EP2676326B1

EP2676326B1 - Patchantenne sowie verfahren zur frequenzabstimmung einer derartigen patchantenne

Info

Publication number: EP2676326B1
Application number: EP12705978.0A
Authority: EP
Inventors: Sandra KNÖRZER; Thomas Lankes; Gerald Schillmeier
Original assignee: Kathrein Werke KG
Current assignee: Kathrein SE
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2032-02-09
Also published as: EP2676326A1; WO2012110215A1; DE102011011494A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Patchantenne nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Frequenzabstimmung einer derartigen Patchantenne nach dem Oberbegriff des Anspruches 15.
Patchantennen bzw. sogenannte Microstrip-Antennen sind hinlänglich bekannt. Sie umfassen üblicherweise eine elektrisch leitfähige Grundfläche, ein darüber angeordnetes dielektrisches Trägermaterial und eine auf der Oberseite des dielektrischen Trägermaterials vorgesehene elektrisch-leitfähige Strahlungsfläche. Die obere Strahlungsfläche wird in der Regel durch eine quer zu den vorstehend genannten Ebenen und Schichten verlaufende Speiseleitung angeregt. Als Anschlusskabel dient vor allem ein Koaxialkabel, dessen Außenleiter an einem Anschluss mit dem Masseleiter elektrisch verbunden ist, wohingegen der Innenleiter des Koaxialkabels mit der oben liegenden Strahlungsfläche elektrisch verbunden ist. Andere Formen der Speisung wie beispielsweise Aperturkopplung sind ebenfalls bekannt und anwendbar.
Eine gattungsbildende Patchantenne ist aus der US 2005/011 6868 A1 bekannt geworden. Die Antennenanordnung umfasst dabei eine Masseplatte, auf welcher ein dielektrisches Substrat angeordnet ist. Im Abstand dazu ist oberhalb des aus einer Leiterplatine bestehenden Substrats eine Strahlerfläche vorgesehen, die aus einem Metallblech oder einer Metallplatte besteht, die Einstelleinrichtungen umfasst, um die elektrische Länge einzustellen. Diese Einstelleinrichtungen sind jeweils auf zwei senkrecht zueinander verlaufenden und sich in der zentralen Mitte der Anordnung schneidenden Linien ausgebildet und bestehen aus leiterähnlichen Abschnitten mit Ausnehmungen und quer dazu verlaufenden Verbindungsstegen. Gemäß dieser Vorveröffentlichung kann die Antenne abgestimmt werden, indem einzelne Verbindungsstege zwischen den Ausnehmungen aufgetrennt werden, so dass sich die im Inneren der Metallplatte befindliche Ausnehmungsgröße verändert. Die Metallplatte bleibt dabei in Umfangsrichtung nach außen hin durch breite metallische Materialabschnitte stets geschlossen.
Heute ist es häufig wünschenswert Patchantennen mit einem Substrat zu fertigen, welches beispielsweise aus Keramik besteht. Bei der Fertigung von hochpermittiven Keramikmaterialien mit ε_r besteht allerdings das Problem, dass bei der Zusammensetzung des Keramikmaterials und beim Brennen des Substrates die Permittivitätszahl der Keramik aus unterschiedlichen Gründen, beispielsweise aus Gründen der Materialzusammenstellung, des Verpressdruckes, der Sintertemperatur, etc. schwanken kann. Insbesondere bei hochpermittiven Keramik-Patchantennen mit einem Substrat aus Keramik mit einem ε_r > 20 können Schwankungen von ± 1, also Schwankungen um bis zu 5% durchaus auftreten. Dies führt letztlich zu einer Abweichung der Resonanzfrequenz. Von daher wird im Rahmen einer Serienproduktion einer derartigen Patchantenne in der Regel eine manuelle Nachbearbeitung zur Frequenzabstimmung der Antenne notwendig.
Von daher ist bereits vorgeschlagen worden, Patchantennen, die insbesondere über einen Speisepunkt gespeist werden, dadurch nachzubearbeiten, dass beispielsweise an zwei gegenüberliegenden Ecken der aktiven Strahlerfläche die Ecken abgeschrägt werden, beispielsweise durch manuelles Fräsen. Bei einem Patch mit einem oder mehreren Speisepunkten ist darüber hinaus auch schon vorgeschlagen worden von den Seitenkanten des Patches ausgehend nach innen in das Material der Strahlerfläche hinein verlaufend Schlitze einzufräsen.
Die dadurch vorgenommene Frequenzabstimmung erfolgt von Hand am Netzwerkanalysator. Hierbei sind jedoch das Achsverhältnis, der Öffnungswinkel und andere Erkennungsgrößen nicht messbar. Die Abstrahleigenschaften der Antenne variieren daher über verschiedene Muster.
Die US 2003/017 4096 A1 beschreibt dabei ferner eine auf einem Plastik-Substrat ausgebildete Antenne in Form von metalisierten Bahnen auf einer gedruckten Schaltung. Die Antenne umfasst in einem Ausführungsbeispiel einen in einer Teillänge eingebrachten Schlitz zwischen zwei Antennenhälften. Beide Hälften sind durch Leitungsbrücken über den Schlitz hinweg miteinander verbunden, so dass sich zwischen den Leitungsbrücken gleich groß dimensionierte, quadratische Ausnehmungsbereiche ergeben. Einzelne der Brücken können entfernt werden, beispielsweise durch Laser, um dadurch die Schlitzlänge zu vergrößern und die Frequenz in Abhängigkeit davon abzustimmen.
Von daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Patchantenne mit einer bereits vorbereiteten Nachbereitungsmöglichkeit zur Frequenzabstimmung zu schaffen, sowie ein verbessertes Verfahren für eine derartige Frequenzabstimmung.
Die Aufgabe wird bezüglich der Patchantenne entsprechend den im Anspruch 1 und bezüglich des Frequenzabstimm-Verfahrens entsprechend den im Anspruch 15 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im Rahmen der Erfindung wird eine durchaus überraschende Lösung geschaffen, die es erlaubt, mit einfachen Mitteln eine entsprechende Nachbearbeitung zur Frequenzabstimmung einer erfindungsgemäßen Patchantenne durchzuführen.
Dabei geht die Erfindung ähnlich der Vorveröffentlichung gemäß der US 2003/017 4096 A1 von dem Gedanken aus, dass an der Patchantenne von deren Rand ausgehend nach innen im Material des Flächenstrahlers verlaufend Schlitze vorbereitet sind, die über quer verlaufende, elektrisch leitfähige Stege quasi "geschlossen" sind. Dabei ist im Rahmen der Erfindung von der betreffenden Seitenkante der Patchantenne aus nach innen verlaufend zumindest eine Ausnehmung vorgesehen, die über zumindest einen quer dazu verlaufenden Steg an der Seitenkante oder am Rand der Patch-Antenne abgeschlossen ist. Die relativ klein dimensionierten Ausnehmungen haben somit quasi keinen Einfluss auf die Strahlungscharakteristik einer derartigen Patchantenne. Mit anderen Worten ist eine derartige Patchantenne vergleichbar einer Patchantenne ohne derartige Ausnehmungen. Um nunmehr eine verbesserte Möglichkeit zur Frequenzabstimmung durchzuführen, sind im Rahmen der Erfindung die Abstände der Stege in Längsrichtung der Schlitzformation nicht äquidistant. Mit anderen Worten ist die Länge der einzelnen Ausnehmungen senkrecht zur jeweiligen Begrenzungskante, d.h. zum Randabschnitt des Flächenstrahlelementes verlaufend nicht gleich lang. Im Rahmen der Erfindung ist nämlich vorgesehen, dass diese Abstände unterschiedlich gestaltet sind. Bevorzugt können die Abstände der einzelnen Stege von innen nach außen zur Längs- oder Querbegrenzungskante des Flächenstrahlers mit quadratischem Abstand zunehmen. Dabei sind die Abstimmstege in ihren Abmessungen, wie die einzelnen Ausnehmungen zwischen den Abstimmstegen, verhältnismäßig klein gegenüber der Wellenlänge, mit der die betreffende Patchantenne betrieben werden soll. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn die betreffende Patchantenne beispielsweise als RFID-Antenne eingesetzt werden soll. Auch bei der erfindungsgemäßen Lösung können die betreffenden Stege je nach Bedarf von außen nach innen entfernt werden. Sind mehrere geschlossene Ausnehmungen hintereinander liegend vorgesehen, die über mehrere leitfähige Stege voneinander getrennt sind, so können auch mehrere Stege von außen nach innen stufenweise entfernt werden. Je mehr Stege aus den Schlitzen entfernt werden, desto tiefer wird die Resonanzfrequenz der Antenne.
Dadurch, dass nur noch die einzelnen Stege getrennt werden müssen, kann eine Nachbearbeitung von Hand und/oder maschinell problemlos durchgeführt werden. Denn die Dimensionierung der so gebildeten Stege, insbesondere ihre Größe in Längsrichtung, ist quasi in Abschnitten der voreingebrachten Ausnehmungen fest vorgegeben und definiert. Damit ergibt sich durch die erfindungsgemäße Antenne eine einfache und vom Ergebnis her verbesserte Abstimmbarkeit bezüglich der Frequenz.
Die erfindungsgemäße Abstimmmöglichkeit und das erfindungsgemäße Abstimmverfahren eignen sich dabei für Patchantennen mit einem, zwei oder mehreren Speisepunkten.
Für eine zirkular polarisierte Antenne ermöglicht die erfindungsgemäße Antenne auch die Abstimmbarkeit des Achsverhältnisses (AR) durch eine nahezu unabhängige Abstimmung der beiden linearen Polarisationen.
Die Erfindung kann bevorzugt bei einer in Draufsicht quadratischen Patch-Antenne realisiert werden. Grundsätzlich kann die Patch-Antenne aber auch beliebige andere Umrissformen aufweisen, beispielsweise mit einer n-polygonalen Struktur gebildet sein. Ebenso ist aber auch eine Patch-Antenne mit nicht-geraden Begrenzungsrändern möglich, insbesondere in Form eines kreisförmigen Patches. Einschränkungen bestehen insoweit grundsätzlich nicht.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik.
Vor allem zeichnet sich die erfindungsgemäße Patchantenne dadurch aus, dass aufgrund der Geometrie mit dem einen oder den jeweils mehreren Stegen für jede der Schlitzanordnungen problemlos ein manuelles oder maschinelles definiertes stufenweises Abstimmen möglich wird.
Durch die vereinfachte Bearbeitung lässt sich ein optimiertes Antennenverhalten und eine Kostenreduktion beim Abstimmvorgang erzielen.
Das erfindungsgemäße Abstimmverfahren ist zudem relativ unempfindlich gegenüber der Genauigkeit des Fräsens.
Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung, d.h. die erfindungsgemäße Patchantenne auch dadurch aus, dass die Symmetrie der Antennenstruktur auch bei Durchführen des erläuterten Abstimmverfahrens erhalten bleibt.
Zudem ist im Rahmen der Erfindung auch eine unabhängige Abstimmung der einzelnen Ports (Speisestellen) auf unterschiedliche Resonanzfrequenzen (Einzelabstimmung) möglich.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass es grundsätzlich auch bekannt ist, eine Patchantenne mit mittig von den Seitenkanten nach innen verlaufenden Schlitzen zu versehen. Dies ist beispielsweise aus der Vorveröffentlichung "Electronics Letters, Vol. 33, No. 22, 23rd October 1997" als bekannt zu entnehmen. Hintergrund einer derartigen Patchantenne ist, eine zirkular polarisierte Patch-Antenne mit quadratischem Patch zu verkleinern. Die Schlitze an den umlaufenden Längs- oder Querkanten verlängern den Strompfad, wodurch die Resonanzfrequenz des Patches verringert wird. Sollte hier manuell eine weitere Abstimmung vorgenommen werden müssen, so müssten die Schlitze manuell in ihrer Länge weiter vergrößert werden mit all den Problemen, die sich nachteilig auf die elektrischen Strahlungseigenschaften der Antenne aufgrund von Bearbeitungs- und Toleranzfehlern auswirken.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:

Figur 1 :: einen schematischen Querschnitt durch eine Patchantenne;
Figur 2 :: eine Draufsicht auf ein erstes Beispiel einer Patchantenne in schematischer Darstellung;
Figur 2a :: eine Draufsicht auf ein gegenüber zu Figur 2 abgewandeltes Beispiel;
Figur 2b :: eine Draufsicht auf ein nochmals abgewandeltes Beispiel;
Figur 3 :: ein weiteres Beispiel in schematischer Draufsicht in Abweichung zu Figur 2, bei welchem auf allen Seiten der Strahlerfläche jeweils zumindest zwei Schlitzanordnungen vorgesehen sind, die in Längsrichtung der jeweiligen Seitenbegrenzung versetzt zueinander liegen;
Figur 4 :: ein weiteres Beispiel in schematischer Draufsicht mit einer Vielzahl von äquidistant angeordneten Abstimmstegen;
Figur 5 :: ein zu Figur 4 abweichendes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit einer Vielzahl von nicht-äquidistanten Abstimmstegen, deren Abstand nach außen zur Begrenzungskante des Flächenstrahlers mit quadratischem Abstand zunehmen;
Figur 6 :: ein weiteres abgewandeltes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit nicht-äquidistanten Abstimmstegen und äußerem geschlossenen Steg;
Figur 7 :: ein zu Figur 6 abgewandeltes Beispiel mit nicht-äquidistant angeordneten Abstimmstegen, wobei jedoch die äußeren Stege offen sind; und
Figur 8 :: ein abgewandeltes Beispiel unter Verwendung eines in Draufsicht kreisförmigen Patches.

