WO2013091785A1 - Patch-antennen-anordnung - Google Patents

Patch-antennen-anordnung Download PDF

Info

Publication number
WO2013091785A1
WO2013091785A1 PCT/EP2012/005037 EP2012005037W WO2013091785A1 WO 2013091785 A1 WO2013091785 A1 WO 2013091785A1 EP 2012005037 W EP2012005037 W EP 2012005037W WO 2013091785 A1 WO2013091785 A1 WO 2013091785A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
patch
patch electrode
electrode
attachment
antenna arrangement
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/005037
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nikola Dobric
Alois Huber
Original Assignee
Kathrein-Werke Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kathrein-Werke Kg filed Critical Kathrein-Werke Kg
Priority to BR112014014703A priority Critical patent/BR112014014703A2/pt
Priority to EP12805428.5A priority patent/EP2795725A1/de
Priority to CN201280063182.6A priority patent/CN104011935B/zh
Priority to US14/368,191 priority patent/US9966669B2/en
Priority to JP2014547742A priority patent/JP2015502723A/ja
Priority to KR1020147020634A priority patent/KR101959528B1/ko
Publication of WO2013091785A1 publication Critical patent/WO2013091785A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0428—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/325—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle
    • H01Q1/3275—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle mounted on a horizontal surface of the vehicle, e.g. on roof, hood, trunk
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/005—Patch antenna using one or more coplanar parasitic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/30—Combinations of separate antenna units operating in different wavebands and connected to a common feeder system
    • 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
    • H01Q5/378—Combination of fed elements with parasitic elements
    • 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
    • H01Q5/378—Combination of fed elements with parasitic elements
    • H01Q5/385—Two or more parasitic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0428—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave
    • H01Q9/0435—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave using two feed points
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0464—Annular ring patch

