EP1195846A2 - Patch antenna for the microwave range - Google Patents

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EP1195846A2
EP1195846A2 EP01000522A EP01000522A EP1195846A2 EP 1195846 A2 EP1195846 A2 EP 1195846A2 EP 01000522 A EP01000522 A EP 01000522A EP 01000522 A EP01000522 A EP 01000522A EP 1195846 A2 EP1195846 A2 EP 1195846A2
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EP
European Patent Office
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resonator
pattern
patch pattern
antenna
metallization
Prior art date
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Ceased
Application number
EP01000522A
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German (de)
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EP1195846A3 (en
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Indra Dr. c/o Philips Corporate Ghosh
Rebekka Dr. c/o Philips Corporate Porath
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Koninklijke Philips Electronics NV
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Publication date
Application filed by Philips Intellectual Property and Standards GmbH, Philips Corporate Intellectual Property GmbH, Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Publication of EP1195846A2 publication Critical patent/EP1195846A2/en
Publication of EP1195846A3 publication Critical patent/EP1195846A3/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/242—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
    • H01Q1/243—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use with built-in antennas
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0421—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with a shorting wall or a shorting pin at one end of the element

Definitions

  • the invention relates to a patch pattern antenna (patch antenna), in particular for the Microwave range, with at least one stain pattern resonator with a metallic Stain pattern and a masee metallization as well as a feed for the feed electromagnetic energy.
  • electromagnetic waves are in the microwave range used to transmit information.
  • GSM900 GSM mobile phone standard in the frequency range from 890 to 960 MHz (GSM900) and from 1710 to 1880 MHz (GSM1800 or DCS), still the UMTS band (1970 to 2170 MHz), the DECT standard for cordless phones in the frequency range from 1880 to 1900 MHz, as well as the new Bluetooth standard in the frequency range from 2400 to 2480 MHz, which is used to transfer data between, for example, cell phones and other electronic ones Exchange devices such as computers, other mobile phones, etc.
  • a dielectric with a dielectric constant ⁇ r > 1 can be used as the basic building block of the antenna. This leads to a reduction in the wavelength of the radiation in the dielectric by a factor of 1 / ⁇ r ,. An antenna designed on the basis of such a dielectric will therefore also be smaller in size by this factor.
  • the so-called patch pattern or patch antenna is an antenna type in which the miniaturization can be used by means of the dielectric constant ⁇ r . It consists of a solid block of dielectric material with ⁇ r > 1. The height of the block is typically a factor of 3-10 smaller than its length and width. The block is wholly or partly provided with a metallic stain pattern on one surface, with a mass metallization on the other surface. Electromagnetic resonances form between these electrodes, the frequencies of which depend on the dimensions of the electrodes and the value of the dielectric constant ⁇ r of the block.
  • the values of the individual resonance frequencies decrease with increasing lateral dimensions of the antenna and - as described above - with increasing values of the dielectric constant ⁇ r .
  • ⁇ r the mode with the lowest frequency from the resonance spectrum. This mode is called basic mode.
  • a further miniaturization step consists in the additional insertion of a conductive one Connection (short-circuit conductor) in the dielectric between the two electrodes.
  • a conductive one Connection short-circuit conductor
  • Patch pattern resonators with or without short-circuit conductors can be stacked vertically.
  • This configuration is called a multi-layer patch pattern antenna.
  • the number the basic mode of the multi-layer patch pattern antenna is equal to the number of constituent patch pattern resonators. Is the frequency distance between the Basic modes smaller than their bandwidth, the total bandwidth of the Antenna can be raised.
  • this type of antenna also has two major disadvantages.
  • multi-layer patch pattern antennas with short-circuit conductors have so far been successful only via a coaxial line to feed the antenna with electromagnetic power and to a limited extent adjust the input impedance of the antenna so that only little reflections on the feed structure occur.
  • This type of feed is available however, an SMD integration on a circuit board (PCB) of a mobile phone in the Ways there to supply the electromagnetic power to the circuit board Suitable pens must be applied from below through the metallization lead, so that the antenna is not together with the other components by surface mounting (SMD technology) can be soldered to the board.
  • PCB circuit board
  • SMD technology surface mounting
  • One object of the invention is therefore a patch pattern antenna to create the type mentioned, which also with short-circuit conductor for surface mounting (SMD) is suitable on a circuit board.
  • SMD surface mounting
  • the invention is also based on the object of providing a patch pattern antenna which, with small dimensions, is a sufficient bandwidth for the applications mentioned even without the use of dielectrics with different dielectric constants having.
  • the invention is intended to create a patch pattern antenna in which the input impedance can be adjusted so that the input to the antenna Power is not reflected on the antenna, but essentially completely radiated without the antenna having to have a coaxial feed.
  • a patch pattern antenna should also be created, which is characterized by a particularly wide range.
  • a patch pattern antenna of the type mentioned at the outset is created, which is characterized in that the feed comprises at least one first metallization piece, which extends on a first side face of the resonator between the ground metallization and the metallic patch pattern, wherein the input impedance of the antenna is determined by the dimensions of this metallization piece.
  • the input impedance can be optimally matched to a specific installation situation in a simple manner (for example by laser trimming), so that no reflections occur on the antenna and the supplied electromagnetic power is essentially completely radiated.
  • this antenna can also be equipped with a short-circuit conductor.
  • a patch antenna of the type mentioned which is achieved by a line resonator distinguished, which is formed by a line applied to at least one substrate, and that for the resonant coupling of the electromagnetic supplied to the feed Energy is used in the at least one speckle pattern resonator.
  • This resonant coupling mechanism the formation of the stain pattern resonances is not impaired and the bandwidth of the antenna essentially by adding another resonance Dimensions can be increased further.
  • This antenna is also for SMD mounting and suitable for equipping with a short-circuit conductor.
  • the embodiment according to claim 2 is a particularly simple surface assembly the antenna in SMD technology possible because the second metallization piece together with the ground metallization can be soldered directly onto a circuit board.
  • the embodiment according to claim 3 has the particular advantage that by the two Resonators the bandwidth is further increased, even if substrates with the same Dielectric or permeability number are used, and that they are also used for equipment with a short-circuit conductor is suitable.
  • the embodiment according to claim 5 has the particular advantage that the coupling strength between the line resonator and the speckle pattern resonator via a Dimensioning of the end section can be adjusted. Another advantage of this version, as well as that according to claim 7, is that the frequency of the resonant coupling by appropriate dimensioning of the length of the above Lines can be set.
  • the embodiment according to claim 6 enables an adjustment of the coupling strength between the feed and the line resonator.
  • the bandwidth of the antenna can be increased further are, while with the embodiments according to claims 9 and 10 in essentially the degree of miniaturization of the antenna can be further increased.
  • the antenna according to the invention is particularly advantageous on a printed one Circuit board according to claim 11 or in a mobile telecommunications device usable according to claim 12.
  • the patch pattern antennas shown in Figures 1, 3 and 5 consist of several Layers together, each shown drawn apart in the vertical direction are and in the assembled state a patch pattern antenna with two individual Form speckle pattern resonators.
  • Each layer is covered by a ceramic Substrate formed in the form of a substantially cuboid block, the height in is generally 3 to 10 times smaller than its length or width. From that starting in the following description, those in the illustrations of the figures upper and lower surfaces of the substrates as the upper and lower end faces and the in contrast, smaller vertical surfaces are called side surfaces.
  • a cuboid substrate it is also possible instead of a cuboid substrate to choose other geometric shapes such as a cylindrical shape on which one Corresponding resonant conductor structure with, for example, a spiral course is applied.
  • the substrates can be produced, for example, by embedding a ceramic powder in a polymer matrix and have a dielectric constant of ⁇ r > 1 and / or a permeability number of ⁇ r > 1.
  • the first embodiment of the antenna shown in FIG. 1 comprises two layers, which in FIG assembled state a lower first and an upper second Form spot pattern resonator 10 and 20, respectively.
  • the first resonator 10 comprises a first one Substrate 11, on the lower end face of which a mass metallization 12 is applied.
  • the upper end face of the first substrate 11 carries a first metallic stain pattern 13, which extends over most of the upper end face, only marginal areas 111 of this upper end face remain free.
  • Between the ground metallization 12 and the First patch pattern 13 extends a first section 14 of a short-circuit conductor.
  • a feed 15, 17, which is in through a first metallization on this side surface Form of one extending in the direction of the upper end face of the substrate Strip conductor 17, and a second metallization piece 15 is formed, which on the lower End face lies in an area 16 in which the ground metallization 12 is left out.
  • the feed is thereby insulated from the ground metallization 12.
  • the second patch pattern resonator 20 is formed by a second substrate 21 a second metallic stain pattern 23 is applied to the upper end face thereof extends over the entire upper end face. Also located in the second Substrate 21 a second section 24 of the short-circuit conductor. If the antenna through Assembling the two resonators in the direction of arrow A is assembled, the second section 24 continues the first section 14 so that the short-circuit conductor arises.
  • An essential core of this first embodiment of the antenna is based on the surprising one Realization that, contrary to the prevailing view, also with a Non-coaxial feed 15, 17 of the type described an electromagnetic coupling Energy into a patch pattern antenna is possible, even then, if this is provided with a short-circuit conductor with which the dimensions of the Antenna can be further reduced.
  • the input impedance of the antenna can be changed by suitable Selection of the height and width of the stripline 17 can be adjusted, so that an optimization can be made with regard to low reflections on the antenna and thereby the vast majority of the electromagnetic supplied to the antenna Power is radiated.
  • the feeder or the strip conductor 17 can also consist of several metallic ones There are pieces of variable width.
