Ein Beispiel für einen anderen LNA ist auch in M/A-COM Technology Solutions Inc., "MAALSS0042-Low Noise Amplifier 1,575 GHz Datasheet, Rev. Vl" gezeigt.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf gefaltete flächenförmige Antennenelemente (Folded Patches), eine aktive dreidimensionale GPS-Patchantenne unter Verwendung von MID-Technologie und/oder eine geometrische Modulation von Mikrostreifenleitungsantennen oder Patch-Antennen.
Beispiele beziehen sich auf eine dreidimensionalen (3D) aktive Antenne, die im zivilen globalen Positionsbestimmungssystem (GPS; GPS = Global Positioning System) für eine Automobilanwendung betrieben werden kann. Beim Implementieren der Antenne kann ein Aspekt des vorgeschlagenen Konzepts verwendet werden, bei dem eine geschlitzte Patchantenne mit einer 3D-Oberflächenmodulation des Antennensubstrats kombiniert wird. Damit kann unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Bauraums eine Optimierung oder Verbesserung der Antennenabmessungen erreicht werden. Zudem kann der durch die Modulation der Antennenoberfläche gewonnene Raum verwendet werden, um die Schaltung eines rauscharmen Verstärkers (LNA; LNA = Low Noise Amplifier) zu integrieren. Dieser zweistufige LNA, der speziell für diese Anwendung entworfen werden kann, kann direkt unter der 3D-Oberfläche der Antenne untergebracht werden, wodurch eine minimale oder kleinere Sendeleitungslänge zwischen dem Einspeisepunkt und dem Eingang des LNA erreicht werden kann. Eine Implementierung kann unter Verwendung der dreidimensionalen Spritzgegossene-Schaltungsträger-Technologie (3D-MID-Technologie, MID = Molded Interconnect Device = spritzgegossener Schaltungsträger) erfolgen, wobei die 3D-Oberfläche mit dem Laser-Direkt-Strukturierungsverfahren (LDS-Verfahren; LDS = Laser Direct Structuring) metallisiert werden kann.
Die Möglichkeit, dreidimensionale Antennensubstrate zu realisieren, erlaubt z.B. den Entwurf von volumeneffizienten und funktionalen Antennen und RF-Schaltungen. Speziell bei Anwendungen, bei denen Antennen und Schaltungen kombiniert werden können, kann die 3D-MID-Technologie eine Reduzierung der Komplexität ermöglichen, da beide als ein Teil realisiert werden können. Im Automobilumfeld kann die Flexibilität von 3D-MID zusätzlich die unauffällige Integration von Funkdiensten in das Fahrzeugdesign ermöglichen (A. Friedrich, B. Geek, O. Klemp und H. Kellermann, "On the design of a 3D LTE antenna for automotive applications based on MID technology," in European Microwave Conference (EuMC), 6–10 Oct. 2013, Nuremberg, 2013.).
Die Flexibilität des Produktionsverfahrens lässt sich z.B. als ein Aspekt beim Erfüllen dieser Anforderungen nennen. Die 3D-MID-Technologie (molded interconnect device) erlaubt es, dass nahezu jede geformte Oberfläche eines Kunststoffteils metallisiert werden kann und bietet die erforderliche, hohe Flexibilität. Insbesondere in der Mobilfunkbranche ist dies ein häufig genutztes Verfahren, das das Kunststoffgehäuse von Mobiltelefonen als Substratmaterial für Antennen und RF-Schaltungen funktionalisiert.
