WO2010049435A1 - Planare multiband-antennenstruktur - Google Patents

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WO2010049435A1 PCT/EP2009/064179 EP2009064179W WO2010049435A1 WO 2010049435 A1 WO2010049435 A1 WO 2010049435A1 EP 2009064179 W EP2009064179 W EP 2009064179W WO 2010049435 A1 WO2010049435 A1 WO 2010049435A1
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antenna
conductive
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Michael Reppel
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    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements

Definitions

  • the invention is based on a multi-band antenna structure consisting of a first and a second conductive surface on a dielectric carrier substrate, which are separated by a contactor.
  • Planar antenna structures for two or more frequency bands with acceptable performance characteristics, such. B. sufficient adaptation, efficiency, are difficult to realize because due to the planar structure, the occupied spatial volume is severely limited
  • the multi-banded pianola antenna structure of claim 1 comprising first and second conductive surfaces on a particular dielectric support substrate separated by a contactor, the first conductive surface having a connection lead disposed on at least a portion of passing second conductive surface and is contacted with a ground plane and wherein the connecting line is connected to the second conductive surface via at least one web in the region of the contactor, an antenna matching exclusively by targeted
  • the antenna structure according to the invention can be used as a pianan Muiti-band antenna structure for frequency ranges, which is commonly used by
  • the antenna structure can be used advantageously as a passive transmitting and receiving antenna for applications in the automotive sector and can, for. B. be installed as a roof antenna on a metallic vehicle roof.
  • the antenna structure according to the invention differs from known solutions in that in order to achieve the antenna matching (typically ⁇ -lödB or VSWR ⁇ 2.0) in the zv aforementioned frequency ranges no additional ⁇ npassungs- and / or tuning elements z. B. SMD components are needed.
  • a vote of the antenna structure is usually necessary to the antenna and the respective installation situation, for.
  • a targeted tuning can be in the antenna structure according to the invention by a a ⁇ deres layout of the webs reach.
  • the webs can for example be moved, removed or added more, It is also possible to use only two or even a single, wider web instead of multiple webs. By this selective selection of position and width of the webs one achieves that the antenna structure at its base a sufficient
  • the configuration that the first conductive surface engages around the second conductive surface together with the connecting line and the ground surface contributes to the compact, space-saving design and prevents unwanted abscesses, in particular in undesired directions,
  • the rear conductive surface with a recess for a solder pad, which is in particular connected via a plurality of webs with the rear surface, wherein the solder pad for Signaiein- and coupling is provided via a coaxial cable
  • This configuration causes on the one hand, a favorable heat dissipation from the solder pad and, on the other hand, a favorable, that is possible reflection-free adaptation to the connected coaxial cable.
  • FIG. 1 shows the upper side of the Arstennen Scheme
  • FIG. 2 shows the underside of the antenna structure
  • Figure 1 shows the top (front) of the multi-band antenna structure.
  • a first conductive surface 6 is arranged, which is formed substantially trapezoidal. Separated by a contactor 11 is below the substantially rectangular second conductive surface 7, Below this second conductive surface 7 is also separated by a contactor 11 a ground surface 9.
  • the first conductive surface 8 has a kausieitung 12 to Massefikiee 9, which at a region, here at an outer edge of the second conductive surface 7 separated by the slot 11, passes.
  • the connection line 12 is connected to the second conductive surface 7 via at least one conductive web 8 in the region of the slot 11.
  • a recess 13 for a solder pad 2 which is connected via a plurality of conductive webs 13 with the rear-side conductive surface 5.
  • a slot 14 in the carrier substrate 1 points in the direction of the solder pad 2.
  • a coaxial cable (not shown) can be soldered with its inner conductor to the solder pad 2, via which the transmitting and receiving side signal input and output coupling of the antenna structure.