  • the antenna together with other components in the usual way by surface mounting (SMD) on one Circuit board can be mounted.
  • SMD surface mounting
  • the ground metallization can also be done in this way 12 soldered to the board with a corresponding ground connection become.
  • Another advantage of this embodiment is that for the first and second Substrate 11, 21 the same material can be used, which is not as in previous ones Patch pattern antennas with short-circuit conductor, different dielectric values must have in order to achieve a sufficient bandwidth of the antenna.
  • the frequency bandwidth required for the above-mentioned applications achieved, among other things, in that the antenna consists of (at least) two Layers, i.e. two patch pattern resonators 10, 20 is put together, the Individual resonances in an operating mode differ due to the different size of the first and second stain pattern 13, 23 differ somewhat from each other.
  • the stain patterns can be identical.
  • the coupling of the two resonators splits the nominally identical resonance frequencies and thus an increase in the frequency bandwidth.
  • the dimensions of the substrates 11, 21 are each approximately 19.4 x 10.9 x 2.0 mm 3 .
  • the lower first spot pattern 13 has dimensions of approximately 17.0 ⁇ 8.5 mm, while the upper second spot pattern 23 essentially completely covers the surface of the second substrate 21.
  • the bulk metallization 12 Apart from the recess 16 for the second metallization piece 15, the bulk metallization 12 essentially completely covers the lower end face of the first substrate 11.
  • the lateral strip conductor 17 is approximately 1.8 mm wide and approximately 2.0 mm high. It continues on the lower end face of the first substrate 11 in the form of the second metallization piece 15 with a length of approximately 0.5 mm.
  • the short-circuit conductor 14, 24 has a diameter of approximately 0.5 mm, a distance in both lateral directions from both corners of the substrates 11, 21 of approximately 3.5 mm and runs in the two substrates between the metallizations.
  • Figure 2 shows a reflection diagram for this antenna, i.e. the ratio R [dB] between the power reflected at the antenna and that supplied to the antenna Power over the frequency F [GHz]. It is clearly the individual resonances of the two Detect layers (speckle pattern resonators) that broaden the Contribute to the overall bandwidth of the patch pattern antenna.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of an antenna according to the invention, which is made up of a microstrip line resonator 10 ', and above it a first or second patch pattern resonator 20 or 30 is composed.
  • the microstrip line resonator 10 ' comprises a first substrate 11', which is attached to its in the representation of the upper end face is coated with a ground metallization 12 '.
  • a meandering microstrip line 18 'applied On the lower end face of this first layer is a meandering microstrip line 18 'applied, which begins at a feed 15' and on a side surface of the substrate 11 'is guided upwards.
  • a short circuit between the ground metallization 12 'and the microstrip line 18' during the upward movement must be prevented become. This can be done, for example, by shortening the mass metallization accordingly 12 'reached on the relevant side surface of the first substrate 11' become.
  • the feed 15 ' engages in a U-shape around the beginning of the microstrip line 18', wherein there is a gap or gap between the two, with the size of the coupling strength is set between the two.
  • the resonance frequency of this microstrip resonator 10 ' is, as usual, essentially due to the length of the microstrip line 18 'determined.
  • a first section 14 ' can also be one Short-circuit conductor.
  • the first speckle pattern resonator 20 is formed by a second substrate 21 which is on its upper end face carries a first metallic stain pattern 23, a circumferential one Edge area 211 of the upper end face remains free.
  • a side surface 213 of the Substrate 21 is an end portion 28, which in the assembled state Antenna continues and terminates the microstrip line 18 '.
  • This end section can determine the strength of the coupling to the first speckle pattern resonator 20 can be determined.
  • Located in the first speckle pattern resonator 20 further a second section 24 of the short-circuit conductor.
  • the second patch pattern resonator 30 is formed by a third substrate 31 which is on carries a second metallic stain pattern 33 on its upper end face, again a peripheral edge region 311 of the upper end face remains free.
  • a third section 34 of the short-circuit conductor runs through the patch pattern resonator 20.
  • the first and second metallic stain patterns 23, 33 can be the same as in the case of the first embodiment also different dimensions on the substrates 21 or 31 have.
  • a multi-layer patch pattern antenna results with resonant coupling of the electromagnetic Energy compared to a multilayer patch pattern antenna without a resonant Coupling leads to a further increase in bandwidth.
  • This configuration is based on the surprising finding that the resonance frequencies the basic modes of the individual speckle pattern resonators by a resonant coupling with a microstrip line resonator 10 'of the described Type are only slightly disturbed. This is especially true when a short-circuit conductor 14 ', 24, 34 is used.
  • the mass metallization 12 ' represents the same time Ground of the first patch pattern resonator 20 and the microstrip line resonator 10 '.
  • the generation of the individual stain pattern resonances also increases the bandwidth of a corresponding multilayer patch pattern antenna.
  • the resonance frequency of the microstrip line resonator 10 'can be known can be set over the length of the microstrip line 18 ', 28.
  • the coupling between the feed 15 'and the microstrip line can also 18 ', 28 adjusted by appropriate choice of the gap width between the two become.
  • This second embodiment also has the advantage that it can be used together with other components through surface mounting (SMD technology) on a circuit board (PCB) can be applied.
  • the feed 15 ' is on a corresponding Strip conductor of the board soldered, through which the electromagnetic energy to be radiated is fed.
  • the bulk metallization 12 ' can be via a metallization feed (not shown) on the first substrate 11 'with a ground connection of the board to be soldered.
  • Another advantage of this embodiment is that it is unlike resonant Couplings with known slot resonators the geometries of the ground metallizations 23, 33 of the speckle pattern resonators 20, 30 are essentially unchanged can stay. This makes the design of Multi-layer patch pattern antennas, especially those with short-circuit conductors.
  • the dimensions of the second and third substrates 21, 31 each amount to approximately 19.0 x 10.5 x 2.0 mm 3 .
  • the dimensions of the first substrate 11 are approximately 19.0 x 10.5 x 1.0 mm 3 .
  • the two spot patterns 13, 23 have dimensions of approximately 17.0 ⁇ 8.5 mm 2 .
  • the short-circuit conductor has a diameter of approximately 0.5 mm and a spacing of approximately 2.4 mm in each of the two lateral directions from a corner of the spot pattern and runs through the three layers 10, 20, 30.
  • the ground metallization 12 has a Length of about 18.5 mm and a width of about 10.5 mm.
  • the microstrip line resonator (stripline width about 0.36 mm) runs under the ground metallization 12 'in a meandering manner on an NP0-K17 substrate with a height of about 1.0 mm. The vertical end of this resonator first has a width of approximately 0.3 mm over a length of approximately 1.0 mm and then a width of approximately 1.4 mm over a length of approximately 1.8 mm. The total length of the microstrip line is thus approximately 42.93 mm.
  • the distance between the start of the microstrip line 18 'and the feed 15', which wraps around it in a U-shape is approximately 0.18 mm on all sides.
  • Figure 4 shows a diagram of the course of the reflection properties, that is Ratio R [dB] between the power reflected on the antenna structure and that power supplied to the antenna, above frequency F [GHz].
  • Ratio R [dB] Ratio R [dB] between the power reflected on the antenna structure and that power supplied to the antenna, above frequency F [GHz].
  • FIG. 5 shows a third embodiment of an antenna according to the invention, which differs from the second embodiment essentially differs in that the resonant Electromagnetic energy is not coupled in through a microstrip line resonator 10 ', but with one formed by a so-called printed wire antenna Line resonator ("Printed Wire Resonator") 19, 29 is made, in which it is of the type of a wire antenna resonator passing through a substrate of the type mentioned at the beginning is formed with a printed conductor track 192, 292.
  • Printed Wire Resonator printed wire antenna Line resonator
  • the conductor track 192, 292 is electrically connected to the signal conductor of a feed 15 and can reach energy in the form of Blast waves.
  • the values of the resonance frequencies are known from the Dimensions of the printed conductor track and the dielectric or permeability number depending on the substrate.
  • a first speckle pattern resonator 10 is formed by a first substrate 11 thereon a ground metallization 12 is applied to the lower end face. On part of the upper one The end face of the first substrate 11 is located in the longitudinal direction of the substrate 11 extending first metallic stain pattern 13. Parallel to it is along a side surface of the first substrate 11 a first part 19 of the resonator arranged by a first edge region 191 of the first substrate 11 with one printed thereon first conductor track section 192 is formed.
  • the conductor track section is with a feed 15 connected to the lower end face of the substrate 11, which during surface mounting the antenna with a corresponding feed line for electromagnetic Energy is soldered. It is also along another side surface of the substrate 11, a first section 14 of a planar short-circuit conductor is arranged.
  • a second patch pattern resonator 20 is formed by a second substrate 21 a second metallic stain pattern 23 is applied to the upper end face thereof.
  • a second resonator part 29 arranged through a second edge region 291 of the second substrate 21 with a second conductor track section printed thereon 292 is formed.
  • a second section 24 of the planar short-circuit conductor arranged, the first section 14 in assembled. Condition of the antenna continues and thus the Short-circuit conductor forms.
  • the two conductor track sections 192, 292 continue to complement one another to form a common conductor track which runs essentially in a meandering manner along the side and part of the end face of the substrates and is excited to resonate when electromagnetic energy is fed in , Together with the thereby excited resonances of the patch pattern resonators 10, 20, which also differ somewhat from one another due to the different areas of the metallic patch patterns 13, 23, a relatively large bandwidth of the patch pattern antenna is achieved, similar to the illustration in FIG.
  • the electromagnetic coupling to the patch pattern resonators 20, 30 again takes place via the stray fields of the printed wire resonators 19, 29.
  • This third embodiment also has essentially the same advantages as were described in connection with the second embodiment.
  • the patch pattern antennas according to the invention are (in addition to the DECT and Bluetooth band) Particularly suitable for use in mobile phones, since they are small in size connect with a bandwidth sufficient for the GSM and UMTS bands and simultaneously with the other electronic components through surface mounting (SMD technology) can be applied to a printed circuit board.
  • DECT and Bluetooth band Particularly suitable for use in mobile phones, since they are small in size connect with a bandwidth sufficient for the GSM and UMTS bands and simultaneously with the other electronic components through surface mounting (SMD technology) can be applied to a printed circuit board.

