WO2004036688A1 - Dielektrische patch-antenne - Google Patents

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WO2004036688A1
WO2004036688A1 PCT/DE2003/003055 DE0303055W WO2004036688A1 WO 2004036688 A1 WO2004036688 A1 WO 2004036688A1 DE 0303055 W DE0303055 W DE 0303055W WO 2004036688 A1 WO2004036688 A1 WO 2004036688A1
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WO
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conductor surface
patch antenna
antenna according
frequency
main
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Application number
PCT/DE2003/003055
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French (fr)
Inventor
Anton Salfelner
Original Assignee
Infineon Technologies Ag
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • 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
    • H01Q5/35—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using two or more simultaneously fed points
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0428—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means

Definitions

  • the present invention relates to a dielectric patch antenna, which can be configured particularly suitable for the reception of satellite navigation.
  • the GPS global positioning system
  • a usual transmission frequency for this is 1575.42MHz.
  • the emitted electromagnetic waves are circularly polarized.
  • Approximately square patch antennas with conductor areas are typically used for reception, which typically have dimensions of approximately 18 mm x 18 mm x 4.5 mm.
  • R. Garg, P. Bhartia, Inder Bahl and A. Ittipiboon "Microstrip Antenna Design Handbook", ISBN 0-89006-513-6 875, Artech House, Chapter 2 describes the calculation of analytical models for microstrip antennas.
  • a patch antenna intended for GPS transmission does not have the suitable dimensions for GSM 1800 transmission due to the difference in frequency. If the simultaneous use of GPS and GSM-1800 is intended in one device, two antennas are therefore required. In terms of circuitry, there must also be sufficient insulation between the antennas. This is usually achieved by filtering using a SAW component (surface acoustic wave, surface wave filter). Such a component requires space in the device and is also expensive. The conditions for crosstalk between the signal paths are difficult to control.
  • the object of the present invention is to provide a simple and inexpensive possibility for the simultaneous use of GPS and GSM-1800.
  • the patch antenna is arranged on a substrate which has a carrier layer made of a dielectric material, which is coated on two opposite main sides with conductor surfaces, preferably made of metal.
  • the first conductor surface is preferably present over the entire surface on the relevant main side of the dielectric carrier layer and is provided as a ground plane.
  • the second conductor surface on the opposite main side of the dielectric carrier layer forms the actual antenna and has the dimensions provided for it.
  • the area of the second conductor surface has different dimensions in two different, preferably mutually perpendicular, main directions and is thus designed to be suitable for two different frequencies or frequency ranges.
  • the second conductor surface can, for example, be rectangular with different lengths and widths; for example, it can also be elliptical, the two main axes of the ellipse representing the two main directions.
  • the second conductor surface has dimensions in the main directions, the values of which, apart from a correction required because of the substrate, are equal to half the wavelength belonging to an intended frequency in matter of the relative dielectric constant of the carrier layer and, in particular in the case of thin substrates, are at least approximately the same as the difference from the determined half the wavelength and the thickness of the substrate.
  • the relative dielectric constant of the carrier layer is denoted by ⁇ r
  • the signal frequency by f and the vacuum speed of light as usual with c
  • half the wavelength in the material of the carrier layer is c / (2f / ⁇ r ).
  • ⁇ r depends on the frequency f.
  • the wavelength calculated in this way must be provided with a correction for the substrate.
  • the thickness of the substrate in this example 1.5 mm
  • a corresponding correction of the value can be determined using the means familiar to the person skilled in the art, which are described, inter alia, in the book cited at the beginning.
  • the dimensions of the antenna are therefore chosen such that in the two main directions, for example the directions perpendicular to one another given by the edge of a rectangular conductor surface, reception and / or transmission of one of the intended frequencies is preferably possible. A maximum deviation of 5% from the required preferred values of the dimensions in the main directions is allowed.
  • the dimensions are to be understood here as mean values if, for example, a frayed or corrugated edge structure of the second conductor surface is provided for the purpose of increasing the bandwidth of the transmission.
  • a GPS frequency and a GSM frequency can be provided as frequencies.