  • the shield of the coaxial cable can be soldered opposite the recess 18 to the rear ground surface 3, which is extended there as the Massefizze 9 on the top up and so the back-side conductive surface 5 partially surrounds. Via the webs 13, a radiative heat dissipation at the solder pad 2 is possible.
  • the most possible reflection-free adaptation of the coaxial cable to the rear-side conductive surface 5 is possible by the location, width and number of webs 13.
  • the second side surface 7 on the top side is excited on the backside conductive surface 5 as an antenna carrier by capacitive coupling.
  • the first conductive surface 6 on the upper side becomes indirectly over the second conductive surface
  • the back further conductive surface 4 is connected to the first conductive surface 8 via one or more via holes.
  • Exactly such conko ⁇ taktmaschineen may have the ground surfaces 3 and 9 on the front and back.
  • the first conductive surface 8 surrounds together with the connecting line 12 and the iVSassement 9, the further conductive surface 7.
  • the height is an important for the application as a vehicle roof antenna
  • the second conductive surface 5 and the second conductive surface 7 are formed in their dimensions as broadband antennas for GSM 1800 (1710 - 1880 MHz) and UiVITS (1900 - 2170 MHz).
  • the conductive surfaces 4 and 8 together with the connection line 12 to the ground plane 9 form an antenna for GSM 900 (880 to 960 MHz). From the base of the Connecting member 12 at the ground surface 9 to the outermost edge of the first conductive surface 8 is: a total length of Larnbda-4 provided for resonance at GSM 900.
  • FIGS. 3 to 8 show, it is possible by varying the webs 8 between the
  • Verbsndungs effetstechnisch 12 and the second conductive surface 7 with respect to number, width and position targeted adjustment of serving as ⁇ ntennensirahler conductive surfaces 5 and 7 are made to the impedance of the RF Koaxialkabeis, or the resonance behavior without additional tuning elements such as SMD components be set. This can also be done
  • FIG. 3 shows very many narrow webs 8 "FIG. 4 two narrow webs 8 which are relatively far apart, FIG. 5 a single very wide web 8 and FIG. 8 two medium webs 8, of which the lower one is provided near the ground surface 9 and the second in FIG upper third of the
  • Connecting line 12 is located For pulling the frequency ranges at least two webs are necessary. Due to the width of the webs influencing higher or lower frequencies can be achieved.

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Abstract

Bei einer Multi- Band- Antennenstruktur ist eine erste (6) und eine zweite (7) leitende Fläche auf einem dielektrischen Trägersubstrat (1) vorgesehen, die durch einen Schlitz (11) voneinander getrennt sind. Die erste leitende Fläche (8) weist eine Verbindungsleitung (12) auf, die an mindestens einem Bereich der zweiten leitenden Fläche (7) vorbei führt und mit einer Massefläche (9) kontaktiert ist. Die Verbindungsleitung (12) ist mit der zweiten leitenden Fläche (7) über mindestens einen leitenden Steg (8) im Bereich des Schlitzes (11) verbunden.

Description

Beschreibung
Planare_Multibaηd-Antennenstruktur
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Multi-Band-Äntennenstruktur, bestehend aus einer ersten und einer zweiten leitenden Fläche auf einem dielektrischen Trägersubstrat, die durch einen Schütz voneinander getrennt sind.
Planare Antennenstrukturen für zwei oder mehrere Frequenzbänder (Multi-Band- Antennen) mit akzeptablen Leistungsmerkmalen, wie z. B. ausreichender Anpassung, Wirkungsgrad, sind schwierig zu realisieren, da aufgrund der planaren Struktur das eingenommene räumliche Volumen stark begrenzt ist
Daher werden üblicherweise neben der eigentlichen Antennenstruktur zusätzlich diskrete Bauelemente, z. B. SMD-Komponenten, oder andere vorgeschaltete Anpasseiernente verwendet, um die notwendige Anpassung zu erzielen. Diese zusätzlichen Elemente verursachen weitere Arbeitsschritte bei der Herstellung, höhere Materialkosten und können den Antennenwirkungsgrad reduzieren.
