EP3827478A1 - Leiterplatten-antenne - Google Patents

Leiterplatten-antenne

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EP3827478A1
EP3827478A1 EP19734345.2A EP19734345A EP3827478A1 EP 3827478 A1 EP3827478 A1 EP 3827478A1 EP 19734345 A EP19734345 A EP 19734345A EP 3827478 A1 EP3827478 A1 EP 3827478A1
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EP
European Patent Office
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antenna
antenna structure
circuit board
electrically conductive
free space
Prior art date
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Application number
EP19734345.2A
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English (en)
French (fr)
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EP3827478B1 (de
Inventor
Josef Reitner
Ludwig STÖCKL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3827478A1 publication Critical patent/EP3827478A1/de
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Publication of EP3827478B1 publication Critical patent/EP3827478B1/de
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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
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H01Q13/106—Microstrip slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point

Definitions

  • the invention relates to an antenna for transmitting or receiving radio signals, which can be implemented on a circuit board.
  • An electronic device that is set up to communicate via a wireless communication network typically comprises at least one antenna for receiving and / or transmitting radio signals.
  • the electronic device can be set up to receive or send radio signals over a multiplicity of different frequency bands, in particular over two different frequency bands or frequency ranges.
  • the device can comprise a multi-band antenna, in particular a dual-band antenna.
  • Exemplary dual band antennas can e.g. for the frequency bands 2.4 - 2.5 GHz and 5.1 - 5.8 GHz, i.e. for WLAN (Wireless Local Area Network).
  • Antennas typically require a reference mass or reference plane for their function.
  • the size and shape of such a reference mass typically have a significant influence on the function and radiation characteristics of an antenna.
  • An antenna should often be used as a printed circuit board structure or as a metal structure (e.g. as a stamped and bent part) in different sized printed circuit boards.
  • the differently sized printed circuit boards represent different reference masses for an antenna.
  • a new antenna tuning is typically required for each printed circuit board geometry. Such antenna tuning can be accomplished by changing the antenna structure and / or by using a so-called "matching circuit".
  • the present document deals with the technical task of providing a (dual-band) antenna which can be integrated in an efficient manner (in particular without the need for a dedicated antenna tuning) on differently shaped printed circuit boards.
  • the task is solved by the independent claim.
  • Advantageous embodiments are described, inter alia, in the dependent claims.
  • a circuit board antenna comprises an electrically conductive first antenna structure on a first outer layer (in particular a metal layer) of a circuit board.
  • the circuit board antenna comprises an electrically conductive first reference area on the first outer layer.
  • the circuit board antenna comprises an electrically conductive feed line to the first antenna structure. The first reference area encloses the first antenna structure apart from an isolating recess for the
  • a domestic appliance in particular a domestic appliance, which comprises a communication unit for wireless communication (in particular via WLAN), the communication unit having the circuit board antenna described in this document.
  • Figure 1a the upper or the first outer layer of a circuit board with an antenna
  • Figure 1 b the lower layer or the second outer layer of a circuit board with an antenna
  • Figures 1 c and 1c cross sections through printed circuit boards, each with an antenna
  • Figures 2a and 2b exemplary dimensions of an antenna.
  • the present document deals with the provision of a (dual-band) antenna which can be integrated in an efficient manner on differently dimensioned and / or designed printed circuit boards.
  • the (dual-band) antenna should be designed especially for WLAN radio communication in the frequency bands at 2.4GHz and 5GHz.
  • FIGS. 1 a and 1 b show an exemplary antenna 100 which is integrated on a printed circuit board 101.
  • FIG. 1 a shows the (electrically conductive) upper layer 110 of the printed circuit board 101
  • FIG. 1 b shows the (electrically conductive) lower layer 120 of the printed circuit board.
  • one or more dielectric layers 130 and optionally one or more (electrically conductive) intermediate layers 140 are located between the upper layer 110 and the lower layer 120.
  • the electrically conductive layers 110, 120, 140 can have a layer of metal, in particular copper. The metal can be removed (e.g., etched away) in portions of layers 110, 120, 140 to form different electrically conductive portions within a layer 110, 120, 140, the portions being electrically isolated from one another.
  • the upper layer 110 has an electrically conductive (first) antenna structure 113, which is insulated from an electrically conductive (first) reference region 11 via an (electrically non-conductive) (first) free space 112.
  • the reference area 1 11 encloses the antenna structure 1 13 as completely as possible.
  • the reference region 11 1 surrounding the antenna structure 11 13 is preferably interrupted only at one point in order to form a free space or a recess 11 17 through which or through which an electrically conductive feed line 11 15 is led to the antenna structure 11 13 can.
  • the antenna structure 1 13 has a rectangular shape.
  • the antenna structure 111 is composed of two rectangles 118, 119, each of which has a specific width and a specific length, the width being smaller than the length in each case.
  • the two rectangles 1 18, 1 19 are arranged one behind the other along the length of the rectangles 118, 119, so that an antenna structure 1 13 results with a total length which corresponds to the sum of the length of the two rectangles 118, 1 19.
  • the width of the second rectangle 119 is smaller than the width of the first rectangle 118.
  • the antenna structure 1 13 can thus be used for transmitting or for receiving signals in a specific frequency range (approximately 5.1-5.8 GHz).
  • the antenna structure 1 13 can form a 1/4 radiator for a specific frequency range due to the total length of the antenna structure 1 13.
  • the free space 1 12 can be used as a (slot) antenna for a further frequency range (approximately 2.4-2.5 GHz).
  • the free space 1 12 can have a certain length, so that the free space 1 12 forms a 1/4 radiator for a further frequency range.
  • the antenna structure 113 can be electrically conductively connected to the reference region 11 via an electrically conductive web (in particular via a short-circuit web) 116.
  • the electrically conductive web 116 can be arranged at one end of the antenna structure 113, in particular at the narrowest edge of the antenna structure 113.
  • the antenna structure 1 13 can thus form a (planar) inverted-F antenna.
  • the impedance of the antenna structure 113 can be trimmed to the desired value (e.g. 50 ohms) via the distance between the web 116 and the feed point or the feed line 115.
  • 16 electrostatic discharges can be largely kept away from the transmission / reception electronics of the antenna 100 via this short-circuit bridge 1.
  • the lower layer 120 is constructed essentially identically to the upper layer 110 (apart from the fact that on the upper layer 1 10 there is additionally provided a feed line 1 12 and the space 117 required for this becomes). This results in a (second) reference area 121, which can correspond to the (first) reference area 11 1 of the upper layer 110.
  • the (second) antenna structure 123 of the lower layer 120 can be dimensioned like the (first) antenna structure 113 of the upper layer 110.
  • the (Second) free space 122 of the lower layer 120 can be dimensioned like the (first) free space 1 12 of the upper layer 1 10.
  • the lower layer 120 can also have an electrically conductive web 126 between the antenna structure 123 and the reference region 121.
  • the reference area 1 1 1 of the upper layer 1 10 can be electrically conductively connected to the reference area 121 of the lower layer 120 via one or more vias or vias 1 14.
