Die Erfindung betrifft eine Antenne zum Senden bzw. zum Empfang von Funksignalen, die auf einer Leiterplatte implementiert werden kann.The invention relates to an antenna for transmitting or receiving radio signals, which can be implemented on a circuit board.
Ein elektronisches Gerät, das eingerichtet ist, um über ein drahtloses Kommunikationsnetz zu kommunizieren, umfasst typischerweise mindestens eine Antenne zum Empfang und/oder zum Aussenden von Funksignalen. Dabei kann das elektronische Gerät eingerichtet sein, Funksignale über eine Vielzahl von unterschiedlichen Frequenzbändern, insbesondere über zwei unterschiedliche Frequenzbänder bzw. Frequenzbereiche, zu empfangen bzw. zu senden. Zu diesem Zweck kann das Gerät eine Mehrband-Antenne, insbesondere eine Dualband-Antenne, umfassen. Beispielhafte Dualband-Antennen können z.B. für die Frequenzbänder 2,4 - 2,5 GHz und 5,1 - 5,8 GHz, d.h. für WLAN (Wireless Local Area Network, bereitgestellt werden.An electronic device that is set up to communicate via a wireless communication network typically comprises at least one antenna for receiving and / or transmitting radio signals. The electronic device can be set up to receive or send radio signals over a multiplicity of different frequency bands, in particular over two different frequency bands or frequency ranges. For this purpose, the device can comprise a multi-band antenna, in particular a dual-band antenna. Exemplary dual band antennas can e.g. for the frequency bands 2.4 - 2.5 GHz and 5.1 - 5.8 GHz, i.e. for WLAN (Wireless Local Area Network).
Antennen benötigen für ihre Funktion typischerweise eine Bezugsmasse bzw. Bezugsebene. Die Größe und die Form einer derartigen Bezugsmasse haben typischerweise einen maßgeblichen Einfluss auf die Funktion und Abstrahlcharakteristik einer Antenne. Häufig soll eine Antenne als Leiterkartenstruktur oder als aufgesetzte Metallstruktur (z.B. als Stanz-Biegeteil) in verschieden große Leiterkarten eingesetzt werden. Die unterschiedlich großen Leiterkarten stellen für eine Antenne unterschiedlich ausgeprägte Bezugsmassen dar. Als Folge daraus wird typischerweise für jede Leiterkartengeometrie eine neue Antennenabstimmung benötigt. Eine derartige Antennenabstimmung kann durch Verändern der Antennenstruktur und/oder durch Verwenden eines sogenannten „Matching-Circuit“ bewerkstelligt werden.Antennas typically require a reference mass or reference plane for their function. The size and shape of such a reference mass typically have a significant influence on the function and radiation characteristics of an antenna. An antenna should often be used as a printed circuit board structure or as a metal structure (e.g. as a stamped and bent part) in different sized printed circuit boards. The differently sized printed circuit boards represent different reference masses for an antenna. As a result, a new antenna tuning is typically required for each printed circuit board geometry. Such antenna tuning can be accomplished by changing the antenna structure and / or by using a so-called "matching circuit".
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine (Dualband-) Antenne bereitzustellen, die in effizienter Weise (insbesondere ohne Erfordernis einer dedizierten Antennenabstimmung) auf unterschiedlich ausgeprägten Leiterplatten integriert werden kann.The present document deals with the technical task of providing a (dual-band) antenna which can be integrated in an efficient manner (in particular without the need for a dedicated antenna tuning) on differently shaped printed circuit boards.
Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The task is solved by the independent claim. Advantageous embodiments include described in the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt wird eine Leiterplatten-Antenne beschrieben. Die Leiterplatten-Antenne umfasst eine elektrisch leitende erste Antennenstruktur auf einer ersten äußeren Schicht (insbesondere einer Metallschicht) einer Leiterplatte. Außerdem umfasst die Leiterplatten-Antenne einen elektrisch leitenden ersten Bezugsbereich auf der ersten äußeren Schicht. Des Weiteren umfasst die Leiterplatten-Antenne eine elektrisch leitende Speiseleitung zu der ersten Antennenstruktur. Der erste Bezugsbereich umschließt die erste Antennenstruktur abgesehen von einer isolierenden Aussparung für die Speiseleitung vollständig, so dass sich zwischen der ersten Antennenstruktur und dem ersten Bezugsbereich ein elektrisch isolierender erster Freiraum bildet.In one aspect, a circuit board antenna is described. The printed circuit board antenna comprises an electrically conductive first antenna structure on a first outer layer (in particular a metal layer) of a printed circuit board. In addition, the circuit board antenna comprises an electrically conductive first reference area on the first outer layer. Furthermore, the circuit board antenna comprises an electrically conductive feed line to the first antenna structure. The first reference area completely surrounds the first antenna structure apart from an insulating recess for the feed line, so that an electrically insulating first free space is formed between the first antenna structure and the first reference area.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Hausgerät, insbesondere ein Haushaltsgerät, beschrieben, das eine Kommunikationseinheit zur drahtlosen Kommunikation (insbesondere über WLAN) umfasst, wobei die Kommunikationseinheit die in diesem Dokument beschriebene Leiterplatten-Antenne aufweist.According to a further aspect, a domestic appliance, in particular a domestic appliance, is described which comprises a communication unit for wireless communication (in particular via WLAN), the communication unit having the circuit board antenna described in this document.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.It should be noted that the devices and systems described in this document can be used both alone and in combination with other devices and systems described in this document. Furthermore, any aspect of the devices and systems described in this document can be combined with one another in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined with one another in a variety of ways.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1a die obere bzw. die erste äußere Schicht einer Leiterplatte mit einer Antenne;
- 1b die untere Schicht bzw. die zweite äußere Schicht einer Leiterplatte mit einer Antenne;
- 1c und1c Querschnitte durch Leiterplatten mit jeweils einer Antenne; und
- 2a und 2b beispielhafte Abmessungen einer Antenne.