  • a linear polarization direction along a first main direction of the antenna with a suitable first dimension of the second conductor is from the circularly polarized carrier wave. area is received (for example, along the length or width of a rectangular antenna).
  • the second dimension of the second conductor surface along the second main direction can therefore be optimized for the transmission and reception of a GSM frequency.
  • the second conductor surface has separate connections from two supply lines, which are each provided for the signal transmission of one of the two different frequencies.
  • At least the connection provided for tapping a received signal, in particular a GPS signal is preferably located on an axis of symmetry of the second conductor surface.
  • the length of this axis of symmetry in the second conductor area is equal to that length dimension of the second conductor area which is provided for the reception of this frequency.
  • the connection in question is preferably located at most 31% of the length of this axis of symmetry from an edge of the second conductor surface which runs perpendicular to said length dimension. However, this distance depends on the impedance of the supply line. The higher the impedance, the closer the connection of the feed line to the edge of the second conductor surface. Both connections of the feed lines can each lie on one of the two axes of symmetry of the second conductor surface.
  • the feed lines can be printed lines, such as (micro) strip lines (coplanar waveguides), and can in particular be formed in a correspondingly structured third conductor surface which is on the The side of the first conductor surface facing away from the second conductor surface and is separated from the first conductor surface by a dielectric layer or a further substrate.
  • a substrate can in particular have components of a printed circuit (for example of the transmitter or receiver) provided with the antenna.
  • the leads to the second conductor surface are preferably through openings in the first conductor layer and guided in the dielectric layers, the first conductor layer being electrically insulated from the respective feed line and preferably connected to an earth connection of the circuit.
  • the feed lines can also be coaxial cables, the central conductor of which is attached to the second conductor surface at the intended points.
  • the substrate is preferably drilled through, so that the central conductor of the coaxial cable can in each case be passed through a thin channel in the carrier layer.
  • an electrically conductive shield or sheath which coaxially surrounds the central conductor of the coaxial cable, is preferably connected in an electrically conductive manner to the entire first conductor surface provided as a grounding plate.
  • Figure 1 shows an embodiment of the patch antenna in an oblique view.
  • Figure 2 shows a section through a further embodiment in an oblique bottom view.
  • FIG. 3 shows the second conductor surface of the substrate functioning as the actual antenna in a top view.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the patch antenna in an oblique view.
  • the substrate 1 is preferably a substrate customary for conventional patch antennas, but can also be a 1.5 mm FR4 substrate or the like. It has a first conductor surface 2, a carrier layer 3 made of a dielectric material and on the opposite main side of the carrier layer a second conductor surface 4, which is preferably reduced in size compared to the first conductor surface and in this exemplary embodiment is rectangular.
  • the substrate 1 is provided from the rear side, ie from the main side, which is covered with the first conductor surface 2, with bores through which the leads 5 are guided, which lead to connections 6 on the side of the second side facing the carrier layer 3 Conductor surface 4 are attached.
  • the feed lines 5 are coaxial cables.
  • a coaxial cable As a central conductor, a coaxial cable has a metallic wire or a wire which is surrounded by an insulating jacket. Coaxial to the central conductor there is an electrically conductive, usually metallic cylinder or a cylindrical wire mesh outside the insulating jacket, which also functions as a shield and is also surrounded by insulation.
  • a coaxial cable usually has an impedance of 50 ⁇ to 100 ⁇ .
  • the central conductor is connected to the second conductor surface 4 at respective connections 6.
  • the shield is attached to the first conductor surface 2 in an electrically conductive manner as a ground.
  • coaxial cables basically all other feed lines known per se for feed lines for antennas or already used for conventional GPS antennas can be used.
  • Printed leads which are arranged in a further conductor area on the underside of the substrate are preferred.
  • FIG. 2 Such an arrangement for a further exemplary embodiment is shown in FIG. 2 in a section through the substrate.
  • the edges of the first conductor surface 2, the carrier layer 3 and the second conductor surface 4 can be seen in an oblique bottom view.
  • a dielectric layer 7 On the side of the first conductor surface 2 facing away from the second conductor surface 4 there is a dielectric layer 7 on which the printed supply lines 8 are applied. Components of a circuit, which are not shown here can also be arranged on the dielectric layer 7.