In Figur 1 ist in schematischer Querschnittsdarstellung eine Patchantenne 1 gezeigt, und zwar mit einer unten liegenden Massefläche 3, einem sich darauf aufbauenden Substrat/Dielektrikum 5, beispielsweise aus Keramik, und einer auf der Oberseite 5a des Substrates 5 angeordneten Strahlerfläche 7. Mit anderen Worten befindet sich die Massefläche 3 auf der Unterseite 5b des Substrates 5.
Die Antenne kann über eine, zwei oder mehrere Speiseleitungen 9 gespeist werden, die üblicherweise über eine unten liegende Bohrung 3a in der Massefläche 3, eine damit fluchtende Bohrung 5c in dem Substrat/Dielektrikum 5 bis zu der oben liegenden Strahlerfläche 7 führt, an der sie an einer Speisestelle 11 elektrisch-galvanisch angebunden ist. Unter Verwendung einer Speiseleitung kann dabei ein linear oder zirkular polarisierter Patchstrahler und unter Verwendung zumindest zweier Speiseleitungen, die an zwei versetzt zueinander liegenden Speisestellen (um 90° versetzt zueinander liegende Speisestellen) enden, ein dualpolarisierter oder zirkularpolarisierter Patchstrahler in bekannter Weise gebildet werden. Bei mehreren Speiseleitungen sind mehrere Bohrungen entsprechend der in Figur 1 gezeigten Variante vorgesehen, durch die jeweils eine Speiseleitung 9 hindurchführt.
Abweichend von der vorstehend erläuterten Speiseart 109 des Patches sind aber auch beliebige andere Speisearten 109 möglich und realisierbar und stehen nicht im Widerspruch zur vorliegenden Erfindung. So kann abweichend von den dargestellten Ausführungsbeispielen die Speisung der Strahlerfläche des Patchstrahlers beispielsweise nicht nur mittels eines Koaxialkabels (häufig auch "Probe Feed" genannt) erfolgen, sondern auch durch folgende Maßnamen:

Die Speisung erfolgt z.B. in Streifenleitungstechnik (z.B. Mikrostreifenleitung, Koplanarleitung oder andere Formen), die teilweise auch unter den Begriffen "Microstrip Line Feed" oder "Edge Feed" und im Falle einer angepassten Speiseleitung auch unter dem Begriff "Inset Feed" bekannt sind oder die im Fall einer fehlenden galvanischen Verbindung auch "Coupled Inset Feed" genannt werden.
Die Speisung erfolgt in Form einer "Proximity-Kopplung", bei der sich die Speiseleitung in einer anderen Substratebene als das Strahlerelement befindet.
Möglich ist auch eine sogenannte "Apertur-Kopplung", bei der die Substratebene der Speiseleitung durch eine metallische Fläche mit Apertur vom Strahlerelement getrennt ist.
Schließlich kann eine Speiseanordnung auch in Form einer sogenannten "Stacked Coupling Feed" realisiert sein, bei welcher das Strahlerelement durch Einkopplung von einem Speiseelement angeregt wird.