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Abstract

The antenna has at least one patch-pattern resonator with a metallic patch pattern and a ground metallization. A guide is provided for supplying electromagnetic energy. The guide includes a least one first metallization piece (17) which extends on one first side surface of the resonator between the ground metallization and the metallic patch pattern. The input impedance of the antenna is varied by changing the dimension of this metallization piece. Independent claims are also included for: (a) a printed circuit board for surface mount devices (b) a mobile telecommunications device for dual or multi-band operation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fleckenmusterantenne (Patchantenne), insbesondere für den Mikrowellenbereich, mit mindestens einem Fleckenmuster-Resonator mit einem metallischen Fleckenmuster und einer Masee-Metallisierung sowie einer Zuführung zur Einspeisung elektromagnetischer Energie.The invention relates to a patch pattern antenna (patch antenna), in particular for the Microwave range, with at least one stain pattern resonator with a metallic Stain pattern and a masee metallization as well as a feed for the feed electromagnetic energy.

In der mobilen Telekommunikation werden elektromagnetische Wellen im Mikrowellenbereich zur Übertragung von Informationen verwendet. Beispiele hierfür sind der GSM-Mobiltelefonstandard im Frequenzbereich von 890 bis 960 MHz (GSM900) sowie von 1710 bis 1880 MHz (GSM1800 oder DCS), weiterhin das UMTS-Band (1970 bis 2170 MHz), der DECT-Standard für Schnurlostelefone im Frequenzbereich von 1880 bis 1900 MHz, sowie der neue Bluetooth-Standard im Frequenzbereich von 2400 bis 2480 MHz, der dazu dient, Daten zwischen zum Beispiel Mobiltelefonen und anderen elektronischen Geräten wie zum Beispiel Computern, anderen Mobiltelefonen, usw. auszutauschen.In mobile telecommunications, electromagnetic waves are in the microwave range used to transmit information. Examples of this are the GSM mobile phone standard in the frequency range from 890 to 960 MHz (GSM900) and from 1710 to 1880 MHz (GSM1800 or DCS), still the UMTS band (1970 to 2170 MHz), the DECT standard for cordless phones in the frequency range from 1880 to 1900 MHz, as well as the new Bluetooth standard in the frequency range from 2400 to 2480 MHz, which is used to transfer data between, for example, cell phones and other electronic ones Exchange devices such as computers, other mobile phones, etc.

Auf dem Markt ist ein starker Trend zur Miniaturisierung dieser Geräte zu erkennen. Daraus resultiert der Wunsch, die Komponenten für die mobile Kommunikation ebenfalls zu verkleinern. Die bei Mobiltelefonen zur Zeit verwendeten Antennentypen, bei denen es sich meistens um Drahtantennen handelt, haben diesbezüglich jedoch wesentliche Nachteile, da sie relativ groß sind. Sie ragen aus den Mobiltelefonen heraus, können leicht abbrechen, können in unerwünschten Augenkontakt mit dem Benutzer geraten und stehen auch einem ästhetischen Design im Wege. Zunehmend wird in der Öffentlichkeit auch eine unerwünschte Mikrowellenbestrahlung des Benutzers von Mobiltelefonen diskutiert. Bei Drahtantennen, die aus dem Mobiltelefon herausragen, kann ein Großteil der ausgesendeten Strahlungsleistung im Kopf des Benutzers absorbiert werden.There is a strong trend towards miniaturization of these devices on the market. This results in the desire to have the components for mobile communication as well to zoom out. The types of antennas currently used in mobile phones where it are mostly wire antennas, but have significant disadvantages in this regard, because they're relatively large. They stick out of the cell phones, can easily abort, can come into undesirable eye contact with the user and stand also in the way of an aesthetic design. The public is also increasing unwanted microwave radiation of the user of mobile phones is discussed. With wire antennas that protrude from the mobile phone, a large part of the emitted radiation power are absorbed in the user's head.

Ein weiteres Problem ergibt sich daraus, dass sich bei der technischen Realisierung moderner digitalelektronischer Geräte die Oberflächenmontage (SMD - surface mounted device), das heißt das flache Auflöten elektronischer Bauelemente auf eine Platine (PCB-printed circuit board) mittels eines Wellenlötbades oder eines Reflowprozesses weitgehend durchgesetzt hat. Die bislang verwendeten Antennen entziehen sich jedoch dieser Montagetechnik, da sie häufig nur mittels spezieller Halterungen auf der Platine des Mobiltelefons angebracht werden können und auch die Zufuhr elektromagnetischer Leistung nur über spezielle Zuführungshalterungen wie Stifte oder ähnliches möglich ist. Dies verursacht in der Produktion unerwünschte Montageschritte, Qualitätsprobleme und Mehrkosten.Another problem arises from the fact that the technical implementation modern digital electronic devices surface mounting (SMD - surface mounted device), i.e. the flat soldering of electronic components onto a circuit board (PCB-printed circuit board) using a wave soldering bath or a reflow process to a large extent has prevailed. However, the antennas used so far elude this Assembly technology, since they often only by means of special brackets on the board of the Mobile phones can be attached and also the supply of electromagnetic Performance is only possible via special feed brackets such as pens or the like. This causes undesired assembly steps, quality problems and in production Additional costs.

Die heute in Mobiltelefonen verwendeten Antennen strahlen elektromagnetische Energie bei der Ausbildung einer elektromagnetischen Resonanz ab. Dies erfordert, dass die Länge der Antenne mindestens gleich einem Viertel der Wellenlänge der ausgesendeten Strahlung ist. Mit Luft als Dielektrikum (εr = 1) ergibt sich für eine Frequenz von 1 GHz demnach eine notwendige Antennenlänge von 75 mm.The antennas used in mobile phones today radiate electromagnetic energy when an electromagnetic resonance is formed. This requires that the length of the antenna is at least a quarter of the wavelength of the emitted radiation. With air as the dielectric (ε r = 1), a necessary antenna length of 75 mm results for a frequency of 1 GHz.

Um die Größe der Antenne bei gegebener Wellenlänge der ausgesendeten Strahlung zu minimieren, kann man als Grundbaustein der Antenne ein Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstanten εr > 1 verwenden. Dies führt zu einer Verkleinerung der Wellenlänge der Strahlung im Dielektrikum um einen Faktor 1 / ⊆εr,. Eine auf der Grundlage eines solchen Dielektrikums konzipierte Antenne wird daher in ihrer Größe ebenfalls um diesen Faktor kleiner werden.In order to minimize the size of the antenna at a given wavelength of the emitted radiation, a dielectric with a dielectric constant ε r > 1 can be used as the basic building block of the antenna. This leads to a reduction in the wavelength of the radiation in the dielectric by a factor of 1 / ⊆ε r ,. An antenna designed on the basis of such a dielectric will therefore also be smaller in size by this factor.

Die sogenannte Fleckenmuster- oder Patchantenne, wie sie zum Beispiel in der WO 98/18177 beschrieben ist, ist ein Antennentyp, bei dem sich die Miniaturisierung mittels der Dielektrizitätskonstanten εr nutzen lässt. Sie besteht aus einem massiven Block dielektrischen Materials mit εr > 1. Die Höhe des Blocks ist dabei typischerweise um einen Faktor 3-10 kleiner als dessen Länge und Breite. Der Block ist auf einer Oberfläche ganz oder teilweise mit einem metallischen Fleckenmuster, auf der anderen Oberfläche mit einer Masse-Metallisierung versehen. Zwischen diesen Elektroden bilden sich elektromagnetische Resonanzen aus, deren Frequenzen von den Dimensionen der Elektroden und dem Wert der Dielektrizitätskonstanten εr des Blocks abhängen. Dabei sinken die Werte der einzelnen Resonanzfrequenzen mit zunehmenden lateralen Dimensionen der Antenne und - wie oben beschrieben - mit zunehmenden Werten der Dielektrizitätskonstanten εr. Um einen hohen Miniaturisierungsgrad der Antenne zu erreichen, wird man daher εr groß auslegen und aus dem Resonanzspektrum die Mode mit der niedrigsten Frequenz auswählen. Diese Mode wird als Grundmode bezeichnet.The so-called patch pattern or patch antenna, as described, for example, in WO 98/18177, is an antenna type in which the miniaturization can be used by means of the dielectric constant ε r . It consists of a solid block of dielectric material with ε r > 1. The height of the block is typically a factor of 3-10 smaller than its length and width. The block is wholly or partly provided with a metallic stain pattern on one surface, with a mass metallization on the other surface. Electromagnetic resonances form between these electrodes, the frequencies of which depend on the dimensions of the electrodes and the value of the dielectric constant ε r of the block. The values of the individual resonance frequencies decrease with increasing lateral dimensions of the antenna and - as described above - with increasing values of the dielectric constant ε r . In order to achieve a high degree of miniaturization of the antenna, one will therefore design ε r large and select the mode with the lowest frequency from the resonance spectrum. This mode is called basic mode.

Ein weitergehender Miniaturisierungsschritt besteht im zusätzlichen Einfügen einer leitenden Verbindung (Kurzschlussleiter) in das Dielektrikum zwischen den beiden Elektroden. Bei gleicher Resonanzfrequenz kann die Größe der Antenne dadurch üblicherweise um einen Faktor 4 verkleinert werden.A further miniaturization step consists in the additional insertion of a conductive one Connection (short-circuit conductor) in the dielectric between the two electrodes. With the same resonance frequency, the size of the antenna can usually be around can be reduced by a factor of 4.

Ein Problem bei diesen Fleckenmusterantennen (mit oder ohne Kurzschlussleiter) besteht jedoch darin, dass die Bandbreiten bei im Frequenzbereich des GSM-Standards liegenden Resonanzfrequenzen nur wenige MHz betragen. Außerdem sinkt die Bandbreite mit wachsender Dielektrizitätskonstante εr des dielektrischen Materials. Die für die GSM-Standands benötigte Bandbreite beträgt demgegenüber jedoch etwa 70 MHz Herkömmliche Fleckenmusterantennen eignen sich daher nicht für solche breitbandigen Anwendungen.However, a problem with these patch pattern antennas (with or without a short-circuit conductor) is that the bandwidths at resonance frequencies in the frequency range of the GSM standard are only a few MHz. In addition, the bandwidth decreases with increasing dielectric constant ε r of the dielectric material. In contrast, the bandwidth required for the GSM state is around 70 MHz. Conventional patch pattern antennas are therefore not suitable for such broadband applications.

Um auch mit Fleckenmusterantennen höhere Bandbreiten zu realisieren, können mehrere Fleckenmuster-Resonatoren mit oder ohne Kurzschlussleiter vertikal gestapelt werden. Diese Konfiguration wird als Vielschicht-Fleckenmusterantenne bezeichnet. Die Anzahl der Grundmoden der Vielschicht-Fleckenmusterantenne ist dabei gleich der Anzahl der konstituierenden Fleckenmuster-Resonatoren. Ist der Frequenzabstand zwischen den Grundmoden kleiner als deren Bandbreite, so kann dadurch die Gesamtbandbreite der Antenne erhöht werden.In order to achieve higher bandwidths even with patch pattern antennas, several can Patch pattern resonators with or without short-circuit conductors can be stacked vertically. This configuration is called a multi-layer patch pattern antenna. The number the basic mode of the multi-layer patch pattern antenna is equal to the number of constituent patch pattern resonators. Is the frequency distance between the Basic modes smaller than their bandwidth, the total bandwidth of the Antenna can be raised.

Allerdings hat auch dieser Antennentyp zwei wesentliche Nachteile. Einerseits müssen Substratmaterialien mit leicht unterschiedlichen Werten der Dielektrizitätskonstanten (zum Beispiel εr1 = 2,2 und εr2 = 1,07) für die einzelnen Fleckenmuster-Resonatoren verwendet werden, um einen geeigneten Frequenzabstand der Resonanzen zu erreichen. Dies erhöht den Fertigungsaufwand. However, this type of antenna also has two major disadvantages. On the one hand, substrate materials with slightly different values of the dielectric constant (for example ε r1 = 2.2 and ε r2 = 1.07) must be used for the individual speckle pattern resonators in order to achieve a suitable frequency spacing of the resonances. This increases the manufacturing effort.

