EP3067982A1 - Patch antenna for portable electronic wireless devices - Google Patents

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EP3067982A1
EP3067982A1 EP15000749.0A EP15000749A EP3067982A1 EP 3067982 A1 EP3067982 A1 EP 3067982A1 EP 15000749 A EP15000749 A EP 15000749A EP 3067982 A1 EP3067982 A1 EP 3067982A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
metal surface
patch antenna
circuit board
patch
substrate layer
Prior art date
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EP15000749.0A
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German (de)
French (fr)
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EP3067982B1 (en
Inventor
Matthias Lungwitz
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Gigaset Communications GmbH
Original Assignee
Gigaset Communications GmbH
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Publication date
Application filed by Gigaset Communications GmbH filed Critical Gigaset Communications GmbH
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    • 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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/273—Adaptation for carrying or wearing by persons or animals

Definitions

  • the present invention relates to the field of antenna technology. It relates to a patch antenna according to the preamble of claim 1 and a correspondingly designed, portable electronic radio device with such a patch antenna.
  • Antennas referred to as patch antennas typically include a ground plane, a dielectric substrate disposed thereon, and one or more radiating elements disposed thereon, often referred to as "patches" in English.
  • radiating elements such as rectangular or elliptical, but many other geometrical shapes are considered in the literature.
  • patch antennas are thus planar antenna devices and as such suitable for application to a wide variety of objects.
  • patch antennas are often used interconnected to antenna groups, wherein the distance of the individual patch antennas within the group is given by the desired antenna characteristics and is generally smaller than a wavelength in free space.
  • a patch antenna consists, for example, of a metallized circuit board on both sides, in which the metallization of the underside forms a ground plane, while the metallization of the upper side is formed in its geometric dimensions as a patch surface and forms a planar antenna.
  • printed circuit boards for supplying electronic components with a supply voltage on one side of a carrier layer of electrically insulating material have a layer of electrical conductive material and on the other side a wiring layer, wherein a multi-layer printed circuit board may have a plurality of such layers.
  • connection points for surface-mountable components.
  • Lines for electrical connection of the connection points run within the wiring layer.
  • lines of a first wiring layer are first produced in a so-called core, a laminate of glass-fiber-reinforced epoxy resin with double-sided copper lamination, by etching away excess copper surfaces on one side. Thereafter, an insulating, photosensitive resin layer is applied, in which recesses are produced at certain points by illumination. On top of this, another copper layer is applied, in which the leads of a second wiring layer are again formed by etching.
  • Lines of the first and the second wiring layer are connected in this way by so-called converters. If necessary, further wiring layers, which are substantially electrically separated from one another by insulating layers, can be applied in the same way.
  • the supply voltage required for electronic components is supplied from the layer of electrically conductive material, which is located on the other side of the insulating substrate, through vias, so the circuit board penetrating holes with a conductive coated inner surface, pads on the surface of the wiring layer.
  • Another form of the known patch antenna is formed on a multi-layer board as a copper layer on one side and with a corresponding ground plane on the other side, wherein the structure of the multilayer board not must be limited to these locations.
  • a signal conductor and a ground conductor are formed, for example, by means of suitable plated-through holes or contacted by printed conductors.
  • the conductor tracks are typically guided in the form of a via contact through the layer (s).
  • a patch arranged above a conductive base area is used as the radiator.
  • Via Very Interconnection Access
  • the term Via is understood to mean a via which is arranged between the interconnect levels of a multilayer printed circuit board.
  • the connection is usually made with an internally metallized hole in the substrate of the circuit board or board.
  • individual pads can also be equipped purely mechanically by means of via rivets or pins.
  • Such plated-through holes are produced by germinating the hole in the carrier material, that is to say with a catalyst, then catalytically metallizing and then optionally electrolytically reinforcing it.
  • the via hole may simultaneously serve as a land for leaded electronic components or be attached only for the purpose of electrical contact.
  • One of the disadvantages of the known patch antennas is that the antenna and its ground plane rest directly on a surface of the printed circuit board and thus close to the electronic components of the portable radio device, this proximity necessitating a special arrangement of the components and a relatively complicated shielding in order to reduce or even avoid mutual interference between the antenna and the electronic components, in particular a display device and the electronic radio device. In small-sized portable radio devices using patch antennas, this is particularly difficult. This shielding makes the operations of joining the various elements and components of this portable electronic radio device.
  • a further disadvantage of the known patch antennas lies in the fact that the outer sheath of the portable electronic radio device must necessarily be made of a material which does not disturb the function of the antenna, in particular of a non-metallic material.
  • the aesthetics of the portable electronic radio device is thus dependent on a limited selection of materials that can be used to make the casing of the portable electronic radio device.
  • a mounting opening e.g. for the use of such a radio device as a key fob, aggravating the problem, on the one hand small dimensions to reach, and on the other hand to make the portable electronic radio device as a nondescript keychain.
  • the mounting hole is located outside of the rectangular design and thus outside the antenna and outside the electronic components, or the key fob has a much larger outer dimension than the circuit board.
  • Fasteners such as e.g. Metal rings, screws, nails, rivets, hoes or key rings, which are commonly used for attachment, often have a large diameter and require a correspondingly large opening in the trailer.
  • the invention is thus based on the object of specifying a patch antenna, in particular for a portable electronic radio device, in particular in battery-operated signal transmitters, and a portable electronic radio device with such a patch antenna, wherein the patch antenna has small dimensions offers good flexibility for the design of the electronic radio device and its design makes the use of metallic materials for the execution of the outer sheath of the portable electronic radio device possible.
  • the invention thus provides a patch antenna comprising a first metal surface, a second metal surface, wherein the first and second metal surfaces are arranged parallel to each other, a first substrate layer disposed between the first metal surface and the second metal surface for electrically insulating the first metal surface from the second metal surface, and a via via electrically connected to the first metal surface for signal supplying the first metal surface extending through the substrate layer and the second metal surface, wherein in one of the corner regions of the patch antenna at least through the first metal surface, the substrate layer and the second metal surface through a through hole arranged is.
  • the arrangement of the passage opening in one of the corner regions of the patch antenna practically does not affect the field distribution on the patch antenna.
  • the properties of the orthogonal polarization for example, when using two signal supplies, are not affected.
  • the formation of an interruption in the form of the passage opening on the patch antenna can thus take place in order to provide a compact antenna.
  • the wave polarization is in principle linear.
  • a circular polarization can be generated because the asymmetry, for example in the form of the passage opening, can lead to slightly shifted resonant frequencies. This can be influenced by the exact arrangement of the through hole as well as your dimensions.
  • a circular polarization can be achieved with only one via via for signal supply.
  • circular polarization of the radiated field is often advantageous because the alignment of transmitter and receiver relative to each other is not previously known and may even vary during transmission.
  • a further advantage of the present invention is that a robust mechanical hold of the antenna is ensured, for example, on a housing.
  • their electrical connection to the active circuitry of the portable electronic radio device is simplified and the structure of the portable electronic radio device as a key fob in a simple manner, without projecting beyond the limits of the patch antenna used.
  • the radiating element may be round or square or each assume any geometrical shape adapted to this technique.
  • the first metal surface is substantially congruent with the second metal surface and the first substrate layer arranged therebetween.
  • the substrate layer and the first and second metal surfaces are arranged flush with each other at the edges, forming a right-angled end edge of the patch antenna.
  • the passage opening has a suitable geometric cross-sectional shape including a square shape, a rectangular shape, a circular shape, an elliptical shape, a triangular shape, a diamond shape or their variants.
  • the geometric shape may in particular follow a curved, oblique or organically free line shape.
  • the passage opening through the first metal surface, the first substrate layer and the second metal surface has an insulating layer on its inner wall.
  • the opening in one of the corner regions of the patch antenna is e.g. electrically insulated by an inserted plastic sleeve to perform a metallic ring, without causing a short circuit of the first metal surface with the second metal surface.
  • the insulation layer preferably extends over all layers of the patch antenna.
  • the patch antenna is designed as part of a multilayer printed circuit board.
  • the multilayer printed circuit board allows easy manufacture of the patch antenna, wherein, for example, a first metal layer of the multilayer printed circuit board forming the first metal surface, a second metal layer of the multilayer printed circuit board forming the second metal surface, and a first substrate layer for electrical isolation between the first metal surface and the second metal surface.
  • Wiring layer can also be formed on the multilayer printed circuit board, which is formed, in particular, by a rear side of the patch antenna, ie the back side is opposite to the first metal surface.
  • an electronics and power supply for the patch antenna can be accommodated on the wiring layer. This enables easy provision of a portable radio device with the patch antenna.
  • the arrangement on the multilayer printed circuit board also offers the advantage that the electronic components do not adversely affect the antenna properties.
  • the populated multi-layer printed circuit board can now be locked in place in a metal trough with the aid of a peripheral insulation.
  • the peripheral edge of the multilayer printed circuit board is preferably covered with insulating material, such as plastic, since a field builds up circumferentially in the edge zones, the so-called "fringe" field.
  • the first metal layer may terminate with the second metal layer at the edge as long as the spacing of the layers is very small.
  • the first metal surface and the second metal surface of a highly electrically conductive material in particular copper, aluminum, silver, brass or an alloy with at least one of these materials and that the first metal surface and the second Metal surface have a material thickness which is substantially greater than the penetration depth of the skin effect at a designated operating frequency.
  • a highly electrically conductive material in particular copper, aluminum, silver, brass or an alloy with at least one of these materials and that the first metal surface and the second Metal surface have a material thickness which is substantially greater than the penetration depth of the skin effect at a designated operating frequency.
  • Dielectric losses can be reduced by using low loss factor insulating materials.
  • a reduction of the skin effect losses is possible by an enlargement of the conductor cross-section.
  • separating layers of layers of conductive material can be inserted into the multilayer printed circuit board for the reduction of the skin effect losses.
  • the separating layers may preferably be designed such that they consist of alternating layers of conductive material.
  • a trailer is provided with a patch antenna above, wherein the trailer has an upper housing part, a lower housing part, a plastic strip arranged therebetween and a passage opening for receiving fastening means.
  • the housing comprises two parts and is shaped so that the patch antenna can be inserted and locked in its interior, wherein the housing parts with a strip of plastic which is arranged circumferentially around the edge of the patch antenna, are not separated by the radiating peripheral fringe field to disturb or shield.
  • the housing upper and lower part consists e.g. from a cast in one piece metal part, wherein for receiving the power supply, a lid may be provided. The lid may also be cast in one piece, including its fixing lips.
  • the basic idea of the radio device is thus to propose a patch antenna which has a passage opening, wherein the passage opening does not require metallization and, because of its position on the outer edge, can accommodate a trailer ring with a significantly larger space requirement.
  • the arrangement of the passage opening in one of the corner regions of the patch antenna practically does not affect the field distribution on the patch antenna. As a result, the properties of the orthogonal polarization are not affected.
  • the formation of an interruption in the form of the passage opening on the patch antenna can thus take place in order to provide a compact antenna.
