DE102004027839B4

DE102004027839B4 - Antennenstruktur

Info

Publication number: DE102004027839B4
Application number: DE102004027839A
Authority: DE
Inventors: Rainer Kronberger
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2004-06-08
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2024-06-09
Also published as: US7242361B2; US20060119530A1; DE102004027839A1

Abstract

Antennenstruktur zum Senden und/oder Empfangen von Funkwellen mit:
– einem symmetrischen und auf eine Nutzfrequenz eines ersten Funksystems abgestimmten Strahlerelement (1) mit einer ersten Anschlussklemme (2) und einer zweiten Anschlussklemme (3), und
– wenigstens einer parallel zum Strahlerelement geschalteten Leiterstruktur mit einem an die erste Anschlussklemme (2) gekoppelten, in Leerlauf geschalteten, ersten Leitungselement (4) und einem an die zweite Anschlussklemme (3) gekoppelten, in Leerlauf geschalteten, zweiten Leitungselement (5),
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Leitungselement (4) und das zweite Leitungselement (5) gleich lang sind und die Länge des ersten Leitungselements (4) und des zweiten Leitungselements (5) dem ganzzahligen Vielfachen eines Viertels einer zu einer Sperrfrequenz korrespondierenden Wellenlänge entspricht, wobei das erste Leitungselement (4) und das zweite Leitungselement (5) sich in die gleiche Richtung erstrecken und einander entlang ihrer Erstreckungsrichtung gegenüberliegend zueinander parallel verlaufend angeordnet sind, wobei die Sperrfrequenz von der Nutzfrequenz verschieden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antennenstruktur zum Senden und/oder Empfangen von Funkwellen.
Eine Antennenstruktur ist häufig derart gestaltet, dass sie eine unsymmetrische Struktur aufweist. Dabei wird ein Strahler, wie beispielsweise ein elektrischer Monopol, gegenüber einem Masseanschluss geschaltet. Die Antennenstruktur ist üblicherweise an einen Ausgangswiderstand einer Sendestufe von 50 Ohm bzw. einen Eingangswiderstand einer Empfangsstufe von 50 Ohm angepasst. Weil insbesondere bei integrierten Schaltungen die Sendestufe in der Regel einen differentiellen – also symmetrischen – Ausgang aufweist, muss wenigstens ein Transformator zwischen die unsymmetrische Antennenstruktur und die Sendestufe geschaltet werden. Der Transformator wandelt die Ausgangssignale der Sendestufe, so dass diese der Antennenstruktur zugeführt werden können. Das Schalten eines Transformators in den Sendepfad verursacht allerdings unerwünschte Leistungsverluste. Eine entsprechende Maßnahme in Form eines Transformators zwischen der Empfangsstufe und der Antennenstruktur ist im Empfangspfad vorgesehen, da die Empfangsstufe in aller Regel ebenfalls differentielle und somit symmetrische Eingänge aufweist.
Zur Unterdrückung einer Aussendung von unerwünschten Oberwellen durch die Sendestufe ist zwischen der Sendestufe und der Antennenstruktur ein Filter eingefügt. Dieses weist üblicherweise Hochpass-, Tiefpass- oder Bandpassverhalten auf. Das Einfügen des Filters ist notwendig, um ein möglichst monofrequentes und rauscharmes Signal auszusenden. Gleichermaßen ist im Empfangspfad zwischen der Antennenstruktur und der Empfangsstufe ein Filter vorhanden, das unerwünschte und auf einen Vorverstärker und Mischer störend wirkende Außerbandsignale des Empfangssignals reduziert. Das Vorhandensein der Filter ist mit dem Nachteil unerwünschter Leistungsverluste verbunden. Diese werden als Einfügungsverluste bezeichnet.