Definitions

  • the invention relates to a patch antenna arrangement according to the preamble of claim 1.
  • Patch antennas of the type in question are often used as Kraft vehicle antennas.
  • Motor vehicle antennas may have, for example, a fin-like structure. They are often mounted on the body and in particular in the roof area of a motor vehicle just before the rear window.
  • On a chassis below the hood of the antenna arrangement is usually a plurality of individual antennas for the different services provided, ie antennas for receiving ter ⁇ terrestrially radiated radio programs, GPS patchanten- NEN, antennas for the mobile sector, for sending and receiving Mobile calls in a variety of frequency ranges, possibly also other antenna arrangements for receiving radiated via satellite radio ⁇ th radio programs such as SDARS programs, etc.
  • Such an antenna has become known for example from EP 1 616 367 Bl. Therefore, such an antenna structure claimed a not inconsiderable space. Nevertheless, demands are being made in the direction of further miniaturizing a corresponding antenna arrangement in order to take up less installation space.
  • a multi-frequency patch antenna capable of receiving or transmitting culturally polarized electromagnetic waves has become known from US Pat. No. 7,405,700 B2.
  • This prior art antenna comprises a substrate (dielectric) on which a rectangular or square central patch of a patch antenna is provided in a central arrangement.
  • this patch antenna Surrounding this patch antenna is a frame or ring-shaped second patch antenna surface, the inner edge of which runs at a small distance from the outer edge surrounding the central patch antenna, ie between the central patch and the ring-shaped or patch-shaped patch antenna a gap is formed.
  • bevels in particular in the corner regions, is intended to ensure that the ring-shaped or frame-shaped patch antenna has opposite polarity to the centrally arranged patch antenna. sated electromagnetic waves receives or transmits.
  • US 7,253,770 B2 shows a patch antenna with a ground plane, a dielectric above it, and a patch antenna array on top of the dielectric.
  • a feed line ge ⁇ fed patch plane is provided, which is surrounded by a further frame-shaped patch antenna in the same vertical position.
  • a gap gap is formed between two patch antennas on the top of the dielectric.
  • This Pat ⁇ chantennenan extract serves to receive GPS signals and SDARS signals.
  • a conventional stacked antenna is shown, in which two patch surfaces are arranged one above the other.
  • US 2003/0052825 AI also also describes an antenna arrangement with an inner patch antenna, which is surrounded by an annular gap of a surrounding the inner patch Anten ⁇ ne ring-patch antenna.
  • the construction is selected so that in each case two inner circular patch antennas in Vertikalab was ⁇ are arranged above one another, as well as two surrounding the inner patch antennas ring patch antennas are also arranged one above the other in the same vertical distance and are each separated by an annular gap from the inner patch antenna.
  • a generic patch antenna arrangement can be taken from US 2010/0171679 AI. Shown is an inner in plan view square patch antenna, which is surrounded by a frame-shaped patch antenna to form a gap gap between the two.
  • two essay patch arrangements are provided, which are also separated from each other by a distance gap, with a central essay patch is located immediately above the fed ⁇ located central patch, and the second frame-shaped essay patch directly above the below located frame-shaped radiator surface is positioned.
  • the object of the present invention to provide an improved antenna arrangement which, with simple means and in the smallest possible space, allows a patch antenna arrangement with which a right-circularized or a left-circular electromagnetic wave can be transmitted or received.
  • the object is achieved according to the invention specified in the ⁇ claim 1 features.
  • Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
  • the antenna according to the invention is distinguished inter alia by the fact that they need construction with comparatively low ⁇ space is for example suitable to receive GPS signals, ie, generally signals for geostationary positioning. For such an antenna, patching used in the context of the present invention.
  • the present patch antenna according to the invention also provides a possibility of receiving further satellite signals, for example radio programs broadcast in accordance with the SDARS or the SiriusXM standard, as can be received, above all, in North America.
  • the solution according to the invention is based on a patch antenna arrangement (for example for receiving the GPS signals) in which a patch area of the patch antenna arrangement is surrounded by an additionally provided ring patch or frame patch to form a spacing gap.
  • This ring or frame patch serves as a further patch antenna, for example, for receiving the er Arlingtonn ⁇ th SDARS or SiriusXM satellite signals.
  • both patch antenna arrangements are covered by a common passive patch patches.
  • the patch patch and the underlying active patch of radiation of the central patch antenna form a plate capacitor, whereby a capacitance between the two patch surfaces is established.
  • energy can be transmitted from the central patch electrode to the ring patch or vice versa within the scope of the invention.
  • the area of the patch surfaces and, secondly, the distance between these is important.
  • the ring or Frame-shaped patches are so far an indirect antenna feed.
  • the inventive solution provides, for example, also against the generic state of the art ge ⁇ Telss US 2010/0171679 Al or US 7,405,700 B2 a big advantage.
  • the clearance gap between the central patch electrode and surrounding the cen- tral patch electrode ring- or frame-shaped patch electrode area must be extremely narrow, ie, be extremely low and still achieve a sufficient coupling to ensure.
  • the attachment patch provided in the context of the invention, it is possible here to enable a much improved coupling between the ring-shaped or frame-shaped patch electrode and the central patch electrode surface and with significantly lower demands on the tolerances. This ultimately leads to significant cost advantages in the production.
  • the central patch ie the radiation surface of the central patch, whether this is a left or right circular radiating patch.
  • the central patch In the case of an SDARS antenna, the central patch must be set on the left for circulating.
  • the ring patch can be adjusted so that it has a right-circular radiating effect, in this case it is therefore suitable for receiving, for example, the SDARS or SiriusXM signals.
  • the setting that the radiation surface of the centrally arranged patch acts, for example, right-circulating can be effected by the aforementioned shaping of the radiation surface, for example, characterized in that two diametrically opposite corners of the preferably square-shaped patch surface have flats, in a known manner with appropriate Positioning of the antenna feed.
  • the supply via two feed lines offset by 90 °, whereby the determination can be made with respect to left or right circularly polarized electromagnetic waves with a corresponding phase shift.
  • a central patch electrode a basically round and in particular circular patch electrode surface can be used.
  • the ring patch may have an inner boundary edge, which is likewise approximated to the circular shape and thereby surrounds the at least approximately disk-shaped or circularly formed patch electrode surface in a small clearance gap.
  • the outer boundary edge of the outer ring patch for example, in turn, at least approximately square shaped.
  • the attachment patch must consist not only of a fundamentally parallel electromagnetic surface or layer at a distance above the central patch electrode and the ring-shaped or frame-shaped patch electrode surrounding the central patch electrode, but that attachment
  • patch may also have recesses or may be provided at its peripheral edge with bends that run away at least with a component away from the underlying substrate or run on the substrate with a corresponding component to be directed etc.
  • the essay patch only with a patch section, ie with a patch area section in the area of the central patch electrode and the ring-shaped or frame-shaped patch electrode, be arranged in a plane above these patch areas.
  • the attachment patch is galvanically connected to the ring-shaped or frame-shaped electrode.
  • the patch antenna arrangement according to the invention is characterized in particular by the fact that it offers significant advantages in the production and production compared with conventional, previously known patch antenna arrangements.
  • FIG. 3 is a cross-section sdar position perpendicular through the patch surfaces and through the feed line;
  • FIG. 4 shows a representation of the resonance frequency profile for the patch antenna arrangement;
  • FIG. 5 shows a corresponding illustration for a modified exemplary embodiment with a schematic plan view of the top attachment patch
  • Figure 6 a corresponding plan view of the
  • Patch antenna arrangement omitting the uppermost patch patch
  • Figure 7 is a cross-sectional view perpendicular to the patch surfaces, in a plane that is defined both by the feed line for the
  • Patch electrode as well as the through contact between ground plane and attachment patch runs; 8a shows four schematic plan views on four to 8d: exemplary embodiments of a patch electrode;
  • Figures 9a four schematic plan views of one to 9d: square shaped basically
  • Multi-patch antenna arrangement with a circular or disk-shaped central patch electrode and a surrounding ring or frame patch electrode with internal circular and external square boundary edge;
  • FIG. 12a shows three modified exemplary embodiments in FIG. 12c: a schematic plan view to illustrate that the attachment patch can project beyond the ring patch and can be provided with recesses located on the inside or with recesses running inwards from the peripheral edge;
  • FIGS. 13a shows a schematic plan view of two embodiments which have been converted from FIGS. 13a and 13b to illustrate that the attachment patch can have different geometric shapes
  • FIGS. 14a and 14b show different representations to FIGS. 16b: it is clear that the attachment patch can also be provided with different circumferential or partially circumferential edge and edge sections which run away from the substrate with one component or run onto the substrate, with bends can etc .;
  • FIG. 17 shows a schematic perspective illustration to clarify that the attachment Patch can be provided with provided in the circumferential direction in dis ⁇ kreten areas winkelförmi ⁇ gen approaches; a schematic spatial representation by a modified embodiment using a dielectric between the attachment patch and the underlying patch electrode; a schematic cross-sectional view through the embodiment shown in Figure 18a; 19a show two schematic Querterrorismsdarstellun- and 19b gene, in which the attachment patch is either galvanically connected to the ring or frame-shaped patch or the central patch electrode, so that a capacitive coupling only with the central patch electrode or the ring-shaped or frame-shaped patch electrode is provided.
  • FIGS. 1 to 3 show a first patch antenna arrangement according to the invention.
  • the patch antenna arrangement comprises a first patch antenna A, which comprises on a substrate or dielectric 5 on the top side 5a of the dielectric 5 a metallized or metallic surface, whereby the active patch area 7 'of a patch radiator 7 (for sending or receiving), ie the fed patch surface 7 is formed.
  • a ground surface 9 is provided as an antenna counterweight.
  • a feed line 11 is provided, which extends from the bottom of the substrate 5 to the active patch surface 7 thereafter also as a patch Electrode 7 is designated, via which the patch electrode 7 is fed.
  • the actual active patch surface 7 'in the embodiment shown is rectangular and in particular square, with a flattening 15 being incorporated at two opposite corners 13, at which the metallized patch surface 7' is removed is.
  • the feed line 11 which is connected to the feed-in point IIa with the patch electrode 7, it is determined whether the thus formed patch antenna A is right or left-circulating.
  • the arrangement is such that the patch radiator 7 is left-circulating, ie has a left-circulating resonance, preferably at a frequency around 2.32 GHz, which makes it possible for the patch antenna A thus formed to be Reception of the satellite programs broadcast via the SDARS standard in accordance with the SDARS or SiriusXM standard, ie reception of corresponding satellite-broadcasted radio programs, as provided, above all, in North America.
  • a ring patch 19 In a comparatively small distance 17 is the Outer circumference 7a of the patch electrode 7 by a ring patch 19 with a ring or frame-shaped patch surface 19 'surrounded, whereby a second patch antenna B is formed.
  • the ring patch 19 is formed in the illustrated embodiment as a basic principle of rectangular or square frame, which is also adjacent to the flattening 15 (chamfer) in the patch electrode 7 rectangular designed, ie with respect to its inner boundary line 19 a, in the mentioned preferably small distance 17 adjacent to the peripheral boundary edge 7a of the inner patch electrode surface 7 'comes to rest.
  • the opposite and outwardly facing boundary edge 19b of the ring or frame patch 19 is also formed in principle at least approximately rectangular or square, and has at two opposite corners 19c corresponding flats 21, where so a corresponding material of the metallized or a sheet existing surface of the patch antenna B is removed.
  • the ring or frame patch 19 with a ring-shaped or ring-shaped ring patch electrode surface 19 ' is, like the patch electrode 7, designed as a flat metallizing surface and, in the exemplary embodiment shown, sits on the same surface or upper side 5a of the dielectric 5, so that the ring patch electrode 19 of the patch antenna B and the patch electrode 7 of the first patch antenna A lie in a common plane EP.
  • this attachment patch 23 can produce the electrical isolation between the patch electrode 7 and the ring-patch electrode 19 and the attachment patch 23 running parallel thereto.
  • the mentioned ground surface or the patch surfaces 7 'or the ring or frame patch 19 as well as the attachment patch 23 may, for example, consist of a suitably suitable metal layer, for example of sheet metal or a film.
  • the other layers can be glued to the dielectric, ie the substrate 5.
  • the attachment patch 23 may, for example by means of a double-sided adhesive film on the top of the patch electrode 7 and the ring patch 19 and the remaining portions on the top side 5 a of the substrate 5 are stuck up ⁇ .
  • the total longitudinal and transverse extent of the entire patch antenna arrangement is significantly greater than the maximum longitudinal and transverse extent of the frame or ring patch antenna B on the upper side 5a of the dielectric.
  • Figure 1 is a perspective view of the entire patch antennas that pick assembly is shown and in Figure 2 is a plan view of the first and second patch antenna A, B under Weglas ⁇ solution of the attachment patches and a possibly for attaching the attachment Patches used adhesive film 25.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view through the patch antenna arrangement and through the feed line 11.
  • the entire arrangement can be chosen with regard to their dimensioning so that the dielectric or substrate 5, the frame or annular patch electrode 19 in the longitudinal and transverse directions on each side by at least 10% and preferably more than 15%, in particular more than 20% - protrudes, and thereby less than 50%, in particular less than 40% and 30% or 25% of the maximum longitudinal and / or transverse extension length of the frame or annular patch electrode 19 surmounted.
  • the dielectric body 5 is rounded in its corner areas, but this is not mandatory.
  • any suitable dielectric is suitable as the dielectric, for example ceramic. Because of this structure, therefore, the patch electrode 7 is fed by means of a galvanic feed at the feed point IIa, although here also deviating no galvanic, but a capacitive feed and excitation can be done.
  • the mentioned position of the antenna feed and the chamfer or flattening 21 formed at the opposite corners determine the polarization of the radiated electromagnetic field.
  • the ac- tive patch electrode 7 as mentioned polari ⁇ Siert, left circularly particular for SDARS or Sirius / XM-te Tuesdays.
  • the aforementioned metallic ⁇ ess essay in the form of the attachment patch 23 (passive patch antenna assembly) is provided, which can be realized either as a glued sheet or foil.
  • the patch electrode 7 and the attachment patch 23 thus form a plate capacitor (capacitance), whereby the energy can be transferred from the patch electrode 7 via the patch patch 23 to the ring patch electrode 19.
  • the ring-patch electrode 21 is now suitable for corresponding position data of a satellite-based system, such as the GPS position system.
  • the resonant frequency for the central patch antenna A and for the ring or frame patch antenna B is shown in FIG. 4, wherein for example for the GPS antenna a resonant frequency of 1, 575 GHz drawn in at "1" and for the SDARS antenna gives a resonant frequency (center frequency) of 2.322 GHz (ie in a range of 2.320 to 2.345 MHz) drawn at "2" at the points indicated by the numbers 2 and 1 in the diagram according to FIG.
  • the dimensioning of the illustrated multi-band patch antenna can vary.
  • the patch antenna with respect to the substrate may have a longitudinal and transverse extent of preferably between 20 mm to 40 mm, in particular by 30 mm.
  • the substrate height may for example vary between 2 mm to 6 mm, in particular between 3 mm to 5 mm, preferably around 4 mm.
  • the actual central patch i. the patch electrode surface 7 'may have values between 15 mm to 30 mm in the longitudinal and transverse directions, in particular between 18 mm to 25 mm.
  • the adjoining ring can have external dimensions which are, for example, 50% greater than the external dimensions in the longitudinal and transverse directions of the central one Patch electrode 7. Such values may vary, for example, depending on the size of the inner patch electrode, in particular the inner boundary edge of the ring patch between 20 mm to 30 mm, in particular by 25 mm, whereas the outer boundary edge in the longitudinal and transverse directions measure between preferably 25 mm to 35 mm, in particular by 30 mm.
  • the arrangement is generally such that the spacing gap 17 between the central patch electrode 7 and the ring or frame patch 19 is between preferably 0.5 mm and 4 mm, in particular between 1 mm and 3 mm, preferably between 1, 5 mm to 2.5 mm, for example, is 2 mm.
  • the Aufsat zelektrode 23 should preferably have a size that extends at least to the outer boundary edge 19b of the ring or frame patch 19 of the second patch antenna 7. Preferably, however, the longitudinal and transverse extent is greater. In the exemplary embodiment shown, the attachment patch 23 is dimensioned such that it corresponds more or less in the longitudinal and transverse direction to the dimension in the longitudinal and transverse direction of the substrate, ie, dielectric 5. Nevertheless, the attachment patch 23 could also survive beyond the substrate. Finally, it should be noted that the substrate 5 may be formed of any material. As low a substrate with a ⁇ ⁇ has been found that the pitch has a value between 2 and 30, especially between 5 and 25 at ⁇ .
  • the attachment patch 23 also covers a surface edge region 5c of the dielectric that is not covered by either the patch antenna A or the frame patch antenna B. Subsequently, reference is made to a modified embodiment according to the figures 5 to 7, which is similar in principle to the structure of the first personssbei ⁇ game.
  • the generation of the polarization in the ring-patch electrode 19 is determined in a different way.
  • a galvanic through-contact e.g. in the form of a line arrangement 27, which provides a galvanic connection between the mass surface 9 (antenna counterweight surface) and the attachment patch 23.
  • this through-connection or line connection 27 is not electrically connected (galvanically) to the actual patch electrode 7 but at 27a to the attachment patch 23.
  • the position and arrangement of the plated-through hole 27 preferably also run perpendicular to the top side and bottom side 5a, 5b of the dielectric 5 and therefore perpendicular to the patch electrode 7, the ringpatch electrode 19 and the attachment patch surface 23.
  • the feed point 27a of the via 27 is offset by 90 ° about the central axis X lying to the feed line 11, wherein the central axis X perpendicular to the above-mentioned electrode surfaces and thus preferably parallel to the feed line eleventh ver ⁇ runs.
  • the offset by 180 ° to each other provided on the outer corners 19b flats or bevels 21 may be arranged and provided in the same adjacent corner region in which also the flattening of the chamfers of the inner patch electrode 7 come to rest.
  • phase offset for the feed points may be provided, especially if the phase shift line are adapted for a corresponding phase offset.
  • the illustrated embodiments therefore include variants in which the patch antenna arrangement can be received and / or transmitted in counter-directionally circularly polarized electromagnetic waves using a central patch and a ring or frame patch surrounding the central patch.
  • the feed during transmission preferably takes place via a single feed line, via which the feed is made via the patch area 7 'of the patch antenna A.
  • the feeding of the ring or frame patch via the attachment patch 23 (by capacitive coupling) and / or by a separate supply of the ring or frame-shaped patch 19 preferably via phase shifter lines. If electromagnetic waves are received, they are preferably fed in the two mutually offset frequency bands via the common feed line 11 to a subsequent electronics.
  • the received signals from the ring or frame-shaped Patch 19 via the capacitive coupling of the attachment patch to the central patch electrode 7 and from there via the feed line 11 and provided at the lower end of the feed line 11 feed 75 is fed to a subsequent electronics.
  • the feed is reversed.
  • the central patch 7 and the ring or frame-shaped patch (ring patch electrode) 19 are preferably arranged at least substantially coplanar and concentric to a central axis X, which is the substrate or the top or bottom and / or the plane the patch surface 7 penetrated vertically.
  • the patch electrode 7 is excited by means of a galvanic feed (feed line 11), wherein the feed can also be capacitive. Upon receiving electromagnetic waves, the received signal from the patch electrode 7 is transmitted to the feed line 11 via this. The position of the antenna feed and the phase determine the polarization of the radiated or received electromagnetic field.
  • the patch electrode 7 is left circularly polarized (Sirius / XM service).
  • the aforementioned metallic attachment in the form of the attachment patch 23 is required, which may be preferably realized as a glued sheet or as a film.
  • the central patch 7, so the patch electrode 7 and the attachment electrode 23 form a plate capacitor (Ka ⁇ capacity), whereby energy from the patch area (patch electrode) 7 transmitted to the ring in the transmission case or vice versa in the reception case can be.
  • Ka ⁇ capacity plate capacitor
  • the capacity is the area and the distance.
  • the polarization can be determined.
  • the ring or frame-shaped patch electrode 19 is right circularly polarized (for example, for the GPS service).
  • FIGS. 8a to 10d show, in a schematic plan view, how the patch electrode 7 located inside the ring patch electrode 19 can be shaped and designed in plan view.
  • the examples show not only flattenings at the opposite corner regions, but also preferably angular recesses 15a, at the opposite side strips L Lucassausneh- ments, on a longitudinal side and thus on a boundary edge of the patch electrode surface 7 rectangular projecting tongues or lugs or at the corner diagonally projecting noses.
  • corresponding recesses, oblong holes for example, perpendicular to two opposite side delimitations or in the diagonal direction of the preferably square patch electrode surface. 7
  • each X- and one Y-axis are shown in a perpendicular orientation to each other in the plane EP, in which the patch electrode surface 7 ', 19' is located.
  • FIG. 8a for example, the top view is shown of a circular or disc-shaped patch electrode 7 of the first patch antenna A in which two feed points F1 and F2 offset by 90 ° are shown, one of which is offset by 90 ° to feed each other, whereby a circularly polarized electromagnetic wave is generated.
  • FIG. 8a for example, the top view is shown of a circular or disc-shaped patch electrode 7 of the first patch antenna A in which two feed points F1 and F2 offset by 90 ° are shown, one of which is offset by 90 ° to feed each other, whereby a circularly polarized electromagnetic wave is generated.
  • FIG 8b shows a corresponding example of a quadratic design of the patch electrode 7 with two feed points F1 and F2, ie different from the preceding exemplary embodiments with two feeder lines 11 which generally run parallel to one another and which are connected to the patch electrode 7 at the respective feed point are galvanically or capacitively connected.
  • the supply of the second supply line is thus in a similar manner as for the first supply line in the above illustrated embodiment.
  • FIG. 9c shows a slot-shaped and in particular rectangular corner-shaped recess 15d which is arranged in a partial length in the diagonal direction in the patch electrode surface 7 '.
  • a strip-shaped enlargement 15e is provided on the longitudinal edge of the rectangular or square patch electrode, which likewise defines the polarization direction while simultaneously taking into account the position and positioning of the feed line, which in turn is galvanic or capacitive at the feed point F. is connected to the patch electrode 7.
  • a tongue-shaped or rectangular projecting extension 15f is provided on a longitudinal edge, which extension extends over only a partial length of the length of the longitudinal edge of the patch electrode 7.
  • a slot-shaped recess 15d is again provided which, in this case, is not aligned diagonally but perpendicularly or parallel to respectively two opposite parallel boundary edges of the rectangular or square patch antenna arrangement.
  • the variant according to FIG. 10d shows an example in which an inwardly pointing, tongue-shaped or rectangular recess 15g is provided on two opposite boundary edges which, together with the one feed line, determines the polarization direction of the central patch electrode 7.
  • a modified embodiment of a multi-patch antenna arrangement is shown in schematic plan view with the aid of a circular or disk-shaped patch antenna A which is designed as in the variant according to FIGS. 8a or 8c can be .
  • the ring or frame patch antenna B surrounding the patch electrode 7 is located, which likewise has a circular cutout on the inside and outside comprises a rectangular or in principle square boundary line, on which corresponding recesses or chamfers are likewise formed are to generate an opposite circulating electromagnetic wave to the central patch electrode 7.
  • the patch electrode 7 and the ring electrode 19 surrounding it can be formed below the attachment patch 23.
  • a narrow annular gap 17 is preferably formed between the central patch electrode 7 and the ring electrode 19, which thus has a circular boundary edge 19 a on the inside.
  • the outer boundary edge 19b may be formed more or less rectangular or square, wherein here for fixing the counter-circularly polarized wave offset by 180 ° lying preferably corresponding flats or chamfers 21 are provided.
  • FIG. 12a a schematic plan view shows how the attachment patch 23, ie the attachment patch surface 23 ', can be designed and / or dimensioned. It is to be shown with reference to FIG. 12a that the attachment patch 23, ie the attachment patch surface 23 ', laterally beyond the outer dimensions of the ring-shaped or frame-shaped patch 19 underneath, ie in plan view both in the longitudinal and in the transverse direction stand out, that can survive. It is preferably provided that the longitudinal and transverse directions of the attachment patch surface 23 'correspond at least to the maximum longitudinal and transverse extent of the ring patch electrode 19 underneath, ie the ring patch electrode surface 19'.
  • the attachment patch surface 23 ' can also be perforated.
  • the attachment patch 23 is preferably centrally a central hole recess (in the present example, a circular hole recess) 41 shown.
  • a central hole recess in the present example, a circular hole recess
  • the attachment patch 23 may be provided with circumferentially or circumferentially circumferentially formed essay patch flanks 123, which with a component of the underlying substrate (dielectric) 5 with 14b) or with a component oriented toward the substrate, as shown in FIG. 14a.
  • these flanks 123 run perpendicular to the upper side or perpendicularly away from the patch surface 7 'or perpendicularly to the patch surface 7 or the upper side 5a of the dielectric 5 in this case in FIG. 15b ,
  • the attachment patch is provided with a peripheral or sectionally angular edge 123 which extends in the manner of a step shoulder running away from the substrate or dielectric 5 and in the variant according to FIG the patch surface 7 is provided to current stu ⁇ fenförmigen paragraph.
  • FIG. 17 it is indicated by means of a schematic spatial representation that the attachment patch can not only be generally provided with a laterally angled edge portion 12 but also a plurality of separate or discrete angled portions 123 'can be provided, for example in the form of a hook , Angle etc. are formed and extend with an angle portion 123a of the actual patch surface 7 'of running away and with a subsequent further angle section 123b in plan view of the attachment patch in overlapping arrangement to the patch electrode 7, for example, parallel thereto.
  • the dielectric surface formed patch surface 7 and the patch surface 7 'surrounding ring or frame patch 19 may be provided yet another dielectric 47, then arranged on the top and at a distance to the top 47a, the attachment patch 23 and optionally held is.
  • the space between the attachment patch 23 and the patch surface 7 underneath and the ring-shaped or frame-shaped patch electrode 19 surrounding the patch surface 7 are therefore in the entire height or in a partial height with an additional one Dielectric 47, so filled a corresponding dielectric layer 47.
  • the dielectric layer 47 may, for example, also consist of a foil or include this (eg in the form of a double-sided adhesive film).
  • the additional dielectric 47 is formed only at the peripheral edge and is fixed in the surface section 5c on the lower dielectric, firmly bonded thereto, for example adhesively bonded or formed together, in which neither the central patch 7 nor the frame patch 19 is formed is.
  • any modifications may be provided in which the additional dielectric 47 is indeed formed like a frame, but at least partially covers the frame patch 19 as well as the central patch 7 with.
  • FIGS. 19a and 19b a further modification is shown with reference to FIGS. 19a and 19b.
  • the attachment patch 23 is preferably provided with a circumferential or section-wise edge section 23 a, over which the attachment patch 23 can optionally also be held relative to the ring or frame patch 19.
  • the peripheral edge 23a is galvanically connected to the ring-shaped or frame-shaped patch 19, so that here only a capacitive coupling between the centrally provided patch electrode 7 and the attachment patch 23 is provided.
  • the connection is virtually the reverse of the variant according to FIG. 19a.
  • the attachment patch 23 is galvanically connected to the central patch electrode 7.
  • the attachment patch is provided only in a partial area of a ring-shaped or frame-shaped section 23b raised in relation to the plane of the central patch 7, which is galvanically connected to the central patch electrode 7 via an angle section 23c, so that here a capacitive coupling is only given between the ring-shaped or frame-shaped attachment patch 23 and the ring-shaped or frame-shaped patch electrode 19.
  • the attachment patch 23 may be formed as a continuous metal sheet with the base portion provided within the angular projection 23c, which is connected over its entire surface and thus galvanically connected to the patch electrode A.
  • the attachment patch 23 may be formed as a stamped and folded metal sheet, which also fulfills supporting function in this respect.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)