  • Another advantage of the present invention is that a simple electrical connection of the patch antenna with the active circuitry is made possible, so that the structure of the portable electronic radio device can be done as a key fob in a simple manner.
  • the size of the trailer can be substantially limited to the size of the patch antenna, since the through-hole, without noticeably beyond the limits of the patch antenna used protrude.
  • the radiator element can be round or square or adopt any geometric shape adapted to this technique.
  • the joining and the connection of the patch antenna and the trailer or the radio device are facilitated with this patch antenna. It is not necessary to equip the portable electronic radio device with a pair of different conductors, such as a coaxial excitation conductor, to allow the antenna to be driven since the ground conductor is advantageously integrally formed with the ground plane of the antenna. Therefore, the RF signal can be fed via a microstrip or triplate line from the transceiver to the via hole of the patch antenna. Furthermore, the arrangement of the antenna is such that the various electronic and electrical components of the portable electronic radio device are behind the ground plane of the antenna, which is an advantage in terms of reducing the interference with the antenna.
  • the active circuit arrangement is electrically connected to the first metal surface via the via via of the patch antenna.
  • a further embodiment of the patch antenna may consist of a patch surface placed on a final prepreg layer of the printed circuit board and consisting of a metal part, e.g. Stamped part is formed of aluminum, stainless steel, silver or gold, which at the same time forms one of the housing sides completely, wherein the RF contact for the antenna is formed by a rivet (feed point) to the RF circuit.
  • the ground plane is formed by a copper layer provided below a final prepreg layer and contacted with the antenna ground of the circuit.
  • the power supply of the portable electronic radio device is effected by a suitable energy storage, for example in the form a lithium battery.
  • a suitable energy storage for example in the form a lithium battery.
  • the battery receptacle for the battery cell is formed in the circuit board in a substrate layer.
  • the battery receptacle for the battery cell may be arranged at the wiring level.
  • the circuit board extends within the housing parallel to the end face of the lithium battery cell, which is thereby completely integrated into the housing. Some of the circuit board levels are located between the patch antenna and battery cell and can thus be adapted to the contact with the battery cell on the circuit board surface (back).
  • the circuit board forms the bottom of the battery compartment with respect to the battery cell.
  • the circuit board also contains the associated electronic components as a carrier or motherboard.
  • the printed circuit board is arranged in the base housing with a first surface (eg bottom side) facing the front side of the button cell battery and with a second surface (top side) facing the radiation element ,
  • the circuit board extends within the base housing parallel to the end face of the button cell battery and is thereby completely integrated into the base housing.
  • the circuit board is located between the beam element and the battery and can thus be adapted to the contact with the battery or with the beam element on the two circuit board surfaces (bottom and top).
  • the circuit board forms the bottom of the battery compartment with respect to the battery; With respect to the beam element, the printed circuit board forms the carrier or motherboard.
  • the patch antenna for broadcasting of radio frequencies, in particular in the frequency range of DECT or Bluetooth technology.
  • the proposed embodiment covers a wide frequency range, e.g. Frequencies in the range 2400 to 2486 MHz and is particularly suitable for use in the radio network with DECT or Bluetooth technology.
  • the use of the patch antenna is provided as a trailer.
  • the use of the patch antenna as a trailer allows good flexibility in the design of the electronic radio device, allowing the use of metallic materials to carry out the outer sheath of the portable electronic radio without significantly exceeding the limits of the patch antenna used.
  • a radio tag with a radio device and a fastening means for attachment to a keychain is provided, wherein the fastening means is preferably designed as a support ring and is guided through the through hole.
  • the key ring can be inserted through the through-hole in the radio tag with a radio device without affecting the antenna characteristics.
  • the electronics and power supply are also on the back of the patch antenna and the RF contact for the antenna is through via via to the RF circuit, thus ensuring reproducible RF contact.
  • FIG. 1 shows an antenna designed as a patch antenna according to the prior art.
  • an electromagnetic radiation takes place via a radiation surface in the form of a patch surface.
  • the patch antenna comprises a rectangular patch surface 101, which is designed as a metal surface and whose edge is indicated by dotted lines.
  • the patch area 101 is connected on the underside to a coaxial feed line 102 which runs perpendicular to the patch area 101 and projects through a via opening 103 within the dielectric substrate layer 104 as far as the antenna contact of the patch area 105.
  • the feed line is not perpendicular to the patch surface, but obliquely to this.
  • Below the dielectric substrate layer 104 is an electrically conductive ground plane 106.
  • the invention is based on FIGS. 2 to 8 explained.
  • Fig. 2 1 shows a first embodiment of a patch antenna according to the invention with a multilayer printed circuit board 201.
  • the multilayer printed circuit board 201 has in this order a first metal surface 205, a second metal surface 204, and a third metal surface 206 as a wiring layer 206, wherein between the first and the second metal surface 205, 204 a first substrate layer 202 and between the second metal surface 204 and the wiring layer 206, a second substrate layer 207 is arranged.
  • On the wiring layer 206 associated electronic components 210 and a battery cell 211 are arranged, wherein for the battery cell 211 a battery compartment as Recording can be arranged, which is not shown on the drawings.
  • a wiring layer 206 of a multilayer printed circuit board 201 In the surface of the wiring layer 206, areal connections for surface-mountable components 210 are formed in this embodiment. Lines for the electrical connection of the connection points extend as a further layer within the wiring layer 206.
  • a wiring layer 206 of a multilayer printed circuit board 201 first of all, in a so-called core, a laminate of glass-fiber-reinforced epoxy resin with double-sided copper lamination, by etching away excess copper surfaces on one side Wiring layer generated. Thereafter, an insulating, photosensitive resin layer is applied, in which recesses are produced at certain points by illumination. On top of this, another copper layer is applied, in which the leads of a second wiring layer are again formed by etching.
  • Lines of the first and the second wiring layer are connected in this way by so-called converters.
  • further wiring layers which are essentially separated from one another by insulating layers, can be applied in the same way.
  • the supply voltage required for electronic components 210 is supplied from the layer of electrically conductive material, which is located on the other side of the insulating substrate, through vias, so the circuit board penetrating holes with a conductive coated inner surface, pads on the surface of the wiring layer.
  • a via via 208 connected to the first metal surface 205 and a feed line 208a electrically connected to the first metal surface 205 by an antenna contact 209 for signal supply.
  • a through-opening 203 is arranged in one of the corner regions 212 of the patch antenna, wherein the through-opening 203 passes through the first metal surface 205, the first substrate layer 202, the second metal surface 204, the second substrate layer 207 and the third metal surface 206.
  • the structure of the patch antenna has a plurality of layers 202, 204, 205, 206, 207 arranged one above the other.
  • the lowermost layer is the electrically conductive wiring layer 206 on which the second dielectric substrate layer 207 is located.
  • the wiring of the components may require additional wiring levels, each of which may be on another dielectric substrate layer, as described above.
  • the wiring layer 206 associated electronic components 210 are disposed. In this situation, a battery cell 211 and a battery compartment are housed.
  • the material for the first metal surface 205 As the material for the first metal surface 205, highly conductive material such as copper is used. Above the first metal surface 205, i. the patch surface, may additionally be arranged a film for electrical insulation, which is not shown on the drawings.
  • the through-opening 203 is located in the corner region 212 of the multilayer printed circuit board 201, wherein the through-opening 203 extends from the upper side of the multilayer printed circuit board 201 through the plurality of layers arranged one above the other to the underside of the multilayer printed circuit board 201.
  • the passage opening 203 has an insulation layer, not separately shown in the figures, on its inner wall.
  • a via between the first metal surface 205 and the third metal surface 206 is made.
  • a small opening is initially produced by drilling, punching or lasering.
  • the via hole 208 is filled or lined with a conductive substance so as to establish a galvanically conductive connection between the antenna contact 209 for signal supply of the first metal surface 205.
  • Via Very Interconnection Access
  • the term Via is understood to mean a via which is arranged between the interconnect levels of a multilayer printed circuit board 201.
  • the connection is usually made with an internally metallized hole in the substrate of the circuit board or board.
  • individual pads can be fitted purely mechanically by means of plated-through rivets or pins.
  • Such plated-through holes are produced by germinating the hole in the carrier material, that is to say with a catalyst, then catalytically metallizing and then optionally electrolytically reinforcing it.
  • the via hole may simultaneously serve as a land for leaded electronic components or be attached only for the purpose of electrical contact.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a patch antenna according to the invention with a multi-layer circuit board 201 gem.
  • Fig. 2 and with a strip of plastic 301 which is arranged circumferentially around the edge of the multilayer printed circuit board, the plastic strip 301 does not interfere with the radiating fringe surrounding field.
  • FIG. 4 shows the housing bases 401 and housing tops 402 according to a first or second embodiment of the present invention in a three-dimensional view, wherein a respective recess on the housing lower part 401a and a recess on the housing upper part 402a is visible.
  • FIG. 5 shows a radio device according to the invention with the arrangement of the housing upper parts 402, the patch antenna according to the invention with a multi-layer circuit board 201 gem.
  • Fig. 2 a strip of plastic 301 which is arranged circumferentially around the edge of the multilayer printed circuit board 201 and the housing lower parts 401 in a further embodiment.
  • the exploded view includes in the overview housing upper part 401, plastic strip 301, multi-layer printed circuit board 201, battery cell 211 and housing lower part 401st
  • FIG. 6 shows a fastener 601 (support ring) for attachment to another object.
  • the support ring 601 is designed and used for attachment to the previously described patch antenna or the radio device.
  • a subsequent attachment to another object can take place.
  • a radio tag is formed together with the radio device.
  • FIG. 7 1 shows an embodiment of the assembled components including the patch antenna according to the invention, wherein a multi-layer circuit board 201 with the through-hole 203 including the wiring layer 206, the battery compartment 702, the active circuitry 703 and the battery cell 704 is depicted.
  • FIG. 8 shows a plan view of a designed as a radio device 702a (trailer) form. Shown is the radio device with the intended housing opening 701a, wherein the housing opening is arranged corresponding to the passage opening of the multilayer printed circuit board 201 and between the openings of the housing parts, an electrically insulating plastic sleeve is inserted.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Patchantenne umfassend eine erste Metallfläche (205), eine zweite Metallfläche (204), wobei die erste und zweite Metallfläche (205, 204) parallel zueinander angeordnet sind, eine zwischen der ersten Metallfläche (205) und der zweiten Metallfläche (204) angeordnete erste Substratschicht (202) zur elektrischen Isolierung der ersten Metallfläche (205) gegenüber der zweiten Metallfläche (204), und eine mit der ersten Metallfläche (205) elektrisch verbundenen Via-Durchkontaktierung (208) zur Signalversorgung der ersten Metallfläche (205) , die sich durch die Substratschicht (207) und die zweite Metallfläche (204) erstreckt, wobei in einem der Eckbereiche (212) der Patchantenne zumindest durch die erste Metallfläche (205), die Substratschicht (207) und die zweite Metallfläche (204) hindurch eine Durchgangsöffnung (203) angeordnet ist.The invention relates to a patch antenna comprising a first metal surface (205), a second metal surface (204), wherein the first and second metal surfaces (205, 204) are arranged parallel to each other, one between the first metal surface (205) and the second metal surface (204 ) first substrate layer (202) for electrically insulating the first metal surface (205) from the second metal surface (204), and a via via (208) electrically connected to the first metal surface (205) for signal supply of the first metal surface (205); which extends through the substrate layer (207) and the second metal surface (204), in one of the corner regions (212) of the patch antenna at least through the first metal surface (205), the substrate layer (207) and the second metal surface (204) Through opening (203) is arranged.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Antennentechnik. Sie betrifft eine Patchantenne gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechend ausgestaltete, tragbare elektronische Funkvorrichtung mit einer solchen Patchantenne.The present invention relates to the field of antenna technology. It relates to a patch antenna according to the preamble of claim 1 and a correspondingly designed, portable electronic radio device with such a patch antenna.