The invention is described in more detail below on the basis of exemplary embodiments. Show - 1a the top or first outer layer of a circuit board with an antenna;
- 1b the lower layer or the second outer layer of a printed circuit board with an antenna;
- 1c and 1c Cross sections through printed circuit boards, each with an antenna; and
- 2a and 2 B exemplary dimensions of an antenna.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Bereitstellung einer (Dualband-) Antenne, die in effizienter Weise auf unterschiedlich dimensionierten und/oder ausgelegten Leiterplatten integriert werden kann. Die (Dualband-) Antenne soll dabei insbesondere für WLAN Funkkommunikation in den Frequenzbändern bei 2,4GHz und bei 5GHz ausgelegt sein.As stated at the beginning, the present document is concerned with the provision of a (dual-band) antenna which can be integrated in an efficient manner on differently dimensioned and / or designed printed circuit boards. The (dual-band) antenna should be designed especially for WLAN radio communication in the frequency bands at 2.4GHz and 5GHz.
1a und 1b zeigen eine beispielhafte Antenne 100, die auf einer Leiterplatte 101 integriert ist. Insbesondere zeigen 1a die (elektrisch leitende) obere Schicht 110 der Leiterplatte 101 und 1b die (elektrisch leitende) untere Schicht 120 der Leiterplatte. Wie in den 1c und 1d dargestellt, befinden sich zwischen der oberen Schicht 110 und der unteren Schicht 120 ein oder mehrere dielektrische Schichten 130 sowie ggf. ein oder mehrere (elektrisch leitende) Zwischenschichten 140. Die elektrische leitenden Schichten 110, 120, 140 können eine Schicht aus Metall, insbesondere Kupfer, aufweisen. Das Metall kann in Teilbereichen der Schichten 110, 120, 140 entfernt werden (z.B. weggeätzt werden), um unterschiedliche elektrisch leitende Teilbereiche innerhalb einer Schicht 110, 120, 140 zu bilden, wobei die Teilbereiche elektrisch voneinander isoliert sind. 1a and 1b show an exemplary antenna 100 that on a circuit board 101 is integrated. Show in particular 1a the (electrically conductive) upper layer 110 the circuit board 101 and 1b the (electrically conductive) lower layer 120 the circuit board. As in the 1c and 1d are located between the top layer 110 and the bottom layer 120 one or more dielectric layers 130 and possibly one or more (electrically conductive) intermediate layers 140 , The electrical conductive layers 110 . 120 . 140 can have a layer of metal, in particular copper. The metal can be in parts of the layers 110 . 120 . 140 removed (eg etched away) to different electrically conductive sub-areas within a layer 110 . 120 . 140 to form, the subareas being electrically insulated from one another.
Die obere Schicht 110 weist eine elektrisch leitende (erste) Antennenstruktur 113 auf, die über einen (elektrisch nicht-leitenden) (ersten) Freiraum 112 von einem elektrisch leitenden (ersten) Bezugsbereich 111 isoliert ist. Der Bezugsbereich 111 umschließt die Antennenstruktur 113 möglichst vollständig. Insbesondere ist der die Antennenstruktur 113 umschließende Bezugsbereich 111 bevorzugt nur an einer Stelle unterbrochen, um einen Freiraum bzw. eine Aussparung 117 zu bilden, durch den bzw. durch die eine elektrisch leitende Speiseleitung 115 zu der Antennenstruktur 113 hin geführt werden kann.The top layer 110 has an electrically conductive (first) antenna structure 113 that have an (electrically non-conductive) (first) free space 112 from an electrically conductive (first) reference area 111 is isolated. The reference area 111 encloses the antenna structure 113 as completely as possible. In particular, this is the antenna structure 113 enclosing reference area 111 preferably interrupted only at one point, around a free space or a recess 117 to form, through or by an electrically conductive feed line 115 to the antenna structure 113 can be led there.
In dem in 1a dargestellten Beispiel weist die Antennenstruktur 113 eine rechteckige Form auf. Insbesondere setzt sich die Antennenstruktur 113 aus zwei Rechtecken 118, 119 zusammen, die jeweils eine bestimmte Breite und eine bestimmte Länge aufweisen, wobei die Breite jeweils kleiner ist als die Länge. Die beiden Rechtecke 118, 119 sind entlang der Länge der Rechtecke 118, 119 hintereinander angeordnet, so dass sich eine Antennenstruktur 113 mit einer Gesamtlänge ergibt, die der Summe aus der Länge der beiden Rechtecke 118, 119 entspricht. Die Breite des zweiten Rechtecks 119 ist kleiner als die Breite des ersten Rechtecks 118. Durch die Verwendung einer Antennenstruktur 113, die aus mehreren Rechtecken 118, 119 zusammengesetzt wird, kann die Bandbreite zumindest eines Frequenzbandes der Antenne 100 erhöht bzw. eingestellt werden.In the in 1a The example shown shows the antenna structure 113 a rectangular shape. In particular, the antenna structure settles 113 from two rectangles 118 . 119 together, each having a certain width and a certain length, the width being smaller than the length. The two rectangles 118 . 119 are along the length of the rectangles 118 . 119 arranged one behind the other, so that there is an antenna structure 113 with a total length that is the sum of the length of the two rectangles 118 . 119 equivalent. The width of the second rectangle 119 is smaller than the width of the first rectangle 118 , By using an antenna structure 113 that consist of multiple rectangles 118 . 119 is composed, the bandwidth of at least one frequency band of the antenna 100 be increased or adjusted.
Die Antennenstruktur 113 kann somit für das Aussenden bzw. für den Empfang von Signalen in einem bestimmten Frequenzbereich (etwa 5,1 - 5,8 GHz) verwendet werden. Insbesondere kann die Antennenstruktur 113 durch die Gesamtlänge der Antennenstruktur 113 einen λ/4-Strahler für einen bestimmten Frequenzbereich bilden.The antenna structure 113 can therefore be used for sending or receiving signals in a specific frequency range (approximately 5.1 - 5.8 GHz). In particular, the antenna structure 113 by the total length of the antenna structure 113 form a λ / 4 radiator for a certain frequency range.
