DE60133344T2

DE60133344T2 - Kurzgeschlossene Streifenleiterantenne und Zweiband-Übertragungsanordnung damit

Info

Publication number: DE60133344T2
Application number: DE60133344T
Authority: DE
Inventors: Charles Ngounou Kouam; Jean-Philippe Coupez
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2021-06-19
Also published as: CN1251353C; EP1172885A1; EP1172885B1; US20020003499A1; JP4854876B2; ATE390727T1; FR2811479B1; DE60133344D1; US6496148B2; JP2002057523A; JP5361966B2; CN1338796A; JP2012034385A; FR2811479A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen zur Funkübertragung, insbesondere Handys, und sie bezieht sich insbesondere auf die Antennen, die mit Hilfe mindestens einer leitenden Schicht ausgeführt sind und in diese Vorrichtungen eingeschlossen werden sollen.
Eine derartige Antenne schließt einen Chip ein, der typischerweise durch Ätzung einer Metallschicht gebildet wird. Häufig wird er entsprechend der Mikrostreifentechnik hergestellt und wird dann von Fachleuten auf Englisch als „microstrip patch antenna" für „Mikrostreifenchipantenne" bezeichnet.
Die Mikrostreifentechnik ist eine Planartechnik, die gleichzeitig Anwendung findet auf die Herstellung von Übertragungsleitungen, welche geführte Wellen übertragen, eventuell Signalträgerwellen, und auf die Herstellung von Antennen, die eine Kopplung zwischen solchen Leitungen und abgestrahlten Wellen herstellen. Sie verwendet Streifen und/oder Leiterchips, die auf der Oberfläche eines dünnen dielektrischen Substrats gebildet werden. Eine leitende Schicht erstreckt sich über die Unterfläche dieses Substrats und bildet eine Masse der Leitung oder der Antenne. Ein solcher Chip ist typischerweise breiter als ein solcher Streifen und seine Formen und Maße bilden wichtige Kennzeichen der Antenne. Die Form des Substrats ist typischerweise die Form einer rechteckigen flachen Folie mit konstanter Dicke und der Chip ist ebenfalls typischerweise rechteckig. Aber das ist keinesfalls Pflicht. Insbesondere ist bekannt, dass eine Änderung der Dicke des Substrats den Durchlassbereich einer solchen Antenne erweitern kann und dass der Chip verschiedene Formen annehmen kann und beispielsweise rund sein kann. Die elektrischen Feldlinien erstrecken sich zwischen dem Streifen oder dem Chip und der Masseschicht, wobei das Substrat durchquert wird. Eine auf diese Art und Weise funktionierende Übertragungsleitung wird nachstehend als Mikrostreifenleitung bezeichnet.
Diese Technik unterscheidet sich von den koplanaren Techniken, die ebenfalls leitende Elemente auf einem dünnen Substrat verwenden und insbesondere von derjenigen von Übertragungsleitungen, bei der das elektrische Feld auf der Oberfläche des Substrats aufgebaut wird und symmetrisch zwischen zum einen einem zentralen Streifenleiter und zum anderen zwei leitenden Bereichen, die zu beiden Seiten dieses Streifens gelegen sind, von dem sie jeweils durch zwei Schlitze getrennt sind, wobei eine Übertragungsleitung, die auf diese Art und Weise funktioniert, nachstehend als koplanare Leitung bezeichnet wird. Bei einer Antenne, die entsprechend dieser Technik hergestellt ist, wird ein Chip von einem durchgehenden leitenden Bereich umgeben, von dem sie durch einen Schlitz getrennt ist.
Gemäß einer ebenfalls koplanaren Technik wird eine Übertragungsleitung durch einen in einer leitenden Schicht geformten Schlitz gebildet und das elektrische Feld der übertragenen Welle wird in der Ebene dieser Schicht zwischen den beiden Rändern dieses Schlitzes aufgebaut.
Antennen, die entsprechend diesen Techniken hergestellt werden, bilden typischerweise, obschon nicht zwangsläufig resonante Strukturen, die der Sitz von stehenden Wellen sein können, die eine Kopplung mit in den Raum abgestrahlten Wellen ermöglichen.
Es können verschiedene Arten solcher resonanten Strukturen ausgeführt werden, beispielsweise gemäß der Mikrostreifentechnik, und jede derartige Struktur kann der Sitz mindestens einer Resonanzart sein, wobei diese Arten nachstehend kurz als „Resonanzen" bezeichnet werden. Schematisch kann jede derartige Resonanz beschrieben werden als eine stehende Welle, die gebildet wird durch die Überlagerung von zwei Vorwärtswellen, die sich in zwei entgegen gesetzten Richtungen auf ein und demselben Weg ausbreiten, wobei diese zwei Wellen resultieren aus der abwechselnden Reflexion ein und derselben fortschreitenden Welle an den beiden Enden dieses Weges, wobei diese letzte Welle eine elektromagnetische Welle ist, die sich auf diesem Weg in der Leitung ausbreitet, die beispielsweise gebildet wird aus der Masse, dem Substrat und dem Chip. Dieser Weg wird von den Elementen, welche Bestandteil der Antenne sind, vorgeschrieben. Er kann gerade oder krumm sein. Er wird nachstehend durch den Ausdruck „Resonanzweg" bezeichnet. Die Frequenz der Resonanz ist umgekehrt proportional zur Zeit, die die oben betrachtete fortschreitende Welle zum Zurücklegen dieses Weges benötigt.
Eine erste Resonanzart kann als „Halbwelle" bezeichnet werden. Bei dieser Art ist die Länge des Resonanzweges typischerweise etwa gleich einer Wellenhalblänge, das heißt gleich der Hälfte der Wellenlänge der oben betrachteten fortschreitenden Welle. Die Antenne wird dann als „Halbwelle" bezeichnet. Diese Art der Resonanz kann allgemein definiert werden durch das Vorhandensein eines elektrischen Stromknotens an jedem der beiden Enden eines solchen Weges, dessen Länge also auch gleich dieser Wellenhalblänge multipliziert mit einer ganzen Zahl ungleich eins sein kann. Diese Zahl ist typischerweise ungerade. Die Kopplung mit den abgestrahlten Wellen erfolgt an mindestens einem der beiden Enden dieses Weges, wobei diese Enden in Bereichen liegen, wo die Amplitude des elektrischen Feldes, das beispielsweise durch das Substrat angelegt wird, maximal ist.
Eine zweite Art von Resonanz, die im Rahmen eben dieser Technik erzielt werden kann, kann als „Viertelwelle" bezeichnet werden. Sie unterscheidet sich von dieser Halbwellenart zum einen dadurch, dass der Resonanzweg typischerweise eine Länge etwa gleich einer Viertelwelle hat, das heißt gleich einem Viertel der oben definierten Wellenlänge. Hierfür muss die resonante Struktur einen Kurzschluss an einem Ende dieses Weges enthalten, wobei das Wort Kurzschluss eine Verbindung bezeichnet, die die Masse und den Chip verbindet. Außerdem muss dieser Kurzschluss eine Impedanz haben, die klein genug ist, damit eine solche Resonanz durchgesetzt werden kann. Diese Art von Resonanz kann allgemein definiert werden durch das Vorhandensein eines elektrischen Stromknotens, der durch einen solchen Kurzschluss in der Nähe eines Randes des Chips fixiert ist, und durch einen elektrischen Stromknoten, der am anderen Ende des Resonanzweges sitzt. Die Länge des letzteren kann also auch gleich einer ganzen Zahl von Wellenhalblängen sein, die zu dieser Wellenviertellänge hinzukommt. Die Kopplung mit den in den Raum abgestrahlten Wellen erfolgt an einem Rand des Chips in einem Bereich, wo die Amplitude des elektrischen Felds ausreichend groß ist.
Resonanzen anderer Arten können aufgebaut werden, wobei jede dieser Arten gekennzeichnet wird durch eine Verteilung von elektrischem Feld und magnetischem Feld, die in einem Raumbereich schwingen, der die Antenne und die unmittelbare Nachbarschaft derselben einschließt. Sie hängen insbesondere von der Konfiguration der Chips ab, wobei letztere insbesondere Schlitze aufweisen können, eventuell Strahlungsschlitze. Im Fall der Antennen, die gemäß der Mikrostreifentechnik ausgeführt sind, hängen diese Resonanzen auch von dem etwaigen Vorhandensein und der Lokalisierung von Kurzschlüssen ab, sowie von den elektrischen Modellen, die für diese Kurzschlüsse stehen, wenn letztere unvollkommene Kurzschlüsse sind, das heißt, wenn sie auch nicht annähernd gleichzusetzen sind mit vollkommenen Kurzschlüssen, deren Impedanzen null wären.
Das Vorhandensein eines solchen unvollkommenen Kurzschlusses in einer Antenne kann zum Auftreten einer Resonanz führen, die das aufweist, was man als virtuellen Knoten bezeichnen kann. Ein solcher Knoten tritt auf, wenn die folgenden Bedingungen gegeben sind, wobei es sich bei der oben stehenden Antenne um eine erste Antenne handelt:

– Diese Verteilung der Felder in der ersten Antenne ist etwa identisch mit einer Verteilung, die in einem identischen Bereich induziert werden kann, der zum Chip einer zweiten Antenne gehört.
– Diese zweite Antenne ist identisch mit dieser ersten Antenne im Rahmen der Grenzen dieses Bereichs, davon abgesehen, dass diese zweite Antenne dort frei ist von dem betreffenden Kurzschluss.
– Der Chip dieser zweiten Antenne erstreckt sich nicht nur auf den bereits genannten Bereich, der also einen Hauptbereich dieser zweiten Antenne bildet, sondern auch auf einen ergänzenden Bereich.
– Schließlich geht die betreffende Feldverteilung, die in dem Hauptbereich dieser zweiten Antenne auftritt, einher mit einem elektrischen oder magnetischen Feldknoten, der in diesem ergänzenden Bereich auftritt.

Zur Beschreibung der Resonanz, die in der ersten Antenne auftritt, kann dann erachtet werden, dass der Knoten, der in der zweiten Antenne auftritt, auch einen Knoten für die Resonanz der ersten Antenne bildet. Bei einer Antenne wie dieser ersten Antenne wird ein solcher Knoten nachstehend als „virtuell" bezeichnet, weil er in einem Bereich lokalisiert ist, der außerhalb des Chips dieser Antenne liegt und in dem also kein elektrisches oder magnetisches Feld auftritt, mit dem man unmittelbar das Vorhandensein dieses Knotens feststellen kann.
Obwohl derartige „virtuelle Knoten" herkömmlich folgendermaßen nicht zum Beschreiben der Resonanzen berücksichtigt werden, treten sie implizit bei der Unterscheidung auf, die zwischen einer physischen oder geometrischen Länge und einer so genannten „elektrischen" Länge ein und desselben Chips gemacht wird. Im Falle der beiden oben betrachteten Antennen und hinsichtlich des Chips der ersten dieser Antennen wäre die physische oder geometrische Länge diejenige dieses Chips und die elektrische Länge eben dieses Chips wäre in der Tat die physische oder geometrische Länge des Chips der zweiten Antenne.
Die Kopplung einer Antenne an ein Organ zur Signalverarbeitung, wie z. B. einen Sender, erfolgt typischerweise durch einen Anschlusskomplex, der eine Anschlussleitung einschließt, die außerhalb dieser Antenne ist und mit einem Kopplungssystem endet, das in diese Antenne integriert ist, um diese Leitung an eine oder mehrere Resonanzen zu koppeln, die in einer oder mehreren resonanten Strukturen dieser Antenne aufgebaut werden können. Die Resonanzen hängen auch von der Beschaffenheit und der Lokalisierung dieses Systems ab. Letzteres ermöglicht es, die Antenne bei jeder der Frequenzen dieser Resonanzen zu nutzen. Den Sendeantennen entsprechend wird der Anschlusskomplex häufig bezeichnet als eine Speiseleitung dieser Antenne.
Die vorliegende Erfindung betrifft verschiedene Arten von Vorrichtungen, wie z. B. Handys, Basisstationen für letztere, Autos und Flugzeuge oder Luftraketen. Im Falle eines Handys ermöglicht der durchgehende Charakter der unteren Masseschicht einer Antenne, welche gemäß der Mikrostreifentechnik hergestellt ist, ein einfaches Begrenzen der Strahlungsleistung, die vom Körper des Nutzers der Vorrichtung abgefangen wird. Bei Fahrzeugen und insbesondere bei Flugzeugen oder Raketen, deren Außenfläche aus Metall ist und ein gebogenes Profil aufweist, das es gestattet einen geringen Luftwiderstand zu erzielen, kann die Antenne an dieses Profil angepasst werden, so dass kein zusätzlicher störender Luftwiderstand bewirkt wird.
Diese Erfindung betrifft insbesondere den Fall, wo eine Antenne mit leitender Schicht die folgenden Eigenschaften haben soll:

– sie soll eine Zweifrequenzantenne sein, das heißt, dass sie im Stande sein soll, wirksam abgestrahlte Wellen auf zwei Frequenzen zu senden und/oder zu empfangen, die durch einen großen Spektrumsabstand getrennt sind,
– sie muss angeschlossen werden können an ein Organ zur Signalverarbeitung, und zwar mit Hilfe einer einzigen Anschlussleitung für sämtliche Arbeitsfrequenzen einer Übertragungsvorrichtung ohne in dieser Leitung einen störenden Anteil an unerwünschten stehenden Wellen zu bewirken,
– und hierfür darf es nicht erforderlich sein, einen Frequenz-Multiplexer oder -Demultiplexer zu verwenden.

Zahlreiche bekannte Antennen wurden im Rahmen der Mikrostreifentechnik ausgeführt oder vorgeschlagen, damit diese drei Eigenschaften aufgewiesen werden. Sie unterscheiden sich durch die Mittel voneinander, die in sie eingeschlossen sind, um den Aufbau und die Kopplung mehrerer Resonanzfrequenzen zu ermöglichen, die unterschiedliche Frequenzen haben. Mehrere solche Antennen werden analysiert werden.
Eine erste solche bekannte Antenne wird im Patentdokument US-A-4.692.769 (Gegan, 769) beschrieben. Bei einer ersten Ausführungsart hat der Chip dieser Antennen die Form einer runden Scheibe 10, was es dieser Antenne ermöglicht, zwei Halbwellenresonanzen aufzuweisen, deren Wege jeweils gemäß einem Durchmesser AA dieser Scheibe und gemäß der Länge eines Kreisbogen-Schlitzes 24 in dieser Scheibe aufgebaut werden. Das Kopplungssystem weist die Form einer Leitung 16 auf, welche einen Viertelwellentransformator bildet und an einem inneren Punkt an den Bereich des Chips angeschlossen wird, so dass dem tatsächlichen Teil der Eingangsimpedanz der Antenne etwa gleiche Werte für diese zwei Resonanzen gegeben werden. Schlitze zur Impedanzanpassung 26 und 28 werden konzentrisch in die Scheibe 10 eingetragen, damit der imaginäre Teil dieser Eingangsimpedanz ebenfalls etwa gleiche Werte für diese beiden Resonanzen hat. Die Leitung 16 wird entsprechend der Mikrostreifentechnik ausgeführt. Das heißt, dass sie nicht gemäß der Technik der koplanaren Leitungen wie vorstehend definiert ausgeführt wird. Dieses Dokument gibt jedoch auch an, dass diese Leitung koplanar ist, aber das weist lediglich darauf hin, dass der Streifen dieser Mikrostreifenleitung sich auf der Ebene des Chips 10 erstreckt. In der leitenden Schicht dieses Chips werden zu beiden Seiten dieses Streifens Schlitze gebildet, um es einem Endsegment dieser Leitung zu ermöglichen, in den Bereich dieses Chips einzudringen ohne in diesem Segment einen Störkontakt dieses Streifens mit diesem Chip zu schaffen. Einer dieser beiden Schlitze wird durch eine Verlängerung fortgeführt, welche den Schlitz zur Impedanzanpassung 28 bildet, so dass eine Asymmetrie durch die Leitung 16 an ihrem inneren Ende am Chip 10 aufgewiesen wird. Trotz dieser offensichtlichen Kontinuität und dieser offensichtlichen Asymmetrie verstehen die Fachleute, dass in der Praxis keine Welle sich auf der Länge des Schlitzes zur Impedanzanpassung 28 ausbreitet.
Eine zweite bekannte Antenne wird im Patentdokument US-A-4.766.440 (Gegan 440) beschrieben. Der Chip 10 dieser Antenne hat eine allgemeine rechteckige Form, die es dieser Antenne ermöglicht, zwei Halbwellenresonanzen aufzuweisen, deren Wege gemäß einer Länge und einer Breite dieses Chips aufgebaut werden. Außerdem weist sie einen U-förmig gebogenen Schlitz auf, der vollständig innerhalb dieses Chips ist. Dieser Schlitz ist ein Strahlungsschlitz und lässt eine zusätzliche Resonanzart zutage treten, die gemäß einem anderen Weg aufgebaut wird. Überdies ermöglicht er es durch eine passende Wahl seiner Form und seiner Abmessungen die Frequenzen der Resonanzarten auf gewünschte Werte zu bringen, was die Möglichkeit eröffnet, eine Welle mit Zirkularpolarisation zu senden dank der Verknüpfung von zwei Arten, die ein und dieselbe Frequenz und lineare Kreuzpolarisationen haben. Das Kopplungssystem weist die Form einer Leitung auf, die gemäß der Mikrostreifentechnik ausgeführt ist, von der aber auch gesagt wird, dass sie koplanar ist, dieses ebenso wie im vorhergehenden Dokument Gegan 769. Dieses System ist mit Mitteln zur Impedanztransformation ausgestattet, um es an die verschiedenen Eingangsimpedanzen anzupassen, die jeweils von der Leitung bei den verschiedenen Resonanzfrequenzen aufgewiesen werden, die als Arbeitsfrequenzen verwendet werden.
Eine dritte bekannte Antenne unterscheidet sich von den vorhergehenden durch die Verwendung eines einzigen Resonanzweges. Sie wird im Patentdokument US-A-4.771.291 (LO et al) beschrieben. Ihr Chip beinhaltet punktuelle Kurzschlüsse und Schlitze, die sich gemäß chipinternen Strecken erstrecken. Diese Schlitze und Kurzschlüsse ermöglichen es, den Abstand zwischen zwei Frequenzen zu verringern, die zwei Resonanzen entsprechen, die diesen Weg gemeinsam haben, jedoch zwei jeweilige Arten, die gegenseitig verschieden sind und bezeichnet werden mit den Ziffern (0,1) und (0,3), das heißt, dass dieser gemeinsame Weg von einer Halbwelle oder von drei Halbwellen je nach betrachteter Art belegt wird. Das Verhältnis zwischen diesen zwei Frequenzen kann so von 3 auf 1,8 gesenkt werden. Die punktuellen Kurzschlüsse werden von Leitern gebildet, die das Substrat durchqueren. Das Kopplungssystem besteht aus einer Koaxialleitung, deren Mittelleiter das Substrat der Antenne durchquert, um an den Chip der letztgenannten angeschlossen zu werden und deren Masseleiter an die Masse der Antenne angeschlossen wird.
Diese Antenne weist vor allem den Nachteil auf, dass ihre Herstellung auf Grund des Einbaus von punktuellen Kurzschlüssen kompliziert ist.
Eine vierte bekannte Zweifrequenzantenne unterscheidet sich von den vorhergehenden durch die Verwendung einer Viertelwellenresonanz. Sie wird in einem Artikel beschrieben: IEEE ANTENNAS AND PROPAGATION SOCIETY INTERNATIONAL SYMPOSIUM DIGEST, NEWPORT BEACH, JUNE 18–23, 1995, Seite 2124–2127 Boag et al „Dual Band Cavity-Backed Quarter-wave Patch Antenna". Eine erste Resonanzfrequenz wird festgelegt durch die Abmessungen und die Charakteristika des Substrats und des Chips dieser Antenne. Eine Resonanz etwa der gleichen Art erzielt man bei einer zweiten Frequenz auf dem gleichen Resonanzweg dank der Verwendung eines Anpassungssystems.
Das Kopplungssystem ist offensichtlich vom Typ mit Koaxialleitung, wobei das System zur Anpassung am Ende einer solchen Leitung angeordnet ist, deren axialer Leiter durch das Substrat der Antenne verlängert wird, um an den Chip der letztgenannten angeschlossen zu werden.
Eine fünfte bekannte Antenne wird im Dokument EP 0 923 156 beschrieben. Diese Antenne verwendet ein Kopplungssystem, das eine koplanare Leitung einschließt.
Andere bekannte Antennen schließen drei leitende Schichten ein, nämlich zwei Chips die über ein und derselben Masse übereinander angeordnet sind. Sie weisen dann vor a allem den Nachteil auf, dass die Addition der Dicken der dielektrischen Substrate, welche zwischen diesen Schichten eingefügt sind, der Antenne eine übermäßige Gesamtdicke verleihen.
Ganz allgemein weisen die bekannten oben stehenden Antennen den Nachteil auf, dass es schwierig und somit teuer ist, gleichzeitig die gewünschten Werte für die Frequenzen ihrer Resonanzen zu erzielen und eine gute Kopplung jeder dieser Resonanzen an ein Organ zur Signalverarbeitung.
Die vorliegende Erfindung hat insbesondere folgende Zielsetzungen:

– sie soll es ermöglichen, einfach eine Zweifrequenzantenne herzustellen, die mit einem System ausgestattet ist, das hinsichtlich der Impedanz leicht für jede der zwei Resonanzfrequenzen angepasst werden kann, und
– sie soll die Maße dieser Antenne begrenzen.

Vor dem Hintergrund dieser Zielsetzungen hat sie insbesondere eine Antenne mit leitender Schicht zum Gegenstand, ein Kopplungssystem dieser Antenne unter Einschluss einer koplanaren Leitung, die aus zwei Schlitzen gebildet wird, die sich von einem Rand in einer leitenden Schicht dieser Antenne gemäß einer Längsrichtung erstrecken und jeweils zwei primäre Kopplungsschlitze bilden. Gemäß dieser Erfindung schließt dieses Kopplungssystem außerdem eine geschlitzte Leitung ein, die gebildet wird aus einem Schlitz, der gemäß der Längsrichtung angeschlossen wird an einen der beiden primären Kopplungsschlitze in der Fluchtlinie derselben und einen sekundären Kopplungsschlitz bildet.
Vorzugsweise schließt diese Antenne einen Chip und eine Masse ein, die mit diesem Chip entsprechend der Mikrostreifentechnik zusammenwirkt und diese Kopplungsschlitze werden in diesem Chip gebildet. Aber gemäß einer anderen möglichen Anordnung würde ein Kopplungssystem, das aus solchen Schlitzen besteht, in der Masse einer solchen Antenne gebildet.
Ebenfalls vorzugsweise schließt dieser Chip einen Trennkomplex ein, der mindestens einen Trennschlitz einschließt und in diesem Chip zwei Bereiche erkennen lässt, die folgendes bilden:

– einen primären Resonanzbereich, wobei dieser Bereich diese koplanare Leitung einschließt, und
– einen sekundären Resonanzbereich, wobei dieser Bereich diese geschlitzte Leitung einschließt.

Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung lassen sich mit Hilfe der nachstehenden Beschreibung und der beigefügten schematischen Figuren besser verstehen. Wenn ein und dasselbe Element auf mehreren dieser Figuren dargestellt wird, wird es dort durch die gleichen Zahlen und/oder Referenzbuchstaben bezeichnet.
1 stellt eine Kupferfolie dar, die ausgeschnitten ist, um nach dem Falzen den Kurzschluss zu bilden und den Chip einer Antenne, der gemäß einer ersten Ausführungsart dieser Erfindung ausgeführt wird.
2 stellt eine vereinfachte Perspektivansicht einer Übertragungsvorrichtung dar, welche die Antenne einschließt, deren Chip durch 1 dargestellt wird.
3 stellt eine Draufsicht einer Antenne dar, die gemäß einer zweiten Ausführungsart dieser Erfindung ausgeführt wurde.
Gemäß 2 und auf eine an sich bekannte Art und Weise beinhaltet die resonante Struktur einer Antenne gemäß dieser Erfindung die folgenden Elemente:

– Ein dielektrisches Substrat 2, das zwei Hauptflächen aufweist, die zueinander entgegen gesetzt sind, und eine untere Fläche beziehungsweise eine obere Fläche bilden und sich gemäß horizontalen Richtungen DL und DT erstrecken, wobei diese Richtungen von dem betrachteten Bereich der Antenne abhängen können. Dieses Substrat kann wie vorstehend dargelegt verschiedene Formen aufweisen.
– Eine untere leitende Schicht, die sich zum Beispiel mindestens auf der Gesamtheit der unteren Fläche des Substrats erstreckt und eine Masse 4 dieser Antenne bildet. 2 zeigt lediglich einen Teil dieser Schicht, die über diese untere Fläche herausragt.
– Eine obere leitende Schicht, die auf den 1 bis 3 dargestellt wird und sich über einen Bereich der oberen Fläche des Substrats über der Masse 4 erstreckt, so dass ein Chip 6 gebildet wird. Allgemein hat dieser Chip eine Länge und eine Breite, die sich gemäß zwei horizontalen Richtungen erstrecken, die eine Längsrichtung DL beziehungsweise eine Querrichtung DT bilden, und ihre Peripherie kann angesehen werden als aus vier Rändern gebildet, die sich paarweise ungefähr gemäß diesen beiden Richtungen erstrecken. Obwohl die Begriffe Länge und Breite üblicherweise auf die beiden senkrecht zueinander stehenden Dimensionen eines rechteckigen Gegenstands Anwendung finden, wobei die Länge größer als die Breite ist, ist es so zu verstehen, dass der Chip 6 weit von der Form eines solchen Rechtecks abweichen kann, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen. Einer dieser Ränder erstreckt sich allgemein gemäß der Querrichtung DT und bildet einen rückwärtigen Rand, der zwei Segmente 10 und 11 einschließt. Ein vorderer Rand 12 liegt diesem rückwärtigen Rand gegenüber. Zwei seitliche Ränder 14 und 16 verbinden diesen rückwärtigen Rand mit diesem vorderen Rand.
– Schließlich ein Kurzschluss S, der den Chip 6 elektrisch mit der Masse 4 ausgehend vom Segment 10 des rückwärtigen Randes dieses Chips verbindet. Dieser Kurzschluss wird gebildet aus einer leitenden Schicht, die sich auf einer Abschnittsfläche des Substrats 2 erstreckt, wobei diese Fläche typischerweise eben ist und folglich eine Kurzschlussebene bildet. Aber er könnte auch gebildet werden aus einem oder mehreren diskreten Bauelementen, die zwischen der Masse 4 und dem Chip 6 parallel geschaltet sind. Bei jeder dieser Ausführungsarten wird damit mindestens eine Resonanz der Antenne gezwungen einen zumindest virtuellen elektrischen Feldknoten in der Nähe des Segments 10 aufzuweisen und vom Viertelwellentyp zu sein. Eine solche Resonanz und ihre Frequenz werden nachstehend als „Primärresonanz" und „Primärfrequenz" bezeichnet. Diese rückwärtigen, vorderen und seitlichen Ränder und die Längs- und Querrichtung werden durch die Position eines solchen Kurzschlusses insofern definiert als dieser Kurzschluss groß genug ist, d. h. insbesondere als seine Impedanz gering genug ist, um der Antenne das Vorhandensein einer Resonanz aufzuzwingen, die einen solchen elektrischen Feldknoten aufweist.

Die Antenne beinhaltet außerdem ein System zur Kopplung. Dieses System ist Bestandteil eines Kopplungskomplexes, der die resonante Struktur der Antenne mit einem Organ zur Signalverarbeitung T verbindet, beispielsweise um eine oder mehrere Resonanzen der Antenne ausgehend von diesem Organ anzuregen, falls es sich um eine Sendeantenne handelt. Zusätzlich zu diesem System beinhaltet das Anschlusssystem typischerweise eine Anschlussleitung, die antennenextern ist. Diese Leitung kann insbesondere eine Koaxialleitung, eine Mikrostreifenleitung oder eine koplanare Leitung sein. Auf 1 wurde sie symbolisch dargestellt in Form von zwei Leitungsdrähten C2 und C3, die die Masse 4 beziehungsweise den Streifen C1 mit den beiden Klemmen des Organs für die Signalverarbeitung T verbinden. Aber es muss gesehen werden, dass in der Praxis diese Leitung vorzugsweise in Form einer Mikrostreifenleitung oder einer Koaxialleitung ausgeführt würde.
Das Organ zur Signalverarbeitung T ist funktionsgerecht für festgelegte Arbeitsfrequenzen, die den Nutz-Resonanzfrequenzen der Antenne zumindest nahe kommen, das heißt, die in Durchlassbereiche eingeschlossen sind, die auf diese Resonanzfrequenzen zentriert sind. Es kann sich um ein Verbundorgan handeln und dann ein Element enthalten, das dauerhaft jeweils auf diese Arbeitsfrequenzen abgestimmt ist. Es kann auch ein Element enthalten, das auf die verschiedenen Arbeitsfrequenzen abstimmbar ist. Diese primäre Resonanzfrequenz bildet eine solche Nutz-Resonanzfrequenz.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das System zur Kopplung der Antenne ein Verbundsystem: es schließt zunächst eine primäre Kopplungsleitung ein, welche gebildet wird aus zwei Schlitzen, die sich im Chip 6 erstrecken und jeweils zwei primäre Kopplungsschlitze F1 und F2 bilden; anschließend enthält es eine sekundäre Kopplungsleitung, die durch einen weiteren Schlitz F3 gebildet wird, der an einen dieser beiden primären Kopplungsschlitze angeschlossen wird, beispielsweise Schlitz F2, und einen sekundären Kopplungsschlitz bildet. Ohne dass es im Rahmen dieser Erfindung erforderlich ist, sind die Breiten dieser Kopplungsschlitze zum Beispiel einheitlich, ihre Wege sind beispielsweise gerade und der sekundäre Kopplungsschlitz erstreckt sich zum Beispiel in der Fluchtlinie des primären Kopplungsschlitzen, an den er angeschlossen wird. Diese Breiten und die Dicke und die Dielektrizitätskonstante des Substrats sind dergestalt, dass die primäre und sekundäre Kopplungsleitung eine koplanare Leitung beziehungsweise eine geschlitzte Leitung der vorstehend beschriebenen Art bilden.
Vorzugsweise und wie dargestellt schließt der Chip 6 einen Trennkomplex ein, der zumindest einen Trennschlitz wie F4 oder F5 enthält und in diesem Chip zwei Bereiche aufkommen lässt, welche folgendes bilden:

– einen primären Resonanzbereich Z1, wobei dieser Bereich diese koplanare Leitung F1, F2 einschließt, und
– einen sekundären Resonanzbereich Z2, wobei dieser Bereich diese geschlitzte Leitung F3 einschließt.

Der Kurzschluss S ermöglicht es dann zumindest der primären Resonanz sich in seinem Bereich gemäß der Viertelwellenart mit einem zumindest virtuellen elektrischen Feldknoten aufzubauen, der durch diesen Kurzschluss festgelegt wird und mit einem Resonanzweg, der sich vom rückwärtigen Rand 10 zum vorderen Rand 12 erstreckt, wobei diese Ränder dieses Bereichs die seitlichen Ränder 14 und 16 einschließen. Der sekundäre Resonanzbereich Z2 erstreckt sich gemäß der Längsrichtung mit Abstand zum rückwärtigen Rand 10 und gemäß der Querrichtung auf einem mittleren Teil der Breite W1 des Chips, wobei jeweils auf Abstand zu diesen beiden Seitenrändern 14 und 16 geblieben wird. Die Kopplungsschlitze F1 und F2, welche die koplanare Leitung bilden, erstrecken sich gemäß dieser Längsrichtung ab diesem rückwärtigen Rand.
Bei der als Beispiel angegebenen Vorrichtung erstreckt sich die geschlitzte Leitung F3 gemäß der Längsrichtung, so dass die sekundäre Resonanz von der Halbwellenart ist mit einem Resonanzweg, der sich in Querrichtung erstreckt. Aber sie könnte rechtwinklig gebogen sein und die sekundäre Resonanz könnte vom Viertelwellentyp sein mit einem Längsresonanzweg wie die primäre Resonanz. Der Unterschied zwischen primären und sekundären Frequenzen würde dann resultieren aus einer Differenz zwischen den Längsabmessungen der beiden Bereiche, das heißt, da der Kurzschluss gemeinsam ist, von einer Abweichung zwischen den Längspositionen von jeweiligen vorderen Rändern dieser beiden Bereiche.
Gemäß der ersten Ausführungsart der Erfindung schließt der Trennkomplex zwei Trennschlitze F4 und F5 ein, die sich im Chip 6 gemäß der Längsrichtung DL ab dem vorderen Rand 12 dieses Chips erstrecken, so dass zwei seitliche Ränder des sekundären Resonanzbereichs Z2 jeweils gebildet werden durch Ränder dieser beiden Schlitze und ein vorderer Rand dieses Bereichs gebildet wird aus einem Segment 13 dieses vorderen Randes, das zwischen diesen beiden Schlitzen liegt.
Gemäß 1 beinhaltet eine den Chip 6 bildende Kupferfolie eine Verlängerung, die sich nach vorne jenseits einer Linie erstreckt, die den rückwärtigen Rand 10 dieses Chips bilden soll. Bei der Herstellung der Antenne wird sie gemäß dieser Linie um den rückwärtigen Rand des Substrats herum gebogen, so dass diese Verlängerung am senkrechten Abschnitt des Substrats angesetzt wird. Ein Teil dieser Verlängerung wird an das Substrat angeschlossen, um den Kurzschluss S zu bilden. Letzterer erstreckt sich in einem mittleren Segment dieses Randes und er ist in zwei Teilen ausgeführt, die zu beiden Seiten des Kopplungssystems C1, F1, F2 gelegen sind. Die anderen Teile dieser Verlängerung sind auf 2 nicht dargestellt. Sie erleichtern die Positionierung des Chips auf dem Substrat und derjenige von ihnen, der den Streifen C1 verlängert, ermöglicht es, diesen Streifen an das Organ zur Verarbeitung T anzuschließen, ohne an der oberen Fläche der Antenne einen Eingriff vorzunehmen.
Im Rahmen dieser ersten Ausführung werden nachstehend beispielhaft verschiedene Zusammensetzungen und Werte angegeben werden. Die Längen und Breiten des Substrats und des Chips werden gemäß der Längsrichtung DL beziehungsweise der Querrichtung DT angegeben.