Als Patchantenne bezeichnete Antennen umfassen üblicherweise eine Massefläche, ein darauf angeordnetes dielektrisches Substrat und darauf angeordnet ein oder mehrere Strahlerelement(e), die aus metallisierten Flächenelementen, im Englischen oft als "Patch" bezeichnet. Es gibt sehr unterschiedliche Formen von Strahlerelementen, wie beispielsweise rechteckige oder elliptische, doch sind in der Literatur viele andere geometrische Formen berücksichtigt.Antennas referred to as patch antennas typically include a ground plane, a dielectric substrate disposed thereon, and one or more radiating elements disposed thereon, often referred to as "patches" in English. There are very different shapes of radiating elements, such as rectangular or elliptical, but many other geometrical shapes are considered in the literature.

Solche Patchantennen sind somit flächige Antenneneinrichtungen und als solche geeignet zur Applikation auf unterschiedlichsten Gegenständen. Auch werden Patchantennen häufig zu Antennengruppen zusammengeschaltet eingesetzt, wobei der Abstand der einzelnen Patchantennen innerhalb der Gruppe durch die gewünschte Antennencharakteristik vorgegeben ist und im Allgemeinen kleiner als eine Wellenlänge im freien Raum ist.Such patch antennas are thus planar antenna devices and as such suitable for application to a wide variety of objects. Also patch antennas are often used interconnected to antenna groups, wherein the distance of the individual patch antennas within the group is given by the desired antenna characteristics and is generally smaller than a wavelength in free space.

In ihrer einfachsten Form besteht eine Patchantenne beispielsweise aus einer beidseitig metallisierten Leiterplatte, bei der die Metallisierung der Unterseite eine Massefläche bildet, während die Metallisierung der Oberseite in ihren geometrischen Abmessungen als Patchfläche ausgebildet ist und eine Planarantenne bildet. Im Allgemeinen haben Leiterplatten zur Versorgung elektronischer Bauelemente mit einer Versorgungsspannung auf der einen Seite einer Trägerschicht aus elektrisch isolierendem Material eine Lage aus elektrisch leitendem Material und auf der anderen Seite eine Verdrahtungsschicht aufgebracht, wobei eine Mehrlagenleiterplatte mehrere solcher Lagen aufweisen kann.In its simplest form, a patch antenna consists, for example, of a metallized circuit board on both sides, in which the metallization of the underside forms a ground plane, while the metallization of the upper side is formed in its geometric dimensions as a patch surface and forms a planar antenna. In general, printed circuit boards for supplying electronic components with a supply voltage on one side of a carrier layer of electrically insulating material have a layer of electrical conductive material and on the other side a wiring layer, wherein a multi-layer printed circuit board may have a plurality of such layers.

An der Oberfläche der Verdrahtungsschicht befinden sich beispielsweise flächig ausgebildete Anschlussstellen für oberflächenmontierbare Bauelemente. Leitungen zur elektrischen Verbindung der Anschlussstellen verlaufen innerhalb der Verdrahtungsschicht. Zur Herstellung einer solchen Verdrahtungsschicht einer Mehrlagenleiterplatte werden zunächst bei einem sogenannten Core, einem Laminat aus glasfaserverstärktem Epoxidharz mit beidseitiger Kupferkaschierung, durch Wegätzen überflüssiger Kupferflächen auf einer Seite Leitungen einer ersten Verdrahtungslage erzeugt. Danach wird eine isolierende, photosensitive Harzschicht aufgetragen, in der an bestimmten Stellen durch Beleuchtung Aussparungen erzeugt werden. Darauf wird eine weitere Kupferschicht aufgetragen, in der wiederum durch Ätzen die Leitungen einer zweiten Verdrahtungslage entstehen. Leitungen der ersten und der zweiten Verdrahtungslage, deren Verlauf dieselbe Aussparung in der photosensitiven Schicht kreuzt, sind auf diese Weise durch sogenannte Umsteiger miteinander verbunden. Falls erforderlich können in derselben Weise noch weitere Verdrahtungslagen, die durch isolierende Lagen im Wesentlichen elektrisch voneinander getrennt sind, aufgebracht werden. Die für elektronische Bauelemente erforderliche Versorgungsspannung wird von der Lage aus elektrisch leitendem Material, die sich auf der anderen Seite des isolierenden Trägermaterials befindet, über Durchkontaktierungen, also die Leiterplatte durchdringende Bohrungen mit leitend beschichteter Innenfläche, Anschlussstellen auf der Oberfläche der Verdrahtungsschicht zugeführt.On the surface of the wiring layer, there are, for example, flat connection points for surface-mountable components. Lines for electrical connection of the connection points run within the wiring layer. In order to produce such a wiring layer of a multilayer printed circuit board, lines of a first wiring layer are first produced in a so-called core, a laminate of glass-fiber-reinforced epoxy resin with double-sided copper lamination, by etching away excess copper surfaces on one side. Thereafter, an insulating, photosensitive resin layer is applied, in which recesses are produced at certain points by illumination. On top of this, another copper layer is applied, in which the leads of a second wiring layer are again formed by etching. Lines of the first and the second wiring layer, the course of which crosses the same recess in the photosensitive layer, are connected in this way by so-called converters. If necessary, further wiring layers, which are substantially electrically separated from one another by insulating layers, can be applied in the same way. The supply voltage required for electronic components is supplied from the layer of electrically conductive material, which is located on the other side of the insulating substrate, through vias, so the circuit board penetrating holes with a conductive coated inner surface, pads on the surface of the wiring layer.

Eine Andere Form der bekannten Patchantenne wird auf einer Mehrlagenleiterplatte als Kupferlage auf der einen Seite und mit einer korrespondierenden Massefläche auf der anderen Seite ausgebildet, wobei der Aufbau der Mehrlagenleiterplatte nicht auf diese Lagen begrenzt sein muss. Ein Signalleiter und ein Masseleiter werden z.B. durch geeignete Durchkontaktierungen gebildet oder entsprechend durch Leiterbahnen kontaktiert. Die Leiterbahnen sind typischerweise in Form einer Via-Kontaktierung durch die Lage(n) geführt. Bei einer aufgrund ihrer Einfachheit besonders geeigneten Bauform der eingangs genannten Patchantenne ist als Strahler ein über einer leitenden Grundfläche angeordnetes Patch verwendet.Another form of the known patch antenna is formed on a multi-layer board as a copper layer on one side and with a corresponding ground plane on the other side, wherein the structure of the multilayer board not must be limited to these locations. A signal conductor and a ground conductor are formed, for example, by means of suitable plated-through holes or contacted by printed conductors. The conductor tracks are typically guided in the form of a via contact through the layer (s). In a design of the patch antenna mentioned above which is particularly suitable for its simplicity, a patch arranged above a conductive base area is used as the radiator.

Unter dem Begriff Via (Vertical Interconnection Access) wird eine Durchkontaktierung verstanden, die zwischen den Leiterbahnebenen einer mehrlagigen Leiterplatte angeordnet ist. Die Verbindung wird meist mit einer innen metallisierten Bohrung im Trägermaterial der Leiterplatte oder Platine hergestellt. Nachträglich lassen sich einzelne Lötaugen auch mittels Durchkontaktiernieten oder -stifte rein mechanisch bestücken. Solche Durchkontaktierungen werden hergestellt, indem das Loch im Trägermaterial bekeimt, das heißt mit einem Katalysator belegt, anschließend katalytisch metallisiert und danach gegebenenfalls elektrolytisch verstärkt wird. Die Durchkontaktierungs-Bohrung kann gleichzeitig als Lötauge für bedrahtete elektronische Bauelemente dienen oder nur zum Zweck der elektrischen Kontaktierung angebracht sein.The term Via (Vertical Interconnection Access) is understood to mean a via which is arranged between the interconnect levels of a multilayer printed circuit board. The connection is usually made with an internally metallized hole in the substrate of the circuit board or board. Subsequently, individual pads can also be equipped purely mechanically by means of via rivets or pins. Such plated-through holes are produced by germinating the hole in the carrier material, that is to say with a catalyst, then catalytically metallizing and then optionally electrolytically reinforcing it. The via hole may simultaneously serve as a land for leaded electronic components or be attached only for the purpose of electrical contact.

Einer der Nachteile der bekannten Patchantennen besteht darin, dass die Antenne und ihre Masseebene direkt auf einer Fläche der gedruckten Schaltung und somit in der Nähe der elektronischen Bestandteile der tragbaren Funkvorrichtung ruhen, wobei diese Nähe eine besondere Anordnung der Bestandteile und eine relativ komplizierte Abschirmung erforderlich macht, um gegenseitige Störungen zwischen der Antenne und den elektronischen Bestandteilen, insbesondere einer Anzeigevorrichtung und der elektronischen Funkvorrichtung, zu reduzieren oder sogar zu vermeiden. In tragbaren Funkvorrichtungen mit kleinen Abmessungen, in denen Patchantennen verwendet werden, ist dies besonders schwierig. Diese Abschirmung macht die Arbeitsgänge des Fügens der verschiedenen Elemente und Bestandteile dieser tragbaren elektronischen Funkvorrichtung kompliziert.One of the disadvantages of the known patch antennas is that the antenna and its ground plane rest directly on a surface of the printed circuit board and thus close to the electronic components of the portable radio device, this proximity necessitating a special arrangement of the components and a relatively complicated shielding in order to reduce or even avoid mutual interference between the antenna and the electronic components, in particular a display device and the electronic radio device. In small-sized portable radio devices using patch antennas, this is particularly difficult. This shielding makes the operations of joining the various elements and components of this portable electronic radio device.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Patchantennen liegt in der Tatsache, dass die äußere Ummantelung der tragbaren elektronischen Funkvorrichtung notwendigerweise aus einem Werkstoff ausgeführt werden muss, der die Funktion der Antenne nicht stört, insbesondere aus einem nichtmetallischen Werkstoff. Die Ästhetik der tragbaren elektronischen Funkvorrichtung ist somit von einer begrenzten Auswahl von Werkstoffen, die für die Ausführung der Ummantelung der tragbaren elektronischen Funkvorrichtung verwendet werden können, abhängig. Auch eine Befestigungsöffnung z.B. für die Verwendung einer solchen Funkvorrichtung als Schlüsselanhänger, verschärft die Problematik, einerseits geringe Abmessungen zu,erreichen und andererseits die tragbare elektronische Funkvorrichtung als unscheinbaren Schlüsselanhänger zu gestalten.A further disadvantage of the known patch antennas lies in the fact that the outer sheath of the portable electronic radio device must necessarily be made of a material which does not disturb the function of the antenna, in particular of a non-metallic material. The aesthetics of the portable electronic radio device is thus dependent on a limited selection of materials that can be used to make the casing of the portable electronic radio device. Also a mounting opening e.g. for the use of such a radio device as a key fob, aggravating the problem, on the one hand small dimensions to reach, and on the other hand to make the portable electronic radio device as a nondescript keychain.

Bisher wurde z.B. für einen Schlisselanhänger die Befestigungsöffnung außerhalb des rechteckigen Designs und damit außerhalb der Antenne und außerhalb der elektronischen Bestandteile angebracht, oder der Schlüsselanhänger hatte ein deutlich größeres Außenmaß als die Leiterplatte. Befestigungsmittel wie z.B. Metallringe, Schrauben, Nägel, Nieten, Hacken oder Schlüsselringe, die üblicherweise zur Befestigung verwendet werden, besitzen oft einen großen Durchmesser und benötigen eine entsprechend große Öffnung im Anhänger.So far, e.g. for a keychain, the mounting hole is located outside of the rectangular design and thus outside the antenna and outside the electronic components, or the key fob has a much larger outer dimension than the circuit board. Fasteners such as e.g. Metal rings, screws, nails, rivets, hoes or key rings, which are commonly used for attachment, often have a large diameter and require a correspondingly large opening in the trailer.

Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Patchantennen, insbesondere für eine tragbare elektronische Funkvorrichtung, insbesondere in batteriebetriebenen Signalgebern, sowie eine tragbare elektronische Funkvorrichtung mit einer solchen Patchantenne anzugeben, wobei die Patchantenne geringe Abmessungen aufweist, eine gute Flexibilität für die Konzeption der elektronischen Funkvorrichtung bietet und deren Gestaltung die Verwendung von metallischen Werkstoffen für die Ausführung der äußeren Ummantelung der tragbaren elektronischen Funkvorrichtung möglich macht.Based on the above-mentioned prior art, the invention is thus based on the object of specifying a patch antenna, in particular for a portable electronic radio device, in particular in battery-operated signal transmitters, and a portable electronic radio device with such a patch antenna, wherein the patch antenna has small dimensions offers good flexibility for the design of the electronic radio device and its design makes the use of metallic materials for the execution of the outer sheath of the portable electronic radio device possible.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß ist somit eine Patchantenne angegeben umfassend eine erste Metallfläche, eine zweite Metallfläche, wobei die erste und zweite Metallfläche parallel zueinander angeordnet sind, eine zwischen der ersten Metallfläche und der zweiten Metallfläche angeordnete erste Substratschicht zur elektrischen Isolierung der ersten Metallfläche gegenüber der zweiten Metallfläche, und eine mit der ersten Metallfläche elektrisch verbundenen Via- Durchkontaktierung zur Signalversorgung der ersten Metallfläche, die sich durch die Substratschicht und die zweite Metallfläche erstreckt, wobei in einem der Eckbereiche der Patchantenne zumindest durch die erste Metallfläche, die Substratschicht und die zweite Metallfläche hindurch eine Durchgangsöffnung angeordnet ist.The invention thus provides a patch antenna comprising a first metal surface, a second metal surface, wherein the first and second metal surfaces are arranged parallel to each other, a first substrate layer disposed between the first metal surface and the second metal surface for electrically insulating the first metal surface from the second metal surface, and a via via electrically connected to the first metal surface for signal supplying the first metal surface extending through the substrate layer and the second metal surface, wherein in one of the corner regions of the patch antenna at least through the first metal surface, the substrate layer and the second metal surface through a through hole arranged is.

Durch die Anordnung der Durchgangsöffnung in einem der Eckbereiche der Patchantenne wird die Feldverteilung auf der Patchantenne praktisch nicht beeinflusst. Dadurch werden auch die Eigenschaften der orthogonalen Polarisation, beispielsweise bei der Verwendung von zwei Signalversorgungen, nicht beeinträchtigt. Die Ausbildung einer Unterbrechung in Form der Durchgangsöffnung auf der Patchantenne kann somit erfolgen, um eine kompakte Antenne bereitzustellen.The arrangement of the passage opening in one of the corner regions of the patch antenna practically does not affect the field distribution on the patch antenna. As a result, the properties of the orthogonal polarization, for example, when using two signal supplies, are not affected. The formation of an interruption in the form of the passage opening on the patch antenna can thus take place in order to provide a compact antenna.

Insbesondere ergibt sich jedoch bei der Verwendung nur einer Signalversorgung, beispielsweise mit einer Speiseleitung, dass die Durchgangsöffnung eine Zirkularpolarisation des von der Patchantenne abgestrahlten Feldes hervorrufen kann. Für die Erzeugung einer Zirkularpolarisation werden grundsätzlich zwei Strahlerelemente mit zwei Signalversorgungen verwendet, deren abgestrahlte Einzelfelder 90 Grad räumlich gegeneinander verdreht sind. Zusätzlich werden die beiden Strahlerelemente mit Signalen über die Signalversorgungen gespeist, die eine 90 Grad Phasenverschiebung aufweisen. Zirkular polarisierte Patchantennen erreichen eine Zirkularität beispielsweise durch zwei um 90° versetzt zueinander liegende Speiseleitungen mit entsprechend phasenverschobenen Speisesignalen. Mit einem symmetrischen Strahlerelement, beispielsweise mit einer rechteckigen, kreisförmigen oder elliptischen Grundform, und einem einzigen Einspeisepunkt zur Signalversorgung ist die Wellenpolarisation prinzipiell linear. Durch Diskontinuitäten im Strahlerelement kann jedoch eine Zirkularpolarisation erzeugt werden, da die Asymmetrie, beispielsweise in Form der Durchgangsöffnung, zu leicht gegeneinander verschobenen Resonanzfrequenzen führen kann. Diese kann durch die exakte Anordnung der Durchgangsöffnung sowie Ihre Abmessungen beeinflusst werden. Somit kann hier eine Zirkularpolarisation mit nur einer Via-Durchkontaktierung zur Signalversorgung erreicht werden.In particular, however, results in the use of only one signal supply, for example with a feed line, that the through hole can cause a circular polarization of the radiated from the patch antenna field. For the generation of a circular polarization basically two Emitter elements with two signal supplies used, the radiated individual fields 90 degrees spatially rotated against each other. In addition, the two radiator elements are fed with signals via the signal supplies, which have a 90 degree phase shift. Circularly polarized patch antennas achieve a circularity, for example, by two mutually offset by 90 ° feed lines with corresponding phase-shifted feed signals. With a symmetrical radiator element, for example with a rectangular, circular or elliptical basic shape, and a single feed point for signal supply, the wave polarization is in principle linear. By discontinuities in the radiator element, however, a circular polarization can be generated because the asymmetry, for example in the form of the passage opening, can lead to slightly shifted resonant frequencies. This can be influenced by the exact arrangement of the through hole as well as your dimensions. Thus, here a circular polarization can be achieved with only one via via for signal supply.

Insbesondere für in mobilen Sendegeräten verwendete Patchantennen ist eine Zirkularpolarisation des abgestrahlten Feldes häufig vorteilhaft, da die Ausrichtung von Sender und Empfänger relativ zueinander nicht vorbekannt ist und sogar während einer Übertragung variieren kann.In particular, for patch antennas used in mobile transmitters, circular polarization of the radiated field is often advantageous because the alignment of transmitter and receiver relative to each other is not previously known and may even vary during transmission.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein robuster mechanischer Halt der Antenne beispielsweise an einem Gehäuse sichergestellt wird. Außerdem wird ihre elektrische Verbindung mit der aktiven Schaltungsanordnung der tragbaren elektronischen Funkvorrichtung vereinfacht und der Aufbau der tragbaren elektronischen Funkvorrichtung als Schlüsselanhänger auf einfache Weise ermöglicht, ohne merklich über die Grenzen der verwendeten Patchantenne hinauszuragen. Das Strahlerelement kann rund oder quadratisch sein oder jede beliebige geometrische Form annehmen, die an diese Technik angepasst ist.A further advantage of the present invention is that a robust mechanical hold of the antenna is ensured, for example, on a housing. In addition, their electrical connection to the active circuitry of the portable electronic radio device is simplified and the structure of the portable electronic radio device as a key fob in a simple manner, without projecting beyond the limits of the patch antenna used. The radiating element may be round or square or each assume any geometrical shape adapted to this technique.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Metallfläche im Wesentlichen mit der zweiten Metallfläche und der dazwischen angeordneten ersten Substratschicht deckungsgleich ist. Die Substratschicht und die erste und die zweite Metallfläche sind an den Rändern weitestgehend bündig angeordnet, wobei eine rechtwinklige Abschlusskante der Patchantenne geformt wird.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the first metal surface is substantially congruent with the second metal surface and the first substrate layer arranged therebetween. The substrate layer and the first and second metal surfaces are arranged flush with each other at the edges, forming a right-angled end edge of the patch antenna.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Durchgangsöffnung eine geeignete geometrische Querschnittsform einschließlich einer quadratischen Form, einer rechteckigen Form, einer kreisförmigen Form, einer elliptischen Form, einer dreieckigen Form, einer Rautenform oder deren Varianten besitzt. Die geometrische Form kann dabei insbesondere einer gebogenen, schrägen oder organisch freien Linienform folgen.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the passage opening has a suitable geometric cross-sectional shape including a square shape, a rectangular shape, a circular shape, an elliptical shape, a triangular shape, a diamond shape or their variants. The geometric shape may in particular follow a curved, oblique or organically free line shape.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Durchgangsöffnung durch die erste Metallfläche, die erste Substratschicht und die zweite Metallfläche an Ihrer Innenwand eine Isolationsschicht aufweist. Die Öffnung in einem der Eckbereiche der Patchantenne ist z.B. durch eine eingelegte Kunststoffhülse elektrische Isoliert um einen metallischen Ring durchzuführen, ohne einen Kurzschluss der ersten Metallfläche mit der zweiten Metallfläche zu bewirken. Bei einem Aufbau der Patchantenne mit weiteren Schichten erstreckt sich die Isolationsschicht vorzugsweise über alle Schichtender Patchantenne.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the passage opening through the first metal surface, the first substrate layer and the second metal surface has an insulating layer on its inner wall. The opening in one of the corner regions of the patch antenna is e.g. electrically insulated by an inserted plastic sleeve to perform a metallic ring, without causing a short circuit of the first metal surface with the second metal surface. In a structure of the patch antenna with further layers, the insulation layer preferably extends over all layers of the patch antenna.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Patchantenne als Teil einer Mehrlagenleiterplatte ausgeführt ist. Die Mehrlagenleiterplatte ermöglicht eine einfache Herstellung der Patchantenne, wobei beispielsweise eine erste Metalllage der Mehrlagenleiterplatte die erste Metallfläche bildet, eine zweite Metalllage der Mehrlagenleiterplatte die zweite Metallfläche bildet, und eine erste Substratschicht zur elektrischen Isolierung zwischen der ersten Metallfläche und der zweiten Metallfläche angeordnet ist. Auf der Mehrlagenleiterplatte kann auch Verdrahtungslage gebildete werden, welche insbesondere durch eine Rückseite der Patchantenne gebildet wird, d.h. die Rückseite liegt entgegengesetzt zu der ersten Metallfläche. Auf der Verdrahtungslage könne beispielsweise eine Elektronik und Stromversorgung für die Patchantenne untergebracht sein. Dies ermöglicht eine einfache Bereitstellung einer tragbaren Funkvorrichtung mit der Patchantenne. Die Anordnung auf der Mehrlagenleiterplatte bietet zudem den Vorteil dass die elektronischen Bauteile die Antenneneigenschaften nicht negativ beeinflussen. Die bestückte Mehrlagenleiterplatte kann nun mit Hilfe eines am Rande verlaufender Isolierung in einer Metallwanne eingerastet werden. Dabei ist die umlaufende Kante der Mehrlagenleiterplatte vorzugsweise mit Isolationsmaterial, wie z.B. Kunststoff, abgedeckt, da sich umlaufend in den Randzonen ein Feld aufbaut, das sogenannte "fringe" Feld. Die erste Metallschicht kann mit der zweiten Metallschicht an der Kante abschließen, solange der Abstand der Schichten sehr klein ist. Durch eine komplette Abdeckung der Patchfläche mit nicht leitendem Isolationsmaterial ändert sich die Resonanzfrequenz der Patchantenne kaum.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the patch antenna is designed as part of a multilayer printed circuit board. The multilayer printed circuit board allows easy manufacture of the patch antenna, wherein, for example, a first metal layer of the multilayer printed circuit board forming the first metal surface, a second metal layer of the multilayer printed circuit board forming the second metal surface, and a first substrate layer for electrical isolation between the first metal surface and the second metal surface. Wiring layer can also be formed on the multilayer printed circuit board, which is formed, in particular, by a rear side of the patch antenna, ie the back side is opposite to the first metal surface. For example, an electronics and power supply for the patch antenna can be accommodated on the wiring layer. This enables easy provision of a portable radio device with the patch antenna. The arrangement on the multilayer printed circuit board also offers the advantage that the electronic components do not adversely affect the antenna properties. The populated multi-layer printed circuit board can now be locked in place in a metal trough with the aid of a peripheral insulation. In this case, the peripheral edge of the multilayer printed circuit board is preferably covered with insulating material, such as plastic, since a field builds up circumferentially in the edge zones, the so-called "fringe" field. The first metal layer may terminate with the second metal layer at the edge as long as the spacing of the layers is very small. By completely covering the patch surface with non-conductive insulation material, the resonance frequency of the patch antenna scarcely changes.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Metallfläche und die zweite Metallfläche aus einem elektrisch gut leitendem Material, insbesondere aus Kupfer, Aluminium, Silber, Messing oder einer Legierung mit wenigstens einem dieser Materialien bestehen und dass die erste Metallfläche und die zweite Metallfläche eine Materialdicke aufweisen, welche wesentlich grösser als die Eindringtiefe des Skin Effekts bei einer vorgesehenen Betriebsfrequenz ist. Bei dem Betrieb von Baugruppen mit Mehrlagenleiterplatten treten mit steigender Betriebsfrequenz zunehmend Verluste durch die dielektrischen Eigenschaften des Isolierstoffs und durch den Skineffekt des Leitermaterials auf. Diese frequenzabhängigen Verluste führen zu einer Dämpfung und Verzerrung der elektrischen Signale. Die dielektrischen Verluste können durch Verwendung von Isolierstoffen mit geringem Verlustfaktor reduziert werden. Eine Reduktion der Skineffekt-Verluste ist durch eine Vergrößerung des Leiterquerschnitts möglich. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können für die Reduktion der Skineffekt-Verluste in die Mehrlagenleiterplatte Trennschichten aus Lagen leitfähigen Materials eingefügt werden. Die Trennschichten können vorzugsweise so ausgestaltet sein, dass diese aus, mit einander abwechselnden Lagen, leitfähigen Materials bestehen.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the first metal surface and the second metal surface of a highly electrically conductive material, in particular copper, aluminum, silver, brass or an alloy with at least one of these materials and that the first metal surface and the second Metal surface have a material thickness which is substantially greater than the penetration depth of the skin effect at a designated operating frequency. In the operation of assemblies with multilayer printed circuit boards increasingly occur with increasing operating frequency losses due to the dielectric properties of the Isolierstoffs and by the skin effect of the conductor material. These frequency-dependent losses lead to a damping and distortion of the electrical signals. Dielectric losses can be reduced by using low loss factor insulating materials. A reduction of the skin effect losses is possible by an enlargement of the conductor cross-section. According to a further embodiment of the invention, separating layers of layers of conductive material can be inserted into the multilayer printed circuit board for the reduction of the skin effect losses. The separating layers may preferably be designed such that they consist of alternating layers of conductive material.