Ein weiterer Nachteil ergibt sich bei einer Gleichstromversorgung der Sendestufe über die Mittelanzapfung eines symmetrischen Übertragers. Ein solcher Übertrager ist derart gestaltet, dass eine Transformation auf die unsymmetrisch ausgeführte Antennenstruktur erfolgt. Damit kann der Übertrager parallel zur Antennenstruktur geschaltet werden. Mit einem zusätzlichen externen Kondensator kann derart eine Filtersperrwirkung außerhalb des Nutzbandes bewirkt werden. Eine bekannte Anordnung einer Sendestufe mit differentiellen Ausgängen, einer unsymmetrischen Antennenstruktur und einem Übertrager ist in Bluetooth-Transceivern oder ähnlichen Übertragungsvorrichtungen bekannt, beispielhaft sei der Bluetooth-Transceiver PMB8761 der Firma Infineon genannt. Dazu sei auf das Dokument [3] verwiesen. Der Übertrager ist ein mit Draht bewickeltes Ferrit-Element, das mit hohen Herstellungskosten verbunden ist. Bedingt durch die schlechten Materialeigenschaften der Ferrite bei hohen Frequenzen, d. h. bei Frequenzen im Bereich von mehr als 1 GHz, nehmen die Verluste der Übertrager meist erheblich zu, was oftmals zu erheblichen Einfügungsverlusten im Sende- und/oder Empfangspfad führt. Dadurch wird eine deutliche Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems verursacht.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine verlustärmere Antennenstruktur mit Filterwirkung bereitzustellen, die an einen differentiellen Eingang bzw. Ausgang eines Senders bzw. Empfängers geschaltet werden kann.
Aus dem Dokument [1] ist der Einsatz sowie mögliche Ausgestaltungen von Anpassungs- und Transformationsgliedern an einem Antennenflußpunkt bekannt. Diese werden verwendet, um sicherzustellen, dass ein Fußpunktwiderstand der Antenne dem Wellenwiderstand einer Speiseleitung entspricht.
Aus dem Dokument [2] ist ein Gehäuse eines integrierten Halbleiterbauelements bekannt, das eine Miniatur-Antenne beinhaltet.
Das Dokument [4] beschreibt eine Richtantenne, mittels derer das Vor-Rück-Verhältnis der Richtcharakteristik der Antenne sowohl für VHF-Signale als auch für UHF-Signale verbessert werden soll.
Das Problem wird durch eine Antennenstruktur zum Senden und/oder Empfangen von Funkwellen mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
Die Antennenstruktur zum Senden und/oder Empfangen von Funkwellen weist ein symmetrisch angeordnetes und auf eine Nutzfrequenz abgestimmtes Strahlerelement mit einer ersten Anschlussklemme und einer zweiten Anschlussklemme und wenigstens eine parallel zum Strahlerelement geschaltete Leiterstruktur mit einem an die erste Anschlussklemme gekoppelten, in Leerlauf geschalteten, ersten Leitungselement und einem an die zweite Anschlussklemme gekoppelten, in Leerlauf geschalteten, zweiten Leitungselement auf, wobei das erste Leitungselement und das zweite Leitungselement gleich lang sind und die Länge des ersten Leitungselements und des zweiten Leitungselements im Wesentlichen dem ganzzahligen Vielfachen eines Viertels einer zu einer Sperrfrequenz korrespondierenden Wellenlänge entspricht und wobei das erste Leitungselement und das zweite Leitungselement sich in die gleiche Richtung erstrecken und einander entlang ihrer Erstreckungsrichtung gegenüberliegend zueinander parallel verlaufend angeordnet sind.
Das erste Leitungselement und das zweite Leitungselement sind beispielsweise Leitungen oder Leiterbahnen.
