EP1289053A2 - Schaltungsplatine und SMD-Antenne hierfür - Google Patents

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EP1289053A2
EP1289053A2 EP02102278A EP02102278A EP1289053A2 EP 1289053 A2 EP1289053 A2 EP 1289053A2 EP 02102278 A EP02102278 A EP 02102278A EP 02102278 A EP02102278 A EP 02102278A EP 1289053 A2 EP1289053 A2 EP 1289053A2
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EP
European Patent Office
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antenna
conductor
circuit board
conductor track
track structure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02102278A
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English (en)
French (fr)
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EP1289053A3 (de
Inventor
Achim Hilgers
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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 EP1289053A2 publication Critical patent/EP1289053A2/de
Publication of EP1289053A3 publication Critical patent/EP1289053A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • 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
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
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    • 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
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    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point
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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
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/378—Combination of fed elements with parasitic elements
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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
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength

Definitions

  • the invention relates to a printed circuit board (PCB) for Surface mounting of electrical and / or electronic components, in particular an SMD (surface mounted device) antenna with a ceramic substrate and at least a resonant trace structure.
  • PCB printed circuit board
  • SMD surface mounted device
  • the invention further relates to such an antenna for single and multi-band applications, especially in the high-frequency and microwave range.
  • EP 0 790 662 describes an antenna designed from this point of view with a substrate and an L- or U-shaped radiation electrode and a power supply electrode known.
  • One end of the radiation electrode is at a ground potential short-circuited and at this end by a gap from the power supply electrode spaced.
  • the free end of the radiation electrode is at such a distance from the supply electrode on that both over one formed by the distance
  • Capacitance are electrically coupled through the shape of the radiation electrode as well the type of coupling is to be realized with an antenna with particularly small dimensions can be.
  • a general object on which the invention is based is therefore according to a Possibility to look with a printed circuit board that has the essential electrical and / or electronic components for one of the communication devices mentioned at the beginning carries, can be further reduced.
  • the invention is intended to create a single or multi-band antenna which allows further miniaturization of the printed circuit board.
  • a single or multi-band antenna is to be created, one for an application in one or more of the above-mentioned frequency bands is sufficient Has bandwidth without having to accept much larger dimensions have to.
  • a multi-band antenna should also be created with regard to its resonance frequencies is tunable in a relatively simple manner.
  • the object is achieved according to claim 1 with a printed circuit board Surface mounting of electrical and / or electronic components, in particular an SMD antenna with a ceramic substrate and at least one resonant conductor track structure, which is characterized in that the printed circuit board a die Antenna has essentially enclosing ground metallization and one end of the conductor track structure the antenna is connected to the ground metallization.
  • a first advantage of this solution is that due to the mass metallization surrounding the antenna the other components of the circuit board arranged closer to the antenna and thus reduced the dimensions of the board with the same number of components can be. Those that usually occur due to such mass metallization Adaptation problems are largely avoided by the fact that the conductor track structure not with a feeder for electromagnetic waves to be emitted, but is associated with mass metallization.
  • This connection also has the additional advantage that an antenna with one much wider bandwidth can be realized without a substrate with a lower Dielectric constant must be used.
  • the dimensions of the antenna therefore do not need to be enlarged compared to a relatively narrow-burn antenna become or are smaller than with a conventional antenna with the same wide bandwidth.
  • an SMD antenna with a ceramic Solved substrate with at least one resonant conductor structure which excels by a first lead to connect one end of a first resonant trace structure the antenna with a ground potential and a second feed for coupling an electromagnetic wave to be radiated into the antenna,
  • the first conductor track structure has a plurality of conductor sections, and wherein the length of the conductor track structure dimensioned to excite a desired first resonance frequency (basic mode) is and the course and the distance of the conductor sections is selected so that a first harmonic of the basic mode can be excited.
  • this solution has the further advantage that in a dual-band antenna can be implemented in a relatively simple manner.
  • a three-band antenna can be realized, in particular suitable for use in the integrated communication devices mentioned at the beginning is.
  • the embodiment according to claim 4 has the advantage that the excited antenna resonances are particularly pronounced, while with the embodiment according to claim 5 in particular one electrical adaptation of the antenna can be optimized.
  • the antennas according to the invention essentially have a ceramic substrate made of a cuboid block, the height of which is about a factor of 3 to 10 smaller than its length or width. Proceeding from this, the following description is to be used in the Representation of Figures 1 and 2 each have large upper and lower surface of the substrate 1 as first upper and second lower end faces 10, 11 and the surfaces perpendicular to them (Circumference of the substrate) can be referred to as first to fourth side surfaces 12 to 15.