Die vorstehend genannten weiteren Beispiele dienen nur zur Verdeutlichung, dass die unterschiedlichsten Speisestrukturen im Rahmen der Erfindung möglich und zulässig sind. Von daher wird nachfolgend teilweise auch nur von einer oder mehreren Speiseeinrichtungen 109 für das Patch oder die Strahlerfläche 7 gesprochen.
Bei der Draufsicht gemäß Figur 2 ist der umlaufende Randbereich 5'a auf der Oberseite 5a des Substrats/Dielektrikums 5 sichtbar. D.h. der umlaufende Randbereich 5'a steht über die Strahlerfläche 7 seitlich über. In der Mitte des im gezeigten Beispiel quadratisch geformten Substrats 5 ist die vom Grundprinzip her quadratisch (oder auch rechteckförmig) gebildete Strahlerfläche 7 vorgesehen, und zwar mit jeweils parallel zueinander verlaufenden, gegenüberliegend angeordneten Längsseiten 13a und Querseiten 13b. Allgemein gesprochen weist die Strahlerfläche 7 einen umlaufenden Rand 13 auf, der im gezeigten Beispiel direkt zwei gegenüberliegende parallele Längsseiten 13a und zwei um 90° dazu versetzt liegende Querseiten 13b umfasst. Abweichend von dem in Draufsicht grundsätzlich quadratisch geformten Patch, d.h. von der vom Prinzip her quadratisch geformten Strahlerfläche 7 kann diese auch beispielsweise rechteckförmig oder n-polygonal geformt sein, vorzugsweise nach Art eines regelmäßigen n-Polygonals mit gleichen Seitenlängen. Wie später gezeigt wird, können aber auch andere Strahlerflächen mit kurvigen Rändern 13 verwendet werden, insbesondere in Form einer kreisförmigen Strahlerfläche 7.
Auf jeder der Längs- und Querseiten 13a und 13b ist eine von einem zugehörigen Randabschnitt 13c ausgehende und nach innen in die Strahlerfläche 7 hinein verlaufende Schlitzanordnung 15 vorgesehen, die im gezeigten Beispiel zu einer senkrecht zur Strahlerfläche 7 verlaufenden Zentralachse Z ausgerichtet verläuft. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die Zentralachse auf dem Schnittpunkt der Diagonalen durch die Ecken der im Beispiel quadratisch gebildeten Strahlerfläche 7.
Die jeweilige Schlitzanordnung 15 ist allerdings nicht als durchgängiger Schlitz eingearbeitet, sondern umfasst im gezeigten Beispiel gemäß Figur 2 zumindest jeweils eine Schlitzausnehmung 115, das heißt im vorliegenden Fall eine Schlitzausnehmung 115a, die zur Randseite 13, also zur jeweiligen Längs- oder Querseite 13a bzw. 13b hin, über einen Quersteg 17 abgeschlossen ist. In Verlängerung der geschlossenen Schlitzausnehmung 115a schließt sich an dem Quersteg 17 zum Rand 13 hin dann noch eine offene Schlitzausnehmung 115' an. Der erwähnte Quer- oder Abstimmsteg 17 verläuft dabei im gezeigten Beispiel parallel zu der jeweils zugehörigen Längs- oder Querkante 13a, 13b, von der die jeweilige Schlitzanordnung 15 ausgeht.
Im gezeigten Beispiel verlaufen also die Schlitzanordnungen 15 senkrecht zu dem jeweiligen Randabschnitt 13 bzw. 13c, von dem die zugehörige Schlitzanordnung 15 ausgeht, wobei die Erstreckungsrichtungen 15' dieser Schlitzanordnung im gezeigten Beispiel durch die Zentralachse Z verlaufen, die senkrecht zur Strahlerfläche 7 ausgerichtet ist.
Mit anderen Worten verbindet der elektrisch-leitfähige Quer- oder Abstimmsteg 17 die beiden elektrisch leitfähigen angrenzenden Abschnitte der Strahlerfläche 7. Diese Quersteg 17 sind also Teil der Metallisierungsfläche 117, also insgesamt Teil der Strahlerfläche 7. Die erwähnten Schlitzausnehmungen 115 sind dabei von Hause aus durch geeignete Verfahren hergestellt, beispielsweise Ätzen, maschinelles Ausfräsen etc.. Mit anderen Worten sind die erwähnten Quer- oder Abstimmstege 17 keine separaten, nachträglich auf der Strahlerfläche 7 aufgebrachten elektrisch-leitfähigen Teile, sondern sind Bestandteil einer einheitlich gebildeten Strahlerfläche 7, in der Regel in Form einer Metallisierungsschicht oder Fläche 117.
Die Schlitzanordnung 15 kann grundsätzlich von der zugehörigen Längs- oder Querseite 13a, 13b aus schräg verlaufen, also in einem Winkel, der von einem 90° Winkel zur Erstreckungsrichtung der Längs- oder Querseite 13a, 13b abweicht, also von einem rechten Winkel zum zugehörigen Randabschnitt 13c abweicht, in dessen Bereich die Schlitzanordnung 15 beginnt. Im Falle eines Patchstrahlers beispielsweise in Kreisform kann die Schlitzanordnung 15 in einem Winkel verlaufen, der kleiner oder größer ist als 90° bezogen auf eine Tangente, die den kreisförmigen Rand 13 oder den Randabschnitt 13c, von dem aus die Schlitzanordnung 15 verläuft, berührt. In diesem Falle würden also die Verlängerungen der Schlitzanordnungen (also die Achse, in der die Schlitzanordnung 15 ausgebildet ist) die Zentralachse Z nicht schneiden, sondern an dieser schiefwinkelig vorbei laufen. Im gezeigten Beispiel ist die jeweilige Schlitzanordnung 15 jedoch rechtwinkelig zur jeweils zugehörigen Längs- und Querseite 13a, 13b und damit zu dem zugehörigen Rand 13 bzw. zugehörigen Randabschnitt 13c ausgerichtet, von dem aus die jeweilige Schlitzanordnung 15 verläuft. Im gezeigten Beispiel weist dabei die jeweilige Schlitzanordnung 15 jeweils zwei seitliche Schlitzbegrenzungen 19 auf, die ebenfalls parallel in einem Abstand zueinander verlaufen. Die in dieser Schlitzanordnung vorgesehenen leitfähigen Querstege 17 sowie die zugehörigen Stegkanten 17a sind ebenfalls vorzugsweise parallel zueinander, sowie vorzugsweise parallel zu der jeweils zugehörigen Längs- und Querkante 13a, 13b und damit jeweils zu dem zugehörigen Randabschnitt 13c ausgerichtet, von der die betreffende Schlitzanordnung 15 ausgeht.
Bereits an dieser Stelle wird unter Bezungnahme auf das später noch erläuterte Beispiel gemäß Figur 8 angemerkt, dass anstelle der vorstehend genannten Längs- und Querkanten 13a und 13b allgemein von dem Rand 13 oder dem zugehörigen Randabschnitt 13c gesprochen wird, von dem die jeweilige Schlitzanordnung 15 in die Strahlerfläche 7 hinein verlaufend ausgebildet ist. Insoweit wird also teilweise anstelle von Längs- und Querseiten 13a und 13b auch vom Rand 13 oder Randabschnitt 13c gesprochen, da insbesondere unter Bezugnahme auf das später noch erörterte Beispiel gemäß Figur 8 gezeigt ist, dass auch Strahlerflächen zum Einsatz kommen können, die nicht eine n-polygonale Formgebung, insbesondere also nicht quadratisch sind, sondern beispielsweise auch kurvig und insbesondere kreisförmig gestaltet sind.
In dem Beispiel gemäß Figur 2 ist also für jede Schlitzanordnung 15 eine durch einen Quer- oder Abstimmsteg 17 geschlossene Schlitzausnehmung 115 vorgesehen. In diesem Beispiel wird die erste oder dem Rand 13 am nächsten liegende und durch einen Quersteg 17 geschlossene Schlitzausnehmung durch die Schlitzausnehmung 115a gebildet. Wie aus Figur 2 auch zu ersehen ist, verläuft der Quersteg 17 mit seiner der Zentralachse Z entfernt liegenden Randseite 17a nicht in Verlängerung des benachbarten Randabschnittes 13c, also der Längs- oder Querseite 13a bzw. 13b, sondern ist in Schlitzrichtung 15' von dem zugehörigen Rand 13 oder Randabschnitt 13c, also der zugehörigen Längs- oder Querseite 13a, 13b nach innen versetzt liegend angeordnet, so dass sich an die jeweilige geschlossene Schlitzausnehmung 115a zum zugehörigen Rand 13 hin eine offene Schlitzausnehmung 115' anschließt. In diesem Beispiel ist also die zu äußerst liegende Schlitzausnehmung 115' offen, ist also durch keinen in Höhe der jeweiligen Längs- und Querkanten 13a, 13b verlaufenden Quersteg 17 abgeschlossen. Wie allerdings nachfolgend auch beispielsweise anhand eines weiteren Beispiels unter Bezugnahme auf Figuren 4 oder 5 gezeigt ist, kann auf die offene Schlitzausnehmung 115' gemäß Figur 2 im Bereich des Randes 13 verzichtet werden, so dass dann die geschlossene Schlitzausnehmung 115a sich als erste Schlitzausnehmung an den zugehörigen Rand oder Randabschnitt 13c anschließt, bei welchem die außen liegende Kante 17a des Quersteges 17 beispielsweise in unmittelbarer Verlängerung des Randes 13 oder des Randabschnittes 13c, also in unmittelbarer Verlängerung der betreffenden Längs- oder Querkante 13a, 13b verläuft.
Die jeweilige Steglänge 21, die im gezeigten Ausführungsbeispiel auch der Schlitzbreite 21 entspricht, kann unterschiedlich gewählt werden, worauf später noch eingegangen wird. Auch die Stegbreite 23 kann in ihrer Dimensionierung variieren.
Das Gleiche gilt auch für die Länge 25 der jeweiligen Schlitzausnehmung 115, die unterschiedlich gewählt werden kann. Im gezeigten Beispiel ist die Ausnehmungslänge 25 für die außen liegende erste offene Schlitzausnehmung 115, 115' genauso lang wie für die nachfolgende weiter innen liegende Schlitzausnehmung 115, 115a, wobei, wie erwähnt, die betreffenden Schlitzausnehmungen 115', 115a jeder Schlitzanordnung 15 von der jeweiligen Längs- oder Querkante 13a, 13b ausgehend in Schlitzrichtung 15' hintereinander liegen.
