DE102018218897A1

DE102018218897A1 - Dreidimensionale Antennenvorrichtung mit mindestens einem zusätzlichen Radiator

Info

Publication number: DE102018218897A1
Application number: DE102018218897.1A
Authority: DE
Inventors: Ivan Ndip; Christine Kallmayer; Klaus-Dieter Lang
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2018-11-06
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2020-05-07
Also published as: US20200144710A1; US11114752B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung (10) mit einem Substrat (11), das sich in einer Substratebene (12) erstreckt, wobei das Substrat (11) eine erste Seite (11A) und eine gegenüberliegend angeordnete zweite Seite (11B) aufweist, wobei auf der ersten Seite (11A) des Substrats (11) eine erste Antenne (13) angeordnet ist, und einer auf der ersten Seite (11A) angeordneten dreidimensionalen Formstruktur (14), die sich aus der Substratebene (12) heraus und über die erste Antenne (13) hinweg erstreckt, sodass die erste Antenne (13) zwischen dem Substrat (11) und der dreidimensionalen Formstruktur (14) angeordnet ist. Ferner ist auf der dreidimensionalen Formstruktur (14) eine zweite Antenne (15) angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Antennenvorrichtungen, und insbesondere auf dreidimensionale Antennenvorrichtungen mit mindestens einem zusätzlichen Radiator.
Bei höheren Frequenzen, wie etwa im Millimeter-Wellenlängenbereich und höher leidet die Abstrahleffizienz planarer Antennen wie Patch-Antennen, Dipolantennen, Monopolantennen etc. stark unter Verlusten im Zusammenhang mit Dielektrika, die mit der Herstellung von Antennen verwendet werden. Hierzu gehören dielektrische Verluste und Oberflächenwellenverluste. Gleichzeitig werden zum Aussenden von Millimeter-Wellenlängenbereichen aber auch bereits bei geringeren Frequenzen zum Teil lange 3D Antennenstrukturen (wie z.B. Drahtbondantennen) benötigt. Manche Strukturen sind bei derartigen Längen instabil.
Außerdem weisen die Antennenstrukturen, die bei solch höheren Frequenzen betrieben werden können, sehr kleine Abmessungen auf. Dabei ist die effektiv nutzbare Bandbreite solcher, zum Beispiel Gigahertz-Antennen, auf ein relativ enges Frequenzband eingeschränkt.
Es wäre demnach wünschenswert, eine Antennenvorrichtung für hohe Frequenzen bereitzustellen, die trotz geringer Abmessungen eine hohe Stabilität und gleichzeitig eine hohe effektiv nutzbare Bandbreite aufweist.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Antennenvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Ausführungsformen und weitere vorteilhafte Aspekte dieser Antennenvorrichtung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen genannt.
Die erfindungsgemäße Antennenvorrichtung weist ein Substrat und eine dreidimensionale Formstruktur auf. Diese dreidimensionale Formstruktur erstreckt sich aus der Substratebene heraus. Auf dem Substrat ist eine erste Antenne angeordnet, und auf der dreidimensionalen Formstruktur ist eine zweite Antenne angeordnet. Die dreidimensionale Formstruktur wirkt dabei für die zweite Antenne als eine Art Stützstruktur. Das heißt, die zweite Antenne muss sich nicht selbst tragen, sondern kann direkt auf der stabilen dreidimensionalen Formstruktur angeordnet werden. Dadurch weist die erfindungsgemäße Antennenvorrichtung eine deutlich höhere Stabilität gegenüber konventionellen dreidimensionalen Antennen auf. Durch die dreidimensionale Formstruktur wird die zweite Antenne außerdem von der ersten Antenne beabstandet. Die zweite Antenne kann als ein zusätzlicher Strahler beziehungsweise Radiator dienen. Dadurch kann die Bandbreite der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung gegenüber konventionellen dreidimensionalen Antennen erheblich erhöht werden.
Einige Ausführungsbeispiele sind exemplarisch in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 eine weitere schematische perspektivische Ansicht einer Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
3 eine weitere schematische perspektivische Ansicht einer Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
4A eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei die erste Antenne mindestens einen Schlitz aufweist,
4B eine Draufsicht auf die Antennenvorrichtung aus 4A,
4C eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei die erste Antenne mindestens einen Schlitz aufweist,
4D eine Draufsicht auf die Antennenvorrichtung aus 4C,
5A eine schematische Seitenansicht einer Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
5B eine schematische Draufsicht auf eine Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
6 eine weitere schematische Draufsicht auf eine Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
7 eine Perspektivansicht einer als Array ausgestalteten erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
8 eine Perspektivansicht einer als Array ausgestalteten erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
9A eine schematische seitliche Schnittansicht einer elektrischen Vorrichtung mit einer Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
9B eine weitere schematische seitliche Schnittansicht einer elektrischen Vorrichtung mit einer Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
9C eine weitere schematische seitliche Schnittansicht einer elektrischen Vorrichtung mit einer Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
9D eine schematische seitliche Schnittansicht einer Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, die mit einer elektrischen Vorrichtung gemäß 9A-9C verbindbar ist,
9E eine schematische seitliche Schnittansicht einer Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, die mit einer elektrischen Vorrichtung gemäß 9A-9C verbindbar ist,
9F eine schematische seitliche Schnittansicht einer Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, die mit einer elektrischen Vorrichtung gemäß 9A-9C verbindbar ist,
9G eine schematische seitliche Schnittansicht einer elektrischen Vorrichtung mit einer Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
9H eine schematische seitliche Schnittansicht einer Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, die mit einem Substrat zu einer elektrischen Vorrichtung gemäß 9A-9C verbunden ist,
10A eine schematische seitliche Schnittansicht einer Antennenvorrichtung mit einem Gehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel,
10B eine weitere schematische seitliche Schnittansicht einer Antennenvorrichtung mit einem Gehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel,
10C eine weitere schematische seitliche Schnittansicht einer Antennenvorrichtung mit einem Gehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel,
11 eine schematische Seitenansicht einer Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
12 eine weitere schematische Seitenansicht einer Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
13 eine weitere schematische Seitenansicht einer Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben, wobei Elemente mit derselben oder ähnlichen Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
Außerdem wird die dreidimensionale Formstruktur hierin beispielhaft anhand einer (in einer Richtung von dem Substrat weg) konvex gekrümmten sowie einer eckigen dreidimensionalen Formstruktur beschrieben. Die geometrische Form der dreidimensionalen Formstruktur ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.
Ferner werden hierin die erste und die zweite Antenne am konkreten, aber nicht limitierenden, Beispiel von Patchantennen beschrieben. Neben Patchantennen sind auch andere Arten von Antennen, wie beispielsweise Dipole, Monopole, Schleifenantennen und dergleichen denkbar.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung 10. Die Antennenvorrichtung 10 weist ein Substrat 11 auf. Das Substrat 11 kann, wie abgebildet, eine planare Form aufweisen. Alternativ dazu kann das Substrat 11 aber auch eine von der planaren Form abweichende geometrische Form aufweisen und zum Beispiel gekrümmt, geknickt, gewölbt oder dergleichen ausgestaltet sein.
Das Substrat 11 erstreckt sich in einer zweidimensionalen Substratebene 12. Bei einem planaren Substrat 11, weist dementsprechend auch die Substratebene 12 eine planare Form auf, wie dies in 1 abgebildet ist. Bei einem beispielsweise gekrümmten, geknickten oder gewölbten Substrat 11 wiese demnach auch die Substratebene 12 eine entsprechend gekrümmte, geknickte oder gewölbte Form auf. Vorzugsweise können das Substrat 11 und die Substratebene 12 planar ausgebildet sein.
Die zweidimensionale Substratebene 12 kann außerdem entlang der Haupterstreckungsrichtung des Substrats 11 mittig durch das Substrat 11 verlaufen und das Substrat 11, wie abgebildet, der Länge nach schneiden. Somit entspricht die Form der Substratebene 12 der Form des Substrats 11, d.h. wenn beispielsweise das Substrat 11 gewölbt ist, dann kann auch die entlang der Haupterstreckungsrichtung des Substrats 11 mittig durch das Substrat 11 verlaufende Substratebene 12 die gleiche Wölbung aufweisen.
Das Substrat 11 weist eine erste Seite 11A und eine gegenüberliegend angeordnete zweite Seite 11B auf. Auf der ersten Seite 11A des Substrats 11 ist eine erste Antenne 13 angeordnet. Die erste Antenne 13 ist hier im Sinne eines nicht limitierenden Beispiels als eine Patchantenne ausgestaltet und wird nachfolgend am Beispiel einer solchen Patchantenne beschrieben.
Außerdem ist auf der ersten Seite 11A des Substrats 11 eine dreidimensionale Formstruktur 14 angeordnet. Die dreidimensionale Formstruktur 14 erstreckt sich aus der zweidimensionalen Substratebene 12 heraus. Das heißt, die zweidimensionale Substratebene 12 erstreckt sich in eine erste und eine zweite Richtung (z.B. x- und y-Richtung), und die dreidimensionale Formstruktur 14 erstreckt sich zusätzlich in eine dritte Richtung (z.B. z-Richtung).
Außerdem erstreckt sich die dreidimensionale Formstruktur 14 über die erste Patchantenne 13 hinweg, sodass die erste Patchantenne 13 (entlang der dritten Richtung bzw. in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des Substrats 11 bzw. senkrecht zur Substratebene 12) zwischen dem Substrat 11 und der dreidimensionalen Formstruktur 14 angeordnet ist.