  • the substrates have a dielectric constant of ⁇ r > 1 and / or a permeability number of ⁇ r > 1.
  • Typical materials are high frequency substrates with low losses and little temperature dependence of the high frequency properties (NP0 or so-called SL materials). It is also possible to use substrates whose dielectric number and / or permeability number is set as desired by embedding a ceramic powder in a polymer matrix.
  • the conductor track structures of the antennas are essentially made of highly electrically conductive Materials such as silver, copper, gold, aluminum or a superconductor are made.
  • the antennas according to the invention are of the basic type known as "printed wire antennas", in which one or more resonant conductor track structures are applied to a substrate
  • these antennas are wire antennas that are used in In contrast to microstrip antennas, no metallic ones forming a reference potential Have area on one side of the substrate.
  • the antenna according to FIG. 1 comprises a cuboid substrate 1, on the substrate second side surface 13 there is a first feed 16 and on its first side surface 12 itself a second feed 17 is in the form of a metallization.
  • the feeders extend in each case a piece for contacting a circuit board 4 the lower end face 11.
  • Conductor structure 20 which begins at the first feed 16 with a first end and has a second open end on the substrate.
  • the conductor track structure 20 settles composed of a plurality of individual conductor sections, each different May have widths.
  • a second section 22 which extends in the horizontal direction along the fourth side surface 15 to a vertically upwardly extending third section 23 extends.
  • the third section 23 sits on the upper (first) end face 10 of the Substrate as the fourth section 24, which extends along the edge to the fourth side surface 15 extends to the third side surface 14 and merges into a fifth section 25 there runs on the first end face 10 along the edge to the third side face 14 and has a length which corresponds to approximately half the length of the third side surface 14.
  • the antenna is mounted on a circuit board 4 by surface mounting (SMD technology) (partially shown) soldered.
  • the first feed 16 is the substrate 1 largely surrounding ground metallization 41 of the circuit board 4, while the second feed 17 on a conductor track 42 for feeding a to be blasted electromagnetic wave is soldered.
  • the frequency of the basic mode can vary over the total length of the printed conductor structure 20 varies and adjusted in the desired manner, this also in built-in State of the antenna is still possible by the length of the conductor track structure Example with a laser beam is shortened accordingly.
  • the electromagnetic wave is fed in capacitively via the second feed 17 Way through stray fields, the distance between the second feed 17 of of the conductor track structure 20, the coupling strength to the antenna resonance is specifically set can be. This is also still possible when installed if the length the second feed 17 on the first side surface 12, for example with a laser beam is shortened accordingly.
  • connection enables the conductor track structure to the first Feeder 16 that the antenna on a printed circuit board 4 almost immediately can be surrounded with the mass metallization 41, without thereby as with the known antennas of this type, adaptation problems occur.
  • mass metallization 41 a certain shielding effect
  • the circuit board 4 is not shown in this figure.
  • the antenna can be in the same Soldered on such a board and surrounded with a mass metallization 41 as described in connection with Figure 1. Result in this regard This antenna also has the same advantages as in the ice-cream embodiment.
  • the substrate can additionally be fixed on a circuit board
  • the antenna has a first feed 16 to be connected to a ground metallization the second side surface 13 in the region of the edge with the third side surface 14 and one second, to be connected to a feed line for electromagnetic waves to be emitted Feeder 17 on the first side surface 12 in the region of the edge with the second side surface 13 on.
  • the leads (metallizations) extend for contacting a circuit board in turn also in each case a piece on the lower end face 11.
  • a first conductor track structure 20 extends from the first feed line 16, which has a first End at the first feeder 16 begins and a second open end on the substrate having.
  • a second conductor structure 30 begins with a first end at the second Feed 17 and has a second open end on the substrate.
  • the individual sections the first and second conductor structure 20, 30 can in turn be different Have widths.
  • the first conductor track structure 20 begins at the first feed 16 with a first section 21, which is on the lower end face 11 of the substrate 1 along the edge to the third Side surface 14 extends to fourth side surface 15 and there as second section 22 runs up to the edge with the upper end face 10.
  • the first trace structure 20 sits on the fourth side surface 15 with a third section 23 along the edge to the upper end face 10 to the first side face 12.
  • the first Conductor structure 20 finally ends with a fifth section 25, which is on the upper end face 10 connects to the fourth section 24 substantially at right angles and has a first and a second stub 25a, 25b.