Andererseits gelang es bei Vielschicht-Fleckenmusterantennen mit Kurzschlussleiter bisher nur über eine Koaxialleitung, die Antenne mit elektromagnetischer Leistung zu speisen und die Eingangsimpedanz der Antenne in begrenztem Maße so einzustellen, dass nur geringe Reflexionen an der Zuführungsstruktur auftreten. Diese Art der Zuführung steht jedoch einer SMD-Integration auf einer Schaltungsplatine (PCB) eines Mobiltelefons im Wege, da zur Zuführung der elektromagnetischen Leistung auf die Schaltungsplatine geeignete Stifte aufgebracht werden müssen, die von unten durch die Metallisierung zu führen sind, so dass die Antenne nicht zusammen mit den anderen Bauteilen durch Oberflächenmontage (SMD-Technik) auf die Platine gelötet werden kann.On the other hand, multi-layer patch pattern antennas with short-circuit conductors have so far been successful only via a coaxial line to feed the antenna with electromagnetic power and to a limited extent adjust the input impedance of the antenna so that only little reflections on the feed structure occur. This type of feed is available however, an SMD integration on a circuit board (PCB) of a mobile phone in the Ways there to supply the electromagnetic power to the circuit board Suitable pens must be applied from below through the metallization lead, so that the antenna is not together with the other components by surface mounting (SMD technology) can be soldered to the board.

Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Fleckenmusterantenne der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch mit Kurzschlussleiter zur Oberflächenmontage (SMD) auf einer Schaltungsplatine geeignet ist.One object of the invention is therefore a patch pattern antenna to create the type mentioned, which also with short-circuit conductor for surface mounting (SMD) is suitable on a circuit board.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Fleckenmusterantenne zu schaffen, die bei geringen Abmessungen eine für die genannten Anwendungen ausreichende Bandbreite auch ohne den Einsatz von Dielektrika mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten aufweist.The invention is also based on the object of providing a patch pattern antenna which, with small dimensions, is a sufficient bandwidth for the applications mentioned even without the use of dielectrics with different dielectric constants having.

Weiterhin soll mit der Erfindung eine Fleckenmusterantenne geschaffen werden, bei der die Eingangsimpedanz so eingestellt werden kann, dass die der Antenne zugeführte Leistung nicht an der Antenne reflektiert, sondern im wesentlichen vollständig abgestrahlt wird, ohne dass die Antenne eine koaxiale Zuführung aufweisen muss.Furthermore, the invention is intended to create a patch pattern antenna in which the input impedance can be adjusted so that the input to the antenna Power is not reflected on the antenna, but essentially completely radiated without the antenna having to have a coaxial feed.

Schließlich soll auch eine Fleckenmusterantenne geschaffen werden, die sich durch eine besonders große Bandbreite auszeichnet.Finally, a patch pattern antenna should also be created, which is characterized by a particularly wide range.

Zur Lösung dieser Aufgaben wird gemäß Anspruch 1 eine Fleckenmusterantenne der eingangs genannten Art geschaffen, die sich dadurch auszeichnet, dass die Zuführung mindestens ein erstes Metallisierungsstück umfasst, das sich an einer ersten Seitenfläche des Resonators zwischen der Masse-Metallisierung und dem metallischen Fleckenmuster erstreckt, wobei die Eingangsimpedanz der Antenne durch die Abmessungen dieses Metallisierungsstücks bestimmt ist.
Ein besonderer Vorteil dieser Lösung bestehen darin, dass in einfacher Weise (zum Beispiel durch Lasertrimmung) eine optimale Abstimmung der Eingangsimpedanz an eine konkrete Einbausituation möglich, so dass keine Reflektionen an der Antenne auftreten und die zugeführte elektromagnetische Leistung im wesentlichen vollständig abgestrahlt wird. Zur Verkleinerung ihrer Abmessungen kann diese Antenne auch mit einem Kurzschlussleiter ausgestattet werden.To achieve these objects, a patch pattern antenna of the type mentioned at the outset is created, which is characterized in that the feed comprises at least one first metallization piece, which extends on a first side face of the resonator between the ground metallization and the metallic patch pattern, wherein the input impedance of the antenna is determined by the dimensions of this metallization piece.
A particular advantage of this solution is that the input impedance can be optimally matched to a specific installation situation in a simple manner (for example by laser trimming), so that no reflections occur on the antenna and the supplied electromagnetic power is essentially completely radiated. To reduce its dimensions, this antenna can also be equipped with a short-circuit conductor.

Eine weitere Lösung der genannten Aufgaben wird gemäß Anspruch 4 mit einer Fleckenmusterantenne der eingangs genannten Art erzielt, die sich durch einen Leitungsresonator auszeichnet, der durch eine auf mindestens ein Substrat aufgebrachte Leitung gebildet ist, und der zur resonanten Einkopplung der der Zuführung zugeführten elektromagnetischen Energie in den mindestens einen Fleckenmuster-Resonator dient.Another solution to the stated problems is according to claim 4 with a patch antenna of the type mentioned, which is achieved by a line resonator distinguished, which is formed by a line applied to at least one substrate, and that for the resonant coupling of the electromagnetic supplied to the feed Energy is used in the at least one speckle pattern resonator.

Besondere Vorteil dieser Lösungbestehen darin, dass durch diesen resonanten Einkopplungsmechanismus das Ausbilden der Fleckenmusterresonanzen nicht beeinträchtigt wird und die Bandbreite der Antenne durch Hinzufügen einer weiteren Resonanz in wesentlichem Maße weiter erhöht werden kann. Außerdem ist auch diese Antenne zur SMD-Montage und zur Ausstattung mit einem Kurzschlussleiter geeignet.A particular advantage of this solution is that this resonant coupling mechanism the formation of the stain pattern resonances is not impaired and the bandwidth of the antenna essentially by adding another resonance Dimensions can be increased further. This antenna is also for SMD mounting and suitable for equipping with a short-circuit conductor.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The dependent claims contain advantageous developments of the invention.

Mit der Ausführung gemäß Anspruch 2 ist eine besonders einfache Oberflächenmontage der Antenne in SMD-Technik möglich, da das zweite Metallisierungsstück zusammen mit der Masse-Metallisierung direkt auf eine Schaltungsplatine aufgelötet werden kann.With the embodiment according to claim 2 is a particularly simple surface assembly the antenna in SMD technology possible because the second metallization piece together with the ground metallization can be soldered directly onto a circuit board.

Die Ausrührung gemäß Anspruch 3 hat insbesondere den Vorteil, dass durch die zwei Resonatoren die Bandbreite weiter erhöht wird, auch wenn Substrate mit gleicher Dielektrizitäts- bzw. Permeabilitätszahl verwendet werden, und dass sie auch zur Ausstattung mit einem Kurzschlussleiter geeignet ist.The embodiment according to claim 3 has the particular advantage that by the two Resonators the bandwidth is further increased, even if substrates with the same Dielectric or permeability number are used, and that they are also used for equipment with a short-circuit conductor is suitable.

Die Ausführung gemäß Anspruch 5 hat insbesondere den Vorteil, dass die Kopplungsstärke zwischen dem Leitungsresonator und dem Fleckenmuster-Resonator über eine Bemessung des Endabschnitts eingestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung, ebenso wie derjenigen gemäß Anspruch 7, besteht darin, dass die Frequenz der resonanten Einkopplung durch entsprechende Bemessung der Länge der genannten Leitungen eingestellt werden kann.The embodiment according to claim 5 has the particular advantage that the coupling strength between the line resonator and the speckle pattern resonator via a Dimensioning of the end section can be adjusted. Another advantage of this version, as well as that according to claim 7, is that the frequency of the resonant coupling by appropriate dimensioning of the length of the above Lines can be set.

Die Ausführung gemäß Anspruch 6 ermöglicht eine Anpassung der Kopplungsstärke zwischen der Zuführung und dem Leitungsresonator.The embodiment according to claim 6 enables an adjustment of the coupling strength between the feed and the line resonator.

Mit der Ausführung gemäß Anspruch 8 kann die Bandbreite der Antenne weiter erhöht werden, während sich mit den Ausführungen gemäß den Ansprüchen 9 und 10 im wesentlichen der Miniaturisierungsgrad der Antenne weiter gesteigert werden kann.With the embodiment according to claim 8, the bandwidth of the antenna can be increased further are, while with the embodiments according to claims 9 and 10 in essentially the degree of miniaturization of the antenna can be further increased.

Die erfindungsgemäße Antenne ist schließlich besonders vorteilhaft auf einer gedruckten Schaltungsplatine gemäß Anspruch 11 bzw. in einem mobilen Telekommunikationsgerät gemäß Anspruch 12 einsetzbar.Finally, the antenna according to the invention is particularly advantageous on a printed one Circuit board according to claim 11 or in a mobile telecommunications device usable according to claim 12.

Weiteren Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1
eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform. der Antenne;
Fig. 2
ein Reflektionsdiagramm für diese Antenne;
Fig. 3
eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Antenne;
Fig. 4
ein Reflektionsdiagramm für diese Antenne; und
Fig. 5
eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Antenne.
Further details, features and advantages of the invention result from the following description of preferred embodiments with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1
is a schematic representation of a first embodiment. the antenna;
Fig. 2
a reflection diagram for this antenna;
Fig. 3
a schematic representation of a second embodiment of the antenna;
Fig. 4
a reflection diagram for this antenna; and
Fig. 5
is a schematic representation of a third embodiment of the antenna.

Die in den Figuren 1, 3 und 5 gezeigten Fleckenmusterantennen setzen sich aus mehreren Schichten zusammen, die jeweils in senkrechter Richtung auseinandergezogen dargestellt sind und in zusammengefügtem Zustand eine Fleckenmusterantenne mit zwei einzelnen Fleckenmuster-Resonatoren bilden. Jede Schicht ist dabei jeweils durch ein keramisches Substrat in Form eines im wesentlichen quaderförmigen Blocks gebildet, dessen Höhe im allgemeinen um einen Faktor 3 bis 10 kleiner ist, als dessen Länge oder Breite. Davon ausgehend sollen in der folgenden Beschreibung die in den Darstellungen der Figuren oberen und unteren Flächen der Substrate als obere bzw. untere Stirnfläche und die demgegenüber kleineren vertikalen Flächen als Seitenflächen bezeichnet werden.The patch pattern antennas shown in Figures 1, 3 and 5 consist of several Layers together, each shown drawn apart in the vertical direction are and in the assembled state a patch pattern antenna with two individual Form speckle pattern resonators. Each layer is covered by a ceramic Substrate formed in the form of a substantially cuboid block, the height in is generally 3 to 10 times smaller than its length or width. From that starting in the following description, those in the illustrations of the figures upper and lower surfaces of the substrates as the upper and lower end faces and the in contrast, smaller vertical surfaces are called side surfaces.