Die Leiterstruktur weist durch die beiden parallel zu dem Strahlerelement geschalteten, in Leerlauf geschalteten Leitungselemente eine Filterwirkung auf. Durch die Wahl der Länge der in Leerlauf geschalteten Leitungselemente werden Anteile im Bereich der Sperrfrequenz herausgefiltert. Das ist darin begründet, dass in Leerlauf geschaltete Leitungselemente in paralleler Beschaltung zu einem Strahlerelement dann eine Sperr- bzw. Filterwirkung aufweisen, wenn ihre elektrische Länge ein ganzzahliges Vielfaches der Viertelwellenlänge einer Sperrfrequenz beträgt. Anschaulich dargestellt wird der Leerlauf am Ende der Leitungselemente in einen Kurzschluss transformiert.
Weil die in Leerlauf geschalteten Leitungselemente an Anschlussklemmen des symmetrischen Strahlerelements mit unterschiedlicher Polarität angeschlossen sind, fließen durch sie stets zueinander gegenphasige Ströme. Mittels des parallelen Verlaufs der in Leerlauf geschalteten Leitungselemente wird bewirkt, dass die Leiterstruktur keine Leistung abstrahlt. Die Leiterstruktur entspricht somit einem nichtstrahlenden Filterelement. Dadurch weist die Antennenstruktur durch die Leiterstruktur ein Filterelement auf, das nahezu keine zusätzlichen Leistungsverluste verursacht.
Es ist zudem ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Leiterstruktur durch die fehlende Abstrahlung von Leistung das Strahlungsverhalten des Strahlerelements nicht beeinflusst.
Durch das symmetrische Strahlerelement sind keine Transformatoren notwendig, um die Antennenstruktur an einen differentiellen Eingang bzw. Ausgang eines Sende- bzw. Empfangsstufe zu schalten. Vorteilhafterweise kann die Antennenstruktur somit direkt an diese geschaltet werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Impedanzniveau der Sende- und Empfangsstufe auf den gemeinsam günstigsten Wert angepasst werden kann.
Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die Antennenstruktur wenigstens eine weitere, parallel zum Strahlerelement geschaltete, zweite Leiterstruktur mit einem an die erste Anschlussklemme gekoppelten, in Leerlauf geschalteten dritten Leitungselement und einem an die zweite Anschlussklemme gekoppelten, in Leerlauf geschalteten vierten Leitungselement auf. Dabei sind das dritte Leitungselement und das vierte Leitungselement gleich lang und die Länge des dritten Leitungselements und des vierten Leitungselements entspricht im Wesentlichen dem ganzzahligen Vielfachen eines Viertels einer zu einer von der Sperrfrequenz verschiedenen zweiten Sperrfrequenz korrespondierenden Wellenlänge.
Vorteilhaft an dieser Weiterbildung ist, dass so ein weiteres nichtstrahlendes Filterelement parallel zu dem Strahlerelement geschaltet ist, das Signale auf einer zweiten Sperrfrequenz herausfiltert. Die Sperrfrequenz und die zweite Sperrfrequenz sind in dem Frequenzbereich von Nutzfrequenzen in der näheren Umgebung arbeitender Funksysteme gewählt, die damit wesentliche Störquellen darstellen.
Typischerweise ist das Strahlerelement als Faltdipol ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Strahlerelement als Faltdipol in Winkelform ausgeführt. So kann es Platz sparend um eine Sende- bzw. Empfangsstufe herum angeordnet sein.
Diese Ausgestaltung der Antennenstruktur ist zudem vorteilhaft, weil hierbei die in Schenkelrichtung vorhandenen Nullstellen eines Faltdipols in der Strahlungscharakteristik vermieden werden.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist das Strahlerelement als eine symmetrische Rahmenantenne mit einer geschlossenen Umrandung ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Strahlerelement als eine annähernd fraktale Struktur ausgeführt, welche durch endlich viele, ein Teil-Fraktal generierende Iterationsschritte erzeugt wird. Eine solche Struktur kann beispielsweise eine durch endlich viele Iterationsschritte erzeugte Hilbert-Fläche oder eine durch einige Iterationsschritte erzeugte Koch-Kurve sein. Es sind auch weitere derartige Strahlerelemente denkbar, die als Fraktalantennen bezeichnet werden. Diese sind mit dem Vorteil verbunden, dass sie auf verschiedenen Frequenzbändern gute Empfangs- bzw. Sendeeigenschaften aufweisen. Damit sind sie besonders für breitbandige Übertragungssysteme geeignet.