Ferner ist im gezeigten Beispiel die jeweilige Schlitzausnehmung 15 auf jeder der vier Außenkanten 13a, 13b vorgesehen, und zwar bevorzugt mittig zur jeweiligen Längs- und Querkante 13a, 13b angeordnet.
Nachfolgend wird auf eine Abwandlung unter Bezugnahme auf Figur 2a und Figur 2b eingegangen.
In der Figur 2a ist eine Patchantenne mit vom Grundsatz her ähnlichem Aufbau, wie unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert wurde, gezeigt, allerdings lediglich mit zwei gegenüberliegenden Schlitzanordnungen 15 (und nicht mit insgesamt vier Schlitzanordnungen wie in Figur 2).
Ein weiterer Unterschied zu Figur 2 liegt darin, dass bei der Variante gemäß Figur 2a sich an dem unmittelbaren Rand 13, das heißt an der hier gezeigten, einen Längsseite 13a, eine erste geschlossene Schlitzausnehmung 115a und daran anschließend, über einen weiteren Schlitz 17 getrennt, eine nächste geschlossene Schlitzausnehmung 115b anschließt. Mit anderen Worten ist auch die dem Rand 13 am nächsten liegende Schlitzausnehmung 115a durch einen außenliegenden Schlitz 17 abgeschlossen, dessen außenliegende Schlitzkante 17a mit dem umlaufenden Rand 13 fluchtet, also Teil des umlaufenden Randes 13 der elektrisch leitfähigen Metallisierung 117 ist.
Zudem ist die jeweilige Schlitzlänge 25 unterschiedlich in den beiden aufeinanderfolgenden Schlitzausnehmungen 115a und 115b, wobei der äußere Schlitz 115a länger ist, im gezeigten Beispiel ungefähr zweimal so lang, wie die sich nach innen hin zur Zentralachse Z anschließende Schlitzausnehmung 115b.
Bei dem Beispiel gemäß Figur 2b ist wiederum an jeder der vier Längs- bzw. Querseiten eine Schlitzanordnung 15 vorgesehen, nämlich mit jeweils wiederum nur einer einzelnen Schlitzausnehmung 115a, deren Quer- oder Abstimmsteg 17 wiederum wie bei Figur 2a außenliegend vorgesehen ist, sodass die außenliegende Begrenzungskante 17a des Steges 17 mit dem Rand 13 der Patchfläche 7 fluchtet.
Anhand von Figur 3 ist gezeigt, dass beispielsweise an jeder der vier Außenkanten 13a, 13b zwei in Längsrichtung der betreffenden Längs- und Querkante 13a, 13b versetzt liegende Schlitzausnehmungen 15 vorgesehen sein können. Grundsätzlich können auf jeder Seite auch drei, vier oder maximal fünf Schlitzausnehmungen 15 vorgesehen sein, die jeweils von der zugehörigen Längs- und Querkante 13a, 13b aus verlaufen und vorzugsweise parallel zueinander angeordnet und dabei in Längsrichtung der jeweiligen Längs- und Querkante versetzt zueinander liegend ausgebildet sind (vorzugsweise in gleichen Abständen oder auch in unterschiedlichen Abständen zueinander).
In Abweichung zu dem Beispiel gemäß Figuren 2 und 3 lässt sich durch die Verwendung von mehreren Schlitzanordnungen pro Seite eine Abstimmung über einen größeren Frequenzbereich durchführen.
Anhand von Figur 4 ist gezeigt, dass die jeweilige Schlitzanordnung 15 eine Vielzahl von einzelnen geschlossenen Schlitzausnehmungen 115 umfassen kann. Bei der Variante gemäß Figur 4 sind von der jeweiligen Längs- und Querseite 13a, 13b ausgehend, sechs jeweils durch einen Quersteg 17 voneinander getrennte und dadurch geschlossene Schlitzausnehmungen 115 aufeinander folgend angeordnet. Mit anderen Worten sind die Schlitzausnehmungen 115 jeweils von der Strahlerfläche 7 umgeben, wobei die erwähnten Querstege 17 Leitungsbrücken darstellen, die die entsprechenden Abschnitte der Strahlerfläche 7 auf beiden Seiten der jeweiligen Schlitzanordnung 15 miteinander verbinden und gleichzeitig die einzelnen Schlitzausnehmungen 115 voneinander trennen, so dass dadurch die sogenannten geschlossenen Schlitzausnehmungen 115 gebildet sind. In diesem Beispiel sind also Schlitzausnehmungen 115a, 115b, 115c, 115d, 115e und 115f vorgesehen. Die Stegbreite 21 und die Ausnehmungslänge 25 ist in diesem Ausführungsbeispiel stets gleich, so dass alle Schlitzausnehmungen 115 gleiche Größe und Formgebung aufweisen. Mit anderen Worten ergibt sich hierdurch eine äquidistante Anordnung der elektrisch-leitfähigen Quer- oder Abstimmstege 17.
Das Beispiel gemäß Figur 4 unterscheidet sich von denjenigen nach Figuren 2 und 3 auch dadurch, dass auch die zuäußerst liegende Schlitzausnehmung 115a durch einen außen in Höhe des jeweiligen Randes 13, d.h. des jeweiligen Randabschnittes 13c, also in Höhe der jeweiligen Längs- und Querkante 13a, 13b angeordneten Quer- oder Abstimmsteg 17 abgeschlossen ist, somit also der Rand 13 und damit der zugehörige Randabschnitt 13c, also die jeweilige Längs- und Querkante 13a, 13b durchgängig verläuft, wie aus Figur 4 zu ersehen ist. Eine zum zugehörigen Rand 13 hin offene Schlitzausnehmung 115' ist also in diesem Beispiel nicht vorgesehen.
Anhand von Figur 5 ist in Abweichung zu Figur 4 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem die einzelnen Schlitzausnehmungen 115 auch unterschiedliche Länge aufweisen können.
Bei der Variante gemäß Figur 5 verändert sich die Ausnehmungslänge 25 in Schlitzrichtung 15'. Dabei nimmt die Ausnehmungslänge 25 von der zuinnerst liegenden, geschlossenen Schlitzausnehmung 115, hier 115d, zu der zuäußerst liegenden Schlitzausnehmung 115a jeweils zu. Mit anderen Worten nehmen die Abstände der Quer- oder Abstimmstege 17 von innen nach außen mit quadratischem Abstand zueinander zu. Dadurch wird eine nicht-äquidistante Anordnung der einzelnen Abstimmstege 17 erzeugt. Auch bei dieser Variante ist keine zu äußerst liegende, offene Schlitzausnehmung 115' vorgesehen. Die vorstehend erwähnten Abstände der Quer- oder Abstimmstege 17, die von außen nach innen in einem quadratischen Abstand zueinander angeordnet sind, stellen allerdings nur einen bevorzugten Spezialfall dar. Grundsätzlich sind beliebige andere Abstände möglich, die auch nicht oder teilweise nicht äquidistant sind.
Bei der Variante gemäß Figur 6 ist gezeigt, dass eine nachfolgend noch erörterte Abstimmmöglichkeit bereits auch dann besteht, wenn lediglich zwei geschlossene Schlitzausnehmungen 115a und 115b mit jeweils zwei Quer- oder Abstimmstegen 17 vorgesehen sind, wie dies in Figur 6 angedeutet ist. Dabei liegt der elektrisch-leitfähige Quer- und Abstimmsteg 17 der zu äußerst angeordneten Schlitzausnehmung 115a in Höhe des umlaufenden Randes 13, d.h. seine Außenkante 17a liegt in unmittelbarer Verlängerung des die Strahlerfläche 7 begrenzenden Randes 13, also in unmittelbarer Verlängerung der betreffenden Längs- oder Querseite 13a, 13b und damit des zugehörigen Randabschnittes 13c, von welchem die Schlitzanordnung 15 ausgeht.
Abweichend von Figur 6 könnte aber auch beispielsweise auf die zweite Schlitzausnehmung 115b verzichtet werden, so dass jede Schlitzanordnung 15 nur eine geschlossene Schlitzausnehmung 115, d.h. 115a umfasst, die durch den außen liegenden, in Höhe des Randes 13 vorgesehenen Quer- und Abstimmsteg 17 geschlossen ist, wie z.B. in Figur 2a gezeigt.
Möglich ist aber auch, dass zum Rand 13 hin, also an der Längs- oder Querseite nicht nur zumindest eine geschlossene Schlitzausnehmung 115a vorgesehen ist, die durch den erwähnten elektrisch-leitfähigen Quer- oder Abstimmsteg 17 verschlossen ist, sondern dass sich zum Rand 13 hin noch eine nach außen hin offene Schlitzausnehmung 115' anschließt, wie dies grundsätzlich bei der Variante gemäß Figur 7 gezeigt ist. In diesem Beispiel ist also für jede Schlitzanordnung 15 jeweils nur eine geschlossene Schlitzausnehmung 115a mit einem zugehörigen elektrisch-leitfähigen Quer- und/oder Abstimmsteg 17 vorgesehen.
Nachfolgend wird noch auf Figur 8 Bezug genommen, in der in Abweichung zu den vorausgegangenen Beispielen eine Patch-Antenne in zentraler Draufsicht, d.h. zumindest eine Strahlerfläche 7 beispielsweise in Form einer metallisierten Fläche 117 gezeigt ist, die in Draufsicht aus einer Kreisform besteht.
In diesem Falle sind um 90° versetzt zueinander liegend um die Zentralachse Z herum jeweils die erwähnten Schlitzausnehmungen 115, hier 115a bis 115c vorgesehen, die bezüglich ihrer Schlitzlänge 25 bzw. in ihrer Schlitz- oder Stegbreite 21 so gebildet sein können, wie dies anhand der vorausgegangenen Beispiele erläutert wurde. Im gezeigten Beispiel ist also der randseitige elektrisch-leitfähige Quer- oder Abstimmsteg 17 in Höhe des Umfangsrandes 13 angeordnet, so dass seine außenliegende Begrenzungskante 17a teilkreisförmig mit einem Radius um den Mittelpunkt oder die Zentralachse Z der kreisförmig gestalteten Strahlerfläche 7 gestaltet ist, so dass sich ein insgesamt kreisförmiger Rand 13 ergibt. In Abweichung dazu könnte aber, wie beispielsweise auch anhand von Figur 7 gezeigt, die zu äußerst liegende, d.h. die dem Rand 13 nächstliegende erste geschlossene Schlitzausnehmung 115a so weit nach innen in die Strahlerfläche 7 versetzt liegen, dass sich an den zu äußerst liegenden elektrisch leitfähigen Quer- oder Abstimmsteg 17 noch eine nach außen hin in radialer Verlängerung offene Schlitzausnehmung 115' anschließen kann, wie dies in einer Abwandlung für die in Figur 8 rechts liegende Schlitzanordnung 15 gezeigt ist.
