-
Die Erfindung betrifft eine Loop-Antenne eine Funksende- und/oder -empfangseinrichtung.
-
Bei Funksende- und -empfangseinrichtungen mit integrierter Antenne ist eine Wahl zu treffen, welcher Antennentyp zum Einsatz kommen soll. Infrage kommen z. B. eine Lambda-Viertel-Stabantenne mit Massefläche, eine Helixantenne, eine Patchantenne oder eine Loop-Antenne. Loop-Antennen für den Subgigahertz- bis Gigahertz-Frequenzbereich können je nach Bauform der Funksende- und -empfangseinrichtung die beste Wahl in Bezug auf den Abstrahlwirkungsgrad darstellen. Ihr Nachteil besonders bei einer Anwendung in Großserien liegt jedoch in der Kritikalität bezüglich der Frequenzabstimmung, da Loop-Antennen zur Klasse der hochgradig resonanten Antennen gehören. Loop-Antennen erfordern daher trimmbare Kondensatoren und/oder andere Maßnahmen zur Einstellung bzw. Anpassung der Antennenresonanzfrequenz.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Loop-Antenne zu schaffen, die kostengünstig herstellbar und großserientauglich ist.
-
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Loop-Antenne mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Loop-Antenne sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die erfindungsgemäße Loop-Antenne für eine Funksende- und/oder -empfangseinrichtung umfasst eine Leiterplatte als Trägermaterial für eine Schleife aus elektrisch leitfähigem Material. Gemäß der Erfindung weist die Schleife wenigstens abschnittsweise einen Querschnitt auf, dessen Außenumfang vollständig von dem elektrisch leitfähigen Material umgeben ist.
-
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Loop-Antennen, die für den Einsatz im Subgigahertz- bis Gigahertz-Frequenzbereich vorgesehen sind, üblicherweise Dimensionen im Bereich von etwa 2 bis 4 cm (Schleifendurchmesser) haben, was sie für die Herstellung in gedruckter Leiterplattentechnik bestens geeignet macht.
-
Das Problem der Abstimmung wird gemäß der Erfindung dadurch behoben, dass die als Trägermaterial für die Schleife dienende Leiterplatte in einem oder mehreren Schleifenabschnitten bezüglich ihres Außenumfangs vollständig umlaufend metallisiert ist. Dadurch wird erreicht, dass zumindest in diesen Bereichen der Loop-Antenne keine elektromagnetischen Felder im bzw. durch das Leiterplattenmaterial verlaufen. Die Antennenresonanzfrequenz ist dann kaum noch von der Dielektrizitätskonstante des Leiterplattenmaterials abhängig. Auf eine bislang nach der Herstellung erforderliche Trimmung der Resonanzfrequenz kann verzichtet werden. Somit ermöglicht es die Erfindung, zur Festlegung der Resonanzfrequenz anstelle von aufwändigen Trimmkondensatoren, lasertrimmbaren Kondensatoren oder dergleichen eine feste Kapazität vorzusehen.
-
Der wesentliche Vorteil, der mit einer fest eingebauten Abstimmkapazität verbunden ist, besteht darin, dass bei der Herstellung einer Vielzahl gleicher Loop-Antennen eine geringe Streuung der Antennenresonanzfrequenz erzielt werden kann. Damit ist die erfindungsgemäße Loop-Antenne nicht nur wegen der Ausführung in Leiterplattendrucktechnik, sondern insbesondere wegen der nicht mehr erforderlichen Einstellung von Abstimmelementen und/oder weiteren Maßnahmen für eine kostengünstige Großserienfertigung geeignet.
-
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Loop-Antenne weist die Leiterplatte einen offenen Bereich auf, um den herum die Schleife aus dem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist.
-
Bei einer solchen Gestaltung sind insbesondere diejenigen Bereiche der Leiterplatte, die dem offenen Bereich der Leiterplatte unmittelbar zugewandt sind, mit dem elektrisch leitfähigen Material beschichtet. Diese inneren Bereiche stellen dann eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den beiden Hälften der beidseitig auf die Leiterplatte aufgedruckten Schleife dar. Die Beschichtung dieser inneren Bereiche der Loop-Antenne kann in besonders vorteilhafter Weise gleichzeitig mit der ohnehin im Fertigungsprozess der Leiterplatte vorgesehenen Beschichtung von Durchkontaktierungen erfolgen, die das Schaltungsdesign in der Leiterplatte vorsieht. Diese Integration der Beschichtung in einen bestehenden Prozessschritt bei der Fertigung der Leiterplatte ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Loop-Antenne.
-
Ein bevorzugtes Design der Loop-Antenne sieht vor, dass die Schleife im Wesentlichen rechteckig ist mit zwei langen Schenkeln und zwei kurzen Schenkeln, wobei sich vorzugsweise die langen Schenkel parallel zu einer Mittelachse A und die kurzen Schenkel rechtwinklig zu den langen Schenkeln erstrecken. Eine solche Form lässt sich fertigungstechnisch leichter umsetzen als beispielsweise eine Kreisform.
-
Die Länge der langen Schenkel liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 2 bis 4 cm, sodass die erfindungsgemäße Loop-Antenne für einen Einsatz im Subgigahertz- bis Gigahertz-Frequenzbereich tauglich ist.
-
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Loop-Antenne ist weiter vorgesehen, dass wenigstens die langen Schenkel vollständig von dem leitfähigen Material umgeben sind. Dies setzt voraus, dass die langen Schenkel nicht unmittelbar an andere Bereiche der Leiterplatte angrenzen.