  • the second conductor track structure 30 begins at the second feed 17 with a first one Section 31, which is on the second side surface 13 on the edge to the lower end face 11 extends up to about a third of the length of the second side surface 13. (This section 31 could also on the lower end face 13 on the edge to the second side face 13 lie). This is followed by a second section 32, which is perpendicular thereto runs up to the upper end face 10 and into a third section 33 on the upper end surface 10 passes perpendicular to the second side surface 13.
  • the second trace structure 30 ends with a fourth section 34 that is parallel to the second side surface 13 on the upper end face 10 extends back to the edge with the first side face 12.
  • the antenna resonances are thus a combination of capacitive and resonant Coupling excited about the second feed 17.
  • FIG three resonance frequencies can be seen at around 900, 1850 and 2100 MHz.
  • the position of the first, in this case lower resonance frequency becomes essentially by the length of the first conductor track structure 20 starting from the first feed 16 determined and is given by their basic fashion, while the location of the second, in this Case mean resonance frequency essentially by the length of that of the second Feed 17 outgoing second conductor structure 30 is defined.
  • Case upper resonance frequency will finally the first harmonic of the first conductor track structure 20, its position (Frequency position) by changing the coupling between the third and fifth Section 23, 25 of the first interconnect structure 20 and thus through the length of the first tuning stub 25a is tuned to a desired value.
  • the length of the tuning stubs 25a, 25b, as well as the length of the first and second conductor structure 20, 30, in the installed state of the antenna, for example with a laser beam can be shortened so that an adaptation to a specific installation and Operating situation is possible.
  • a dual band antenna for example in the lower and upper Cellular band (GSM900 and DCS1800 or PCS1900) should be operated, this can be realized by omitting the second conductor track structure 30, the coupling of the electromagnetic waves to be emitted in turn via the second feed 17 he follows.

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Abstract

Es wird eine gedruckte Schaltungsplatine (4) zur Oberflächenmontage von elektrischen und /oder elektronischen Bauelementen, insbesondere einer SMD (surface mounted device)-Antenne mit einem keramischen Substrat (1) und mindestens einer resonanten Leiterbahnstruktur (20; 30) sowie eine solche Antenne für Ein- und Mehrbandanwendungen, insbesondere im Hochfrequenz- und Mikrowellenbereich beschrieben. Dadurch, dass ein Ende der Leiterbahnstruktur (20) der Antenne mit der Massemetallisierung (41) verbunden ist, wird eine relativ große Bandbreite bei kleinen Abmessungen der Antenne sowie die Möglichkeit einer kleineren Platinenauslegung geschaffen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine gedruckte Schaltungsplatine (PCB - printed circuit board) zur Oberflächenmontage von elektrischen und /oder elektronischen Bauelementen, insbesondere einer SMD (surface mounted device) -Antenne mit einem keramischen Substrat und mindestens einer resonanten Leiterbahnstruktur. Die Erfindung betrifft weiterhin eine solche Antenne für Ein- und Mehrbandanwendungen insbesondere im Hochfrequenz- und Mikrowellenbereich.
In der mobilen Kommunikation werden elektromagnetische Wellen im Hochfrequenz- und Mikrowellenbereich zur Übertragung von Informationen verwendet. Beispiele hierfür sind die Mobilfunkbänder, die in Europa im Bereich zwischen etwa 880 und 960 MHz (GSM 900) sowie zwischen etwa 1710 und 1880 MHz (DCS1800) und etwa 1850 und 1990 MHz (PCS1900) liegen, die GPS-Navigationssignale, die in einem Frequenzband bei etwa 1573 MHz ausgesendet werden, sowie das Bluetooth-Band im Frequenzbereich zwischen etwa 2400 MHz und 2500 MHz, das für den Datenaustausch zwischen einzelnen Endgeräten genutzt wird. Dabei ist einerseits ein starker Trend zur Miniaturisierung der Kommunikationsgeräte und ihrer Komponenten sowie andererseits das Bestreben zu erkennen, diese Geräte mit immer mehr Funktionen auszustatten (Multifunktionsgeräte). Dies betrifft zum Beispiel Mobilfunkgeräte, die mit einem Empfangsmodul für GPS-Navigationssignale sowie einem Bluetooth-Modul zur Datenkommunikation mit anderen Endgeräten kombiniert werden.