  • the vias or plated-through holes 114 are shown as dots in FIGS. 1a and 1b.
  • the antenna structure 1 13 of the upper layer 1 10 can be electrically conductively connected to the antenna structure 1 13 of the lower layer 120 via one or more vias or vias 1 14.
  • the web 1 16 of the upper layer 1 10 can also be electrically conductively connected to the web 126 of the lower layer 120 via one or more vias or vias 1 14.
  • the exact position of the one or more vias or plated-through holes 114 can vary depending on the via technology.
  • FIG. 1 c and 1 d show exemplary cross sections through exemplary printed circuit boards 101 with antenna structures 113, 123.
  • a printed circuit board 101 has a dielectric and / or electrically insulating layer 130 between two electrically conductive layers 110, 120.
  • the circuit board 101 has (at least) an electrically conductive intermediate layer 140 between the upper layer 110 and the lower layer 120, which is separated from the upper layer 110 and the lower layer 120 by a respective dielectric layer 130 is separated.
  • FIGS. 1 a and 1 b illustrates the area 141 in which the antenna structure 1 13, 123 shown in FIGS. 1 a and 1 b, including the free area 1 12, 122, are arranged.
  • This area 141 of an intermediate layer 140 is typically to be left out, so that the intermediate layer 140 in this area 141 has no electrically conductive material (in particular no copper).
  • the remaining area 142 of an intermediate layer 140 can be connected in an electrically conductive manner to the reference area 11, 121 of the upper layer 110 and the lower layer 120 via the vias or plated-through holes 114.
  • FIGS. 2a and 2b show different dimensions of the antenna 100 from FIGS. 1a and 1b.
  • FIGS. 2a and 2b show The width 201 of the wider first rectangle 118 of the antenna structure 113, 123;
  • Feed line 115 is located
  • the width 211 of the free space 112, 122 (transverse to the antenna structure 113, 123);
  • the length 212 of the free space 112, 122 (along the antenna structure 113, 123);
  • the distance 213 of the antenna structure 113, 123 from the reference area 111, 121 (along the length 203 of the antenna structure 113, 123);
  • Dual band antennas for the frequency bands 2.4 - 2.5 GHz and 5.1 - 5.8 GHz are:
  • Length 204 4.4 mm; and or
  • Width 214 1.77mm; and or
  • Thickness of a dielectric layer 130 1.24 mm; and or
  • the free space or the recess 117 for the feed line 115 can have a width of 4 mm or less, for example.
  • the above values can fluctuate by up to ⁇ 10%.
  • the values can be scaled with a common factor F.
  • a planar printed circuit board antenna structure 113, 123 is thus described, which is surrounded by the reference ground (i.e. by a reference area 11, 121) or
  • the reference regions 111, 121 can be electrically conductively coupled to ground.
  • the properties of the antenna 100 are independent of the size of the reference mass of a printed circuit board 101.
  • the antenna 100 can be efficiently installed in circuit boards 101 of different sizes without having to change the antenna structure 113, 123 and / or a "matching circuit". Consequently, module approval for the antenna 100 described can be carried out independently of the specific installation situation can be used for different overall devices.
  • a circuit board antenna 100 is thus described in this document, which can be implemented in an efficient manner on circuit boards 101 of different dimensions.
  • a circuit board 101 typically includes an electrically conductive first outer layer 110 (e.g. a front layer) and an electrically conductive second outer layer 120 (e.g. a lower layer).
  • the one or more layers 110, 120 may be electrically isolated from one another by one or more dielectric layers 130.
  • the layers 110, 120 can comprise an electrically conductive material, in particular copper.
  • the electrically conductive material can be removed from the respective layer 110, 120 at least in regions, in particular in order to form a free space 1 12 between an antenna structure 11 and a reference region 11.
  • the circuit board antenna 100 comprises an electrically conductive first antenna structure 113 on the first outer layer 110 of the circuit board 101.
  • the first antenna structure 113 can have an elongated shape (for example, like a dipole antenna).
  • the circuit board antenna 100 has an electrically conductive first reference region 11 on the first outer layer 110.
  • the first reference region 11 1 can be electrically conductively connected to a ground of the printed circuit board 101.
  • the circuit board antenna 100 has an electrically conductive feed line 115 to the first antenna structure 113.
  • the feed line 115 can essentially be arranged perpendicular to the longitudinal orientation of the first antenna structure 1 13.
  • a radio signal received by the first antenna structure 1 13 can be transmitted via the
  • Feed line 115 are coupled out. On the other hand, one of the first
  • Antenna structure 113 to be transmitted radio signal via the feed line 1 15 are fed into the first antenna structure 1 13.
  • the first reference area 11 completely encloses the first antenna structure 11 13, apart from an insulating recess 117 for the feed line 115. This results in an electrically insulating first free space 112 between the first antenna structure 1 13 and the first reference region 1 11.
  • the first free space 112 can be adapted to the shape of the first antenna structure 1 13.
  • the antenna structure 113 can have an elongated, rectangular shape.
  • the first free space can have an elongated, rectangular shape.
  • the first antenna structure 113 can thus in a defined manner via a defined first free space to a reference ground or reference plane (i.e. the first
  • Reference area 1 11 can be positioned.
  • the first reference region 1 11 can form a reference ground for the first antenna structure 1 13, so that the printed circuit board antenna 100 is independent of the size of the reference ground. This enables efficient integration of the first antenna structure 113 into different circuit board designs.
  • the circuit board antenna 100 can comprise an electrically conductive second antenna structure 123 on the second outer layer 120 of the circuit board 101. Furthermore, the circuit board antenna 100 can comprise an electrically conductive second reference region 121 on the second outer layer 120. In this case, the second reference area 121 can (substantially) completely surround the second antenna structure 123, so that an electrically insulating second free space 112 results between the second antenna structure 123 and the second reference area 121.
  • the first antenna structure 1 13 can be electrically conductively connected to the second antenna structure 1 13 via one or more vias 1 14. Alternatively or in addition, the first can
  • Reference area 11 1 can be electrically conductively connected to the second reference area 121 via one or more vias 1 14.
  • the transmission / reception properties of the printed circuit board antenna 100 can be improved (in particular with regard to a field spread that is as uniform as possible).
  • the second antenna structure 123 is dimensioned essentially identically to the first antenna structure 113.
  • the second free area 122 apart from the insulating recess 117 for the feed line 115, is dimensioned essentially identically to the first free area 112. The same radiation characteristics can thus be brought about on both sides of the printed circuit board 101.
  • the first antenna structure 1 13 can be substantially rectangular, the length 203 of the first antenna structure 113 being (substantially) greater than the width 201, 214 of the first antenna structure 1 13 (for example by a factor of 2, 3, 4 or more).
  • the first free space 1 12 can be substantially rectangular, the length 212 of the first free space 112 being greater than the width 211 of the first free space 112 (e.g. by a factor of 2, 3, 4 or more).