Erfindungsgemäß ist außerdem ein Anhänger mit einer obigen Patchantenne angegeben, wobei der Anhänger ein Gehäuseoberteil, ein Gehäuseunterteil, eine dazwischen angeordnete Leiste aus Kunststoff und eine Durchgangsöffnung für die Aufnahme von Befestigungsmitteln aufweist.According to the invention, a trailer is provided with a patch antenna above, wherein the trailer has an upper housing part, a lower housing part, a plastic strip arranged therebetween and a passage opening for receiving fastening means.

Das Gehäuse umfasst dabei zwei Teile und ist so geformt, dass die Patchantenne in seinen Innenraum eingelegt und arretiert werden kann, wobei die Gehäuseteile mit einer Leiste aus Kunststoff die umlaufend um den Rand der Patchantenne angeordnet wird, getrennt sind um das abstrahlend umlaufende fringe Feld nicht zu stören bzw. abzuschirmen. Das Gehäuseober- und - unterteil besteht z.B. aus einem in einem Stück gegossenen Metallteil, wobei für die Aufnahme der Energieversorgung ein Deckel vorgesehen sein kann. Der Deckel kann ebenfalls, einschließlich seiner Befestigungslippen, aus einem Stück gegossen sein.The housing comprises two parts and is shaped so that the patch antenna can be inserted and locked in its interior, wherein the housing parts with a strip of plastic which is arranged circumferentially around the edge of the patch antenna, are not separated by the radiating peripheral fringe field to disturb or shield. The housing upper and lower part consists e.g. from a cast in one piece metal part, wherein for receiving the power supply, a lid may be provided. The lid may also be cast in one piece, including its fixing lips.

Erfindungsgemäß ist weiterhin eine Funkvorrichtung vorgesehen umfassend:

  1. a. eine Patchantenne, die als Metallisierungsstruktur auf und/oder in der Mehrlagenleiterplatte ausgeführt ist, wobei die Mehrlagenleiterplatte über der zweiten Metallfläche auf Ihrer der ersten Metallfläche entgegengesetzten Seite in dieser Reihenfolge eine zweite dielektrische Substratschicht und eine weitere Metallfläche als Verdrahtungslage angeordnet sind,
  2. b. eine aktive Schaltungsanordnung , die auf der Verdrahtungslage angeordnet ist, und eine Speiseleitung zur Signaleinspeisung in die Patchantenne aufweist; und
  3. c. ein Gehäuse, in dem die Mehrlagenleiterplatte aufgenommen ist, wobei das Gehäuse eine Gehäuseöffnung aufweist, die korrespondierend mit der Durchgangsöffnung der Mehrlagenleiterplatte angeordnet ist.
According to the invention, a radio device is furthermore provided, comprising:
  1. a. a patch antenna, which is designed as a metallization on and / or in the multilayer printed circuit board, wherein the multilayer printed circuit board over the second Metal surface are arranged on their the first metal surface opposite side in this order, a second dielectric substrate layer and a further metal surface as a wiring layer,
  2. b. an active circuit arrangement, which is arranged on the wiring layer, and a feed line for signal feed into the patch antenna; and
  3. c. a housing in which the multilayer printed circuit board is received, wherein the housing has a housing opening which is arranged corresponding to the passage opening of the multilayer printed circuit board.

Grundidee der Funkvorrichtung ist es somit, eine Patchantenne vorzuschlagen, die über eine Durchgangsöffnung verfügt wobei die Durchgangsöffnung keine Metallisierung benötigt und wegen ihrer Lage am äußeren Rand einen Anhängerring mit deutlich größerem Platzbedarf aufnehmen kann.The basic idea of the radio device is thus to propose a patch antenna which has a passage opening, wherein the passage opening does not require metallization and, because of its position on the outer edge, can accommodate a trailer ring with a significantly larger space requirement.

Durch die Anordnung der Durchgangsöffnung in einem der Eckbereiche der Patchantenne wird die Feldverteilung auf der Patchantenne praktisch nicht beeinflusst. Dadurch werden auch die Eigenschaften der orthogonalen Polarisation nicht beeinträchtigt. Die Ausbildung einer Unterbrechung in Form der Durchgangsöffnung auf der Patchantenne kann somit erfolgen, um eine kompakte Antenne bereitzustellen.The arrangement of the passage opening in one of the corner regions of the patch antenna practically does not affect the field distribution on the patch antenna. As a result, the properties of the orthogonal polarization are not affected. The formation of an interruption in the form of the passage opening on the patch antenna can thus take place in order to provide a compact antenna.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine einfache elektrische Verbindung der Patchantenne mit der aktiven Schaltungsanordnung ermöglicht wird, so dass der Aufbau der tragbaren elektronischen Funkvorrichtung als Schlüsselanhänger auf einfache Weise erfolgen kann. Dabei kann die Größe des Anhängers im Wesentlichen auf die Größe der Patchantenne beschränkt sein, da die Durchgangsöffnung, ohne merklich über die Grenzen der verwendeten Patchantenne hinauszuragen. Das Strahlerelement kann rund oder quadratisch sein oder jede beliebige geometrische Form annehmen, die an diese Technik angepasst ist.Another advantage of the present invention is that a simple electrical connection of the patch antenna with the active circuitry is made possible, so that the structure of the portable electronic radio device can be done as a key fob in a simple manner. In this case, the size of the trailer can be substantially limited to the size of the patch antenna, since the through-hole, without noticeably beyond the limits of the patch antenna used protrude. The radiator element can be round or square or adopt any geometric shape adapted to this technique.

Gemäß der Erfindung werden die Fügung und die Verbindung der Patchantenne sowie des Anhängers bzw. der Funkvorrichtung mit dieser Patchantenne erleichtert. Es ist nicht nötig, die tragbare elektronische Funkvorrichtung mit einem Paar unterschiedlicher Leiter, wie mit einem koaxialen Erregungsleiter, auszurüsten, um die Ansteuerung der Antenne zu ermöglichen, da der Masseleiter vorteilhaft einteilig mit der Masseebene der Antenne ausgebildet ist. Daher kann der RF Signal über eine Microstrip- oder Triplate Leitung vom Transceiver zur Via-Hole der Patchantenne zugeführt werden. Ferner ist die Anordnung der Antenne derart, dass die verschiedenen elektronischen und elektrischen Bestandteile der tragbaren elektronischen Funkvorrichtung hinter der Masseebene der Antenne liegen, was ein Vorteil in Bezug auf eine Verminderung der Interferenzen mit der Antenne darstellt.According to the invention, the joining and the connection of the patch antenna and the trailer or the radio device are facilitated with this patch antenna. It is not necessary to equip the portable electronic radio device with a pair of different conductors, such as a coaxial excitation conductor, to allow the antenna to be driven since the ground conductor is advantageously integrally formed with the ground plane of the antenna. Therefore, the RF signal can be fed via a microstrip or triplate line from the transceiver to the via hole of the patch antenna. Furthermore, the arrangement of the antenna is such that the various electronic and electrical components of the portable electronic radio device are behind the ground plane of the antenna, which is an advantage in terms of reducing the interference with the antenna.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die aktive Schaltungsanordnung mit der ersten Metallfläche elektrisch über die Via Durchkontaktierung der Patchantenne verbunden ist.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the active circuit arrangement is electrically connected to the first metal surface via the via via of the patch antenna.

Eine weitere Ausführungsform der Patchantenne kann aus einer auf einer abschließende Prepregschicht der Leiterplatte aufgesetzten Patchfläche bestehen, die aus einem Metallteil z.B. Stanzteil aus Aluminium, Edelstahl, Silber oder Gold geformt ist, die gleichzeitig eine der Gehäuseseiten vollständig bildet, wobei der RF Kontakt für die Antenne durch eine Hohlniete (Feed point) zu der RF Schaltung gebildet wird. Die Masseebene wird hierbei durch eine vorgesehene Kupferlage unterhalb einer abschließenden Prepregschicht gebildet und mit der Antennenmasse der Schaltung kontaktiert.A further embodiment of the patch antenna may consist of a patch surface placed on a final prepreg layer of the printed circuit board and consisting of a metal part, e.g. Stamped part is formed of aluminum, stainless steel, silver or gold, which at the same time forms one of the housing sides completely, wherein the RF contact for the antenna is formed by a rivet (feed point) to the RF circuit. In this case, the ground plane is formed by a copper layer provided below a final prepreg layer and contacted with the antenna ground of the circuit.