Andererseits kann der Freiraum 112 als (Schlitz-) Antenne für einen weiteren Frequenzbereich (etwa 2,4 - 2,5 GHz) verwendet werden. Zu diesem Zweck kann der Freiraum 112 eine bestimmte Länge aufweisen, so dass der Freiraum 112 einen λ/4-Strahler für einen weiteren Frequenzbereich bildet.On the other hand, the freedom 112 can be used as a (slot) antenna for a further frequency range (approx. 2.4 - 2.5 GHz). For this purpose, the free space 112 have a certain length so that the free space 112 forms a λ / 4 radiator for a further frequency range.
Des Weiteren kann die Antennenstruktur 113 über einen elektrisch leitenden Steg (insbesondere über einen Kurzschluss-Steg) 116 elektrisch leitend mit dem Bezugsbereich 111 verbunden sein. Der elektrisch leitende Steg 116 kann dabei an einem Ende der Antennenstruktur 113, insbesondere an der schmalsten Kante der Antennenstruktur 113, angeordnet sein. Die Antennenstruktur 113 kann somit eine (planare) Inverted-F-Antenne bilden.Furthermore, the antenna structure 113 via an electrically conductive web (in particular via a short-circuit web) 116 electrically conductive with the reference area 111 be connected. The electrically conductive bridge 116 can be at one end of the antenna structure 113 , especially on the narrowest edge of the antenna structure 113 , be arranged. The antenna structure 113 can therefore form a (planar) inverted-F antenna.
Über den Abstand zwischen dem Steg 116 und dem Speisepunkt bzw. der Speiseleitung 115 kann die Impedanz der Antennenstruktur 113 auf den gewünschten Wert (z.B. 50 Ohm) getrimmt werden. Außerdem können über diesen Kurzschluss-Steg 116 elektrostatische Entladungen weitgehend von der Sende-/Empfangs-Elektronik der Antenne 100 ferngehalten werden.About the distance between the web 116 and the feed point or the feed line 115 can the impedance of the antenna structure 113 trimmed to the desired value (e.g. 50 ohms). In addition, this short-circuit bridge 116 electrostatic discharges largely from the transmit / receive electronics of the antenna 100 be kept away.
1b zeigt die untere Schicht 120 der Leiterplatte 101. Die untere Schicht 120 ist im Wesentlichen identisch zu der oberen Schicht 110 aufgebaut (abgesehen davon, dass auf der oberen Schicht 110 zusätzlich eine Speiseleitung 112 und der dafür erforderliche Freiraum 117 bereitgestellt wird). Es ergibt sich somit ein (zweiter) Bezugsbereich 121, der dem (ersten) Bezugsbereich 111 der oberen Schicht 110 entsprechen kann. Des Weiteren kann die (zweite) Antennenstruktur 123 der unteren Schicht 120 wie die (erste) Antennenstruktur 113 der oberen Schicht 110 dimensioniert sein. Außerdem kann der (zweite) Freiraum 122 der unteren Schicht 120 wie der (erste) Freiraum 112 der oberen Schicht 110 dimensioniert sein. Ferner kann auch die untere Schicht 120 einen elektrisch leitenden Steg 126 zwischen Antennenstruktur 123 und Bezugsbereich 121 aufweisen. 1b shows the bottom layer 120 the circuit board 101 , The bottom layer 120 is essentially identical to the top layer 110 built up (apart from that on the top layer 110 additionally a feed line 112 and the necessary space 117 provided). This results in a (second) reference range 121 which corresponds to the (first) reference range 111 the top layer 110 can correspond. Furthermore, the (second) antenna structure 123 the lower layer 120 like the (first) antenna structure 113 the top layer 110 be dimensioned. In addition, the (second) free space 122 the lower layer 120 like the (first) free space 112 the top layer 110 be dimensioned. The lower layer can also be used 120 an electrically conductive bridge 126 between antenna structure 123 and reference range 121 exhibit.
Der Bezugsbereich 111 der oberen Schicht 110 kann über ein oder mehrere Vias bzw. Durchkontaktierungen 114 mit dem Bezugsbereich 121 der unteren Schicht 120 elektrisch leitend verbunden sein. Die Vias bzw. Durchkontaktierungen 114 sind in den 1a und 1b als Punkte dargestellt. Des Weiteren kann die Antennenstruktur 113 der oberen Schicht 110 über ein oder mehrere Vias bzw. Durchkontaktierungen 114 mit der Antennenstruktur 113 der unteren Schicht 120 elektrisch leitend verbunden sein. Ferner kann auch der Steg 116 der oberen Schicht 110 über ein oder mehrere Vias bzw. Durchkontaktierungen 114 mit dem Steg 126 der unteren Schicht 120 elektrisch leitend verbunden sein. Die genaue Position der ein oder mehreren Vias bzw. Durchkontaktierungen 114 kann je nach Via-Technologie unterschiedlich sein.The reference area 111 the top layer 110 can be via one or more vias or vias 114 with the reference area 121 the lower layer 120 be electrically connected. The vias or vias 114 are in the 1a and 1b represented as dots. Furthermore, the antenna structure 113 the top layer 110 via one or more vias or vias 114 with the antenna structure 113 the lower layer 120 be electrically connected. Furthermore, the web can 116 the top layer 110 via one or more vias or vias 114 with the jetty 126 the lower layer 120 be electrically connected. The exact position of the one or more vias or vias 114 can vary depending on Via technology.