  • the first antenna structure 113 can be a dual-band antenna for a first
  • the first frequency range can be in particular 2.4-2.5 GHz and the second frequency range
  • the first antenna structure 113 can have a first width 201 in a first area 118 and a (different) second width 214 in a second area 119, the second width 214 being smaller than the first width 201. Furthermore, the first antenna structure 113 can have an overall length 213, and the first region 118 of the first antenna structure 113 can have a partial length. The total length 213 of the first antenna structure 113 can depend on the second frequency range in which the antenna 100 is to transmit and / or receive. In particular, the
  • Antenna structure 113 forms a 1/4 radiator with respect to the second frequency range. In this way, a multi-band antenna can be provided in an efficient and precise manner. io
  • the widths 201, 214 and / or the partial length of the first region 118 can be used to adjust the bandwidth of the antenna structure 113 to the bandwidth of the second frequency range.
  • the first free space 1 12 between the first antenna structure 1 13 and the first reference range 1 1 1 can be used as a (slot) antenna for the first frequency range.
  • the width 21 1 and / or the (total) length 212 of the first free space 1 12 can be set.
  • the positioning of the first antenna structure 113 within the first free space 1 12 can be adapted.
  • Antenna structure 113 can be used in a variety of different circuit board designs.
  • the embedding of the first antenna structure 113 on a first layer 110 of a printed circuit board 101 can also be used to provide a multi-band antenna 100 in an efficient manner.
  • the first antenna structure 113 can have a first width 201 in the first region 118 with a value of F * 2.10 mm ⁇ 10%.
  • the first antenna structure 1 13 in the second region 119 can have a second width 214 with a value of F * 1, 77 mm ⁇ 10%.
  • the first antenna structure 113 can have a first width 201 in the first region 118 with a value of F * 2.10 mm ⁇ 10%.
  • the first antenna structure 1 13 in the second region 119 can have a second width 214 with a value of F * 1, 77 mm ⁇ 10%.
  • the first antenna structure 113 can have a first width 201 in the first region 118 with a value of F * 2.10 mm ⁇ 10%.
  • the first antenna structure 1 13 in the second region 119 can have a second width 214 with a value of F * 1, 77 mm ⁇ 10%.
  • the first antenna structure 113 can have a first width 201 in the first region 118 with a value of F * 2.10
  • Antenna structure 1 13 have an overall length 203 with a value of F * 12.52 mm ⁇ 10%.
  • the second region 119 can be the first
  • Antenna structure 113 a partial length 204 with a value of F * 4.40 mm ⁇ 10%
  • the first free space 1 12 can have an overall width 21 1 with a value of F * 30.00 mm ⁇ 10%.
  • the first free space 112 can have an overall length 212 with a value of F * 5.50 mm ⁇ 10%.
  • a circuit board antenna 100 with one or more defined frequency bands can be provided, which can be integrated into different circuit board designs in an efficient manner.
  • first outer layer 110 and the second outer layer 120 are typically each formed by an electrically conductive layer, in particular formed by a copper layer, a printed circuit board 101. Furthermore, the first outer layer 110 and the second outer layer 120 are typically insulated from one another by at least one dielectric layer 130.
  • a printed circuit board 101 can have at least one electrically conductive one
  • Intermediate layer 140 (e.g. a copper layer), which is arranged between the first outer layer 110 and the second outer layer 120.
  • Intermediate layer 140 then preferably faces in a region 141 of the first
  • Antenna structure 131 and the first free space 112 have no electrically conductive material (in particular no copper).
  • the intermediate layer 140 in an area 142 of the first reference area 11 1 can be connected in an electrically conductive manner to the first reference area 11 1 via one or more vias 1 14. In this way, even in the case of a printed circuit board 101 with one or more intermediate layers 140, a printed circuit board antenna 100 can be provided in an efficient and precise manner.
  • the first antenna structure 113 can be electrically conductively connected to the first reference region 11 via an electrically conductive web 116.
  • the web 1 16 can have a much greater length than its width, in particular by a factor of 10 or more.
  • the web 116 can run parallel to the feed line 115.
  • the web 1 16 can run perpendicular to the longitudinal direction of the first antenna structure 1 13.
  • the web 116 can be arranged at one end of the first antenna structure 113 (with respect to the longitudinal direction of the first antenna structure 113).
  • Antenna structure 113 can be set in an efficient and precise manner. Furthermore, the required size of the antenna structure 113 can be reduced. Furthermore, electrostatic discharges from the transmitter / receiver electronics of the transmitter can be reliably transmitted via the (short-circuit) bridge 116 to the first reference region 11 1
  • described antenna 100 can be kept away.
  • the present document further describes a domestic appliance, in particular a domestic appliance, which comprises a communication unit for wireless communication, the communication unit having the printed circuit board antenna 100 described in this document.
  • a domestic appliance in particular a domestic appliance, which comprises a communication unit for wireless communication, the communication unit having the printed circuit board antenna 100 described in this document.
  • the present invention is not restricted to the exemplary embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are only intended to illustrate the principle of the proposed devices and systems.

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

Es wird eine Leiterplatten-Antenne (100) beschrieben. Die Leiterplatten-Antenne (100) umfasst eine elektrisch leitende erste Antennenstruktur (113) auf einer ersten äußeren Schicht (110) einer Leiterplatte (101). Außerdem umfasst die Leiterplatten-Antenne (100) einen elektrisch leitenden ersten Bezugsbereich (111) auf der ersten äußeren Schicht (110). Des Weiteren umfasst die Leiterplatten-Antenne (100) eine elektrisch leitende Speiseleitung (115) zu der ersten Antennenstruktur (113). Der erste Bezugsbereich (111) umschließt die erste Antennenstruktur (113) abgesehen von einer isolierenden Aussparung (117) für die Speiseleitung (115) vollständig, so dass sich zwischen der ersten Antennenstruktur (113) und dem ersten Bezugsbereich (111) ein elektrisch isolierender erster Freiraum (112) bildet.

Description

Leiterplatten-Antenne
Die Erfindung betrifft eine Antenne zum Senden bzw. zum Empfang von Funksignalen, die auf einer Leiterplatte implementiert werden kann.
Ein elektronisches Gerät, das eingerichtet ist, um über ein drahtloses Kommunikationsnetz zu kommunizieren, umfasst typischerweise mindestens eine Antenne zum Empfang und/oder zum Aussenden von Funksignalen. Dabei kann das elektronische Gerät eingerichtet sein, Funksignale über eine Vielzahl von unterschiedlichen Frequenzbändern, insbesondere über zwei unterschiedliche Frequenzbänder bzw. Frequenzbereiche, zu empfangen bzw. zu senden. Zu diesem Zweck kann das Gerät eine Mehrband-Antenne, insbesondere eine Dualband-Antenne, umfassen. Beispielhafte Dualband-Antennen können z.B. für die Frequenzbänder 2,4 - 2,5 GHz und 5,1 - 5,8 GHz, d.h. für WLAN (Wireless Local Area Network, bereitgestellt werden.