Abstract

Eine verbesserte Patch-Antennen-Anordnung zeichnet sich unter anderem durch folgende Merkmale aus: - auf einem Dielektrikum (5) ist eine Patch-Elektrode (7) und eine die Patch-Elektrode (7) umgebende Rahmenpatch-Elektrode (19) vorgesehen, - es ist ferner ein Aufsatz-Patch (23) vorgesehen, - das Aufsatz-Patch (23) ist gegenüberliegend zu dem Dielektrikum (5) in einem Abstand zur Patch-Elektrodenfläche (7') und in einem Abstand zur Ring- oder Rahmenpatch-Elektrodenfläche (19') angeordnet, - das Aufsatz-Patch (23) weist in Längs- und Querrichtung eine Erstreckung auf, derart, dass das Aufsatz-Patch (23) sowohl die Patch-Elektrodenfläche (7') als auch Rahmenpatch-Elektrodenfläche (19') zumindest abschnittsweise überdeckt.

Description

Patch-Antennen-Anordnung
Die Erfindung betrifft eine Patch-Antennen-Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Patch-Antennen der in Rede stehenden Art werden häufig auch als Kraf fahrzeugantennen eingesetzt. Kraftfahrzeugantennen können beispielsweise einen finnenähnlichen Aufbau aufweisen. Sie werden häufig auf der Karosserie und insbesondere im Dachbereich eines Kraftfahrzeugs kurz vor dem Heckfenster montiert. Auf einem Chassis unterhalb der Haube der Antennenanordnung befindet sich in der Regel eine Vielzahl von Einzelantennen für die unterschiedlichen vorgesehenen Dienste, d.h. Antennen zum Empfang von ter¬ restrisch ausgestrahlten Radioprogrammen, GPS-Patchanten- nen, Antennen für den Mobilfunkbereich, zum Senden und Empfangen von Mobilfunkgesprächen in den unterschiedlichsten Frequenzbereichen, gegebenenfalls auch weitere Antennenanordnungen zum Empfang von über Satellit ausgestrahl¬ ten Radioprogrammen wie beispielsweise SDARS-Programmen etc.. Eine derartige Antenne ist beispielsweise aus der EP 1 616 367 Bl bekannt geworden. Von daher beansprucht ein solcher Antennenaufbau einen nicht unbeachtlichen Bauraum. Gleichwohl gehen Anforderungen in die Richtung, eine entsprechende Antennenanordnung weiter zu miniaturisieren, um weniger Bauraum zu beanspruchen .
Bezüglich des grundsätzlichen Aufbaus einer Patch-Antenne wird unter anderem auch noch auf die DE 10 2004 016 158 B4 verwiesen, die eine herkömmliche Patch-Antenne mit einer Massefläche, einer darauf befindlichen Substratschicht und einer auf der Oberseite vorgesehenen Patch-Elektrode beschreibt, die mit einer weiteren ein Dielektrikum bildenden Schicht überzogen sein kann.
Eine Multi-Frequenz-Flächenantenne, mit der zikular polarisierte elektromagnetische Wellen empfangen oder gesendet werden können, ist aus der US 7 405 700 B2 bekannt geworden. Diese vorbekannte Antenne umfasst ein Substrat (Dielektrikum) , auf welchem in zentraler Anordnung ein recht- eckförmiges oder quadratisches Zentral-Patch einer Patch- Antenne vorgesehen ist.
Um diese Patch-Antenne herum verläuft eine rahmen- oder ringförmige zweite Patch-Antennenfläche, deren Innenkante in einem geringen Abstand zu der die zentrale Patch-Antenne umgebenden Außenkante verläuft, wodurch also zwischen dem Zentral-Patch und der ring- oder rahmenförmigen Patch- Antenne ein Abstandsspalt gebildet ist.
Durch die spezifische Ausbildung von Fasen insbesondere in den Eckbereichen soll sichergestellt werden, dass die ring- oder rahmenförmige Patch-Antenne im Vergleich zu der zentral angeordneten Patch-Antenne entgegengesetzt polari- sierte elektromagnetische Wellen empfängt oder sendet.
Abgesehen von derartigen Antennentypen sind grundsätzlich auch andere Antennentypen bekannt, beispielsweise aus der US 2009/0058731 AI, sowie der US 2010/0283684 AI, bei der jeweils eine sogenannte stacked patch antenna vorgesehen ist, die neben einer Massefläche im Abstand dazu eine erste strahlende Patchfläche und in einem weiteren Abstand eine nochmals darüber angeordnet zweite strahlende Patch¬ fläche umfasst.
Ferner soll auch auf die US 7 253 770 B2 verwiesen werden, die in einem Ausführungsbeispiel eine Patchantenne mit einer Massefläche, einem darüber befindlichen Dielektrikum und einer Patchantennenanordnung auf der Oberseite des Dielektrikums zeigt. Auf der Oberseite des Dielektrikums in zentraler Anordnung ist eine über eine Speiseleitung ge¬ speiste Patchfläche vorgesehen ist, die von einer weiteren rahmenförmigen Patchantenne in gleicher Höhenlage umgeben ist. Zwischen beiden Patchantennen auf der Oberseite des Dielektrikums ist ein Abstandsspalt gebildet. Diese Pat¬ chantennenanordnung dient dazu, GPS-Signale und SDARS- Signale zu empfangen. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist dem gegenüber eine klassische stacked antenna gezeigt, bei der zwei Patchflächen übereinander angeordnet sind.
Die US 2003/0052825 AI beschreibt zudem ebenfalls eine Antennenanordnung mit einer inneren Patchantenne, die über einen ringförmigen Spalt von einer die innere Patch-Anten¬ ne umgebenden Ring-Patch-Antenne umgeben ist. In einem an¬ deren Ausführungsbeispiel ist der Aufbau so gewählt, dass jeweils zwei innere runde Patch-Antennen im Vertikalab¬ stand übereinander angeordnet sind, ebenso wie zwei die inneren Patch-Antennen umgebenden Ring-Patch-Antennen, die ebenfalls in dem gleichen Vertikalabstand übereinander angeordnet und jeweils über einen Ringspalt von der inne- ren Patch-Antenne getrennt sind. Eine gattungsbildende Patch-Antennen-Anordnung ist aus der US 2010/0171679 AI zu entnehmen. Gezeigt ist eine innere in Draufsicht quadratische Patch-Antenne, die von einer rahmenförmigen Patch-Antenne unter Ausbildung eines Abstandsspaltes zwischen beiden umgeben ist. Darüber sind zwei Aufsatz-Patch-Anordnungen vorgesehen, die ebenfalls durch einen Abstandsspalt voneinander getrennt sind, wobei ein zentrales Aufsatz-Patch unmittelbar oberhalb des dar¬ unter befindlichen gespeisten Zentral-Patches angeordnet ist, und das zweite rahmenförmige Aufsatz-Patch direkt überhalb der darunter befindlichen rahmenförmigen Strahlerfläche positioniert ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es vor diesem Hintergrund eine verbesserte Antennenanordnung zu schaffen, die mit einfachen Mitteln und bei in nur kleinstem Bauraum eine Patch-Antennenanordnung erlaubt, mit der eine rechts- zirkularisierte oder eine links-zirkularisierte elektromagnetische Welle gesendet oder empfangen werden kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im An¬ spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben . Die erfindungsgemäße Antenne zeichnet sich u.a. dadurch aus, dass sie bei vergleichsweise geringem benötigten Bau¬ raum beispielsweise geeignet ist GPS-Signale zu empfangen, also allgemein Signale zur geostationären Positionsbestimmung. Für derartige Antenne werden üblicherweise Patch-An- tennen verwendet, so auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung .
Die vorliegende erfindungsgemäße Patch-Antenne schafft aber zudem auch eine Möglichkeit weitere Satellitensignale zu empfangen, beispielsweise gemäß dem SDARS- oder dem Si- riusXM-Standard ausgestrahlte Radioprogramme, wie sie vor allem im nordamerikanischen Raum zu empfangen sind. Die erfindungsgemäße Lösung geht dabei von einer Patch- Antennen-Anordnung (beispielsweise zum Empfang der GPS- Signale) aus bei welcher eine Patchfläche der Patch-Antennen-Anordnung von einem zusätzlich vorgesehenen Ringpatch oder Rahmenpatch unter Ausbildung eines Abstandsspaltes umgeben ist. Dieses Ring- oder Rahmenpatch dient als weitere Patch-Antenne, beispielsweise zum Empfang der erwähn¬ ten SDARS- oder SiriusXM-Satellitensignale .
Um das ring- oder rahmenförmige Patch mit dem zentralen Patch zu koppeln (da die gesamte Patch-Antennenanordnung beispielsweise nur über eine zentrale Speiseleitung gespeist wird) , ist im Rahmen der Erfindung im Gegensatz zum Stand der Technik vorgesehen, dass beide Patch-Antennen- Anordnungen mittels eines gemeinsamen passiven Aufsatz- Patches überdeckt sind. Das Aufsatz-Patch und das darunter befindliche aktive Strahlungs-Patch der zentralen Patch- Antenne bilden dabei einen Plattenkondensator, wodurch eine Kapazität zwischen den beiden Patchflächen aufgebaut wird. Dadurch kann im Rahmen der Erfindung Energie von der zentralen Patch-Elektrode auf das Ringpatch oder umgekehrt übertragen werden. Dabei ist für die Kapazität zum einen die Fläche der Patchflächen und zum anderen der Abstand zwischen diesen von Bedeutung. Bezüglich des ring- oder rahmenförmigen Patches handelt es sich also insoweit um eine indirekte Antennenspeisung.
Hier bietet die erfindungsgemäße Lösung beispielsweise auch gegenüber dem gattungsbildenden Stand der Technik ge¬ mäß der US 2010/0171679 AI oder der US 7,405,700 B2 einen großen Vorteil auf. Denn bei dem vorstehend genannten gat¬ tungsbildenden Stand der Technik muss der Abstandsspalt zwischen der zentralen Patch-Elektrode und der die zen- trale Patch-Elektrode umgebenden ring- oder rahmenförmigen Patch-Elektrodenfläche extrem schmal, d.h. extrem gering sein, um noch eine ausreichende Kopplung zu gewährleisten. Durch das im Rahmen der Erfindung vorgesehene Aufsatz- Patch besteht hier die Möglichkeit eine sehr viel ver- besserte Kopplung zwischen der ring- oder rahmenförmigen Patch-Elektrode und der zentralen Patch-Elektrodenfläche zu ermöglichen und dies bei deutlich geringeren Anforderungen an die Toleranzen. Dies führt letztlich auch zu deutlichen Kostenvorteilen bei der Fertigung. Denn selbst kleinste Abweichungen hinsichtlich des Spaltes führen im Rahmen der erfindungsgemäßen Antenne nicht zu derart nachteiligen Veränderungen wie im Stand der Technik, bei der geringste Veränderungen der optimalen Größe des Spalten gleich zu einer spürbaren Verschlechterung der Sende- oder Empfangsqualität der Antenne führt.
In bevorzugter Weise kann durch geometrische Auswahl des zentralen Patches, d.h. der Strahlungsfläche des zentralen Patches festgelegt werden, ob es sich hierbei um ein links- oder rechts-zirkular strahlendes Patch handelt. Im Falle einer SDARS-Antenne muss das zentrale Patch links zirkulierend eingestellt werden. Durch entsprechende Formgebung kann dann das Ringpatch so eingestellt werden, dass es rechts-zirkular strahlend wirkt, in diesem Falle also zum Empfang beispielsweise der SDARS- oder SiriusXM-Signa- le geeignet ist. Die Einstellung, dass die Strahlungsfläche des zentral angeordneten Patches beispielsweise rechts-zirkulierend wirkt kann durch die erwähnte Formgebung der Strahlungsfläche bewirkt werden, beispielsweise dadurch, dass zwei diametral gegenüberliegende Ecken der vorzugsweise quadra- tisch ausgebildeten Patchfläche Abflachungen aufweisen, und zwar in bekannter Weise bei entsprechender Positionierung der Antenneneinspeisung.
Alternativ ist es auch möglich, die Einspeisung über zwei um 90° versetzt liegende Einspeiseleitungen vorzunehmen, wodurch bei entsprechender Phasenverschiebung die Festlegung bezüglich links- oder rechts-zirkular polarisierter elektromagnetischer Wellen erfolgen kann. Somit kann als zentrale Patch-Elektrode eine vom Prinzip her runde und insbesondere kreisförmige Patch-Elektrodenfläche verwendet werden. In diesem Falle kann das Ringpatch eine innere Begrenzungskante aufweisen, die ebenfalls an die Kreisform angenähert ist und dabei die zumindest näherungsweise Scheiben- oder kreisförmig gebildete Patch-Elektrodenflä- che in einem geringen Abstandsspalt umgibt. Die äußere Begrenzungskante des außen liegenden Ringpatches kann beispielsweise wiederum zumindest näherungsweise quadratisch geformt sein. Dabei sind durchaus unterschiedliche Varianten und Abwandlungen möglich.
In einer Abwandlung des erläuterten erfindungsgemäßen Prinzips ist es auch möglich, die Erzeugung der Polarisation im Ringpatch auf andere Weise festzulegen. In dieser abgewandelten Variante ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass mit Hilfe einer galvanischen Durchkontaktie- rung zwischen dem Aufsatz-Patch und der Masse beispielsweise eine rechts-zirkulare Polarisation in dem Ringpatch erzeugt werden kann. Diese Durchkontaktierung ist dabei nicht mit dem Strahlungs-Patch der zentralen Patch-Antenne verbunden. Die Festlegung der Zirkulationsrichtung hängt dabei ebenfalls wieder von der Positionierung der Durchkontaktierung ab, die um 90° versetzt zur Speiseleitung platziert ist (bei zentraler Draufsicht auf die Patch-Antennenanordnung) .