In einer anderen Weiterbildung ist das Strahlerelement als Leitung in Mäanderform ausgeführt. Dadurch wird eine hohe elektrische Länge erzielt und es wird eine dazu korrespondierende geringe Frequenz bei einem gleichzeitigen geringen Platzbedarf des Strahlerelements empfangen bzw. gesendet.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Leiterstruktur als eine fraktale Struktur ausgeführt, welche durch endlich viele, ein Teil-Fraktal generierende Iterationsschritte erzeugt wird. Vorteilhaft kann so eine Sperrwirkung auf einem breiten Frequenzband bewirkt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Leiterstruktur als parallel verlaufendes erstes Leitungselement und zweites Leitungselement in Mäanderform ausgeführt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Antennenstruktur ist die Leiterstruktur innerhalb einer durch das Strahlerelement begrenzten Fläche angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht eine kompakte und Platz sparende Ausführung der Antennenstruktur.
In einer alternativen Ausgestaltung der Antennenstruktur ist die Leiterstruktur außerhalb einer durch das Strahlerelement begrenzten Fläche angeordnet.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist ein als symmetrischer Faltdipol ausgeführtes Strahlerelement einen Anschluss zum Einspeisen einer Gleichspannung in das Strahlerelement auf, wobei der Anschluss an einen kalten Punkt des Strahlerelements gekoppelt ist. Dadurch ist kein zusätzlicher externer Übertrager erforderlich, was zu geringeren Herstellungskosten der Gesamtanordnung führt. Hier ist es zudem vorteilhaft, dass kein zusätzlicher Transformator zum Verbinden mit den differentiellen Aus- bzw. Eingängen der Sende- bzw. Empfangsstufe vorgesehen sein muss.
In einer möglichen Ausführungsform ist die Antennenstruktur in einem Gehäuse eines Halbleiterbauelements integriert. Die gemeinsame Integration in ein Halbleiterbauelement ermöglicht eine einfache Implementierung sowie das Zuschalten weiterer Schaltelemente, wie beispielsweise von Eingangsfiltern, in dasselbe Halbleiterbauelement. Es ist auch möglich, die Sende- bzw. Empfangsstufe zusammen mit der Antennenstruktur in ein Halbleiterbauelement zu integrieren.
Ist die Antennenstruktur in gedruckter Form auf einer Leiterplatte integriert, können vorteilhafterweise auf der gleichen Leiterplatte die Bausteine der Sende- bzw. Empfangsstufe hinzugefügt werden.
Das Bedrucken von Leiterplatten ist ein kostengünstiges und aufwandsarmes Verfahren zum Herstellen von Strukturen. Ein weiterer Vorteil besteht somit darin, dass eine große Flexibilität bei der Gestaltung und der Abstimmung der Antennenstruktur möglich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Antennestruktur,
2 eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Antennenstruktur mit einer zweiten Leiterstruktur,
3 eine erfindungsgemäße Antennenstruktur mit einer mäanderförmigen Leiterstruktur und
4 eine erfindungsgemäße Antennenstruktur mit einem als Faltdipol in Winkelform ausgeführten Strahlerelement.
1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antennenstruktur. Ein Strahlerelement 1, das eine erste Anschlussklemme 2 und eine zweite Anschlussklemme 3 aufweist, ist in Form eines symmetrischen Faltdipols ausgeführt. Alternativ wäre auch ein mäanderförmiger oder fraktal ausgeführter Dipol denkbar. Diese Ausführungsformen sind in der Zeichnung nicht dargestellt.