Antennen benötigen für ihre Funktion typischerweise eine Bezugsmasse bzw. Bezugsebene. Die Größe und die Form einer derartigen Bezugsmasse haben typischerweise einen maßgeblichen Einfluss auf die Funktion und Abstrahlcharakteristik einer Antenne. Häufig soll eine Antenne als Leiterkartenstruktur oder als aufgesetzte Metallstruktur (z.B. als Stanz-Biegeteil) in verschieden große Leiterkarten eingesetzt werden. Die unterschiedlich großen Leiterkarten stellen für eine Antenne unterschiedlich ausgeprägte Bezugsmassen dar. Als Folge daraus wird typischerweise für jede Leiterkartengeometrie eine neue Antennenabstimmung benötigt. Eine derartige Antennenabstimmung kann durch Verändern der Antennenstruktur und/oder durch Verwenden eines sogenannten„Matching-Circuit" bewerkstelligt werden.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine (Dualband-) Antenne bereitzustellen, die in effizienter Weise (insbesondere ohne Erfordernis einer dedizierten Antennenabstimmung) auf unterschiedlich ausgeprägten Leiterplatten integriert werden kann. Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem Aspekt wird eine Leiterplatten-Antenne beschrieben. Die Leiterplatten- Antenne umfasst eine elektrisch leitende erste Antennenstruktur auf einer ersten äußeren Schicht (insbesondere einer Metallschicht) einer Leiterplatte. Außerdem umfasst die Leiterplatten-Antenne einen elektrisch leitenden ersten Bezugsbereich auf der ersten äußeren Schicht. Des Weiteren umfasst die Leiterplatten-Antenne eine elektrisch leitende Speiseleitung zu der ersten Antennenstruktur. Der erste Bezugsbereich umschließt die erste Antennenstruktur abgesehen von einer isolierenden Aussparung für die
Speiseleitung vollständig, so dass sich zwischen der ersten Antennenstruktur und dem ersten Bezugsbereich ein elektrisch isolierender erster Freiraum bildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Hausgerät, insbesondere ein Haushaltsgerät, beschrieben, das eine Kommunikationseinheit zur drahtlosen Kommunikation (insbesondere über WLAN) umfasst, wobei die Kommunikationseinheit die in diesem Dokument beschriebene Leiterplatten-Antenne aufweist.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur 1a die obere bzw. die erste äußere Schicht einer Leiterplatte mit einer Antenne;
Figur 1 b die untere Schicht bzw. die zweite äußere Schicht einer Leiterplatte mit einer Antenne;
Figuren 1 c und 1c Querschnitte durch Leiterplatten mit jeweils einer Antenne; und
Figuren 2a und 2b beispielhafte Abmessungen einer Antenne. Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Bereitstellung einer (Dualband-) Antenne, die in effizienter Weise auf unterschiedlich dimensionierten und/oder ausgelegten Leiterplatten integriert werden kann. Die (Dualband-) Antenne soll dabei insbesondere für WLAN Funkkommunikation in den Frequenzbändern bei 2,4GHz und bei 5GHz ausgelegt sein.
Figuren 1a und 1 b zeigen eine beispielhafte Antenne 100, die auf einer Leiterplatte 101 integriert ist. Insbesondere zeigen Fig. 1a die (elektrisch leitende) obere Schicht 1 10 der Leiterplatte 101 und Fig. 1 b die (elektrisch leitende) untere Schicht 120 der Leiterplatte. Wie in den Figuren 1c und 1d dargestellt, befinden sich zwischen der oberen Schicht 1 10 und der unteren Schicht 120 ein oder mehrere dielektrische Schichten 130 sowie ggf. ein oder mehrere (elektrisch leitende) Zwischenschichten 140. Die elektrische leitenden Schichten 110, 120, 140 können eine Schicht aus Metall, insbesondere Kupfer, aufweisen. Das Metall kann in Teilbereichen der Schichten 1 10, 120, 140 entfernt werden (z.B. weggeätzt werden), um unterschiedliche elektrisch leitende Teilbereiche innerhalb einer Schicht 110, 120, 140 zu bilden, wobei die Teilbereiche elektrisch voneinander isoliert sind.
Die obere Schicht 110 weist eine elektrisch leitende (erste) Antennenstruktur 1 13 auf, die über einen (elektrisch nicht-leitenden) (ersten) Freiraum 1 12 von einem elektrisch leitenden (ersten) Bezugsbereich 1 11 isoliert ist. Der Bezugsbereich 1 11 umschließt die Antennenstruktur 1 13 möglichst vollständig. Insbesondere ist der die Antennenstruktur 1 13 umschließende Bezugsbereich 1 11 bevorzugt nur an einer Stelle unterbrochen, um einen Freiraum bzw. eine Aussparung 1 17 zu bilden, durch den bzw. durch die eine elektrisch leitende Speiseleitung 1 15 zu der Antennenstruktur 1 13 hin geführt werden kann.
In dem in Fig. 1 a dargestellten Beispiel weist die Antennenstruktur 1 13 eine rechteckige Form auf. Insbesondere setzt sich die Antennenstruktur 1 13 aus zwei Rechtecken 118, 1 19 zusammen, die jeweils eine bestimmte Breite und eine bestimmte Länge aufweisen, wobei die Breite jeweils kleiner ist als die Länge. Die beiden Rechtecke 1 18, 1 19 sind entlang der Länge der Rechtecke 118, 119 hintereinander angeordnet, so dass sich eine Antennenstruktur 1 13 mit einer Gesamtlänge ergibt, die der Summe aus der Länge der beiden Rechtecke 118, 1 19 entspricht. Die Breite des zweiten Rechtecks 1 19 ist kleiner als die Breite des ersten Rechtecks 1 18. Durch die Verwendung einer Antennenstruktur 1 13, die aus mehreren Rechtecken 118, 1 19 zusammengesetzt wird, kann die Bandbreite zumindest eines Frequenzbandes der Antenne 100 erhöht bzw. eingestellt werden.
Die Antennenstruktur 1 13 kann somit für das Aussenden bzw. für den Empfang von Signalen in einem bestimmten Frequenzbereich (etwa 5,1 - 5,8 GHz) verwendet werden. Insbesondere kann die Antennenstruktur 1 13 durch die Gesamtlänge der Antennenstruktur 1 13 einen l/4-Strahler für einen bestimmten Frequenzbereich bilden.
Andererseits kann der Freiraum 1 12 als (Schlitz-) Antenne für einen weiteren Frequenzbereich (etwa 2,4 - 2,5 GHz) verwendet werden. Zu diesem Zweck kann der Freiraum 1 12 eine bestimmte Länge aufweisen, so dass der Freiraum 1 12 einen l/4- Strahler für einen weiteren Frequenzbereich bildet.
Des Weiteren kann die Antennenstruktur 113 über einen elektrisch leitenden Steg (insbesondere über einen Kurzschluss-Steg) 1 16 elektrisch leitend mit dem Bezugsbereich 1 11 verbunden sein. Der elektrisch leitende Steg 1 16 kann dabei an einem Ende der Antennenstruktur 113, insbesondere an der schmälsten Kante der Antennenstruktur 113, angeordnet sein. Die Antennenstruktur 1 13 kann somit eine (planare) Inverted-F-Antenne bilden.