Schließlich wird auch angemerkt, dass das Aufsatz-Patch nicht nur aus einer grundsätzlich parallelen elektromagnetischen Fläche oder Schicht im Abstand oberhalb der zentralen Patch-Elektrode und der die zentrale Patch-Elektrode umgebenden ring- oder rahmenförmigen Patch-Elektrode bestehen muss, sondern dass dieses Aufsatz-Patch beispielsweise auch Ausnehmungen aufweisen kann oder an seinem umlaufenden Rand mit Abwinklungen versehen sein kann, die zumindest mit einer Komponente von dem darunter befindlichen Substrat weggerichtet verlaufen oder auf das Substrat mit einer entsprechenden Komponente zu gerichtet verlaufen etc.. Insoweit muss das Aufsatz-Patch nur mit einem Patch-Abschnitt, d.h. mit einem Patch-Flächenabschnitt im Bereich der zentralen Patch-Elektrode und der ring- oder rahmenförmigen Patch-Elektrode in einer Ebene oberhalb dieser Patchflächen angeordnet sein. Schließlich ist es ebenfalls möglich, dass das Aufsatz- Patch mit der ring- oder rahmenförmigen Elektrode galvanisch verbunden ist. In diesem Falle würde nur noch eine kapazitive Kopplung zwischen der zentralen Patch-Elektrode und dem Aufsatz-Patch bestehen. In einer Umkehrung ist es ebenso möglich, dass das Aufsatz-Patch mit der zentralen Patch-Elektrode galvanisch verbunden ist oder davon ausgeht und beispielsweise nur mit einem oberhalb der ring- oder rahmenförmigen Patch-Elektrode umlaufenden ring- oder rahmenförmigen Ansatz im Abstand dazu unter Ausbildung einer kapazitiven Kopplung vorgesehen und ausgebildet ist. In diesem Falle würde also eine Kopplung nur zwischen dem Aufsatz-Patch und der ring- oder rahmenförmigen Elektrode bestehen.
Die erfindungsgemäße Patch-Antennenanordnung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass sie deutliche Vorteile bei der Herstellung und Fertigung gegenüber herkömmliche vorbe- kannte Patch-Antennenanordnungen bietet.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend erörterten Ausführungs- beispielen. Dabei zeigen im Einzelnen: eine schematische perspektivische Darstel lung eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles einer Patch-Antennen- Anordnung; eine schematische Draufsicht unter Weglas sung eines zuoberst liegenden Aufsatz-Patches;
Figur 3 eine Quer schnitt sdar Stellung senkrecht durch die Patchflächen und durch die Speiseleitung; Figur 4 eine Darstellung des Resonanzfrequenz-Verlaufs für die Patch-Antennen-Anordnung;
Figur 5 : eine entsprechende Darstellung für ein ab- gewandeltes Ausführungsbeispiel unter schematischer Draufsicht auf das oben liegende Aufsatz-Patch;
Figur 6 : eine entsprechende Draufsicht auf die
Patch-Antennen-Anordnung unter Weglassung des zuoberst befindlichen Aufsatz-Patches;
Figur 7 : eine Querschnittsdarstellung senkrecht zu den Patchflächen, und zwar in einer Ebene, die sowohl durch die Speiseleitung für die
Patch-Elektrode als auch die Durchkontak- tierung zwischen Massefläche und Aufsatz- Patch verläuft; Figuren 8a vier schematische Draufsichten auf vier bis 8d : Ausführungsbeispiele einer Patch-Elektrode;
Figuren 9a vier schematische Draufsichten auf eine bis 9d : vom Grundsatz her quadratisch geformte
Patch-Elektrode mit Vorsprüngen, Ausnehmungen oder einem Längsschlitz;
Figuren 10a vier weitere Ausführungsbeispiele in sche- bis lOd : matischer Draufsicht bezüglich einer abge¬ wandelten Patch-Elektrode ebenfalls mit VorSprüngen oder Ausnehmungen; Figur 11 : eine schematische Draufsicht auf eine
Multi-Patch-Antennen-Anordnung mit einer kreis- oder scheibenförmigen zentralen Patch-Elektrode und einer diese umgebenden Ring- oder Rahmen-Patch-Elektrode mit innenliegender kreisförmiger und außenliegender quadratischer Begrenzungskante;
Figuren 12a drei abgewandelte Ausführungsbeispiele in bis 12c : schematischer Draufsicht zur Verdeutlichung, dass das Aufsatz-Patch über das Ringpatch überstehen und mit innen liegenden Ausnehmungen oder mit vom Umfangsrand nach innen verlaufenden Ausnehmungen versehen sein kann;
Figuren 13a eine schematische Draufsicht auf zwei ab- und 13b : gewandelte Ausführungsbeispiele zur Verdeutlichung, dass das Aufsatz-Patch unterschiedliche geometrische Formen aufweisen kann;
Figuren 14a unterschiedliche Darstellungen zur Ver- bis 16b : deutlichung, dass das Aufsatz-Patch auch mit unterschiedlichen umlaufenden oder teilweise umlaufend ausgebildeten Rand- und Flankenabschnitten versehen sein kann, die mit einer Komponente vom Substrat weglaufen oder auf das Substrat zulaufen, mit Abwinklungen versehen sein können etc.;
Figur 17 eine schematische perspektivische Darstellung zur Verdeutlichung, dass das Aufsatz- Patch auch mit in Umfangrichtung in dis¬ kreten Bereichen vorgesehenen winkelförmi¬ gen Ansätzen versehen sein kann; eine schematische räumliche Darstellunc durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines Dielektrikums zwischen dem Aufsatz-Patch und der darunter befindlichen Patch-Elektrode; eine schematische Querschnittsdarstellung durch das in Figur 18a gezeigte Ausführungsbeispiel; Figuren 19a zwei schematische Querschnittsdarstellun- und 19b gen, bei welchen das Aufsatz-Patch entweder mit dem ring- oder rahmenförmigen Patch oder der zentralen Patch-Elektrode galvanisch verbunden ist, so dass eine kapazitive Kopplung nur noch mit der zentralen Patch-Elektrode bzw. der ring- oder rahmenförmigen Patch-Elektrode vorgesehen ist . In den Figuren 1 bis 3 ist eine erste erfindungsgemäße Patch-Antennen-Anordnung gezeigt. Daraus ist zu ersehen, dass die Patch-Antennen-Anordnung eine erste Patch-Antenne A umfasst, die auf einem Substrat oder Dielektrikum 5 auf der Oberseite 5a des Dielektrikums 5 eine metallisierte oder metallische Fläche umfasst, wodurch die aktive Patchfläche 7' eines Patchstrahlers 7 (zum Senden oder Empfangen), d.h. die gespeiste Patchfläche 7 gebildet ist. Auf der Unterseite 5b des Dielektrikums 5, welche parallel zur Oberseite 5a ist, ist eine Massefläche 9 als Antennen- Gegengewicht vorgesehen. Durch eine quer und insbesondere senkrecht zur Ober- und Unterseite 5a, 5b des Dielektrikums 5 verlaufende Bohrung 5a im Dielektrikum 5 ist eine Speiseleitung 11 vorgesehen, die von der Unterseite des Substrates 5 aus bis zur aktiven Patchfläche 7 hindurch verläuft, die nachfolgend auch als Patch-Elektrode 7 bezeichnet wird, worüber die Patch- Elektrode 7 angespeist wird.
Aus der Draufsicht gemäß Figur 2 ist zu ersehen, dass die eigentliche aktive Patchfläche 7' im gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel rechteckförmig und insbesondere quadratisch gebildet ist, wobei an zwei gegenüberliegenden Ecken 13 eine Abflachung 15 eingearbeitet ist, an der also die metallisierte Patchfläche 7' entfernt ist. Zusammen mit der entsprechend positionierten Speiseleitung 11, die am Einspeisepunkt IIa mit der Patch-Elektrode 7 verbunden ist, wird dadurch festgelegt, ob die so gebildete Patch- Antenne A rechts oder links-zirkulierend ist. Im vorliegenden Fall ist die Anordnung derart, dass der Patchstrahler 7 links-zirkulierend ist, also eine links-zirkulieren- de Resonanz aufweist, vorzugsweise bei einer Frequenz um 2,32 GHz, wodurch ermöglicht wird, dass die so gebildete Patch-Antenne A zum Empfang der über den SDARS-Standard ausgestrahlten Satelliten-Programme gemäß dem SDARS- oder SiriusXM-Standard geeignet ist, also zum Empfang entspre- chender über Satelliten ausgestrahlter Radioprogramme, wie dies vor allem im nordamerikanischen Raum vorgesehen ist.
In einem vergleichsweise geringen Abstand 17 ist der Außenumfang 7a der Patch-Elektrode 7 von einem Ringpatch 19 mit einer ring- oder rahmenförmigen Patchfläche 19' umgeben, wodurch eine zweite Patch-Antenne B gebildet ist. Der Ringpatch 19 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als vom Grundprinzip her rechteckförmiger bzw. quadratischer Rahmen gebildet, der auch benachbart zu der Abflachung 15 (Fase) in der Patch-Elektrode 7 rechteckig gestaltet ist, also bezüglich seiner inneren Begrenzungslinie 19a, die in dem erwähnten vorzugsweise geringen Abstand 17 benachbart zur umlaufenden Begrenzungskante 7a der inneren Patch- Elektrodenfläche 7' zu liegen kommt. Die dazu gegenüberliegende und nach außen weisende Begrenzungskante 19b des Ring- oder Rahmenpatches 19 ist vom Prinzip her ebenfalls zumindest näherungsweise rechteckförmig oder quadratisch gebildet, und weist dabei an zwei gegenüberliegenden Ecken 19c entsprechende Abflachungen 21 auf, an denen also ein entsprechendes Material der metallisierten oder aus einem Blech bestehenden Fläche der Patch-Antenne B entfernt ist.
Das Ring- oder Rahmenpatch 19 mit einer ring- oder rahmen- förmigen Ringpatch-Elektrodenfläche 19' ist ebenso wie die Patch-Elektrode 7 als flache metallisierende Fläche ausgebildet und sitzt im gezeigten Ausführungsbeispiel auf der gleichen Oberfläche oder Oberseite 5a des Dielektrikums 5, so dass die Ringpatch-Elektrode 19 der Patch-Antenne B und die Patch-Elektrode 7 der ersten Patch-Antenne A in einer gemeinsamen Ebene EP liegen. Im geringen Abstand oberhalb dieser Ebene EP ist als dritte Patchfläche ein sogenanntes Aufsatz-Patch 23 mit einer Aufsatz-Patchfläche 23' vorgesehen, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls als eine flache metallisier- te Fläche oder Schicht ausgebildet ist, zumindest eine entsprechende Fläche im geringen Abstand D benachbart zur Ebene EP aufweist. Diese Aufsatz-Patch 23 kann durch Zwischenfügung einer doppelseitig klebenden Schicht 25, also in Form eines Isolators oder Dielektrikums, die galvanische Trennung zwischen der Patch-Elektrode 7 und der Ringpatch-Elektrode 19 und dem benachbart parallel dazu verlaufenden Aufsatz- Patch 23 erzeugen.
Die erwähnte Massefläche oder die Patchflächen 7' bzw. des Ring- oder Rahmenpatches 19 wie aber auch des Aufsatz-Patches 23 können beispielsweise aus einer entsprechend ge- eigneten Metallschicht, beispielsweise aus Blech oder einer Folie bestehen. Die anderen Schichten können dabei auf dem Dielektrikum, also dem Substrat 5 aufgeklebt sein. Das Aufsatz-Patch 23 kann beispielsweise mittels einer doppelseitig klebenden Folie auf der Oberseite der Patch- Elektrode 7 und des Ringpatches 19 bzw. den verbleibenden Abschnitten auf der Oberseite 5a des Substrates 5 aufge¬ klebt sein.
Wie aus den Zeichnungen auch zu ersehen ist, ist die ge- samte Längs- und Quererstreckung der gesamten Patch-Antennen-Anordnung deutlich größer als die maximale Längs- und Quererstreckung der Rahmen- oder Ringpatchantenne B auf der Oberseite 5a des Dielektrikums. Dabei ist in Figur 1 eine perspektivische Darstellung der gesamten Patch-Anten- nen-Anordnung wiedergegeben und in Figur 2 eine Draufsicht auf die erste und zweite Patch-Antenne A, B unter Weglas¬ sung des Aufsatz-Patches und einer möglicherweise zur Befestigung des Aufsatz-Patches verwendeten Klebefolie 25. In Figur 3 ist dabei eine Querschnittsdarstellung durch die Patch-Antennen-Anordnung und durch die Speiseleitung 11 wiedergegeben. Die gesamte Anordnung kann bezüglich ihrer Dimensionierung so gewählt werden, dass das Dielektrikum oder Substrat 5 die rahmen- oder ringförmige Patch-Elektrode 19 in Längsund in Querrichtung auf jeder Seite um zumindest 10% und vorzugsweise mehr als 15%, insbesondere mehr als 20% über- ragt, und dabei weniger als 50%, insbesondere weniger als 40% und 30% bzw. 25% der maximalen Längs- und/oder Quer- erstreckungslänge der rahmen- oder ringförmigen Patch- Elektrode 19 überragt. Der dielektrische Körper 5 ist dabei in seinen Eckbereichen abgerundet, was aber nicht zwingend ist. Als Dielektrikum kommt grundsätzlich jedes geeignete Dielektrikum in Frage, beispielsweise Keramik. Aufgrund dieses Aufbaus wird also die Patch-Elektrode 7 mittels einer galvanischen Einspeisung am Einspeisepunkt IIa gespeist, wobei hier gleichwohl auch davon abweichend keine galvanische, sondern eine kapazitive Einspeisung und Anregung erfolgen kann.
Die erwähnte Position der Antenneneinspeisung und die an den gegenüberliegenden Ecken ausgebildete Fase oder Abflachung 21 bestimmen die Polarisation des abgestrahlten elektromagnetischen Feldes. Im gezeigten Fall ist die ak- tive Patch-Elektrode 7 wie erwähnt links-zirkular polari¬ siert, insbesondere für die SDARS- oder Sirius-/XM-Diens- te.
Um eine Anregung auf der Ringpatch-Elektrode 19 der zwei- ten Patch-Antenne B zu bewirken, ist der erwähnte metalli¬ sche Aufsatz in Form des Aufsatz-Patches 23 (passive Patch-Antennen-Anordnung) vorgesehen, der entweder als aufgeklebtes Blech oder Folie realisiert werden kann.