Die 1c und 1d zeigen beispielhafte Querschnitte durch beispielhafte Leiterplatten 101 mit Antennenstrukturen 113, 123. Dabei weist eine Leiterplatte 101 zwischen zwei elektrisch leitenden Schichten 110, 120 eine dielektrische und/oder elektrisch isolierende Schicht 130 auf. In dem in 1d dargestellten Beispiel weist die Leiterplatte 101 zwischen der oberen Schicht 110 und der unteren Schicht 120 (zumindest) eine elektrisch leitende Zwischenschicht 140 auf, die von der oberen Schicht 110 bzw. der unteren Schicht 120 jeweils durch eine dielektrische Schicht 130 getrennt ist.The 1c and 1d show exemplary cross sections through exemplary circuit boards 101 with antenna structures 113 . 123 , A printed circuit board 101 between two electrically conductive layers 110 . 120 a dielectric and / or electrically insulating layer 130 on. In the in 1d The example shown shows the circuit board 101 between the top layer 110 and the bottom layer 120 (at least) an electrically conductive intermediate layer 140 on that from the top layer 110 or the lower layer 120 each through a dielectric layer 130 is separated.
1d veranschaulicht den Bereich 141, in dem die in den 1a und 1b dargestellte Antennenstruktur 113, 123 inklusive des Freibereichs 112, 122 angeordnet sind. Dieser Bereich 141 einer Zwischenschicht 140 ist typischerweise auszusparen, so dass die Zwischenschicht 140 in diesem Bereich 141 kein elektrisch leitendes Material (insbesondere kein Kupfer) aufweist. Andererseits kann der verbleibende Bereich 142 einer Zwischenschicht 140 über die Vias bzw. Durchkontaktierungen 114 mit dem Bezugsbereich 111, 121 der oberen Schicht 110 und der unteren Schicht 120 elektrisch leitend verbunden werden. 1d illustrates the area 141 in which the in the 1a and 1b antenna structure shown 113 . 123 including the outdoor area 112 . 122 are arranged. This area 141 an intermediate layer 140 is typically left blank so that the intermediate layer 140 in this area 141 has no electrically conductive material (especially no copper). On the other hand, the remaining area 142 an intermediate layer 140 via the vias or vias 114 with the reference area 111 . 121 the top layer 110 and the bottom layer 120 be electrically connected.
Die 2a und 2b zeigen unterschiedliche Dimensionen der Antenne 100 aus den 1a und 1b. Insbesondere zeigen die 2a und 2b
- • die Breite 201 des breiteren ersten Rechtecks 118 der Antennenstruktur 113, 123;
- • den Abstand 202 der Vias bzw. Durchkontaktierungen 114 des Bezugsbereichs 111, 121 von dem Freiraum 112, 122;
- • die Gesamtlänge 203 der Antennenstruktur 113, 123;
- • die Länge 204 des zweiten Rechtecks 119 der Antennenstruktur 113, 123;
- • die Länge 205 des Stegs 116, 126 bzw. den Abstand 205 der Antennenstruktur 113, 123 von dem Bezugsbereich 111, 121 (an der Seite, an der sich die Speiseleitung 115 befindet);
- • die Breite 211 des Freiraums 112, 122 (quer zu der Antennenstruktur 113, 123);
- • die Länge 212 des Freiraums 112, 122 (längs zu der Antennenstruktur 113, 123);
- • der Abstand 213 der Antennenstruktur 113, 123 von dem Bezugsbereich 111, 121 (entlang der Länge 203 der Antennenstruktur 113, 123); und
- • die Breite 214 des schmaleren zweiten Rechtecks 119 der Antennenstruktur 113, 123.
The 2a and 2 B show different dimensions of the antenna 100 from the 1a and 1b , In particular, the 2a and 2 B - • the width 201 of the wider first rectangle 118 the antenna structure 113 . 123 ;
- • the distance 202 the vias or vias 114 of the reference range 111 . 121 of the free space 112 . 122 ;
- • the total length 203 the antenna structure 113 . 123 ;
- • the length 204 of the second rectangle 119 the antenna structure 113 . 123 ;
- • the length 205 of the jetty 116 . 126 or the distance 205 the antenna structure 113 . 123 from the reference area 111 . 121 (on the side where the feed line is located 115 is);
- • the width 211 of freedom 112 . 122 (across the antenna structure 113 . 123 );
- • the length 212 of freedom 112 . 122 (along to the antenna structure 113 . 123 );
- • the distance 213 the antenna structure 113 . 123 from the reference area 111 . 121 (along the length 203 the antenna structure 113 . 123 ); and
- • the width 214 of the narrower second rectangle 119 the antenna structure 113 . 123 ,
Bevorzugte Werte der o.g. Dimensionen der Antenne 100 (insbesondere für eine Dualband-Antenne für die Frequenzbänder 2,4 - 2,5 GHz und 5,1 - 5,8 GHz) sind:
- • Breite 201: 2,10mm; und/oder
- • Abstand 202: 0,7mm; und/oder
- • Gesamtlänge 203: 12,52mm; und/oder
- • Länge 204: 4,4mm; und/oder
- • Abstand 205: 1,94mm; und/oder
- • Breite 211: 5,50mm; und/oder
- • Länge 212: 30,00mm; und/oder
- • Abstand 213: 9,30mm; und/oder
- • Breite 214: 1,77mm; und/oder
- • Dimensionen des freizuhaltenden Bereichs 141 einer Zwischenschicht 140: Länge 31mm und Breite 6,5mm; und/oder
- • Stärke bzw. Dicke einer dielektrischen Schicht 130: 1,24mm; und/oder
- • der Freiraum bzw. die Aussparung 117 für die Speiseleitung 115 kann z.B. eine Breite von 4mm oder weniger aufweisen.
