DE9217070U1 - PCB antenna - Google Patents
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Description
&Lgr; ,,} " JfR 5^ G%3i08 DE Ol Siemens Aktiengesellschaft &Lgr; ,,} " Jf R 5 ^ G % 3i08 DE Ol Siemens Aktiengesellschaft
Leiterplattenantenne
5PCB antenna
5
Die Erfindung betrifft eine Leiterplattenantenne.The invention relates to a printed circuit board antenna.
Komponenten, Geräte und Systeme zur Verarbeitung von Daten sind manchmal für einen mobilen Einsatz ausgelegt. Wesentliche Voraussetzung für die Ortsungebundenheit ist das Fehlen von starren Kabelverbindungen. Zur Energieversorgung und insbesondere zum Datenaustausch müssen derartige Geräte über kabellos arbeitende Mittel verfügen.Components, devices and systems for processing data are sometimes designed for mobile use. An essential prerequisite for location independence is the absence of rigid cable connections. Such devices must have wireless means for power supply and, in particular, for data exchange.
Als eines von vielen möglichen Geräten dieser Art seien beispielhaft sogenannte mobile Datenspeicher genannt. Diese können z.B. als Bestandteil eines Identifikationssystemes in einer vollautomatisch betriebenen Fertigungsanlage zur Kennzeichnung von Werkstücken dienen. Jedes der Werkstücke wird dabei mit einem mobilen Datenspeicher versehen. Beim Durchlauf des Werkstückes durch die vollautomatische Fertigung wird zum einen den einzelnen Fertigungsstationen die Art und der aktuelle Zustand des zu bearbeitenden Werkstückes mitgeteilt. Zum anderen wird nach erfolgter Bearbeitung der erreichte Werkstückzustand von der Bearbeitungsstation in den mobilen Datenspeicher des Werkstückes eingeschieben, und somit dessen Datensatz aktualisiert. Der das Werkstück auf seinem Weg durch die vollautomatische Fertigung begleitende mobile Datenspeicher ermöglicht somit zu jedem Zeitpunkt und an jede Stelle des Fertigungsprozesses eine sichere Identifikation des Werkstückes und von dessen aktuellem Bearbeitungszustand.One of many possible devices of this type is the so-called mobile data storage device. These can, for example, be used as part of an identification system in a fully automated production facility for marking workpieces. Each of the workpieces is provided with a mobile data storage device. When the workpiece passes through the fully automated production facility, the type and current state of the workpiece to be processed is communicated to the individual production stations. On the other hand, after processing has been completed, the achieved workpiece state is inserted by the processing station into the mobile data storage device of the workpiece, thus updating its data record. The mobile data storage device that accompanies the workpiece on its way through the fully automated production facility thus enables reliable identification of the workpiece and its current processing state at any time and at any point in the production process.
Die somit "Huckepack" auf jedem Werkstück die gesamte Fertigungsanlage mit durchlaufenden mobilen Datenspeicher müssen an vielen Stellen die Fertigungsanlage Daten mit dort ortsfest angebrachten Schreib- und/oder Lesegeräten austauschen.The entire production plant, which is thus "piggybacked" on each workpiece, has to exchange data at many points in the production plant with writing and/or reading devices that are installed there.
2 ^ GR 9i G M08 DE Ol2 ^ GR 9i G M08 DE Ol
Der Austausch von Befehlen und Daten muß ohne Kabel und Steckverbinder erfolgen, da ansonsten die Homogenität des Fertigungsablaufes z.B. durch das An- und Abkoppeln von kabelgebundenen Datenschnittstellen gestört werden würden.The exchange of commands and data must take place without cables and connectors, as otherwise the homogeneity of the production process would be disturbed, e.g. by connecting and disconnecting wired data interfaces.
Zum kabellosen Austausch von Daten ist aus der Deutschen Patentschrift DD 290 738 A5 bekannt eine "Anordnung für Sende- und/oder Empfangsspule aus Mehrebenenleiterplatte". Dabei ist jede Ebene mit zu Windungen zusammengefaßten Leiterzügen belegt, wobei die Ebenen voneinander isoliert und nicht zerstörungsfrei trennbar sind. Die Windungen auf den Ebenen sind mittels Durchkontaktierungen untereinander verbunden.For wireless data exchange, an "arrangement for transmitting and/or receiving coils made of a multi-level circuit board" is known from the German patent specification DD 290 738 A5. Each level is covered with conductor tracks combined in turns, whereby the levels are insulated from one another and cannot be separated without causing damage. The turns on the levels are connected to one another by means of vias.