Auf der dreidimensionalen Formstruktur 14 ist eine zweite Antenne 15 angeordnet. Die zweite Antenne 15 ist hier ebenfalls im Sinne eines nicht limitierenden Beispiels als eine Patchantenne ausgestaltet und wird nachfolgend am Beispiel einer solchen Patchantenne beschrieben.
Sofern die erste Antenne 13 als auch die zweite Antenne 15 als Patchantennen ausgestaltet sind, können diese beiden Antennen 13, 15 für Patchantennen übliche Abmessungen aufweisen, was die Patchantennen 13, 15 sowohl strukturell als auch funktionell wiederum von anderen Antennenbauformen, wie beispielsweise Monopole, Dipole, Schleifenantennen, Streifenantennen, Bändchenantennen, einfache Drahtantennen, und dergleichen unterscheiden kann. Bei diesen anderen Antennenbauformen wäre beispielsweise das Verhältnis von Länge zu Breite derart, dass die Länge um ein Vielfaches größer ist als die Breite, d.h. L >>> B. Beispielweise kann bei diesen anderen Antennenbauformen die Länge um mindestens das Zehnfache größer sein als die Breite. Bei den Patchantennen 13, 15 hingegen kann deren jeweilige Länge kleiner als das Zehnfache ihrer jeweiligen Breite sein. Beispielsweise kann die jeweilige Länge der Patchantenne 13, 15 das Fünffache ihrer Breite oder weniger betragen. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Länge der jeweiligen Patchantenne 13, 15 das Doppelte ihrer jeweiligen Breite oder weniger betragen. In wiederum anderen denkbaren Ausführungsformen können die jeweilige Länge und die jeweilige Breite der Patchantennen 13, 15 etwa gleich groß sein, wobei sich eine etwa quadratische Form der Patchantenne ergäbe.
Mindestens eine der beiden Antennen 13, 15 kann eine beliebige geometrische Konfiguration aufweisen, d.h. zum Beispiel rund oder eckig ausgestaltet sein.
Zumindest die zweite Patchantenne 15 kann flexibel sein. Die zweite Patchantenne 15 kann konform zu der dreidimensionalen Formstruktur 14 sein. Das heißt, die an der dreidimensionalen Formstruktur 14 angeordnete zweite Patchantenne 15 kann die gleiche Form annehmen wie die dreidimensionale Formstruktur 14 selbst, beziehungsweise wie zumindest derjenige Abschnitt 18 der dreidimensionalen Formstruktur 14, an dem die zweite Patchantenne 15 angeordnet ist.
Zumindest dieser Abschnitt 18, an dem die zweite Patchantenne 15 angeordnet ist, ist in der oben genannten dritten Raumrichtung (z.B. z-Richtung) räumlich von der ersten Seite 11A des Substrats 11 beabstandet. Der Abschnitt 18 berührt die erste Seite 11A des Substrats 11 dabei nicht. Somit ist auch die an der dreidimensionalen Formstruktur 14 angeordnete zweite Patchantenne 15 räumlich von dem Substrat 11 beabstandet, ohne die erste Seite 11A des Substrats 11 zu berühren.
In dem hier abgebildeten Ausführungsbeispiel weist die dreidimensionale Formstruktur 14 eine etwa eckige Form auf. Dabei kann die dreidimensionale Formstruktur 14 einen ersten Abschnitt 18 aufweisen, der etwa parallel zum, vorzugsweise planaren, Substrat 11 verläuft. Außerdem kann die dreidimensionale Formstruktur 14 zwei Stützstrukturen 19₁ , 19₂ aufweisen, die den ersten Abschnitt 18 mit dem Substrat 11 verbinden und den ersten Abschnitt 18 dabei beabstandet von dem Substrat 11 halten. Die Stützstrukturen 19₁ , 19₂ können in einem Winkel 20 zu dem ersten Abschnitt 18 verlaufen und/oder senkrecht zu dem Substrat 11 verlaufen. Generell kann der Winkel 20 bei beiden Stützstrukturen 19₁ , 19₂ zwischen 1° und 179° betragen. In dem hier abgebildeten Ausführungsbeispiel kann der Winkel beispielsweise etwa 90° betragen.
Die dreidimensionale Formstruktur 14 weist außerdem einen ersten Substratkontaktabschnitt 16 und einen zweiten Substratkontaktabschnitt 17 auf. Das heißt, die dreidimensionale Formstruktur 14 ist sowohl an dem ersten Substratkontaktabschnitt 16 als auch an dem zweiten Substratkontaktabschnitt 17 physisch mit dem Substrat 11 in Kontakt. In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel weisen beispielsweise die beiden Stützstrukturen 19₁ , 19₂ der dreidimensionalen Formstruktur 14 die Substratkontaktabschnitte 16, 17 auf und sind darüber physisch mit dem Substrat 11 in Kontakt.
Die dreidimensionale Formstruktur 14 erstreckt sich dreidimensional zwischen dem ersten Substratkontaktabschnitt 16 und dem zweiten Substratkontaktabschnitt 17. Das heißt, die dreidimensionale Formstruktur 14 erstreckt sich der Länge nach parallel zur Substratebene 12 in einer ersten und/oder zweiten Richtung (z.B. in x- und/oder y-Richtung) und ist dabei zudem von dem Substrat 11 beabstandet, und zwar in einer dritten Richtung (z.B. z-Richtung). Beispielsweise kann zumindest der Abschnitt 18 der dreidimensionalen Formstruktur 14, an dem die zweite Patchantenne 15 angeordnet ist, von dem Substrat 11 beabstandet sein.
Zwischen dem ersten Substratkontaktabschnitt 16 und dem zweiten Substratkontaktabschnitt 17 ist die erste Patchantenne 13 auf dem Substrat 11 angeordnet, und zwar in einer Haupterstreckungsrichtung der ersten Patchantenne 13, das heißt in einer Richtung entlang der bzw. parallel zur Substratebene 12, also in der ersten Richtung (x-Richtung) und/oder in der zweiten Richtung (y-Richtung). Die erste Patchantenne 13 kann mit dem ersten und/oder zweiten Substratkontaktabschnitt 16, 17 ebenfalls physisch in Kontakt sein, oder die erste Patchantenne 13 kann, wie abgebildet von dem ersten und/oder zweiten Substratkontaktabschnitt 16, 17 beabstandet sein.
In dem hier abgebildeten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die dreidimensionale Formstruktur 14 außerdem vollständig, d.h. über die gesamte Länge der ersten Patchantenne 13, über die erste Patchantenne 13 hinweg.
Die erste Patchantenne 13 erstreckt sich in einer ersten Ebene parallel zu der Substratebene 12. Dabei kann die erste Patchantenne 13 planar ausgebildet sein, und die erste Ebene, in der sich die erste Patchantenne 13 erstreckt, kann demnach ebenfalls planar verlaufen.
Die zweite Patchantenne 15 erstreckt sich in einer zweiten Ebene. Die zweite Patchantenne 15 kann planar ausgebildet sein, und die zweite Ebene, in der sich die zweite Patchantenne 15 erstreckt, kann demnach ebenfalls planar verlaufen. Die zweite Patchantenne 15, bzw. die zweite Ebene, kann ebenfalls, wie in 1 gezeigt, parallel zu der Substratebene 12 verlaufen.
Demnach können also die erste Patchantenne 13 und die zweite Patchantenne 15 parallel zueinander verlaufend angeordnet sein.
Die 2 und 3 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung 10. Hier erstreckt sich zwar die erste Patchantenne 13 auch wieder in einer ersten Ebene parallel zu der Substratebene 12. Die zweite Patchantenne 15 hingegen erstreckt sich hier jedoch in einer zweiten Ebene, die nicht parallel zu der Substratebene 12, und somit auch nicht parallel zu der ersten Patchantenne 13, verläuft.
In dem in den 2 und 3 abgebildeten Ausführungsbeispiel bildet die dreidimensionale Formstruktur 14 einen Bogen, der sich zwischen dem ersten Substratkontaktabschnitt 16 und dem zweiten Substratkontaktabschnitt 17 gekrümmt über die erste Patchantenne 13 hinweg spannt. In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich demnach die zweite Patchantenne 15 in einer zweiten Ebene, die gekrümmt gegenüber der Substratebene 12, und somit auch gekrümmt gegenüber der ersten Patchantenne 13, verläuft. Es wäre aber auch denkbar, dass diese zweite Ebene zusätzlich oder alternativ zu einer Krümmung mindestens einen Knick aufweist.
Die dreidimensionale Formstruktur 14 weist eine erste Seite 21 und eine gegenüberliegend angeordnete zweite Seite 22 auf. Die erste Seite 21 ist der ersten Patchantenne 13 gegenüberliegend angeordnet und der ersten Patchantenne 13 zugewandt. Die zweite Seite 22 ist der ersten Patchantenne 13 abgewandt. Die zweite Patchantenne 15 ist auf der zweiten Seite 22 der dreidimensionalen Formstruktur 14 angeordnet.