Der symmetrische Faltdipol ist derart ausgelegt, dass er auf einer Nutzfrequenz f_N Funkwellen sendet bzw. empfängt. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass die elektrische Länge des Faltdipols, die seiner lateralen Ausdehnung entspricht, eine halbe Wellenlänge darstellt, die zu der Nutzfrequenz f_N korrespondiert.
An die erste Anschlussklemme 2 ist mittels einer Verbindungsleitung 6 ein leer laufendes, erstes Leitungselement 4 angeschlossen, das innerhalb einer von dem Strahlerelement 1 begrenzten Fläche verläuft. An die zweite Anschlussklemme 3 ist mittels einer Verbindungsleitung 7 ein leer laufendes, zweites Leitungselement 5 angeschlossen. Aus dem ersten Leitungselement 4 und dem zweiten Leitungselement 5 wird so eine symmetrische Leiterstruktur gebildet. Dabei verläuft das zweite Leitungselement 5 parallel zu dem ersten Leitungselement 4 innerhalb der durch das Strahlerelement 1 begrenzten Fläche. Es weist die gleiche Länge wie das erste Leitungselement 4 auf. Die gemeinsame Länge des ersten Leitungselements 4 und des zweiten Leitungselements 5 entspricht der elektrischen Länge der Leiterstruktur. Die elektrische Länge der Leiterstruktur beträgt das ganzzahlige Vielfache des Viertels einer Wellenlänge, die zu einer ersten Sperrfrequenz f_s1 korrespondiert. Die erste Sperrfrequenz f_s1 unterscheidet sich dabei von der Nutzfrequenz f_N des Strahlerelements. Typischerweise beträgt die Differenz zwischen der ersten Sperrfrequenz f_s1 und der Nutzfrequenz f_N wenigstens 10% der kleineren von beiden Frequenzen.
Die erste Sperrfrequenz f_s1 ist vorzugsweise derart gewählt, dass sie einer Sendefrequenz eines in der Umgebung arbeitenden und störenden Funksystems entspricht. Dadurch kann mittels der Leiterstruktur ein wesentlicher Störsignalanteil in einem die Antennenstruktur aufweisenden Funksystem unterdrückt werden. Das gilt insbesondere für unterschiedliche Funksysteme, die einen benachbarten oder gleichen Frequenzbereich nutzen. Beispielhaft hierfür ist das so genannte ISM Band bei ca. 2,4 GHz. Auf diesem Band senden beispielsweise Bluetooth- oder WLAN-Systeme. Dabei sollte die absolute Differenz zwischen der Nutzfrequenz f_N und der ersten Sperrfrequenz f_S1 typischerweise größer oder gleich 10% der Sperrfrequenz betragen |f_N – f_S1| ≤ 10%f_S1 (1)
Dadurch wird sichergestellt, dass die Leiterstruktur keine auf dem Nutzband gesendeten Informationen mit ihrer Sperrwirkung unterdrückt. Bei einem auf dem ISM-Band arbeitenden Funksystem kann die Sperrfrequenz auch im Bereich des GSM-Bandes, also bei ca. 900 MHz bis 1,9 GHz, festgelegt sein. Weitere Leiterstrukturen können zusätzliche Frequenzbereiche herausfiltern.
Das erste Leitungselement 4 und das zweite Leitungselement 5 sind als Zweidraht-Leitungsstruktur derart zueinander verlaufend angeordnet, dass sich ein elektrisches Feld vorzugsweise zwischen den Leitungselementen ausbildet. Da das erste Leitungselement 4 und das zweite Leitungselement 5 jeweils an Anschlussklemmen mit unterschiedlicher Polarität koppeln, fließen durch sie zueinander gegenphasige Ströme. Hierdurch ist das elektromagnetische Fernfeld der Leiterstruktur im Wesentlichen identisch Null. Damit strahlt die Leiterstruktur im Wesentlichen keine Energie ab.