In Zeiten von abnehmendem Platzangebot ist dies ein effizientes Verfahren unter Verwendung eines vorgegebenen Bauraums. Es gibt unterschiedliche Verfahren, die diese Kunststoffteile metallisieren (J. Franke, Three-Dimensional Molded Interconnect Devices (3D-MID) – Materials, Manufacturing, Assembly and Applications for Injection Molded Circuit Carriers, München: Carl Hanser Verlag, 2014). Ein Verfahren, das bereits für Serienproduktionen von RF- und Nicht-RF-Anwendungen eingesetzt wird, ist das LDS-Verfahren (laser direct structuring). Hierfür kann ein spezielles Kunststoffmaterial erforderlich sein, das mit einem organischen Metallkomplex dotiert ist. Nachdem die Oberfläche der Struktur mit einem Laser aktiviert worden ist, können die aktivierten Flächen Kupfer in einem stromfreien Cu-Bad absorbieren (R. Schlüter, B. Rösener, J. Kickelhain and G. Naundorf, "Completely additive laser-based process for the production of 3D MIDs – The LPKF LDS Process," in 5th Intemational Congress Molded Interconnect Devices, Erlangen, 2002). Als Alternative zu einem spritzgegossenen Teil mit dem LDS-fähigen Spezialkunststoff kann ein Lack, der sogenannte LPKF ProtoPaint, verwendet werden. Auf diese Weise kann ein 3D-Schaltungsträger realisiert werden, indem standardmäßige Stereolithographie-Prozesse angewandt werden. Die LDS-Fähigkeit kann danach mittels Lackierung erreicht werden. Dieses flexible Verfahren kann verwendet, um ein aktives Antennensystem nach dem vorgeschlagenen Konzept zu realisieren.
Es wurden verschiedene Beispiele einer aktiven Patchantenne gezeigt und erörtert. Entsprechend dem vorgeschlagenen Konzept wurde die Oberfläche der Patchantenne moduliert und gefaltet, wodurch die Grundfläche der Antenne verringert werden kann, während z.B. zusätzlicher Raum in der Höhe verbraucht wird. Der sich ergebende Raum unter der Antenne kann für die Integration einer LNA-Schaltung verwendet werden. Z. B. kann ein Antennenelement in einem Stereolithographie-Prozess realisiert werden und die Metallisierung unter Verwendung von LPKF ProtoPaint erfolgen. Ein vorgeschlagener LNA kann derart entwickelt sein, dass er unter der Antennenoberfläche integriert werden kann und die Anforderungen für einen GPS-LNA erfüllt werden kann. Eine vorgeschlagene aktive Antenne kann ein Beispiel sein, das die Möglichkeiten der 3D-MID-Technologie zeigt, um den Antennen- und Schaltungsentwurf für zukünftige Anforderungen an Funksysteme, insbesondere für Automobilanwendungen, zu verbessern.
Basierend auf dem vorgeschlagenen Konzept können beispielweise planare Aufbauten von Patch-Antennen vermieden werde, die z.B. (aufgrund der senkrecht zur Oberfläche wirkenden Richteigenschaften) die Anwendung von Applikationen, welche ein Rundstrahlverhalten erfordern (z.B. terrestrische Funkanwendungen), verhindern/beschränken. Im Gegensatz zum vorgeschlagenen Aufbau ist der 2D Aufbau durch den zur Verfügung stehenden Bauraum stark begrenzt, da die Verfügbarkeit der dritten Dimension ungenutzt bleibt. Eine Bauraumanpassung, die nur über planare Verkleinerungsmethoden möglich ist zzgl. Verschlechterung der Antenneneigenschaften, kann beispielsweise vermieden oder reduziert werden.
Durch eine dreidimensionale Modulation der Antennenfläche kann sowohl die Antennenfläche als solches als auch die dazugehörige Massefläche verformt werden, um eine Optimierung der Antenneneigenschaften zu erzielen. Dies kann eine deutliche Erweiterung der Möglichkeiten zur Antennenoptimierung dieses Antennentyps und außerdem zur Anpassung an gegebene Bauräume darstellen.
Konstruktiv kann dafür eine Verformung der Oberfläche eines Kunststoffteils erfolgen, welches als Antennensubstrat verwendet wird. Die anschließende Metallisierung kann auf der dreidimensionalen Oberfläche erfolgen.
18 zeigt Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Antennenelements. Das Verfahren 1800 umfasst ein Herstellen 1810 einer flächenförmigen Antennenelektrode auf einem Teil einer Oberfläche eines Substrats. Der Teil der Oberfläche des Substrats, auf dem die Antennenelektrode hergestellt wird, weist zumindest eine Vertiefung und eine Erhöhung auf.