Aus der US 8,756,948 81 ist eine Multi-Band- Antennenstruktur bekannt, bei der zwei benachbarte leitende Flächen für unterschiedliche Frequenzbereiche über leitende Verbindungen gekoppelt sind, Dadurch entstehen mehrere Antennenkreise mit unterschiedlichen Längen und Multiresonanzverhaiten, was zur Erhöhung der wirksamen Bandbreite beiträgt
Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung
Mit der pianaren Multi-Band-Antennenstruktur nach Anspruch 1, bestehend aus einer ersten und einer zweiten leitenden Fläche auf einem insbesondere dielektrischen Trägersubstrat, die durch einen Schütz voneinander getrennt sind, wobei die erste leitende Fläche eine Verbindungsleitung aufweist, die an mindestens einem Bereich der zweiten leitenden Fläche vorbei führt und mit einer Massefläche kontaktiert ist und wobei die Verbindungsleitung mit der zweiten leitenden Fläche über mindestens einen Steg im Bereich des Schützes verbunden ist, kann eine Antennenanpassung ausschließlich durch gezielte
Abstimmung der pianaren Struktur, d. h. durch das Layout der leitenden Flächen In Zusammenwirkung mit den leitenden Stegen im Bereich des Schlitzes, erreicht
Neben einer Äntennenanpassung (Impedanzanpassung) kann durch die Stege auch das Resonanzverhalten der Antennεnstruktur in verschiedenen Frequenzbereichen gezielt eingestelit werden.
Die Antennenstruktur nach der Erfindung ist als pianare Muiti-Band- Antennenstruktur für Frequenzbereiche einsetzbar, die üblicherweise von
Mobiifunkdiensten benutzt werden. Diese Frequenzbereiche liegen in Europa bei 880 bis 960 MHz (GSM 900), 1710 bis 1880 MHz (GSM 1800) und 1900 bis 2170 fVIHz (UMTS). Die Antennenstruktur lässt sich vorteilhaft als passive Sende- und Empfangsantenne für Anwendungen im automotiven Bereich einsetzen und kann z. B. als Dachantenne auf einem metallischen Fahrzeugdach verbaut werden. Die erfindungsgemäße Antennenstruktur unterscheidet sich von bekannten Lösungen dahingehend, dass zur Erzielung der Antennenanpassung (typisch ≤ -lödB bzw. VSWR < 2.0) in den zvvor genannten Frequenzbereichen keine zusätzlichen Änpassungs- und/oder Abstimmungselemente z. B. SMD- Bauelemente benötigt werden.
Eine Abstimmung der Antennenstruktur ist in der Regel notwendig, um die Antenne and die jeweilige Einbausituation, z. B. Lage im Äntennengehausε, Lage bezüglich benachbarter HF-Baugruppen, anzupassen. Eine gezielte Abstimmung lässt sich bei der erfindungsgemäßen Antennenstruktur durch ein aπderes Layout der Stege erreichen. Dazu können die Stege beispielsweise verschoben, entfernt oder weitere hinzugefügt werden, Es ist auch möglich, statt mehrere Stege lediglich zwei oder aber auch nur einen einzigen, breiteren Steg einzusetzen. Durch diese gezielte Auswahl von Position und Breite der Stege erreicht man, dass die Antennenstruktur an ihrem Fußpunkt eine hinreichende
Anpassung im Betriebsfrequenzbereich aufweist
Es ist vorteilhaft, die sende- und empfangsseitige Signalein- und auskoppiung rein kapazitiv über eine rückseitige leitende Fläche auf dem Trägersubstrat vorzunehmen. Dadurch ist eine galvanische Trennung zur Ivlassefiäche erreicht ohne dass es irgendwelcher Zusatzmaßnahmen bedarf. Außerdem unterstützt diese rückseitige leitende Fläche den Antennengewinn der Antennenstruktur.