Die zweite Patchantenne 15 ist auf der dreidimensionalen Formstruktur 14 zwischen dem ersten Substratkontaktabschnitt 16 und dem zweiten Substratkontaktabschnitt 17 angeordnet. Das heißt, die zweite Patchantenne 15 erstreckt sich zwischen dem ersten Substratkontaktabschnitt 16 und dem zweiten Substratkontaktabschnitt 17. Dabei kommt die zweite Patchantenne 15 jedoch nicht mit der ersten Seite 11A des Substrats 11 in Berührung. Die zweite Patchantenne 15 ist somit räumlich von dem ersten Substratkontaktabschnitt 16 und dem zweiten Substratkontaktabschnitt 17 und somit auch von der ersten Seite 11A des Substrats 11 getrennt. Die zweite Patchantenne 15 kann hierbei auch galvanisch von dem ersten Substratkontaktabschnitt 16 und dem zweiten Substratkontaktabschnitt 17 und somit auch von der ersten Seite 11A des Substrats 11 getrennt sein, was im Übrigen für alle Ausführungsbeispiele gelten kann.
Die zweite Patchantenne 15 kann etwa mittig auf der dreidimensionalen Formstruktur 14 angeordnet sein. Das heißt, ein erster Abstand D₁ (3) zwischen der zweiten Patchantenne 15 und dem ersten Substratkontaktabschnitt 16 kann etwa gleich groß sein wie ein zweiter Abstand D₂ (3) zwischen der zweiten Patchantenne 15 und dem zweiten Substratkontaktabschnitt 17.
Die dreidimensionale Formstruktur 14 ist in 2 zu Anschauungszwecken halbtransparent eingezeichnet, um die darunterliegenden Strukturen sichtbar zu machen. Unabhängig davon kann die dreidimensionale Formstruktur 14 ein Material aufweisen, beziehungsweise aus einem Material gefertigt sein, das im Wesentlichen für elektromagnetische Strahlung, insbesondere im Wellenlängenbereich der ersten Patchantenne 13, durchlässig ist.
Die erste Patchantenne 13 kann zum Beispiel eine Antennen-Speiseleitung 23 aufweisen. Die erste Patchantenne 13 kann somit also eine aktive, beziehungsweise eine aktiv speisbare, Antenne sein. Die Antennen-Speiseleitung 23 kann als eine möglichst dünne Streifenleitung ausgeführt sein, die beispielsweise in Form einer Metallisierung auf dem Substrat 11 ausgestaltet sein kann.
Vorzugsweise ist die Antennen-Speiseleitung 23 als eine komplanare Streifenleitung oder Mikrostreifenleitung ausgestaltet. Das heißt, die Antennen-Speiseleitung 23 ist planar und vorzugsweise unmittelbar auf dem Substrat 11 angeordnet. Dadurch wirkt die Antennen-Speiseleitung 23 selbst nicht als Strahler, sondern lediglich die deutlich breitere erste Patchantenne 13 wirkt als Strahler.
Die Antennen-Speiseleitung 23 kann sich durch die dreidimensionale Formstruktur 14 hindurch erstrecken. Beispielsweise kann sich die Antennen-Speiseleitung 23 durch einen der Substratkontaktabschnitte 16, 17 hindurch erstrecken, wie dies in den 2 und 3 gezeigt ist. Dadurch muss die Antennen-Speiseleitung 23 nicht um die dreidimensionale Formstruktur 14 herum verlegt werden, sodass die Antennen-Speiseleitung 23 möglichst kurz gehalten werden kann.
Die erste Antenne kann auch vertikal durch eine Probe-Feed angeregt werden. Die zweite Patchantenne 15 kann als eine parasitäre Antenne ohne Antennen-Speiseleitung ausgestaltet sein. Das heißt, die zweite Patchantenne 15 kann eine passive Antenne sein, die nicht aktiv speisbar ist. Die zweite Patchantenne 15 kann jedoch derart konfiguriert sein, dass deren Resonanzbereich zumindest abschnittsweise mit dem Resonanzbereich der ersten Patchantenne 13 übereinstimmt, sodass die zweite Patchantenne 15 von der emittierten Strahlung der ersten Patchantenne 13 anregbar ist.
In einigen, hier nicht explizit dargestellten, Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, dass die zweite Patchantenne 15 eine Antennen-Speiseleitung aufweist und als eine aktive Antenne ausgestaltet ist, und dass die erste Patchantenne 13 keine Antennen-Speiseleitung aufweist und als eine passive Antenne ausgestaltet ist. Anders ausgedrückt kann also mindestens eine der beiden Patchantennen 13, 15 als eine aktive Antenne (mit Speiseleitung) ausgestaltet sein, während die jeweils andere der beiden Patchantennen 13, 15 als eine passive beziehungsweise parasitäre Antenne (ohne eigene Speiseleitung) ausgestaltet sein kann.
Sofern die erste Patchantenne 13, wie in den 2 und 3 abgebildet, eine Antennen-Speiseleitung 23 aufweist, kann die erste Patchantenne 13 eine aktive Antenne sein, die eine bevorzugte Hauptabstrahlrichtung 24a aufweisen kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Hauptabstrahlrichtung 24a von dem Substrat 11 weg gerichtet, wie dies schematisch in 3 eingezeichnet ist.
Die zweite Patchantenne 15 kann in der Hauptabstrahlrichtung 24a der ersten Patchantenne 13 vor der ersten Patchantenne 13 angeordnet sein. Die zweite Patchantenne 15 kann außerdem im Hauptkeulenbereich und/oder in einem Nebenkeulenbereich der Abstrahlcharakteristik der ersten Patchantenne 13 angeordnet sein. Die zweite Patchantenne 15 kann also relativ zu der ersten Patchantenne 13 derart angeordnet sein, dass die zweite Patchantenne 15 von der Strahlung der ersten Patchantenne 13 erfasst wird.
Sofern die dreidimensionale Formstruktur 14, wie eingangs erwähnt, für die von der ersten Patchantenne 13 ausgesandte Strahlung zumindest teildurchlässig (und vorzugsweise größtenteils durchlässig) ist, wird die zweite Patchantenne 15 von der Strahlung der ersten Patchantenne 13 angeregt und sendet daraufhin ihrerseits elektromagnetische Strahlung in einer Hauptabstrahlrichtung 24b ab, die ebenfalls von der ersten Substratseite 11A und von der ersten Patchantenne 13 weg gerichtet ist.
Wie in den 1, 2 und 3 gezeigt ist, können die erste Patchantenne 13 und die zweite Patchantenne 15 in der dritten Richtung (z-Richtung) übereinander angeordnet sein. Beispielsweise können die erste Patchantenne 13 und die zweite Patchantenne 15 in einer Richtung senkrecht zur Substratebene 12 übereinander angeordnet sein. In den abgebildeten Ausführungsbeispielen ist die zweite Patchantenne 15 über beziehungsweise oberhalb der ersten Patchantenne 13 angeordnet.
Außerdem kann die mindestens eine Antenne 13, 15 beliebig strukturiert werden, um mittels ihrer geometrischen Konfiguration eine oder mehrere elektrische Eigenschaften der jeweiligen Antenne 13, 15 zu beeinflussen. Beispielsweise kann die mindestens eine Antenne 13, 15 mindestens einen Schlitz 130, 150 aufweisen und dadurch multiresonant sein.
Die 4A und 4B zeigen ein Ausführungsbeispiel bei welchem die erste Antenne 13 mindestens einen Schlitz 130 aufweist.
Die 4C und 4D zeigen ein Ausführungsbeispiel bei welchem die zweite Antenne 15 mindestens einen Schlitz 150 aufweist.
Es kann also mindestens eine der beiden Antennen 13, 15 mindestens einen Schlitz 130, 150 aufweisen. Es ist demnach ebenso denkbar, dass beide Antennen 13, 15 gleichzeitig jeweils mindestens einen Schlitz 130, 150 aufweisen.
5A zeigt eine Seitenansicht einer Antennenvorrichtung 10 mit einer ebenfalls bogenförmig ausgestalteten dreidimensionalen Formstruktur 14. In dieser Ansicht sind die Geometrien der einzelnen Teile der Antennenvorrichtung 10, die nicht maßstabsgetreu sein müssen, gut zu erkennen.
So ist beispielsweise zu sehen, dass die erste Patchantenne 13 und die zweite Patchantenne 15 in einer Projektion senkrecht zu der Substratebene 12 die gleiche Länge L_Pro aufweisen können. Von der Länge L_Pro in der Projektion senkrecht zu der Substratebene 12 wird insbesondere dann gesprochen, wenn mindestens eine der beiden Patchantennen 13, 15 eine von der planaren Form abweichende Form aufweist. Das heißt, zum Beispiel wenn mindestens eine der beiden Patchantennen 13, 15 gekrümmt ist.
Anderenfalls spricht man von einer geometrischen Länge L_Geo der jeweiligen Patchantenne 13, 15. Dabei handelt es sich um die tatsächliche geometrische Länge der jeweiligen Patchantenne 13, 15 unabhängig von deren Form. Die geometrische Länge L_Geo der zweiten Patchantenne 15 ist beispielhaft in 5A für die gekrümmte Form der zweiten Patchantenne 15 eingezeichnet. Bei einer planaren Patchantenne 13, 15 entspricht die geometrische Länge L_Geo der Länge L_Pro in der Projektion senkrecht zu der Substratebene 12.