Die Patch-Elektrode 7 und das Aufsatz-Patch 23 bilden somit einen Plattenkondensator (Kapazität), wodurch die Energie von der Patch-Elektrode 7 über das Aufsatz-Patch 23 auf die Ringpatch-Elektrode 19 übertragen werden kann.
Maßgebend für die Kapazität des vorstehend genannten Plattenkondensators ist dabei die Fläche der Patch-Elektrode 7, des Aufsatz-Patches 23 sowie die Fläche des Ringpatches 19 und der Abstand zwischen der Ebene EP und der Ebene EA für die Aufsatz-Patch-Anordnung 23. Die Bestimmung der Polarisation des elektromagnetischen Feldes ergibt sich aus der jeweiligen Fase, d.h. der Anordnung der Fase oder Abflachung 15 an der zentralen Patch-Elektrode 7 bzw. der Fase oder Abflachung 21 an dem Ring- oder Rahmenpatch 19 der zweiten Patch-Antennen-Anordnung B.
Durch die um 90° versetzt zueinander angeordneten außenliegenden Fasen oder Abflachungen 21 an der Ringpatch- Elektrode 19, die um 90° versetzt liegt zu der Fase oder Abflachung 15 an der innerhalb der rahmenförmigen Ringpatch-Elektrode 19 positionierten Patch-Elektrode 7 ist gewährleistet, dass die Ringpatch-Elektrode 21 umgekehrt zirkulär polarisiert ist zur innenliegenden Patch-Elektrode, im vorliegenden Falle also rechts-zirkular polari- siert ist. Von daher eignet sich nunmehr die Ringpatch- Elektrode 21 von entsprechenden Positions-Daten eines satellitengestützten Systems, wie beispielsweise dem GPS- PositionsSystem. Durch den gesamten Aufbau wird also auf kompaktesten und kleinsten Raum eine Multi-Band-Patch-Antennen-Anordnung geschaffen, die in zwei verschiedenen Frequenzbereichen betrieben werden kann, nämlich beispielsweise zum Empfang von GPS-Signalen und SDARS- Programmen, die jeweils von einem Satelliten ausgestrahlt werden.
Anhand von Figur 4 ist dabei beispielsweise die Resonanzfrequenz für die zentrale Patch-Antenne A und für die Ring- oder Rahmen-Patchantenne B eingezeichnet, wobei sich beispielsweise für die GPS-Antenne eine bei "1" eingezeichnete Resonanzfrequenz von 1, 575 GHz und für die SDARS-Antenne eine bei "2" eingezeichnete Resonanzfrequenz (Mittenf equenz) von 2,332 GHz (also in einem Bereich von 2.320 bis 2.345 MHz) an den mit den Ziffern 2 bzw. 1 gekennzeichneten Stellen im Diagramm gemäß Figur 4 ergibt.
Die Dimensionierung der erläuterten Multi-Band-Patch-An- tenne kann natürlich variieren. Beispielsweise kann die Patch-Antenne bezüglich des Substrates eine Längs- und Quererstreckung von vorzugsweise zwischen 20 mm bis 40 mm, insbesondere um 30 mm aufweisen. Die Substrathöhe kann beispielsweise zwischen 2 mm bis 6 mm variieren, insbesondere zwischen 3 mm bis 5 mm, vorzugsweise um 4 mm.
Das eigentliche Zentralpatch, d.h. die Patch-Elektrodenfläche 7' kann Werte zwischen 15 mm bis 30 mm in Längsund Querrichtung aufweisen, insbesondere zwischen 18 mm bis 25 mm.
Der sich daran anschließende Ring kann Außenabmessungen aufweisen, die beispielsweise um 50% größer sind als die Außenabmessungen in Längs- und Querrichtung der zentralen Patch-Elektrode 7. Derartige Werte können beispielsweise in Abhängigkeit der Größe der innenliegenden Patch-Elektrode variieren, insbesondere die innere Begrenzungskante des Ringpatches zwischen 20 mm bis 30 mm, insbesondere um 25 mm liegen, wohingegen die äußere Begrenzungskante in Längs- und Querrichtung ein Maß zwischen vorzugsweise 25 mm bis 35 mm, insbesondere um 30 mm aufweisen kann. Die Anordnung ist in der Regel derart, dass der Abstandsspalt 17 zwischen der zentralen Patch-Elektrode 7 und dem Ring- oder Rahmen-Patch 19 zwischen vorzugsweise 0,5 mm und 4 mm, insbesondere zwischen 1 mm bis 3 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 mm bis 2,5 mm variiert, beispielsweise um 2 mm liegt . Die Aufsat zelektrode 23 sollte bevorzugt eine Größe aufweisen, die zumindest bis an die außenliegende Begrenzungskante 19b des Ring- oder Rahmen-Patches 19 der zweiten Patch-Antenne 7 heranreicht. Bevorzugt ist jedoch die Längs- und Quererstreckung größer. Im gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel ist das Aufsatzpatch 23 so dimensioniert, dass es in Längs- und Querrichtung mehr oder weniger der Abmessung in Längs- und Querrichtung des Substrates, d.h. Dielektrikums 5 entspricht. Gleichwohl könnte das Auf- satzpatch 23 aber auch über das Substrat überstehen. Schließlich wird noch angemerkt, dass das Substrat 5 aus einem beliebigem Material geformt sein kann. Als günstig hat sich ein Substrat mit einem εΓ erwiesen, das bei¬ spielsweise einen Wert zwischen 2 und 30, insbesondere zwischen 5 bis 25 aufweist. Im gezeigten Ausführungsbei- spiel überdeckt das Aufsatzpatch 23 dabei auch einen Oberflächen-Randbereich 5c des Dielektrikums, der weder von der Patch-Antenne A noch von der Rahmen-Patchantenne B überdeckt wird. Nachfolgend wird auf ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 5 bis 7 Bezug genommen, welches vom Grundsatz her dem Aufbau nach dem ersten Ausführungsbei¬ spiel ähnelt.
Unterschiedlich zu dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 5 bis 7, dass die Erzeugung der Polarisation in der Ringpatch-Elektrode 19 auf andere Art und Weise festgelegt wird.
Bei dieser Version ist zusätzlich eine galvanische Durch- kontaktierung z.B. in Form einer Leitungsanordnung 27 vorgesehen, die eine galvanische Verbindung zwischen der Mas- sefläche 9 (Antennengegengewichtsfläche) und dem Aufsatz- Patch 23 bewerkstelligt. Diese Durchkontaktierung oder Leitungsverbindung 27 ist jedoch nicht mit der eigentlichen Patch-Elektrode 7 sondern bei 27a mit auf dem Aufsatzpatch 23 elektrisch (galvanisch) verbunden.
Wie aus der Draufsicht gemäß Figur 6 zu ersehen ist, verläuft dabei die Lage und Anordnung der Durchkontaktierung 27 bevorzugt ebenfalls wieder senkrecht zu der Oberseite und Unterseite 5a, 5b des Dielektrikums 5 und von daher senkrecht zur Patch-Elektrode 7, der Ringpatch-Elektrode 19 und der Aufsatz-Patchfläche 23. Gemäß dieser Anordnung ist nämlich die Einspeisestelle 27a der Durchkontaktierung 27 um 90° um die Zentralachse X versetzt liegend zur Speiseleitung 11 angeordnet, wobei auch die Zentralachse X senkrecht zu den vorstehend genannten Elektrodenflächen und damit bevorzugt parallel zur Speiseleitung 11 ver¬ läuft. Von daher kann bei diesem Ausführungsbeispiel die um 180° versetzt zueinander an den Außenecken 19b vorgesehenen Abflachungen oder Fasen 21 in dem gleichen benachbarten Eckbereich angeordnet und vorgesehen sein, in dem auch die Abflachung der Fasen der innen liegenden Patch-Elektrode 7 zu liegen kommen.
Anstelle der oben erwähnten 90° um die Zentralachse versetzt liegenden Speisepunkte 73a, 73b kann auch ein anderer Phasenversatz für die Speisepunkte vorgesehen sein, insbesondere dann, wenn die Phasenschieberleitung für einen entsprechenden Phasenversatz angepasst sind. Es wird insoweit auf grundsätzlich bekannte Maßnahmen und Lösungen verwiesen .
Die erläuterten Ausführungsbeispiele umfassen also Varianten, bei denen die Patch-Antennen-Anordnung unter Verwendung eines Zentral-Patches und eines das Zentral-Patch umgebende Ring- oder Rahmen-Patch gegensinnig zirkulär polarisierte elektromagnetische Wellen empfangen und/oder gesendet werden können. Dabei erfolgt die Speisung beim Senden bevorzugt über eine einzige Speiseleitung, worüber die Speisung über die Patchfläche 7' der Patch-Antenne A vorgenommen wird. Die Speisung des Ring- oder Rahmen-Patches erfolgt über das Aufsatz-Patch 23 (durch kapazitive Kopplung) und/oder durch eine separate Speisung des ring- oder rahmenförmigen Patches 19 bevorzugt über Phasenschieberleitungen. Wenn elektromagnetische Wellen empfangen werden, so werden diese in den beiden versetzt zueinander liegenden Frequenzbänder bevorzugt über die gemeinsame Speiseleitung 11 einer nachfolgenden Elektronik zugeführt. Im Falle des zuletzt erläuterten Ausführungsbeispiels werden die Empfangssignale vom ring- oder rahmenförmigen Patch 19 über die kapazitive Kopplung des Aufsatzpatches zur zentralen Patch-Elektrode 7 und von dort über die Speiseleitung 11 und eine am unteren Ende der Speiseleitung 11 vorgesehene Speisestelle 75 einer nachfolgenden Elektronik zugeführt. Im Sendebetrieb erfolgt die Speisung umgekehrt. Das Zentral-Patch 7 und das ring- oder rahmen- förmge Patch (Ringpatch-Elektrode) 19 sind dabei bevorzugt zumindest im Wesentlichen koplanar und konzentrisch zu einer Zentralachse X angeordnet, die das Substrat bzw. die Ober- oder Unterseite und/ oder die Ebene der Patchfläche 7 senkrecht durchsetzt.
Anhand der erläuterten Ausführungsbeispiele ist gemäß den Figuren 1 bis 4 eine Variante ohne eine Strahlformung und anhand von Figuren 5 bis 7 mit einer Strahlformung beschrieben worden.
Bei der ersten Variante gemäß den Figuren 1 bis 4 wird, wie erläutert, die Patch-Elektrode 7 mittels einer galva- nischen Einspeisung (Speiseleitung 11) angeregt, wobei die Einspeisung auch kapazitiv erfolgen kann. Beim Empfang von elektromagnetischen Wellen wird hierüber das empfangene Signal von der Patch-Elektrode 7 auf die Speiseleitung 11 weitergegeben. Die Position der Antenneneinspeisung und die Phase bestimmten die Polarisation des abgestrahlten oder empfangenen elektromagnetischen Feldes. Im erläuterten Ausführungsbeispiel ist die Patch-Elektrode 7 links- zirkular polarisiert (Sirius-/ XM-Dienst) . Um eine Anregung auf die Ring- oder Rahmen-Elektrode 19 zu bewirken, wird der erwähnte metallische Aufsatz in Form des Aufsatz- Patches 23 benötigt, der vorzugsweise als aufgeklebtes Blech oder als Folie realisiert sein kann. Das Zentral-Patch 7, also die Patch-Elektrode 7 und die Aufsatz-Elektrode 23 bilden einen Plattenkondensator (Ka¬ pazität) , wodurch Energie von der Patch-Fläche (Patch- Elektrode) 7 auf den Ring im Sendefall oder umgekehrt im Empfangsfall übertragen werden kann. Maßgebend für die Kapazität ist die Fläche und der Abstand. Durch die Phase der ring- oder rahmenförmigen Patch-Elektrode 19 kann die Polarisation bestimmt werden. In den erläuterten Ausführungsbeispielen ist die ring- oder rahmenförmige Patch- Elektrode 19 rechts-zirkular polarisiert (beispielsweise für den GPS-Dienst) .
Bei der zweiten Variante gemäß Figuren 5 bis 7 wird vom Grundsatz her ein auf den zuvor erläuterten Ausführungs- beispielen basierendes Funktionsprinzip verwendet. Unterschiedlich zu den Ausführungsformen gemäß Figuren 1 bis 4 ist jedoch die Erzeugung der Polarisation in dem ring- oder rahmenförmigen Patch 19. Bei der Variante gemäß Figuren 5 bis 7 wird nämlich mit Hilfe einer galvanischen Durchkontaktierung zwischen dem Aufsatz-Patch 23 und der Masse 9, die nicht mit der Patch-Fläche 7' verbunden ist, eine rechts-zirkulare Polarisation erzeugt. Die Position der Durchkontaktierung 27 ist dabei ein entscheidender Faktor. Denn die Durchkontaktierung 27 sollte um 90° ver- setzt oder im Wesentlichen um 90° versetzt zur Speiselei¬ tung 11 liegen. Zusätzlich bewirkt die Durchkontaktierung 27 eine Strahlformung (Beam forming) , wodurch die Gewinn¬ keule um wenige Grad geschwenkt wird. Anhand der nachfolgenden Figuren 8a bis lOd ist in schema- tischer Draufsicht gezeigt, wie die innerhalb der Ringpatch-Elektrode 19 befindliche Patch-Elektrode 7 in Draufsicht geformt und gestaltet sein kann. Die Beispiele zei- gen nicht nur Abflachungen an den gegenüberliegenden Eckbereichen, sondern auch vorzugsweise eckige Ausnehmungen 15a, an den gegenüberliegenden Seitenstreifen Längsausneh- mungen, an einer Längsseite und somit an einer Begren- zungskante der Patch-Elektrodenfläche 7 rechteckförmig vorstehende Zungen oder Nasen oder an den Eckbereichen diagonal vorstehende Nasen. Ebenso möglich sind auch entsprechende Ausnehmungen, Langlochausnehmungen, die beispielsweise senkrecht zu zwei gegenüberliegenden Seiten- begrenzungen verlaufen oder in Diagonalrichtung der bevorzugt quadratischen Patch-Elektrodenfläche 7.