Preferred values of the above dimensions of the antenna 100 (in particular for a dual-band antenna for the frequency bands 2.4-2.5 GHz and 5.1-5.8 GHz) are: - • width 201 : 2.10mm; and or
- • distance 202 : 0.7mm; and or
- • Overall length 203 : 12.52mm; and or
- • length 204 : 4.4mm; and or
- • distance 205 : 1.94mm; and or
- • width 211 : 5.50mm; and or
- • length 212 : 30.00mm; and or
- • distance 213 : 9.30mm; and or
- • width 214 : 1.77mm; and or
- • Dimensions of the area to be kept free 141 an intermediate layer 140 : Length 31mm and width 6.5mm; and or
- • Thickness of a dielectric layer 130 : 1.24mm; and or
- • the free space or the recess 117 for the feed line 115 can have a width of 4mm or less, for example.
Die o.g. Werte können jeweils um bis zu ±10% schwanken. Des Weiteren können die Werte mit einem gemeinsamen Faktor F skaliert werden.The above Values can fluctuate by up to ± 10%. Furthermore, the values can be scaled with a common factor F.
Es wird somit eine planare Leiterplatten-Antennenstruktur 113, 123 beschrieben, die von der Bezugsmasse (d.h. von einem Bezugsbereich 111, 121) umgeben bzw. in die Bezugsmasse integriert ist. Die Bezugsbereiche 111, 121 können mit Masse bzw. Ground elektrisch leitend gekoppelt sein. Durch die Integration einer Antennenstruktur 113, 123 in einen Bezugsbereich 111, 121 werden die Eigenschaften der Antenne 100 von der Größe der Bezugsmasse einer Leiterplatte 101 unabhängig. Als Folge daraus kann die Antenne 100 in effizienter Weise in verschieden große Leiterkarten 101 eingebaut werden, ohne die Antennenstruktur 113, 123 und/oder einen „Matching Circuit“ verändern zu müssen. Folglich kann eine Modul-Zulassung für die beschriebene Antenne 100 unabhängig von der konkreten Einbausituation für verschiedene Gesamtgeräte verwendet werden.It thus becomes a planar printed circuit board antenna structure 113 . 123 described by the reference mass (ie from a reference range 111 . 121 ) is surrounded or integrated into the reference mass. The reference areas 111 . 121 can be electrically conductively coupled to ground. By integrating an antenna structure 113 . 123 in a reference range 111 . 121 become the characteristics of the antenna 100 the size of the reference mass of a printed circuit board 101 independently. As a result, the antenna 100 efficiently in different sized circuit boards 101 be installed without the antenna structure 113 . 123 and / or having to change a “matching circuit”. Consequently, a module approval for the antenna described 100 can be used for various complete devices regardless of the specific installation situation.
Es wird somit in diesem Dokument eine Leiterplatten-Antenne 100 beschrieben, die in effizienter Weise auf unterschiedlich dimensionierten Leiterplatten 101 implementiert werden kann. Eine Leiterplatte 101 umfasst dabei typischerweise eine elektrisch leitende erste äußere Schicht 110 (z.B. eine vordere Schicht) sowie eine elektrisch leitende zweite äußere Schicht 120 (z.B. eine untere Schicht). Die ein oder mehreren Schichten 110, 120 können durch ein oder mehrere dielektrische Schichten 130 voneinander elektrisch isoliert sein. Die Schichten 110, 120 können ein elektrisch leitendes Material, insbesondere Kupfer, umfassen. Dabei kann das elektrisch leitende Material zumindest bereichsweise aus der jeweiligen Schicht 110, 120 entfernt werden, insbesondere um einen Freiraum 112 zwischen einer Antennenstruktur 113 und einem Bezugsbereich 111 zu bilden.There is thus a PCB antenna in this document 100 described in an efficient manner on different sized circuit boards 101 can be implemented. A circuit board 101 typically includes an electrically conductive first outer layer 110 (eg a front layer) and an electrically conductive second outer layer 120 (e.g. a lower layer). The one or more layers 110 . 120 can be through one or more dielectric layers 130 be electrically isolated from each other. The layers 110 . 120 can comprise an electrically conductive material, in particular copper. The electrically conductive material can at least in some areas consist of the respective layer 110 . 120 be removed, especially around a free space 112 between an antenna structure 113 and a reference range 111 to build.
Die Leiterplatten-Antenne 100 umfasst eine elektrisch leitende erste Antennenstruktur 113 auf der ersten äußeren Schicht 110 der Leiterplatte 101. Die erste Antennenstruktur 113 kann dabei eine längliche Form aufweisen (z.B. wie eine Dipolantenne). Des Weiteren weist die Leiterplatten-Antenne 100 einen elektrisch leitenden ersten Bezugsbereich 111 auf der ersten äußeren Schicht 110 auf. Dabei kann der erste Bezugsbereich 111 mit einer Masse bzw. mit Ground der Leiterplatte 101 elektrisch leitend verbunden sein. Ferner weist die Leiterplatten-Antenne 100 eine elektrisch leitende Speiseleitung 115 zu der ersten Antennenstruktur 113 auf. Die Speiseleitung 115 kann im Wesentlichen senkrecht zu der Längsausrichtung der ersten Antennenstruktur 113 angeordnet sein. Ein von der ersten Antennenstruktur 113 empfangenes Funksignal kann über die Speiseleitung 115 ausgekoppelt werden. Andererseits kann ein von der ersten Antennenstruktur 113 zu sendendes Funksignal über die Speiseleitung 115 in die erste Antennenstruktur 113 eingespeist werden.The PCB antenna 100 comprises an electrically conductive first antenna structure 113 on the first outer layer 110 the circuit board 101 , The first antenna structure 113 can be an elongated Have shape (such as a dipole antenna). Furthermore, the circuit board antenna 100 an electrically conductive first reference area 111 on the first outer layer 110 on. The first reference range 111 with a ground or ground of the circuit board 101 be electrically connected. Furthermore, the circuit board antenna 100 an electrically conductive feed line 115 to the first antenna structure 113 on. The feed line 115 can be substantially perpendicular to the longitudinal orientation of the first antenna structure 113 be arranged. One from the first antenna structure 113 The received radio signal can be sent via the feed line 115 be coupled out. On the other hand, one of the first antenna structure 113 Radio signal to be sent via the feed line 115 into the first antenna structure 113 be fed.
