DE69826223T2

DE69826223T2 - In Mikrostreifenleitungstechnik ausgeführte Antenne und diese enthaltende Vorrichtung

Info

Publication number: DE69826223T2
Application number: DE69826223T
Authority: DE
Inventors: Christophe Grangeat; Charles Ngounou; Jean-Philippe Coupez; Francois Lepennec; Serge Toutain
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2018-12-08
Also published as: DE69826223D1; ATE276591T1; EP0923157A1; CN1117414C; SG71880A1; JPH11317614A; US6121930A; EP0923157B1; AU9697598A; TW393811B; FR2772519A1; FR2772519B1; CN1224254A; CA2254255A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft in Mikrostreifenleitungstechnik ausgeführte Antennen. Eine solche Antenne wird typischerweise in einem Bereich des Spektrums eingesetzt, der Hochfrequenzen und Ultrahochfrequenzen umfasst. Sie weist eine Anschlussfläche auf, die typischerweise durch Ätzen einer Metallschicht gebildet wird. Sie wird von den Spezialisten auf Englisch als "Microstrip Patch Antenna" bezeichnet, was "Streifenleitungsantenne mit Anschlussfläche" bedeutet.
Die Mikrostreifenleitungstechnik ist eine planare Technik, die gleichzeitig für die Herstellung von Signalübertragungsleitungen und auch für die Herstellung von Antennen Anwendung findet, die eine Koppelung zwischen derartigen Leitungen und den abgestrahlten Wellen vornehmen. Sie verwendet leitende Streifen und/oder Anschlussflächen ("Patches"), die auf der oberen Fläche eines dünnen dielektrischen Substrats gebildet werden, welches sie von einer leitenden Masseschicht trennt, die sich über die untere Fläche dieses Substrats erstreckt. Ein solcher Patch ist typischerweise größer als ein solcher Streifen, und seine Formen und Abmessungen stellen wichtige Merkmale der Antenne dar. Die Form des Substrats ist typischerweise die einer rechteckigen ebenen Folie mit konstanter Dicke. Doch dies muss nicht unbedingt immer so sein. Insbesondere ist bekannt, dass eine Veränderung der Dicke des Substrats nach einem Exponentialgesetz die Möglichkeit bietet, die Bandbreite einer solchen Antenne zu vergrößern, und dass die Form der Folie von derjenigen eines Rechtecks abweichen kann. Die elektrischen Feldlinien verlaufen zwischen dem Streifen oder dem Patch und der Masseschicht und durchqueren dabei das Substrat. Diese Technik unterscheidet sich von verschiedenen anderen Techniken, die ihrerseits leitende Elemente auf einem dünnen Substrat einsetzen, nämlich:

– die auf Dreischichtenstreifenleitungen basierende Technik, die allgemein unter der englischen Bezeichnung "Stripline" bekannt ist und bei der eine Leitungsbahn zwischen der unteren Masseschicht und einer oberen Masseschicht enthalten ist, wobei letztere im Fall einer Antenne einen Schlitz aufweisen muss, um eine Koppelung mit abgestrahlten Wellen zu ermöglichen;
– die auf Schlitzleitungen basierende Technik, bei der sich das elektrische Feld zwischen den beiden Teilen einer leitenden Schicht aufbaut, die auf der oberen Fläche des Substrats gebildet wird, und wobei diese Teile voneinander durch einen Schlitz getrennt sind, wobei dieser im Fall einer Antenne typischerweise in eine größere Aussparung münden muss, welche eine Koppelung mit abgestrahlten Wellen erleichtert, indem zum Beispiel eine Resonanzstruktur gebildet wird; und
– die auf Koplanarleitungen basierende Technik, bei der sich das elektrische Feld auf der oberen Fläche des Substrats und symmetrisch zwischen einerseits einem zentralen Leitungsstreifen und andererseits zwei leitenden Bereichen aufbaut, die auf beiden Seiten dieses Bandes liegen, von dem sie jeweils durch zwei Schlitze getrennt sind. Im Fall einer Antenne wird dieser Leitungsstreifen typischerweise an einen größeren Patch angeschlossen, um eine Resonanzstruktur zu bilden, die eine Koppelung mit den abgestrahlten Wellen ermöglicht.

Was die Ausführung der Antennen betrifft, wird die Darstellung im weiteren Verlauf manchmal zur Vereinfachung nur auf den Fall einer an einen Sender angeschlossenen Sendeantenne beschränkt. Dies ist jedoch so zu verstehen, dass die beschriebenen Vorrichtungen auch im Fall von mit einem Empfänger verbundenen Empfangsantennen Anwendung finden könnten. Aus demselben Grund wird angenommen, dass das Substrat die Form einer horizontalen Folie aufweist.
In einer zunächst schematischen Weise kann eine Unterscheidung zwischen zwei grundlegenden Typen von Resonanzstrukturen getroffen werden, die in Mikrostreifenleitungstechnik ausgeführt werden können. Ein erster Typ kann als "Halbwelle" bezeichnet werden. Die Antenne ist dann eine sogenannte "Halbwellen" oder "elektrische" Antenne. Wenn man annimmt, dass eine Abmessung ihres Patches eine Länge darstellt und sich in einer als "längs" bezeichneten Richtung erstreckt, ist diese Länge etwa gleich der Hälfte der Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle, die sich in dieser Richtung in der von der Masse, dem Substrat und dem Patch gebildeten Leitung ausbreitet. Die Koppelung mit den abgestrahlten Wellen erfolgt an den Enden dieser Länge, wobei sich diese Enden in den Bereichen befinden, in denen die Amplitude des im Substrat herrschenden elektrischen Feldes maximal ist.
Ein zweiter Typ von Resonanzstrukturen, der nach derselben Technik realisiert werden kann, kann als "Viertelwelle" bezeichnet werden. Bei der Antenne handelt es sich in diesem Fall um eine sogenannte "Viertelwellen-" oder "magnetische" Antenne. Sie unterscheidet sich von einer Halbwellenantenne einerseits durch die Tatsache, dass ihr Patch eine Länge von etwa einem Viertel der Wellenlänge hat, wobei diese Länge des Patches und diese Wellenlänge wie weiter oben definiert sind, und andererseits durch die Tatsache, dass ein starker Kurzschluss an einem Ende dieser Länge zwischen der Masse und dem Patch in der Weise hergestellt wird, dass er eine Resonanz vom Typ einer Viertelwelle erzeugt, bei der ein Knoten des elektrischen Feldes durch diesen Kurzschluss festgelegt ist. Die Koppelung mit den abgestrahlten Wellen erfolgt am anderen Ende dieser Länge, wobei dieses andere Ende in dem Bereich liegt, in dem die Amplitude des elektrischen Feldes durch das Substrat maximal ist.
In der Praxis können verschiedene Resonanztypen in derartigen Antennen aufgebaut werden. Diese Typen hängen insbesondere ab:

– von der Konfiguration der Patches, wobei letztere insbesondere Schlitze aufweisen können, die eventuell abstrahlend sind;
– vom eventuellen Vorhandensein und der Positionierung von Kurzschlüssen sowie von den für diese Kurzschlüsse repräsentativen elektrischen Modellen, wobei letztere nicht immer, nicht einmal ungefähr, vollkommenen Kurzschlüssen gleichgestellt werden können, deren Impedanzen gleich Null sind;
– und von den Koppelvorrichtungen, die in diese Antennen aufgenommen wurden, um ihre Resonanzstrukturen mit einem Signalverarbeitungsorgan wie einem Sender koppeln zu können, sowie von der Positionierung dieser Vorrichtungen.