Über den Abstand zwischen dem Steg 116 und dem Speisepunkt bzw. der Speiseleitung 1 15 kann die Impedanz der Antennenstruktur 113 auf den gewünschten Wert (z.B. 50 Ohm) getrimmt werden. Außerdem können über diesen Kurzschluss-Steg 1 16 elektrostatische Entladungen weitgehend von der Sende-/Empfangs-Elektronik der Antenne 100 ferngehalten werden.
Fig. 1 b zeigt die untere Schicht 120 der Leiterplatte 101. Die untere Schicht 120 ist im Wesentlichen identisch zu der oberen Schicht 110 aufgebaut (abgesehen davon, dass auf der oberen Schicht 1 10 zusätzlich eine Speiseleitung 1 12 und der dafür erforderliche Freiraum 117 bereitgestellt wird). Es ergibt sich somit ein (zweiter) Bezugsbereich 121 , der dem (ersten) Bezugsbereich 11 1 der oberen Schicht 110 entsprechen kann. Des Weiteren kann die (zweite) Antennenstruktur 123 der unteren Schicht 120 wie die (erste) Antennenstruktur 113 der oberen Schicht 1 10 dimensioniert sein. Außerdem kann der (zweite) Freiraum 122 der unteren Schicht 120 wie der (erste) Freiraum 1 12 der oberen Schicht 1 10 dimensioniert sein. Ferner kann auch die untere Schicht 120 einen elektrisch leitenden Steg 126 zwischen Antennenstruktur 123 und Bezugsbereich 121 aufweisen.
Der Bezugsbereich 1 1 1 der oberen Schicht 1 10 kann über ein oder mehrere Vias bzw. Durchkontaktierungen 1 14 mit dem Bezugsbereich 121 der unteren Schicht 120 elektrisch leitend verbunden sein. Die Vias bzw. Durchkontaktierungen 1 14 sind in den Figuren 1 a und 1 b als Punkte dargestellt. Des Weiteren kann die Antennenstruktur 1 13 der oberen Schicht 1 10 über ein oder mehrere Vias bzw. Durchkontaktierungen 1 14 mit der Antennenstruktur 1 13 der unteren Schicht 120 elektrisch leitend verbunden sein. Ferner kann auch der Steg 1 16 der oberen Schicht 1 10 über ein oder mehrere Vias bzw. Durchkontaktierungen 1 14 mit dem Steg 126 der unteren Schicht 120 elektrisch leitend verbunden sein. Die genaue Position der ein oder mehreren Vias bzw. Durchkontaktierungen 1 14 kann je nach Via-Technologie unterschiedlich sein.
Die Figuren 1 c und 1 d zeigen beispielhafte Querschnitte durch beispielhafte Leiterplatten 101 mit Antennenstrukturen 1 13, 123. Dabei weist eine Leiterplatte 101 zwischen zwei elektrisch leitenden Schichten 1 10, 120 eine dielektrische und/oder elektrisch isolierende Schicht 130 auf. In dem in Fig. 1 d dargestellten Beispiel weist die Leiterplatte 101 zwischen der oberen Schicht 1 10 und der unteren Schicht 120 (zumindest) eine elektrisch leitende Zwischenschicht 140 auf, die von der oberen Schicht 1 10 bzw. der unteren Schicht 120 jeweils durch eine dielektrische Schicht 130 getrennt ist.
Fig. 1 d veranschaulicht den Bereich 141 , in dem die in den Figuren 1 a und 1 b dargestellte Antennenstruktur 1 13, 123 inklusive des Freibereichs 1 12, 122 angeordnet sind. Dieser Bereich 141 einer Zwischenschicht 140 ist typischerweise auszusparen, so dass die Zwischenschicht 140 in diesem Bereich 141 kein elektrisch leitendes Material (insbesondere kein Kupfer) aufweist. Andererseits kann der verbleibende Bereich 142 einer Zwischenschicht 140 über die Vias bzw. Durchkontaktierungen 1 14 mit dem Bezugsbereich 1 1 1 , 121 der oberen Schicht 1 10 und der unteren Schicht 120 elektrisch leitend verbunden werden.
Die Figuren 2a und 2b zeigen unterschiedliche Dimensionen der Antenne 100 aus den Figuren 1 a und 1 b. Insbesondere zeigen die Figuren 2a und 2b • die Breite 201 des breiteren ersten Rechtecks 118 der Antennenstruktur 113, 123;
• den Abstand 202 derVias bzw. Durchkontaktierungen 114 des Bezugsbereichs 111, 121 von dem Freiraum 112, 122;
• die Gesamtlänge 203 der Antennenstruktur 113, 123;
• die Länge 204 des zweiten Rechtecks 119 der Antennenstruktur 113, 123;
• die Länge 205 des Stegs 116, 126 bzw. den Abstand 205 der Antennenstruktur 113, 123 von dem Bezugsbereich 111, 121 (an der Seite, an der sich die
Speiseleitung 115 befindet);
• die Breite 211 des Freiraums 112, 122 (quer zu der Antennenstruktur 113, 123);
• die Länge 212 des Freiraums 112, 122 (längs zu der Antennenstruktur 113, 123);
• der Abstand 213 der Antennenstruktur 113, 123 von dem Bezugsbereich 111, 121 (entlang der Länge 203 der Antennenstruktur 113, 123); und
• die Breite 214 des schmaleren zweiten Rechtecks 119 der Antennenstruktur 113, 123.
Bevorzugte Werte dero.g. Dimensionen der Antenne 100 (insbesondere für eine
Dualband-Antenne für die Frequenzbänder 2,4 - 2,5 GHz und 5,1 - 5,8 GHz) sind:
• Breite 201: 2,10mm; und/oder
• Abstand 202: 0,7mm; und/oder
• Gesamtlänge 203: 12,52mm; und/oder
• Länge 204: 4,4mm; und/oder
• Abstand 205: 1,94mm; und/oder
• Breite 211 : 5,50mm; und/oder
• Länge 212: 30,00mm; und/oder
• Abstand 213: 9,30mm; und/oder
• Breite 214: 1,77mm; und/oder
• Dimensionen des freizuhaltenden Bereichs 141 einer Zwischenschicht 140: Länge 31mm und Breite 6,5mm; und/oder
• Stärke bzw. Dicke einer dielektrischen Schicht 130: 1,24mm; und/oder
• der Freiraum bzw. die Aussparung 117 für die Speiseleitung 115 kann z.B. eine Breite von 4mm oder weniger aufweisen. Die o.g. Werte können jeweils um bis zu ±10% schwanken. Des Weiteren können die Werte mit einem gemeinsamen Faktor F skaliert werden.