Der erste Bezugsbereich 111 umschließt die erste Antennenstruktur 113 abgesehen von einer isolierenden Aussparung 117 für die Speiseleitung 115 (im Wesentlichen) vollständig. Dabei ergibt sich zwischen der ersten Antennenstruktur 113 und dem ersten Bezugsbereich 111 ein elektrisch isolierender erster Freiraum 112. Der erste Freiraum 112 kann an die Form der ersten Antennenstruktur 113 angepasst sein. Beispielsweise kann die Antennenstruktur 113 eine längliche, rechteckige Form aufweisen. In entsprechender Weise kann der erste Freiraum eine längliche, rechteckige Form aufweisen.The first reference area 111 encloses the first antenna structure 113 apart from an isolating recess 117 for the feed line 115 (essentially) completely. This results in between the first antenna structure 113 and the first reference range 111 an electrically insulating first free space 112 , The first freedom 112 can match the shape of the first antenna structure 113 be adjusted. For example, the antenna structure 113 have an elongated, rectangular shape. Correspondingly, the first free space can have an elongated, rectangular shape.
Die erste Antennenstruktur 113 kann somit in definierter Weise über einen definierten ersten Freiraum zu einer Bezugsmasse bzw. Bezugsebene (d.h. dem ersten Bezugsbereich 111) positioniert werden. Mit anderen Worten, der erste Bezugsbereich 111 kann eine Bezugsmasse für die erste Antennenstruktur 113 bilden, so dass die Leiterplatten-Antenne 100 unabhängig von der Größe der Bezugsmasse ist. Dies ermöglicht eine effiziente Integration der ersten Antennenstruktur 113 in unterschiedliche Leiterplatten-Designs.The first antenna structure 113 can thus in a defined manner via a defined first free space to a reference mass or reference plane (ie the first reference area 111 ) can be positioned. In other words, the first reference range 111 can be a reference ground for the first antenna structure 113 form so that the circuit board antenna 100 is independent of the size of the reference mass. This enables an efficient integration of the first antenna structure 113 in different PCB designs.
Die Leiterplatten-Antenne 100 kann eine elektrisch leitende zweite Antennenstruktur 123 auf der zweiten äußeren Schicht 120 der Leiterplatte 101 umfassen. Des Weiteren kann die Leiterplatten-Antenne 100 einen elektrisch leitenden zweiten Bezugsbereich 121 auf der zweiten äußeren Schicht 120 umfassen. Dabei kann der zweite Bezugsbereich 121 die zweite Antennenstruktur 123 (im Wesentlichen) vollständig umschließen, so dass sich zwischen der zweiten Antennenstruktur 123 und dem zweiten Bezugsbereich 121 ein elektrisch isolierender zweiter Freiraum 112 ergibt. Die erste Antennenstruktur 113 kann über ein oder mehrere Durchkontaktierungen 114 mit der zweiten Antennenstruktur 113 elektrisch leitend verbunden sein. Alternativ oder ergänzend kann der erste Bezugsbereich 111 über ein oder mehrere Durchkontaktierungen 114 mit dem zweiten Bezugsbereich 121 elektrisch leitend verbunden sein. Durch die Bereitstellung einer zweiten Antennenstruktur 123 auf der zweiten äußeren Schicht 120 einer Leiterplatte 120 können die Sende-/Empfangseigenschaften der Leiterplatten-Antenne 100 verbessert werden (insbesondere in Bezug auf eine möglichst gleichmäßige Feldausbreitung).The PCB antenna 100 can be an electrically conductive second antenna structure 123 on the second outer layer 120 the circuit board 101 include. Furthermore, the circuit board antenna 100 an electrically conductive second reference area 121 on the second outer layer 120 include. The second reference range 121 the second antenna structure 123 (essentially) completely enclose, so that there is between the second antenna structure 123 and the second reference range 121 an electrically insulating second free space 112 results. The first antenna structure 113 can have one or more vias 114 with the second antenna structure 113 be electrically connected. As an alternative or in addition, the first reference range can be used 111 via one or more vias 114 with the second reference range 121 be electrically connected. By providing a second antenna structure 123 on the second outer layer 120 a circuit board 120 can change the transmit / receive characteristics of the PCB antenna 100 be improved (especially with regard to the most uniform field spread possible).
In einem bevorzugten Beispiel ist die zweite Antennenstruktur 123 abgesehen von der Speiseleitung 115 im Wesentlichen identisch zu der ersten Antennenstruktur 113 dimensioniert. Alternativ oder ergänzend ist in einem bevorzugten Beispiel der zweite Freibereich 122 abgesehen von der isolierenden Aussparung 117 für die Speiseleitung 115 im Wesentlichen identisch zu dem ersten Freibereich 112 dimensioniert. So können gleiche Strahlungscharakteristika an beiden Seiten der Leiterplatte 101 bewirkt werden.In a preferred example, the second antenna structure is 123 apart from the feed line 115 essentially identical to the first antenna structure 113 dimensioned. Alternatively or additionally, the second free area is in a preferred example 122 apart from the insulating recess 117 for the feed line 115 essentially identical to the first outdoor area 112 dimensioned. This means that the same radiation characteristics can be seen on both sides of the circuit board 101 be effected.
Wie bereits oben dargelegt, kann die erste Antennenstruktur 113 im Wesentlichen rechteckförmig sein, wobei die Länge 203 der ersten Antennenstruktur 113 (wesentlich) größer als die Breite 201, 214 der ersten Antennenstruktur 113 sein kann (z.B. um den Faktor 2, 3, 4 oder mehr). In entsprechender Weise kann der erste Freiraum 112 im Wesentlichen rechteckförmig sein, wobei die Länge 212 des ersten Freiraums 112 größer als die Breite 211 des ersten Freiraums 112 sein kann (z.B. um den Faktor 2, 3, 4 oder mehr).As already explained above, the first antenna structure 113 be substantially rectangular, the length 203 the first antenna structure 113 (significantly) larger than the width 201 . 214 the first antenna structure 113 can be (e.g. by the factor 2 . 3 . 4 or more). In a corresponding way, the first free space 112 be substantially rectangular, the length 212 of the first free space 112 larger than the width 211 of the first free space 112 can be (e.g. by the factor 2 . 3 . 4 or more).