Außerdem können für eine gegebene Antennenkonfiguration mehrere Resonanzmodi auftreten und eine Nutzung der Antenne mit mehreren, diesen Modi entsprechenden, Frequenzen ermöglichen.
Die Koppelung einer solchen Antenne mit einem Signalverarbeitungsorgan wie beispielsweise einem Sender erfolgt typischerweise nicht nur über eine in diese Antenne eingebaute Koppelvorrichtung, sondern auch mit Hilfe einer Anschlussleitung, die außerhalb dieser Antenne liegt und die Koppelvorrichtung mit dem Signalverarbeitungsorgan verbindet. Wenn man eine funktionelle Gesamtreihe betrachtet, zu der das Signalverarbeitungsorgan, die Anschlussleitung, die Koppelvorrichtung und die Resonanzstruktur gehören, müssen die Koppelvorrichtung und die Anschlussleitung so ausgeführt sein, dass diese Reihe über ihre gesamte Länge eine einheitliche Impedanz aufweist, wodurch störende Reflexionen vermieden werden, die einer guten Koppelung entgegenstehen.
Im Fall einer Sendeantenne mit Resonanzstruktur haben die Koppelvorrichtung, die Anschlussleitung und die Antenne jeweils folgende Funktionen: Die Funktion der Anschlussleitung besteht darin, ein Hochfrequenz- oder Ultrahochfrequenzsignal des Senders bis an die Klemmen der Antenne zu transportieren. Entlang einer solchen Leitung breitet sich das Signal in Form einer fortschreitenden Welle aus, ohne zumindest im Prinzip bemerkbare Änderungen seiner Eigenschaften zu erfahren. Die Funktion der Koppelvorrichtung besteht darin, das von der Anschlussleitung gelieferte Signal so umzuwandeln, dass dieses Signal eine Resonanz der Antenne erregt, das heißt, dass die Energie der fortschreitenden Welle, die dieses Signal trägt, auf eine stationäre Welle übertragen wird, die sich in der Antenne mit den durch letztere definierten Eigenschaften aufbaut. Was die Antenne betrifft, so überträgt sie die Energie dieser stehenden Welle an eine in den Raum abgestrahlte Welle. Das vom Sender gelieferte Signal erfährt so eine erste Umwandlung, wobei es von der Form einer fortschreitenden in die einer stehenden Welle übergeht, und anschließend eine zweite Umwandlung, die ihm die Form einer abgestrahlten Welle gibt. Im Fall einer Empfangsantenne nimmt das Signal dieselben Formen in denselben Organen an, die Umwandlungen erfolgen jedoch in umgekehrter Reihenfolge und Richtung.
Die Anschlussleitungen können nach einer anderen als der planaren Technik ausgeführt sein, zum Beispiel in Form von Koaxialleitungen.
Antennen, die nach planaren Techniken ausgeführt sind, sind in verschiedenen Gerätetypen enthalten. Diese Geräte sind insbesondere tragbare Funktelefone, Basisstationen für diese Telefone sowie Kraftfahrzeuge und Flugzeuge oder Luftraketen. Im Fall eines tragbaren Funktelefons ermöglicht der durchgehende Charakter der unteren Masseschicht dieser Antenne, auf einfache Weise die Strahlungsleistung zu begrenzen, die vom Körper des Benutzers des Gerätes aufgenommen wird. Im Fall von Kraftfahrzeugen und vor allem bei Flugzeugen oder Raketen, deren Außenfläche aus Metall ist und die ein gekrümmtes Profil aufweisen, mit dessen Hilfe ein geringer Luftwiderstand erzielt werden kann, kann die Antenne mit diesem Profil in der Weise gleichförmig sein, dass kein zusätzlicher störender Luftwiderstand auftritt.
Eine erste in Mikrostreifenleitungstechnik ausgeführte Antenne ist durch einen Artikel von T. D. Ormiston, P. Gardner und P. S. Hall, "Microstrip Short-circuit Patch Design Equations", Microwave and Optical Technology Letters, Band 16, Nr. 1, September 1997, Seite 12–14, bekannt. Sie gehört zum Viertelwellen-Typ.
Auf 1 dieses Artikels sind das Substrat und die Masse dieser Antenne nicht dargestellt, doch das Vorhandensein eines Substrats und einer Masseschicht unter dem dargestellten Patch und der Streifenleitung werden stillschweigend vorausgesetzt. Um dieser Antenne eine Resonanz des Viertelwellentyps aufzuzwingen, ist ein Rand ihres Patches mit einem Kurzschluss versehen, der in einer leitenden Schicht gebildet wird, welche sich auf einer Schnittfläche des Substrats erstreckt. Dieser Kurzschluss ist zusammengesetzt, das heißt, dass er aus zwei Leitern besteht, welche die Form vertikaler Streifen aufweisen. Letztere verlaufen seitlich jeweils bis zu den beiden Enden der Breite des Patches, wobei sie zwischen einander einen freien axialen Zwischenraum lassen.
In diesem Artikel sind Stromversorgungsvorrichtungen vorgesehen, um die Antenne von einem Sender aus zu speisen. Sie werden durch die Begriffe "Microstrip" bezeichnet, das heißt, dass sie in Mikrostreifenleitungstechnik ausgeführt sind. Obwohl dies in diesem Artikel in keiner Weise ausdrücklich dargestellt ist, ist klar, dass derartige Vorrichtungen die beiden Funktionen erfüllen, die zuvor für die Koppelvorrichtung und die Anschlussleitung erläutert wurden. Aus 1 dieses Artikels ist ersichtlich, dass die Anschlussleitung eine Mikrostreifenleitung des klassischen Typs ist. Ein Hauptleiter dieser Leitung ist ein dargestellter Streifen, der in der Ebene des Patches liegt. Ein Masseleiter dieser Leitung gehört zur nicht dargestellten Masseschicht, die dieser Leitung, der Koppelvorrichtung und der Antenne gemeinsam ist.
Was die Koppelvorrichtung betrifft, so weist sie die Form eines horizontal verlaufenden Längsstreifens auf. Sie ist so dargestellt, dass sie zu einer Mikrostreifenleitung gehört, welche den Streifen der Anschlussleitung verlängert. Dieser Streifen kann Koppelstreifen genannt werden. Er dringt in die Fläche des Patches durch den Rand des Kurzschlusses ein. Er verläuft danach in dieser Fläche von diesem Rand aus zwischen zwei Aussparungen und wird an den Patch an einem Anschlusspunkt innerhalb dieses Patches angeschlossen, das heißt, an einem Punkt im Inneren dieser Fläche. Diese beiden Aussparungen sind in diesem Artikel dafür vorgesehen, das Durchführen des Koppelstreifens bis zum geeigneten Anschlusspunkt zu ermöglichen. Sie entsprechen den beiden Rändern des axialen Zwischenraums des Kurzschlusses.
Diese erste bekannte Antenne weist den Nachteil auf, dass ihre Stromversorgung oder, allgemeiner gesagt, ihre Koppelung mit dem Signalverarbeitungsorgan, in nutzbringender Weise nur dank einer exakten Einstellung verschiedener Parameter erzielt werden kann. Diese Parameter sind insbesondere die Breite und die Länge der beiden oben erwähnten Aussparungen und die Breite des Koppelstreifens, und sie müssen eingestellt werden, um der Antennenimpedanz einen geeigneten Wert zu geben. Ihre Werte und insbesondere derjenige dieser Länge müssen innerhalb sehr nahe beieinander liegender und schwer vorherzubestimmender Toleranzgrenzen gebracht werden. Im Fall einer industriellen Serienfertigung solcher Antennen kann diese Schwierigkeit der Einstellung die Herstellungskosten in störender Weise erhöhen.
Eine zweite in Mikrostreifenleitungstechnik ausgeführte Antenne ist durch die Patentschrift WO 94/24723 (Wireless Access, Inc.) bekannt. Auch sie gehört zum Viertelwellentyp. Ihr Patch (316 auf 3) weist einen breiten Schlitz ("rectangular ring 350") auf, um ihre Funktionsweise weniger empfindlich in der Nähe leitender Massen, wie beispielsweise einem menschlichen Körper, oder in der Nähe elektrischer Schaltungen, wie beispielsweise denen eines Mikrocomputers, zu machen. Ihr Kurzschluss (330) ist partiell, das heißt, dass er nur auf einem Segment eines Randes dieses Patches gebildet wird. Es wird gesagt, dass dies eine Anpassung der Eingangsimpedanz der Antenne erleichtert. Die Anschlussleitung, welche diese Antenne speist, ist vertikal unter dem Substrat angeordnet. Sie entspricht dem koaxialen Typ. Die Koppelvorrichtung besteht aus einer Verlängerung des Mittelleiters, das heißt, des Hauptleiters, der in der Achse dieser Leitung verläuft, wobei diese Verlängerung das Substrat durchdringt, um danach an den Patch angeschlossen zu werden. Was den Masseleiter betrifft, der diese Leitung umhüllt, so wird er direkt mit der Masse der Antenne verbunden.
Diese zweite bekannte Antenne weist insbesondere den Nachteil auf, dass die Ausführung einer wirksamen Koppelvorrichtung mit Hilfe des abschließenden Teils des Mittelleiters einer Koaxialleitung, welcher an den Patch der Antenne angeschlossen wird, dazu zwingt, das Substrat zu durchbohren, und sie weist praktische Schwierigkeiten auf, insbesondere für die Einstellung der Position des Anschlusspunktes. Diese Schwierigkeiten erhöhen die Herstellungskosten, insbesondere, wenn es sich um eine Serienfertigung handelt.
Mit der vorliegenden Erfindung werden insbesondere folgende Ziele verfolgt:

– Erleichtern der Ausführung einer Koppelung zwischen der Resonanzstruktur einer Antenne der oben beschriebenen Art, insbesondere einer Viertelwellenantenne, und einem Signalverarbeitungsorgan wie beispielsweise einem Sender, der mit dieser Antenne zusammenarbeiten muss;
– Erweitern der Fertigungstoleranzen einer solchen Antenne;
– Begrenzen der Herstellungskosten einer solchen Antenne; und
– Begrenzen der Herstellungskosten einer Kommunikationsvorrichtung, welche eine solche Antenne und ein Signalverarbeitungsorgan enthält, und zwar im allgemeinen und im besonderen im Fall der Serienfertigung einer solchen Vorrichtung.

Um diese Ziele zu erreichen, ist ihr Gegenstand insbesondere eine Antenne nach Anspruch 1.
Typischerweise arbeitet der Patch mit der Masse zusammen, um elektromagnetische Wellen zu leiten, die sich in dieser Antenne in einer Ausbreitungsrichtung ausbreiten, wobei die Koppelrichtung in diesem Fall mindestens nahe an dieser Ausbreitungsrichtung liegt.
In dem Maße, in dem eine Antennenkoppelung durch einen seitlichen Koppeleffekt, wie weiter oben definiert, erfolgt, unterscheidet sie sich von einer Endkoppelung wie jener, die in der ersten bekannten, weiter oben beschriebenen Antenne ausgeführt ist. Die vorteilhaften Interaktionen, die gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen dem Koppelstreifen und dem Patch stattfinden, sind analog zu jenen, die in einer koplanaren Leitung zwischen dem Hauptleiter und der Masse dieser Leitung auftreten. Wenn derartige Interaktionen zu vernachlässigen wären, würde die Koppelleitung in der Weise einer dem Mikrostreifenleitungstyp entsprechenden Leitung funktionieren, bei welcher der Masseleiter aus der Antennenmasse bestehen würde. Wenn man eine Antennenimpedanz betrachtet, welche die Antenne zwischen ihren Klemmen aufweist, zeigen sich das Vorhandensein und die Bedeutung dieser vorteilhaften Interaktionen deshalb durch den Umstand, dass diese Antennenimpedanz näher an einer koplanaren Impedanz liegt als an einer Mikrostreifenleitungs-Impedanz, wobei diese koplanare Impedanz gleich der Impedanz einer virtuellen koplanaren Leitung ist, die von dem Koppelstreifen und dem Patch auf dem Substrat bei Fehlen der Antennenmasse gebildet würde, und wobei die Mikrostreifenleitungs-Impedanz gleich einer Impedanz einer ebenfalls virtuellen Mikrostreifenleitung ist, die von diesem Koppelstreifen und dieser Masse auf beiden Seiten dieses Substrats bei Fehlen des Patches gebildet wird.
Vorzugsweise liegt diese Antennenimpedanz zwischen 70% und 99,9%, und vorzugsweise noch zwischen 80% und 98% der genannten koplanaren Impedanz.
Die geeignete Breite eines Koppelschlitzes hängt von den Werten verschiedener Parameter der Antenne und hauptsächlich von der Dicke und der Dielektrizitätskonstante des Substrats ab. Typischerweise liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Breite dieses Koppelschlitzes zwischen 3% und 60% der Dicke dieses Substrats. Sie ist im besonderen kleiner als 35% der Dicke dieses Substrats. Unabhängig von der Dicke des Substrats scheint es schwer zu sein, mit den üblichen industriellen Techniken Koppelschlitze mit einer Breite kleiner als 0,1 mm zu ätzen.
Die Beziehungen, die zwischen der Antennenimpedanz und Koplanar- und Mikrostreifenleitungs-Impedanzen bestehen, können durch bezifferte Beispiele veranschaulicht werden. In diesen Beispielen setzt man die Antennenimpedanz mit einer zusammengesetzten Impedanz gleich, welche diejenige einer wie folgt definierten zusammengesetzten Leitung ist: Ihr Hauptleiter weist die Form eines Streifens mit unendlicher Länge und mit der Breite w auf. Dieser Streifen verläuft über die Oberseite eines Substrats zwischen zwei koplanaren Masseleitern, die von diesem Streifen durch zwei Schlitze derselben Breite s getrennt sind, die auf derselben Fläche auf beiden Seiten dieses Streifens ins Unendliche verlaufen. Das Substrat hat eine Dicke h, eine Dielektrizitätskonstante ε, und es trägt eine Masseschicht auf seiner gesamten Unterseite. Die Koplanar- und die Mikrostreifenleitungs-Impedanz sind wie zuvor definiert, jedoch ausgehend von dieser zusammengesetzten Leitung, wobei die koplanaren Masseleiter die Stelle des Patches einnehmen.
Es wurde angestrebt, der zusammengesetzten Impedanz oder Mikrostreifenleitungs-Impedanz einen Wert in der Nähe von 50 Ω zu geben. Im ersten und dritten Beispiel bestand das Substrat aus Epoxidharz. Im zweiten und vierten Beispiel bestand es aus Teflonglas.
Die Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle angegeben:
In den beiden ersten Beispielen bewirkt die geringe Breite der Schlitze im Verhältnis zur Dicke des Substrats, dass die zusammengesetzte Leitung in einer Weise arbeitet, die viel näher an der einer Koplanarleitung als an der einer Mikrostreifenleitung liegt. Dagegen nähert sich in den beiden letzten Beispielen die zusammengesetzte Leitung mehr einer Mikrostreifenleitung an.
Typischerweise bilden das Substrat, die Antennenmasse und der Patch eine Resonanzstruktur, mit deren Hilfe sich fortschreitende Wellen in dieser Struktur in zwei einander entgegengesetzten Richtungen der Ausbreitungsrichtung ausbreiten können, wobei diese Struktur für diese beiden Wellen Reflektoren bildet, die ihnen Hin- und Rückwege vorschreiben, welche eine Resonanz dieser Antenne zutage treten lassen.
Ebenfalls typischerweise verläuft der Koppelstreifen einerseits zwischen einem externen Anschlusspunkt, an dem dieser Streifen an eine Klemme der Antenne angeschossen wird, und andererseits einem internen Anschlusspunkt, an dem dieser Streifen an den Patch angeschlossen wird.
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung werden mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten schematischen Abbildungen besser verständlich werden. Wenn dasselbe Element auf mehreren dieser Abbildungen dargestellt ist, wird es mit denselben Kennzeichnungsziffern und/oder -buchstaben bezeichnet.
1 stellt eine perspektivische Ansicht einer Kommunikationsvorrichtung dar, welche eine erste nach dieser Erfindung ausgeführte Antenne enthält.
2 stellt eine Draufsicht der Antenne von 1 dar.
3 stellt eine Vorderansicht derselben Antenne dar.
4 ist ein Schaubild der Veränderung eines Reflexionskoeffizienten in Dezibel am Eingang derselben Antenne in Abhängigkeit von der in MHz angegebenen Frequenz.
5 stellt eine Teilansicht einer zweiten Antenne dar.
Ebenso wie die erste zuvor erwähnte bekannte Antenne weist eine Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung eine Resonanzstruktur auf, die aus folgenden Elementen gebildet wird:

– Ein dielektrisches Substrat 2, das zwei einander gegenüberliegende Hauptflächen aufweist, die sich in den in dieser Antenne definierten Richtungen erstrecken und horizontale Richtungen DL und DT bilden, wobei diese Richtungen vom betrachteten Bereich der Antenne abhängen können. Dieses Substrat kann unterschiedliche Formen aufweisen, wie zuvor erläutert. Seine beiden Hauptflächen bilden jeweils eine untere Fläche S1 und eine obere Fläche S2. Eine weitere Richtung ist ebenfalls in dieser Antenne definiert. Sie bildet einen Winkel zu jeder dieser horizontalen Richtungen und stellt eine vertikale Richtung DV dar. Der gebildete Winkel ist typischerweise ein rechter Winkel. Doch diese vertikale Richtung kann zu den horizontalen Richtungen auch andere Winkel bilden, und sie kann auch vom betrachteten Bereich abhängen. Das Substrat weist mehrere Schnittflächen auf, wie zum Beispiel die Fläche S3, welche jeweils eine Kante der unteren Fläche mit einer entsprechenden Kante der oberen Fläche verbinden und diese vertikale Richtung enthalten.
– Eine leitende untere Schicht, die sich auf dieser unteren Fläche erstreckt und eine Masse 4 dieser Antenne bildet.
– Eine leitende obere Schicht, die sich auf einer Teilfläche dieser oberen Fläche oberhalb der Masse 4 in der Weise erstreckt, dass sie eine Anschlussfläche 6 des Typs bildet, der weltweit durch das englische Wort "Patch" bezeichnet wird. Dieser Patch hat eine für diese Antenne spezifische Konfiguration. Er hat auch eine Länge und eine Breite, die sich in den beiden genannten horizontalen Richtungen erstrecken und eine Längsrichtung DL bzw. eine Querrichtung DT bilden, wobei die letztgenannte Richtung parallel zur Schnittfläche S3 verläuft. Diese Längsrichtung bildet die zuvor erwähnten Koppel- und Ausbreitungsrichtungen. Obwohl sich die Wörter "Länge" und "Breite" üblicherweise auf zwei zueinander senkrecht stehende Dimensionen eines rechteckigen Objekts beziehen, wobei die Länge größer als die Breite ist, ist dies hier so zu verstehen, dass der Patch 6 von einer solchen Form abweichen könnte, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen. Insbesondere können die Richtungen DL und DT einen von 90 Grad abweichenden Winkel bilden, die Kanten dieses Patches können nicht geradlinig sein, und seine sogenannte "Länge" kann kürzer als seine sogenannte "Breite" sein. Die eine dieser Kanten liegt an der Schnittlinie der oberen Fläche S2 und der Schnittfläche S3. Sie verläuft folglich in der Querrichtung DT. Sie bildet eine hintere Kante 10 und definiert in der Längsrichtung DL eine Richtung nach hinten DB, die zu dieser hinteren Kante zeigt, sowie eine Richtung nach vorn DF, die dieser nach hinten zeigenden Richtung entgegengesetzt ist.
– Schließlich im Fall der ersten nach der vorliegenden Erfindung ausgeführten Antenne einen Kurzschluss C2, der den Patch 6 elektrisch leitend mit der Masse 4 verbindet. Dieser Kurzschluss wird in der Schnittfläche S3 gebildet, die typischerweise eben ist und somit eine Kurzschlussebene darstellt. Er zwingt die Resonanzen der Antenne, zumindest ungefähr dem Viertelwellentyp zu entsprechen.