Es wird somit eine planare Leiterplatten-Antennenstruktur 113, 123 beschrieben, die von der Bezugsmasse (d.h. von einem Bezugsbereich 1 11 , 121 ) umgeben bzw.
in die Bezugsmasse integriert ist. Die Bezugsbereiche 111 , 121 können mit Masse bzw. Ground elektrisch leitend gekoppelt sein. Durch die Integration einer Antennenstruktur 113, 123 in einen Bezugsbereich 11 1 , 121 werden die Eigenschaften der Antenne 100 von der Größe der Bezugsmasse einer Leiterplatte 101 unabhängig. Als Folge daraus kann die Antenne 100 in effizienter Weise in verschieden große Leiterkarten 101 eingebaut werden, ohne die Antennenstruktur 113, 123 und/oder einen„Matching Circuit" verändern zu müssen. Folglich kann eine Modul-Zulassung für die beschriebene Antenne 100 unabhängig von der konkreten Einbausituation für verschiedene Gesamtgeräte verwendet werden.
Es wird somit in diesem Dokument eine Leiterplatten-Antenne 100 beschrieben, die in effizienter Weise auf unterschiedlich dimensionierten Leiterplatten 101 implementiert werden kann. Eine Leiterplatte 101 umfasst dabei typischerweise eine elektrisch leitende erste äußere Schicht 110 (z.B. eine vordere Schicht) sowie eine elektrisch leitende zweite äußere Schicht 120 (z.B. eine untere Schicht). Die ein oder mehreren Schichten 1 10, 120 können durch ein oder mehrere dielektrische Schichten 130 voneinander elektrisch isoliert sein. Die Schichten 1 10, 120 können ein elektrisch leitendes Material, insbesondere Kupfer, umfassen. Dabei kann das elektrisch leitende Material zumindest bereichsweise aus der jeweiligen Schicht 110, 120 entfernt werden, insbesondere um einen Freiraum 1 12 zwischen einer Antennenstruktur 1 13 und einem Bezugsbereich 1 11 zu bilden.
Die Leiterplatten-Antenne 100 umfasst eine elektrisch leitende erste Antennenstruktur 113 auf der ersten äußeren Schicht 1 10 der Leiterplatte 101. Die erste Antennenstruktur 113 kann dabei eine längliche Form aufweisen (z.B. wie eine Dipolantenne). Des Weiteren weist die Leiterplatten-Antenne 100 einen elektrisch leitenden ersten Bezugsbereich 1 11 auf der ersten äußeren Schicht 1 10 auf. Dabei kann der erste Bezugsbereich 11 1 mit einer Masse bzw. mit Ground der Leiterplatte 101 elektrisch leitend verbunden sein.
Ferner weist die Leiterplatten-Antenne 100 eine elektrisch leitende Speiseleitung 1 15 zu der ersten Antennenstruktur 113 auf. Die Speiseleitung 115 kann im Wesentlichen senkrecht zu der Längsausrichtung der ersten Antennenstruktur 1 13 angeordnet sein. Ein von der ersten Antennenstruktur 1 13 empfangenes Funksignal kann über die
Speiseleitung 115 ausgekoppelt werden. Andererseits kann ein von der ersten
Antennenstruktur 113 zu sendendes Funksignal über die Speiseleitung 1 15 in die erste Antennenstruktur 1 13 eingespeist werden.
Der erste Bezugsbereich 1 11 umschließt die erste Antennenstruktur 1 13 abgesehen von einer isolierenden Aussparung 1 17 für die Speiseleitung 115 (im Wesentlichen) vollständig. Dabei ergibt sich zwischen der ersten Antennenstruktur 1 13 und dem ersten Bezugsbereich 1 11 ein elektrisch isolierender erster Freiraum 112. Der erste Freiraum 112 kann an die Form der ersten Antennenstruktur 1 13 angepasst sein. Beispielsweise kann die Antennenstruktur 113 eine längliche, rechteckige Form aufweisen. In entsprechender Weise kann der erste Freiraum eine längliche, rechteckige Form aufweisen.
Die erste Antennenstruktur 113 kann somit in definierter Weise über einen definierten ersten Freiraum zu einer Bezugsmasse bzw. Bezugsebene (d.h. dem ersten
Bezugsbereich 1 11 ) positioniert werden. Mit anderen Worten, der erste Bezugsbereich 1 11 kann eine Bezugsmasse für die erste Antennenstruktur 1 13 bilden, so dass die Leiterplatten-Antenne 100 unabhängig von der Größe der Bezugsmasse ist. Dies ermöglicht eine effiziente Integration der ersten Antennenstruktur 113 in unterschiedliche Leiterplatten-Designs.
Die Leiterplatten-Antenne 100 kann eine elektrisch leitende zweite Antennenstruktur 123 auf der zweiten äußeren Schicht 120 der Leiterplatte 101 umfassen. Des Weiteren kann die Leiterplatten-Antenne 100 einen elektrisch leitenden zweiten Bezugsbereich 121 auf der zweiten äußeren Schicht 120 umfassen. Dabei kann der zweite Bezugsbereich 121 die zweite Antennenstruktur 123 (im Wesentlichen) vollständig umschließen, so dass sich zwischen der zweiten Antennenstruktur 123 und dem zweiten Bezugsbereich 121 ein elektrisch isolierender zweiter Freiraum 112 ergibt. Die erste Antennenstruktur 1 13 kann über ein oder mehrere Durchkontaktierungen 1 14 mit der zweiten Antennenstruktur 1 13 elektrisch leitend verbunden sein. Alternativ oder ergänzend kann der erste
Bezugsbereich 11 1 über ein oder mehrere Durchkontaktierungen 1 14 mit dem zweiten Bezugsbereich 121 elektrisch leitend verbunden sein. Durch die Bereitstellung einer zweiten Antennenstruktur 123 auf der zweiten äußeren Schicht 120 einer Leiterplatte 120 können die Sende-/Empfangseigenschaften der Leiterplatten-Antenne 100 verbessert werden (insbesondere in Bezug auf eine möglichst gleichmäßige Feldausbreitung).
In einem bevorzugten Beispiel ist die zweite Antennenstruktur 123 abgesehen von der Speiseleitung 115 im Wesentlichen identisch zu der ersten Antennenstruktur 113 dimensioniert. Alternativ oder ergänzend ist in einem bevorzugten Beispiel der zweite Freibereich 122 abgesehen von der isolierenden Aussparung 117 für die Speiseleitung 1 15 im Wesentlichen identisch zu dem ersten Freibereich 112 dimensioniert. So können gleiche Strahlungscharakteristika an beiden Seiten der Leiterplatte 101 bewirkt werden.
Wie bereits oben dargelegt, kann die erste Antennenstruktur 1 13 im Wesentlichen rechteckförmig sein, wobei die Länge 203 der ersten Antennenstruktur 113 (wesentlich) größer als die Breite 201 , 214 der ersten Antennenstruktur 1 13 sein kann (z.B. um den Faktor 2, 3, 4 oder mehr). In entsprechender Weise kann der erste Freiraum 1 12 im Wesentlichen rechteckförmig sein, wobei die Länge 212 des ersten Freiraums 112 größer als die Breite 211 des ersten Freiraums 112 sein kann (z.B. um den Faktor 2, 3, 4 oder mehr).