Wenn hierin von der Länge L einer Patchantenne 13, 15 die Rede ist, so kann sich diese Länge L sowohl auf die Länge L_Pro der jeweiligen Patchantenne 13 ,15 in einer Projektion senkrecht zu der Substratebene 12, als auch auf die geometrische Länge L_Geo der jeweiligen Patchantenne 13, 15 beziehen. Selbiges gilt gleichsam auch für eine Länge der dreidimensionalen Formstruktur 14, die eine Länge L_F in der Projektion senkrecht zu der Substratebene 12 oder eine geometrische Länge der dreidimensionalen Formstruktur 14 einschließen kann.
Die Länge L der ersten und/oder zweiten Patchantenne 13, 15 kann beispielsweise die Hälfte der Resonanzwellenlänge der jeweiligen Patchantenne 13, 15 sein, d.h. L = λ/2. Es ist auch denkbar, dass zumindest eine der beiden Patchantennen 13, 15 eine Länge L aufweist, die beispielsweise ein Viertel der Resonanzwellenlänge der jeweiligen Patchantenne 13, 15 sein kann, d.h. L = λ/4.
Außerdem kann die zweite Patchantenne 15 von der ersten Patchantenne 13 beabstandet angeordnet sein. Ein Maß H₁ der Beabstandung zwischen der ersten Patchantenne 13 und der zweiten Patchantenne 15 kann beispielsweise einen beliebigen Wert haben.
In der abgebildeten bogenförmigen Ausgestaltung der dreidimensionalen Formstruktur 14 kann es sich bei dieser Beabstandung H₁ um eine Beabstandung zwischen der ersten Patchantenne 13 und einem oberen Scheitelpunkt der ebenfalls bogenförmigen zweiten Patchantenne 15 handeln. Bei der Beabstandung H₁ kann es sich beispielsweise auch um eine maximale Beabstandung zwischen der ersten Patchantenne 13 und der zweiten Patchantenne 15 handeln, beispielsweise auch bei einer anders als bogenförmig geformten dreidimensionalen Formstruktur 14, beziehungsweise bei einer anderen Form der darauf angeordneten zweiten Patchantenne 15. Bei komplexer geformten dreidimensionalen Formstrukturen 14 kann es sich bei der Beabstandung H₁ beispielsweise auch um eine durchschnittliche Beabstandung zwischen der ersten Patchantenne 13 und der zweiten Patchantenne 15 handeln.
Bei Ausführungsformen wie sie beispielsweise in 1 abgebildet sind, kann es sich bei der Beabstandung H₁ beispielsweise um eine gleichmäßige oder durchschnittliche Beabstandung zwischen der ersten Patchantenne 13 und der zweiten Patchantenne 15 handeln.
Ein weiteres Maß H₂ der Beabstandung zwischen der ersten Patchantenne 13 und der zweiten Patchantenne 15 kann beispielsweise einen beliebigen Wert haben. Das weitere Maß H₂ einer Beabstandung kann dabei kleiner sein als das zuvor beschriebene erste Maß H₁ der Beabstandung, d.h. H₂ < H₁.
In der abgebildeten bogenförmigen Ausgestaltung der dreidimensionalen Formstruktur 14 kann es sich bei dieser weiteren Beabstandung H₂ beispielsweise um eine Beabstandung zwischen der ersten Patchantenne 13 und einem unteren Scheitelpunkt der ebenfalls bogenförmigen zweiten Patchantenne 15 handeln. Bei der Beabstandung H₂ kann es sich beispielsweise auch um eine minimale Beabstandung zwischen der ersten Patchantenne 13 und der zweiten Patchantenne 15 handeln, beispielsweise auch bei einer anders als bogenförmig geformten dreidimensionalen Formstruktur 14, beziehungsweise bei einer anderen Form der darauf angeordneten zweiten Patchantenne 15.
Bei Ausführungsformen wie sie beispielsweise in 1 abgebildet sind, kann es sich bei der Beabstandung H₂ beispielsweise um eine gleichmäßige oder durchschnittliche Beabstandung zwischen der ersten Patchantenne 13 und der zweiten Patchantenne 15 handeln, wobei hier vorzugsweise H₁ = H₂ ist.
Es ist außerdem denkbar, dass die von der ersten Patchantenne 13 beabstandete dreidimensionale Formstruktur 14 einen Zwischenraum 41 (5A) zwischen der dreidimensionalen Formstruktur 14 und der ersten Patchantenne 13 bildet, wobei dieser Zwischenraum 41 ein Dielektrikum aufweisen kann.
In anderen Worten ist also zumindest der Abschnitt 18 der dreidimensionalen Formstruktur 14, an dem die zweite Patchantenne 15 angeordnet ist, berührungslos von der ersten Seite 11A des Substrats 11 beabstandet, wodurch ein Zwischenraum 41 zwischen dem Abschnitt 18 der dreidimensionalen Formstruktur 14 und der ersten Seite 11A des Substrats 11 gebildet wird, und wobei der Zwischenraum 41 ein Dielektrikum aufweisen kann.
In dem in 5A abgebildeten Ausführungsbeispiel ist beispielsweise Luft als Dielektrikum zwischen der dreidimensionalen Formstruktur 14 und der ersten Patchantenne 13 vorgesehen. Luft als Dielektrikum ist besonders vorteilhaft für das Abstrahlverhalten der beiden Patchantennen 13, 15. Daher ist Luft als Dielektrikum zwischen den beiden Patchantennen 13, 15 bevorzugt. Prinzipiell kann es sich bei dem in dem Zwischenraum 41 angeordneten Dielektrikum aber auch um andere Dielektrika als Luft handeln, wie beispielsweise gängige, in der Leiterplattenverarbeitung verwendete Kunststoffe.
Auch wäre es beispielsweise vorstellbar, dass die dreidimensionale Formstruktur 14 selbst ein Dielektrikum aufweist, oder aus einem Dielektrikum hergestellt ist, wobei die dreidimensionale Formstruktur 14 weiter in den Zwischenraum 41 hinein ragen kann als es in 5A abgebildet ist.
Derartige Ausführungsbeispiele sind in den 11, 12 und 13 gezeigt, wobei das in 11 dargestellte Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem in 5A abgebildeten Ausführungsbeispiel entspricht. Die Dicke d_F der dreidimensionalen Formstruktur 14 kann beispielsweise etwa zwischen 20 µm bis 500 µm, oder zwischen 20 µm und 60µm, und beispielsweise etwa 50 µm betragen.
Wie in 12 abgebildet ist, kann sich die dreidimensionale Formstruktur 14 beispielsweise aber auch etwa bis zur Hälfte des Zwischenraums 41 in diesen hinein erstrecken. Die dreidimensionale Formstruktur 14 füllt dabei etwa die Hälfte des Zwischenraums 41 aus. Die dreidimensionale Formstruktur 14 kann sich auch noch weiter in den Zwischenraum 41 hinein erstrecken und dabei bis zu etwa Dreiviertel des Zwischenraums 41 ausfüllen.
Es wäre aber auch denkbar, dass die dreidimensionale Formstruktur 14 den Zwischenraum 41 vollständig ausfüllt. Dabei kann die dreidimensionale Formstruktur 41 die erste Patchantenne 13 sogar berühren. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in 13 gezeigt. Wie weit die dreidimensionale Formstruktur 14 in den Zwischenraum 41 hineinragen kann, ist von der Qualität des Dielektrikums der dreidimensionalen Formstruktur 14 abhängig. Ein hochqualitatives Dielektrikum beispielsweise kann sich weiter in den Zwischenraum 41 hinein erstrecken, d.h. dicker ausgestaltet sein, als ein Dielektrikum mit weniger guter Qualität. Je dicker jedoch die dreidimensionale Formstruktur 14 ist, desto mehr Stabilität bietet sie auch, um die zweite Patchantenne 15 darauf anzuordnen. Demnach sollte eine dickere dreidimensionale Formstruktur 14 ein qualitativ hochwertiges Dielektrikum aufweisen.
Wie am besten in den 5A, 5B und 6 zu sehen ist, kann die dreidimensionale Formstruktur 14 eine (mittlere) Dicke d_F aufweisen, die etwa der (mittleren) Dicke d_S des Substrats 11 entspricht. Die dreidimensionale Formstruktur 14 kann beispielsweise aus dem gleichen Material gefertigt sein wie das Substrat 11. In einigen denkbaren Ausführungsbeispielen kann die dreidimensionale Formstruktur 14 aus demselben Material gefertigt und einstückig mit dem Substrat 11 ausgebildet sein.
Die dreidimensionale Formstruktur 14 kann aber auch als ein separates Teil ausgeführt sein, das auf der ersten Substratseite 11A angeordnet wird, beispielsweise mittels Kleben, Löten, Bonden und dergleichen.
Wenn beispielsweise, wie zuvor erwähnt, die dreidimensionale Formstruktur 14 ein Dielektrikum aufweist, dann kann die dreidimensionale Formstruktur 14 die erste Patchantenne 13 von der zweiten Patchantenne galvanisch isolieren.
Außerdem kann, wie in den 2 bis 5A beispielhaft abgebildet ist, das Substrat 11 eine Metallisierung 42 aufweisen. Die Rückseitenmetallisierung 42 kann auf der zweiten Seite 11B des Substrats 11 angeordnet sein. Da die Metallisierung 42 auf der den Antennen 13, 15 gegenüberliegenden Seite 11B des Substrats 11 angeordnet ist, kann die Metallisierung 42 auch als eine Rückseitenmetallisierung bezeichnet werden. Die Rückseitenmetallisierung 42 kann sich zumindest abschnittsweise oder, wie abgebildet, über die gesamte Fläche der zweiten Seite 11B des Substrats 11 erstrecken.