Durch die Herstellung einer Antennenelektrode auf einem bereits vorgeformten Substrat kann auf einfach Art und Weise ein Antennenelement mit einer dreidimensional modulierten Antennenelektrode hergestellt werden.
Zusätzlich kann das Verfahren 1800 beispielsweise ein Herstellen 1820 einer Masse-Elektrode auf einer der Antennenelektrode gegenüberliegenden Seite des Substrats umfassen.
Konstruktiv kann beispielsweise eine Verformung (oder direkte Herstellung als Spritzgussteil) der Oberfläche eines Kunststoffteiles, welches als Antennensubstrat für die Realisierung einer Patch-Antenne verwendet wird, vorgenommen werden. Die anschließende Metallisierung kann auf der dreidimensionalen Oberfläche erfolgen.
Weitere Details des Verfahrens der 18 sind in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einem oder mehreren der vorhergehend oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele erwähnt. Das Verfahren der 18 kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einem oder mehreren der vorhergehend oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele (z. B. 1–17) erklärt sind.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der oben beschriebenen Verfahren, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Ein weiteres Ausführungsbeispiele ist auch ein digitales Speichermedium, das maschinen- oder computerlesbar ist, und das elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente so zusammenwirken können, dass eines der oben beschriebenen Verfahren ausgeführt wird.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2013/006788 A2 [0005]
US 6121932 [0005]
WO 2012/165797 A2 [0005]
WO 01/37366 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

K.-L. WONG und J.-Y. Wu, "Single-feed small circularly polarised square microstrip antenna," Electronics Letters (Volume: 33, Issue: 22), pp. 1833–1834, 23 Oct. 1997 [0100]
A. Friedrich, Q. H. Dao und B. Geck, "Characterization of Electromagnetic Properties of MID Materials for High Frequency Applications up to 67 GHz," in 11th International Congress Molded Interconnect Devices 2014, Nuremberg/Fuerth, Germany, 2014 [0102]
EPCOS AG, "SAW Components-SAW RF filter GPS – B3522, Version 2.5," EPCOS AG, Munich, 2013 [0105]
T. Anthony und D. C.-I. Lin, "LNA BFP640FESD for GPS 1575MHz Application – Application Note: AN194," Infineon, 2010 [0107]
A. Friedrich, B. Geek, O. Klemp und H. Kellermann, "On the design of a 3D LTE antenna for automotive applications based on MID technology," in European Microwave Conference (EuMC), 6–10 Oct. 2013, Nuremberg, 2013 [0114]
J. Franke, Three-Dimensional Molded Interconnect Devices (3D-MID) – Materials, Manufacturing, Assembly and Applications for Injection Molded Circuit Carriers, München: Carl Hanser Verlag, 2014 [0116]
R. Schlüter, B. Rösener, J. Kickelhain and G. Naundorf, "Completely additive laser-based process for the production of 3D MIDs – The LPKF LDS Process," in 5th Intemational Congress Molded Interconnect Devices, Erlangen, 2002 [0116]

Claims

Eine Antennenelement (100, 200, 300, 400, 500, 600, 900) umfassend eine flächenförmige Antennenelektrode (110), wobei eine Hauptoberfläche (112) der Antennenelektrode (110) zumindest eine Vertiefung (114) und eine Erhöhung (116) aufweist.
Antennenelement gemäß Anspruch 1, wobei die zumindest eine Erhöhung (116) und die zumindest eine Vertiefung (114) auf gegenüberliegenden Seiten einer Referenzebene liegen, wobei die Referenzebene (210) jene Ebene ist, die den kleinsten quadratischen Mittelwert des orthogonalen Abstands der Hauptoberfläche (112) der Antennenelektrode (110) zu der Referenzebene (210) aufweist.
Antennenelement gemäß Anspruch 2, wobei die Erhöhung (116) und die Vertiefung (114) einen orthogonalen Abstand zu der Referenzebene (210) von mehr als 0,1 mm aufweisen.
