DE102011000043A1 - Antennen-Modul und Antennen-Baueinheit davon - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird eine Antennen-Baueinheit (100). Die Antennen-Baueinheit enthält ein erstes Substrat (110), eine erste leitende Schicht (130), eine zweite leitende Schicht (140), eine Vielzahl von leitenden Durchkontaktierungen (150), einen Versorgungsleiter (160) und eine Platte (170). Das erste Substrat enthält eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, wobei die erste Oberfläche der zweiten Oberfläche gegenüberliegt. Die erste leitende Schicht ist auf der ersten Oberfläche angeordnet. Die zweite leitende Schicht ist auf der zweiten Oberfläche angeordnet, wobei eine Öffnung (141) auf der zweiten leitenden Schicht ausgebildet ist und wobei die Öffnung einen Öffnungsrand (142) aufweist. Die leitenden Durchkontaktierungen sind in dem ersten Substrat ausgebildet und verbinden die erste leitende Schicht mit der zweiten leitenden Schicht, wobei die leitenden Durchkontaktierungen (150) die Öffnung (141) umgeben, um einen Hohlraum auszubilden. Der Versorgungsleiter (160) erstreckt sich oberhalb der Öffnung, um ein drahtloses Signal in die Antennen-Baueinheit einzuspeisen. Die Platte (170) ist oberhalb der Öffnung angeordnet und von dem Versorgungsleiter getrennt.
Description
- HINTERGRUNG DER ERFINDUNG
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antennen-Modul und betrifft insbesondere ein Antennen-Modul und eine Hohlraum-gestützte gestapelte Planar-Antennen-Baueinheit davon.
- BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
- Die
1 zeigt eine herkömmliche Antenne1 aufweisend ein Antennen-Substrat10 , ein Versorgungs-Substrat20 , eine Microstrip-Platte bzw. Patch30 , eine Grundplatte40 und eine Microstrip-Versorgungsleitung50 . Das Antennen-Substrat10 weist eine erste Oberfläche11 und eine zweite Oberfläche12 auf. Das Versorgungs-Substrat20 weist eine dritte Oberfläche21 und eine vierte Oberfläche22 auf. Die Microstrip-Platte30 ist auf der ersten Oberfläche11 angeordnet. Die Grundplatte40 ist auf der dritten Oberfläche21 angeordnet. Die zweite Oberfläche12 ist auf der Grundplatte40 verbunden. Eine Koppel-Öffnung41 ist auf der Grundplatte40 ausgebildet. Die Microstrip-Versorgungsleitung50 ist auf der vierten Oberfläche22 angeordnet. Die Microstrip-Versorgungsleitung50 speist drahtlose Signale über die Kupplungs-Öffnung41 in die Microstrip-Platte30 . Herkömmliche Antennen haben typischerweise geringe Bandbreiten, beachtliche Rückstrahlung und unerwünschte Oberflächen-Wellen-Abstrahlungs-Probleme. - KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Vorgeschlagen wird eine Antennen-Baueinheit. Die Antennen-Baueinheit enthält ein erstes Substrat, eine erste leitende Schicht, eine zweite leitende Schicht, eine Vielzahl von leitenden Durchkontaktierungen, einen Versorgungsleiter und eine Platte bzw. Patch. Das erste Substrat enthält eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, wobei die erste Oberfläche der zweiten Oberfläche gegenüberliegt. Die erste leitende Schicht ist auf der ersten Oberfläche angeordnet. Die zweite leitende Schicht ist auf der zweiten Oberfläche angeordnet, wobei eine Öffnung auf der zweiten leitenden Schicht ausgebildet ist, und wobei die Öffnung einen Öffnungsrand aufweist. Die leitenden Durchkontaktierungen sind in dem ersten Substrat ausgebildet und verbinden die erste leitende Schicht mit der zweiten leitenden Schicht, wobei die leitenden Durchkontaktierungen die Öffnung umgeben, um einen Hohlraum auszubilden. Der Versorgungsleiter erstreckt sich oberhalb der Öffnung, um ein drahtloses Signal in die Antennen-Baueinheit einzuspeisen. Die Platte ist oberhalb der Öffnung angeordnet und von dem Versorgungsleiter getrennt.