Die erste Antennenstruktur 113 kann eine Dualband-Antenne für einen ersten
Frequenzbereich und für einen zweiten Frequenzbereich bilden. Dabei kann der erste Frequenzbereich insbesondere 2,4 - 2,5 GHz und der zweite Frequenzbereich
insbesondere 5,1 - 5,8 GHz umfassen bzw. sein.
Die erste Antennenstruktur 113 kann in einem ersten Bereich 118 eine erste Breite 201 und in einem zweiten Bereich 1 19 eine (unterschiedliche) zweite Breite 214 aufweisen, wobei die zweite Breite 214 kleiner als die erste Breite 201 ist. Des Weiteren kann die erste Antennenstruktur 113 eine Gesamtlänge 213 aufweisen, und der erste Bereich 118 der ersten Antennenstruktur 113 kann eine Teillänge aufweisen. Die Gesamtlänge 213 der ersten Antennenstruktur 113 kann von dem zweiten Frequenzbereich abhängen, in dem die Antenne 100 senden und/oder empfangen soll. Insbesondere kann die
Gesamtlänge 213 der ersten Antennenstruktur 113 derart sein, dass die erste
Antennenstruktur 113 einen l/4-Strahler in Bezug auf den zweiten Frequenzbereich bildet. So kann in effizienter und präziser Weise eine Mehrband-Antenne bereitgestellt werden. io
Die Breiten 201 , 214 und/oder die Teillänge des ersten Bereichs 1 18 können dazu verwendet werden, um die Bandbreite der Antennenstruktur 113 auf die Bandbreite des zweiten Frequenzbereichs einzustellen.
Der erste Freiraum 1 12 zwischen der ersten Antennenstruktur 1 13 und dem ersten Bezugsbereich 1 1 1 kann als (Schlitz-) Antenne für den ersten Frequenzbereich genutzt werden. Zu diesem Zweck können die Breite 21 1 und/oder die (Gesamt-) Länge 212 des ersten Freiraums 1 12 eingestellt werden. Des Weiteren kann die Positionierung der ersten Antennenstruktur 113 innerhalb des ersten Freiraums 1 12 angepasst werden. Somit kann durch die Einbettung einer ersten Antennenstruktur 113 auf einer ersten Schicht 1 10 einer Leiterplatte 101 nicht nur in effizienter Weise bewirkt werden, dass die erste
Antennenstruktur 113 in einer Vielzahl von unterschiedlichen Leiterplatten-Designs verwendet werden kann. Die Einbettung der ersten Antennenstruktur 1 13 auf einer ersten Schicht 1 10 einer Leiterplatte 101 kann darüber hinaus dazu genutzt werden, in effizienter Weise eine Mehrband-Antenne 100 bereitzustellen.
Die erste Antennenstruktur 113 kann in dem ersten Bereich 1 18 eine erste Breite 201 mit einem Wert von F*2,10mm ± 10% aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann die erste Antennenstruktur 1 13 in dem zweiten Bereich 119 eine zweite Breite 214 mit einem Wert von F*1 ,77mm ± 10% aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann die erste
Antennenstruktur 1 13 eine Gesamtlänge 203 mit einem Wert von F*12,52mm ± 10% aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann der zweite Bereich 119 der ersten
Antennenstruktur 113 eine Teillänge 204 mit einem Wert von F*4,40mm ± 10%
aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann der erste Freiraum 1 12 eine Gesamtbreite 21 1 mit einem Wert von F*30,00mm ± 10% aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann der erste Freiraum 112 eine Gesamtlänge 212 mit einem Wert von F*5,50mm ± 10% aufweisen. Dabei kann F ein beliebiger reellwertiger Skalierungsfaktor sein. In einem bevorzugten Beispiel (insbesondere für die Frequenzbereiche 2,4 - 2,5 GHz und 5,1 - 5,8 GHz) ist F=1. So kann eine Leiterplatten-Antenne 100 mit ein oder mehreren definierten Frequenzbändern bereitgestellt werden, die in effizienter Weise in unterschiedliche Leiterplatten-Designs integriert werden kann.
Wie bereits oben dargelegt, werden die erste äußere Schicht 110 und die zweite äußere Schicht 120 typischerweise jeweils durch eine elektrisch leitende Schicht, insbesondere durch eine Kupferschicht, einer Leiterplatte 101 gebildet. Des Weiteren sind die erste äußere Schicht 110 und die zweite äußere Schicht 120 typischerweise durch zumindest eine dielektrische Schicht 130 voneinander isolierst.
Des Weiteren kann eine Leiterplatte 101 zumindest eine elektrisch leitende
Zwischenschicht 140 (z.B. eine Kupferschicht) aufweisen, die zwischen der ersten äußeren Schicht 110 und der zweiten äußeren Schicht 120 angeordnet ist. Die
Zwischenschicht 140 weist dann bevorzugt in einem Bereich 141 der ersten
Antennenstruktur 131 und des ersten Freiraums 112 kein elektrisch leitendes Material (insbesondere kein Kupfer) auf. Andererseits kann die Zwischenschicht 140 in einem Bereich 142 des ersten Bezugsbereichs 11 1 über ein oder mehrere Durchkontaktierungen 1 14 elektrisch leitend mit dem ersten Bezugsbereich 11 1 verbunden sein. So kann auch bei einer Leiterplatte 101 mit ein oder mehreren Zwischenschichten 140 in effizienter und präziser Weise eine Leiterplatten-Antenne 100 bereitgestellt werden.
Die erste Antennenstruktur 113 kann über einen elektrisch leitenden Steg 1 16 elektrisch leitend mit dem ersten Bezugsbereich 1 11 verbunden sein. Dabei kann der Steg 1 16 eine wesentlich größere Länge als Breite aufweisen, insbesondere um einen Faktor 10 oder mehr. Der Steg 116 kann parallel zu der Speiseleitung 115 verlaufen. Des Weiteren kann der Steg 1 16 senkrecht zu der Längsrichtung der ersten Antennenstruktur 1 13 verlaufen. Außerdem kann der Steg 116 an einem Ende der ersten Antennenstruktur 113 (in Bezug auf die Längsrichtung der ersten Antennenstruktur 113) angeordnet sein. Durch die Verwendung eines elektrisch leitenden Stegs 1 16 kann die Impedanz der ersten
Antennenstruktur 113 in effizienter und präziser Weise eingestellt werden. Des Weiteren kann die erforderliche Größe der Antennenstruktur 113 reduziert werden. Ferner können über den (Kurzschluss-) Steg 116 zu dem ersten Bezugsbereich 11 1 in zuverlässiger Weise elektrostatische Entladungen von der Sende-/Empfangs-Elektronik der
beschriebenen Antenne 100 ferngehalten werden.