– primäre Resonanzfrequenz: F1 = 940 MHz
– sekundäre Resonanzfrequenz: F2 = 1880 MHz
– Eingangsimpedanz: 50 Ohm,
– Breite des Durchlassbereichs um die primäre und sekundäre Frequenz herum: 2,5% beziehungsweise 2% von diesen Frequenzen, wobei diese Breiten gemessen werden mit einem Stehwellenverhältnis kleiner oder gleich 3,5.
– Zusammensetzung des Substrats: Schichtstoff auf der Grundlage von fluoriertem Polymer wie PTFE mit einer relativen Dielektrizitätskonstante εr = 5 und einem Verlustfaktor tg δ = 0,002,
– Länge und Breite des Substrats gleich derjenigen des Chips im primären Resonanzbereich Z1,
– Dicke des Substrats: L6 = 3 mm,
– Dicke der Kupferfolien, die die leitenden Schichten bilden: 17 μm,
– Länge des Chips im primären Resonanzbereich Z1:L1 = 28,75 mm,
– Länge des Chips im sekundären Resonanzbereich Z2:L2 = 27,25 mm,
– Breite des Chips: W1 = 25 mm,
– Breite des sekundären Resonanzbereichs Z2:W2 = 12,5 mm,
– Länge des Kopplungsschlitzes F1:L4 = 13 mm,
– Gesamtlänge der Kopplungsschlitze F2 und F3:L3 = 23 mm,
– Breite der Kopplungsschlitze F1, F2 und F3:W6 = 0,4 mm,
– Breite des Leiters C1:W4 = 4,75 mm,
– Länge der Trennschlitze F4 und F5 im Bereich Z2:L5 = 18 mm,
– Breite der Trennschlitze F4, F5 und F6:W5 = 1 mm,
– Breite jedes der beiden Teile des Kurzschlusses: W3 = 1 mm.

Gemäß der zweiten Ausführungsart der Erfindung und gemäß 3 schließt der Trennkomplex einen U-förmigen Trennschlitz ein, der im Abstand zu den Rändern des Chips 6 bleibt. Dieser Schlitz hat zwei Äste F4 und F5, die über eine Basis F6 miteinander verbunden sind. Diese beiden Äste erstrecken sich gemäß der Längsrichtung gegenüber und im Abstand jeweils von den seitlichen Rändern 14 und 16 und diese Basis erstreckt sich gemäß der Querrichtung gegenüber und im Abstand vom vorderen Rand 12.
Eine angenommene Funktionsweise der Antennen, die gemäß diesen zwei Ausführungsarten hergestellt wurden, wird nun beschrieben.
Die Kopplung zwischen zum einen der Stehwelle jeder der zwei primären und sekundären Resonanzen und zum anderen den in den Raum abgestrahlten Wellen erfolgt hauptsächlich an einem oder mehreren der Ränder des Chips 6 oder der Trennschlitze F4, F5 und F6 oder durch diese Schlitze hindurch. Dieses wird dadurch zum Ausdruck gebracht, dass man sagt, dass ein solcher Rand oder ein solcher Schlitz ein primärer oder sekundärer Strahlungsrand oder ein primärer oder sekundärer Strahlungsschlitz entsprechend der betrachteten Resonanz ist.
Bei den beiden Ausführungsarten der Erfindung ist nur ein einziger primärer Strahlungsrand vorhanden. Dabei handelt es sich um den vorderen Rand 12, was einer primären Resonanz des Viertelwellentyps entspricht, die einen elektrischen Feldknoten auf Segment 10 hat. Bei der ersten Ausführungsart werden zwei sekundäre Strahlungsränder gebildet durch die Ränder der Trennschlitze F4 und F5 an der Grenze des Bereichs Z2 in der Nähe des vorderen Rands 13. Bei der zweiten Ausführung werden die zwei sekundären Strahlungsschlitze gebildet durch die Schlitze F4 und F5, hauptsächlich im Abstand von ihren rückwärtigen Enden, und der Schlitz F6 bildet einen zusätzlichen sekundären Strahlungsschlitz in der Nähe seiner Enden.