Die Antenne weist außerdem eine Koppelvorrichtung auf, die im engeren Sinne die Form einer Koppelungsleitung hat. Diese Vorrichtung weist einerseits einen Hauptleiter auf, der aus zwei Abschnitten C1 und C3 besteht und in einem inneren Anschlusspunkt 18 an den Patch 6 angeschlossen ist. Sie weist andererseits einen ebenfalls zusammengesetzten Masseleiter auf, der mit diesem Hauptleiter zusammenarbeitet und der weiter unten beschrieben wird. Er bildet die gesamte oder einen Teil einer Anschlussbaugruppe, mit der die Resonanzstruktur der Antenne an ein Signalverarbeitungsorgan 8 angeschlossen wird, zum Beispiel um ausgehend von diesem Organ eine oder mehrere Resonanzen zu erreichen für den Fall, dass es sich um eine Sendeantenne handelt. Zusätzlich zu dieser Vorrichtung weist die Anschlussbaugruppe typischerweise eine Anschlussleitung wie C4, C5 auf, die außerhalb der Antenne liegt und die zwei Leiter aufweist. An einem Ende dieser Leitung auf der Seite dieser Antenne sind diese beiden Leiter jeweils mit zwei Anschlussleitern verbunden, die zur Koppelvorrichtung gehören und die so betrachtet werden können, dass sie zwei Klemmen der Antenne bilden. Am anderen Ende dieser Leitung sind ihre beiden Leiter mit jeweils zwei Klemmen des Signalverarbeitungsorgans verbunden. Diese Leitung kann insbesondere dem koaxialen Typ, dem Streifenleitungstyp oder dem koplanaren Typ entsprechen. Für den Fall, dass die betrachtete Antenne eine Empfangsantenne darstellt, überträgt eben diese Baugruppe die von dieser Antenne empfangenen Signale an das Signalverarbeitungsorgan. Die verschiedenen Elemente dieser Baugruppe haben jeweils die zuvor definierten Funktionen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Kommunikationsgerät, das eine Antenne gemäß dieser Erfindung und ein genanntes Signalverarbeitungsorgan aufweist, das an diese Antenne durch eine Anschlussbaugruppe angeschlossen ist.
Die Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Monofrequenz- oder eine Multifrequenzantenne sein. Die erste als Beispiel angegebene Antenne ist eine Bifrequenzantenne, das heißt, dass sie mindestens zwei Resonanzen erzeugen kann, so dass sie nach zwei Modi arbeiten kann, die zwei Betriebsfrequenzen entsprechen. Zu diesem Zweck wird in dem Patch 6 ein Schlitz gebildet, der nach vorn hin außerhalb dieses Patches mündet. Er bildet einen in Längsrichtung verlaufenden Trennschlitz F1. Die von diesem Schlitz eingenommene Längsausdehnung definiert in diesem Patch einen vorderen Bereich Z2, Z1, Z12, wobei der Schlitz selbst in diesem Bereich einen Primärbereich Z1 von einem Sekundärbereich Z2 trennt. Ein hinterer Bereich ZA erstreckt sich zwischen diesem vorderen Bereich und der vorderen Kante 10. Vorzugsweise ist dieser hintere Bereich in der Längsrichtung DL kürzer und bevorzugt deutlich kürzer als dieser vordere Bereich.
Der innere Anschlusspunkt 18 liegt im Primärbereich Z1. Ein Betriebsmodus der Antenne stellt in diesem Fall einen Primärmodus dar, in dem sich eine stehende Welle dank einer Ausbreitung von fortschreitenden Wellen in beide Richtungen dieser Längsrichtung oder in eine ihr benachbarte Richtung ausbreitet, wobei sich diese Wellen in einer Fläche ausbreiten, welche diesen Primärbereich und diesen hinteren Bereich einschließt und dabei den Sekundärbereich Z2 in etwa ausschließt. Ein anderer Betriebsmodus stellt einen Sekundärmodus dar, in dem sich eine stehende Welle dank einer Ausbreitung fortschreitender Wellen in denselben beiden Richtungen aufbaut, wobei sich diese Wellen in einer anderen Fläche ausbreiten, welche den Primär- und den Sekundärbereich und den hinteren Bereich einschließt.
Im Rahmen dieser Anordnung hat der hintere Bereich ZA eine erste Funktion, die darin besteht, den Sekundärbereich mit dem Primärbereich zu koppeln, um den Aufbau des zweiten Modus zu ermöglichen. Er hat eine zweite Funktion, die darin besteht, dem auf der hinteren Kante vorhandenen Kurzschluss die Möglichkeit zu geben, seine Rolle in jedem der beiden Bereiche zu spielen. Die Antenne entspricht dann zumindest näherungsweise für jede Betriebsfrequenz dem Viertelwellentyp.
Die Konfigurationen des Patches und der Koppelleitung und insbesondere die Längsposition des inneren Anschlusspunktes 18 werden so gewählt, dass ein zuvor festgelegter, gewünschter Wert der Impedanz auftritt, der von der Antenne für das Signalverarbeitungsorgan oder, noch typischer, für eine Anschlussleitung präsentiert wird, welche dieses Organ mit dieser Vorrichtung verbindet. Diese Impedanz wird nachfolgend als Impedanz der Antenne bezeichnet. Im Fall einer Sendeantenne wird sie üblicherweise als Eingangsimpedanz bezeichnet. Ihr gewünschter Wert ist vorteilhafterweise gleich der Impedanz der Anschlussleitung. Dies ist der Grund, warum vorzugsweise die Position des Anschlusspunktes der Antennenimpedanz für die verschiedenen Betriebsfrequenzen etwa denselben Wert verleiht.
Es ist im Allgemeinen nützlich, dass die Betriebsfrequenzen zuvor festgelegte gewünschte Werte haben. Diese Werte können vorteilhafterweise durch eine geeignete Wahl der jeweiligen Längsabmessungen des Primärbereichs Z1 und des Sekundärbereichs Z2 erzielt werden. Aus diesem Grund sind diese beiden Abmessungen typischerweise unterschiedlich.
In dem in besonderer Weise beschriebenen Fall bildet die Konfiguration des Patches 6 vorzugsweise außerdem einen Schlitz, der in Querrichtung DT verläuft. Dieser Schlitz bildet einen Quertrennschlitz F2, der diesen Primärbereich teilweise vom hinteren Bereich ZA trennt. Er verbindet sich am hinteren Ende mit dem Längstrennschlitz F1. Ein anderer Schlitz F3 erstreckt sich vom Quertrennschlitz F2 aus im Primärbereich nach vorn. Er kann als Frequenzsenkungsschlitz bezeichnet werden, denn seine Aufgabe ist es, die Betriebsfrequenzen in einem mit seiner Länge steigenden Maße zu senken. Er ermöglicht so nicht nur, die Länge des Patches zu begrenzen, die erforderlich ist, um zuvor festgelegte gewünschte Werte der Betriebsfrequenzen zu erhalten, sondern auch, diese Frequenzen dank einer geeigneten Abstimmung der Länge dieses Schlitzes einzustellen.
Die Antenne weist vorzugsweise eine Symmetrieebene auf, die sich in Längsrichtung DL und in vertikaler Richtung DV erstreckt, wobei die Linie dieser Ebene in der oberen Fläche des Substrats eine Symmetrieachse A für den Patch 6 bildet. Wenn zwei Elemente bezogen auf die Symmetrieachse oder -ebene zueinander symmetrisch sind, ist die in den Kennzeichnungen enthaltene Zahl für das, was auf den Abbildungen rechts dargestellt ist, gleich der entsprechenden Zahl dessen, was links dargestellt ist, jedoch jeweils um 10 erhöht. Die Koppelvorrichtung und der Primärbereich Z1 erstrecken sich in der Nähe der Achse A, und die Konfiguration des Patches bildet zwei Längstrennschlitze F1, F11 auf beiden Seiten dieses Primärbereichs. Der Sekundärbereich umfasst dann zwei Teile, Z2, Z12, die jeweils jenseits dieser zwei Schlitze liegen.
Unter diesen Bedingungen weist die Gesamtheit der Trennschlitze F1, F2, F11, F12 die Form eines "U" auf. Die Arme und die Basis dieses Us verlaufen in Längs- bzw. in Querrichtung. Diese Basis weist einen axialen Abschnitt 20 auf, der sich auf beiden Seiten der Achse erstreckt, um den Primärbereich Z1 über einen axialen Teil des hinteren Bereichs ZA mit dem Kurzschluss C2, C12 zu verbinden.
Nach einer vorteilhaften Anordnung, die bereits in der zuvor erwähnten ersten bekannten Antenne Anwendung fand, weist die Koppelleitung, welche die Koppelvorrichtung der Antenne bildet, einen Leiter auf, der zur oberen leitenden Schicht gehört. Genauer ausgedrückt, dringt ein Abschnitt C1 des genannten Hauptleiters in Längsrichtung DL in die Fläche des Patches 6 ein. Er verläuft zwischen einem hinteren Ende in der Nähe der hinteren Kante 10 und einem vorderen Ende, das den inneren Anschlusspunkt 18 bildet. Dieser Abschnitt des Hauptleiters weist die Form eines Streifens bzw. Bandes auf und kann als horizontaler Koppelstreifen bezeichnet werden. Wie im Fall der zuvor erwähnten ersten bekannten Antenne ist dieser Streifen seitlich durch zwei Aussparungen begrenzt. In der vorliegenden Erfindung sind diese beiden Aussparungen jedoch in Richtung DT eng genug und in der Richtung DL lang genug, um jeweils als zwei Längsschlitze F4, F14 betrachtet zu werden. Diese beiden Schlitze trennen diesen Streifen vom Patch 6 ab und werden hier als Koppelschlitze bezeichnet. Die Wahl ihrer Breite hängt davon ab, dass die Parameter der Leitung, deren Hauptleiter dieser Koppelstreifen ist, vorteilhaft festgelegt werden können, indem diese Leitung als koplanare Leitung gestaltet wird, die fähig ist, die Antenne auf der Länge dieser Leitung auf verteilte Weise zu erregen, und nicht als eine dem Mikrostreifentyp entsprechende Leitung, welche die Aufgabe hat, die Antenne nur am Ende dieser Leitung zu erregen; der Masseleiter dieser koplanaren Leitung ist in diesem Fall prinzipiell nach der Art einer koplanaren Leitung aufgebaut, und zwar von den Teilen des Patches, die seitlich auf beiden Seiten dieses Streifens jenseits der beiden Schlitze F4 und F14 liegen, und nicht von der Masse der Antenne wie bei einer Mikrostreifenleitung. Diese Leitung wird nachfolgend als horizontale koplanare Leitung bezeichnet.
Sie würde die Möglichkeit bieten, die Antenne über ein elektromagnetisches Signal zu koppeln, welches von der externen Anschlussleitung am hinteren Ende dieser horizontalen koplanaren Leitung zwischen zwei Klemmen, die dieser horizontalen koplanaren Leitung und der Antenne gemeinsam sind, angelegt oder erfasst wird, wobei diese beiden Klemmen von diesem Masseleiter dieser Leitung beziehungsweise vom hinteren Ende dieses Streifens gebildet werden. Doch zumindest im Fall von Geräten wie bestimmten Funktelefonen würde die Ausführung der Verbindung zwischen der Koppelvorrichtung und dieser externen Leitung über derartige Leiter, die in der Ebene des Patches liegen, die Herstellung dieser Geräte komplizieren.
Insbesondere verläuft die fragliche horizontale koplanare Leitung entlang der Achse A. Sie tritt in den axialen Abschnitt 20 der Basis des Us ein, wobei dieser Abschnitt durch die beiden Koppelschlitze F4 und F14 begrenzt ist. Wie zuvor gesagt, wird die Position des vorderen Endes 18 ihres Hauptleiters so festgelegt, dass sie der Impedanz der Antenne einen gewünschten Wert gibt. Diese Impedanz hängt jedoch auch noch von anderen Parametern wie den Breiten des Koppelstreifens C1 und der Koppelschlitze sowie von der Art des Substrats ab.
Nach einer anderen vorteilhaften Anordnung, die zuvor in der ersten bekannten Antenne Anwendung fand, ist der genannte Kurzschluss ein zusammengesetzter Kurzschluss, der zwei Kurzschlussleiter C2 und C12 aufweist. Diese beiden Leiter verlaufen in vertikaler Richtung DV, wobei sie zwischen sich einen freien Abstand lassen. Jeder von ihnen verbindet die Masse 4 der Antenne mit dem Patch 6.
Nach einer vorteilhaften Anordnung weist die Antennenkoppelleitung außerdem Anschlussleiter auf, die auf der Schnittfläche S3 gebildet werden und die eine vertikale koplanare Leitung bilden können. Eine solche Leitung setzt sich insbesondere aus den folgenden Leitern zusammen:

– Einem Hauptleiter C3, der in vertikaler Richtung DV zwischen einem unteren Ende und einem oberen Ende in dem zwischen den beiden Kurzschlussleitern gelassenen Abstand verläuft. Dieses obere Ende wird mit dem hinteren Ende des Hauptleiters C1 der koplanaren horizontalen Leitung verbunden. Dieser Hauptleiter der vertikalen koplanaren Leitung bildet gleichzeitig den genannten ersten Anschlussleiter, eine erste Klemme der Antenne und einen vertikalen Abschnitt des Hauptleiters der Koppelleitung.
– Und aus den zwei genannten Masseleitern, die mit dem Leiter C3 zusammenarbeiten und von den zwei Kurzschlussleitern C2 und C12 gebildet werden. Diese beiden Kurzschlussleiter bilden gleichzeitig gemeinsam eine zweite Klemme der Antenne.

Im Fall eines Gerätes mit begrenzten Abmessungen erleichtert der Umstand, dass diese Anschlussleiter auf der Schnittfläche S3 gebildet werden, ganz erheblich die Herstellung eines Anschlusses zwischen einerseits der zur Antenne gehörenden Koppelvorrichtung, die auf der Oberfläche des Gerätes gebildet wird, und andererseits einer Anschlussleitung, welche diese Vorrichtung mit einem Signal verarbeitungsorgan verbindet. Wenn dieses Organ im Inneren dieses Gerätes liegt, kann diese Leitung die Form einer Koaxialleitung annehmen, die in der Nähe der Antenne senkrecht zu deren Ebene verläuft. In anderen Fällen erleichtert diese Anordnung der Anschlussleiter den Anschluss der Antenne an von einer Hauptplatine getragene Leiter, auf deren einer Seite das Substrat der Antenne zuvor befestigt wurde; die Anschlussleitung verläuft in diesem Fall typischerweise, zumindest in der Nähe der Antenne, parallel zu deren Längsrichtung. Im Übrigen kompliziert die Ausführung derartiger Anschlussleiter, welche Klemmen der Antenne auf der Schnittfläche des Substrats bilden können, die Herstellung der Antenne nur in einer vernachlässigbaren Weise. Einerseits nämlich ist die Ausführung der Kurzschlussleiter notwendig, damit die hergestellte Antenne dem Viertelwellentyp entspricht. Andererseits kann der erste Anschlussleiter durch ein Verfahren hergestellt werden, das der Herstellung der Kurzschlussleiter zumindest ähnlich ist, und in den meisten Fällen auch im Verlauf desselben Fertigungsschrittes.
Ferner werden nach einer vorteilhaften Anordnung, welche für die als Beispiel angegebene erste Antenne spezifisch ist, sämtliche Anschlussleiter der Koppelvorrichtung gemeinsam durch die folgenden Schritte hergestellt:

– Bildung einer vertikalen leitenden Schicht auf der Schnittfläche S3; und
– Ätzen dieser Schicht, um gleichzeitig die beiden Kurzschlussleiter C2 und C12 und den ersten Anschlussleiter C3 herzustellen. Diese Leiter bilden dann zwei Kurzschluss-Streifen bzw. einen vertikalen Koppelstreifen.