  • the second conductor surface 4 in a view.
  • the dimension of the length a and the dimension of the width b of this second conductor surface 4 are shown on the sides.
  • the axes of symmetry are drawn in with dashed lines.
  • the first connection 61 denotes the point at which the feed line provided for tapping the first signal, for example a GPS signal, is attached.
  • the second connection 62 designates the point at which the further feed line for the second signal, for example a GSM signal, is attached.
  • the respective distances c, d of these connections from the closest edge of the second conductor surface 4 are also shown.
  • the calculated half wavelength in the material of the carrier layer is provided with a correction for the substrate, which in the described and tested exemplary embodiment uses a 1.5 mm FR4.
  • this correction consists in subtracting the thickness of the substrate from the value calculated according to c / (2fV ⁇ r ).
  • the relative dielectric constant is approximately 4.1.
  • the arrangement of at least the first connection 61, which is provided for the GPS signal, on the relevant axis of symmetry of the second conductor surface 4 ensures that as little as possible of the radiated GSM signal crosses into the first connection 61 for the GPS signal.
  • Laying the second connection 62 on the other axis of symmetry is a preferred embodiment, the advantage achieved being less than in the case of a corresponding arrangement of the first connection 61.
  • the distances c, d shown in FIG. 3 decrease with increasing impedance of the connected supply lines.
  • the specified dimensions achieve maximum suppression of the GSM 1800 signal at the GPS input. No power is absorbed into the other connection.
  • the antenna gain measured in the main polarization direction in accordance with the substitution method is approximately 3 dBi, which is comparable to conventional, commercial GPS antennas. Because of the linearly polarized reception, in contrast to the conventional circularly polarized reception, however, there is a slight loss of approximately 1.5 dB in sensitivity compared to a commercial antenna design.
  • An advantage of the antenna according to the invention is, however, that no filtering is required, so that no filter losses occur.
  • the sensitivity of the antenna should therefore roughly correspond to the combination of two conventional antennas using a SAW component.
  • costs and space requirements are lower. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

GPS-Antenne auf einem Substrat (1) mit einer ersten Leiterfläche (2) als Erdung und einer zweiten Leiterfläche (4), deren Länge und Breite für das Senden bzw. den Empfang jeweils einer GPS-Frequenz und einer für ein Handy vorgesehenen GSM-1800-Frequenz bemessen sind. Es sind separate Anschlüsse (6) für Zuleitungen (5) vorgesehen, um GPS-Signale und GSM-1800-Signale getrennt übertragen zu können.

Description

Beschreibung
Dielektrische Patch-Antenne
Die vorliegende Erfindung betrifft eine dielektrische Patch- Antenne, die insbesondere geeignet für den Empfang von Satellitennavigation ausgestaltet werden kann.
Das GPS (global positioning system) ist dafür vorgesehen, die Position eines damit ausgestatteten Empfängers mittels von Satelliten ausgestrahlter Signale zu bestimmen. Eine hierzu übliche Sendefrequenz liegt bei 1575,42MHz. Die abgestrahlten elektromagnetischen Wellen sind zirkulär polarisiert. Für den Empfang werden üblicherweise näherungsweise quadratische Patch-Antennen mit Leiterflächen verwendet, die typische Abmessungen von etwa 18 mm x 18 mm x 4,5 mm aufweisen. In R. Garg, P. Bhartia, Inder Bahl und A. Ittipiboon "Microstrip Antenna Design Handbook", ISBN 0-89006-513-6 875, Artech House, ist in Kapitel 2 die Berechnung analytischer Modelle für Mikrostreifenantennen beschrieben.