Ferner sind jeweils eine X- und eine Y-Achse in senkrechter Ausrichtung zueinander in der Ebene EP eingezeichnet, in der die Patch-Elektrodenfläche 7', 19' liegt. In Figur 8a ist beispielsweise die Draufsicht auf ein vom Grundprinzip her kreisförmige oder scheibenförmige Patch-Elektrode 7 der ersten Patch-Antenne A wiedergegeben, in der zwei um 90° versetzt zueinander liegende Einspeisestellen Fl und F2 eingezeichnet sind, worüber jeweils eine um 90° versetzt zueinander liegende Einspeisung erfolgen kann, wodurch eine zirkulär polarisierte elektromagnetische Welle erzeugt wird. Figur 8b zeigt ein entsprechendes Beispiel für eine in Draufsicht quadratische Ausgestaltung der Patch-Elektrode 7 mit zwei Einspeisestellen Fl und F2, also abweichend zu den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen mit zwei in der Regel parallel zueinander verlaufenden Speiseleitungen 11, die mit der Patch-Elektrode 7 an der jeweiligen Einspeisestelle galvanisch oder kapazitiv verbunden sind. Die Einspeisung der zweiten Speiseleitung erfolgt also in ähnlicher Weise wie für die erste Speiseleitung bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel.
Bei den Varianten gemäß Figuren 8c und 8d ist eine entsprechende Ausführungsform beschrieben, in der die je- weilige Patch-Elektrode 7 nur über eine Speiseleitung 11 eingespeist wird, und zwar an dem Einspeisepunkt F in der gewählten Draufsicht gemäß Figur 8c und 8d, wobei der Einspeisepunkt F in diesem Fall um 45° verdreht angeordnet ist, und zwar um 45° verdreht zu der Verbindungslinie zwi- sehen den jeweils um 180° gegenüberliegend angeordneten Ausnehmungen 15a bzw. Abflachungen 15.
Von daher wird insoweit auch auf einen Zentralpunkt Z in diesem und in den nächsten Ausführungsbeispielen Bezug ge- nommen, von dem aus die Richtung zu den Vorsprüngen oder Abflachungen an der Patch-Elektrode 7 festgelegt ist, und der dazu um 45° abweichenden Richtung, die zu dem betreffenden Einspeisepunkt F führt. Entsprechende Varianten sind beispielsweise auch anhand der Figuren 9a bis 9d gezeigt, die allesamt nur mit einer Speiseleitung arbeiten, die in einer Speisestelle F galvanisch oder kapazitiv mit der zentralen Patch-Elektrode 7 elektrisch verbunden sind.
Bei der Variante gemäß Figur 9a ist im Eckbereich nicht eine diagonale Abflachung, sondern eine eckige Ausnehmung 15b vorgesehen.
Bei der Variante gemäß Figur 9b ist im Eckbereich, d.h. an einer Ecke eine zungen- oder rechteckförmige Erweiterung 15c vorgesehen. Figur 9c zeigt eine schlitzförmige und insbesondere recht- eckförmige Ausnehmung 15d die in einer Teillänge in Diagonalrichtung verlaufend in der Patch-Elektrodenfläche 7 ' angeordnet ist.
Bei der Variante gemäß Figur 10a ist gegenüberliegende an der Längskante der rechteckförmigen oder quadratischen Patch-Elektrode eine streifenförmige Erweiterung 15e vorgesehen, wodurch ebenfalls in Polarisationsrichtung unter gleichzeitiger Berücksichtigung der Lage und Positionierung der einen Speiseleitung festgelegt ist, die wiederum an der Einspeisestelle F galvanisch oder kapazitiv mit der Patch-Elektrode 7 verbunden ist. Bei der Variante gemäß Figur 10b ist an einer Längskante eine zungen- oder rechteckförmig hervorstehende Erweiterung 15f vorgesehen, die sich nur über eine Teillänge der Länge der Längskante der Patch-Elektrode 7 erstreckt. Bei der Variante gemäß Figur 10c ist wiederum eine schlitzförmige Ausnehmung 15d vorgesehen, die in diesem Falle aber nicht diagonal sondern senkrecht bzw. parallel zu jeweils zwei gegenüberliegenden parallelen Begrenzungskanten der rechteckförmigen oder quadratischen Patch-An- tennen-Anordnung ausgerichtet ist.
Die Variante gemäß Figur lOd zeigt ein Beispiel, bei dem an zwei gegenüberliegenden Begrenzungskanten eine nach innen weisende, zungenförmige oder rechteckförmige Ausneh- mung 15g vorgesehen ist, die zusammen mit der einen Speiseleitung die Polarisationsrichtung der zentralen Patch- Elektrode 7 bestimmt. Anhand von Figur 11 ist in schematischer Draufsicht ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Multi-Patch-Anten- nen-Anordnung gezeigt, und zwar mit einer vom Prinzip her kreis- oder scheibenförmigen Patch-Antenne A, die wie bei der Variante gemäß Figuren 8a oder 8c ausgebildet sein kann .
Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel die die Patch- Elektrode 7 umgebende Ring- oder Rahmen-Patchantenne B eingezeichnet, die innenliegend einen ebenfalls kreisförmigen Ausschnitt aufweist und außenliegend eine rechteck- förmige oder vom Prinzip her quadratische Begrenzungslinie umfasst, an der ebenfalls entsprechende Ausnehmungen oder Fasen ausgebildet sind, um eine gegenläufige zirkulierte elektromagnetische Welle zur zentralen Patch-Elektrode 7 zu erzeugen.
In Ergänzung zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8b ist anhand von Figur 11 noch schematisch gezeigt, wie die Patch-Elektrode 7 und die sie umgebende Ringelektrode 19 unterhalb des Aufsatz-Patches 23 ausgebildet sein können. Bei dieser Variante unter Verwendung einer mehr oder weniger kreisförmigen oder scheibenförmigen Patch-Elektrode 7 wird bevorzugt ein schmaler ringförmiger Spalt 17 zwischen der zentralen Patch-Elektrode 7 und der Ringelektrode 19 gebildet, die also innenliegend eine kreisförmige Begrenzungskante 19a aufweist. Demgegenüber kann die äußere Begrenzungskante 19b mehr oder weniger rechteckförmig oder quadratisch gebildet sein, wobei hier zur Festlegung der gegensinnig zirkulär polarisierten Welle um 180° versetzt liegend bevorzugt entsprechende Abflachungen oder Fasen 21 vorgesehen sind. Anhand von Figur 12a bis 12c ist in schematischer Draufsicht gezeigt, wie das Aufsatz-Patch 23, d.h. die Aufsatz- Patchfläche 23' gestaltet und/oder dimensioniert sein kann. Anhand von Figur 12a soll dabei gezeigt werden, dass das Aufsatz-Patch 23, d.h. die Aufsatz-Patchfläche 23' über die Außen-Abmaße des darunter befindlichen ring- oder rahmenförmigen Patches 19 seitlich, also in Draufsicht seitlich sowohl in Längs- wie in Querrichtung herausragen, d.h. überstehen kann. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Längs- und Querrichtung der Aufsatz-Patchfläche 23' zumindest der maximalen Längs- und Quererstreckung der darunter befindlichen Ring-Patch-Elektrode 19, d.h. der Ring- Patch-Elektrodenfläche 19' entspricht.
Anhand von Figur 12b ist schematisch gezeigt, dass die Aufsatz-Patchfläche 23' auch perforiert sein kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist dem Aufsatz-Patch 23 bevorzugt mittig eine zentrale Lochausnehmung (im vorliegenden Beispiel eine kreisförmige Lochausnehmung) 41 gezeigt. Es können aber auch mehrere als nur eine Lochausnehmung in dem Aufsatz-Patch vorgesehen sein, die an verschiedenen Positionen ausgebildet sind. Form und Größe der Lochaus- nehmungen sind dabei variabel.
Anhand von Figur 12c ist in Draufsicht schematisch gezeigt, dass zusätzlich in der Aufsatz-Patch-Elektrode 23 auch in den Eckbereichen ausgebildete Abfasungen 43, von den Seitenbegrenzungen nach innen verlaufende Schlitze 45 oder auch kurvige Ausnehmungen vorgesehen sein können, die soweit nach innen ragen, dass sogar das darunter befindliche Ring- oder Rahmenpatch 19 bzw. zumindest ein Abschnitt davon sichtbar wird. Anhand der schematischen Draufsicht gemäß Figuren 13a und 13b ist gezeigt, dass die Form des Aufsatz-Patches 23 nicht zwingend auf rechteckige oder eckige Strukturen überhaupt beschränkt ist, sondern dass auch eine kreisför- mige Struktur oder eine polygonale Struktur vorgesehen sein kann, vorzugsweise nach Art eines regelmäßigen Polygons, wie anhand der schematischen Draufsicht gemäß Figur 13b zu ersehen ist. Anhand von Figuren 14a und 14b ist in schematischer Seitenansicht gezeigt, dass das Aufsatz-Patch 23 auch mit am Umfangsrand umlaufend oder abschnittsweise ausgebildeten Aufsatz-Patch-Flanken 123 versehen sein kann, die mit einer Komponente von dem darunter befindlichen Substrat (Dielektrikum) 5 mit einer Komponente weg verlaufend (wie in Figur 14b) oder mit einer Komponente in Richtung Substrat ausgerichtet sind, wie dies in Figur 14a gezeigt ist . Bei der Variante gemäß Figuren 15a bzw. 15b laufen diese Flanken 123 senkrecht zur Oberseite bzw. senkrecht von der Patch-Fläche 7' weg bzw. in Figur 15b senkrecht auf die Patch-Fläche 7 bzw. die Oberseite 5a des Dielektrikums 5 auf dieses zu.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 16a und 16b ist das Aufsatz-Patch mit einem umlaufenden oder abschnittsweisen winkelförmigen Rand 123 versehen, der nach Art eines vom Substrat bzw. Dielektrikum 5 weglaufenden Stu- fenabsatzes und bei der Variante gemäß Figur 16b mit einem auf das Substrat und die Patch-Fläche 7 zu laufenden stu¬ fenförmigen Absatz versehen ist. Anhand von Figur 17 ist anhand einer schematischen räumlichen Darstellung angedeutet, dass das Aufsatz-Patch nicht nur allgemein mit einem seitlich gewinkelten Randabschnitt 12 versehen sein kann, sondern dass auch mehrere separate oder diskrete Abwinklungen 123' vorgesehen sein können, die beispielsweise in Form eines Hakens, Winkels etc. ausgebildet sind und mit einem Winkelabschnitt 123a von der eigentlichen Patch-Fläche 7 ' aus weglaufend und mit einem nachfolgenden weiteren Winkelabschnitt 123b in Draufsicht auf das Aufsatz-Patch in überdeckender Anordnung zu der Patch-Elektrode 7 verlaufen, beispielsweise parallel dazu.
An Hand einer schematischen räumlichen Darstellung gemäß Figur 18a sowie einer schematischen Seiten- oder Quer- Schnittsdarstellung gemäß Figur 18b soll gezeigt und be¬ schrieben werden, dass zwischen dem Aufsatz-Patch 23 und dem bevorzugt aus Keramik bestehenden Dielektrikum 5 mit der auf der Oberseite 5a des Dielektrikums ausgebildeten Patch-Fläche 7 und den die Patch-Fläche 7' umgebenden Ring- oder Rahmenpatch 19 noch ein weiteres Dielektrikum 47 vorgesehen sein kann, auf dessen Oberseite und im Abstand zu dessen Oberseite 47a dann das Aufsatz-Patch 23 angeordnet und gegebenenfalls gehalten ist. Mit anderen Worten ist also der Raum zwischen dem Aufsatz- Patch 23 und der darunter befindlichen Patch-Fläche 7 und der die Patch-Fläche 7 umgebenden ring- oder rahmenförmi- gen Patch-Elektrode 19 in der gesamten Höhe oder in einer Teilhöhe mit einem zusätzlichen Dielektrikum 47, also einer entsprechenden Dielektrikumschicht 47 befüllt. Eben¬ so kann dieser Zwischenraum auch nur abschnittsweise mit einem derartigen Dielektrikum 47 befüllt sein. Die Dielektrikumsschicht47 kann z.B. auch aus einer Folie bestehen oder dieser umfassen (z.B. in Form einer beidseitig klebenden Folie) .
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das zusätzliche Di- elektrikum 47 jedoch nur am Umfangsrand ausgebildet und dabei in dem Oberflächenabschnitt 5c auf dem unteren Dielektrikum aufgesetzt, mit diesem fest verbunden, beispielsweise verklebt oder gemeinsam ausgebildet, in welchem weder das zentrale Patch 7 noch das Rahmenpatch 19 ausgebildet ist. Hier können beliebige Abwandlungen vorgesehen sein, bei denen das zusätzliche Dielektrikum 47 zwar rahmenförmig ausgebildet ist, allerdings zumindest teilweise das Rahmenpatch 19 wie aber auch das zentrale Patch 7 mit überdeckt.
Schließlich ist anhand von Figuren 19a und 19b eine weitere Abwandlung gezeigt.
In der schematischen Querschnittsdarstellung gemäß Figur 19a ist angedeutet, dass das Aufsatz-Patch 23 bevorzugt mit einem umlaufenden oder abschnittsweisen Randabschnitt 23a versehen ist, worüber gegebenenfalls das Aufsatz-Patch 23 auch gegenüber dem Ring- oder Rahmenpatch 19 gehalten sein kann. In diesem Falle ist der umlaufende Rand 23a mit dem ring- oder rahmenförmigen Patch 19 galvanisch verbunden, so dass hier eine kapazitive Kopplung nur noch zwischen der zentral vorgesehenen Patch-Elektrode 7 und dem Aufsatz-Patch 23 vorgesehen ist. Bei der Variante gemäß Figur 19b ist die Anbindung quasi umgekehrt zu der Variante gemäß Figur 19a. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 19b ist das Aufsatz-Patch 23 mit der zentralen Patch-Elektrode 7 galvanisch verbunden. In der gezeigten Variante ist dabei das Aufsatz-Patch nur in einem Teilbereich eines gegenüber der Ebene des Zentralpatches 7 erhabenen ring- oder rahmenförmigen Abschnittes 23b versehen, der über einen Winkelabschnitt 23c mit der zentralen Patch-Elektrode 7 galvanisch verbunden ist, so dass hier eine kapazitive Kopplung nur noch zwischen dem ring- oder rahmenförmigen Aufsatz-Patch 23 und der ring- oder rahmenförmigen Patch-Elektrode 19 gegeben ist. Dabei kann das Aufsatz-Patch 23 als durchgängiges Metallblech mit dem innerhalb des Winkelansatzes 23c versehen Basisabschnitts ausgebildet sein, der vollflächig und damit galvanisch mit der Patch-Elektrode A verbunden ist. In diesem wie in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 19a kann also das Aufsatz-Patch 23 als gestanztes und gekantetes Metallblech gebildet sein, das insoweit auch tragende Funktion erfüllt.