Alternativ dazu ist es allerdings auch möglich, anstelle eines quaderförmigen Substrates andere geometrische Formen wie zum Beispiel eine Zylinderform zu wählen, auf die eine entsprechende resonanten Leiterbahnstruktur mit zum Beispiel spiralförmigem Verlauf aufgebracht ist.Alternatively, however, it is also possible instead of a cuboid substrate to choose other geometric shapes such as a cylindrical shape on which one Corresponding resonant conductor structure with, for example, a spiral course is applied.

Die Substrate können zum Beispiel durch Einbetten eines keramischen Pulvers in eine Polymermatrix hergestellt werden und haben eine Dielektrizitätszahl von εr > 1 und /oder eine Permeabilitätszahl von µr > 1.The substrates can be produced, for example, by embedding a ceramic powder in a polymer matrix and have a dielectric constant of ε r > 1 and / or a permeability number of µ r > 1.

Die in Figur 1 gezeigte erste Ausführungsform der Antenne umfasst zwei Schichten, die in zusammengefügtem Zustand jeweils einen unteren ersten und einen oberen zweiten Fleckenmuster-Resonator 10 bzw. 20 bilden. Der erste Resonator 10 umfasst ein erstes Substrat 11, auf dessen untere Stirnfläche eine Masse-Metallisierung 12 aufgebracht ist. Die obere Stirnfläche des ersten Substrates 11 trägt ein erstes metallisches Fleckenmuster 13, das sich über den größten Teil der obere Stirnfläche erstreckt, wobei nur Randbereiche 111 dieser obere Stirnfläche frei bleiben. Zwischen der Masse-Metallisierung 12 und dem ersten Fleckenmuster 13 erstreckt sich ein erster Abschnitt 14 eines Kurzschlussleiters.The first embodiment of the antenna shown in FIG. 1 comprises two layers, which in FIG assembled state a lower first and an upper second Form spot pattern resonator 10 and 20, respectively. The first resonator 10 comprises a first one Substrate 11, on the lower end face of which a mass metallization 12 is applied. The upper end face of the first substrate 11 carries a first metallic stain pattern 13, which extends over most of the upper end face, only marginal areas 111 of this upper end face remain free. Between the ground metallization 12 and the First patch pattern 13 extends a first section 14 of a short-circuit conductor.

Auf etwa halber Länge einer ersten Seitenfläche 112 des ersten Substrates 11 befindet sich eine Zuführung 15, 17, die durch ein erstes Metallisierungsstück an dieser Seitenfläche in Form eines sich in Richtung auf die obere Stirnfläche des Substrates erstreckenden Streifenleiter 17, sowie ein zweites Metallisierungsstück 15 gebildet ist, das an der unteren Stirnfläche in einem Bereich 16 liegt, in dem die Masse-Metallisierung 12 ausgespart ist. Die Zuführung ist dadurch gegenüber der Masse-Metallisierung 12 isoliert.Located about half the length of a first side surface 112 of the first substrate 11 a feed 15, 17, which is in through a first metallization on this side surface Form of one extending in the direction of the upper end face of the substrate Strip conductor 17, and a second metallization piece 15 is formed, which on the lower End face lies in an area 16 in which the ground metallization 12 is left out. The feed is thereby insulated from the ground metallization 12.

Der zweite Fleckenmuster-Resonator 20 ist durch ein zweites Substrat 21 gebildet, auf dessen obere Stirnfläche ein zweites metallisches Fleckenmuster 23 aufgebracht ist, das sich über die gssamte obere Stirnfläche erstreckt. Weiterhin befindet sich in dem zweiten Substrat 21 ein zweiter Abschnitt 24 des Kurzschlussleiters. Wenn die Antenne durch Zusammenfügen der beiden Resonatoren in Richtung des Pfeils A zusammengebaut ist, setzt der zweite Abschnitt 24 den ersten Abschnitt 14 fort, so dass der Kurzschlussleiter entsteht.The second patch pattern resonator 20 is formed by a second substrate 21 a second metallic stain pattern 23 is applied to the upper end face thereof extends over the entire upper end face. Also located in the second Substrate 21 a second section 24 of the short-circuit conductor. If the antenna through Assembling the two resonators in the direction of arrow A is assembled, the second section 24 continues the first section 14 so that the short-circuit conductor arises.

Ein wesentlicher Kern dieser ersten Ausführungsform der Antenne beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass entgegen der bisher vorherrschenden Ansicht auch mit einer nicht-koaxialen Zuführung 15, 17 der beschriebenen Art eine Einkopplung elektromagnetischer Energie in eine Fleckenmusterantenne möglich ist, und zwar auch dann, wenn diese mit einem Kurzschlussleiter versehen ist, mit dem die Abmessungen der Antenne weiter verkleinert werden können.An essential core of this first embodiment of the antenna is based on the surprising one Realization that, contrary to the prevailing view, also with a Non-coaxial feed 15, 17 of the type described an electromagnetic coupling Energy into a patch pattern antenna is possible, even then, if this is provided with a short-circuit conductor with which the dimensions of the Antenna can be further reduced.

Weiterhin hat sich gezeigt, dass sich die Eingangsimpedanz der Antenne durch geeignete Wahl der Höhe und Breite des Streifenleiters 17 einstellen lässt, so dass eine Optimierung im Hinblick auf geringe Reflektionen an der Antenne vorgenommen werden kann und dadurch der weitaus überwiegende Anteil der der Antenne zugeführten elektromagnetischen Leistung abgestrahlt wird.It has also been shown that the input impedance of the antenna can be changed by suitable Selection of the height and width of the stripline 17 can be adjusted, so that an optimization can be made with regard to low reflections on the antenna and thereby the vast majority of the electromagnetic supplied to the antenna Power is radiated.

Die Zuführung bzw. der Streifenleiter 17 können jeweils auch aus mehreren metallischen Stücken mit variabler Breite bestehen.The feeder or the strip conductor 17 can also consist of several metallic ones There are pieces of variable width.

Da sich das zweite Metallisierungsstück 15 der Zuführung an der unteren Stirnfläche des ersten Substrates 11 befindet, und keine Stifte oder ähnliches wie bei einer durch einen Koaxialleiter gebildeten Zuführung erforderlich sind, kann die Antenne zusammen mit anderen Bauelementen in üblicher Weise durch Oberflächenmontage (SMD) auf einer Schaltungsplatine montiert werden. Weiterhin kann auf diese Weise auch die Masse-Metallisierung 12 mit einem entsprechenden Masseanschluss auf der Platine verlötet werden.Since the second metallization piece 15 of the feed on the lower end face of the first substrate 11, and no pens or the like as one by one Coaxial conductor formed feed are required, the antenna together with other components in the usual way by surface mounting (SMD) on one Circuit board can be mounted. The ground metallization can also be done in this way 12 soldered to the board with a corresponding ground connection become.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass für das erste und zweite Substrat 11, 21 das gleiche Material verwendet werden kann, das nicht, wie bei bisherigen Fleckenmusterantennen mit Kurzschlussleiter, unterschiedliche Dielektrizitätszahlen aufweisen muss, um eine ausreichende Bandbreite der Antenne zu erzielen.Another advantage of this embodiment is that for the first and second Substrate 11, 21 the same material can be used, which is not as in previous ones Patch pattern antennas with short-circuit conductor, different dielectric values must have in order to achieve a sufficient bandwidth of the antenna.

Erfindungsgemäß wird die für die oben genannten Anwendungen erforderliche Frequenz-Bandbreite unter anderem dadurch erzielt, dass die Antenne aus (mindestens) zwei Schichten, d.h. zwei Fleckenmuster-Resonatoren 10, 20 zusammengssetzt wird, deren Einzelresonanzen in einer Betiebsmode sich durch die unterschiedliche Größe des ersten und zweiten Fleckenmusters 13, 23 etwas voneinander unterscheiden.According to the invention, the frequency bandwidth required for the above-mentioned applications achieved, among other things, in that the antenna consists of (at least) two Layers, i.e. two patch pattern resonators 10, 20 is put together, the Individual resonances in an operating mode differ due to the different size of the first and second stain pattern 13, 23 differ somewhat from each other.

Alternativ dazu können die Fleckenmuster auch identisch sein. In diesem Fall wird durch die Kopplung der beiden Resonatoren eine Aufspaltung der nominell identischen Resonanzfrequenzen und damit eine Erhöhung der Frequenz-Bandbreite erzielt.Alternatively, the stain patterns can be identical. In this case, by the coupling of the two resonators splits the nominally identical resonance frequencies and thus an increase in the frequency bandwidth.