Durch die allgemein bekannte Oberflächenmontage (SMD-Technik) der elektronischen Bauelemente auf einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB - printed circuit board) und die zunehmende Integration der einzelnen Module lässt sich zwar bereits ein guter Miniaturisierungsgrad erreichen. Ein wesentliches Problem hinsichtlich der weiteren Miniakurisierung stellt dabei jedoch der Platzbedarf der Bauelemente und insbesondere der Antennen dar, da letztere zur Ausbildung einer elektromagnetischen Resonanz eine bestimmte Mindestgröße, im allgemeinen eine Länge von mindestens einem Viertel der Wellenlänge der ausgesendeten Strahlung aufweisen müssen. Dieses Problem lässt sich teilweise durch Verwendung eines dielektrischen Trägermaterials (Substrat) mit einer möglichst hohen Dielektrizitätskonstante ε lösen, da sich dadurch die Wellenlänge in dem Substrat um den Faktor 1/√ε verkürzt und eine entsprechende Verkleinerung der Abmessungen der Antenne mit diesem Faktor möglich ist.
Aus der EP 0 790 662 ist zum Beispiel eine unter diesem Gesichtspunkt gestaltete Antenne mit einem Substrat und einer L- oder U-förmigen Strahlungselektrode und einer Leistungsversorgungselektrode bekannt. Die Strahlungselektrode ist mit einem Ende an ein Massepotential kurzgeschlossen und an diesem Ende durch einen Spalt von der Leistungsversorgungselektrode beabstandet. Das freie Ende der Strahlungselektrode weist dabei einen solchen Abstand von der Versorgungselektrode auf, dass beide über eine durch den Abstand gebildete Kapazität elektrisch miteinander gekoppelt sind Durch die Form der Strahlungselektrode sowie die Art der Kopplung soll eine Antenne mit besonders kleinen Abmessungen realisiert werden können.
Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit den oben genannten integrierten Anwendungen ergibt sich daraus, dass hierfür Multibandantennen erforderlich sind, die in jedem der zur Anwendung kommenden Frequenzbänder betrieben werden können und eine entsprechende Bandbreite aufweisen müssen. Da jedoch die Bandbreite einer Antenne mit wachsender Dielektrizitätskonstante des Substratmaterials abnimmt, kann bei Einhaltung einer geforderten Bandbreite eine bestimmte Antennengröße - und damit auch eine bestimmte Mindestgröße der Schaltungsplatine, auf der die Antenne montiert wird - im allgemeinen nicht unterschritten werden.
Eine allgemeine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht deshalb darin, nach einer Möglichkeit zu suchen, mit der eine gedruckte Schaltungsplatine, die die wesentlichen elektrischen und /oder elektronischen Bauteile für eines der eingangs genannten Kommunikationsgeräte trägt, weiter verkleinert werden kann.
Insbesondere soll mit der Erfindung eine Ein- oder Multibandantenne geschaffen werden, die eine weitere Miniaturisierung der gedruckten Schaltungsplatine ermöglicht.
Weiterhin soll eine Ein- oder Multibandantenne geschaffen werden, die eine insbesondere für eine Anwendung in einem bzw. mehreren der oben genannten Frequenzbänder ausreichende Bandbreite aufweist, ohne dafür wesentlich größere Abmessungen in Kauf nehmen zu müssen.
Schließlich soll auch eine Multibandantenne geschaffen werden, die im Hinblick auf ihre Resonanzfrequenzen in relativ einfacher Weise abstimmbar ist.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß Anspruch 1 mit einer gedruckten Schaltungsplatine zur Oberflächenmontage von elektrischen und /oder elektronischen Bauelementen, insbesondere einer SMD-Antenne mit einem keramischen Substrat und mindestens einer resonanten Leitebahnstruktur, die sich dadurch auszeichnet, dass die gedruckte Schaltungsplatine eine die Antenne im wesentlichen umschließende Massemetallisierung aufweist und ein Ende der Leiterbahnstruktur der Antenne mit der Massemetallisierung verbunden ist.
Ein erster Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass aufgrund der die Antenne umgsbenden Massemetallisierung die übrigen Bauelemente der Schaltungsplatine näher an der Antenne angeordnet und somit bei gleicher Anzahl von Bauelementen die Abmessungen der Platine verkleinert werden können. Die durch eine solche Massemetallisierung üblicherweise auftretenden Anpassungsprobleme werden dabei dadurch weitgehend vermieden, dass die Leiterbahnstruktur nicht mit einer Zuführung für abzustrahlende elektromagnetische Wellen, sondern mit der Massemetallisierung verbunden ist.
Diese Verbindung hat gleichzeitig den weiteren Vorteil, dass damit eine Antenne mit einer wesentlich größeren Bandbreite realisiert werden kann, ohne dass ein Substrat mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante verwendet werden muss. Die Abmessungen der Antenne müssen demzufolge im Vergleich zu einer relativ schmalbrandigen Antenne nicht vergrößert werden bzw. sind kleiner als bei einer herkömmlichen Antenne mit gleich großer Bandbreite.