Die Leiterstruktur ist derart von dem Strahlerelement 1 beabstandet, dass sie nur unwesentlich an das von dem Strahlerelement gesendete elektromagnetische Feld koppelt. Dieser Abstand wird durch das elektrische Fernfeld der Leiterstruktur bestimmt. Typischerweise ist der Abstand der Leiterstruktur von dem Strahlerelement 1 größer als der doppelte Abstand des ersten Leitungselements 4 von dem zweiten Leitungselement 5.
In der dargestellten Ausführungsform weist die Leiterstruktur eine mechanische Länge auf, die kleiner als die mechanische Länge des Strahlerelementes ist. Die Leiterstruktur kann somit ohne weitere Maßnahmen innerhalb der von dem Strahlerelement 1 begrenzten Fläche angeordnet werden. Die erste Sperrfrequenz f_s1 ist größer als die Nutzfrequenz f_N.
Es ist ebenso denkbar, die Leiterstruktur außerhalb der von dem Strahlerelement 1 begrenzten Fläche anzuordnen. Diese Anordnung ist dann vorteilhaft, wenn die elektrische Länge der Leiterstruktur größer als die elektrische Länge des Strahlerelements 1 ist. Damit verbunden ist eine erste Sperrfrequenz f_s1, die kleiner als die Nutzfrequenz f_N ist.
Die Leiterstruktur kann auch in einer Ebene angeordnet sein, die sich von einer durch das Strahlerelement beschriebenen Ebene unterscheidet.
An den Mittelpunkt des gefalteten Zweigs des Faltdipols ist ein Einspeisungsanschluss 12 über ein Spulenelement, also induktiv, an das Strahlerelement 1 gekoppelt. An dem Mittelpunkt liegt aufgrund der Symmetrie des Faltdipols zu keinem Zeitpunkt eine hochfrequente Spannung an. Dieser Punkt wird daher auch als ”kalter Punkt” der Antenne bezeichnet. Der Einspeisungsanschluss 12 ermöglicht eine Gleichstromversorgung einer an die Antennenstruktur gekoppelten Sende- bzw. Empfangsstufe.
2 zeigt die in 1 dargestellte Ausführung einer erfindungsgemäßen Antennenstruktur mit einer zusätzlichen, zweiten Leiterstruktur. Die Ausführung in 2 unterscheidet sich von der Ausführung in 1 darin, dass ein drittes Leitungselement 8 vorgesehen ist, das innerhalb der von dem Strahlerelement 1 begrenzten Fläche verläuft. Das dritte Leitungselement 8 ist über eine dritte Verbindungsleitung 10 an die zweite Anschlussklemme 3 gekoppelt. Weiterhin ist ein in der von dem Strahlerelement 1 begrenzten Fläche verlaufendes, viertes Leitungselement 9 vorgesehen, das mittels einer vierten Verbindungsleitung 11 an die erste Anschlussklemme 2 gekoppelt ist. Das dritte Leitungselement 8 und das vierte Leitungselement 9 sind gleich lang und verlaufen parallel zueinander. Die Länge des dritten Leitungselements 8 und des vierten Leitungselements 9 ist auf ein ganzzahliges Vielfaches eines Viertels einer Wellenlänge abgestimmt, die zu einer zweiten Sperrfrequenz f_s2 korrespondiert. Die zweite Sperrfrequenz f_s2 unterscheidet sich von der ersten Sperrfrequenz f_s1 und der Nutzfrequenz f_N. Das dritte Leitungselement 8 und das vierte Leitungselement 9 bilden zusammen die zweite Leiterstruktur. Dabei ist die zweite Leiterstruktur derart angeordnet, dass sie nicht mit ihrem elektromagnetisches Feld an das Strahlerelement und die aus dem ersten Leitungselement 4 und dem zweiten Leitungselement 5 gebildete Leiterstruktur koppelt. Sie ist also von beiden hinreichend beabstandet.