Ebenso könnten auch jeweils zwei oder mehr nebeneinander angeordnete Strahleranordnungen vorgesehen sein, also paarweise oder parallele Anordnungen mit mehreren nebeneinander liegenden Reihen von Strahlerausnehmungen 115, wie dies grundsätzlich anhand von Figur 3 für eine in Draufsicht eher quadratische Strahlerfläche 7 gezeigt ist.
Bei der Variante gemäß Figur 8 verlaufen dabei die gegebenenfalls mehrere Strahlerausnehmungen 115 umfassenden Schlitzanordnungen 15 von dem die Strahlerfläche 7 umgebenden bzw. begrenzenden Rand 13c bevorzugt in Radialrichtung, so dass die Verlängerung dieser Schlitzanordnungen 15 jeweils die Zentralachse Z der Strahlerfläche 7 schneiden würden. Wie aber auch anhand der weiteren Beispiele bereits erläutert wurde, kann die jeweilige Verlängerung der Schlitzanordnung 15 auch schiefwinkelig an der Zentralachse Z der Strahlerfläche 7 vorbei laufen, wobei dann die Schlitzanordnungen 15 nicht in Radialrichtung zur Zentralachse Z verlaufen würden und damit nicht senkrecht zu einer Tangente an dem zugehörigen Randabschnitt 13d enden würden, von dem die betreffende Schlitzanordnung 15 ausgeht (wobei in Figur 8 eine Tangente T für die zu unterst liegende Schlitzanordnung 15 eingezeichnet ist), sondern in einem von 90° abweichenden Winkel gegenüber dieser Tangente T.
Von daher wird auch bezüglich der vorausgehend erläuterten Beispiele allgemein von dem Rand 13 oder dem zugehörigen Randabschnitt 13c gesprochen, von dem die jeweilige Schlitzanordnung 15 ausgeht.
Soll eine derartige Patchantenne insbesondere als RFID-Antenne in kompakter Bauform realisiert sein, d.h. mit einem Substrat oder Dielektrikum 5 mit ε_r, beispielsweise einem ε_r > 10 und insbesondere > 15 oder vor allem > 20, > 25 oder > 30 oder sogar > 35, so hat sich gezeigt, dass bei der Herstellung des Substrates aufgrund von Variationen bei der Materialzusammenstellung des Substrates, d.h. insbesondere der Keramik-Ausgangsmasse, des Verpressdruckes und/oder der Sintertemperatur die Permittivitätszahl durchaus stark schwanken kann. Von daher muss jede einzelne Patchantenne getestet und im Rahmen einer Nachbearbeitung eine Frequenzabstimmung durchgeführt werden.
Dies kann nunmehr im Rahmen der Erfindung leicht dadurch vorgenommen werden, dass je nach Messergebnis von außen nach innen beginnend, jeweils ein elektrisch-leitfähiger Quer- oder Abstimmsteg 17 manuell oder mittels Werkzeug elektrisch getrennt, d.h. mehr oder weniger entfernt wird.
Ist die jeweils äußerste Schlitzausnehmung 115, wie in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 oder Beispiel nach Figur 6, durch einen zuäußerst liegenden Quer- oder Abstimmsteg geschlossen, so würde dadurch die erste Schlitzausnehmung 115a geöffnet werden, wodurch die Resonanzfrequenz leicht abgesenkt wird. Sollte dies noch nicht reichen, kann ein nächster nachfolgender leitfähiger Quer- oder Abstimmsteg durchtrennt werden, so dass beispielsweise bei der Variante nach Figuren 5 oder 6 ein weiter innenliegender nächster Quer- oder Abstimmsteg 17 durchtrennt wird, wodurch die freie Gesamtlänge der so gebildeten offenen Schlitzanordnung 115' in Schlitzrichtung 15' vergrößert und damit die Resonanzfrequenz der Patchantenne weiter abgesenkt wird.
Durch die Geometrie mit den erwähnten elektrisch leitfähigen Quer- oder Abstimmstegen 17 wird also somit ein problemloses manuelles oder maschinelles definiertes stufenweises Abstimmen möglich, da die Schlitzlängen durch die vorgegebenen Schlitzausnehmungen eindeutig und reproduzierbar vorgegeben sind, wodurch ein manuelles Einarbeiten von Schlitzen gegenüber dem Stand der Technik problemlos möglich ist und Fehlanpassungen (wie im Stand der Technik üblich und kaum zu verhindern) unterbleiben. Zudem ist selbst ein maschinelles Durchtrennen eines Steges leicht möglich, und zwar ebenfalls unter Erzeugung einer eindeutig definierten Schlitzlänge aufgrund der vorgegebenen einzelnen Schlitzausnehmungen.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Patchantenne sowie das erfindungsgemäße Abstimmverfahren der Patchantenne weist große Vorteile vor allem dann auf, wenn eine entsprechende Patchantenne in Anwendung für RFID-Systeme beispielsweise mit einer Betriebsfrequenz zwischen 800 MHz und 1000 MHz betrieben werden soll. Dabei ist das Verfahren für Dielektrika unterschiedlichster Materialzusammensetzung und unterschiedlichster Permittivitätszahlen geeignet, insbesondere für Patchantennen mit einem Substrat/Dielektrikum, welches beispielsweise eine Dielektrizitätskonstante für Keramik zwischen 20 bis 80, insbesondere 30 bis 50 oder beispielsweise 35 bis 40 aufweist, z.B. um 38.
Bei einem derartigen Aufbau ergibt sich ein Abstimmbereich durch die einzelnen Schlitzanordnungen bis über 30 MHz, insbesondere bis über 20 MHz und bis über 10 MHz und bis über 5 MHz, zumindest aber bis zu 5 MHz.
Die Breite 21 der einzelnen Schlitzausnehmungen (jeweils parallel zum zugehörigen Randabschnitt) kann beispielsweise zwischen 0,3% bis 27%, insbesondere zwischen 0,7% bis 15%, 1% bis 2,6% und insbesondere um 1,0% bis 2%, beispielsweise um 1,4% bezogen auf die Wellenlänge im Substrat, und zwar bezogen auf eine Betriebswellenlänge bzw. bevorzugt auf die mittlere Betriebswellenlänge im Substrat.
Die Schlitzlänge, d.h. die Ausnehmungslänge 25 für jede Schlitzausnehmung 15 (also die sogenannte Schlitz-Tiefe) kann zwischen 0,8% bis 25%, insbesondere zwischen 1,7% bis 10%, 2,6% bis 5% und insbesondere um 3,9% betragen, und zwar ebenfalls wieder bezogen auf eine Betriebswellenlänge bzw. bevorzugt auf die mittlere Betriebswellenlänge im Substrat.
Schließlich wird noch angemerkt, dass die Breite der Quer- oder Abstimmstege (17) zwischen 0,1% bis 18%, insbesondere zwischen 0,1% bis 5% und insbesondere zwischen 0,1% bis 1,8% bezogen auf eine Betriebswellenlänge und insbesondere die mittlere Betriebswellenlänge im Substrat 5 bevorzugt betragen können.
Anhand der beschriebenen Ausführungsbeispiele ist ebenfalls gezeigt, dass die Länge, das heißt die Gesamtlänge einer Schlitzanordnung 15, beginnend von dem Rand 13 mit einer ersten offenen Schlitzausnehmung 115' oder ohne einer derartigen offenen Schlitzausnehmung 115' unterschiedlich sein kann. Die Maximallänge der gesamten jeweiligen Schlitzanordnung 15 kann zwischen 0,8% und 25%, insbesondere zwischen 1,7% bis 10%, 2,6% bis 5% und insbesondere um ca. 3,9% bezogen auf eine Betriebswellenlänge und bevorzugt auf die mittlere Betriebswellenlänge im Substrat (5) liegen.
Wie bereits erwähnt, sind die einzelnen Schlitzanordnungen 15 bevorzugt jeweils mittig bezüglich des zugehörigen Randabschnittes der Patchfläche bzw. der zugehörigen Metallisierung, also der Strahlerfläche 7 angeordnet. Diese Schlitzanordnungen 15 können aber auch von ihrer mittigen Lage abweichen, vorzugsweise bis zu 5%, 10%, 15%, 20%, oder vorzugsweise bis zu 25%, 30%, 35% oder maximal bis zu 40%. Mit anderen Worten können die einzelnen Schlitzausnehmungen in einem Bereich maximal von 10% bis 90% der Gesamtlänge der Längs- und Querseite 13a, 13b angeordnet sein. Bezüglich der kreisförmigen Ausführung des Patches gemäß Figur 8 heißt dies, dass bezogen auf eine jeweils um 90° versetzt liegende regelmäßige Anordnung der Schlitzausnehmungen (wie in Figur 8 gezeigt ist) eine Abweichung davon bis maximal ± 40% bezogen auf einen Viertelkreis-Umfang vorgenommen werden kann und darf.
An den verschiedenen Ausführungsbeispielen ist erläutert worden, dass die Zahl der Schlitzanordnungen 15 insgesamt variieren kann. In den meisten Ausführungsbeispielen sind jeweils vier um 90° versetzt liegende Schlitzausnehmungen gezeigt. Anhand des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2a ist gezeigt, dass beispielsweise auch nur zwei Schlitzausnehmungen vorgesehen sein können, in diesem Ausführungsbeispiel gegenüberliegend angeordnet. Anhand von Figur 3 ist gezeigt, dass deutlich mehrere Schlitzausnehmungen vorgesehen sein können. Grundsätzlich werden die erfindungsgemäßen Vorteile aber auch dann realisiert, wenn zumindest eine Schlitzausnehmung 15 an einer einzigen Stelle bezogen auf den gesamten umlaufenden Rand 13 vorgesehen ist.
In all den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Schlitzausnehmungen 115 und die die Schlitzausnehmungen 115 seitlich begrenzenden Schlitzbegrenzungen 19 parallel zueinander und jeweils senkrecht zur angrenzenden Längs- und Querkante ausgerichtet. Aber auch hier sind Winkelabweichungen von bis zu 20% möglich. Winkelabweichungen von bis zu 20% sind auch bezüglich der Quer- oder Abstimmstege 17 möglich, die nicht zwingend parallel zur angrenzenden Längs- und Querkante verlaufen müssen.