Bei Ausgestaltung der rückseitigen Seitenden Fläche bezüglich ihrer Lage, Ausdehnung und Kontur entsprechend der zweiten leitenden Fläche bis auf die
Unterschiede, dass sie sich auch über die Verbindungsleitung und den mindestens einen Steg auf der Vorderseite des Trägersubstrats erstreckt und die Signalein- und auskopplung aufweist, lässt sich eine sehr kompakte Antennenstruktur mit wenig Streuverlusten realisieren.
Es ist vorteilhaft, die zweite leitende Fläche über die rückseitige leitende Fläche als Äntennenstrahler direkt zu erregen und die erste leitende Fläche indirekt über die zweite leitende Fläche. Dies spart zusätzliche Anschlüsse bzw. Einspeisepunkte, die störende irnpedanzsprünge und Resonanzverstimmungen verursachen könnten.
Die Ausgestaltung, dass die erste leitende Fläche zusammen mit der Verbindungsleitung und der Massefläche die zweite leitende Fläche umgreift, trägt einerseits zum kompakten platzsparenden Aufbau bei und verhindert unerwünschte Absirahlungen insbesondere in unerwünschte Richtungen,
Es ist vorteilhaft, die rückseitige leitende Fläche mit einer Aussparung für ein Lötpad zu versehen, welches insbesondere über mehrer Stege mit der rückseitigen Fläche verbunden ist, wobei das Lötpad zur Signaiein- und auskopplung über ein Koaxialkabel vorgesehen ist Diese Ausgestaltung bewirkt zum einen eine günstige Wärmeableitung vom Lötpad und zum anderen eine günstige, d. h. möglichst reflexionsfreie Anpassung an das angeschlossene Koaxialkabel.
Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert,
Es zeigen
Figur 1 die Oberseite der Arstennenstruktur,
Figur 2 die Unterseite der Äntennenstruktur,
Figur 3 bis Figur 8 unterschiedliche Äusführungsformen der Stege zwischen einer Verbϊndungsleitung der ersten leitenden Fläche und der zweiten leitenden
Ausfϋhrungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt die Oberseite (Vorderseite) der Multi-Band-Äntennenstruktur. Auf einem dielektrischen Trägersubstrat i ist eine erste leitende Fläche 6 angeordnet, die im Wesentlichen trapezförmig ausgebildet ist. Über einen Schütz 11 getrennt befindet sich unterhalb davon die im Wesentlichen rechteckförmige zweite leitende Fläche 7, Unterhalb dieser zweiten leitenden Fläche 7 befindet sich ebenfalls durch einen Schütz 11 getrennt eine Massefläche 9. Die erste leitende Fläche 8 weist eine Verbindungsieitung 12 zur Massefiäche 9 auf, die an einem Bereich, hier an einem Außenrand der zweiten leitenden Fläche 7 durch den Schlitz 11 getrennt, vorbeiführt. Die VerbindungsSeitung 12 ist mit der zweiten leitenden Fläche 7 über mindestens einen leitenden Steg 8 im Bereich des Schlitzes 11 verbunden.