Claims

Patentansprüche :
1. Patch-Antennen-Anordnung mit folgenden Merkmalen:
es ist eine Patch-Antenne (A) vorgesehen,
die Patch-Antenne (A) umfasst ein Dielektrikum (5) mit einer Länge, einer Breite und einer Höhe,
auf der Oberseite (5a) des Dielektrikums (5) ist eine Patch-Elektrode (7) in einer Patch-Elektrodenfläche ( 7 ' ) vorgesehen,
auf der Unterseite (5b) des Dielektrikums (5) ist vorzugsweise eine Massefläche (9) vorgesehen, die Patch-Elektrode (7) wird über zumindest eine Speiseleitung (11) galvanisch oder kapazitiv gespeist, dass Dielektrikum (5) weist in Längs- und Breitenrichtung eine Größe auf, die größer ist als die Längsund Breitenerstreckung der auf der Oberseite (5a) des Dielektrikums (5) befindlichen Patch-Elektrodenfläche (7' ) ,
die Patch-Elektrodenfläche (71) ist umlaufend von einer Ring- oder Rahmenpatch-Elektrode (19) unter Ausbildung einer Ring-Patch-Antenne (B) vorgesehen, zwischen der Patch-Elektrodenfläche (7') und der die Patch-Elektrodenfläche (7') umgebenden Ring- oder Rah- menpatch-Elektrode (19) ist ein Abstand oder Spalt (17) zur galvanischen Trennung vorgesehen,
die Patch-Elektrode (7) ist so ausgebildet und/oder so angespeist, dass hierüber eine links- oder rechts-zir- kular polarisierte elektromagnetische Welle erzeug- oder empfangbar ist,
die die Patch-Elektrode (7) umgebende Ringpatch-Elektrode (19) ist so ausgebildet, dass hierüber entgegengesetzt polarisierte elektromagnetische Wellen gesen- det und/oder empfangen werden können,
es ist ein Aufsatz-Patch (23) vorgesehen,
das Aufsatz-Patch (23) ist gegenüberliegend zu dem Dielektrikum (5) in einem Abstand zur Patch-Elektrodenfläche (71) und in einem Abstand zur Ring- oder Rah- menpatch-Elektrodenflache (19') angeordnet,
gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale: das Aufsatz-Patch (23) weist in Längs- und Querrichtung eine Erstreckung auf, derart, dass das Aufsatz- Patch (23) sowohl die Patch-Elektrodenfläche (7') als auch Rahmenpatch-Elektrodenfläche (19') zumindest abschnittsweise überdeckt.
2. Patch-Antennen-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Patch-Elektrodenfläche (71) und die Ringpatch-Elektrodenfläche (19') in einer gemeinsamen Ebene (EP) liegen.
3. Patch-Antennen-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Patch-Elektroden- fläche (71) und der Ring- oder Rahmenpatch-Elektrodenflä¬ che (19') zum einen und dem Aufsatz-Patch (23) eine Folie angeordnet ist.
4. Patch-Antennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, dass die Patch-Elektrode (7) an zwei gegenüberliegenden Eckbereichen mit einer Abflachung oder Fase (15), einer zumindest in einem Eckbereich (13) eingebrachten winkelförmigen Ausnehmung (15a, 15b), einer im Eckbereich (13) diagonal vorstehenden Erweiterung (15c) und/oder einer in Draufsicht diagonal verlaufenden schlitzförmigen oder vorzugsweise rechteckförmigen Ausnehmung (15d) versehen ist und dabei über eine Speiselei- tung (11) gespeist wird.
5. Patch-Antennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, dass die Patch-Elektrode (7) an einem Seitenabschnitt einen über die Gesamtlänge oder nur über eine Teillänge vorstehenden Abschnitt (15e, 15f ) , an einem oder mehreren Seitenabschnitten nach innen verlaufende Ausnehmung (15a), vorzugsweise rechteckförmige Ausnehmung (15'g) und/oder einen Längsschlitz, vorzugsweise rechteckförmigen Längsschlitz (15h) im inneren Bereich der Patch-Elektrodenfläche (7') aufweist und dabei die Patch- Elektrode (7) über eine Speiseleitung (11) gespeist wird.
6. Patch-Antennen-Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisestelle (F) der einen Speiseleitung (11) in Draufsicht auf die Patch-Elektrode (7) bezogen auf eine die Patch-Elektrode (7) an einem Mittelpunkt (Z) zentral durchsetzende Achse so an¬ geordnet ist, dass sie gegenüber einem durch diesen Mit¬ telpunkt (Z) verlaufenden Richtungsvektor, der in Richtung zur jeweiligen Ausnehmung oder vorstehenden Erweiterung (15b, 15c, 15d, 15e, 15f, 15g, 15h) ausgerichtet ist, um 45° verdreht liegend angeordnet ist.
7. Patch-Antennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, dass die Patch-Elektrode (7) über zwei um 90° versetzt liegende Speiseleitungen (11, 11') gespeist wird, deren Speisepunkte (IIa, ll'a) im Bereich der Polarisationsebenen liegen.
8. Patch-Antennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der auf der Un¬ terseite (5b) des Dielektrikums (5) vorgesehenen assefla- che (9) und dem Aufsatz-Patch (23) eine galvanische Durchkontaktierung (27) durch das Dielektrikum (5) hindurchlaufend vorgesehen ist, die von der Patch-Elektrode (7) galvanisch getrennt ist, wobei in Draufsicht auf das Aufsatz-Patch (23) bezogen auf einen zentralen Mittelpunkt (M) der Patch-Elektrode (7) und/oder des Aufsatz-Patches (23) und/oder des Dielektrikums (5) der Einspeisepunkt (27a) der Durchkontaktierung (27) um 90° versetzt liegt zum Einspeisepunkt (IIa, F) der Speiseleitung (11) an der Patch-Elektrode (7) .
9. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Patch-Elektrode (7) zum Senden oder Empfangen von links- zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen und dass die die Patch-Elektrode (7) umgebende Ring- oder Rahmen- Patch-Elektrode (19) zum Senden oder Empfangen von rechts zirkulär polarisierten Wellen ausgebildet ist.
10. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vor- hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Patch-Elektrode (7) eine Resonanzfrequenz zum Empfang von SDARS- oder SiriusXM-Diensten aufweist und die rahmen- oder ringförmige Patch-Elektrode (191) als Antenne eine Resonanzfrequenz zum Empfang von geostationären Satellitensignalen, insbesondere zum Empfang von GPS-Satelliten- signale aufweist.
11. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ring- oder Rahmen-Patch-Elektrode (19) eine innenliegende Begrenzungskante (19a) aufweist, die im Wesentlichen parallel zu der nach außen weisenden Begrenzungskante (7a) der Patch-Elektrode (7) verläuft.
12. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ring- oder rahmenförmige Patch-Elektrode (19) eine äußere Begrenzungskante (19b) aufweist, die rechteckig oder quadratisch oder im Wesentlichen rechteckig oder quadratisch ist .
13. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Patch-Elektrode (7) eine Speiseleitung (11) umfasst, die mit der Patch-Elektrode (7) galvanisch oder kapazitiv verbunden ist.
14. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Patch-Elektrode (7) über zwei Speiseleitungen (11) angespeist wird, deren Speisestelle (Fl, F2) bei Draufsicht auf die Patch-Elektrode (7) um 90° versetzt zueinander liegend angeordnet sind.
15. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufsatz-Patch (23) als elektrisch leitfähige Schicht, als Metallblech oder als elektrisch leitfähige Folie ausgebildet ist.
16. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vor¬ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufsatz-Patch (23) mittels einer doppelseitig klebenden Klebefolie auf der Oberseite (5a) des Substrats (5) die Patch-Elektrode (7) und die die Patch-Elektrode (7) umgebende rahmen- oder ringförmige Patch-Elektrode (19) überdeckend aufgeklebt ist.
17. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Substrat (5) die rahmen- oder ringförmige Patch-Elektrode (19) in Längs- und in Querrichtung überragt, und zwar auf jeder Seite um mindestens 10% und vorzugsweise mehr als 15% und insbesondere mehr als 20%, sowie weniger als 50%, insbesondere weniger als 40% und 30% bzw. 25% der maxima¬ len Längs- und/oder Quererstreckungslänge der rahmen- oder ringförmigen Patch-Elektrode (19).
18. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufsatz-Patch (23) die Oberseite (5a) des Substrats (5) um mehr als 90%, insbesondere mehr als 95% überdeckt und vorzugsweise völlig überdeckt.
19. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Unterseite (5b) des Substrats (5) eine Masse- oder Ge¬ gengewichtsfläche ausgebildet ist.
20. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längs- und Quererstreckung des Aufsatz-Patches (23) zumindest der Längs- und Quererstreckung der darunter befindlichen Patch-Elektrode (7) entspricht.
21. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufsatz-Patch (23) mit zumindest einer in der Aufsatz- Patchfläche (23') liegenden Öffnung oder Ausnehmung (41) und/oder einer vom Umfangsrand nach innen verlaufenden Ausnehmung (45) versehen ist.
22. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vor¬ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufsatz-Patch (23) in Draufsicht kreisförmig, quadratisch, rechteckförmig oder nach Art eines insbesondere regelmäßigen Polygons gebildet ist.
23. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufsatz-Patch (23) an seinem Umfangsrand umlaufend oder abschnittsweise mit Aufsatz-Patch-Flanken (123) versehen ist, welche zumindest mit einer Komponente senkrecht zur Patch-Elektrodenfläche (7') verlaufend ausgerichtet und/ oder mit treppen- oder winkelförmigen Ansätzen versehen sind, die zumindest mit einer Komponente von der Patch- Elektrode (7) weg gerichtet oder zumindest mit einer Komponente in Richtung der Patch-Elektrodenfläche (71) zulaufend ausgerichtet sind.
24. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwi- schen der Patch-Elektrode (7) und dem Aufsatz-Patch (23) ein Dielektrikum (47) vorgesehen ist, vorzugsweise aus Kunststoff oder Keramik, beispielsweise in Form einer Folie, insbesondere einer beidseitig klebenden Folie.
25. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufsatz-Patch (23) galvanisch mit der ring- oder rahmen- förmigen Patch-Elektrode (19) verbunden ist, vorzugsweise über einen umlaufenden oder abschnittsweise vorgesehenen Randabschnitt (23a) , so dass eine kapazitive Kopplung le¬ diglich zwischen dem Aufsatz-Patch (23) und der Patch- Elektrode (7) vorgesehen ist.
26. Patch-Antennen-Anordnung nach zumindest einem der vor¬ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne , dass das Aufsatz-Patch (23) mit der Patch-Elektrode (7) galvanisch verbunden ist und/oder aus der Patch-Elektrode (7) über einen Stufenabsatz oder einen schräg verlaufenden Flansch (23c) in das gegenüber der Patch-Elektrode (7) versetzt liegende Aufsatz-Patch (23) übergeht, so dass eine kapazitive Kopplung lediglich zwischen dem Aufsatz-Patch (23) und der ring- oder rahmenförmigen Patch-Elektrode (19) vorgesehen ist.
PCT/EP2012/005037 2011-12-22 2012-12-06 Patch-antennen-anordnung WO2013091785A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BR112014014703A BR112014014703A2 (pt) 2011-12-22 2012-12-06 conjunto de antena patch
EP12805428.5A EP2795725A1 (de) 2011-12-22 2012-12-06 Patch-antennen-anordnung
CN201280063182.6A CN104011935B (zh) 2011-12-22 2012-12-06 补片天线装置
US14/368,191 US9966669B2 (en) 2011-12-22 2012-12-06 Patch antenna arrangement
JP2014547742A JP2015502723A (ja) 2011-12-22 2012-12-06 パッチアンテナ装置
KR1020147020634A KR101959528B1 (ko) 2011-12-22 2012-12-06 패치 안테나 배열