Alternativ kann sich die Rückseitenmetallisierung 42 in einer Projektion senkrecht zur Substratebene 12 zumindest in dem Bereich (d.h. gegenüberliegend von) der ersten Patchantenne 13 erstrecken.
Eine Rückseitenmetallisierung 42 ist vor allem dann vorteilhaft, wenn zumindest eine der beiden Antennen 13, 15 als eine Patchantenne ausgeführt ist. Dann kann die zumindest eine Patchantenne 13, 15 als ein Strahler und die Rückseitenmetallisierung 42 als Absorber oder Reflektor dienen.
Die erste Seite 11A des Substrats 11 kann hingegen metallisierungslos ausgeführt sein. Das heißt, auf der ersten Seite 11A des Substrats 11 kann (mit Ausnahme einer Speiseleitung) keine Metallisierung angeordnet sein. Die erste Patchantenne 13 kann direkt auf der ersten Seite 11A des Substrats 11 angeordnet sein. Auch die dreidimensionale Formstruktur 14 kann direkt auf der ersten Seite 11A des Substrats 11 angeordnet sein.
Die 5B und 6 zeigen eine Draufsicht auf weitere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Antennenvorrichtungen 10. Die in der abgebildeten Draufsicht dargestellten Geometrien entsprechen der zuvor erwähnten Projektion senkrecht zur Substratebene 12.
In 5B ist nochmals die zuvor erwähnte Länge L der beiden Patchantennen 13, 15 zu sehen. Außerdem ist in 5B eine Breite B_P2 der zweiten Patchantenne 15 sowie eine Breite B_F der dreidimensionalen Formstruktur 14 abgebildet, und in 6 ist zusätzlich eine Breite B_P1 der ersten Patchantenne 13 abgebildet.
Die beiden Patchantennen 13, 15 können, z.B. in der Projektion senkrecht zur Substratebene 12, eine Länge L aufweisen, die etwa ihrer jeweiligen Breite B_P1 , B_P2 entspricht. Unter der Länge L kann im Übrigen die längere der beiden Erstreckungsrichtungen einer jeweiligen Patchantenne 13, 15 verstanden werden, und unter der Breite B kann im Übrigen die kürzere der beiden Erstreckungsrichtungen einer jeweiligen Patchantenne 13, 15 verstanden werden was insbesondere bei der hier abgebildeten rechteckigen Form der Patchantennen 13, 15 zutrifft. Außerdem kann die Länge L der jeweiligen Patchantenne 13, 15 entlang der Erstreckungsrichtung der dreidimensionalen Formstruktur 14 zwischen den ersten und zweiten Substratkontaktabschnitten 16, 17 gemessen werden, was beispielsweise auch bei anderen geometrischen Formen der Patchantennen 13, 15 zutreffend sein kann.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, die hier nicht explizit abgebildet sind, kann mindestens eine der beiden Patchantennen 13, 15 beispielsweise rund oder trapezförmig sein, oder auch andere Geometrien aufweisen. Außerdem kann mindestens eine der beiden Patchantennen 13, 15 strukturiert sein, um beispielsweise eine gewünschte Polarisation zu erzeugen, oder um Einfach- oder Mehrfachresonanzen zu erzeugen, oder um die Effizienz, Gewinn und Bandbreite zu erhöhen.
Die Breite B_P2 der zweiten Patchantenne 15 kann über deren gesamte geometrische Länge L_Geo konstant sein. Die Breite B_F der dreidimensionalen Formstruktur 14 kann über deren gesamte Länge L_F konstant sein.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die dreidimensionale Formstruktur 14 über deren Länge L_F hinweg eine nicht konstante Breite aufweist. So kann beispielsweise die dreidimensionale Formstruktur 14 einen ersten Abschnitt 14₁ aufweisen, der in einer Projektion senkrecht zur Substratebene 12 der ersten Patchantenne 13 (hier in Strichlinien dargestellt) gegenüberliegend angeordnet ist.
Dieser erste Abschnitt 14₁ der dreidimensionalen Formstruktur 14 kann eine Breite B_F1 aufweisen, die etwa gleich groß wie oder größer als eine Breite B_P1 der ersten Patchantenne 13 ist. Das heißt, die dreidimensionale Formstruktur 14, beziehungsweise zumindest der erste Abschnitt 14₁ der dreidimensionalen Formstruktur 14, erstreckt sich in einer Breitenrichtung vollständig über die erste Patchantenne 13 hinweg.
Die dreidimensionale Formstruktur 14 kann außerdem mindestens einen zweiten Abschnitt 14₂ aufweisen, der im Vergleich zu dem ersten Abschnitt 14₁ eine geringere Breite B_F2 aufweist. In dem hier abgebildeten Ausführungsbeispiel weist die dreidimensionale Formstruktur 14 zwei dieser zweiten Abschnitte 14₂ auf, die jeweils einen der ersten und zweiten Substratkontaktabschnitte 16, 17 aufweisen und hierüber mit dem Substrat 11 physisch in Kontakt sind. Außerdem sind die zweiten Abschnitte 14₂ an deren jeweils genüberliegenden Enden mit dem zuvor erwähnten ersten Abschnitt 14₁ der dreidimensionalen Formstruktur 14 verbunden. Der erste Abschnitt 14₁ der dreidimensionalen Formstruktur 14 ist sozusagen über die zweiten Abschnitte 14₂ oberhalb des Substrats 11 aufgehängt.
Da die erste Patchantenne 13 in der in 6 abgebildeten Draufsicht von der dreidimensionalen Formstruktur 14 beziehungsweise von dem ersten Abschnitt 14₁ der dreidimensionalen Formstruktur 14 verdeckt ist, ist die erste Patchantenne 13 mit Strichlinien angedeutet. Wie hierbei zu erkennen ist, kann die erste Patchantenne 13 eine Breite B_P1 aufweisen, die gleich groß wie oder größer als die Breite B_P2 der zweiten Patchantenne 15 ist. Generell können die beiden Patchantennen 13, 15 im Wesentlichen die gleichen Abmessungen aufweisen.
In dem in 5B abgebildeten Ausführungsbeispiel würde der der ersten Patchantenne 13 in der Projektion senkrecht zur Substratebene 12 gegenüberliegend angeordnete Abschnitt 14₁ die Breite B_F der dreidimensionalen Formstruktur 14 aufweisen, d.h. hier wäre B_F1 = B_F .
Generell kann die dreidimensionale Formstruktur 14 breiter sein als die daran angeordnete zweite Patchantenne 15 und/oder als die darunter angeordnete erste Patchantenne 13. In dem in den 5B und 6 abgebildeten Ausführungsbeispielen ist die Breite B_F1 der dreidimensionalen Formstruktur 14 etwa gleich groß wie die Breite B_P1 der ersten Patchantenne 13 und/oder wie die Breite B_P2 der zweiten Patchantenne 15. Die Breite B_F1 der dreidimensionalen Formstruktur 14 kann aber auch etwa um 10%, oder um 20% größer sein als die Breite B_P1 der ersten Patchantenne 13 beziehungsweise als die Breite B_P2 der zweiten Patchantenne 15.
In einigen, hier nicht explizit dargestellten Ausführungsbeispielen, kann die Breite B_F1 der dreidimensionalen Formstruktur 14 etwa dreimal so groß sein wie die Breite B_P1 der ersten Patchantenne 13 und/oder wie die Breite B_P2 der zweiten Patchantenne 15. Es ist aber auch denkbar, dass die Breite B_F der dreidimensionalen Formstruktur 14 etwa viermal so groß wie die Breite B_P1 der ersten Patchantenne 13 oder wie die Breite B_P2 der zweiten Patchantenne 15 ist, oder dass die Breite B_F der dreidimensionalen Formstruktur 14 etwa doppelt so groß wie die Breite B_P1 der ersten Patchantenne 13 oder wie die Breite B_P2 der zweiten Patchantenne 15 ist.
Die zweite Patchantenne 15 kann symmetrisch an der dreidimensionalen Formstruktur 14 angeordnet sein, wobei die zweite Patchantenne 15 in der Breitenrichtung etwa gleich weit von beiden Enden der dreidimensionalen Formstruktur 14 beabstandet ist, wie dies ebenfalls in den 5B und 6 erkennbar ist.
Außerdem kann in einer Projektion senkrecht zur Substratebene 12 eine Länge L der ersten Patchantenne 13 und/oder der zweiten Patchantenne 15 etwa die Hälfte oder ein Viertel der Länge L_F der dreidimensionalen Formstruktur 14 betragen (5A).
Die 7 und 8 zeigen weitere Ausführungsbeispiele, wobei die Antennenvorrichtung 10 als ein Array 90 ausgestaltet ist. Das Array 90 weist mindestens zwei erste Antennen 13A, 13B und/oder mindestens zwei zweite Antennen 15A, 15B auf. Die Antennen sind auch hier wieder im Sinne von nicht limitierenden Beispielen als Patchantennen ausgestaltet.
In dem in 7 abgebildeten Ausführungsbeispiel weist das Array 90 zwei erste Patchantennen 13A, 13B und zwei zweite Patchantennen 15A, 15B auf. In dem in 8 abgebildeten Ausführungsbeispiel weist das Array 90 vier erste Patchantennen 13A, 13B, 13C, 130 und vier (hier nicht sichtbare) zweite Patchantennen auf.