Die Aufgabe wird ferner gemäß Anspruch 2 mit einer SMD-Antenne mit einem keramischen Substrat mit mindestens einer resonanten Leiterbahnstruktur gelöst, die sich auszeichnet durch eine erste Zuführung zur Verbindung eines Endes einer ersten resonanten Leiterbahnstruktur der Antenne mit einem Massepotential sowie eine zweite Zuführung zur Einkopplung einer abzustrahlenden elektromagnetischen Welle in die Antenne, wobei die erste Leiterbahnstruktur eine Mehrzahl von Leiterabschnitten aufweist, und wobei die Länge der Leiterbahnstruktur zur Anregung einer gewünschten ersten Resonanzfrequenz (Grundmode) bemessen ist und der Verlauf und der Abstand der Leiterabschnitte so gewählt ist, dass eine erste Harmonische der Grundmode anregbar ist.
Neben den oben genannten Vorteilen hat dieser Lösung den weiteren Vorteil, dass damit in relativ einfacher Weise eine Dualband-Antenne realisierbar ist.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Mit der Ausführung gemäß Anspruch 3 ist eine Dreibandantenne realisierbar, die insbesondere zur Anwendung in den eingangs genannten integrierten Kommunikationsgeräten geeignet ist.
Die Ausführung gemäß Anspruch 4 hat den Vorteil, dass die angeregten Antennenresonanzen besonders ausgeprägt sind, während mit der Ausführung gemäß Anspruch 5 insbesondere eine elektrische Anpassung der Antenne optimiert werden kann.
Weitere 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
eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Antenne und
Fig. 3
ein Impedanzspektrum der Antenne gemäß Figur 2.
Die erfindungsgemäßen Antennen weisen ein keramisches Substrat aus einem im wesentlichen quaderförmigen Block auf, dessen Höhe etwa um einen Faktor 3 bis 10 kleiner ist, als dessen Länge oder Breite. Davon ausgehend soll in der folgenden Beschreibung die in der Darstellung der Figuren 1 und 2 jeweils große obere bzw. untere Fläche des Substrates 1 als erste obere bzw. zweite untere Stirnfläche 10, 11 und die demgegenüber senkrechten Flächen (Umfang des Substrates) als erste bis vierte Seitenfläche 12 bis 15 bezeichnet werden.
Anstelle eines quaderförmigen Substrates können jedoch auch andere geometrische Formen wie zum Beispiel rechteckige, runde, dreieckige oder vieleckige Zylinderformen, jeweils mit oder ohne Hohlräume, gewählt werden, auf die resonante Leiterbahnstrukturen mit zum Beispiel spiralförmigem Verlauf aufgsbracht sind
Die Substrate haben eine Dielektrizitätszahl von εr > 1 und /oder eine Permeabilitätszahl von µr > 1. Typische Materialien sind hochfrequenztaugliche Substrate mit geringen Verlusten und geringer Temperaturabhängigkeit der Hochfrequenzeigenschaften (NP0- oder sogenannte SL-Materialien). Es können auch Substrate verwendet werden, deren Dielektrizitätszahl und /oder Permeabilitätszahl durch Einbetten eines keramischen Pulvers in eine Polymermatrix in gewünschter Weise eingestellt wird.
Die Leiterbahnstrukturen der Antennen sind im wesentlichen aus elektrisch hochleitfähigen Materialien wie zum Beispiel Silber, Kupfer, Gold, Aluminium oder einem Supraleiter hergestellt.
Die erfindungsgemäßen Antennen sind vom Grundtyp sogenannte "Printed Wire Antennen", bei denen auf ein Substrat eine oder mehrere resonante Leiterbahnstrukturen aufgebracht sind Prinzipiell handelt es sich bei diesen Antennen somit um Drahtantennen, die im Gegensatz zu Mikrostreifenleitungs-Antennen keine ein Bezugspotential bildende metallische Fläche auf einer Seite des Substrates aufweisen.
Im einzelnen umfasst die Antenne gemäß Figur 1 ein quaderförmiges Substrat 1, an dessen zweiter Seitenfläche 13 sich eine erste Zuführung 16 und an dessen erster Seitenfläche 12 sich eine zweite Zuführung 17 jeweils in Form einer Metallisierung befindet. Die Zuführungen erstrecken sich zur Kontaktierung mit einer Schaltungsplatine 4 auch jeweils ein Stück auf die untere Stirnfläche 11.