- Bei Verwendung der Antennen-Baueinheit nach der Ausführungsform der Erfindung wird ein elektrisches Feld E zwischen der Platte, dem Versorgungsleiter und dem Öffnungsrand der zweiten leitenden Schicht ausgebildet, um die schrägen bzw. schiefwinkligen Resonanz-Richtungen zu verbessern. Mittels der schrägen Resonanz-Richtungen weist die Antennen-Baueinheit des Ausführungsbeispiels der Erfindung eine größere Bandbreite auf. Außerdem kann die Antennen-Baueinheit oder das Antennen-Array-Modul der Ausführungsbeispiele der Erfindung einfach in Massen produziert werden durch standardisierte kostengünstige PCB-Prozesse.
- Eine detaillierte Beschreibung wird in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme der beiliegenden Zeichnungen gegeben.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Die vorliegende Erfindung kann eingehender durch Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und Beispiele verstanden werden, wobei Bezug genommen wird auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen:
-
1 eine herkömmliche Antenne zeigt; -
2 eine Antennen-Baueinheit eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt; -
3 eine Querschnittsansicht entlang der Richtung III-III nach2 darstellt; -
4 eine Aufsicht der Antennen-Baueinheit darstellt; -
5 die Eingangs-Impedanz (S11) der Antennen-Baueinheit zeigt; -
6a die E- und H-Ebenen-Antennen-Muster bei 57 GHz der Antennen-Baueinheit darstellt; -
6b die geringere Rückstrahl-Charakteristik bei 57 GHz der Antennen-Baueinheit darstellt; -
7a die E- und H-Ebenen-Antennen-Muster bei 66 GHz der Antennen-Baueinheit darstellt; -
7b die geringe Rückstrahl-Charakteristik bei 66 GHz der Antennen-Baueinheit darstellt; und -
8 ein Antennen-Array-Modul nach einer Ausfürungsform der Erfindung darstellt. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Die nachfolgende Beschreibung entspricht der geeignetsten Weise zur Ausführung der Erfindung. Diese Beschreibung dient dem Zwecke der Veranschaulichung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung und soll nicht in einem beschränkenden Sinne verstanden werden. Der Schutzumfang der Erfindung wird bestens durch die Bezugnahme auf die beiliegenden Ansprüche bestimmt.
- Die
2 zeigt eine Antennen-Baueinheit100 nach einer Ausführungsform der Erfindung. Die Antennen-Baueinheit100 enthält ein erstes Substrat110 , ein zweites Substrat120 , eine erste leitende Schicht130 , eine zweite leitende Schicht140 , eine Vielzahl von leitenden Durchkontaktierungen150 , einen Versorgungsleiter160 und eine Platte170 . Das erste Substrat110 enthält eine erste Oberfläche111 und eine zweite Oberfläche112 , wobei die erste Oberfläche111 der zweiten Oberfläche112 gegenüberliegt. Das zweite Substrat120 enthält eine dritte Oberfläche121 und eine vierte Oberfläche122 , wobei die dritte Oberfläche121 der vierten Oberfläche122 gegenüberliegt. Die erste leitende Schicht130 ist auf der ersten Oberfläche111 angeordnet. Die zweite leitende Schicht140 ist auf der zweiten Oberfläche112 angeordnet, wobei eine Öffnung141 auf der zweiten leitenden Schicht140 ausgebildet ist und wobei die Öffnung141 einen Öffnungsrand142 aufweist. Die leitenden Durchkontaktierungen150 sind in dem ersten Substrat110 ausgebildet und verbinden die erste leitende Schicht130 mit der zweiten leitenden Schicht140 , wobei die leitenden Durchkontaktierungen150 die Öffnung141 umgeben bzw. umschließen, um einen Hohlraum151 eine Aussparung auszubilden. Der Hohlraum151 durch die leitenden Durchkontaktierungen150 und die erste leitende Schicht130 ausgebildet. Der Versorgungsleiter130 erstreckt sich oberhalb der Öffnung141 , um ein drahtloses Signal in die Antennen-Baueinheit100 einzuspeisen. Die Platte170 bzw. das Patch ist oberhalb der Öffnung141 angeordnet und von dem Versorgungsleiter160 getrennt. In diesem Ausführungsbeispiel entsprechen die erste leitende Schicht130 und die zweite leitende Schicht140 Grundpotential-Schichten. -