Eine derartige Anordnung kann entweder als eine Sendeantenne oder als eine Empfangsantenne dienen. Falls z.B. bei einem mobilen Datenträger in einem der oben genannten Identifikationssysteme eine Sende- und eine Empfangsantenne benötigt werden, müssen zwei getrennte derartige Anrodnungen eingesetzt werden. Dies hat den Nachteil, daß die Sende- und Empfangsanordnung nicht kompakt, sondern zweiteilig ist.Such an arrangement can serve either as a transmitting antenna or as a receiving antenna. If, for example, a mobile data carrier in one of the above-mentioned identification systems requires a transmitting and a receiving antenna, two separate arrangements of this kind must be used. This has the disadvantage that the transmitting and receiving arrangement is not compact, but in two parts.
Bei einer Variante der bekannten Anordnung werden aus den Ebenen mehrere Spulenanschlüsse herausgeführt. Es können somit einzelne und/oder mehrere Windungen zu elektrisch voneinander getrennten Spulenwicklungen zusammengefaßt werden. In diesem Fall können z.B. Windungen auf Ebenen, die im oberen Bereich der Mehrebenenleiterplatte liegen, zu einer Sendeantenne zusammengeschaltet werden, und Windungen auf Ebenen, die darunterliegend im unteren Bereich der Mehrebenenleiterplatte liegen, zu einer Empfangsantenne zusammengeschaltet werden.In a variant of the known arrangement, several coil connections are led out of the levels. In this way, individual and/or multiple turns can be combined to form electrically separate coil windings. In this case, for example, turns on levels that are located in the upper area of the multi-level circuit board can be connected together to form a transmitting antenna, and turns on levels that are located below in the lower area of the multi-level circuit board can be connected together to form a receiving antenna.
Eine derartige Anordnung hat den Nachteil, daß die Ebenen der Sende- und der Empfangsantenne übereinander liegen. Sollen z.B. sowohl die Sende- als auch die Empfangsantenne jeweils aus fünf Ebenen aufgebaut sein, so muß in diesem Fall die gesamte Mehrebenenleiterplatte mindestens zehn Ebenen aufweisen. Eine derartige Leiterplatte ist technologisch schwierig und nur kosten-Such an arrangement has the disadvantage that the levels of the transmitting and receiving antennas are on top of each other. If, for example, both the transmitting and receiving antennas are to be constructed from five levels, then in this case the entire multi-level circuit board must have at least ten levels. Such a circuit board is technologically difficult and can only be manufactured cost-effectively.
3 ,;, ...:- J.QR\91 &ugr;^3/>08 DE aufwendig herstellbar. Zudem ist die jeweilige Antenne nur in Richtung auf die dazugehörige freie Außenseite der Mehrebenenleiterplatte ausreichend empfindlich, während die Empfindlichkeit in Richtung auf die aufliegende andere Antenne eingeschränkt ist. Zudem ist die induktive Verkopplung zwischen Empfangs- und Sendeantenne groß und nicht einstellbar. Ein nicht unerheblicher Teil an Sendeenergie wird somit rückgekoppelt und geht in der eigenen Empfangsschaltung verloren. Zudem weist die Anordnung aufgrund der einem Plattenkondensator ähnlichen Gestaltung eine hohe Kapazität auf, welche die maximale Datenübertragungsfrequenz beschränkt. 3 ,;, ...:- J.QR\91 &ugr;^3/>08 DE are complex to manufacture. In addition, the respective antenna is only sufficiently sensitive in the direction of the corresponding free outside of the multi-level circuit board, while the sensitivity in the direction of the other antenna on top is limited. In addition, the inductive coupling between the receiving and transmitting antennas is large and cannot be adjusted. A not inconsiderable part of the transmitting energy is thus fed back and is lost in the own receiving circuit. In addition, the arrangement has a high capacitance due to the design similar to a plate capacitor, which limits the maximum data transmission frequency.
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplattenantenne anzugeben, welche bei möglichst kompaktem Aufbau über eine ausreichende Sende- und Empfangsreichweite verfügt.Compared to this prior art, the invention is based on the object of specifying a circuit board antenna which has a sufficient transmission and reception range while being as compact as possible.