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011122039.2 2011-12-22
DE102011122039A DE102011122039B3 (de) 2011-12-22 2011-12-22 Patch-Antennen-Anordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013091785A1 true WO2013091785A1 (de) 2013-06-27

Family

ID=47424890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/005037 WO2013091785A1 (de) 2011-12-22 2012-12-06 Patch-antennen-anordnung

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9966669B2 (de)
EP (1) EP2795725A1 (de)
JP (1) JP2015502723A (de)
KR (1) KR101959528B1 (de)
CN (1) CN104011935B (de)
BR (1) BR112014014703A2 (de)
DE (1) DE102011122039B3 (de)
WO (1) WO2013091785A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110518345A (zh) * 2019-08-26 2019-11-29 深圳迈睿智能科技有限公司 具有接地点的微波探测器及其制造方法
US11329379B2 (en) 2017-11-17 2022-05-10 Tdk Corporation Dual band patch antenna
TWI841180B (zh) 2022-02-28 2024-05-01 群邁通訊股份有限公司 天線結構及具有該天線結構的穿戴式裝置

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013222139A1 (de) * 2013-10-30 2015-04-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Planare Mehrfrequenzantenne
US9715010B2 (en) * 2014-11-28 2017-07-25 Htc Corporation Apparatus and method for detection
KR101660921B1 (ko) * 2015-08-11 2016-09-28 한국전자통신연구원 기생선로를 이용한 원형편파 gps 안테나
CN105870622A (zh) * 2016-05-31 2016-08-17 厦门松元电子有限公司 一种同体共面多频圆极化天线及其制备方法
KR102510100B1 (ko) 2016-06-20 2023-03-13 엘에스엠트론 주식회사 차량용 안테나
CN106803614B (zh) * 2016-11-24 2020-05-12 北京航空航天大学 耐高温多模卫星导航天线的馈电端口的确定方法及装置
TWI644480B (zh) * 2016-12-06 2018-12-11 太盟光電科技股份有限公司 堆疊式圓形極化天線結構
CN108232429A (zh) * 2016-12-14 2018-06-29 太盟光电科技股份有限公司 堆栈式圆形极化天线结构
TWI689130B (zh) * 2017-08-02 2020-03-21 佳邦科技股份有限公司 可攜式電子裝置及其堆疊式天線模組
US11211688B2 (en) * 2017-10-03 2021-12-28 Intel Corporation Hybrid and thinned millimeter-wave antenna solutions
KR102035575B1 (ko) * 2018-03-30 2019-10-24 삼성전기주식회사 안테나 장치 및 안테나 모듈
US10886618B2 (en) 2018-03-30 2021-01-05 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Antenna apparatus and antenna module
JP7107105B2 (ja) * 2018-08-30 2022-07-27 Tdk株式会社 アンテナ
CN109524768A (zh) * 2018-11-16 2019-03-26 天津工业大学 一种可洗的柔性可穿戴介质埋藏圆极化微带天线
JP7161626B2 (ja) * 2019-01-30 2022-10-26 エイブイエックス・アンテナ・インコーポレーテッド 積層アンテナ構造を有するアンテナ・システム
CN112952366B (zh) * 2019-01-31 2022-09-02 展讯通信（上海）有限公司 贴片天线单元以及封装天线结构
KR20210001607A (ko) * 2019-06-28 2021-01-06 삼성전자주식회사 안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치
TWI714410B (zh) * 2019-12-27 2020-12-21 和碩聯合科技股份有限公司 天線結構及單一雙極化天線陣列
CN113708055B (zh) * 2020-05-21 2022-12-06 华为技术有限公司 一种多频双极化天线及电子设备
EP4016735A1 (de) * 2020-12-17 2022-06-22 INTEL Corporation Mehrbandige patch-antenne
WO2022262979A1 (en) * 2021-06-17 2022-12-22 HELLA GmbH & Co. KGaA Antenna, especially uwb antenna, for circularly polarized radio waves
CN113889753B (zh) * 2021-09-18 2022-12-09 浙江大学 一种针对线源辐射的全向匹配非均匀能量接收表面
TWI805133B (zh) * 2021-12-17 2023-06-11 耀登科技股份有限公司 天線結構

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030052825A1 (en) 2001-09-17 2003-03-20 Rao Barsur Rama Spatial null steering microstrip antenna array
US20030160728A1 (en) * 2001-03-15 2003-08-28 Susumu Fukushima Antenna apparatus
JP2006121219A (ja) * 2004-10-19 2006-05-11 Harada Ind Co Ltd 多共振平面アンテナ
US20060273961A1 (en) * 2005-06-06 2006-12-07 Receptec Holdings, Llc Single-feed multi-frequency multi-polarization antenna
EP1616367B1 (de) 2003-07-03 2007-01-17 Kathrein-Werke KG Multifunktionsantenne
US7253770B2 (en) 2004-11-10 2007-08-07 Delphi Technologies, Inc. Integrated GPS and SDARS antenna
DE102006027694B3 (de) * 2006-06-14 2007-09-27 Kathrein-Werke Kg Mehrschichtige Antenne planarer Bauart
DE102006038528B3 (de) * 2006-08-17 2007-11-22 Kathrein-Werke Kg Abstimmbare Antenne planarer Bauart
US20090058731A1 (en) 2007-08-30 2009-03-05 Gm Global Technology Operations, Inc. Dual Band Stacked Patch Antenna
DE102004016158B4 (de) 2004-04-01 2010-06-24 Kathrein-Werke Kg Antenne nach planarer Bauart
US20100171679A1 (en) 2009-01-06 2010-07-08 Akihiro Ohshima Composite Antenna Element
US20100283684A1 (en) 2009-05-05 2010-11-11 Victor Rabinovich Gps, gsm, and wireless lan antenna for vehicle applications

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2157500B (en) * 1984-04-11 1987-07-01 Plessey Co Plc Microwave antenna
US6118406A (en) * 1998-12-21 2000-09-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Broadband direct fed phased array antenna comprising stacked patches
US6680703B1 (en) * 2001-02-16 2004-01-20 Sirf Technology, Inc. Method and apparatus for optimally tuning a circularly polarized patch antenna after installation
FR2826186B1 (fr) * 2001-06-18 2003-10-10 Centre Nat Rech Scient Antenne mulitfonctions integrant des ensembles fil-plaque
KR20010079242A (ko) 2001-06-27 2001-08-22 안병엽 원형편파용 평판형 배열안테나
WO2004004068A1 (ja) * 2002-06-27 2004-01-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. アンテナ装置
JP2004304443A (ja) * 2003-03-31 2004-10-28 Clarion Co Ltd アンテナ
KR100810291B1 (ko) * 2003-09-08 2008-03-06 삼성전자주식회사 전자기적 결합 급전 소형 광대역 모노폴 안테나
US7385555B2 (en) * 2004-11-12 2008-06-10 The Mitre Corporation System for co-planar dual-band micro-strip patch antenna
KR100685512B1 (ko) * 2004-11-29 2007-02-27 주식회사 케이티프리텔 방송신호를 수신하기 위한 마이크로 스트립 안테나
US8373597B2 (en) * 2006-08-09 2013-02-12 Spx Corporation High-power-capable circularly polarized patch antenna apparatus and method
US7460072B1 (en) * 2007-07-05 2008-12-02 Origin Gps Ltd. Miniature patch antenna with increased gain
US7994999B2 (en) * 2007-11-30 2011-08-09 Harada Industry Of America, Inc. Microstrip antenna
US7710331B2 (en) * 2008-04-18 2010-05-04 Kathrein-Werke Kg Multilayer antenna having a planar design
US7936306B2 (en) * 2008-09-23 2011-05-03 Kathrein-Werke Kg Multilayer antenna arrangement
US7911392B2 (en) * 2008-11-24 2011-03-22 Research In Motion Limited Multiple frequency band antenna assembly for handheld communication devices
JP6231458B2 (ja) * 2014-01-30 2017-11-15 京セラ株式会社 アンテナ基板
US9673526B1 (en) * 2014-03-12 2017-06-06 First Rf Corporation Dual-frequency stacked patch antenna
US9478869B1 (en) * 2014-12-29 2016-10-25 Google Inc. Electronic devices with hybrid patch and monopole antenna for high altitude platform application

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030160728A1 (en) * 2001-03-15 2003-08-28 Susumu Fukushima Antenna apparatus
US20030052825A1 (en) 2001-09-17 2003-03-20 Rao Barsur Rama Spatial null steering microstrip antenna array
EP1616367B1 (de) 2003-07-03 2007-01-17 Kathrein-Werke KG Multifunktionsantenne
DE102004016158B4 (de) 2004-04-01 2010-06-24 Kathrein-Werke Kg Antenne nach planarer Bauart
JP2006121219A (ja) * 2004-10-19 2006-05-11 Harada Ind Co Ltd 多共振平面アンテナ
US7253770B2 (en) 2004-11-10 2007-08-07 Delphi Technologies, Inc. Integrated GPS and SDARS antenna
US7405700B2 (en) 2005-06-06 2008-07-29 Laird Technologies, Inc. Single-feed multi-frequency multi-polarization antenna
US20060273961A1 (en) * 2005-06-06 2006-12-07 Receptec Holdings, Llc Single-feed multi-frequency multi-polarization antenna
DE102006027694B3 (de) * 2006-06-14 2007-09-27 Kathrein-Werke Kg Mehrschichtige Antenne planarer Bauart
DE102006038528B3 (de) * 2006-08-17 2007-11-22 Kathrein-Werke Kg Abstimmbare Antenne planarer Bauart
US20090058731A1 (en) 2007-08-30 2009-03-05 Gm Global Technology Operations, Inc. Dual Band Stacked Patch Antenna
US20100171679A1 (en) 2009-01-06 2010-07-08 Akihiro Ohshima Composite Antenna Element
US20100283684A1 (en) 2009-05-05 2010-11-11 Victor Rabinovich Gps, gsm, and wireless lan antenna for vehicle applications

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11329379B2 (en) 2017-11-17 2022-05-10 Tdk Corporation Dual band patch antenna
CN110518345A (zh) * 2019-08-26 2019-11-29 深圳迈睿智能科技有限公司 具有接地点的微波探测器及其制造方法
CN110518345B (zh) * 2019-08-26 2023-09-08 深圳迈睿智能科技有限公司 具有接地点的微波探测器及其制造方法
TWI841180B (zh) 2022-02-28 2024-05-01 群邁通訊股份有限公司 天線結構及具有該天線結構的穿戴式裝置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140123504A (ko) 2014-10-22
BR112014014703A2 (pt) 2017-06-13
EP2795725A1 (de) 2014-10-29
DE102011122039B3 (de) 2013-01-31
KR101959528B1 (ko) 2019-07-04
JP2015502723A (ja) 2015-01-22
CN104011935B (zh) 2017-02-22
US20140361952A1 (en) 2014-12-11
US9966669B2 (en) 2018-05-08
CN104011935A (zh) 2014-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011122039B3 (de) Patch-Antennen-Anordnung
EP2721690B1 (de) Patch-strahler
DE2633757C2 (de)
EP2458680B1 (de) Antenne für den Empfang zirkular polarisierter Satellitenfunksignale
DE112013006167B4 (de) Antenne für einen Satellitennavigationsempfänger
WO2003065505A1 (de) Dualpolarisierte strahleranordnung
EP2424036B1 (de) Empfangsantenne für Zirkular Polarisierte Satellitenfunksignale
DE102016207434B4 (de) Antennenvorrichtung
WO2010054796A1 (de) Rfid-antennen-system
EP2052437A1 (de) Abstimmbare antenne planarer bauart
WO2012041567A1 (de) Antennensystem für radarsensoren
EP2850693A1 (de) Patch-antennen-anordnung
DE20221946U1 (de) Kombi-Antennenanordnung zum Empfang terrestrischer sowie Satelliten-Signale
DE102013201222A1 (de) Antennenvorrichtung
EP2375491A1 (de) Leckwellenantenne
EP2367233A1 (de) Planares Antennensystem
EP0737371B1 (de) Planarantenne
DE102011117690B3 (de) Patch-Strahler
EP3474374B1 (de) Antennenanordnung für zirkular polarisierte satellitenfunksignale auf einem fahrzeug
DE102012016627A1 (de) Patch-Strahler
EP3753073A1 (de) Antenne zur kommunikation mit einem transponder
EP3483983A1 (de) Empfangsantenne für die satellitennavigation auf einem fahrzeug
DE102015226026A1 (de) Antennenfeld
EP3900111B1 (de) Antennenvorrichtung
EP2676326B1 (de) Patchantenne sowie verfahren zur frequenzabstimmung einer derartigen patchantenne

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12805428

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2014547742

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14368191

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012805428

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20147020634

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112014014703

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112014014703

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20140616