3 entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Richtung III-III nach2 . Wie in3 gezeigt, ist die Platte130 auf der vierten Oberfläche120 angeordnet und die dritte Oberfläche121 kontaktiert die zweite leitende Schicht140 . In diesem Ausführungsbeispiel ist der Versorgungsleiter160 in dem zweiten Substrat120 eingebettet. -
3 ist eine Draufsicht der Antennen-Baueinheit100 . Der Versorgungsleiter160 ist T-förmig und enthält einen ersten Abschnitt161 und einen zweiten Abschnitt162 , wobei ein Ende des zweiten Abschnitts162 mit dem ersten Abschnitt161 verbunden ist. Die Platte bzw. das Patch170 ist rechteckförmig und weist eine Hauptachse171 auf, und der erste Abschnitt161 des Versorgungsleiters160 ist parallel zur Hauptachse171 angeordnet. Die Öffnung141 ist rechteckig. Ein Zwischenraum bzw. Abstand d1 zwischen dem ersten Abschnitt161 und der Platte170 beträgt etwa 0,15 λ, und wobei λ einer Wellenlänge des drahtlosen Signales entspricht. Bei Änderung des Abstandes d1 oder der Weite der Öffnung141 , die parallel zur Achse171 liegt, kann die Impedanz-Anpassung modifiziert werden. Durch Ändern der Länge der Öffnung141 , welche senkrecht zur Achse171 liegt, kann die resonierende Mittenfrequenz der Antenne verschoben werden. Bei Ändern des Abstandes zwischen der Platte170 und dem Öffnungsrand142 kann die Bandbreite der Antennen-Baueinheit modifiziert werden. Weiter bezugnehmend auf3 beträgt eine Höhe h zwischen der ersten leitenden Schicht130 und der zweiten leitenden Schicht140 etwa 0,25 λ. Eine Lücke g zwischen jeweils zwei leitenden Durchkontaktierungen ist so gestaltet, dass sie kleiner als λ/8 ist. Die Höhe h und die Lücke g können auch modifiziert werden. - Mit Bezug auf
3 wird ein elektrisches Feld Ē zwischen der Platte170 und dem Öffnungsrand142 ausgebildet, wobei das elektrische Feld Ē eine schräge Resonanz-Richtung relativ zu der zweiten leitenden Schicht140 aufweist. Mit der schrägen Resonanz-Richtung weist die Antennen-Baueinheit des Ausführungsbeispiels der Erfindung eine breitere Bandbreite auf. Die5 zeigt die Eingangsanpassung (S11) der Antennen-Baueinheit100 , wobei die Antennen-Baueinheit100 eine ultraweite fraktionale Bandbreite aufweist, die nahe bei 25% liegt. Die6a zeigt die E- und H-Ebenen-Antennen-Muster bei 57 GHz der Antennen-Baueinheit100 . Die6 zeigt die geringe Rückstrahlungs-Charakteristik bei 57 GHz der Antennen-Baueinheit100 . Die7a zeigt die E- und H-Ebenen-Antennen-Muster bei 66 GHz der Antennen-Baueinheit100 . Die7b zeigt die geringe Rückstrahlungs-Charakteristik bei 66 GHz der Antennen-Baueinheit100 . Wie in den6a ,6b ,7a und7b gezeigt, erreicht die Antennen-Baueinheit der Erfindung eine Spitzenverstärkung, die größer als 6 dBi ist. - In dem obigen Ausführungsbeispiel sind der Hohlraum
151 und die Öffnung141 rechteckförmig. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Der rechteckige Hohlraum151 und die Öffnung141 können auch durch runde, elliptische oder andere Öffnungsformen implementiert werden. - In dem obigen Ausführungsbeispiel ist der Versorgungsleiter
160 T-förmig. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Der Versorgungsleiter160 ist hier in dem zweiten Substrat120 in Strip-Line-Struktur eingebettet. Jedoch ist die Erfindung dadurch nicht beschränkt und andere Übertragungs-Leitungs-Strukturen können implementiert werden. Außerdem kann auch die Ausdehnungs-Richtung oder -Form des zweiten Abschnittes162 modifiziert werden. - In dem obigen Beispiel ist die Platte