Bei beiden Ausführungsbeispielen können die ersten Patchantennen 13A-13D mittels einer gemeinsamen Speiseleitung 23 speisbar sein, sodass die ersten Patchantennen 13A-13D aktive Antennen sind. Die zweiten Patchantennen 15A, 15B können parasitäre Antennen sein. Insbesondere bei einer Ausgestaltung der ersten und zweiten Antennen als Patchantennen, kann zudem eine Rückseitenmetallisierung 42 vorgesehen sein.
Bei einem erfindungsgemäßen Array 90 kann die Anzahl der ersten Antennen 13A, 13B identisch sein mit der Anzahl an zweiten Antennen 15A, 15B. Generell gilt alles, was hierin mit Bezug auf die erfindungsgemäße Antennenvorrichtung 10 beschrieben ist, auch für die in den 7 und 8 abgebildeten Ausführungsbeispiele, bei denen die Antennenvorrichtung 10 als ein Array 90 ausgestaltet ist.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung 10 als ein Array 90, welches auch als Gruppenstrahler bezeichnet werden kann, kann insofern vorteilhaft sein, als dass die Freiraumdämpfung bei höheren Frequenzbereichen im Vergleich zu Einzelstrahlern vorteilhaft überwunden werden kann.
Die 9A bis 9G zeigen eine elektrische Vorrichtung 100 mit einer hierin beschriebenen Antennenvorrichtung 10. Die elektrische Vorrichtung 100 weist ein Substrat 111 auf. Das Substrat 111 kann beispielsweise eine Leiterplatte sein. Das Substrat 111 kann eine oder mehrere Schichten beziehungsweise Lagen aufweisen.
Das Substrat 111 kann mindestens eine eingebettete beziehungsweise integrierte Schaltungskomponente 113 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat 111 mindestens eine Hochfrequenzschaltung, zum Beispiel einen Hochfrequenzchip 112, aufweisen, der in dem Substrat 111 eingebettet beziehungsweise integriert sein kann.
Die Antennenvorrichtung 10 ist an dem Substrat 111 angeordnet. Beispielsweise kann die Antennenvorrichtung 10 mit ihrer Rückseitenmetallisierung 42 direkt an dem Substrat 111 angeordnet werden und hierüber mechanisch mit dem Substrat 111 sowie elektrisch mit den ein oder mehreren Schaltungskomponenten 113, und insbesondere mit dem Hochfrequenzchip 112, gekoppelt sein. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Substrat 11 der Antennenvorrichtung 10 planar ausgeführt ist, und wenn auch die auf der zweiten Seite 11B des Substrats 11 angeordnete Rückseitenmetallisierung 42 planar ausgeführt ist. Somit kann die Antennenvorrichtung 10 einfach auf einer oberen Schicht von konventionellen Packages oder Systemboards angeordnet und in eine konventionelle Hochfrequenzschaltung integriert werden. Diese einfache Integration der Antennenvorrichtung 10 in bestehende HF-Packages ist ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung.
Es ist außerdem denkbar, dass die Rückseitenmetallisierung 42 eine Schirmung gegen die von der Patchantenne 13 abgegebene Strahlung bereitstellt. Somit könnte der Hochfrequenzchip 112 geeignet gegen elektromagnetische Wellen abgeschirmt werden, wodurch die EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) der elektrischen Vorrichtung 100 deutlich erhöht werden kann.
Die Antennenvorrichtung 10 kann hierbei mit dem Hochfrequenzchip 112 elektrisch verbunden sein. Dies kann beispielsweise mittels eines Vias (Durchkontaktierung) 114 bewerkstelligt werden, das den Hochfrequenzchip 112 elektrisch mit der Antennen-Speiseleitung 23 und/oder direkt mit der ersten Patchantenne 13 koppelt. Die Antennenvorrichtung 10 ist ausgestaltet, um ein Hochfrequenzsignal des Hochfrequenzchips 112 auszusenden und/oder ein Hochfrequenzsignal zu empfangen und dies dem Hochfrequenzchip 112 zur weiteren Verarbeitung bereitzustellen.
Für die Ankontaktierung der elektrischen Vorrichtung 100 auf einem weiteren (hier nicht explizit dargestellten) Substrat können Kontaktierungselemente, beispielsweise Lötkugeln (engl.: solder balls) 115, vorgesehen sein.
Zur thermischen Entkopplung des Hochfrequenzchips 112 können diese Lötkugeln 115 an dem Hochfrequenzchip 112 angeordnet werden. Die Lotkugeln 115 weisen einen großen Wärmeleitwert auf, um entstehende Hitze von dem Hochfrequenzchip 112 abzuleiten.
9G zeigt eine zu 9A alternative Möglichkeit zur Wärmeabfuhr durch die Verwendung einer Hitzesenke 117 (engl.: heat sink). Die Hitzesenke 117 kann mittels eines leitfähigen Klebers 126 mit dem Hochfrequenzchip 112 verbunden werden.
Eine andere Möglichkeit zur thermischen Entkopplung, die alternativ oder zusätzlich eingesetzt werden kann, ist in 9B gezeigt. Im Vergleich zu 9A kann zusätzlich oder alternativ zu den Lötkugeln 115 ein Hitzeleitungselement 116 mit großem Wärmeleitwert, beispielsweise ein Metallblock, vorgesehen sein. Das Substrat 111 kann, im Vergleich zu 9A, beispielsweise eine zusätzliche Substratschicht 111A aufweisen, in der das Hitzeleitungselement 116 angeordnet sein kann. Optional kann zusätzlich eine Hitzesenke 117 vorgesehen sein. Hierbei kann es sich beispielsweise um Lotkugeln 115 und/oder um ein Wärme aufnehmendes Material, zum Beispiel eine thermische Leitpaste, handeln. Die Hitzesenke 117 kann auf der Unterseite des Hitzeleitungselements 116 angeordnet sein, sodass das Hitzeleitungselement 116 zwischen dem Hochfrequenzchip 112 und der Hitzesenke 117 angeordnet ist. Die Hitzesenke 117 kann auf einem weiteren (hier nicht explizit dargestellten) Substrat angeordnet werden. Das Hitzeleitungselement 116 kann alternativ ganz oder teilweise als Klebematerial implementiert sein, wobei hierfür unterschiedliche Materialien verwendet werden können, etwa ein aushärtender Klebstoff und/oder Wärmeleitpasten.
Eine weitere Alternative zur thermischen Entkopplung ist in 9C dargestellt. Im Vergleich zu 9B kann zusätzlich oder alternativ zu dem Hitzeleitungselement 116 mindestens ein thermisches Via 118 vorgesehen sein. Dieses Via 118 kann im Wesentlichen dieselben Zwecke erfüllen wie das Hitzeleitungselement 116. Das Via 118 kann mittels Lotkugeln 115 und/oder mittels einer (hier nicht dargestellten) Hitzesenke, vergleichbar mit der in 9B dargestellten Hitzesenke 117, gekoppelt sein.
In den 9D, 9E und 9F sind weitere Ausführungsbeispiele gezeigt. In diesen Beispielen ist das Substrat 11 der Antennenvorrichtung 10 beispielsweise als ein mehrlagiger Substratstapel ausgestaltet, wobei eine dritte Antenne 120 beispielsweise innerhalb dieses Substratstapels 11 angeordnet sein kann. Die dritte Antenne 120 kann eine aktiv speisbare Antenne sein. In einem solchen Multilayer-Aufbau kann die dritte Antenne 120 auch durch Probe, Proximity Feed oder Aperture Coupled Feed angeregt werden. In den Ausführungsbeispielen in 9D, 9E und 9F kann die Patchantenne 13 direkt galvanisch angeregt werden (wie in den 2 bis 8), oder als ein parasitärer Radiator wirken. In dem Fall, dass die Patchantenne 13 als parasitärer Radiator wirkt, wird die Patchantenne 13 durch die von der dritten Antenne 120 erzeugte elektromagnetische Strahlung angeregt. Alle drei Strahler (d.h. die Patchantenne 13, die zweite Antenne 15 und die dritte Antenne 120) können ausgelegt sein, um im selben Frequenzbereich abzustrahlen bzw. Signale zu empfangen, oder um in unterschiedlichen Frequenzbereichen abzustrahlen bzw. Signale zu empfangen.
9D zeigt einen Substratstapel 11 mit beispielhaft zwei Substratschichten 11A, 11 B. In dem Substratstapel 11 kann, zum Beispiel zwischen einer ersten Substratschicht 11A und einer zweiten Substratschicht 11B, eine dritte Antenne 120 angeordnet sein. Ein Via 42A dient zur Anregung der dritten Antenne 120. Das heißt, die dritte Antenne 120 kann mittels des Vias 42A beispielsweise mit dem Hochfrequenzchip 112 (siehe 9A bis 9C) galvanisch verbunden werden. Dies wird auch als Probe-Feed bezeichnet.
9E zeigt eine ähnliche Anordnung, wobei eine Streifenleitung 121 die dritte Antenne 120 anregt. Dies wird auch als Planar-Feed bezeichnet.
9F zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Hier kann der Substratstapel 11 beispielsweise drei Substratschichten 11A, 11B, 11C aufweisen. In dem Substratstapel 11, zum Beispiel zwischen einer ersten Substratschicht 11A und einer zweiten Substratschicht 11B, kann eine dritte Antenne 120 angeordnet sein. In dem Substratstapel 11, zum Beispiel zwischen der zweiten Substratschicht 11B und einer dritten Substratschicht 11C, kann die Rückseitenmetallisierung 42 angeordnet sein. Die Rückseitenmetallisierung 42 kann eine Öffnung 42B aufweisen.