Weiterhin befindet sich auf der Oberfläche des Substrates 1 eine erste aufgedruckte metallische Leiterbahnstruktur 20, die mit einem ersten Ende an der ersten Zuführung 16 beginnt und ein zweites offenes Ende auf dem Substrat aufweist. Die Leiterbahnstruktur 20 setzt sich aus einer Mehrzahl von einzelnen Leiterabschnitten zusammen, die jeweils unterschiedliche Breiten aufweisen können.
Bei der ersten Ausführungsform gemäß Figur 1 sind dies ein erster Abschnitt 21, der an der ersten Zuführung 16 beginnt und entlang der unteren Stirnfläche 11 an der Kante mit der dritten Seitenfläche 14 bis zur vierten Seitenfläche 15 verläuft.
Daran schließt sich ein zweiter Abschnitt 22 an, der sich in horizontaler Richtung entlang der vierten Seitenfläche 15 bis zu einem sich vertikal nach oben erstreckenden dritten Abschnitt 23 erstreckt. Der dritte Abschnitt 23 setzt sich auf der oberen (ersten) Stirnfläche 10 des Substrates als vierter Abschnitt 24 fort, der sich entlang der Kante zur vierten Seitenfläche 15 bis zur dritten Seitenfläche 14 erstreckt und dort in einen fünften Abschnitt 25 übergeht, der auf der ersten Stirnfläche 10 entlang der Kante zu der dritten Seitenfläche 14 verläuft und eine Länge aufweist, die etwa der Hälfte der Länge der dritten Seitenfläche 14 entspricht.
Die Antenne wird durch Oberflächenmontags (SMD-Technik) auf eine Schaltungsplatine 4 (teilweise dargestellt) aufgelötet. Die erste Zuführung 16 ist dabei mit einer das Substrat 1 weitgehend umschließenden Massemetallisierung 41 der Schaltungsplatine 4 verbunden, während die zweite Zuführung 17 auf eine Leiterbahn 42 zur Einspeisung einer abzustrahlenden elektromagnetischen Welle aufgelötet ist.
Die Frequenz der Grundmode kann über die Gesamtlänge der aufgedruckten Leiterbahnstruktur 20 variiert und in gewünschter Weise eingsstellt werden, wobei dies auch in eingebautem Zustand der Antenne noch möglich ist, indem die Länge der Leiterbahnstruktur zum Beispiel mit einem Laserstrahl entsprechend gekürzt wird.
Wesentliche Vorteile dieser Ausführungsform bestehen darin, dass damit eine höhere Impedanzbandbreite erzielt werden kann, als es mit einer Printed Wire Antenne möglich ist, bei der die resonante Leiterbahnstruktur in üblicher Weise von einem Signalleiter 42 der Schaltungsplatine ausgeht. Insbesondere ist es nicht erforderlich, ein Substrat mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante zu verwenden und damit größere Abmessungen in Kauf zu nehmen.
Die Einspeisung der elektromagnetischen Welle über die zweite Zuführung 17 erfolgt in kapazitiver Weise durch Streufelder, wobei über den Abstand der zweiten Zuführung 17 von der Leiterbahnstruktur 20 die Kopplungsstärke an die Antennenresonanz gezielt eingestellt werden kann. Dies ist ebenfalls auch noch in eingebautem Zustand möglich, wenn die Länge der zweiten Zuführung 17 auf der ersten Seitenfläche 12 zum Beispiel mit einem Laserstrahl entsprechend gekürzt wird.
Weiterhin ermöglicht die beschriebene Verbindung der Leiterbahnstruktur mit der ersten Zuführung 16, dass die Antenne auf einer gedruckten Schaltungsplatine 4 nahezu unmittelbar mit der Massemetallisierung 41 umgeben werden kann, ohne dass dadurch wie bei den bekannten Antennen dieser Art Anpassungsprobleme auftreten. Einerseits hat die Massemetallisierung 41 eine gewisse Abschirmwirkung, andererseits können die übrigen Bauelemente der Schaltungsplatine näher an der Antenne angeordnet werden, so dass die Platine kleiner gemacht werden kann oder bei gleicher Größe mehr Platz für andere Bauelemente bzw. Module zur Verfügung steht.
Zur Schaffung einer Multibandantenne, die zum Beispiel in allen drei Mobilfunkbändern und/oder den anderen eingangs genannten Frequenzbändern betrieben werden kann, bietet sich die zweite Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 2 an.