Vorzugsweise nehmen die Anschlussleiter nur einen Teil der hinteren Kante 10 ein. In der im Beispiel angegebenen Antenne handelt es sich etwa um denselben Anteil wie den des Primärbereichs Z1.
Vorzugsweise werden die Breiten der Koppelstreifen und der Schlitze, beispielsweise der Koppelschlitze, die auf beiden Seiten dieser Streifen liegen, so gewählt, dass die Koppelleitung, die von den vertikalen und horizontalen koplanaren Leitungen gebildet wird, eine einheitliche und geeignete Impedanz erhält, die typischerweise 50 Ohm beträgt. Die Impedanz der Antenne wird im Übrigen durch die Wahl der Position des inneren Anschlusspunktes 18 eingestellt. Der kleine Wert der Breiten der Koppelschlitze und die daraus resultierende seitliche Koppelwirkung bieten die Möglichkeit, den Fertigungsspielraum für diese verschiedenen Parameter zu erweitern und gleichzeitig eine gute Koppelqualität zu wahren.
Im Fall der ersten als Beispiel angegebenen Antenne, die für den Einbau in ein Gerät mit kleinen Abmessungen vorgesehen ist, ist die Anschlussleitung außerhalb der Antenne eine Koaxialleitung. Zumindest in der Nähe der Antenne verläuft sie typischerweise in einer Richtung, die in etwa senkrecht zur Fläche dieser Antenne steht, das heißt zum Beispiel in der vertikalen Richtung DV. Sie weist einen axialen Leiter C4 auf. An einem ersten Ende der Leitung ist dieser axiale Leiter an den Leiter C3 angeschlossen. Am anderen Ende der Leitung ist er an eine erste Klemme des Signalverarbeitungsorgans 8 angeschlossen. Auf der Länge der Leitung ist er von einem leitenden Mantel C5 umgeben. Am ersten Ende der Leitung wird dieser Mantel gleichzeitig an die beiden Kurzschlussleiter C2 und C12 angeschlossen. Am anderen Ende der Leitung wird er an die andere Klemme des Signalverarbeitungsorgans 8 angeschlossen, das zum Beispiel aus einem Sender besteht.
Im Rahmen einer Ausführungsform dieser ersten Antenne werden nachfolgend verschiedene Zusammensetzungen und Werte als Zahlenbeispiel angegeben. Die Längen und Breiten werden jeweils in Längsrichtung DL und Querrichtung DT angegeben.

– Primär-Betriebsfrequenz: 940 MHz,
– Sekundär-Betriebsfrequenz: 870 MHz,
– Eingangsimpedanz: 50 Ohm,
– Zusammensetzung und Dicke des Substrats: Epoxidharz mit einer relativen Dielektrizitätskonstante e_r = 4,3 und einem Streufaktor tg d = 0,02, Dicke 1,6 mm,
– Zusammensetzung und Dicke der leitenden Schichten: Kupfer, 17 Mikron,
– Länge des Primärbereichs Z1: 26 mm,
– Breite des Bereichs Z1: 29 mm,
– Länge der Sekundärbereiche Z2 und Z12: 30 mm,
– Breite jedes dieser Bereiche: 5,5 mm,
– Länge des hinteren Bereichs Z3: 2,5 mm,
– Länge des Leiters C1 der horizontalen koplanaren Leitung: 25 mm,
– Breite des Leiters C1 und des Hauptleiters C3 der vertikalen koplanaren Leitung: 2,1 mm,
– Höhe des Leiters C3: 0,8 mm,
– allen Schlitzen gemeinsame Breite, wobei diese Breite für die in Querrichtung verlaufenden Spalte F2 und F12 in horizontaler Richtung angegeben wird: 0,5 mm,
– Länge der Frequenzabsenkungsspalte F3 und F13: 5 mm,
– Breite des axialen Abstands 20: 7 mm,
– Breite jedes der Kurzschlussleiter C2 und C12: 5 mm.

5 zeigt, wie eine externe Anschlussleitung und eine Antennenkoppelleitung im Fall einer zweiten Antenne ausgeführt werden können.
Verschiedene Elemente dieser zweiten Antenne sind zumindest im Hinblick auf ihre Funktion analog zu verschiedenen Elementen der ersten Antenne, die zuvor beschrieben wurde. Solche Elemente werden durch dieselben Kennzeichnungsbuchstaben und/oder -ziffern gekennzeichnet wie die analogen Elemente der ersten Antenne, außer dass die Nummern jeweils um 50 erhöht werden; beispielsweise ist der Hauptleiter C4 der externen Anschlussleitung der ersten Antenne analog zu einem Leiter C54 der zweiten Antenne.
Diese zweite Antenne weist eine nicht dargestellte Masse auf, welche die Innenfläche des Substrats 52 bedeckt. Sie weicht von der ersten in folgenden Punkten ab:
Es handelt sich um eine Halbwellenantenne, welche an jedem der beiden Querränder 102 und 104 ihres Patches einen Bauch des elektrischen Feldes aufweist, so dass jeder ihrer beiden Ränder im Fall einer Sendeantenne einen abstrahlenden Bereich darstellt. Es gibt weder einen vertikalen Koppelstreifen noch einen Kurzschluss. Der Koppelstreifen C51 verläuft in der Nähe eines Randes des Patches 56, von dem er durch einen einzigen Koppelschlitz F54 getrennt ist. Die externe Anschlussleitung entspricht dem Typ mit einer Masse, welche von derselben leitenden Schicht gebildet wird wie die Antennenmasse. Ihr Hauptleiter weist die Form eines Streifens auf, der einen Anschluss-Streifen C54 bildet. Letzterer wird an den Koppelstreifen C51 in einem Bereich C53 so angeschlossen, dass diese beiden Streifen wie zwei aufeinander folgende Segmente desselben bifunktionalen Streifens erscheinen.
Eine erste Klemme C53 der Antenne ist als Anschlussbereich zwischen den beiden Segmenten des bifunktionalen Streifens definiert, wobei die zweite Klemme von der gemeinsamen Masse gebildet wird. Das eine der Segmente des bifunktionalen Streifens, nämlich der Koppelstreifen, ist nun der Ort, an dem ein Koppeleffekt mit der Resonanzstruktur der Antenne entsteht, und wird als zur Antenne gehörig betrachtet. Das andere dieser Segmente, nämlich der Anschluss-Streifen, ist kein Ort, an dem irgendwelche derartigen Effekte stattfinden. Er wird als vom Koppelstreifen verschieden und als außerhalb der Antenne liegend betrachtet, selbst wenn er im selben Ätzschritt hergestellt wird wie der Patch und der Koppelstreifen, und dies sogar in dem nicht dargestellten Fall, in dem eine andere ergänzende Anschlussleitung, zum Beispiel eine Koaxialleitung, verwendet würde, um den Streifen C54 an ein Signalverarbeitungsorgan anzuschließen.
In dem typischen Fall, in dem die Dicke des Substrats 52 einheitlich ist, ist die Breite des Anschluss-Streifens größer als jene des Koppelstreifens C51, um eine Impedanzdiskontinuität im Bereich C53 zu verhindern. Allgemeiner ausgedrückt, wenn diese Erfindung in die Praxis umgesetzt wird, erfordert die Notwendigkeit, dem bifunktionalen Streifen eine einheitliche Impedanz zu verleihen, dass eine Änderung der Parameter dieses Streifens an der Stelle durchgeführt wird, an der er eine Klemme der Antenne bildet. Diese Veränderung erfolgt vorzugsweise allmählich unter Vermeidung jeder plötzlichen geometrischen Diskontinuität.