Bei Handys mit GSM-1800-Übertragung werden Sende- und Empfangsfrequenzen von etwa 1800 MHz verwendet. In einem Handy sind ebenfalls Patch-Antennen verwendbar. Eine für GPS- Übertragung vorgesehene Patch-Antenne besitzt wegen des Unterschieds in der Frequenz nicht die geeigneten Abmessungen für GSM-1800-Übertragung. Falls die gleichzeitige Verwendung von GPS und GSM-1800 in einem Gerät vorgesehen ist, sind daher zwei Antennen erforderlich. Außerdem muss schaltungstech- nisch eine ausreichende Isolation zwischen den Antennen vorhanden sein. Das wird üblicherweise durch eine Filterung mittels eines SAW-Bauelementes (surface acoustic wave, Oberflä- chenwellenfilter) erreicht . Ein solches Bauelement benötigt Platz in dem Gerät und ist zudem teuer. Die Bedingungen für ein Übersprechen zwischen den Signalwegen sind schwer kontrollierbar. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zur gleichzeitigen Verwendung von GPS und GSM-1800 anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit der Patch-Antenne mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Patch-Antenne ist auf einem Substrat angeordnet, das eine Trägerschicht aus einem dielektrischen Material besitzt, die auf zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten mit Leiterflächen, vorzugsweise aus Metall, beschichtet ist. Die erste Leiterfläche ist vorzugsweise ganzflächig auf der betreffenden Hauptseite der dielektrischen Trägerschicht vorhanden und als Erdungsplatte (ground plane) vorgesehen. Die zweite Leiterfläche auf der gegenüberliegenden Hauptseite der dielektrischen Trägerschicht bildet die eigentliche Antenne und besitzt die dafür vorgesehenen Abmessungen.
Die zweite Leiterfläche besitzt in ihrer flächigen Ausdehnung in zwei verschiedenen, vorzugsweise zueinander senkrechten Hauptrichtungen unterschiedliche Abmessungen und ist auf diese Weise für zwei unterschiedliche Frequenzen beziehungsweise Frequenzbereiche geeignet ausgebildet. Die zweite Leiterflä- ehe kann zum Beispiel rechteckig sein mit unterschiedlicher Länge und Breite; sie kann zum Beispiel auch elliptisch sein, wobei die beiden Hauptachsen der Ellipse die besagten beiden Hauptrichtungen darstellen. Die zweite Leiterfläche besitzt in den Hauptrichtungen Abmessungen, deren Werte bis auf eine wegen des Substrates erforderliche Korrektur jeweils gleich sind der halben zu einer vorgesehenen Frequenz gehörenden Wellenlänge in Materie der relativen Dielektrizitätszahl der Trägerschicht und insbesondere bei dünnen Substraten zumindest näherungsweise gleich sind der Differenz aus der so be- stimmten halben Wellenlänge und der Dicke des Substrates. Wenn die relative Dielektrizitätszahl der Trägerschicht mit εr, die Signalfrequenz mit f und die Vakuumlichtgeschwindigkeit wie üblich mit c bezeichnet wird, ist die halbe Wellenlänge in dem Material der Trägerschicht c/ (2f/εr) . Außerdem ist zu berücksichtigen, ob εr von der Frequenz f abhängt. Um zu der für die Signalfrequenz f erforderlichen Abmessung der zweiten Leiterfläche zu gelangen, muss die so errechnete Wellenlänge mit einer Korrektur für das Substrat versehen werden. Bei einem relativ dünnen Substrat, zum Beispiel einem 1,5 mm-FR4-Substrat, wie es zur Herstellung von Leiterplatten (Platinen) verwendet wird, ist es näherungsweise richtig, wie oben angegeben die Dicke des Substrates (in diesem Beispiel 1,5 mm) von dem besagten Wert der Wellenlänge zu subtrahieren. Bei dickeren Substraten lässt sich eine entsprechende Korrektur des Wertes mit den dem Fachmann geläufigen Mitteln bestimmen, die unter anderem in dem eingangs zitierten Buch beschrieben sind.
Die Abmessungen der Antenne sind daher so gewählt, dass in den beiden Hauptrichtungen, zum Beispiel den durch den Rand einer rechteckigen Leiterfläche gegebenen zueinander senkrechten Richtungen, ein Empfang und/oder Senden jeweils einer der vorgesehenen Frequenzen bevorzugt möglich ist. Eine Abweichung von den dafür erforderlichen bevorzugten Werten der Abmessungen in den Hauptrichtungen um maximal 5% wird zugestanden. Die Abmessungen sind hier als Mittelwerte zu verstehen, falls zum Beispiel zum Zweck der Erhöhung der Bandbreite der Übertragung eine ausgefranste oder gewellte Randstruktur der zweiten Leiterfläche vorgesehen wird.