Die Aufgabe wird mit der im Anspruch 1 angegebenen Leiterplattenantenne gelöst. Vorteilhafte weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved with the circuit board antenna specified in claim 1. Advantageous further embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Die erfindungsgemäße Leiterplattenantenne weist den wesentlichen Vorteil auf, daß bei möglichst kompakter Raumform und insbesondere einer Mindestzahl an Lagen in der Leiterplatte eine Leiterplattenantenne aufgebaut werden kann, welche eine große Empfangs- und Sendereichweite aufweist. Zudem ist die Empfangs- und Sendeempfindlichkeit in Richtung auf beide Außenseiten der Leiterplatte identisch.The circuit board antenna according to the invention has the significant advantage that a circuit board antenna can be constructed with the most compact spatial shape possible and in particular with a minimum number of layers in the circuit board, which has a large reception and transmission range. In addition, the reception and transmission sensitivity is identical in the direction of both outer sides of the circuit board.
Die erfindungsgemäße Leiterplattenantenne weist eine Vielzahl von weiteren Vorteilen auf. Auf Grund der zur Hilfenahme der Technologie der mehrlagigen Leiterplatten, ist es zum einen möglich eine kostengünstige Antennenanordnung aufzubauen. Auf Grund der Einbettung von deren Teilspulen zwischen die Lagen in das Innere der als Träger dienenden Leiterplatte entsteht ferner ein äußest robuster Aufbau mit sehr kompakten äußeren Abmessungen. Zum Aufbau der Leiterplattenantenne können die bekannten, zur Herstellung mehrlagiger Leiterplatten benötigtenThe circuit board antenna according to the invention has a number of further advantages. Due to the use of multilayer circuit board technology, it is possible to construct a cost-effective antenna arrangement. Due to the embedding of its partial coils between the layers in the interior of the circuit board serving as a carrier, an extremely robust structure with very compact external dimensions is also created. The known materials required for the production of multilayer circuit boards can be used to construct the circuit board antenna.
A -,&lgr;\,.,,.·: " J, GR, 91 G) 3/608 DE Verfahrensschritte herangezogen werden. Ferner erfolgt die reihenartige Zusammenschaltung der übereinander liegenden Teilspulen im Inneren der mehrlagigen Leiterplatte zu einer mehrlagigen Antenne auf einfache Weise mit Hilfe von konventionellen Durchkontaktierungen durch die Leiterplatte. Zudem bietet die erfindungsgemäße Leiterplattenantenne den Vorteil, die im jeweiligen Anwendungsfall benötigte Empfangs- und Sendereichweite auf einfache Weise dadurch einzustellen, daß eine größere oder kleinere Anzahl von mit Teilspulen belegten Lagen zu der mehrlagigen Leiterplattenantenne verpreßt werden. Beispielhaft kann eine erfindungsgemäß aufgebaute Leiterplattenantenne aus acht bis sechzehn mit Teilspulen belegten, übereinander liegenden Teillagen bestehen. Die flächigen Teilspulen auf der Oberfläche einer jeden Lage können dabei im einfachsten Fall durch in konventioneller Weise auf dem Trägermaterial aufgebrachten Leiterbahnen gebildet werden.A -,&lgr;\,.,,.· : " J, GR, 91 G) 3/608 DE method steps can be used. Furthermore, the series-like interconnection of the partial coils lying one above the other inside the multilayer printed circuit board to form a multilayer antenna is carried out in a simple manner with the aid of conventional through-holes through the printed circuit board. In addition, the printed circuit board antenna according to the invention offers the advantage of being able to easily set the reception and transmission range required in the respective application by pressing a larger or smaller number of layers covered with partial coils to form the multilayer printed circuit board antenna. For example, a printed circuit board antenna constructed according to the invention can consist of eight to sixteen partial layers covered with partial coils and lying one above the other. In the simplest case, the flat partial coils on the surface of each layer can be formed by conductor tracks applied to the carrier material in a conventional manner.
Die Erfindung wird ferner an Hand von zwei in den nachfolgend kurz angeführten Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigtThe invention is further explained in more detail using two exemplary embodiments shown in the figures briefly shown below.