Die erste Antennenstruktur 113 kann eine Dualband-Antenne für einen ersten Frequenzbereich und für einen zweiten Frequenzbereich bilden. Dabei kann der erste Frequenzbereich insbesondere 2,4 - 2,5 GHz und der zweite Frequenzbereich insbesondere 5,1 - 5,8 GHz umfassen bzw. sein.The first antenna structure 113 can form a dual-band antenna for a first frequency range and for a second frequency range. The first frequency range can in particular comprise or be 2.4-2.5 GHz and the second frequency range in particular 5.1-5.8 GHz.
Die erste Antennenstruktur 113 kann in einem ersten Bereich 118 eine erste Breite 201 und in einem zweiten Bereich 119 eine (unterschiedliche) zweite Breite 214 aufweisen, wobei die zweite Breite 214 kleiner als die erste Breite 201 ist. Des Weiteren kann die erste Antennenstruktur 113 eine Gesamtlänge 213 aufweisen, und der erste Bereich 118 der ersten Antennenstruktur 113 kann eine Teillänge aufweisen. Die Gesamtlänge 213 der ersten Antennenstruktur 113 kann von dem zweiten Frequenzbereich abhängen, in dem die Antenne 100 senden und/oder empfangen soll. Insbesondere kann die Gesamtlänge 213 der ersten Antennenstruktur 113 derart sein, dass die erste Antennenstruktur 113 einen λ/4-Strahler in Bezug auf den zweiten Frequenzbereich bildet. So kann in effizienter und präziser Weise eine Mehrband-Antenne bereitgestellt werden. The first antenna structure 113 can in a first area 118 a first width 201 and in a second area 119 a (different) second width 214 have, the second width 214 smaller than the first width 201 is. Furthermore, the first antenna structure 113 a total length 213 and the first area 118 the first antenna structure 113 can have a partial length. The total length 213 the first antenna structure 113 can depend on the second frequency range in which the antenna 100 send and / or receive. In particular, the total length 213 the first antenna structure 113 be such that the first antenna structure 113 forms a λ / 4 radiator with respect to the second frequency range. In this way, a multi-band antenna can be provided in an efficient and precise manner.
Die Breiten 201, 214 und/oder die Teillänge des ersten Bereichs 118 können dazu verwendet werden, um die Bandbreite der Antennenstruktur 113 auf die Bandbreite des zweiten Frequenzbereichs einzustellen.The latitudes 201 . 214 and / or the partial length of the first area 118 can be used to adjust the bandwidth of the antenna structure 113 to adjust to the bandwidth of the second frequency range.
Der erste Freiraum 112 zwischen der ersten Antennenstruktur 113 und dem ersten Bezugsbereich 111 kann als (Schlitz-) Antenne für den ersten Frequenzbereich genutzt werden. Zu diesem Zweck können die Breite 211 und/oder die (Gesamt-) Länge 212 des ersten Freiraums 112 eingestellt werden. Des Weiteren kann die Positionierung der ersten Antennenstruktur 113 innerhalb des ersten Freiraums 112 angepasst werden. Somit kann durch die Einbettung einer ersten Antennenstruktur 113 auf einer ersten Schicht 110 einer Leiterplatte 101 nicht nur in effizienter Weise bewirkt werden, dass die erste Antennenstruktur 113 in einer Vielzahl von unterschiedlichen Leiterplatten-Designs verwendet werden kann. Die Einbettung der ersten Antennenstruktur 113 auf einer ersten Schicht 110 einer Leiterplatte 101 kann darüber hinaus dazu genutzt werden, in effizienter Weise eine Mehrband-Antenne 100 bereitzustellen.The first freedom 112 between the first antenna structure 113 and the first reference range 111 can be used as a (slot) antenna for the first frequency range. For this purpose, the width 211 and / or the (total) length 212 of the first free space 112 can be set. Furthermore, the positioning of the first antenna structure 113 within the first free space 112 be adjusted. Thus, by embedding a first antenna structure 113 on a first shift 110 a circuit board 101 Not only can the first antenna structure be caused in an efficient manner 113 can be used in a variety of different circuit board designs. Embedding the first antenna structure 113 on a first shift 110 a circuit board 101 can also be used to efficiently use a multi-band antenna 100 provide.
Die erste Antennenstruktur 113 kann in dem ersten Bereich 118 eine erste Breite 201 mit einem Wert von F*2,10mm ± 10% aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann die erste Antennenstruktur 113 in dem zweiten Bereich 119 eine zweite Breite 214 mit einem Wert von F*1,77mm ± 10% aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann die erste Antennenstruktur 113 eine Gesamtlänge 203 mit einem Wert von F*12,52mm ± 10% aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann der zweite Bereich 119 der ersten Antennenstruktur 113 eine Teillänge 204 mit einem Wert von F*4,40mm ± 10% aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann der erste Freiraum 112 eine Gesamtbreite 211 mit einem Wert von F*30,00mm ± 10% aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann der erste Freiraum 112 eine Gesamtlänge 212 mit einem Wert von F*5,50mm ± 10% aufweisen. Dabei kann F ein beliebiger reellwertiger Skalierungsfaktor sein. In einem bevorzugten Beispiel (insbesondere für die Frequenzbereiche 2,4 - 2,5 GHz und 5,1 - 5,8 GHz) ist F=1. So kann eine Leiterplatten-Antenne 100 mit ein oder mehreren definierten Frequenzbändern bereitgestellt werden, die in effizienter Weise in unterschiedliche Leiterplatten-Designs integriert werden kann.The first antenna structure 113 can in the first area 118 a first width 201 with a value of F * 2.10mm ± 10%. As an alternative or in addition, the first antenna structure 113 in the second area 119 a second width 214 with a value of F * 1.77mm ± 10%. As an alternative or in addition, the first antenna structure 113 a total length 203 with a value of F * 12.52mm ± 10%. Alternatively or additionally, the second area 119 the first antenna structure 113 a partial length 204 with a value of F * 4.40mm ± 10%. Alternatively or in addition, the first free space can be used 112 a total width 211 with a value of F * 30.00mm ± 10%. Alternatively or in addition, the first free space can be used 112 a total length 212 with a value of F * 5.50mm ± 10%. F can be any real scaling factor. In a preferred example (in particular for the frequency ranges 2.4-2.5 GHz and 5.1-5.8 GHz), F = 1. So can a PCB antenna 100 be provided with one or more defined frequency bands that can be efficiently integrated into different circuit board designs.