Die zweite Sperrfrequenz f_s2 ist vorzugsweise derart gewählt, dass sie einer weiteren Sendefrequenz eines benachbarten Funksystems entspricht.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Antennenstruktur mit einer mäanderförmigen Leiterstruktur. Die dargestellte Antennenstruktur unterscheidet sich von 1 darin, dass das erste Leitungselement 4 und das zweite Leitungselement 5 mäanderförmig und parallel zueinander innerhalb der von dem Strahlerelement 1 begrenzten Fläche verlaufen. Das erste Leitungselement 4 und das zweite Leitungselement 5 können so eine Länge haben, die größer als die laterale Ausdehnung des Strahlerelementes 1 ist. Dadurch kann die Leiterstruktur eine größere mechanische Länge als das Strahlerelement 1 aufweisen. Die erste Sperrfrequenz f_s1 ist kleiner als die Nutzfrequenz f_N.
Es sind weitere, die Ausdehnung der Leiterstruktur verringernde Maßnahme denkbar, wie beispielsweise ein Verlauf des ersten Leitungselements 4 und des zweiten Leitungselements 5 in Form einer fraktalen Kurve, um eine Sperrwirkung auf einer gegenüber der Nutzfrequenz f_N kleinen Sperrfrequenz f_s1 zu ermöglichen.
4 zeigt eine erfindungsgemäße Antennenstruktur mit einem als Faltdipol in Winkelform ausgeführten Strahlerelement 1.
Die dargestellte Antennenstruktur unterscheidet sich von 1 darin, dass das Strahlerelement 1 als symmetrischer Winkelfaltdipol ausgeführt ist. Entsprechend ist der Verlauf des ersten Leitungselements 4 und des zweiten Leitungselements 5 winkelförmig innerhalb der von dem Strahlerelement 1 begrenzten Fläche ausgelegt. Die Antennenstruktur ist zudem mittels der ersten Anschlussklemme 2 und der zweiten Anschlussklemme 3 an eine Sende-Empfangsstufe 13 gekoppelt. Die Sende-Empfangsstufe 13 weist differentielle Ein- bzw. Ausgänge auf.
In einer möglichen Ausführungsform ist die Sende-Empfangsstufe 13 ein integriertes Halbleiterbauelement, während die Antennenstruktur in gedruckter Form auf einer Leiterplatte ausgeführt ist. So können vorteilhafterweise die Sende-Empfangsstufe 13 und die Antennenstruktur auf der gleichen Leiterplatte angeordnet werden. Denkbar ist es zudem, die Leiterplatte mit der Antennenstruktur und die Sende-Empfangstufe 13 mit einem gemeinsamen Gehäuse zu versehen. Ein gesondertes Gehäuse für das integrierte Halbleiterbauelement ist somit nicht erforderlich.
In einer zweiten möglichen Ausführungsform ist die Antennenstruktur zusammen mit der Sende-Empfangsschaltung in einem integrierten Halbleiterbauelement ausgeführt. Der Herstellungsprozess kann so auf den Herstellungsprozess eines integrierten Halbleiterbauteils beschränkt werden.
In diesem Dokument sind die folgenden Veröffentlichungen zitiert:

[1] Rothammel, K.: Antennenbuch; Kap. 6; ”Anpassungs- und Transformationsglieder”; Telekosmos-Verlag; Franck'sche Verlagshandlung, Stuttgart 1981; S. 108–123;
[2] WO 2004042868 A1 ;
[3] Preliminary Product Overview; ”PBA 31307 Singlestone”, Infineon Technologies WS Sweden AB; Kista 2004;
[4] AU 7 004 187 A .