FIG 1: eine Schnittdarstellung durch eine beispielhafte, vierlagige Leiterplattenantenne, welche pro Lage jeweils zwei ineinander liegende Teilspulen aufweist, die zu einer Sende- und einer Empfangsantenne zusammengeschaltet sind,FIG 1: a sectional view through an exemplary, four-layer circuit board antenna, which has two nested partial coils per layer, which are connected together to form a transmitting and a receiving antenna,
FIG 2: eine Draufsicht auf die Teilspulen der ersten Lage einerFIG 2: a plan view of the partial coils of the first layer of a
beispielhaften, zweilagigen Leiterplattenantenne, und 30exemplary two-layer PCB antenna, and 30
FIG 3: eine Draufsicht auf die darunter liegende zweite Lage der Leiterplattenantenne von FIG 2.FIG 3: a plan view of the underlying second layer of the circuit board antenna of FIG 2.
Die in FIG 1 dargestellte, mehrlagige Leiterplatte LP besteht beispielhaft aus vier Lagen Ll...LA. Diese bestehen bevorzugt aus herkömmlichem Trägermaterial und sind in bekannter Weise zu der Leiterplatte LP verbunden. Diese weist somit fünf Träger-The multilayer printed circuit board LP shown in FIG 1 consists, for example, of four layers Ll...LA. These preferably consist of conventional carrier material and are connected in a known manner to the printed circuit board LP. This therefore has five carrier
5 -&iacgr; ■.,...' " &lgr;&Mgr;, 91 £=36&Oacgr;8 DE Ol ebenen El ...&Egr;5 auf. Die Oberflächen dieser Lage Ll...L4 sind derartig mit Leiterbahnen belegt, daß sich flächige Teilspulen Sl...S5 ergeben. Im Beispiel der FIG 1 weist jede dieser Teilspulen vier Windungen auf. Diese sind ferner derart auf den Lagen eingebettet, daß die Teilspulen möglichst übereinander zu liegen kommen. Zur Einbettung dienen bevorzugt zur Herstellung mehrlagiger Leiterplatten übliche Klebeschichten K, beziehungsweise Abdeckschichten LL. So sind im Beispiel der FIG 1 Teilspulen S2, S3, S4 zwischen den Lagen Ll...L4 in Klebeschichten K eingebettet. Ferner sind die außenliegenden Teilspulen Sl, S5 auf den Außenseiten der Lagen Ll, L4 in Abdeckschichten LL eingebettet, welche z.B. aus Lötstoplack bestehen können.5 -&iacgr;■.,...'"&lgr;&Mgr;, 91 £=36&Oacgr;8 DE Ol flat El ...&Egr;5. The surfaces of this layer Ll...L4 are covered with conductor tracks in such a way that flat partial coils Sl...S5 result. In the example in FIG. 1, each of these partial coils has four turns. These are also embedded on the layers in such a way that the partial coils lie as close to one another as possible. Adhesive layers K or cover layers LL, which are usual for the production of multi-layer printed circuit boards, are preferably used for embedding. In the example in FIG. 1, partial coils S2, S3, S4 are embedded between the layers Ll...L4 in adhesive layers K. Furthermore, the external partial coils Sl, S5 are embedded on the outside of the layers Ll, L4 in cover layers LL, which can consist of solder resist, for example.
Die Teilspulen Sl...S5 sind schließlich mit Hilfe von Durchkontaktierungen D zu einer mehrlagigen Antenne SP in Reihe zusammengeschaltet. Im Beispiel der FIG 1 dienen zur Zusammenschaltung partielle Durchkontaktierungen D, welche jeweils Anfang und Ende der Teilspulen Sl...S5 über die einzelnen Lagen Ll...L4 hinweg miteinander verbinden. Die Kontakte Al, A2 auf den außenliegenden Ebenen El, E5 dienen als externe Anschlüsse für die Leiterplattenantenne SP.The partial coils Sl...S5 are finally connected in series to form a multi-layer antenna SP using vias D. In the example in FIG 1, partial vias D are used for interconnection, which connect the start and end of the partial coils Sl...S5 across the individual layers Ll...L4. The contacts Al, A2 on the outer layers El, E5 serve as external connections for the circuit board antenna SP.