Antennenelement gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Erhöhung (116) und die Vertiefung (114) einen orthogonalen Abstand zu der Referenzebene (210) von weniger als einer maximalen lateralen Ausdehnung der Antennenelektrode (110) aufweisen.
Antennenelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erhöhung (116) eine flächenförmige Erhöhung, eine punktförmige Erhöhung oder eine linienförmige Erhöhung und die Vertiefung (114) eine flächenförmige Vertiefung, eine punktförmige Vertiefung oder eine linienförmige Vertiefung ist.
Antennenelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hauptoberfläche (112) der Antennenelektrode (110) in einer Draufsicht Knickkanten in zumindest zwei unterschiedlichen Richtungen aufweist.
Antennenelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hauptoberfläche (112) der Antennenelektrode (110) eine Mehrzahl von ebenen Teilflächen aufweist.
Antennenelement gemäß Anspruch 7, wobei eine erste Teilfläche (410) der Mehrzahl von ebenen Teilflächen und eine zweite Teilfläche (420) der Mehrzahl von ebenen Teilflächen entlang einer Kante (412) aneinander anschließen und einen sich an einer ersten Seite der Hauptoberfläche (112) öffnenden Winkel (422) zwischen 90° und kleiner 180° einschließen, wobei die zweite Teilfläche (420) der Mehrzahl von ebenen Teilflächen und eine dritte Teilfläche (430) der Mehrzahl von ebenen Teilflächen entlang einer Kante (432) aneinander anschließen und einen sich an einer der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite der Hauptoberfläche (112) öffnenden Winkel (423) zwischen 90° und kleiner 180° einschließen.
Antennenelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Substrat (640) auf dem die Antennenelektrode (110) geformt ist.
Antennenelement gemäß Anspruch 9, ferner umfassend eine Masse-Elektrode (810), die an einer der Antennenelektrode (110) gegenüberliegenden Seite des Substrats (640) angeordnet ist.
Antennenelement gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei das Substrat (640) einen außerhalb der Antennenelektrode (110) abfallenden Randbereich aufweist, sodass auf einer der Antennenelektrode (110) gegenüberliegenden Seite des Substrats (640) ein von dem Substrat (640) zumindest teilweise umgebener Bauraum vorhanden ist.
Antennenelement gemäß Anspruch 11, wobei in dem von dem Substrat (640) zumindest teilweise umgebene Bauraum elektrische Komponenten zur Speisung der Antennenelektrode (110) mit zu sendenden Signalen oder zur Weiterverarbeitung von über die Antennenelektrode (110) empfangenen Signalen angeordnet sind.
Antennenelement gemäß einem der Ansprüche 9–12, wobei das Substrat (640) auf einer Grundplatte (1100) angeordnet ist und eine Form aufweist, sodass zwischen dem Substrat (640) und der Grundplatte (1100) ein Hohlraum zur Unterbringung von elektrischen Komponenten vorhanden ist.
Antennenelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antennenelektrode (110) einen Einspeiseanschluss (630) an einer Symmetrieachse der Hauptoberfläche (112) der Antennenelektrode (110) aufweist.
Antennenelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antennenelektrode (110) eine maximale laterale Ausdehnung von weniger als 1 m aufweist.
Antennenelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antennenelektrode (110) eine Mehrzahl schlitzförmiger Ausnehmungen (620) aufweist.
Antennenelement gemäß Anspruch 16, wobei die schlitzförmigen Ausnehmungen (620) an den der Mitte der Antennenelektrode (110) zugewandten Enden der schlitzförmigen Ausnehmungen (620) breiter sind als an den gegenüberliegenden Enden der schlitzförmigen Ausnehmungen (620).
Empfänger, Sender oder Sendeempfänger mit einem Antennenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeug mit einem Antennenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren (1800) zum Herstellen eines Antennenelements mit folgendem Schritt: Herstellen (1810) einer flächenförmigen Antennenelektrode auf einem Teil einer Oberfläche eines Substrats, wobei der Teil der Oberfläche des Substrats, auf dem die Antennenelektrode hergestellt wird, zumindest eine Vertiefung und eine Erhöhung aufweist.