Als Frequenzen können zum Beispiel eine GPS-Frequenz und eine GSM-Frequenz vorgesehen sein. Um zu dieser Ausgestaltung zu gelangen, bedurfte es der Erkenntnis, dass ein GPS-Empfang ausreichender Empfangsleistung möglich ist, wenn aus der zir- kular polarisierten Trägerwelle nur eine lineare Polarisationsrichtung längs einer ersten Hauptrichtung der Antenne mit einer hierfür geeigneten ersten Abmessung der zweiten Leiter- fläche empfangen wird (zum Beispiel längs der Längenausdehnung oder der Breitenausdehnung einer rechteckigen Antenne) . Die zweite Abmessung der zweiten Leiterfläche längs der zweiten Hauptrichtung kann daher für das Senden und Empfangen ei- ner GSM-Frequenz optimiert werden.
Die zweite Leiterfläche besitzt gesonderte Anschlüsse von zwei Zuleitungen, die jeweils für die Signalübertragung einer der beiden unterschiedlichen Frequenzen vorgesehen sind. Zu- mindest der für das Abgreifen eines empfangenen Signals, insbesondere eines GPS-Signals, vorgesehene Anschluss befindet sich vorzugsweise auf einer Symmetrieachse der zweiten Leiterfläche. Die Länge dieser Symmetrieachse in der zweiten Leiterfläche ist gleich derjenigen Längenabmessung der zwei- ten Leiterfläche, die für den Empfang dieser Frequenz vorgesehen ist. Der betreffende Anschluss befindet sich vorzugsweise höchstens 31% der Länge dieser Symmetrieachse von einem senkrecht zu der besagte Längenabmessung verlaufenden Rand der zweiten Leiterfläche entfernt. Dieser Abstand hängt je- doch von der Impedanz der Zuleitung ab. Je höher die Impedanz ist, um so näher wird der Anschluss der Zuleitung zum Rand der zweiten Leiterfläche hin angeordnet . Beide Anschlüsse der Zuleitungen können auf je einer der beiden Symmetrieachsen der zweiten Leiterfläche liegen.
Die Zuleitungen können gedruckte Leitungen, wie zum Beispiel (Mikro-) Streifenleitungen ( [micro-] strip lines) oder coplana- re Wellenleiter (waveguides) , sein und können insbesondere in einer entsprechend strukturierten dritten Leiterfläche ausge- bildet sein, die auf der von der zweiten Leiterfläche abgewandten Seite der ersten Leiterfläche angeordnet und von der ersten Leiterfläche durch eine dielektrische Schicht oder ein weiteres Substrat getrennt ist. Ein solches Substrat kann insbesondere Bauelemente einer mit der Antenne versehenen ge- druckten Schaltung (zum Beispiel des Senders oder Empfängers) aufweisen. Die Zuleitungen zu der zweiten Leiterfläche sind vorzugsweise durch Öffnungen in der ersten Leiterschicht und in den dielektrischen Schichten geführt, wobei die erste Leiterschicht von der jeweiligen Zuleitung elektrisch isoliert und vorzugsweise mit einem Erdungsanschluss der Schaltung verbunden ist.
Die Zuleitungen können auch Koaxialkabel sein, deren zentraler Leiter an der zweiten Leiterfläche an den vorgesehenen Punkten angebracht wird. Vorzugsweise wird das Substrat zu diesem Zweck durchbohrt, so dass der zentrale Leiter des Ko- axialkabels jeweils durch einen dünnen Kanal in der Trägerschicht hindurchgeführt werden kann. Eine elektrisch leitende Abschirmung oder Ummantelung, die den zentralen Leiter des Koaxialkabels koaxial umgibt, ist in dieser Ausführungsform vorzugsweise mit der als Erdungsplatte vorgesehenen ganzflä- chigen ersten Leiterfläche elektrisch leitend verbunden.