Der äußest kompakte Aufbau der erfindungsgemäßen mehrlagigen Leiterplattenantenne ist am Beispiel der FIG 1 deutlich zu erkennen. So weist diese trotz der Viellagigkeit eine Stärke auf, die im Prinzip der Stärke einer herkömmlichen Leiterplatte mit entsprechend vielen Trägerebenen entspricht. Die Reichweite der Antenne SP kann durch Anpassung der Windungszahlen der Teilspulen Sl...S5 auf den einzelnen Lagen und durch Variation der Anzahl der zur Leiterplattenantenne zur verpressenden Lagen eingestellt werden.The extremely compact structure of the multilayer circuit board antenna according to the invention can be clearly seen in the example in FIG. 1. Despite the multilayer structure, it has a thickness that is in principle equivalent to the thickness of a conventional circuit board with a corresponding number of support levels. The range of the antenna SP can be adjusted by adjusting the number of turns of the partial coils Sl...S5 on the individual layers and by varying the number of layers to be pressed together to form the circuit board antenna.
Wird eine erfindungsgemäß aufgebaute Leiterplattenantenne als eine Empfangsantenne eingesetzt, so weist diese bevorzugt acht Lagen auf. Jede dieser Lage ist mit einer Teilspule belegt, welche ca. vierzig bis sechzig Windungen aufweist. Wird in einem anderen Fall eine Leiterplattenantenne als eine SendeIf a circuit board antenna constructed according to the invention is used as a receiving antenna, it preferably has eight layers. Each of these layers is occupied by a partial coil, which has approximately forty to sixty turns. If in another case a circuit board antenna is used as a transmitting
6 ■ -<. „', QR. 91 "fr 3-608 DE verwendet, so weisen die Teilspulen bei einem ebenfalls achtlagigen Aufbau bevorzugt Windungszahlen zwischen acht und zwanzig auf. Derartige Leiterplattenantennen können einen Außendurchmesser von weniger als vierzig Millimeter aufweisen.6 ■ -<. „', QR. 91 "fr 3-608 DE is used, the partial coils in an eight-layer structure preferably have a number of turns between eight and twenty. Such printed circuit board antennas can have an outer diameter of less than forty millimeters.
Gemäß der Erfindung sind die Lagen der Leiterplatte derart mit Leiterbahnen belegt, daß sich pro Lage getrennte Teilspulen für mindestens eine Sendeantenne und Teilspulen für mindestens eine Empfangsantenne ergeben. Die zu Teilspulen verbundenen Leiterbahnen sind wiederum derart auf den Lagen eingebettet, daß die zur Sendeantenne und zur Empfangsantenne gehörigen Teilspule jeweils möglichst übereinander zu liegen kommen. Die getrennten Teilspulen sind schließlich mit Hilfe von Durchkontaktierungen zum Aufbau jeweils einer gesamten mehrlagigen Sende- und Empfangsantenne in Reihe zusammengeschaltet. Bevorzugt sind in diesem Fall die Leiterbahnen pro Lage derart zu Teilspulen verbunden, daß sich jeweils zwei getrennte, insbesondere annähernd konzentrisch ineinander liegende Teilspulen für die Sende- und die Empfangsantenne ergeben.According to the invention, the layers of the circuit board are covered with conductor tracks in such a way that separate partial coils for at least one transmitting antenna and partial coils for at least one receiving antenna are produced per layer. The conductor tracks connected to form partial coils are in turn embedded on the layers in such a way that the partial coils belonging to the transmitting antenna and the receiving antenna are each located as close to one another as possible. The separate partial coils are finally connected in series with the help of through-holes to construct an entire multi-layer transmitting and receiving antenna. In this case, the conductor tracks per layer are preferably connected to form partial coils in such a way that two separate, in particular approximately concentric partial coils are produced for the transmitting and receiving antennas.