Die Unterseite (Rückseite) der erfindungsgernäßen Äntennenstruktur ist in Figur 2 dargestellt Eine der ersten leitenden Fläche 6 entsprechende rückseitige weitere leitende Fläche 4 mit ebensolchen Konturen weist jedoch keine Verbindungsleitung zu einer im unteren Bereich vorgesehene der Massefläche 9 entsprechende Massefiäche 3 auf. Eine der zweiten leitenden Fiäche 7 bezüglich ihrer Lage, Ausdehnung und Kontur entsprechende rückseitige leitende Fläche 5 weist jedoch keine Stege zu einer Verbiπdungsfeitung auf, wie die leitende Fläche 7 auf der Oberseite, sondern erstreckt sich auch über die Verbindungsieitung 12, die Stege S und den Schlitz 11 auf der Oberseite bis zum Rand des dielektrischen Trägersubstrates 1. Außerdem weist die leitende Fläche
5 im Gegensatz zur leitenden Fläche 7 eine Aussparung 13 für ein LÖtpad 2 auf, weiches über mehrere leitende Stege 13 mit der rückseitigen leitenden Fläche 5 verbunden ist. Ein Schlitz 14 im Trägersubstrat 1 weist in Richtung des Lötpads 2. Ein Koaxialkabel (nicht dargestellt) kann mit seinem fnnenleiter an das Lötpad 2 gelötet werden, über das die sende- und empfangsseitige Signalein- und auskopplung der Antennenstruktur erfolgt. Die Schirmung des Koaxialkabels kann gegenüber der Aussparung 18 an die rückseitige Massefläche 3 angelötet werden, die dort wie die Massefiäche 9 auf der Oberseite nach oben verlängert ist und so die rückseitige leitende Fläche 5 teilweise umgreift. Über die Stege 13 ist eine strahlenförmige Wärmeableitung beim Lötpad 2 möglich. Außerdem ist durch die Lage, Breite und Anzahl der Stege 13 eine möglichst reflexionsfreie Anpassung des Koaxialkabels an die rückseitige leitende Fläche 5 möglich. Die zweite Seitende Fläche 7 auf der Oberseite wird auf die rückseitige leitende Fläche 5 ais Aπtennenstrahier durch kapazitive Kopplung erregt. Die erste leitende Fläche 6 auf der Oberseite wird indirekt über die zweite leitende Räche
7 als Äntennenstrahler erregt Die rückseitige weitere leitende Fläche 4 ist mit der ersten leitenden Fläche 8 über ein oder mehrere Durchkontaktiemngen verbunden. Eben solche Durchkoπtaktierungen können die Masseflächen 3 und 9 auf der Vorder- und Rückseite aufweisen.
Die erste leitende Fläche 8 umgreift zusammen mit der Verbindungsleitung 12 und der iVSassefläche 9 die weitere leitende Fläche 7. Dadurch ist die ' Antennenstruktur sehr kompakt, insbesondere bezüglich ihrer Bauhöhe gegenüber vergleichbaren Antennen und resistent gegen Störstrahlungen. Die Bauhöhe ist für die Anwendung als Fahrzeugdachantenne ein wichtiges
Kriterium. Die zweite leitende Fläche 5 und die zweite leitende Fläche 7 sind bezüglich ihrer Dimensionen als breitbandige Antennen für GSM 1800 (1710 - 1880 MHz) und UiVITS (1900 - 2170 MHz) ausgebildet. Die leitenden Flächen 4 und 8 zusammen mit der Verbindungsleitung 12 bis zur Massefläche 9 bilden eine Antenne für GSM 900 (880 bis 960 MHz). Vom Fußpunkt der Verbindungslestung 12 an der Massefläche 9 bis zum äußersten Rand der ersten leitenden Fläche 8 ist: eine Gesamtlänge von Larnbda-4 für eine Resonanz bei GSM 900 vorgesehen.
Wie die Figuren 3 bis 8 zeigen, kann durch Variation der Stege 8 zwischen der
Verbsndungsleitung 12 und der zweiten leitenden Fläche 7 bezüglich Anzahl, Breite und Lage eine gezielte Anpassung der als Äntennensirahler dienenden leitenden Flächen 5 und 7 an die impedanz des HF-Koaxialkabeis vorgenommen werden, bzw. das Resonanzverhalten ohne zusätzliche Abstimmelemente etwa in Form von SMD-Bauelementen eingestellt werden. Dadurch können auch
Störeffekte durch benachbarte HF-Baugruppen und/oder Gehäuseteile kompensiert werden. Figur 3 zeigt sehr vieie schmale Stege 8„ Figur 4 zwei relativ weit auseinander liegende schmale Stege 8, Figur 5 einen einzigen sehr breiten Steg 8 und Figur 8 zwei mittelbreite Stege 8, von denen der untere nahe der Massefiäche 9 vorgesehen ist und der zweite im oberen Drittel der
Verbindungsleitung 12 gelegen ist Für ein Ziehen der Frequenzbereiche sind mindestens zwei Stege notwendig. Durch die Breite der Stege kann eine Beeinflussung zu höheren oder tieferen Frequenzen hin erreicht werden.