Bei einer bevorzugten Realisierung dieser Antenne betragen die Abmessungen der Substrate 11, 21 jeweils etwa 19,4 x 10,9 x 2,0 mm3. Die dielektrischen Eigenschaften des für die Substrate verwendeten Materials sind etwa wie folgt: εr = 18.55, tanδ = 1,17 x 10-4. Dies entspricht den Hochfrequenzeigenschaften einer kommerziellen NP0-K17 Keramik (Ca0,05Mg0,95TiO3-Keramik). Die Leitfähigkeit der Metallisierungen (Silberpaste) beträgt etwa σ = 3,0 x 107 S/m. Das untere erste Fleckenmuster 13 hat Abmessungen von etwa 17,0 x 8.5 mm, während das obere zweite Fleckenmuster 23 die Oberfläche des zweiten Substrats 21 im wesentlichen vollständig abdeckt. Die Masse-Metallisierung 12 deckt abgesehen von der Aussparung 16 für das zweite Metallisierungsstück 15 die untere Stirnfläche des ersten Substrats 11 im wesentlichen vollständig ab. Der seitliche Streifenleiter 17 ist etwa 1.8 mm breit und etwa 2.0 mm hoch. Er setzt sich auf der unteren Stirnfläche des ersten Substrates 11 in Form des zweiten Metallisierungsstücks 15 mit einer Länge von etwa 0,5 mm fort. Der Kurzschlussleiter 14, 24 hat einen Durchmesser von etwa 0,5 mm, einen Abstand in beiden lateralen Richtungen von beiden Ecken der Substrate 11, 21 von jeweils etwa 3,5 mm und verläuft in den beiden Substraten zwischen den Metalliserungen.In a preferred implementation of this antenna, the dimensions of the substrates 11, 21 are each approximately 19.4 x 10.9 x 2.0 mm 3 . The dielectric properties of the material used for the substrates are approximately as follows: ε r = 18.55, tanδ = 1.17 x 10 -4 . This corresponds to the high-frequency properties of a commercial NP0-K17 ceramic (Ca 0.05 Mg 0.95 TiO 3 ceramic). The conductivity of the metallizations (silver paste) is approximately σ = 3.0 x 10 7 S / m. The lower first spot pattern 13 has dimensions of approximately 17.0 × 8.5 mm, while the upper second spot pattern 23 essentially completely covers the surface of the second substrate 21. Apart from the recess 16 for the second metallization piece 15, the bulk metallization 12 essentially completely covers the lower end face of the first substrate 11. The lateral strip conductor 17 is approximately 1.8 mm wide and approximately 2.0 mm high. It continues on the lower end face of the first substrate 11 in the form of the second metallization piece 15 with a length of approximately 0.5 mm. The short-circuit conductor 14, 24 has a diameter of approximately 0.5 mm, a distance in both lateral directions from both corners of the substrates 11, 21 of approximately 3.5 mm and runs in the two substrates between the metallizations.

Figur 2 zeigt für diese Antenne ein Reflektionsdiagramm, d.h. das Verhältnis R [dB] zwischen der an der Antenne reflektierten Leistung zu der der Antenne zugeführten Leistung über der Frequenz F [GHz]. Es sind deutlich die Einzelresonanzen der beiden Schichten (Fleckenmuster-Resonatoren) zu erkennen, die zu einer Verbreiterung der Gesamt-Bandbreite der Fleckenmusterantenne beitragen.Figure 2 shows a reflection diagram for this antenna, i.e. the ratio R [dB] between the power reflected at the antenna and that supplied to the antenna Power over the frequency F [GHz]. It is clearly the individual resonances of the two Detect layers (speckle pattern resonators) that broaden the Contribute to the overall bandwidth of the patch pattern antenna.

Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antenne, die sich aus einem Mikrostreifenleitungs-Resonator 10', sowie darüber j evils einem ersten bzw. zweiten Fleckenmuster-Resonator 20 bzw. 30 zusammensetzt.FIG. 3 shows a second embodiment of an antenna according to the invention, which is made up of a microstrip line resonator 10 ', and above it a first or second patch pattern resonator 20 or 30 is composed.

Der Mikrostreifenleitungs-Resonator 10' umfasst ein erstes Substrat 11', das an seiner in der Darstellung oberen Stirnfläche mit einer Masse-Metallisierung 12' beschichtet ist. Auf die untere Stirnfläche dieser ersten Schicht ist eine mäanderförmig verlaufende Mikrostreifenleitung 18' aufgebracht, die an einer Zuführung 15' beginnt und an einer Seitenfläche des Substrates 11' nach oben geführt wird. Ein Kurzschluss zwischen der Masse-Metallisierung 12' und dem Mikrostreifenleiter 18' beim Hochführen muss dabei verhindert werden. Dies kann zum Beispiel durch entsprechendes Verkürzen der Masse-Metallisierung 12' an der betreffenden Seitenfläche des ersten Substrates 11' erreicht werden.The microstrip line resonator 10 'comprises a first substrate 11', which is attached to its in the representation of the upper end face is coated with a ground metallization 12 '. On the lower end face of this first layer is a meandering microstrip line 18 'applied, which begins at a feed 15' and on a side surface of the substrate 11 'is guided upwards. A short circuit between the ground metallization 12 'and the microstrip line 18' during the upward movement must be prevented become. This can be done, for example, by shortening the mass metallization accordingly 12 'reached on the relevant side surface of the first substrate 11' become.

Die Zuführung 15' greift U-förmig um den Anfang der Mikrostreifenleitung 18', wobei sich zwischen beiden ein Spalt bzw. eine Lücke befindet, mit deren Größe die Kopplungsstärke zwischen beiden eingestellt wird. Die Resonanzfrequenz dieses Mikrostreifenleitungsresonators 10' wird wie üblich im wesentlichen durch die Länge der Mikrostreifenleitung 18' bestimmt. In der ersten Schicht kann sich auch ein erster Abschnitt 14' eines Kurzschlussleiters befinden.The feed 15 'engages in a U-shape around the beginning of the microstrip line 18', wherein there is a gap or gap between the two, with the size of the coupling strength is set between the two. The resonance frequency of this microstrip resonator 10 'is, as usual, essentially due to the length of the microstrip line 18 'determined. In the first layer, a first section 14 'can also be one Short-circuit conductor.

Der erste Fleckenmuster-Resonator 20 ist durch ein zweites Substrat 21 gebildet, das an seiner obere Stirnfläche ein erstes metallisches Fleckenmuster 23 trägt, wobei ein umlaufender Randbereich 211 der oberen Stirnfläche frei bleibt. An einer Seitenfläche 213 des Substrates 21 befindet sich ein Endabschnitt 28, der in zusammengefügtem Zustand der Antenne die Mikrostreifenleitung 18' fortsetzt und abschließt. Über die Abmessungen dieses Endabschnitts kann die Stärke der Ankopplung an den ersten Fleckenmuster-Resonator 20 bestimmt werden. In dem ersten Fleckenmuster-Resonator 20 befindet sich weiterhin ein zweiter Abschnitt 24 des Kurzschlussleiters.The first speckle pattern resonator 20 is formed by a second substrate 21 which is on its upper end face carries a first metallic stain pattern 23, a circumferential one Edge area 211 of the upper end face remains free. On a side surface 213 of the Substrate 21 is an end portion 28, which in the assembled state Antenna continues and terminates the microstrip line 18 '. About the dimensions This end section can determine the strength of the coupling to the first speckle pattern resonator 20 can be determined. Located in the first speckle pattern resonator 20 further a second section 24 of the short-circuit conductor.

Der zweite Fleckenmuster-Resonator 30 ist durch ein drittes Substrat 31 gebildet, das an seiner oberen Stirnfläche ein zweites metallisches Fleckenmuster 33 trägt, wobei wiederum ein umlaufender Randbereich 311 der oberen Stirnfläche frei bleibt. Durch den zweiten Fleckenmuster-Resonator 20 verläuft schließlich ein dritter Abschnitt 34 des Kurzschlussleiters. Das erste und zweite metallische Fleckenmuster 23, 33 können ebenso wie bei der ersten Ausführungsform auch unterschiedliche Ausdehnungen auf den Substraten 21 bzw. 31 aufweisen.The second patch pattern resonator 30 is formed by a third substrate 31 which is on carries a second metallic stain pattern 33 on its upper end face, again a peripheral edge region 311 of the upper end face remains free. By the second Finally, a third section 34 of the short-circuit conductor runs through the patch pattern resonator 20. The first and second metallic stain patterns 23, 33 can be the same as in the case of the first embodiment also different dimensions on the substrates 21 or 31 have.

Fügt man diese drei Schichten gemäß den Pfeilen A zusammen, so ergibt sich eine Mehrschicht-Fleckenmusterantenne mit resonanter Einkopplung der elektromagnetischen Energie, die im Vergleich zu einer Mehrschicht-Fleckenmusterantenne ohne resonante Einkopplung zu einer weitergehenden Vergrößerung der Bandbreite führt.If these three layers are joined together according to the arrows A, a multi-layer patch pattern antenna results with resonant coupling of the electromagnetic Energy compared to a multilayer patch pattern antenna without a resonant Coupling leads to a further increase in bandwidth.

Dieser Konfiguration liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass die Resonanzfrequenzen der Grundmoden der einzalnen Fleckenmuster-Resonatoren durch eine resonante Einkopplung mit einem Mikrostreifenleitungs-Resonator 10' der beschriebenen Art nur unwesentlich gestört werden. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn ein Kurzschlussleiter 14', 24, 34 eingesetzt wird. Die Masse-Metallisierung 12' stellt gleichzeitig die Masse des ersten Fleckenmuster-Resonators 20 und des Mikrostreifenleitungs-Resonators 10' dar. Durch die Erzeugung der einzelnen Fleckenmusterresonanzen erhöht sich außerdem die Bandbreite einer entsprechenden Vielschicht-Fleckenmusterantenne.This configuration is based on the surprising finding that the resonance frequencies the basic modes of the individual speckle pattern resonators by a resonant coupling with a microstrip line resonator 10 'of the described Type are only slightly disturbed. This is especially true when a short-circuit conductor 14 ', 24, 34 is used. The mass metallization 12 'represents the same time Ground of the first patch pattern resonator 20 and the microstrip line resonator 10 '. The generation of the individual stain pattern resonances also increases the bandwidth of a corresponding multilayer patch pattern antenna.

Die elektromagnetische Ankopplung der Fleckenmuster-Resonatoren 10,20 an den Mikrostreifenleitungs-Resonator 10' erfolgt über die an einer Seitenfläche 213 des zweiten Substrates 21 hochgeführte Mikrostreifenleitung 18', 28, wobei die Stärke der Ankopplung und die Bandbreite der Antenne über die Höhe und Breite insbesondere des Endabschnitts 28 an dem ersten Fleckenmuster-Resonator 20 bestimmt bzw. verändert werden kann.The electromagnetic coupling of the patch pattern resonators 10, 20 to the Microstrip line resonator 10 'takes place over the one side surface 213 of the second Substrate 21 high microstrip line 18 ', 28, the strength of the coupling and the bandwidth of the antenna over the height and width, in particular of the end section 28 can be determined or changed on the first speckle pattern resonator 20.

Die Resonanzfrequenz des Mikrostreifenleitungs-Resonators 10' kann in bekannter Weise über die Länge der Mikrostreifenleitung 18', 28 eingestellt werden.The resonance frequency of the microstrip line resonator 10 'can be known can be set over the length of the microstrip line 18 ', 28.

Schließlich kann auch die Kopplung zwischen der Zuführung 15' und der Mikrostreifenleitung 18', 28 durch entsprechende Wahl der Spaltbreite zwischen beiden eingestellt werden.Finally, the coupling between the feed 15 'and the microstrip line can also 18 ', 28 adjusted by appropriate choice of the gap width between the two become.