Die Stromversorgung der tragbaren elektronischen Funkvorrichtung erfolgt durch einen geeigneten Energiespeicher z.B. in Form einer Lithium-Batterie. Besonders vorteilhaft ist die Integration einer Batterieaufnahme in das Gehäuse. Dabei ist beispielsweise in der Leiterplatte in einer Substratschicht die Batterieaufnahme für die Batteriezelle gebildet. Alternativ kann die Batterieaufnahme für die Batteriezelle auf der Verdrahtungsebene angeordnet sein. Somit erstreckt sich die Leiterplatte innerhalb des Gehäuses parallel zu der Stirnfläche der Lithium-Batteriezelle, die dadurch vollständig in das Gehäuse integrierbar ist. Einige der Leiterplattenebenen befinden sich dabei zwischen der Patchantenne und Batteriezelle und können somit auf der Leiterplatten-Fläche (Rückseite) jeweils auf die Kontaktierung mit der Batteriezelle angepasst sein. Zudem bildet die Leiterplatte bezüglich der Batteriezelle den Boden des Batteriefaches aus. Die Leiterplatte enthält dabei auch die zugehörigen elektronischen Bauelemente als Träger- bzw. Grundplatine.The power supply of the portable electronic radio device is effected by a suitable energy storage, for example in the form a lithium battery. Particularly advantageous is the integration of a battery holder in the housing. In this case, for example, the battery receptacle for the battery cell is formed in the circuit board in a substrate layer. Alternatively, the battery receptacle for the battery cell may be arranged at the wiring level. Thus, the circuit board extends within the housing parallel to the end face of the lithium battery cell, which is thereby completely integrated into the housing. Some of the circuit board levels are located between the patch antenna and battery cell and can thus be adapted to the contact with the battery cell on the circuit board surface (back). In addition, the circuit board forms the bottom of the battery compartment with respect to the battery cell. The circuit board also contains the associated electronic components as a carrier or motherboard.

Demnach wird eine Konstruktion für eine Funkvorrichtung vorgeschlagen, bei der die Leiterplatte in dem Grundgehäuse mit einer ersten Fläche (z. B. Unterseite) der Stirnseite einer der Knopfzellen-Batterie zugewandt angeordnet ist und mit einer zweiten Fläche (Oberseite) dem Strahlelement zugewandt angeordnet ist. Somit erstreckt sich die Leiterplatte innerhalb des Grundgehäuses parallel zu der Stirnfläche der Knopfzellen-Batterie und ist dadurch vollständig in das Grundgehäuse integrierbar. Die Leiterplatte befindet sich dabei zwischen dem Strahlelement und der Batterie und kann somit auf den beiden Leiterplatten-Flächen (Unterseite und Oberseite) jeweils auf die Kontaktierung mit der Batterie bzw. mit dem Strahlelement angepasst sein. Zudem bildet die Leiterplatte bezüglich der Batterie den Boden des Batteriefaches aus; bezüglich des Strahlelements bildet die Leiterplatte die Träger- bzw. Grundplatine aus.Accordingly, a construction is proposed for a radio device, in which the printed circuit board is arranged in the base housing with a first surface (eg bottom side) facing the front side of the button cell battery and with a second surface (top side) facing the radiation element , Thus, the circuit board extends within the base housing parallel to the end face of the button cell battery and is thereby completely integrated into the base housing. The circuit board is located between the beam element and the battery and can thus be adapted to the contact with the battery or with the beam element on the two circuit board surfaces (bottom and top). In addition, the circuit board forms the bottom of the battery compartment with respect to the battery; With respect to the beam element, the printed circuit board forms the carrier or motherboard.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Patchantenne zur Ausstrahlung von Funkfrequenzen, insbesondere im Frequenzbereich der DECT oder Bluetooth Technologie, verwendet wird.According to a preferred embodiment of the present invention, it is provided that the patch antenna for broadcasting of radio frequencies, in particular in the frequency range of DECT or Bluetooth technology.

Die vorgeschlagene Ausführungsform deckt, nach Möglichkeiten der Anpassung, einen breiten Frequenzbereich z.B. Frequenzen im Bereich 2400 bis 2486 MHz ab und ist insbesondere für den Einsatz im Funknetz bei DECT oder Bluetooth Technologie geeignet.The proposed embodiment, for possibilities of adaptation, covers a wide frequency range, e.g. Frequencies in the range 2400 to 2486 MHz and is particularly suitable for use in the radio network with DECT or Bluetooth technology.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der Patchantenne als Anhänger vorgesehen. Die Verwendung der Patchantenne als Anhänger ermöglicht eine gute Flexibilität für die Konzeption der elektronischen Funkvorrichtung, wobei die Verwendung von metallischen Werkstoffen für die Ausführung der äußeren Ummantelung der tragbaren elektronischen Funkvorrichtung ermöglich wird, ohne merklich über die Grenzen der verwendeten Patchantenne hinauszuragen.According to a preferred embodiment of the present invention, the use of the patch antenna is provided as a trailer. The use of the patch antenna as a trailer allows good flexibility in the design of the electronic radio device, allowing the use of metallic materials to carry out the outer sheath of the portable electronic radio without significantly exceeding the limits of the patch antenna used.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Funkanhänger mit einer Funkvorrichtung und einem Befestigungsmittel zur Befestigung an einem Schlüsselbund vorgesehen, wobei das Befestigungsmittel vorzugsweise als Tragering ausgeführt ist und durch die Durchgangsöffnung hindurchgeführt ist.According to a preferred embodiment of the present invention, a radio tag with a radio device and a fastening means for attachment to a keychain is provided, wherein the fastening means is preferably designed as a support ring and is guided through the through hole.

Der Schlüsselring kann durch die Durchgangsöffnung in den Funkanhänger mit einer Funkvorrichtung eingesetzt werden, ohne die Antenneneigenschaften zu beeinflussen. Die Elektronik und die Stromversorgung liegen ebenfalls auf der Rückseite der Patchantenne und der RF Kontakt für die Antenne erfolgt durch eine Via Durchkontaktierung (Feed point) zu der RF Schaltung, daher ist ein reproduzierbarer RF Kontakt sichergestellt.The key ring can be inserted through the through-hole in the radio tag with a radio device without affecting the antenna characteristics. The electronics and power supply are also on the back of the patch antenna and the RF contact for the antenna is through via via to the RF circuit, thus ensuring reproducible RF contact.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.Further embodiments will become apparent from the dependent claims and the description of the embodiments.

Weitere Vorteile und Merkmale werden in der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten Bilder aufgeführt, die im Folgenden erläutert werden:

  • Fig. 1 zeigt eine Patchantenne und eine koaxiale Signaleinspeisung gemäß dem Stand der Technik;
  • Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Patchantenne gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Patchantenne der ersten Ausführungsform mit einer umlaufenden Leiste aus Kunststoff gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Gehäuseoberteils und eines Gehäuseunterteils zur Verbindung mit der Patchantenne der ersten oder zweiten Ausführungsform;
  • Fig. 5 zeigt eine perspektivische Übersicht einer Funkvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform mit der Patchantenne der zweiten Ausführungsform und dem in Fig. 4 dargestellten Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil;
  • Fig. 6 zeigt ein Befestigungsmittel zur Befestigung an einem weiteren Gegenstand, insbesondere an einer Patchantenne gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform oder einer Funkvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 7 zeigt eine Draufsicht einer Patchantenne als Teil einer Mehrlageneiterplatte gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit fertig bestückten Bauteilen auf einer Metallfläche der Mehrlagenleiterplatte;
  • Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf eine als Anhänger (Funkvorrichtung) ausgeführte Patchantenne gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Further advantages and features are set forth in the description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, which are explained below:
  • Fig. 1 shows a patch antenna and a coaxial signal feed according to the prior art;
  • Fig. 2 shows a perspective view of a patch antenna according to a first embodiment of the present invention;
  • Fig. 3 shows a perspective view of the patch antenna of the first embodiment with a circumferential strip of plastic according to a second embodiment of the present invention;
  • Fig. 4 shows a perspective view of a housing top and a housing bottom for connection to the patch antenna of the first or second embodiment;
  • Fig. 5 shows a perspective overview of a radio device according to a third embodiment with the patch antenna of the second embodiment and the in Fig. 4 illustrated upper housing part and lower housing part;
  • Fig. 6 shows a fastening means for attachment to another object, in particular to a patch antenna according to the first or second embodiment or a radio device according to the third embodiment of the present invention;
  • Fig. 7 shows a plan view of a patch antenna as part of a multilayer printed circuit board according to a fourth embodiment of the present invention with fully assembled components on a metal surface of the multilayer printed circuit board;
  • Fig. 8 shows a plan view of a designed as a trailer (radio device) patch antenna according to the first or second embodiment of the present invention;

Figur 1 zeigt eine als Patchantenne ausgeführte Antenne nach dem Stand der Technik. Dabei erfolgt eine elektromagnetische Abstrahlung über eine Strahlungsfläche in der Form einer Patchfläche. FIG. 1 shows an antenna designed as a patch antenna according to the prior art. In this case, an electromagnetic radiation takes place via a radiation surface in the form of a patch surface.

Die Patchantenne umfasst eine rechteckförmige Patchfläche 101, die als Metallfläche ausgeführt ist und deren Rand mit gepunkteten Linien angedeutet ist. Die Patchfläche 101 ist auf der Unterseite mit einer senkrecht zur Patchfläche 101 verlaufenden koaxialen Speiseleitung 102 verbunden, die durch eine Durchkontaktierungsöffnung 103 innerhalb der dielektrischen Substratschicht 104 bis zum Antennenkontakt der Patchfläche 105 ragt. In einer alternativen Ausführungsform verläuft die Speiseleitung nicht senkrecht zur Patchfläche, sondern schräg zu dieser. Unterhalb der dielektrischen Substratschicht 104 befindet sich eine elektrisch leitende Massefläche 106.The patch antenna comprises a rectangular patch surface 101, which is designed as a metal surface and whose edge is indicated by dotted lines. The patch area 101 is connected on the underside to a coaxial feed line 102 which runs perpendicular to the patch area 101 and projects through a via opening 103 within the dielectric substrate layer 104 as far as the antenna contact of the patch area 105. In an alternative embodiment, the feed line is not perpendicular to the patch surface, but obliquely to this. Below the dielectric substrate layer 104 is an electrically conductive ground plane 106.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren 2 bis 8 erläutert.The invention is based on FIGS. 2 to 8 explained.

Fig. 2 zeigt auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Patchantenne mit einer Mehrlagenleiterplatte 201. Die Mehrlagenleiterplatte 201 weist in dieser Reihenfolge eine erste Metallfläche 205, eine zweite Metallfläche 204, und eine dritte Metallfläche 206 als Verdrahtungslage 206 auf, wobei zwischen der ersten und der zweiten Metallfläche 205, 204 eine erste Substratschicht 202 und zwischen der zweiten Metallfläche 204 und der Verdrahtungslage 206 eine zweite Substratschicht 207 angeordnet ist. Auf der Verdrahtungslage 206 sind zugehörige elektronische Bauteile 210 und eine Batteriezelle 211 angeordnet, wobei für die Batteriezelle 211 ein Batteriefach als Aufnahme angeordnet sein kann, die auf den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Fig. 2 1 shows a first embodiment of a patch antenna according to the invention with a multilayer printed circuit board 201. The multilayer printed circuit board 201 has in this order a first metal surface 205, a second metal surface 204, and a third metal surface 206 as a wiring layer 206, wherein between the first and the second metal surface 205, 204 a first substrate layer 202 and between the second metal surface 204 and the wiring layer 206, a second substrate layer 207 is arranged. On the wiring layer 206 associated electronic components 210 and a battery cell 211 are arranged, wherein for the battery cell 211 a battery compartment as Recording can be arranged, which is not shown on the drawings.