In dieser Figur ist die Schaltungsplatine 4 nicht dargestellt. Die Antenne kann jedoch in gleicher Weise auf eine solche Platine gelötet und mit einer Massemetallisierung 41 umgeben werden, wie es im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben wurde. Diesbezüglich ergeben sich auch bei dieser Antenne wiederum die gleichen Vorteile wie bei der eisten Ausführungsform.
Auch im Hinblick auf die Art und Form des Substrates gilt das gleiche, wie es im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform erläutert wurde. Mit einem oder mehreren Lötpunkten 11a kann das Substrat zusätzlich auf einer Platine fixiert werden kann
Die Antenne weist eine erste, mit einer Massemetallisierung zu verbindende Zuführung 16 an der zweiten Seitenfläche 13 im Bereich der Kante mit der dritten Seitenfläche 14 sowie eine zweite, mit einer Speiseleitung für abzustrahlende elektromagnetische Wellen zu verbindende Zuführung 17 an der ersten Seitenfläche 12 im Bereich der Kante mit der zweiten Seitenfläche 13 auf. Die Zuführungen (Metallisierungen) erstrecken sich zur Kontaktierung mit einer Schaltungsplatine wiederum auch jeweils ein Stück auf die untere Stirnfläche 11.
Von der ersten Zuführung 16 geht eine erste Leiterbahnstruktur 20 aus, die mit einem ersten Ende an der ersten Zuführung 16 beginnt und ein zweites offenes Ende auf dem Substrat aufweist. Eine zweite Leiterbahnstruktur 30 beginnt mit einem ersten Ende an der zweiten Zuführung 17 und weist ein zweites offenes Ende auf dem Substrat auf. Die einzelnen Abschnitte der ersten und zweiten Leiterbahnstruktur 20, 30 können wiederum unterschiedliche Breiten haben.
Die erste Leiterbahnstruktur 20 beginnt an der ersten Zuführung 16 mit einem ersten Abschnitt 21, der sich an der unteren Stirnfläche 11 des Substrates 1 entlang der Kante zur dritten Seitenfläche 14 bis zur vierten Seitenfläche 15 erstreckt und dort als zweiter Abschnitt 22 nach oben bis zur Kante mit der oberen Stirnfläche 10 verläuft. Die erste Leiterbahnstruktur 20 setzt sich an der vierten Seitenfläche 15 mit einem dritten Abschnitt 23 entlang der Kante zur oberen Stirnfläche 10 bis zur ersten Seitenfläche 12 fort. Daran schließt sich ein vierter Abschnitt 24 auf der oberen Stirnfläche 10 an, der entlang der Kante zur ersten Seitenfläche 12 mit einer Länge von etwa einem Drittel der Länge dieser Seitenfläche verläuft. Die erste Leiterbahnstruktur 20 endet schließlich mit einem fünften Abschnitt 25, der sich auf der oberen Stirnfläche 10 im wesentlichen rechtwinklig an den vierten Abschnitt 24 anschließt und eine erste sowie eine zweite Abstimm-Stichleitung (tuning stub) 25a, 25b aufweist.
Die zweite Leiterbahnstruktur 30 beginnt an der zweiten Zuführung 17 mit einem ersten Abschnitt 31, der sich an der zweiten Seitenfläche 13 an der Kante zu der unteren Stirnfläche 11 bis zu etwa einem Drittel der Länge der zweiten Seitenfläche 13 erstreckt. (Dieser Abschnitt 31 konnte auch an der unteren Stirnfläche 13 an der Kante zu der zweiten Seitenfläche 13 liegen). Daran schließt sich dann ein zweiter Abschnitt 32 an, der senkrecht dazu nach oben bis zur oberen Stirnfläche 10 verläuft und in einen dritten Abschnitt 33 auf der oberen Stirnfläche 10 senkrecht zu der zweiten Seitenfläche 13 übergeht. Die zweite Leiterbahnstruktur 30 endet mit einem vierten Abschnitt 34, der sich parallel zu der zweiten Seitenfläche 13 auf der oberen Stirnfläche 10 bis zur Kante mit der ersten Seitenfläche 12 zurückerstreckt.
Die Antennenresonanzen werden somit durch eine Kombination von kapazitivem und resonantem Einkoppeln über die zweite Zuführung 17 angeregt.
Ein mit dieser Antenne gemessenes Impedanzspektrum ist in Figur 3 gezeigt, in der deutlich drei Resonanzfrequenzen bei etwa 900, 1850 bzw. 2100 MHz zu erkennen sind.