Es folgt eine genauere Beschreibung von Beispielen der Patch- Antenne anhand der Figuren 1 bis 3.
Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Patch-Antenne in einer schrägen Aufsicht .
Die Figur 2 zeigt einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer schrägen Untersicht .
Die Figur 3 zeigt die als eigentliche Antenne fungierende zweite Leiterfläche des Substrates in einer Aufsicht.
Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Patch-Antenne in einer schrägen Aufsicht. Das Substrat 1 ist vorzugsweise ein für herkömmliche Patch-Antennen gebräuchliches Substrat, kann aber auch ein 1, 5 mm-FR4-Substrat oder dergleichen sein. Es besitzt eine erste Leiterfläche 2, eine Trägerschicht 3 aus einem dielektrischen Material und auf der gegenüberlie- genden Hauptseite der Trägerschicht eine zweite Leiterfläche 4, die vorzugsweise in den Abmessungen gegenüber der ersten Leiterfläche reduziert ist und in diesem Ausführungsbeispiel rechteckig ist. Das Substrat 1 ist von der Rückseite her, d. h. von der Hauptseite, die mit der ersten Leiterfläche 2 bedeckt ist, mit Bohrungen versehen, durch die die Zuleitungen 5 geführt sind, die an Anschlüssen 6 auf der der Träger- Schicht 3 zugewandten Seite der zweiten Leiterfläche 4 befestigt sind.
Die Zuleitungen 5 sind in dem in der Figur 1 dargestellten Beispiel Koaxialkabel. Ein Koaxialkabel besitzt als zentralen Leiter eine metallische Ader oder einen Draht, der von einem isolierenden Mantel umgeben ist. Koaxial zu dem zentralen Leiter befindet sich außerhalb des isolierenden Mantels ein elektrisch leitender, üblicherweise metallischer Zylinder oder ein zylindrisches Drahtgeflecht, das auch als Abschir- mung fungiert und ebenfalls von einer Isolation umgeben ist. Ein Koaxialkabel hat üblicherweise eine Impedanz von 50 Ω bis 100 Ω. Der zentrale Leiter ist an jeweiligen Anschlüssen 6 mit der zweiten Leiterfläche 4 verbunden. Die Abschirmung ist als Erdung an der ersten Leiterfläche 2 elektrisch leitend angebracht .
Statt der Koaxialkabel können grundsätzlich alle sonstigen für Zuleitungen von Antennen an sich bekannten oder bei herkömmlichen GPS-Antennen bereits verwendeten Zuleitungen ein- gesetzt werden. Bevorzugt sind gedruckte Zuleitungen, die in einer weiteren Leiterfläche auf der Unterseite des Substrates angeordnet sind.
In der Figur 2 ist eine solche Anordnung für ein weiteres Ausführungsbeispiel in einem Schnitt durch das Substrat dargestellt. In einer schrägen Untersicht sind die Ränder der ersten Leiterfläche 2, der Trägerschicht 3 und der zweiten Leiterfläche 4 erkennbar. Auf der von der zweiten Leiterfläche 4 abgewandten Seite der ersten Leiterfläche 2 befindet sich eine dielektrische Schicht 7, auf der die gedruckten Zuleitungen 8 aufgebracht sind. Bauelemente einer Schaltung, die hier nicht eingezeichnet sind, können ebenfalls auf der dielektrischen Schicht 7 angeordnet sein.
In der Figur 3 ist die zweite Leiterfläche 4 in einer Auf- sieht dargestellt. Die Abmessung der Länge a und die Abmessung der Breite b dieser zweiten Leiterfläche 4 sind an den Seiten eingezeichnet . Außerdem sind mit gestrichelten Linien die Symmetrieachsen eingezeichnet. Der erste Anschluss 61 bezeichnet die Stelle, an der die für das Abgreifen des ersten Signals, zum Beispiel eines GPS-Signals, vorgesehene Zuleitung angebracht ist. Der zweite Anschluss 62 bezeichnet die Stelle, an der die weitere Zuleitung für das zweite Signal, zum Beispiel ein GSM-Signal, angebracht ist. Die jeweiligen Abstände c, d dieser Anschlüsse von dem nächstgelegenen Rand der zweiten Leiterfläche 4 sind ebenfalls eingezeichnet.