In oder an dem Substratstapel 11 kann eine Metallisierungsschicht 42C angeordnet sein. Diese Metallisierungsschicht 42C kann beispielsweise galvanisch mit dem Hochfrequenzchip 112 verbindbar sein und die dritte Antenne 120 durch die Öffnung 42B hindurch mittels elektromagnetischer Wellen anregen. Dies wird auch als Aperture-Coupled-Feed bezeichnet.
In den Ausführungsbeispielen, die in den 9D, 9E und 9F gezeigt sind, kann die dritte Antenne 120 eine aktiv speisbare Antenne sein. In einem solchen Multilayer-Aufbau kann die dritte Antenne 120 beispielsweise durch ein Proximity Feed oder Aperture Coupled Feed angeregt werden. Die dritte Antenne 120 kann alternativ auch durch eine Durchkontaktierung 42A (9D) oder eine Leitung 121 (9E) mit einer Signalquelle z.B. Hochfrequenz-Chip 112 (9A, 9B, 9C), verbunden werden. Die dritte Antenne 120 kann durch das Signal aus der Quelle 112 galvanisch mit Hilfe des Vias 42A (sogenanntes Probe Feed) oder einer Leitung 121 (so genanntes Planar Feed) angeregt werden. Die dritte Antenne 120 kann auch elektromagnetisch durch Aperture-coupled Feed ( 9F) angeregt werden. Elektromagnetische Wellen, die beispielsweise durch die dritte Antenne 120 erzeugt werden, können die erste Antenne 13 anregen, so dass die erste Antenne 13 elektromagnetisch anstelle von galvanisch angeregt wird, wobei alternativ auch eine galvanische Anregung möglich ist. Die erste Antenne 13 regt auch die zweite Antenne 15 elektromagnetisch an.
Diese Anordnung bietet sehr viele Vorteile, z.B. eine enorme Vergrößerung der Bandbreite. Diese Vergrößerung wird wie folgt erreicht: Die Antennen 120, 13 und 15 werden so ausgelegt, dass ihre jeweilige Resonanzfrequenzen leicht zueinander versetz sind. Weil die Resonanzfrequenzen ganz nah bei einander liegen, werden sie verkoppelt und damit entsteht eine größere Bandbreite.
Die dritte Antenne 120 kann prinzipiell unabhängig von den anderen Antennen 13, 15 und/oder abhängig auf einer gewünschten Funktion oder Abstrahlcharakteristik individuell gebildet sein, etwa als Streifenantenne oder als Patchantenne.
Die Antennenvorrichtung 10 in den 9D, 9E und/oder 9F kann auch genauso wie die Antennenvorrichtungen in den 9A, 9B, 9C und 9G auf einem Multilayer-Substrat 111 angeordnet bzw. mit diesem verbunden werden. Um dies zu verdeutlichen sei der Vollständigkeit halber auf die 9H verwiesen.
9H zeigt das zuvor mit Bezug auf 9D näher beschriebene Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung 10. Die Antennenvorrichtung 10 weist einen Substratstapel 11 (11A, 11B) auf. Dieser Substratstapel 11 kann mittels der Rückseitenmetallisierung 42 mit dem Multi-Layer Substratstapel 111 verbunden werden. Die in dem Substratstapel 11 angeordnete dritte Antenne 120 kann mittels des Vias 42A mit dem Hochfrequenzchip 112 galvanisch verbunden werden.
Gemäß weiteren, hier nicht explizit dargestellten Ausführungsbeispielen, können mindestens zwei der hierin beschriebenen Antennenvorrichtungen 10 zu einem Antennenarray 90, wie es mit Bezug auf die 7 und 8 beschrieben wurde, zusammengefasst werden.
10A zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer Antennenvorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die ein Gehäuse 136 aufweist. Das Gehäuse 136 ist zumindest bereichsweise umfassend ein dielektrisches oder elektrisch isolierendes Material gebildet, um einen Austritt des Funksignals aus dem Gehäuse 136 zu ermöglichen. Beispielsweise kann das Gehäuse 136 ein Kunststoffmaterial oder ein Glasmaterial umfassen. Kunststoffmaterial kann während einer Vereinzelung und Verkapselung der Antennenvorrichtung 10 aus einem Wafer heraus angeordnet werden. Im Inneren des Gehäuses 136 kann die Antennenvorrichtung 10 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine andere Antennenvorrichtung gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen, zumindest ein Antennenarray und/oder zumindest eine elektrische Vorrichtung 100 gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen im Inneren des Gehäuses 136 angeordnet sein. Ein Innenvolumen 137 des Gehäuses 136 kann zumindest teilweise mit einem Gas, wie etwa Luft oder einem Material mit einer geringen Dielektrizitätskonstante oder zu einem geringen Leistungsverlust führendem Material gefüllt sein.
Das Gehäuse 136 umfasst einen Anschluss 138a, der mit der Antennen-Speiseleitung 23 verbunden sein kann. Der Anschluss 138a ist konfiguriert, um mit einem Signalausgang eines Hochfrequenzchips 112 (siehe z.B. 7 bis 9) verbunden zu werden. Das bedeutet, dass über den Anschluss 138a beispielsweise ein Hochfrequenzsignal empfangen werden kann. Das Gehäuse 136 kann einen weiteren Anschluss 138b aufweisen, der als Rückleitung mit der Antennenspeiseleitung 23 oder optional mit der Rückseitenmetallisierung 42 verbunden sein kann. Beispielsweise ist der Anschluss 138b mit einer als Rückleitung konfigurierten elektrischen Leitung verbunden, die durch die Antennen-Speiseleitung 23 implementiert sein kann oder durch die Rückseitenmetallisierung 42 implementiert sein kann.
10B zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer Antennenvorrichtung 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, die ein Gehäuse 136 aufweist und bei der die Rückseitenmetallisierung 42 mit einer Wand des Gehäuses 136 verbunden ist oder die Wand bildet, um eine Kontaktierung der Rückseitenmetallisierung 42 mit anderen Komponenten auf einfachem Wege zu ermöglichen. Der Anschluss 138a kann mit einer elektrisch leitfähigen Struktur 132, wie zum Beispiel einem Via, verbunden sein. Der Anschluss 138a kann zum Bereitstellen einer vertikalen Verbindung zu der Antennenvorrichtung 10 dienen, etwa an der Antennen-Speiseleitung 23, um die Antennenvorrichtung 10 anzuregen. Somit kann der Anschluss 138a einen Kontakt zur Umgebung der Antennenvorrichtung 10 bereitstellen.
10C zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer Antennenvorrichtung 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei der das Gehäuse 136 im Vergleich zu 10B als eine Linse ausgeführt ist, die ausgebildet ist, um eine Abstrahlcharakteristik des Funksignals zu beeinflussen. Beispielsweise kann die Linse ausgebildet sein, um das Funksignal zu bündeln. Beispielsweise kann der Innenraum 137 des Gehäuses 136 zumindest teilweise mit einem dielektrischen Material gefüllt sein und eine äußere Form des Gehäuses 136 kann eine konkave oder konvexe Form aufweisen, um eine streuende oder bündelnde Funktion der Linse zu erhalten. In dieser Anordnung kann die Antenne auch über eine Durchkontaktierung (Via), wie in 10B zu sehen ist, angeregt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf alle Figuren funktionell beschrieben.
Die erste Patchantenne 13 kann als eine aktive Antenne ausgeführt sein, die mittels der Antennen-Speiseleitung 23 gespeist wird. Die erste Patchantenne 13 strahlt in eine bevorzugte Hauptabstrahlrichtung 24 ab. Diese Hauptabstrahlrichtung 24 ist vom Substrat 11 weg gerichtet und zu der darüberliegend angeordneten zweiten Patchantenne 15 hin gerichtet.
Strahlungsanteile, die von der ersten Patchantenne 13 in die Gegenrichtung, das heißt in Richtung des Substrats 11 emittiert werden, können mittels der Rückseitenmetallisierung 42 reflektiert oder absorbiert werden.
Strahlungsanteile, die in die bevorzugte Hauptabstrahlrichtung 24 abgestrahlt werden, können nun von der zweiten Patchantenne 15 empfangen werden. Die zweite Patchantenne 15 kann als eine parasitäre Antenne ohne eigene Speiseleitung ausgestaltet sein und hierbei wie ein zusätzlicher Strahler funktionieren. Je nach Phasenlage kann die zweite Patchantenne 15 dabei die von der ersten Patchantenne 13 ausgehende empfangene elektromagnetische Strahlung verstärken und/oder die Bandbreite der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung erhöhen. Hierfür kann es beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die beiden Antennen ungefähr dieselbe Länge haben. Die Verkopplung der Resonanzfrequenzen der einzelnen Antennen führt zu einer Erhöhung der Bandbreite. Mit der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung 10 kann beispielsweise die Bandbreite bis zu Achtfach gegenüber derzeit bekannten konventionellen Patchantennen erhöht werden.
Die erfindungsgemäße Antennenvorrichtung 10 kann vorteilhaft in Frequenzbereichen beispielsweise zwischen Millimeter-Wellen und Terrahertz Frequenzen betrieben werden.
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.