Claims

Ansprüche
1. Planare Multi-Band-Antennenstruktur, bestehend aus
- einer ersten (6) und einer zweiten (7) leitenden Fläche auf einem insbesondere dielektrischem Trägersubstrat (1), die durch einen Schütz (Ii) voneinander getrennt ssnd,
- die erste leitende Fläche (8) weist eine Verbindungsieitung (12) auf, die an mindestens einem Bereich der zweiten leitenden Fiäche (7) vorbei führt und mit einer Massefläche (9) kontaktiert ist,
■ die Verbindungsieitung (12) ist mit der zweiten leitenden Fiäche (7) über mindestens einen leitenden Steg (8) im Bereich des Schlitzes (11) verbunden.
2. Antennenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Trägersubstrat (1) eine rückseitige leitende Fläche (5) trägt, über die die sende- und ernpfangsseitige Signalein- und auskoppiung (2) erfolgt.
3. Antennenstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rückseitige leitende Fläche (5) bezüglich ihrer Lage, Ausdehnung und Kontur der zweiten leitenden Fläche (7) entspricht bis auf die Unterschiede» dass sie sich auch über die Verbindungsieitung (12) und den mindestens einen Steg (8) auf der Oberseite des Trägers υbstrats (1) erstreckt und die Ssgnalesn- und auskoppiung (2) aufweist
4. Antennenslmktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass die zwete leitende Fläche (7) über die rückseitige leitende Fiäche (5) als Antennenstrahler erregbar ist.
5. Anteπnenstruktür nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste leitende Fläche (6) indirekt über die zweite leitende Fläche (7) als Antenneπstrahler erregbar ist.
5 6. Antennenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste leitende Fläche (8) zusammen mit der Verbindungsleitung (12) und der Massefläεhe (9) die zweite leitende Fläche (7) umgreift, 0 7, Antennenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet dass durch die Anzahl, Breite und Lage der Stege (8) die Anteπnenanpassung insbesondere in deren Fußpunkt und/oder das Resonanzverhalten der Antennenstruktur einstellbar ist. 5 8. Antennenstruktur nach einen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Trägersubstrat (1) eine weitere rückseitige leitende Fläche (4) vorgesehen ist, die bezüglich ihrer Lage und Kontur der ersten leitenden Fläche (6) entspricht, aber keine Verbindungsieitung zu einer Massefϊäche aufweist, Q
9, Antennenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionen der zweiten leitenden Fläche (7) und gegebenenfalls der rückseitigen bitenden Fläche (5) so gewählt sind, dass sie als breitbandige Antennen für GMM 1800 und/oder UMTS-Frequenzen5 dienen,
10, A.ntennenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionen der ersten leitenden Fläche (6) sowie der gegebenenfalls vorgesehenen weiteren rückseitigen leitenden Fläche (4) 0 so gewählt sind, dass sie als breitbandige Antenne für GSM 900 dient
11, Antennenstruktur nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die rückseitige leitende Fläche {5} eine Aussparung {18} für ein Lötpad (2) aufweist, weiches insbesondere über mehrere Stege 5 (1,3) mit der rückseitigen leitenden Fläche (5) verbunden ist, wobei das Lötpad (2) zur Signalein- und auskopplung über ein Koaxialkabel vorgesehen ist.
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