Claims

Patchantenne, insbesondere RFID-Patchantenne mit folgenden Merkmalen:
- mit einem Substrat (5) mit einer Oberseite (5a) und einer Unterseite (5b),

- mit einer auf der Oberseite (5a) des Substrats (5) vorgesehenen elektrisch-leitfähigen Strahlerfläche (7),

- mit zumindest einer, zwei oder mehreren Speiseeinrichtungen (109), zur Speisung der Strahlerfläche (7), und

- an zumindest einem in Umfangsrichtung liegenden Randabschnitt (13c) oder an zumindest zwei oder an vier in Umfangsrichtung versetzt liegenden Randabschnitten (13c) der Strahlerfläche (7) ist mindestens eine vom betreffenden Randabschnitt (13c) ausgehende Schlitzanordnung (15) vorgesehen, die über einen dem zugehörigen Randabschnitt (13c) zugewandt liegenden Steg verschlossen ist,

- die Schlitzanordnung (15) weist in vom zugehörigen Randabschnitt (13c) wegweisender Schlitzrichtung (15') zumindest drei geschlossene Schlitzausnehmungen (115; 115a, 115b, ..., 115f) auf, und

- jeweils zwei benachbarte geschlossene Schlitzausnehmungen (115; 115a, 115b, ..., 115f) der zumindest drei Schlitzausnehmungen (115; 115a, 115b, ..., 115f) sind jeweils über einen trenn- oder entfernbaren Quer- oder Abstimmsteg (17) voneinander getrennt,
gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale:
- der dem Randabschnitt (13c) zugewandt liegende Steg besteht aus einem trenn- oder entfernbaren Quer- oder Abstimmsteg (17),

- die zumindest drei Schlitzausnehmungen (115; 115a, 115b, ..., 115f) sind unterschiedlich groß, und