-
Besonders vorteilhaft ist die Integration einer vorgegebenen, nicht veränderbaren Abstimmkapazität direkt in die Schleife. Mit dieser Kapazität wird die Antennenresonanzfrequenz vorgegeben. Wie bereits erläutert ist deren Streuung bei einer Serienfertigung der Loop-Antenne aufgrund der Unabhängigkeit von der Dielektrizitätskonstante des Leiterplattenmaterials sehr gering und gut kalkulierbar.
-
Vorzugsweise ist die feste Abstimmkapazität in einen der kurzen Schenkel der Antennenschleife integriert.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine Draufsicht auf die Vorderseite einer erfindungsgemäße Loop-Antenne; und
-
2 eine perspektivische Schnittansicht der Loop-Antenne aus 1.
-
In 1 ist die Vorderseite einer in gedruckter Leiterplattentechnik ausgeführten Loop-Antenne 10 für eine Funksende- und/oder -empfangseinrichtung im Subgigahertz- bis Gigahertz-Frequenzbereich dargestellt. Eine im Wesentlichen rechteckige Leiterplatte 12 dient als Trägermaterial für die Loop-Antenne 10, wobei die Loop-Antenne 10 an einem Ende der Leiterplatte 12 gebildet ist.
-
Die Loop-Antenne 10 weist eine geschlossene Schleife aus elektrisch leitfähigem Material 14, vorzugsweise Kupfer, auf. Die Schleife ist im Wesentlichen rechteckig mit zwei langen Schenkeln 16, 18, die sich parallel zu einer Mittelachse A erstrecken, und zwei dazu rechtwinkligen parallelen kurzen Schenkeln 20, 22. Die Länge der beiden langen Schenkel 16, 18 und damit der Abstand zwischen den beiden kurzen Schenkeln 20, 22 liegt im Bereich von etwa 2 bis 4 cm.
-
Im Inneren der Schleife ist kein Leiterplattenmaterial vorhanden. Dieser offene Bereich kann z. B. durch Fräsen hergestellt werden. Auch an die entgegengesetzten Seiten der langen Schenkel 16, 18 grenzt kein Leiterplattenmaterial an.
-
Auf einer Seite der Loop-Antenne 10, die an einen Bauteile-tragenden Teil der Leiterplatte 12 angrenzt, weist die Loop-Antenne 10 einen Einspeisepunkt 24 und einen Masseanschluss 26 auf. Der Einspeisepunkt 24 und der Masseanschluss 26 sind in der Nähe der Verbindung des ersten kurzen Schenkels 20 mit dem ersten langen Schenkel 16 bzw. mit dem zweiten langen Schenkel 18 angeordnet und mit diesen elektrisch verbunden.
-
Auf der entgegengesetzten freien Seite der Loop-Antenne 10 ist eine Abstimmkapazität 28 in den zweiten kurzen Schenkel 22 integriert. Die Abstimmkapazität 28 ist vorgegeben und nicht veränderbar („hard-wired”), sie ist also kein einstellbares Bauteil, sondern ein fester, unveränderbarer Bestandteil des Antennenschaltkreises. Weitere Abstimmelemente sind nicht vorgesehen.
-
Wie insbesondere in 2 zu erkennen ist, sind wenigstens die beiden langen Schenkel 16, 18 der Loop-Antenne 10 vollständig von dem leitfähigen Material 14 umgeben, d. h. der komplette Außenumfang der langen Schenkel 16, 18 besteht aus dem leitfähigen Material 14. Die Schleife setzt sich auf der Rückseite der Leiterplatte 12 fort, wo sie im Wesentlichen die gleiche Form wie auf der Vorderseite hat.
-
Die Beschichtung des Außenumfangs der Schenkel 16, 18, insbesondere der inneren, dem offenen Bereich der Loop-Antenne 10 direkt zugewandten Seiten der Schenkel 16, 18, erfolgt in demselben Prozessschritt der Leiterplattenfertigung, in dem die Beschichtung (Metallisierung) von Durchkontaktierungen in der Leiterplatte 12 durchgeführt wird, die gemäß dem Design der Schaltung auf der Leiterplatte vorgesehen sind.
-
Im Betrieb der Loop-Antenne 10 verlaufen zumindest im Bereich der langen Schenkel 16, 18 keine elektromagnetischen Felder im oder durch das Material der Leiterplatte 12, wodurch die Abhängigkeit von der Dielektrizitätskonstante εr des Leiterplattenmaterials größtmöglich reduziert ist. Die Streuung der Antennenresonanzfrequenz von in Großserie hergestellten Loop-Antennen 10 ist daher sehr gering.
-
Die beschriebene Loop-Antenne 10 eignet sich insbesondere, aber nicht ausschließlich, für den Einsatz in elektronischen Heizkostenverteilern und anderen Verbrauchszählern sowie für weitere Komponenten, die zu einem Funkkommunikationsnetzwerk gehören (Datensammler, etc.).
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Loop-Antenne
- 12
- Leiterplatte
- 14
- elektrisch leitfähiges Material der Antennenschleife
- 16
- erster langer Schenkel
- 18
- zweiter langer Schenkel
- 20
- erster kurzer Schenkel
- 22
- zweiter kurzer Schenkel
- 24
- Einspeisepunkt
- 26
- Masseanschluss
- 28
- Abstimmkapazität