Das vorliegende Dokument beschreibt weiter ein Hausgerät, insbesondere ein Haushaltsgerät, das eine Kommunikationseinheit zur drahtlosen Kommunikation umfasst, wobei die Kommunikationseinheit die in diesem Dokument beschriebene Leiterplatten- Antenne 100 aufweist. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 ) Leiterplatten-Antenne (100), die umfasst,
- eine elektrisch leitende erste Antennenstruktur (113) auf einer ersten
äußeren Schicht (1 10) einer Leiterplatte (101 );
- einen elektrisch leitenden ersten Bezugsbereich (1 11 ) auf der ersten
äußeren Schicht (1 10); und
- eine elektrisch leitende Speiseleitung (115) zu der ersten Antennenstruktur (1 13); wobei der erste Bezugsbereich (11 1 ) die erste Antennenstruktur
(1 13) abgesehen von einer isolierenden Aussparung (117) für die Speiseleitung (1 15) vollständig umschließt, so dass sich zwischen der ersten Antennenstruktur (1 13) und dem ersten Bezugsbereich (1 11 ) ein elektrisch isolierender erster Freiraum (1 12) bildet.
2) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß Anspruch 1 , wobei
- die Leiterplatten-Antenne (100) eine elektrisch leitende zweite
Antennenstruktur (123) auf einer zweiten äußeren Schicht (120) der Leiterplatte (101 ) umfasst;
- die Leiterplatten-Antenne (100) einen elektrisch leitenden zweiten
Bezugsbereich (121 ) auf der zweiten äußeren Schicht (120) umfasst;
- der zweite Bezugsbereich (121 ) die zweite Antennenstruktur (123)
vollständig umschließt, so dass sich zwischen der zweiten
Antennenstruktur (123) und dem zweiten Bezugsbereich (121 ) ein elektrisch isolierender zweiter Freiraum (112) ergibt;
- die erste Antennenstruktur (113) über ein oder mehrere
Durchkontaktierungen (114) mit der zweiten Antennenstruktur (1 13) elektrisch leitend verbunden ist; und
- der erste Bezugsbereich (11 1 ) über ein oder mehrere
Durchkontaktierungen (114) mit dem zweiten Bezugsbereich (121 ) elektrisch leitend verbunden ist.
3) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß Anspruch 2, wobei - die zweite Antennenstruktur (123) abgesehen von der Speiseleitung (1 15) im Wesentlichen identisch zu der ersten Antennenstruktur (1 13) dimensioniert ist; und/oder
- der zweite Freibereich (122) abgesehen von der isolierenden Aussparung (1 17) für die Speiseleitung (1 15) im Wesentlichen identisch zu dem ersten Freibereich (1 12) dimensioniert ist.
4) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die erste Antennenstruktur (113) im Wesentlichen rechteckförmig ist; und
- eine Länge (203) der ersten Antennenstruktur (1 13) größer als eine Breite (201 , 214) der ersten Antennenstruktur (1 13) ist; und/oder
- der erste Freiraum (1 12) im Wesentlichen rechteckförmig ist; und
- eine Länge (212) des ersten Freiraums (1 12) größer als eine Breite (21 1 ) des ersten Freiraums (112) ist.
5) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die erste Antennenstruktur (1 13) eine Dualband-Antenne für einen ersten Frequenzbereich und für einen zweiten Frequenzbereich bildet; und
- der erste Frequenzbereich insbesondere 2,4 - 2,5 GHz und der zweite Frequenzbereich insbesondere 5,1 - 5,8 GHz umfasst.
6) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der erste Freiraum (1 12) eine Gesamtlänge (212) aufweist; und
- die Gesamtlänge (212) des ersten Freiraums (112) von einem ersten
Frequenzbereich abhängt, in dem die Antenne (100) senden und/oder empfangen soll.
7) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die erste Antennenstruktur (113) eine Gesamtlänge (213) aufweist; und
- die Gesamtlänge (213) der ersten Antennenstruktur (1 13) von einem
zweiten Frequenzbereich abhängt, in dem die Antenne (100) senden und/oder empfangen soll. 8) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die erste Antennenstruktur (1 13) in einem ersten Bereich (1 18) eine erste Breite (201 ) mit einem Wert von F*2,10mm ± 10% aufweist; und/oder
- die erste Antennenstruktur (1 13) in einem zweiten Bereich (1 19) eine
zweite Breite (214) mit einem Wert von F*1 ,77mm ± 10% aufweist;
und/oder
- die erste Antennenstruktur (113) eine Gesamtlänge (203) mit einem Wert von F*12,52mm ± 10% aufweist; und/oder
- der zweite Bereich (119) der ersten Antennenstruktur (1 13) eine Teillänge (204) mit einem Wert von F*4,40mm ± 10% aufweist; und
- F ein beliebiger reellwertiger Skalierungsfaktor ist, mit insbesondere F=1.
9) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der erste Freiraum (1 12) eine Gesamtbreite (21 1 ) mit einem Wert von F*30,00mm ± 10% aufweist; und/oder
- der erste Freiraum (112) eine Gesamtlänge (212) mit einem Wert von F*5,50mm ± 10% aufweist; und
- F ein beliebiger reellwertiger Skalierungsfaktor ist, mit insbesondere F=1.
10) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei
- die erste äußere Schicht (1 10) und die zweite äußere Schicht (120) jeweils durch eine elektrisch leitende Schicht, insbesondere durch eine Kupferschicht, der Leiterplatte (101 ) gebildet werden; und/oder
- die erste äußere Schicht (1 10) und die zweite äußere Schicht (120) durch zumindest eine dielektrische Schicht (130) voneinander isolierst sind.
1 1 ) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß Anspruch 10, wobei
- die Leiterplatte (101 ) zumindest eine elektrisch leitende Zwischenschicht (140) aufweist, die zwischen der ersten äußeren Schicht (1 10) und der zweiten äußeren Schicht (120) angeordnet ist; und
- die Zwischenschicht (140) in einem Bereich (141 ) der ersten
Antennenstruktur (131 ) und des ersten Freiraums (1 12) kein elektrisch leitendes Material aufweist; und/oder - die Zwischenschicht (140) in einem Bereich (142) des ersten
Bezugsbereichs (1 11 ) über ein oder mehrere Durchkontaktierungen (1 14) elektrisch leitend mit dem ersten Bezugsbereich (1 11 ) verbunden ist.
12) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die erste Antennenstruktur (113) über einen elektrisch leitenden Steg (1 16) elektrisch leitend mit dem ersten Bezugsbereich (11 1 ) verbunden ist;
- der Steg (1 16) eine Wesentlich größere Länge als Breite aufweist,
insbesondere um einen Faktor 10 oder mehr;
- der Steg (1 16) parallel zu der Speiseleitung (1 15) verläuft;
- die Speiseleitung (115) senkrecht zu einer Längsrichtung der ersten
Antennenstruktur (113) verläuft; und
- der Steg (1 16) an einem Ende der ersten Antennenstruktur (1 13)
angeordnet ist. 13) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Bezugsbereich (11 1 ) eine Bezugsmasse für die erste Antennenstruktur (1 13) bildet, so dass die Leiterplatten-Antenne (100) unabhängig von einer Größe der Bezugsmasse ist. 14) Hausgerät, das eine Kommunikationseinheit mit einer Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
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