Auch diese zweite Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie zusammen mit anderen Bauelementen durch Oberflächenmontage (SMD-Technik) auf eine Schaltungsplatine (PCB) aufgebracht werden kann. Die Zuführung 15' wird dabei auf einen entsprechenden Streifenleiter der Platine gelötet, über den die abzustrahlende elektromagnetische Energie zugeführt wird. Die Masse-Metallisierung 12' kann über eine Metallisierungszuführung (nicht dargestellt) an dem ersten Substrat 11' mit einem Masseanschluss der Platine verlötet werden.This second embodiment also has the advantage that it can be used together with other components through surface mounting (SMD technology) on a circuit board (PCB) can be applied. The feed 15 'is on a corresponding Strip conductor of the board soldered, through which the electromagnetic energy to be radiated is fed. The bulk metallization 12 'can be via a metallization feed (not shown) on the first substrate 11 'with a ground connection of the board to be soldered.

Ein veiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass im Gegensatz zu resonanten Einkopplungen mit bekannten Schlitzresonatoren die Geometrien der Masse-Metallisierungen 23, 33 der Fleckenmuster-Resonatoren 20, 30 im wesentlichen unverändert bleiben können. Dies bedeutet eine wesentliche Erleichterung beim Entwurf von Vielschicht-Fleckenmusterantennen und insbesondere solchen mit Kurzschlussleiter. Another advantage of this embodiment is that it is unlike resonant Couplings with known slot resonators the geometries of the ground metallizations 23, 33 of the speckle pattern resonators 20, 30 are essentially unchanged can stay. This makes the design of Multi-layer patch pattern antennas, especially those with short-circuit conductors.

Bei einer Realisierung dieser Antenne wurden bevorzugt folgende Werte gewählt:When implementing this antenna, the following values were preferably chosen:

Die Abmessungen des zweiten und dritten Substrates 21, 31 betragen jeweils etwa 19,0 x 10,5 x 2,0 mm3. Die Abmessungen des ersten Substrates 11 betragen etwa 19,0 x 10,5 x 1,0 mm3. Die dielektrischen Eigenschaften sind etwa wie folgt gewählt: εr = 18.55, tanδ = 1,17 x 10-4. Dies entspricht den Hochfrequenzeigenschaften einer kommerziellen NP0-K17 Keramik (Ca0,05Mg0,95TiO3-Keramik). Die Leitfähigkeit der Metallisierungen wurde zu etwa s = 3,0 x 107 S/m (Silberpaste) bestimmt. Die beiden Fleckenmuster 13, 23 haben Abmessungen von etwa 17,0 x 8,5 mm2. Der Kurzschlussleiter hat einen Durchmesser von etwa 0,5 mm und einen Abstand von jeweils etwa 2,4 mm in beiden lateralen Richtungen von jeweils einer Ecke der Fleckenmuster und verläuft durch die drei Schichten 10, 20, 30. Die Masse-Metallisierung 12 hat eine Länge von etwa 18,5 mm und eine Breite von etwa 10,5 mm. Der Mikrostreifenleitungs-Resonator (Streifenleiterbreite etwa 0,36 mm) verläuft unter der Masse-Metallisierung 12' mäanderfömig auf einem NP0-K17 Substrat mit einer Höhe von etwa 1,0 mm. Das vertikale Ende dieses Resonators hat zunächst auf einer Länge von etwa 1,0 mm eine Breite von etwa 0,36 mm und dann auf einer Länge von etwa 1,8 mm eine Breite von etwa 1,4 mm. Die Gesamtlänge der Mikrostreifenleitung beträgt somit etwa 42,93 mm.The dimensions of the second and third substrates 21, 31 each amount to approximately 19.0 x 10.5 x 2.0 mm 3 . The dimensions of the first substrate 11 are approximately 19.0 x 10.5 x 1.0 mm 3 . The dielectric properties are chosen approximately as follows: ε r = 18.55, tanδ = 1.17 x 10 -4 . This corresponds to the high-frequency properties of a commercial NP0-K17 ceramic (Ca 0.05 Mg 0.95 TiO 3 ceramic). The conductivity of the metallizations was determined to be approximately s = 3.0 x 10 7 S / m (silver paste). The two spot patterns 13, 23 have dimensions of approximately 17.0 × 8.5 mm 2 . The short-circuit conductor has a diameter of approximately 0.5 mm and a spacing of approximately 2.4 mm in each of the two lateral directions from a corner of the spot pattern and runs through the three layers 10, 20, 30. The ground metallization 12 has a Length of about 18.5 mm and a width of about 10.5 mm. The microstrip line resonator (stripline width about 0.36 mm) runs under the ground metallization 12 'in a meandering manner on an NP0-K17 substrate with a height of about 1.0 mm. The vertical end of this resonator first has a width of approximately 0.3 mm over a length of approximately 1.0 mm and then a width of approximately 1.4 mm over a length of approximately 1.8 mm. The total length of the microstrip line is thus approximately 42.93 mm.

Der Abstand zwischen dem Anfang der Mikrostreifenleitung 18' und der Zuführung 15', die sich U-förmig um diesen legt, beträgt auf allen Seiten etwa 0,18 mm.The distance between the start of the microstrip line 18 'and the feed 15', which wraps around it in a U-shape is approximately 0.18 mm on all sides.

Figur 4 zeigt ein Diagramm des Verlaufes der Reflektionseigenschaften, das heißt des Verhältnisses R [dB] zwischen der an der Antennenstruktur reflektierten Leistung zu der der Antenne zugeführten Leistung, über der Frequenz F [GHz]. Es sind deutlich drei Resonanzen zu erkennen, die zur Verbreiterung der Gesamt-Bandbreite der Antenne beitragen. Die mittlere Resonanz wird dabei von dem Mikrostreifenleitungs-Resonator, die beiden anderen Resonanzen von den Fleckenmuster-Resonatoren verursacht.Figure 4 shows a diagram of the course of the reflection properties, that is Ratio R [dB] between the power reflected on the antenna structure and that power supplied to the antenna, above frequency F [GHz]. There are clearly three Recognize resonances that contribute to broadening the overall bandwidth of the antenna. The middle resonance is from the microstrip line resonator two other resonances caused by the speckle pattern resonators.

Figur 5 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antenne, die sich von der zweiten Ausführungsform im wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die resonante Einkopplung der elektromagnetischen Energie nicht durch einen Mikrostreifenleitungs-Resonator 10', sondern mit einem durch eine sogenannte Printed Wire Antenne gebildeten Leitungsresonator ("Printed Wire Resonator") 19, 29 vorgenommen wird, bei dem es sich vom Typ her um eine Drahtantennen-Resonator handelt, der durch ein Substrat der eingangs genannten Art mit einer aufgedruckten Leiterbahn 192, 292 gebildet ist.FIG. 5 shows a third embodiment of an antenna according to the invention, which differs from the second embodiment essentially differs in that the resonant Electromagnetic energy is not coupled in through a microstrip line resonator 10 ', but with one formed by a so-called printed wire antenna Line resonator ("Printed Wire Resonator") 19, 29 is made, in which it is of the type of a wire antenna resonator passing through a substrate of the type mentioned at the beginning is formed with a printed conductor track 192, 292.

Die Leiterbahn 192, 292 wird elektrisch mit dem Signalleiter einer Zuführung 15 verbunden und kann bei Erreichen einer elektromagnetischen Resonanz Energie in Form von Wellen abstrahlen. Die Werte der Resonanzfrequenzen sind in bekannter Weise von den Dimensionen der aufgedruckten Leiterbahn und der Dielektrizitäts- bzw. Permeabilitätszahl des Substrates abhängig.The conductor track 192, 292 is electrically connected to the signal conductor of a feed 15 and can reach energy in the form of Blast waves. The values of the resonance frequencies are known from the Dimensions of the printed conductor track and the dielectric or permeability number depending on the substrate.

Ein erster Fleckenmuster-Resonator 10 ist durch ein erstes Substrat 11 gebildet, auf dessen unterer Stirnfläche eine Masse-Metallisierung 12 aufgebracht ist. Auf einem Teil der oberer Stirnfläche des ersten Substrates 11 befindet sich ein in Längsrichtung des Substrates 11 erstreckendes erstes metallisches Fleckenmuster 13. Parallel dazu ist entlang einer Seitenfläche des ersten Substrates 11 ein erster Teil 19 des Resonators angeordnet, der durch einen ersten Randbereich 191 des ersten Substrates 11 mit einem darauf aufgedruckten ersten Leiterbahnabschnitt 192 gebildet ist. Der Leiterbahnabschnitt ist mit einer Zuführung 15 an der unteren Stirnfläche des Substrates 11 verbunden, die bei der Oberflächenmontage der Antenne mit einer entsprechenden Zuführungsleitung für elektromagnetische Energie verlötet wird. Darüber hinaus ist entlang einer anderen Seitenfläche des Substrates 11 ein erster Abschnitt 14 eines planaren Kurzschlussleiters angeordnet.A first speckle pattern resonator 10 is formed by a first substrate 11 thereon a ground metallization 12 is applied to the lower end face. On part of the upper one The end face of the first substrate 11 is located in the longitudinal direction of the substrate 11 extending first metallic stain pattern 13. Parallel to it is along a side surface of the first substrate 11 a first part 19 of the resonator arranged by a first edge region 191 of the first substrate 11 with one printed thereon first conductor track section 192 is formed. The conductor track section is with a feed 15 connected to the lower end face of the substrate 11, which during surface mounting the antenna with a corresponding feed line for electromagnetic Energy is soldered. It is also along another side surface of the substrate 11, a first section 14 of a planar short-circuit conductor is arranged.

Ein zweiter Fleckenmuster-Resonator 20 ist durch ein zweites Substrat 21 gebildet, auf dessen oberer Stirnfläche ein zweites metallisches Fleckenmuster 23 aufgebracht ist. Entlang einer Seitenfläche des zweiten Substrates 21 ist korrespondierend mit dem ersten Teil 19 des Resonators ein zweiter Resonatorteil 29 angeordnet, der durch einen zweiten Randbereich 291 des zweiten Substrates 21 mit einem darauf aufgedruckten zweiten Leiterbahnabschnitt 292 gebildet ist. Schließlich ist entlang einer anderen Seitenfläche des zweiten Substrates 21 ein zweiter Abschnitt 24 des planaren Kurzschlussleiters angeordnet, der den ersten Abschnitt 14 in zusammengebautem. Zustand der Antenne fortsetzt und damit den Kurzschlussleiter bildet.A second patch pattern resonator 20 is formed by a second substrate 21 a second metallic stain pattern 23 is applied to the upper end face thereof. Along a side surface of the second substrate 21 corresponds to the first part 19 of the resonator, a second resonator part 29 arranged through a second edge region 291 of the second substrate 21 with a second conductor track section printed thereon 292 is formed. Finally, along another side surface of the second Substrate 21, a second section 24 of the planar short-circuit conductor arranged, the first section 14 in assembled. Condition of the antenna continues and thus the Short-circuit conductor forms.