Claims

In Mikrostreifenleitungstechnik ausgeführte Antenne, wobei diese Antenne aufweist: – ein dielektrisches Substrat (2), welches eine Unterseite (S1) und eine Oberseite (S2) aufweist; – einen Leiter, der auf dieser Unterseite verläuft und eine Masse (4) dieser Antenne bildet; – einen Leiter, der eine Fläche dieser Oberseite einnimmt und einen Patch (6) bildet; und – einen länglichen Leiter, der in einer Koppelrichtung auf der Oberseite verläuft, wobei er von dem Patch an den beiden seitlichen Seiten dieses länglichen Leiters durch zwei seitliche Zwischenräume getrennt ist, die eine Breite besitzen, wobei dieser längliche Leiter einen Koppelstreifen (C1) bildet, wobei eine Koppelleitung in dieser Koppelrichtung verläuft und von einer Gruppe aus zwei dieser Leiter gebildet wird, welche diesen Koppelstreifen enthält, wobei die Antenne Klemmen (C2, C3) aufweist, die zu den genannten Leitern dieser Leitung gehören, und wobei diese Leitung die Möglichkeit bietet, eine Koppelung zwischen der Antenne und einem an diese Klemmen gelieferten Signal herzustellen, wobei diese Koppelung eine Antennenkoppelung darstellt; hierbei ist die Breite der seitlichen Zwischenräume klein genug, damit eine solche Antennenkoppelung zumindest durch einen seitlichen Koppeleffekt erleichtert wird, der sich in dieser Koppelrichtung verteilt und das Ergebnis von Interaktionen zwischen dem Koppelstreifen und dem Patch durch diese Zwischenräume ist, wobei diese Zwischenräume in diesem Fall Koppelschlitze (F4, F14) bilden; hierbei weist diese Antenne eine Impedanz zwischen ihren Klemmen (C2, C3) auf, wobei diese Impedanz eine Antennenimpedanz bildet und wobei diese Antenne durch den Umstand gekennzeichnet ist, dass diese Antennenimpedanz näher an einer koplanaren Impedanz liegt als an einer Mikrostreifenleitungs-Impedanz, wobei die koplanare Impedanz gleich der Impedanz einer koplanaren Leitung ist, die von dem Koppelstreifen (C1) und dem Patch (6) auf dem Substrat (2) bei Fehlen der Masse (4) der Antenne gebildet würde, und wobei diese Mikrostreifenleitungs-Impedanz gleich der Impedanz einer Mikrostreifenleitung ist, die von dem Koppelstreifen und der Masse der Antenne auf beiden Seiten des Substrats bei Fehlen des Patches gebildet würde.
Antenne nach Anspruch 1, bei welcher der Patch (6) mit der Masse (4) zusammenarbeitet, um elektromagnetische Wellen zu leiten, die sich in dieser Antenne in einer Ausbreitungsrichtung ausbreiten, wobei diese Koppelrichtung zumindest in der Nähe dieser Ausbreitungsrichtung liegt.
Antenne nach Anspruch 1, wobei diese Antenne dadurch gekennzeichnet ist, dass die Antennenimpedanz zwischen 70% und 99,9% der koplanaren Impedanz liegt.
Antenne nach Anspruch 3, wobei diese Antenne dadurch gekennzeichnet ist, dass die Antennenimpedanz zwischen 80% und 98% der koplanaren Impedanz liegt.
Antenne nach Anspruch 1, wobei diese Antenne dadurch gekennzeichnet ist, dass die Breite der Koppelschlitze (F4, F14) zwischen 3% und 60% der Dicke dieses Substrats (2) liegt.
Antenne nach Anspruch 5, wobei diese Antenne dadurch gekennzeichnet ist, dass die Breite der Koppelschlitze (F4, F14) kleiner als 35% der Dicke dieses Substrats (2) ist.
Antenne nach Anspruch 2, wobei das Substrat (2), die Masse (4) der Antenne und der Patch (6) eine Resonanzstruktur bilden, weiche fortschreitenden Wellen die Möglichkeit bietet, sich in dieser Struktur in zwei einander entgegengesetzten Richtungen (DF, DB) dieser Ausbreitungsrichtung (DL) auszubreiten, wobei diese Struktur für diese Wellen zwei Reflektoren bildet, die ihr Hin- und Rückwege auferlegen, welche eine Resonanz dieser Antenne zutage treten lassen.
Antenne nach Anspruch 7, wobei der Koppelstreifen (C1) zwischen einerseits einem externen Anschlusspunkt, an dem dieser Streifen an die Klemme (C3) der Antenne angeschlossen wird, und andererseits einem inneren Anschlusspunkt (18) verläuft, an dem dieser Streifen an den Patch (6) angeschlossen wird.
Antenne nach Anspruch 8, wobei der Patch eine hintere Kante (10) aufweist, die in etwa senkrecht zu dieser Ausbreitungsrichtung (DL) steht, wobei die Antenne außerdem einen Kurzschlussleiter (C2) aufweist, der den Patch (6) mit der Masse (4) dieser Antenne an dieser Kante in der Weise verbindet, dass eine solche Resonanz eine Viertelwellenresonanz ist, welche einen Knoten eines elektrischen Feldes auf dieser hinteren Kante aufweist, wobei der Koppelstreifen (C1) in die Fläche der Oberseite in einem sogenannten externen Anschlusspunkt eindringt, der sich auf dieser hinteren Kante befindet, wobei dieser Streifen in dieser Fläche so verläuft, dass er von dem Patch durch die beiden sogenannten Koppelschlitze (F4, F14) getrennt ist, die jeweils auf den beiden Seiten dieses Streifens liegen, wobei der innere Anschlusspunkt (18) im Inneren dieser Fläche liegt.
Kommunikationsvorrichtung, aufweisend: – eine Antenne nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5; – und ein Signalverarbeitungsorgan (8), das an diese Antenne über die Klemmen dieser Antenne angeschlossen wird und eine Impedanz in etwa gleich der Antennenimpedanz besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei diese Vorrichtung außerdem eine Anschlussleitung aufweist, welche die Klemmen der Antenne mit dem Signalverarbeitungsorgan verbindet, wobei diese Anschlussleitung zumindest in der Nähe dieser Antenne aufweist: – einen Leiter, der auf der Unterseite des Substrats in Fortsetzung der Masse der Antenne verläuft; und – einen länglichen Leiter, der auf der Oberseite des Substrats in Fortsetzung des Koppelstreifens verläuft, wobei dieser Leiter eine Breite besitzt und einen Anschluss-Streifen bildet; wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass diese Breite des Anschluss-Streifens größer ist als die Breite des Koppelstreifens.