- die unterschiedlich großen Schlitzausnehmungen (115; 115a, 115b, ..., 115f) weisen eine Ausnehmungslänge (25) auf, die von der zuinnerst liegenden geschlossenen Schlitzausnehmung (115f, 115d, ...) zu der zuäußerst liegenden Schlitzausnehmung (115a) zunimmt.
Patchantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungslänge (25) der Schlitzausnehmungen (115f, 115d, ..., 115a) von innen nach außen zum Rand (13) der Strahlerfläche (7) oder zum zugehörigen Randabschnitt (13c) hin quadratisch zunimmt.
Patchantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zumindest einen geschlossenen Schlitzausnehmung (115; 115a, 115b, ..., 115f) und/oder der dem zugehörigen Randabschnitt (13c) am nächsten liegenden geschlossenen Schlitzausnehmung (115; 115a) und dem zugehörigen Randabschnitt (13c) eine offene Schlitzausnehmung (115') vorgesehen ist, die zum zugehörigen Randabschnitt (13c) offen ist.
Patchantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine geschlossene Schlitzausnehmung (115; 115a) und/oder die dem zugehörigen Randabschnitt (13) am nächsten liegende geschlossene Schlitzausnehmung (115; 115a) durch einen elektrisch-leitfähigen Quer- oder Abstimmsteg (17) geschlossen ist, dessen nach außen weisende Stegkante (17a) in unmittelbarer Verlängerung des benachbarten Randes (13) oder Randabschnittes (13c) der Strahlerfläche (7) angeordnet ist.
Patchantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von geschlossenen Schlitzausnehmungen (115; 115a, 115b, ..., 115f) vorgesehen sind, die in der jeweiligen Schlitzrichtung (15') hintereinander angeordnet sind, wobei jeweils zwei benachbarte geschlossene Schlitzausnehmungen (15; 15a, 15b, ..., 15f) durch einen elektrisch-leitfähigen Quer- oder Abstimmsteg (17) getrennt sind.
Patchantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest zwei Randabschnitten (13c) eine Schlitzanordnung (15) vorgesehen ist, vorzugsweise an um 90° versetzt zueinander liegenden Randabschnitten (13c), und dass insbesondere bei einer quadratischen oder rechteckförmigen Strahlerfläche (7) an zumindest zwei gegenüberliegenden Längs- oder Querseiten (13a, 13b) und vorzugsweise an allen Längs- oder Querseiten (13a, 13b) eine Schlitzanordung (15) vorgesehen ist.
Patchantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass von zwei Längs- oder Querseiten (13a, 13b) oder von zwei Randabschnitten (13c) und vorzugsweise von allen Längs- oder Querseiten (13a, 13b) oder von mehreren Randabschnitten (13c) ausgehend zumindest zwei, drei, vier oder maximal fünf Schlitzanordnungen (15) vorgesehen sind, die jeweils in Erstreckungsrichtung des zugehörigen Randabschnittes (13c) versetzt zueinander angeordnet sind.
Patchantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Schlitzausnehmung (15) und/oder die seitliche Schlitzbegrenzung (19) senkrecht zur der angrenzenden Längs- oder Querseite (13a, 13b) oder senkrecht zu dem angrenzenden Randabschnitt (13c), von dem die Schlitzausnehmung (15) ausgeht, ausgerichtet ist und nicht mehr als 20° davon abweicht.
Patchantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch-leitfähigen Quer- oder Abstimmstege (17) parallel zu den Längs- oder Querseiten (13a, 13b) oder parallel zu dem angrenzenden Randabschnitt (13c) der Strahlerfläche (7) ausgerichtet sind, von der die betreffende Schlitzausnehmung (15) ausgeht, oder nicht mehr als 20° davon abweichen.
Patchantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzbreite (21) und damit die Steglänge (21) einer Schlitzanordnung (15) oder einer einzelnen Schlitzausnehmung (115; 115a, 115b, ...) zwischen 0,3% bis 27%,insbesondere zwischen 0,7% bis 15% und insbesondere zwischen 1% bis 2,6%, beispielsweise um 1,4% bezogen auf die Betriebswellenlänge und insbesondere eine mittlere Betriebswellenlänge im Substrat (5) beträgt.
Patchantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe oder Länge einer Schlitzausnehmung (115; 115a, 115b, ...) in Schlitzrichtung (15') zwischen 0,8% bis 25%, insbesondere zwischen 1,7% und 10% und vorzugsweise zwischen 2,6% und 5% bezogen auf eine Betriebswellenlänge und insbesondere eine mittlere Betriebswellenlänge im Substrat (5) liegt.
Patchantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des zumindest einen Quer- oder Abstimmstegs (17) in Schlitzrichtung (15') zwischen 0,1% bis 18%, insbesondere zwischen 0,1% bis 5% und vorzugsweise zwischen 0,1% bis 1,8% bezogen auf eine Betriebswellenlänge und insbesondere eine mittlere Betriebswellenlänge im Substrat (5) beträgt.
Patchantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Ausnehmungslänge einer Schlitzausnehmung (15) ≤ 25%, insbesondere ≤ 15% oder ≤10% bezogen auf eine Betriebswellenlänge und insbesondere eine mittlere Betriebswellenlänge im Substrat (5) beträgt.
Patchantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Schlitzanordnungen (15) zu der zugehörigen Längs- oder Querseite (13a, 13b) mittig ausgehend angeordnet sind oder vorzugsweise weniger als 5%, insbesondere weniger als 10%, 15%, 20%, 25% und maximal weniger 40% bezogen auf die Kantenlänge des zugehörigen Randabschnitts (13c) versetzt liegend angeordnet sind.
Abstimmverfahren zur nachträglichen Frequenzabstimmung einer Patchantenne gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich einer oder mehrerer Schlitzausnehmungen (15) zumindest ein dem zugehörigen Randabschnitt (13c) nächstliegender Quer- oder Abstimmsteg (17) durchtrennt und/oder entfernt wird.
Abstimmverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich einer Schlitzausnehmung (15) zumindest zwei oder mehrere Quer- oder Abstimmstege (17) durchtrennt und/oder entfernt werden, und zwar die jeweils dem zugehörigen Randabschnitt (13c) nächstliegenden Quer- oder Abstimmstege (17).
Abstimmverfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchtrennen und/oder Entfernen der Quer- oder Abstimmstege (17) manuell und/oder maschinell durchgeführt wird.
Abstimmverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerfläche vier Längs- oder Querseiten (13a, 13b) umfasst, und dass das Durchtrennen und/oder Entfernen der Quer- oder Abstimmstege (17) symmetrisch an allen zwei oder vier Längs- oder Querseiten (13a, 13b) oder an den zugehörigen Randabschnitten (13c) der Strahlerfläche (7) erfolgt.
Abstimmverfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerfläche vier Längs- oder Querseiten (13a, 13b) umfasst, und dass das Durchtrennen und/oder Entfernen der Quer- oder Abstimmstege (17) unsymmetrisch an allen zwei oder vier Längs- oder Querseiten (13a, 13b) oder an den zugehörigen Randabschnitten (13c) der Strahlerfläche (7) erfolgt.