Claims

Antenne mit leitender Schicht, ein Kopplungssystem dieser Antenne unter Einschluss einer koplanaren Leitung (F1, F2), die aus zwei Schlitzen gebildet wird, die sich von einem Rand (10) in einer leitenden Schicht dieser Antenne gemäß einer Längsrichtung erstrecken und jeweils zwei primäre Kopplungsschlitze (F1, F2) bilden, wobei diese Antenne dadurch gekennzeichnet ist, dass ihr Kopplungssystem außerdem eine geschlitzte Leitung einschließt, die gebildet wird aus einem Schlitz (F3), der gemäß der Längsrichtung angeschlossen wird an einen (F2) dieser beiden primären Kopplungsschlitze in der Fluchtlinie derselben und einen sekundären Kopplungsschlitz bildet.
Antenne gemäß Anspruch 1, wobei diese Antenne einen Chip (6) und eine Masse (4) einschließt, die mit diesem Chip entsprechend der Mikrostreifentechnik zusammenwirkt, wobei diese Antenne dadurch gekennzeichnet ist, dass diese Kopplungsschlitze (F1, F2, F3) sich in diesem Chip erstrecken.
Antenne gemäß Anspruch 3, wobei diese Antenne dadurch gekennzeichnet ist, dass dieser Chip (6) einen Trennkomplex einschließt, der mindestens einen Trennschlitz (F4, F5) einschließt und in diesem Chip zwei Bereiche erkennen lässt, die folgendes bilden: – einen primären Resonanzbereich (Z1), wobei dieser Bereich diese koplanare Leitung (F1, F2) einschließt, und – einen sekundären Resonanzbereich (Z2), wobei dieser Bereich diese geschlitzte Leitung (F3) einschließt.
Zweiband-Übertragungsvorrichtung, wobei diese Vorrichtung folgendes einschließt: – ein Organ zur Signalverarbeitung (T), das geeignet ist, frequenzmäßig in zwei Arbeitsbändern abgestimmt zu werden, die sich jeweils um zwei festgelegte Mittenfrequenzen herum erstrecken, um ein elektrisches Signal in jedem dieser zwei Bänder zu senden und/oder zu empfangen, und – eine Antenne (1), die eine Vielzahl von gegenseitig übereinander angeordneten leitenden Schichten einschließt, um mindestens eine resonante Struktur zu bilden, wobei diese Antenne ein Kopplungssystem einschließt und an dieses Organ zur Verarbeitung (T) über dieses Kopplungssystem angeschlossen wird, um dieses elektrische Signal an abgestrahlte Wellen zu koppeln, wobei dieses Kopplungssystem eine koplanare Leitung einschließt, die durch zwei Schlitze gebildet wird, die sich ab einem Rand (10) gegenseitig gegenüber in einer leitenden Schicht gemäß einer Längsrichtung erstrecken und jeweils zwei Kopplungsschlitze (F1, F2) bilden, wobei diese koplanare Leitung eine Resonanz dieser Antenne an dieses elektrische Signal koppelt, diese Resonanz eine primäre Resonanz bildet und eine primäre Frequenz (F1) etwa gleich einer dieser beiden Mittenfrequenzen hat, eine andere Resonanz dieser Antenne eine sekundäre Resonanz bildet, die eine sekundäre Frequenz (F2) etwa gleich der anderen dieser beiden Mittenfrequenzen hat, – wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass dieses Kopplungssystem außerdem eine geschlitzte Leitung einschließt, die gebildet wird durch einen Schlitz (F3), der gemäß der Längsrichtung an einen (F2) dieser zwei primären Kopplungsschlitze in der Verlängerung desselben angeschlossen wird und einen sekundären Kopplungsschlitz bildet, wobei diese geschlitzte Leitung diese sekundäre Resonanz an dieses elektrische Signal koppelt.
Übertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei diese Antenne folgendes einschließt: – ein dielektrisches Substrat (2), das zwei Hauptflächen aufweist, die zueinander entgegen gesetzt sind und sich gemäß horizontalen Richtungen (DL, DT) dieser Antenne erstrecken, wobei diese beiden Flächen eine untere Fläche (S1) beziehungsweise eine obere Fläche (S2) bilden, – eine untere leitende Schicht, die sich auf dieser unteren Fläche erstreckt und eine Masse (4) dieser Antenne bildet, und – eine obere leitende Schicht, die sich über einen Bereich dieser oberen Fläche über dieser Masse erstreckt, so dass ein Chip (6) gebildet wird, der mit dieser Masse (4) gemäß der Mikrostreifentechnik zusammenwirkt, – wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass diese Kopplungsschlitze sich in diesem Chip erstrecken.
Übertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass dieser Chip einen Trennkomplex einschließt, der mindestens einen Trennschlitz (F4, F5) einschließt und in diesem Chip zwei Bereiche erkennen lässt, die folgendes bilden: – einen primären Resonanzbereich (Z1), wobei dieser Bereich diese koplanare Leitung (F1, F2) einschließt, und – einen sekundären Resonanzbereich (Z2), wobei dieser Bereich diese geschlitzte Leitung (F3) einschließt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass dieser Chip (6) einen Rand hat, der mit einem Kurzschluss (S) versehen ist, der diesen Chip (6) elektrisch mit dieser Masse (4) verbindet, wobei dieser Rand sich gemäß einer horizontalen Richtung erstreckt, die eine Querrichtung (DT) bildet und einen rückwärtigen Rand (10, 11) bildet, wobei dieser Chip auch einen vorderen Rand (12) hat, der diesem rückwärtigen Rand gegenüber liegt, und zwei seitliche Ränder diesen rückwärtigen Rand mit diesem vorderen Rand verbinden und jeweils zwei seitliche Ränder (14, 16) bilden, wobei eine Länge (L1) dieses Chips sich zwischen diesem rückwärtigen Rand und diesem vorderen Rand (12) gemäß einer Längsrichtung (DL) erstreckt, die durch eine andere horizontale Richtung gebildet wird, wobei eine Breite dieses Chips sich zwischen diesen beiden seitlichen Rändern erstreckt, und dieser Kurzschluss es dieser primären Resonanz gestattet, sich in diesem primären Resonanzbereich gemäß dem Viertelwellentyp aufzubauen, mit einem zumindest virtuellen elektrischen Feldknoten, der durch diesen Kurzschluss fixiert ist, und einem Resonanzweg, der sich ab diesem rückwärtigen Rand zum vorderen Rand erstreckt, wobei Ränder dieses Bereichs diese zwei seitlichen Ränder (14, 16) einschließen, dieser sekundäre Resonanzbereich (Z2) sich gemäß dieser Längsrichtung (DL) im Abstand vom rückwärtigen Rand (10) erstreckt und sich gemäß dieser Querrichtung (DT) auf einem mittleren Teil dieser Breite (W1) des Chips (6) erstreckt, wobei im Abstand zu jedem dieser zwei seitlichen Ränder (14, 16) geblieben wird, wobei diese zwei Kopplungsschlitze (F1, F2) diese koplanare Leitung bilden, indem sie sich gemäß dieser Längsrichtung ab diesem rückwärtigen Rand erstrecken.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass diese geschlitzte Leitung (F3) sich gemäß dieser Längsrichtung (DL) erstreckt, so dass diese sekundäre Resonanz eine Resonanz des Halbwellentyps ist, mit einem Resonanzweg, der sich gemäß dieser Querrichtung (DT) erstreckt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass dieser Trennkomplex zwei Trennschlitze (F4, F5) einschließt, die sich in diesem Chip (6) gemäß dieser Längsrichtung (DL) ab diesem vorderen Rand (12) dieses Chips erstrecken, so dass zwei seitliche Ränder dieses Bereichs mit sekundärer Resonanz (Z2) jeweils gebildet werden durch Ränder dieser zwei Schlitze und ein vorderer Rand dieses Bereichs durch ein Segment (13) dieses vorderen Rands des Chips, der zwischen diesen zwei Schlitzen liegt, gebildet wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass dieser Trennkomplex einen U-förmigen Trennschlitz einschließt, der im Abstand zu diesen Rändern des Chips (6) bleibt, wobei dieser Schlitz zwei Äste (F4, F5) hat, die über eine Basis (F6) miteinander verbunden sind, wobei diese beiden Äste sich gemäß dieser Längsrichtung (DL) gegenüber und im Abstand jeweils von diesen beiden seitlichen Rändern (14, 16) erstrecken, und diese Basis sich gemäß dieser Querrichtung (DT) gegenüber und im Abstand von diesem vorderen Rand (12) erstreckt.