Um die Längenabmessung bzw. Breitenabmessung der Patch-Antenne zu erhalten, wird die berechnete halbe Wellenlänge in dem Material der Trägerschicht mit einer Korrektur für das Sub- strat versehen, das in dem beschriebenen und getesteten Aus- führungsbeispiel ein 1 , 5 mm-FR4-Substrat ist. Da das Substrat vergleichsweise dünn ist, besteht diese Korrektur darin, von dem jeweils nach c/ (2fVεr) berechneten Wert die Dicke des Substrates zu subtrahieren. Bei den Frequenzen f = 1575,42 MHz (GPS) und 1800 MHz (GSM) ist die relative Dielektrizitätszahl ungefähr 4,1. Ein für diese Frequenzen geeignetes Ausführungsbeispiel besitzt eine Längenabmessung a = 45,9 mm und eine Breitenabmessung b = 39,5 mm.
Wenn für die Zuleitungen Koaxialkabel einer Impedanz von 50 Ω verwendet werden, befindet sich der erste Anschluss 61 für die Übertragung der GPS-Signale vorzugsweise in einem Abstand c = 13,3 mm von dem schmaleren Rand der Leiterfläche und der zweite Anschluss 62 für die Übertragung der GSM-Signale in einem Abstand d = 11 mm von dem längeren Rand der Leiterfläche. Durch die Anordnung zumindest des ersten Anschlusses 61, der für das GPS-Signal vorgesehen ist, auf der betreffenden Symmetrieachse der zweiten Leiterfläche 4 wird erreicht, dass möglichst wenig von dem abgestrahlten GSM-Signal in den ersten Anschluss 61 für das GPS-Signal überspricht. Den zweiten Anschluss 62 auf die andere Symmetrieachse zu legen, ist eine bevorzugte Ausgestaltung, wobei der erreichte Vorteil geringer ist als im Fall einer entsprechenden Anordnung des ersten Anschlusses 61.
Die in der Figur 3 eingezeichneten Abstände c, d reduzieren sich mit steigender Impedanz der angeschlossenen Zuleitungen. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mit 50 Ω-Koaxial- kabel wird mit den angegebenen Abmessungen eine maximale Un- terdrückung des GSM-1800-Signals am GPS-Eingang erzielt. Es wird keine Leistung in den jeweils anderen Anschluss absorbiert .
Bei einem getesteten und durch Messungen erfassten Ausfüh- rungsbeispiel ergab sich, dass der nach der Substitutionsmethode in der Hauptpolarisationsrichtung gemessene Antennengewinn im Zenit ca. 3 dBi beträgt, was herkömmlichen, kommerziellen GPS-Antennen vergleichbar ist. Wegen des linear polarisierten Empfanges im Unterschied zu dem herkömmlichen zir- kular polarisierten Empfang ist allerdings ein geringer Verlust von ca. 1,5 dB in der Empfindlichkeit gegenüber einem kommerziellen Antennendesign hinzunehmen.
Ein Vorteil ergibt sich jedoch bei der erfindungsgemäßen An- tenne dadurch, dass keine Filterung erforderlich ist, so dass auch keine Filterverluste auftreten. Die Empfindlichkeit der Antenne dürfte daher in etwa der Kombination zweier herkömmlicher Antennen unter Verwendung eines SAW-Bauelementes entsprechen. Zudem sind Kosten und Platzbedarf geringer. Bezugszeichenliste
1 Substrat
2 erste Leiterfläche 3 Trägerschicht
4 zweite Leiterfläche
5 Zuleitung
6 Anschluss
7 dielektrische Schicht 8 gedruckte Zuleitung
61 erster Anschluss
62 zweiter Anschluss a Länge b Breite c Abstand d Abstand

Claims

Pa t ent ansprüche
1 . Patch-Antenne mit einem flachen Substrat (1) mit einer Trägerschicht (3) aus einem dielektrischen Material, die zwei einander gegenüberliegende Hauptseiten aufweist, einer zur Erdung vorgesehenen ersten Leiterfläche (2) auf einer dieser Hauptseiten und einer zweiten Leiterfläche (4) auf der anderen Hauptseite, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zweite Leiterfläche (4) in ihrer flächigen Ausdehnung in zwei verschiedenen Hauptrichtungen unterschiedliche Abmessungen besitzt und gesonderte Anschlüsse (6) zweier Zuleitungen (5) aufweist, die für eine Signalübertragung unterschiedli- eher Frequenzen vorgesehen sind.