Die Lage der ersten, in diesem Fall unteren Resonanzfrequenz wird dabei im wesentlichen durch die Länge der von der ersten Zuführung 16 ausgehenden ersten Leiterbahnstruktur 20 bestimmt und ist durch deren Grundmode gegeben, während die Lage der zweiten, in diesem Fall mittleren Resonanzfrequenz im wesentlichen durch die Länge der von der zweiten Zuführung 17 ausgehenden zweiten Leiterbahnstruktur 30 definiert wird.
Zum Betrieb der Antenne mit der dritten, in diesem. Fall oberen Resonanzfrequenz wird schließlich die erste Harmonische der ersten Leiterbahnstruktur 20 angeregt, deren Position (Frequenzlage) durch Veränderung der Kopplung zwischen dem dritten und dem fünften Abschnitt 23, 25 der ersten Leitetbahnstruktur 20 und somit durch die Längs der ersten Abstimm-Stichleitung 25a auf einen gewünschten Wert abgestimmt wird.
Durch Veränderung der Länge der zweiten Abstimm-Stichleitung 25b wird die Kopplung zwischen der ersten und der zweiten Leitetbahnstruktur 20, 30 und somit die Anpassung der beiden oberen Resonanzfrequenzen vorgenommen.
Die Länge der Abstimm-Stichleitungen 25a, 25b kann, ebenso wie die Länge der ersten und zweiten Leiterbahnstruktur 20, 30, in eingebautem Zustand der Antenne zum Beispiel mit einem Laserstrahl gekürzt werden, so dass eine Anpassung an eine konkrete Einbau- und Betriebssituation möglich ist.
Sofern eine Dualbandantenne benötigt wird, die zum Beispiel in dem unteren und oberen Mobilfunkband (GSM900 und DCS1800 oder PCS1900) betrieben werden soll, kann diese durch Weglassen der zweiten Leiterbahnstruktur 30 realisiert werden, wobei die Einkopplung der abzustrahlenden elektromagnetischen Wellen wiederum über die zweite Zuführung 17 erfolgt.
Ergänzend sei angemerkt, dass die beschriebenen Antennen in gleicher Weise auch zum Empfangsn verwendet werden können.

Claims (7)

  1. Gedruckte Schaltungsplatine zur Oberflächenmontage von elektrischen und /oder elektronischen Bauelementen wie einer SMD-Antenne mit einem keramischen Substrat und mindestens einer resonanten Leiterbahnstruktur,
    dadurch gekennzeichnet, dass die gedruckte Schaltungsplatine (4) eine die Antenne im wesentlichen umschließende Massemetallisierung (41) aufweist und ein Ende der Leiterbahnstruktur (20) der Antenne mit der Massemetallisierung (41) verbunden ist.
  2. SMD-Antenne, insbesondere zur Montage auf einer gedruckten Schaltungsplatine gemäß Anspruch 1, mit einem keramischen Substrat mit mindestens einer resonanten Leiterbahnstruktur,
    gekennzeichnet durch: eine erste Zuführung (16) zur Verbindung eines Endes einer ersten resonanten Leiterbahnstruktur (20) der Antenne mit einem Massepotential und eine zweite Zuführung (17) zur Einkopplung einer abzustrahlenden elektromagnetischen Welle in die Antenne, wobei die erste Leiterbahnstruktur (20) eine Mehrzahl von Leiterabschnitten (20-24) aufweist, und die Länge der Leiterbahnstruktur zur Anregung einer gewünschten ersten Resonanzfrequenz (Grundmode) bemessen ist und der Verlauf und Abstand der Leiterabschnitte so gewählt ist, dass eine erste Harmonische der Grundmode anregbar ist.
  3. Antenne nach Anspruch 2,
    gekennzeichnet durch eine zweite resonante Leiterbahnstruktur (30), deren eines Ende mit der zweiten Zurührung (17) verbunden ist und deren Länge zur Anregung einer gewünschten zweiten Resonanzfrequenz und /oder deren erster Harmonischer bemessen ist.
  4. Antenne nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Leiterbahnstruktur (20, 30) so gewählt ist, dass die Resonanzfrequenzen der Antenne durch eine kombinierte kapazitive und resonante Einkopplung der abzustrahlenden elektromagnetischen Welle anregbar sind.
  5. Antenne nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste und /oder die zweite Leiterbahnstruktur (20, 30) Leiterabschnitte (21-25; 32-35) mit unterschiedlicher Breite aufweist.
  6. Telekommunikationsgerät mit einer gedruckten Schaltungsplatine nach Anspruch 1.
  7. Telekommunikationsgerät mit einer Antenne nach einem der Ansprüche 2 bis 5.
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