Wie bereits oben dargelegt, werden die erste äußere Schicht 110 und die zweite äußere Schicht 120 typischerweise jeweils durch eine elektrisch leitende Schicht, insbesondere durch eine Kupferschicht, einer Leiterplatte 101 gebildet. Des Weiteren sind die erste äußere Schicht 110 und die zweite äußere Schicht 120 typischerweise durch zumindest eine dielektrische Schicht 130 voneinander isolierst.As stated above, the first outer layer 110 and the second outer layer 120 typically in each case by an electrically conductive layer, in particular by a copper layer, of a printed circuit board 101 educated. Furthermore, the first outer layer 110 and the second outer layer 120 typically by at least one dielectric layer 130 isolate from each other.
Des Weiteren kann eine Leiterplatte 101 zumindest eine elektrisch leitende Zwischenschicht 140 (z.B. eine Kupferschicht) aufweisen, die zwischen der ersten äußeren Schicht 110 und der zweiten äußeren Schicht 120 angeordnet ist. Die Zwischenschicht 140 weist dann bevorzugt in einem Bereich 141 der ersten Antennenstruktur 131 und des ersten Freiraums 112 kein elektrisch leitendes Material (insbesondere kein Kupfer) auf. Andererseits kann die Zwischenschicht 140 in einem Bereich 142 des ersten Bezugsbereichs 111 über ein oder mehrere Durchkontaktierungen 114 elektrisch leitend mit dem ersten Bezugsbereich 111 verbunden sein. So kann auch bei einer Leiterplatte 101 mit ein oder mehreren Zwischenschichten 140 in effizienter und präziser Weise eine Leiterplatten-Antenne 100 bereitgestellt werden.Furthermore, a circuit board 101 at least one electrically conductive intermediate layer 140 (For example, a copper layer) between the first outer layer 110 and the second outer layer 120 is arranged. The intermediate layer 140 then preferably points in one area 141 the first antenna structure 131 and the first free space 112 no electrically conductive material (especially no copper). On the other hand, the intermediate layer 140 in one area 142 of the first reference range 111 via one or more vias 114 electrically conductive with the first reference area 111 be connected. This also applies to a printed circuit board 101 with one or more intermediate layers 140 a PCB antenna in an efficient and precise manner 100 to be provided.
Die erste Antennenstruktur 113 kann über einen elektrisch leitenden Steg 116 elektrisch leitend mit dem ersten Bezugsbereich 111 verbunden sein. Dabei kann der Steg 116 eine wesentlich größere Länge als Breite aufweisen, insbesondere um einen Faktor 10 oder mehr. Der Steg 116 kann parallel zu der Speiseleitung 115 verlaufen. Des Weiteren kann der Steg 116 senkrecht zu der Längsrichtung der ersten Antennenstruktur 113 verlaufen. Außerdem kann der Steg 116 an einem Ende der ersten Antennenstruktur 113 (in Bezug auf die Längsrichtung der ersten Antennenstruktur 113) angeordnet sein. Durch die Verwendung eines elektrisch leitenden Stegs 116 kann die Impedanz der ersten Antennenstruktur 113 in effizienter und präziser Weise eingestellt werden. Des Weiteren kann die erforderliche Größe der Antennenstruktur 113 reduziert werden. Ferner können über den (Kurzschluss-) Steg 116 zu dem ersten Bezugsbereich 111 in zuverlässiger Weise elektrostatische Entladungen von der Sende-/Empfangs-Elektronik der beschriebenen Antenne 100 ferngehalten werden.The first antenna structure 113 can via an electrically conductive web 116 electrically conductive with the first reference area 111 be connected. The web can 116 have a much greater length than width, in particular by a factor 10 or more. The jetty 116 can be parallel to the feed line 115 run. Furthermore, the web 116 perpendicular to the longitudinal direction of the first antenna structure 113 run. In addition, the web 116 at one end of the first antenna structure 113 (with respect to the longitudinal direction of the first antenna structure 113 ) be arranged. By using an electrically conductive bridge 116 can the impedance of the first antenna structure 113 be set in an efficient and precise manner. Furthermore, the required size of the antenna structure 113 be reduced. Furthermore, via the (short circuit) web 116 to the first reference area 111 in a reliable manner electrostatic discharges from the transmit / receive electronics of the antenna described 100 be kept away.
Das vorliegende Dokument beschreibt weiter ein Hausgerät, insbesondere ein Haushaltsgerät, das eine Kommunikationseinheit zur drahtlosen Kommunikation umfasst, wobei die Kommunikationseinheit die in diesem Dokument beschriebene Leiterplatten-Antenne 100 aufweist.The present document further describes a domestic appliance, in particular a domestic appliance, which comprises a communication unit for wireless communication, the communication unit being the circuit board antenna described in this document 100 having.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not restricted to the exemplary embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are only intended to illustrate the principle of the proposed devices and systems.