2. Patch-Antenne nach Anspruch 1, bei der zumindest ein Anschluss (61) einer Zuleitung (5) auf einer Symmetrieachse der zweiten Leiterfläche (4) angeordnet ist.
3. Patch-Antenne nach Anspruch 1 oder 2 , bei der die Frequenzen eine GPS-Frequenz und eine GSM-Frequenz sind.
4. Patch-Antenne nach Anspruch 3 , bei der die GPS-Frequenz kleiner als 1700 MHz und die GSM-Frequenz größer als 1700MHz ist.
5. Patch-Antenne nach Anspruch 3 oder 4 , bei der zumindest der Anschluss (61) der für ein empfangenes GPS- Signal vorgesehenen Zuleitung auf einer Symmetrieachse der zweiten Leiterfläche (4) angeordnet ist.
6. Patch-Antenne nach Anspruch 5, bei der ein Abstand des Anschlusses (61) der für ein empfangenes GPS- Signal vorgesehenen Zuleitung von einem Rand der zweiten Leiterfläche (4) höchstens 31% der Länge der betreffenden Symmetrieachse beträgt .
7. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die zweite Leiterfläche (4) eine erste Abmessung (a) in der einen Hauptrichtung und eine zweite Abmessung (b) in der an- deren Hauptrichtung aufweist, deren Werte jeweils um höchstens 5% abweichen von einer jeweiligen, zu einer betreffenden Frequenz gehörenden halben Wellenlänge in Materie einer für die betreffende Frequenz geltenden relativen Dielektrizi- tätszahl der Trägerschicht (3) , einschließlich einer durch das Substrat bedingten Korrektur.
8. Patch-Antenne nach Anspruch 7, bei der die Korrektur darin besteht, dass von dem Wert c/ (2f/εr) der Wert der Dicke des Substrates (1) subtrahiert wird, wobei c die Vakuumlichtgeschwindigkeit, f die Frequenz und εr die relative Dielektrizitätszahl der Trägerschicht (3) bei der Frequenz f ist .
9. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die zweite Leiterfläche (4) rechteckig ist und die Hauptrichtungen durch einen längsseitigen Rand und einen im Vergleich dazu kürzeren breitseitigen Rand der zweiten Leiterfläche (4) vorgegeben sind.
10. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die zweite Leiterfläche (4) elliptisch ist und die Hauptrichtungen durch eine erste Hauptachse und eine im Vergleich dazu kürzere zweite Hauptachse der zweiten Leiterfläche (4) vorgegeben sind.
11. Patch-Antenne nach Anspruch 7 oder 8, bei der die zweite Leiterfläche rechteckig ist, deren Länge (a) zwischen 44 mm und 48 mm liegt, deren Breite (b) zwischen 37,5 mm und 41,5 mm liegt, die relative Dielektrizitätszahl εr der Trägerschicht (3) zwischen 3,8 und 4,4 beträgt und die Dicke des Substrates höchstens 2 mm ist.
12. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der die Zuleitungen (5) gedruckte Zuleitungen (8) sind, die auf der von der zweiten Leiterfläche (4) abgewandten Seite der ersten Leiterfläche (2) angeordnet und von der ersten Leiterfläche (2) durch eine dielektrische Schicht (7) oder ein weiteres Substrat getrennt sind.
13. Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der die Zuleitungen Koaxialkabel mit zentralen Leitern und elektrisch leitenden Abschirmungen sind, die zentralen Leiter jeweils an einen Anschluss (6) der zweiten Leiterfläche (4) führen und die Abschirmungen an die erste Leiterfläche (2) angeschlossen sind.
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