Claims

Antennenstruktur zum Senden und/oder Empfangen von Funkwellen mit: – einem symmetrischen und auf eine Nutzfrequenz eines ersten Funksystems abgestimmten Strahlerelement (1) mit einer ersten Anschlussklemme (2) und einer zweiten Anschlussklemme (3), und – wenigstens einer parallel zum Strahlerelement geschalteten Leiterstruktur mit einem an die erste Anschlussklemme (2) gekoppelten, in Leerlauf geschalteten, ersten Leitungselement (4) und einem an die zweite Anschlussklemme (3) gekoppelten, in Leerlauf geschalteten, zweiten Leitungselement (5), dadurch gekennzeichnet, dass das erste Leitungselement (4) und das zweite Leitungselement (5) gleich lang sind und die Länge des ersten Leitungselements (4) und des zweiten Leitungselements (5) dem ganzzahligen Vielfachen eines Viertels einer zu einer Sperrfrequenz korrespondierenden Wellenlänge entspricht, wobei das erste Leitungselement (4) und das zweite Leitungselement (5) sich in die gleiche Richtung erstrecken und einander entlang ihrer Erstreckungsrichtung gegenüberliegend zueinander parallel verlaufend angeordnet sind, wobei die Sperrfrequenz von der Nutzfrequenz verschieden ist.
Antennenstruktur gemäß Anspruch 1 mit wenigstens einer weiteren, parallel zum Strahlerelement (1) geschalteten, zweiten Leiterstruktur mit einem an die erste Anschlussklemme (2) gekoppelten, in Leerlauf geschalteten, dritten Leitungselement (8) und einem an die zweite Anschlussklemme (3) gekoppelten, in Leerlauf geschalteten, vierten Leitungselement (9), wobei das dritte Leitungselement (8) und das vierte Leitungselement (9) gleich lang sind und die Länge des dritten Leitungselements (8) und des vierten Leitungselements (9) im wesentlichen dem ganzzahligen Vielfachen eines Viertels einer zu einer von der Sperrfrequenz verschiedenen zweiten Sperrfrequenz korrespondierenden Wellenlänge entspricht.
Antennenstruktur gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Strahlerelement (1) als Faltdipol ausgeführt ist.
Antennenstruktur gemäß Anspruch 3, wobei das Strahlerelement (1) als Faltdipol in Winkelform ausgeführt ist.
Antennenstruktur gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Strahlerelement (1) als eine symmetrische Rahmenantenne mit einer geschlossenen Umrandung ausgeführt ist.
Antennenstruktur gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Strahlerelement (1) als eine annähernd fraktale Struktur ausgeführt ist, welche durch endlich viele, ein Teil-Fraktal generierende Iterationsschritte erzeugt ist.
Antennenstruktur gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Strahlerelement (1) als Leitung in Mäanderform ausgeführt ist.
Antennenstruktur gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leiterstruktur als eine annähernd fraktale Struktur ausgeführt ist, welche durch endlich viele, ein Teil-Fraktal generierende Iterationsschritte erzeugt ist.
Antennenstruktur gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leiterstruktur als parallel verlaufendes erstes Leitungselement (4) und zweites Leitungselements (5) in Mäanderform ausgeführt ist.
Antennenstruktur gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leiterstruktur innerhalb einer durch das Strahlerelement (1) begrenzten Fläche angeordnet ist.
Antennenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Leiterstruktur außerhalb einer durch das Strahlerelement (1) begrenzten Fläche angeordnet ist.
Antennenstruktur gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Strahlerelement (1) als symmetrischer Faltdipol ausgeführt ist und einen Anschluss (12) zum Einspeisen einer Gleichspannung in das Strahlerelement (1) aufweist, wobei der Anschluss (12) an einen kalten Punkt des Strahlerelements (1) gekoppelt ist.
Antennenstruktur gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Antennenstruktur in einem Gehäuse eines Halbleiterbauelements integriert ist.
Antennenstruktur gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 12, wobei die Antennenstruktur in gedruckter Form auf einer Leiterplatte ausgeführt ist.
Antennenstruktur gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sperrfrequenz einer von der Nutzfrequenz verschiedenen Sendefrequenz eines zweiten Funksystems entspricht.