In FIG 1 ist bereits beispielhaft eine erfindungsgemäße, aus einer kombinierten Sende- und Empfangsspule bestehende mehrlagige Leiterplattenantenne LP dargestellt. In jeder Trägerebene E1...E5 sind somit jeweils zwei ineinander liegende Teilspulen Sl, Pl...S5, P5 übereinander liegend angeordnet. Die einzelnen Teilspulensätze Sl...S5 und Pl...P5 sind zu je einer Sende- und Empfangsantenne SP, EP in Reihe zusammengeschaltet. Bevorzugt sind pro Lage Ll...L4 der Leiterplatte LP die Teilspulen Sl...S5 der Sendeantenne SP außenliegend und die Teilspulen Pl...P5 der Empfangsantenne EP innenliegend angeordnet.FIG 1 already shows an example of a multilayer printed circuit board antenna LP according to the invention consisting of a combined transmitting and receiving coil. In each carrier level E1...E5, two nested partial coils Sl, Pl...S5, P5 are arranged one above the other. The individual partial coil sets Sl...S5 and Pl...P5 are connected in series to form a transmitting and receiving antenna SP, EP. Preferably, for each layer Ll...L4 of the printed circuit board LP, the partial coils Sl...S5 of the transmitting antenna SP are arranged on the outside and the partial coils Pl...P5 of the receiving antenna EP are arranged on the inside.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß trotz der Verteilung der Teilspulen von Sende- und Empfangsantenne auf die lagen der Leiterplatte LP aufgrund von deren ineinanderliegender Anord-35 The invention has the advantage that despite the distribution of the partial coils of the transmitting and receiving antennas on the layers of the printed circuit board LP due to their nested arrangement-35
7 GR 91 G 3608 DE7 GR 91 G 3608 EN
nung eine nur geringe induktive Kopplung zwischen beiden Antennen auftritt. Beide Antennen weisen in Richtung auf die als Außenseiten der Leiterplatte LP dienenden Trägerebenen El und E5 die gleiche Empfindlichkeit auf. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht auch darin, daß der Verkopplung durch Auswahl von Größe, Leiterbahnabstand und relative Lage der Teilspulen von Sende- zu Empfangsantenne anwendungsabhängig eingestellt werden kann.voltage, only a slight inductive coupling occurs between the two antennas. Both antennas have the same sensitivity in the direction of the support planes El and E5, which serve as the outer sides of the printed circuit board LP. A particular advantage of the arrangement according to the invention is that the coupling can be adjusted depending on the application by selecting the size, conductor track spacing and relative position of the partial coils from the transmitting to the receiving antenna.
Im Beispiel der FIG 1 dienen zur Zusammenschaltung der Teilspulen Pl...P5 zur Empfangsantenne EP Durchkontaktierungen Dl...DA, welche alle Lagen Ll...LA der Leiterplatte LP von der Oben- bis zur Unterseite durchdringen. So dienen in FIG 1 die Kontakte A3, AA zum äußeren Anschluß der Empfangsantenne EP.In the example in FIG 1, the partial coils Pl...P5 are connected to the receiving antenna EP using through-holes Dl...DA, which penetrate all layers Ll...LA of the circuit board LP from the top to the bottom. In FIG 1, the contacts A3, AA are used for the external connection of the receiving antenna EP.
Das Ende von deren erster Teilspule Pl ist beispielhaft über einen ersten Leiterbahnsteg Tl auf der Oberseite von Ll, über die Durchkontaktierung D2 und über einen zweiten Leiterbahnsteg T2 auf der Oberseite von L2 mit dem Anfang der darunter liegenden Teilspule P2 verbunden. In entsprechender Weise ist das Ende von P2 über den Steg T3 auf L2, die Durchkontaktierung D3 und den Steg TA auf L3 mit dem Anfang der darunter liegenden Teilspule P3 verbunden. In entsprechender Weise dienen zur Verbindung der Teilspulen P3 mit PA und PA mit P5 die Elemente T5, Dl, T6 und T7, DA, T8.The end of its first partial coil Pl is connected, for example, to the beginning of the underlying partial coil P2 via a first conductor track bridge Tl on the top of Ll, via the through-hole D2 and via a second conductor track bridge T2 on the top of L2. In a corresponding manner, the end of P2 is connected to the beginning of the underlying partial coil P3 via the bridge T3 on L2, the through-hole D3 and the bridge TA on L3. In a corresponding manner, the elements T5, Dl, T6 and T7, DA, T8 are used to connect the partial coils P3 to PA and PA to P5.
In den Figuren 2, 3 ist ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäß aufgebaute Leiterplattenantenne dargestellt. Die Leiterplatte LP weist dabei beispielhaft die beiden Lagen Ll und L2 auf. So zeigt FIG 2 eine Draufsicht auf die erste Lage Ll, und FIG 3 eine Draufsicht auf die zweite Lage L2. Die Leiterplatte LP hat bevorzugt eine sechseckige Form und weist einen Innenausschnitt A als zentrale Öffnung auf. Die ringförmigen, sechseckigen Flächen der einzelnen Lagen sind mit den außenliegenden Teilspulen einer Sendeantenne SP und den innenliegenden Teilspulen einer Empfangsantenne EP belegt.Figures 2 and 3 show another example of a circuit board antenna constructed according to the invention. The circuit board LP has, for example, the two layers L1 and L2. FIG. 2 shows a plan view of the first layer L1, and FIG. 3 shows a plan view of the second layer L2. The circuit board LP preferably has a hexagonal shape and has an inner cutout A as a central opening. The ring-shaped, hexagonal surfaces of the individual layers are occupied by the outer partial coils of a transmitting antenna SP and the inner partial coils of a receiving antenna EP.