In der Oberfläche der Verdrahtungslage 206 sind in dieser Ausführungsform flächig ausgebildete Anschlussstellen für oberflächenmontierbare Bauelemente 210 ausgebildet. Leitungen zur elektrischen Verbindung der Anschlussstellen verlaufen als weitere Schicht innerhalb der Verdrahtungslage 206. Zur Herstellung einer solchen Verdrahtungslage 206 einer Mehrlagenleiterplatte 201 werden zunächst bei einem sogenannten Core, einem Laminat aus glasfaserverstärktem Epoxidharz mit beidseitiger Kupferkaschierung, durch Wegätzen überflüssiger Kupferflächen auf einer Seite Leitungen einer ersten Verdrahtungsschicht erzeugt. Danach wird eine isolierende, photosensitive Harzschicht aufgetragen, in der an bestimmten Stellen durch Beleuchtung Aussparungen erzeugt werden. Darauf wird eine weitere Kupferschicht aufgetragen, in der wiederum durch Ätzen die Leitungen einer zweiten Verdrahtungsschicht entstehen. Leitungen der ersten und der zweiten Verdrahtungsschicht, deren Verlauf dieselbe Aussparung in der photosensitiven Schicht kreuzt, sind auf diese Weise durch sogenannte Umsteiger miteinander verbunden. Prinzipiell können in derselben Weise noch weitere Verdrahtungsschichten, die durch isolierende Lagen im Wesentlichen voneinander getrennt sind, aufgebracht werden. Die für elektronische Bauelemente 210 erforderliche Versorgungsspannung wird von der Lage aus elektrisch leitendem Material, die sich auf der anderen Seite des isolierenden Trägermaterials befindet, über Durchkontaktierungen, also die Leiterplatte durchdringende Bohrungen mit leitend beschichteter Innenfläche, Anschlussstellen auf der Oberfläche der Verdrahtungsschicht zugeführt.In the surface of the wiring layer 206, areal connections for surface-mountable components 210 are formed in this embodiment. Lines for the electrical connection of the connection points extend as a further layer within the wiring layer 206. To produce such a wiring layer 206 of a multilayer printed circuit board 201, first of all, in a so-called core, a laminate of glass-fiber-reinforced epoxy resin with double-sided copper lamination, by etching away excess copper surfaces on one side Wiring layer generated. Thereafter, an insulating, photosensitive resin layer is applied, in which recesses are produced at certain points by illumination. On top of this, another copper layer is applied, in which the leads of a second wiring layer are again formed by etching. Lines of the first and the second wiring layer, the course of which crosses the same recess in the photosensitive layer, are connected in this way by so-called converters. In principle, further wiring layers, which are essentially separated from one another by insulating layers, can be applied in the same way. The supply voltage required for electronic components 210 is supplied from the layer of electrically conductive material, which is located on the other side of the insulating substrate, through vias, so the circuit board penetrating holes with a conductive coated inner surface, pads on the surface of the wiring layer.

Ferner ist eine an die erste Metallfläche 205 angeschlossene Via- Durchkontaktierung 208 und eine Speiseleitung 208a abgebildet, die zur Signalversorgung mit der ersten Metallfläche 205 durch einen Antennenkontakt 209 elektrisch verbunden ist. In einem der Eckbereiche 212 der Patchantenne ist eine Durchgangsöffnung 203 angeordnet, wobei die Durchgangsöffnung 203 durch die erste Metallfläche 205, die erste Substratschicht 202, die zweite Metallfläche 204, die zweite Substratschicht 207 und die dritte Metallfläche 206 hindurch führt.Further illustrated is a via via 208 connected to the first metal surface 205 and a feed line 208a electrically connected to the first metal surface 205 by an antenna contact 209 for signal supply. In A through-opening 203 is arranged in one of the corner regions 212 of the patch antenna, wherein the through-opening 203 passes through the first metal surface 205, the first substrate layer 202, the second metal surface 204, the second substrate layer 207 and the third metal surface 206.

Es ist ersichtlich, dass der Aufbau der Patchantenne eine Mehrzahl übereinander angeordneter Schichten 202, 204, 205, 206, 207 aufweist. Die unterste Schicht ist die elektrisch leitende Verdrahtungslage 206, auf der sich die zweite dielektrische Substratschicht 207 befindet. Die Verdrahtung der Bauteile kann weitere Verdrahtungsebenen erfordern, die sich jeweils auf einer weiteren dielektrischen Substratschicht befinden können, wie oben beschrieben. Auf der untersten Schicht, der Verdrahtungslage 206 sind zugehörige elektronische Bauteile 210 angeordnet. Auf dieser Lage sind auch eine Batteriezelle 211 und ein Batteriefach untergebracht.It can be seen that the structure of the patch antenna has a plurality of layers 202, 204, 205, 206, 207 arranged one above the other. The lowermost layer is the electrically conductive wiring layer 206 on which the second dielectric substrate layer 207 is located. The wiring of the components may require additional wiring levels, each of which may be on another dielectric substrate layer, as described above. On the lowermost layer, the wiring layer 206, associated electronic components 210 are disposed. In this situation, a battery cell 211 and a battery compartment are housed.

Als Material für die erste Metallfläche 205 wird hochleitendes Material, wie zum Beispiel Kupfer verwendet. Oberhalb der ersten Metallfläche 205, d.h. der Patchfläche, kann noch zusätzlich eine Folie zur elektrischen Isolation angeordnet sein, die auf den Zeichnungen nicht dargestellt ist.As the material for the first metal surface 205, highly conductive material such as copper is used. Above the first metal surface 205, i. the patch surface, may additionally be arranged a film for electrical insulation, which is not shown on the drawings.

Die Durchgangsöffnung 203 befindet sich im Eckbereich 212 der Mehrlagenleiterplatte 201, wobei sich die Durchgangsöffnung 203 von der Oberseite der Mehrlagenleiterplatte 201 durch die Mehrzahl übereinander angeordneter Schichten hindurch bis zur Unterseite der Mehrlagenleiterplatte 201 erstreckt. Die Durchgangsöffnung 203 weist eine in den Figuren nicht separat dargestellte Isolationsschicht an ihrer Innenwand auf.The through-opening 203 is located in the corner region 212 of the multilayer printed circuit board 201, wherein the through-opening 203 extends from the upper side of the multilayer printed circuit board 201 through the plurality of layers arranged one above the other to the underside of the multilayer printed circuit board 201. The passage opening 203 has an insulation layer, not separately shown in the figures, on its inner wall.

An den Antennenkontakt der ersten Metallfläche 209 wird im Betrieb elektrische Spannung angelegt, wobei die erste Metallfläche 205 als Resonator angeregt wird und ein elektromagnetisches Feld abstrahlt.During operation, electrical voltage is applied to the antenna contact of the first metal surface 209, wherein the first metal surface 205 is excited as a resonator and emits an electromagnetic field.

In einem Herstellungsschritt wird eine Durchkontaktierung zwischen der ersten Metallfläche 205 und der dritten Metallfläche 206 hergestellt. Hierzu wird zunächst eine kleine Öffnung, das sogenannte "Via-Hole", durch Bohrung, Stanzung oder Laserung erzeugt. Das Via- Hole bzw. die Via Durchkontaktierung 208 wird mit einer leitfähigen Substanz aufgefüllt oder ausgekleidet, um so eine galvanisch leitfähige Verbindung zwischen dem Antennenkontakt 209 zur Signalversorgung der ersten Metallfläche 205 herzustellen.In a manufacturing step, a via between the first metal surface 205 and the third metal surface 206 is made. For this purpose, a small opening, the so-called "via hole", is initially produced by drilling, punching or lasering. The via hole 208 is filled or lined with a conductive substance so as to establish a galvanically conductive connection between the antenna contact 209 for signal supply of the first metal surface 205.

Unter dem Begriff Via (Vertical Interconnection Access) wird eine Durchkontaktierung verstanden, die zwischen den Leiterbahnebenen einer mehrlagigen Leiterplatte 201 angeordnet ist. Die Verbindung wird meist mit einer innen metallisierten Bohrung im Trägermaterial der Leiterplatte oder Platine hergestellt. Nachträglich lassen sich einzelne Lötaugen auch mittels Durchkontaktierungsnieten oder -stifte rein mechanisch bestücken. Solche Durchkontaktierungen werden hergestellt, indem das Loch im Trägermaterial bekeimt, das heißt mit einem Katalysator belegt, anschließend katalytisch metallisiert und danach gegebenenfalls elektrolytisch verstärkt wird. Die Durchkontaktierungs-Bohrung kann gleichzeitig als Lötauge für bedrahtete elektronische Bauelemente dienen oder nur zum Zweck der elektrischen Kontaktierung angebracht sein.The term Via (Vertical Interconnection Access) is understood to mean a via which is arranged between the interconnect levels of a multilayer printed circuit board 201. The connection is usually made with an internally metallized hole in the substrate of the circuit board or board. Subsequently, individual pads can be fitted purely mechanically by means of plated-through rivets or pins. Such plated-through holes are produced by germinating the hole in the carrier material, that is to say with a catalyst, then catalytically metallizing and then optionally electrolytically reinforcing it. The via hole may simultaneously serve as a land for leaded electronic components or be attached only for the purpose of electrical contact.

Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Patchantenne mit einer Mehrlagenleiterplatte 201 gem. Fig. 2 und mit einer Leiste aus Kunststoff 301 die umlaufend um den Rand der Mehrlagenleiterplatte angeordnet wird, wobei die Kunststoffleiste 301 das abstrahlend umlaufende fringe Feld nicht stört. FIG. 3 shows a second embodiment of a patch antenna according to the invention with a multi-layer circuit board 201 gem. Fig. 2 and with a strip of plastic 301 which is arranged circumferentially around the edge of the multilayer printed circuit board, the plastic strip 301 does not interfere with the radiating fringe surrounding field.

Figur 4 zeigt die Gehäuseunterteile 401 und Gehäuseoberteile 402 nach einer ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in räumlicher Darstellung, wobei jeweils eine Aussparung auf dem Gehäuseunterteil 401a und eine Aussparung auf dem Gehäuseoberteil 402a sichtbar ist. FIG. 4 shows the housing bases 401 and housing tops 402 according to a first or second embodiment of the present invention in a three-dimensional view, wherein a respective recess on the housing lower part 401a and a recess on the housing upper part 402a is visible.

Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Funkvorrichtung mit der Anordnung der Gehäuseoberteile 402, der erfindungsgemäßen Patchantenne mit einer Mehrlagenleiterplatte 201 gem. Fig. 2, einer Leiste aus Kunststoff 301 die umlaufend um den Rand der Mehrlagenleiterplatte 201 angeordnet ist und der Gehäuseunterteile 401 in einer weiteren Ausführungsform. Die Explosionsdarstellung beinhaltet in der Übersicht Gehäuseoberteil 401, Kunststoffleiste 301, Mehrlagenleiterplatte 201, Batteriezelle 211 und Gehäuseunterteil 401. FIG. 5 shows a radio device according to the invention with the arrangement of the housing upper parts 402, the patch antenna according to the invention with a multi-layer circuit board 201 gem. Fig. 2 a strip of plastic 301 which is arranged circumferentially around the edge of the multilayer printed circuit board 201 and the housing lower parts 401 in a further embodiment. The exploded view includes in the overview housing upper part 401, plastic strip 301, multi-layer printed circuit board 201, battery cell 211 and housing lower part 401st

Figur 6 zeigt ein Befestigungsmittel 601 (Tragering) zur Befestigung an einem weiteren Gegenstand. Vorliegend ist der Tragering 601 zur Befestigung an der zuvor beschriebenen Patchantenne bzw. der Funkvorrichtung ausgeführt und verwendet. Nach dem das Befestigungsmittel 601 in der Durchgangsöffnung 203 und ggf. Gehäuseöffnung 701a befestigt wird, kann eine spätere Befestigung an einen weiteren Gegenstand stattfinden. Somit wird beispielsweise zusammen mit der Funkvorrichtung ein Funkanhänger gebildet. FIG. 6 shows a fastener 601 (support ring) for attachment to another object. In the present case, the support ring 601 is designed and used for attachment to the previously described patch antenna or the radio device. After the fastening means 601 is fastened in the passage opening 203 and, if appropriate, the housing opening 701a, a subsequent attachment to another object can take place. Thus, for example, a radio tag is formed together with the radio device.

Figur 7 zeigt eine Ausführungsform der fertig bestückten Bauteile, die die erfindungsgemäße Patchantenne beinhaltet, wobei eine Mehrlagenleiterplatte 201 mit der Durchgangsöffnung 203 inklusive der Verdrahtungslage 206, des Batteriefaches 702, der aktive Schaltungsanordnung 703 und der Batteriezelle 704 abgebildet ist. FIG. 7 1 shows an embodiment of the assembled components including the patch antenna according to the invention, wherein a multi-layer circuit board 201 with the through-hole 203 including the wiring layer 206, the battery compartment 702, the active circuitry 703 and the battery cell 704 is depicted.

Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf eine als Funkvorrichtung 702a (Anhänger) ausgeführte Form. Abgebildet ist die Funkvorrichtung mit der vorgesehenen Gehäuseöffnung 701a, wobei die Gehäuseöffnung korrespondierend mit der Durchgangsöffnung der Mehrlagenleiterplatte 201 angeordnet ist und zwischen den Öffnungen der Gehäuseteile eine elektrisch isolierende Kunststoffhülse eingelegt ist. FIG. 8 shows a plan view of a designed as a radio device 702a (trailer) form. Shown is the radio device with the intended housing opening 701a, wherein the housing opening is arranged corresponding to the passage opening of the multilayer printed circuit board 201 and between the openings of the housing parts, an electrically insulating plastic sleeve is inserted.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

Patchflächepatch plane
101101
Koaxiale SpeiseleitungCoaxial feed line
102102
Durchkontaktierungsöffnungvia opening
103103
Dielektrische Substrat schichtDielectric substrate layer
104104
Antennenkontakt der PatchflächeAntenna contact of the patch surface
105105
Masseflächeground plane
106106
MehrlagenleiterplatteMultilayer printed circuit board
201201
Erste dielektrische SubstratschichtFirst dielectric substrate layer
202202
DurchgangsöffnungThrough opening
203203
Masseebeneground plane
204204
Patchflächepatch plane
205205
Verdrahtungslagewiring layer
206206
Zweite dielektrische SubstratschichtSecond dielectric substrate layer
207207
Via DurchkontaktierungVia via
208208
Speiseleitungfeeder
208a208a
Antennenkontakt der PatchflächeAntenna contact of the patch surface
209209
Elektronische BauteileElectronic components
210210
Batteriezellebattery cell
211211
Eckbereichecorner areas
212212
Umlaufende KunststoffabdeckungCircumferential plastic cover
301301
GehäuseunterteilHousing bottom
401401
GehäuseoberteilHousing top
402402
Erste AussparungFirst recess
401a401
Zweite AussparungSecond recess
402a402a
Befestigungsmittel (Tragering)Fastening means (bearing ring)
601601
DurchgangsöffnungThrough opening
701701
Batteriefachbattery
702702
Aktive SchaltungsanordnungActive circuitry
703703
Batteriezellebattery cell
704704
Gehäuseöffnunghousing opening
701a701
Funkvorrichtungradio device
702a702a

Claims (12)

Patchantenne umfassend eine erste Metallfläche (205), eine zweite Metallfläche (204), wobei die erste und zweite Metallfläche (205, 204) parallel zueinander angeordnet sind, eine zwischen der ersten Metallfläche (205) und der zweiten Metallfläche (204) angeordnete erste Substratschicht (202) zur elektrischen Isolierung der ersten Metallfläche (205) gegenüber der zweiten Metallfläche (204), und eine mit der ersten Metallfläche (205) elektrisch verbundenen Via-Durchkontaktierung (208) zur Signalversorgung der ersten Metallfläche (205), die sich durch die Substratschicht (207) und die zweite Metallfläche (204) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Eckbereiche (212) der Patchantenne zumindest durch die erste Metallfläche (205), die Substratschicht (207) und die zweite Metallfläche (204) hindurch eine Durchgangsöffnung (203) angeordnet ist.A patch antenna comprising a first metal surface (205), a second metal surface (204), wherein the first and second metal surfaces (205, 204) are disposed parallel to one another, a first substrate layer disposed between the first metal surface (205) and the second metal surface (204) (202) for electrically insulating the first metal surface (205) from the second metal surface (204), and a via via (208) electrically connected to the first metal surface (205) for signal supplying the first metal surface (205) extending through the first metal surface (205) Substrate layer (207) and the second metal surface (204), characterized in that in one of the corner regions (212) of the patch antenna at least through the first metal surface (205), the substrate layer (207) and the second metal surface (204) through a through hole (203) is arranged. Patchantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metallfläche (205) im Wesentlichen mit der zweiten Metallfläche(204) und der dazwischen angeordneten ersten Substratschicht (202) deckungsgleich ist.A patch antenna according to claim 1, characterized in that the first metal surface (205) is substantially congruent with the second metal surface (204) and the first substrate layer (202) disposed therebetween. Patchantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (203) eine geeignete geometrische Querschnittsform einschließlich einer quadratischen Form, einer rechteckigen Form, einer kreisförmigen Form, einer elliptischen Form, einer dreieckigen Form, einer Rautenform oder deren Varianten besitzt.Patch antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the through-hole (203) has a suitable geometric cross-sectional shape including a square shape, a rectangular shape, a circular shape, an elliptical shape, a triangular shape, a diamond shape or variants thereof. Patchantenne gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (203) durch die erste Metallfläche (205), die erste Substratschicht (202) und die zweite Metallfläche (204) an Ihrer Innenwand eine Isolationsschicht aufweist.Patch antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the passage opening (203) through the first metal surface (205), the first substrate layer (202) and the second metal surface (204) on its inner wall has an insulating layer. Patchantenne, gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Patchantenne als Teil einer Mehrlagenleiterplatte (201) ausgeführt ist.Patch antenna according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the patch antenna is designed as part of a multilayer printed circuit board (201). Patchantennen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metallfläche (205) und die zweite Metallfläche (204) aus einem elektrisch gut leitendem Material, insbesondere aus Kupfer, Aluminium, Silber, Messing oder einer Legierung mit wenigstens einem dieser Materialien, bestehen, und dass die erste Metallfläche (205) und die zweite Metallfläche (204) eine Materialdicke aufweisen, welche wesentlich grösser als die Eindringtiefe des Skin Effekts bei einer vorgesehenen Betriebsfrequenz ist.Patch antennas according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first metal surface (205) and the second metal surface (204) of a highly electrically conductive material, in particular copper, aluminum, silver, brass or an alloy with at least one of these materials , and that the first metal surface (205) and the second metal surface (204) have a material thickness that is substantially greater than the penetration depth of the skin effect at a designated operating frequency. Anhänger mit einer Patchantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das der Anhänger ein Gehäuseoberteil (402), ein Gehäuseunterteil (401), eine dazwischen angeordnete Leiste aus Kunststoff (301) und eine Durchgangsöffnung (203) für die Aufnahme von Befestigungsmitteln (601) aufweist.Trailer with a patch antenna according to one of claims 1 to 6, characterized in that the trailer an upper housing part (402), a lower housing part (401), a plastic strip (301) arranged therebetween and a passage opening (203) for receiving Fastening means (601). Funkvorrichtung (702a) umfassend: a. eine Patchantenne gemäß Anspruch 5, die als Metallisierungsstruktur auf und/oder in der Mehrlagenleiterplatte (201) ausgeführt ist, wobei die Mehrlagenleiterplatte (201) über der zweiten Metallfläche (204) auf Ihrer der ersten Metallfläche (205) entgegengesetzten Seite in dieser Reihenfolge eine zweite dielektrische Substratschicht (207) und eine weitere Metallfläche als Verdrahtungslage (206) angeordnet sind, b. eine aktive Schaltungsanordnung (210), die auf der Verdrahtungslage (206) angeordnet ist, und eine Speiseleitung (208a) zur Signaleinspeisung in die Patchantenne aufweist; und c. ein Gehäuse, in dem die Mehrlagenleiterplatte (201) aufgenommen ist, wobei das Gehäuse eine Gehäuseöffnung (701a) aufweist, die korrespondierend mit der Durchgangsöffnung (203) der Mehrlagenleiterplatte (201) angeordnet ist. A radio device (702a) comprising: a. A patch antenna according to claim 5, configured as a metallization structure on and / or in the multilayer printed circuit board (201), wherein the multilayer printed circuit board (201) has a second one above the second metal surface (204) on its side opposite the first metal surface (205) dielectric substrate layer (207) and another metal surface are arranged as a wiring layer (206), b. active circuitry (210) disposed on the wiring layer (206) and having a feed line (208a) for signal feed into the patch antenna; and c. a housing in which the multilayer wiring board (201) is accommodated, the housing having a housing opening (701a) corresponding to the through hole (203) of the multilayer wiring board (201). Funkvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schaltungsanordnung (210) mit der ersten Metallfläche (205) elektrisch über die Via Durchkontaktierung (208) der Patchantenne verbunden ist.A radio device according to claim 8, characterized in that the active circuitry (210) is electrically connected to the first metal surface (205) via the via via (208) of the patch antenna. Verwendung der Patchantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Patchantenne zur Ausstrahlung von Funkfrequenzen, insbesondere im Frequenzbereich der DECT oder Bluetooth Technologie, verwendet wird.Use of the patch antenna according to one of claims 1 to 6, wherein the patch antenna is used for the emission of radio frequencies, in particular in the frequency range of the DECT or Bluetooth technology. Verwendung der Patchantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Patchantenne als Anhanger verwendet wird.Use of the patch antenna of any one of claims 1 to 6, wherein the patch antenna is used as a tag. Funkanhänger mit einer Funkvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9 und einem Befestigungsmittel (601) zur Befestigung an einem Schlüsselbund, wobei das Befestigungsmittel (601) vorzugsweise als Tragering (601) ausgeführt ist und durch die Durchgangsöffnung (203) hindurchgeführt ist.A radio trailer with a radio device according to one of claims 8 or 9 and a fastening means (601) for attachment to a keychain, wherein the fastening means (601) is preferably designed as a support ring (601) and is passed through the passage opening (203).
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