Wenn die beiden Schichten gemäß Pfeil A zusammengesetzt werden, ergänzen sich weiterhin die beiden Leiterbahnabschnitte 192, 292 zu einer gemeinsamen Leiterbahn, die im wesentlichen mäanderförmig entlang der Seiten- und eines Teils der Stirnfläche der Substrate verläuft und bei Einspeisung elektromagnetische Energie zu einer Resonanz angeregt wird. Zusammen mit den dadurch angeregten Resonanzen der Fleckenmuster-Resonatoren 10, 20, die sich auch auf Grund der unterschiedlichen Flächen der metallischen Fleckenmuster 13, 23 etwas voneinander unterscheiden, wird eine relativ große Bandbreite der Fleckenmusterantenne ähnlich der Darstellung in Figur 4 erzielt. Die elektromagnetische Ankopplung an die Fleckenmuster-Resonatoren 20, 30 erfolgt wiederum, über die Streufelder des Printed Wire Resonators 19, 29.
Diese dritte Ausführungaform weist darüber hinaus im wesentlichen die gleichen Vorteile auf, wie sie im Zusammenhang mit der zweiten Ausrührungsform beschrieben wurden.If the two layers are assembled according to arrow A, the two conductor track sections 192, 292 continue to complement one another to form a common conductor track which runs essentially in a meandering manner along the side and part of the end face of the substrates and is excited to resonate when electromagnetic energy is fed in , Together with the thereby excited resonances of the patch pattern resonators 10, 20, which also differ somewhat from one another due to the different areas of the metallic patch patterns 13, 23, a relatively large bandwidth of the patch pattern antenna is achieved, similar to the illustration in FIG. The electromagnetic coupling to the patch pattern resonators 20, 30 again takes place via the stray fields of the printed wire resonators 19, 29.
This third embodiment also has essentially the same advantages as were described in connection with the second embodiment.

Die Anpassung der beschriebenen Fleckenmusterantennen an eine konkrete Einbausituation im Hinblick auf ihre Resonanzfrequenzen sowie ihre Eingangsimpedanz kann durch Veränderung der metallischen Fleckenmuster, der zur Einkopplung dienenden metallischen Strukturen bzw. des Spaltes zwischen der Zuführung und der Mikrostreifenleitung mit Hilfe eines Laserstrahls (Lasertrimmung) vorgenommen wenden,The adaptation of the patch pattern antennas described to a specific installation situation in terms of their resonance frequencies as well as their input impedance by changing the metallic stain pattern, the one used for coupling metallic structures or the gap between the feed and the microstrip line using a laser beam (laser trimming),

Die erfindungsgemäßen Fleckenmusterantennen sind (neben dem DECT- und Bluetooth-Band) insbesondere zur Anwendung in Mobiltelefonen geeignet, da sie geringe Abmessungen mit einer für die GSM- und UMTS-Bänder ausreichenden Bandbreite verbinden und gleichzeitig mit den anderen elektronischen Bauelementen durch Oberflächenmontage (SMD-Technik) auf eine gedruckte Schaltungsplatine aufgebracht werden können.The patch pattern antennas according to the invention are (in addition to the DECT and Bluetooth band) Particularly suitable for use in mobile phones, since they are small in size connect with a bandwidth sufficient for the GSM and UMTS bands and simultaneously with the other electronic components through surface mounting (SMD technology) can be applied to a printed circuit board.

Claims (12)

Fleckenmusterantenne mit mindestens einem Fleckenmuster-Resonator mit einem metallischen Fleckenmuster und einer Masse-Metallisierung sowie einer Zuführung zur Einspeisung elektromagnetischer Energie,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung mindestens ein erstes Metallisierungsstück (17) umfasst, das sich an einer ersten Seitenfläche (112) des Resonators zwischen der Masse-Metallisierung (12) und dem metallischen Fleckenmuster (13) erstreckt, wobei die Eingangsimpedanz der Antenne durch die Abmessungen dieses Metallisierungsstücks bestimmt ist.Spot pattern antenna with at least one spot pattern resonator with a metallic spot pattern and a ground metallization as well as a feeder for feeding in electromagnetic energy,
characterized in that the feed comprises at least a first metallization piece (17) extending on a first side surface (112) of the resonator between the ground metallization (12) and the metallic patch pattern (13), the input impedance of the antenna being through the Dimensions of this metallization piece is determined. Fleckenmusterantenne nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung ein zweites Metallisierungsstück (15) aufweist, das isoliert in die Masse-Metallisierung (12) eingelassen ist und sich mit dem ersten Metallisierungsstück in Form eines Streifenleiters (17) fortsetzt.Patch pattern antenna according to claim 1,
characterized in that the feed has a second metallization piece (15) which is insulated into the ground metallization (12) and continues with the first metallization piece in the form of a strip conductor (17). Fleckenmusterantenne nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fleckenmuster-Resonator (10) ein erstes Substrat (11) mit der Masse-Metallisierung (12) an einer ersten Stirnfläche und mit dem ersten metallischen Fleckenmuster (13) an einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche umfasst, wobei ein zweiter Fleckenmuster-Resonator (20) mit einem zweiten Substrat (21) vorgesehen ist, das an einer ersten Stirnfläche ein zweites metallisches Fleckenmuster (23) trägt und das mit seiner gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche an dem ersten metallischen Fleckenmuster (13) angeordnet ist. Patch pattern antenna according to claim 1,
characterized in that the first speckle pattern resonator (10) comprises a first substrate (11) with the ground metallization (12) on a first end face and with the first metallic speckle pattern (13) on an opposite second end face, a second speckle pattern -Resonator (20) is provided with a second substrate (21) which bears a second metallic stain pattern (23) on a first end face and which is arranged with its opposite second end face on the first metallic stain pattern (13). Fleckenmusterantenne mit mindestens einem Fleckenmuster-Resonator sowie einer Zuführung zur Einspeisung elektromagnetischer Energie,
gekennzeichnet durch einen Leitungsresonator (10'; 19, 29), der durch eine auf mindestens ein Substrat (11'; 11, 21) aufgebrachte Leitung (18'; 192, 292) gebildet ist, zur resonanten Einkopplung der der Zuführung (15) zugeführten elektromagnetischen Energie in den mindestens einen Fleckenmuster-Resonator (10, 20).Patch pattern antenna with at least one patch pattern resonator and a feed for feeding electromagnetic energy,
characterized by a line resonator (10 '; 19, 29), which is formed by a line (18'; 192, 292) applied to at least one substrate (11 '; 11, 21), for resonant coupling of the feed (15) supplied electromagnetic energy in the at least one patch pattern resonator (10, 20). Fleckenmusterantenne nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsresonator ein Mikrostreifenleitungs-Resonator (10') ist, der durch ein erstes Substrat (11') mit einer Mikrostreifenleitung (18') an einer Stirnfläche und einer Masse-Metallisierung (12') an einer gegenüberliegenden Stirnfläche gebildet ist, wobei an der Masse-Metallisierung (12') mindestens ein erster Fleckenmuster-Resonator (20) angeordnet ist und ein Endabschnitt (28) der Mikrostreifenleitung zur Einkopplung der elektromagnetischen Energie an einer Seitenfläche (213) des ersten Fleckenmuster-Resonators (20) liegt.Patch pattern antenna according to claim 4,
characterized in that the line resonator is a microstrip line resonator (10 ') which is formed by a first substrate (11') with a microstrip line (18 ') on one end face and a ground metallization (12') on an opposite end face , At least one first speckle pattern resonator (20) being arranged on the ground metallization (12 ') and one end section (28) of the microstrip line for coupling the electromagnetic energy lying on a side surface (213) of the first speckle pattern resonator (20) , Fleckenmusterantenne nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Zuführung (15') und dem Anfang der Mikrostreifenidtung (18') ein Spalt bzw. eine Lücke befindet, deren Größe die Kopplungsstärke zwischen beiden bestimmt.Patch pattern antenna according to claim 5,
characterized in that there is a gap or gap between the feed (15 ') and the start of the microstrip opening (18'), the size of which determines the coupling strength between the two. Fleckenmusterantenne nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsresonator ein Printed Wire Resonator (19, 29) ist, der durch eine mäanderförmig entlang eines Randbereiches (191, 291) des mindestens einen Substrates (11, 21) verlaufende Leiterbahn (192, 292) gebildet ist. Patch pattern antenna according to claim 4,
characterized in that the line resonator is a printed wire resonator (19, 29) which is formed by a conductor track (192, 292) running in a meandering shape along an edge region (191, 291) of the at least one substrate (11, 21). Fleckenmusterantenne nach Anspruch 1 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Fleckenmuster (13) mehrerer Fleckenmuster-Resonatoren (10, 20, 30) zur Erzeugung unterschiedlicher Resonanzfrequenzen unterschiedliche Ausdehnungen aufweisen.Patch pattern antenna according to claim 1 or 4,
characterized in that the metallic spot patterns (13) of a plurality of spot pattern resonators (10, 20, 30) have different dimensions in order to generate different resonance frequencies. Fleckenmusterantenne nach Anspruch 1 oder 4,
gekennzeichnet durch einen Kurzschlussleiter (14'; 14, 24, 34), der sich durch die Fleckenmusterantenne erstreckt.Patch pattern antenna according to claim 1 or 4,
characterized by a short circuit conductor (14 '; 14, 24, 34) which extends through the patch pattern antenna. Fleckenmusterantenne nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussleiter (14, 24) durch einen Streifenleiter an einer Seitenfläche der Fleckenmusterantenne gebildet ist.Patch pattern antenna according to claim 9,
characterized in that the short circuit conductor (14, 24) is formed by a strip conductor on a side surface of the patch pattern antenna. Gedruckte Schaltungsplatine, insbesondere zur Oberflächenmontage von elektronischen Bauelementen,
gekennzeichnet durch eine Fleckenmusterantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Printed circuit board, in particular for surface mounting of electronic components,
characterized by a patch pattern antenna according to one of the preceding claims. Mobiles Telekommunikationsgerätes insbesondere für Dual- oder Multibandbetrieb,
gekennzeichnet durch eine Fleckenmusterantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 10.Mobile telecommunication device, in particular for dual or multi-band operation,
characterized by a patch pattern antenna according to one of claims 1 to 10.
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