8 - &Lgr; Ga,91 G'3608 DE So bilden in FIG 2 die Leiterbahnen auf der Oberfläche der Lage Ll die ineinander liegenden Teilspulen Sl und Pl. In entsprechender Weise bilden in FIG 3 die Leiterbahnen auf der Oberfläche von L2 die ineinander liegenden Teilspulen S2 und P2. Die Teilspulen Sl, S2 und Pl, P2 sind jeweils übereinander liegend angeordnet und mit Hilfe von Durchkontaktierungen D durch die gesamte Leiterplatte LP hindurch in Reihe zu einer mehrlagigen Sendespule SP bzw. Empfangsspule EP zusammengeschaltet. So stellt die Durchkontaktierung Al den Kontakt am Anfang der Sendespule SP dar. Von Al verlaufen die Windungen der Teilspule Sl auf Ll bis zur Durchkontaktierung D, welche auf der darunter liegenden Lage L2 wiederum den Anfang der Teilspule S2 darstellt. Die Leiterbahnen dieser Teilspule enden in der Durchkontaktierung A2, welche den zweiten, äußeren Anschluß der Sendespule SP bildet. In entsprechender Weise beginnen in FIG 2 die innenliegenden Leiterbahnen der Teilspule Pl der Empfangsantenne EP auf der ersten Leiterplattenlage Ll bei der Durchkontaktierung A3 und enden bei einer weiteren Durchkontaktierung D. Diese dient in FIG 3 wiederum als Beginn für die Leiterbahnen der darunter liegenden, zweiten Teilspule P2. Diese endet schließlich in der Durchkontaktierung A4, welche wiederum den zweiten, äußeren Anschluß der Empfangsantenne EP darstellt.8 - �Lgr; Ga,91 G'3608 DE Thus, in FIG 2, the conductor tracks on the surface of layer Ll form the nested partial coils Sl and Pl. In a corresponding manner, in FIG 3, the conductor tracks on the surface of L2 form the nested partial coils S2 and P2. The partial coils Sl, S2 and Pl, P2 are each arranged one above the other and are connected in series to form a multi-layer transmitting coil SP or receiving coil EP with the aid of through-holes D through the entire circuit board LP. Thus, the through-hole Al represents the contact at the beginning of the transmitting coil SP. The turns of the partial coil Sl run from Al to Ll as far as the through-hole D, which in turn represents the beginning of the partial coil S2 on the underlying layer L2. The conductor tracks of this partial coil end in the through-hole A2, which forms the second, outer connection of the transmitting coil SP. In a corresponding manner, in FIG. 2 the internal conductor tracks of the partial coil Pl of the receiving antenna EP on the first circuit board layer Ll begin at the through-plating A3 and end at a further through-plating D. In FIG. 3 this in turn serves as the beginning for the conductor tracks of the second partial coil P2 underneath. This finally ends in the through-plating A4, which in turn represents the second, external connection of the receiving antenna EP.
Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße, mehrlagige Leiterplattenantenne nicht auf die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können entsprechend den im jeweiligen Anwendungsfall zur Verfügung stehenden Einbaugegebenheiten und den jeweiligen Anforderungen an die Reichweite der Leiterplattenantenne die Anzahl der miteinander verbundenen Lagen, die Anzahl der Windungen der Teilspulen pro Lage, die Anzahl separater Teilspulen pro Lage und auch die Form der Teilspulen anwendungsabhängig ausgewählt werden. Bei all diesen Ausführungen kommt das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip der Einbettung übereinander liegender und über Durchkontaktierungen in Reihe geschalteter Teilspulen im Inneren einer mehrlagigen Leiterplatte zur Anwendung.Of course, the multilayer circuit board antenna according to the invention is not limited to the embodiments shown in Figures 1 to 3. Rather, the number of interconnected layers, the number of turns of the partial coils per layer, the number of separate partial coils per layer and also the shape of the partial coils can be selected depending on the application, depending on the installation conditions available in the respective application and the respective requirements for the range of the circuit board antenna. In all of these designs, the principle underlying the invention of embedding partial coils lying on top of one another and connected in series via vias inside a multilayer circuit board is used.