Claims

Antennenvorrichtung (10) mit einem Substrat (11), das sich in einer Substratebene (12) erstreckt, wobei das Substrat (11) eine erste Seite (11A) und eine gegenüberliegend angeordnete zweite Seite (11B) aufweist, wobei auf der ersten Seite (11A) des Substrats (11) eine erste Antenne (13) angeordnet ist, und einer auf der ersten Seite (11A) angeordneten dreidimensionalen Formstruktur (14), die sich aus der Substratebene (12) heraus und über die erste Antenne (13) hinweg erstreckt, sodass die erste Antenne (13) zwischen dem Substrat (11) und der dreidimensionalen Formstruktur (14) angeordnet ist, und wobei auf der dreidimensionalen Formstruktur (14) eine zweite Antenne (15) angeordnet ist.
Antennenvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die erste und/oder die zweite Antenne (13, 15) als eine Patchantenne ausgestaltet sind.
Antennenvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei auf der zweiten Seite (11B) des Substrats (11) eine Metallisierung (42) angeordnet ist, die sich zumindest abschnittsweise über die zweite Seite (11B) des Substrats (11) erstreckt.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dreidimensionale Formstruktur (14) einen ersten Substratkontaktabschnitt (16) und einen zweiten Substratkontaktabschnitt (17) aufweist und sich zwischen dem ersten Substratkontaktabschnitt (16) und dem zweiten Substratkontaktabschnitt (17) von dem Substrat (11) beabstandet erstreckt, und wobei die erste Antenne (13) zwischen dem ersten Substratkontaktabschnitt (16) und dem zweiten Substratkontaktabschnitt (17) angeordnet ist.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich die dreidimensionale Formstruktur (14) vollständig über die gesamte Länge L der ersten Antenne (13) hinweg erstreckt.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich die erste Antenne (13) in einer ersten Ebene parallel zu der Substratebene (12) erstreckt, und wobei sich die zweite Antenne (15) in einer zweiten Ebene parallel zur Substratebene (12) oder in einer relativ zu der Substratebene (12) nicht parallel verlaufenden zweiten Ebene erstreckt.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die dreidimensionale Formstruktur (14) eine erste Seite (21) aufweist, die der ersten Antenne (13) gegenüberliegend angeordnet und dieser zugewandt ist, und wobei die dreidimensionale Formstruktur (14) eine der ersten Seite (21) gegenüberliegend angeordnete zweite Seite (22) aufweist, die der ersten Antenne (13) abgewandt ist, wobei die zweite Antenne (15) auf der zweiten Seite (22) der dreidimensionalen Formstruktur (14) angeordnet ist.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweite Antenne (15) in einer Hauptabstrahlrichtung (24) der ersten Antenne (13) vor der ersten Antenne (13) angeordnet ist.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Antenne (13) und die zweite Antenne (15) in einer Richtung senkrecht zur Substratebene (12) übereinander angeordnet sind.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste Antenne (13) und die zweite Antenne (15) in einer Projektion senkrecht zur Substratebene (12) die gleiche Länge L aufweisen.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die dreidimensionale Formstruktur (14) einen Antennenanbringungsabschnitt (18) aufweist, an dem die zweite Antenne (15) angeordnet ist und der von der ersten Antenne (13) in einer Richtung vertikal zur Substratebene (12) beabstandet ist.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die dreidimensionale Formstruktur (14) von der ersten Antenne (13) beabstandet ist, und wobei ein Zwischenraum (41) zwischen der dreidimensionalen Formstruktur (14) und der ersten Antenne (13) ein Dielektrikum aufweist.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die dreidimensionale Formstruktur (14) ein Dielektrikum aufweist, und/oder wobei die dreidimensionale Formstruktur (14) aus demselben Material gefertigt ist wie das Substrat (11) und/oder wobei die dreidimensionale Formstruktur (14) und das Substrat (11) einstückig ausgebildet sind.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die dreidimensionale Formstruktur (14) die erste Antenne (13) und die zweite Antenne (15) galvanisch voneinander isoliert.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die erste Antenne (13) eine Antennen-Speiseleitung (23) aufweist und als eine aktiv speisbare Antenne ausgestaltet ist, und wobei die zweite Antenne (15) als eine parasitäre Antenne ohne eine Antennen-Speiseleitung ausgestaltet ist, die von der Strahlung der ersten Antenne (13) anregbar ist.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei ein der ersten Antenne (13) in einer Projektion senkrecht zur Substratebene (12) gegenüberliegend angeordneter Abschnitt (14₁) der dreidimensionalen Formstruktur (14) eine Breite (B_F1) aufweist, die größer als oder gleich groß wie eine Breite (B_P1) der ersten Antenne (13) ist.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die erste Antenne (13) eine Breite (B_P1) aufweist, die größer als oder gleich groß wie eine Breite (B_P2) der zweiten Antenne (15) ist.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die erste Antenne (13) mindestens einen Schlitz (130) aufweist, und/oder wobei die zweite Antenne (15) mindestens einen Schlitz (150) aufweist.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Substrat (11) als ein Substratstapel mit mindestens zwei Substratlagen (11A, 11B) ausgestaltet ist, und wobei in dem Substratstapel eine dritte Antenne (120) angeordnet ist.
Antennenvorrichtung (10) nach Anspruch 19, wobei die dritte Antenne (120) mittels einer Durchkontaktierung (42A) per Probe-Feed und/oder mittels einer Streifenleitung (121) per Planar Feed galvanisch mit einer Hochfrequenzschaltung (112) verbindbar und von dieser anregbar ist.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei die dritte Antenne (120) elektromagnetisch per Aperture Coupled Feed von einer mit der Hochfrequenzschaltung (112) galvanisch verbundenen Metallisierungsschicht (42C) anregbar ist.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 19 bis 21 wobei die dritte Antenne (120) eine aktiv speisbare Antenne ist, und wobei die erste Antenne (13) und die zweite Antenne (15) jeweils passive Antennen sind, die von der Strahlung der dritten Antenne (120) anregbar sind.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die erste Antenne (13) eine beliebige geometrische Form aufweist, und/oder wobei die zweite Antenne (15) eine beliebige geometrische Form aufweist, und/oder wobei die dritte Antenne (120) eine beliebige Form aufweist.
Antennenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei die Antennenvorrichtung (10) als ein Array ausgestaltet ist, das mindestens zwei erste Antennen (13) und/oder mindestens zwei zweite Antennen (15), und/oder mindestens zwei dritte Antenne (120) aufweist.
Antennenvorrichtung (10) nach Anspruch 24, wobei das Array eine Anzahl an ersten Antennen (13) aufweist, die gleich groß ist wie eine Anzahl an zweiten Antennen (15), und/oder die gleich groß ist wie eine Anzahl an dritten Antennen (120).
Elektrische Vorrichtung (100) mit einem mehrlagigen Substrat (111), das einen Hochfrequenzschaltung (112) aufweist, und mit einer Antennenvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antennenvorrichtung (10) an dem mehrlagigen Substrat (111) angeordnet und mit einer Hochfrequenzschaltung (112) gekoppelt ist, und wobei die Antennenvorrichtung (10) ausgestaltet ist, um ein Hochfrequenzsignal der Hochfrequenzschaltung (112) auszusenden und/oder ein Hochfrequenzsignal zu empfangen und der Hochfrequenzschaltung (112) bereitzustellen.
Verfahren zum Herstellen einer Antennenvorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Substrats (11), das sich in einer Substratebene (12) erstreckt, wobei das Substrat (11) eine erste Seite (11A) und eine gegenüberliegend angeordnete zweite Seite (11B) aufweist, Anordnen einer ersten Antenne (13) auf der ersten Seite (11A) des Substrats (11), Anordnen einer dreidimensionalen Formstruktur (14) auf der ersten Seite (11A) des Substrats (12), wobei sich die dreidimensionale Formstruktur (14) aus der Substratebene (12) heraus und über die erste Antenne (13) hinweg erstreckt, sodass die erste Antenne (13) zwischen dem Substrat (11) und der dreidimensionalen Formstruktur (14) angeordnet ist, und Anordnen einer zweiten Antenne (15) auf der dreidimensionalen Formstruktur (14).
Verfahren nach Anspruch 27, wobei in die erste Antenne (13) und/oder in die zweite Antenne (15) jeweils mindestens eine geometrische Struktur einbringbar ist, sodass die elektrische Eigenschaft der jeweiligen Antenne (13, 15), insbesondere deren Polarisation, Bandbreite, Resonanzfrequenz, Effizienz und Gewinn, mittels der jeweiligen geometrischen Struktur beinflussbar ist.
Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, wobei in die erste Antenne (13) mindestens ein Schlitz einbringbar ist, und/oder wobei in die zweite Antenne (15) mindestens ein Schlitz einbringbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei das Substrat (11) in Form eines Substratstapels mit mindestens zwei Substratlagen (11A, 11B) bereitgestellt wird, und wobei in dem Substratstapel eine dritte Antenne (120) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei in die dritte Antenne (120) mindestens eine geometrische Struktur einbringbar ist, sodass die elektrische Eigenschaft der dritten Antenne (120), insbesondere deren Polarisation, Bandbreite, Resonanzfrequenz, Effizienz und Gewinn, mittels der jeweiligen geometrischen Struktur beinflussbar ist.
Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, wobei in die dritte Antenne (120) mindestens ein Schlitz einbringbar ist.