9 ,?.-...^ J, J3l9i;^^508 DE Ol Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird der Abstand der zur Sende- und zur Empfangsantenne gehörigen Teilspulen pro Lage so ausgewählt, daß sich eine sogenannte "schwache induktive Kopplung" zwischen Sende- und Empfangsantenne ergibt. Hierdurch wird erreicht, daß der größte Teil der von der Sendeantenne abgestrahlten Energie zur eigentlichen Datenübertragung zur Verfügung steht, und nur ein kleiner Teil der Sendenergie in die Empfangsantenne rückgekoppelt und in einer dort nachgeschalteten Eingangsschutzbeschaltung verloren geht. Wäre demgegenüber die induktive Kopplung der Lagenantennen groß, so würde ein zu großer Teil der Sendeenergie verloren gehen und es wäre somit die Sendereichweite eingeschränkt. Der Grad der Verkopplung wird eingestellt durch Auswahl des Abstandes der zur Sende- und Empfangsantenne gehörigen Teilspulen pro Lage der Leiterplatte. Weisen z.B. die Leiterbahnen einer zur Empfangsantenne gehörigen Teilspule auf einer Lage einen radialen Abstand von ca. 0,3 mm auf, so wird in diesem Fall eine schwache induktive Kopplung erreicht, wenn pro Lage der Leiterplatte die zur Sende- und Empfangsantenne gehörigen Teilspulen einen radialen Abstand von ca. 1 mm aufweisen. 9 ,?.-...^ J, J3l9i;^^508 DE Ol According to a further embodiment of the invention, the distance between the partial coils belonging to the transmitting and receiving antennas per layer is selected so that a so-called "weak inductive coupling" is produced between the transmitting and receiving antennas. This ensures that the largest part of the energy radiated by the transmitting antenna is available for the actual data transmission, and only a small part of the transmission energy is fed back into the receiving antenna and lost in a downstream input protection circuit. If, on the other hand, the inductive coupling of the layer antennas were large, too large a part of the transmission energy would be lost and the transmission range would thus be limited. The degree of coupling is set by selecting the distance between the partial coils belonging to the transmitting and receiving antennas per layer of the circuit board. If, for example, the conductor tracks of a partial coil belonging to the receiving antenna have a radial distance of approx. 0.3 mm on one layer, a weak inductive coupling is achieved in this case if the partial coils belonging to the transmitting and receiving antennas have a radial distance of approx. 1 mm per layer of the circuit board.
Die erfindungsgemäße Einstellung einer schwachen induktiven Kopplung zwischen der Sende- und Empfangsantenne kann besonders vorteilhaft in einer sogenannten Hardware-Selbsttest-Schaltung ausgenutzt werden. In diesem Fall wird ein Teil der Sendeenergie durch ständigen "Mithören" der eigenen Empfangsantenne umgeleitet. Der Empfang der von der eigenen Sendeantenne verursachten Datenabstrahlung kann in der Überwachungsschaltung ausgewertet werden. Hiermit ist es leicht möglich, alle Bestandteile der Datenübertragungsvorrichtung ständig auf Funktionsfähigkeit zu überwachen. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, aufgrund der erfindungsgemäßen Einstellung einer "schwachen induktiven Kopplung" zwischen Empfangs- und Sendeantenne die zu Verfugung stehende Sendeenergieleistung geringfügig durch die induktive Kopplung zu begrenzen.The inventive setting of a weak inductive coupling between the transmitting and receiving antenna can be used particularly advantageously in a so-called hardware self-test circuit. In this case, part of the transmitting energy is diverted by constantly "listening in" on the own receiving antenna. The reception of the data emission caused by the own transmitting antenna can be evaluated in the monitoring circuit. This makes it easy to constantly monitor all components of the data transmission device for functionality. In this case, it is particularly advantageous to slightly limit the available transmitting energy output through the inductive coupling due to the inventive setting of a "weak inductive coupling" between the receiving and transmitting antenna.
Claims (4)
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Publications (1)
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Cited By (3)
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- 1992-12-15 DE DE9217070U patent/DE9217070U1/en not_active Expired - Lifetime
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