170 auf der vierten Oberfläche122 angeordnet. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die Platte170 bzw. das Patsch und der Versorgungsleiter160 können auch auf derselben Ebene angeordnet sein. Beispielsweise können beide, die Platte170 und der Versorgungsleiter160 , auf der vierten Oberfläche122 angeordnet sein. Oder die Platte170 kann auf der dritten Oberfläche121 angeordnet sein und der Versorgungsleiter161 kann auf der vierten Oberfläche122 platziert sein. - Die
8 zeigt ein Antennen-Array-Modul200 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Antennen-Baueinheiten120 nach der Ausführungsform der Erfindung auf einem selben ersten Substrat110 , zweiten Substrat120 , ersten leitenden Schicht130 und zweiten leitenden Schicht140 ausgebildet sind. Das Antennen-Array-Modul200 des Ausführungsbeispiels der Erfindung stellt eine verbesserte Isolation zwischen den Antennen-Baueinheiten120 bereit (größer als 15 dB). In diesem Ausführungsbeispiel betragen die Abstände zwischen den Antennen-Baueinheiten nahezu 0,5 λ. Die Antennen-Baueinheit100 oder das Antennen-Array-Modul200 der Ausführungsform der Erfindung können leicht in Massen produziert werden durch einen standardisierten kostengünstigen PCB-Prozess. - Die Verwendung der Ordnungsbegriffe wie etwa „erster”, „zweiter”, „dritter” usw. in den Ansprüchen, um ein Anspruchselement zu modifizieren, bedeutet für sich genommen keine Priorisierung, Bevorzugung oder Rangfolge eines der Anspruchselemente gegenüber anderen oder die zeitliche Zuordnung, in welcher Schritte eines Verfahrens durchgeführt werden, sondern sind lediglich als Markierungszeichen verwendet, um ein Anspruchselement, das einen bestimmten Namen aufweist, von einem anderen Anspruchselement zu unterscheiden, das denselben Namen aufweist (aber zum Zwecke der Ordnungsbezeichnung), um die Anspruchselemente zu unterscheiden.
- Während die Erfindung im Wege von Beispielen und anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Im Gegenteil ist es beabsichtigt, verschiedene Modifikationen und ähnliche Anordnungen abzudecken (so wie sie dem Fachmann einleuchten). Deshalb soll dem Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche die breiteste Interpretation zukommen, um somit alle diese Modifikationen und ähnlichen Anordnungen mit zu umfassen.
Claims (20)
- Antennen-Baueinheit (
100 ) umfassend: ein erstes Substrat (110 ) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei die erste Oberfläche der zweiten Oberfläche gegenüberliegt; eine erste leitende Schicht (130 ), die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist; und eine zweite leitende Schicht (140 ), die auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist, wobei eine Öffnung (141 ) auf der zweiten leitenden Schicht ausgebildet ist und wobei die Öffnung einen Öffnungsrand (142 ) aufweist; eine Vielzahl von leitenden Durchkontaktierungen (150 ), die in dem ersten Substrat ausgebildet sind und die erste leitende Schicht mit der zweiten leitenden Schicht verbinden, wobei die leitenden Durchkontaktierungen die Öffnung umgeben, um einen Hohlraum auszubilden; einen Versorgungsleiter (160 ), der sich oberhalb der Öffnung erstreckt, um ein drahtloses Signal in die Antennen-Baueinheit einzuspeisen; und eine Platte (170 ), die oberhalb der Öffnung angeordnet und getrennt von dem Versorgungsleiter ist. - Antennen-Baueinheit nach Anspruch 1, wobei ein elektrisches Feld zwischen der Platte (
170 ), dem Versorgungsleiter (160 ) und dem Öffnungsrand (142 ) ausgebildet ist, um die schrägen Resonanz-Richtungen relativ zur zweiten leitfähigen Schicht zu verbessern. - Antennen-Baueinheit nach Anspruch 1 weiterhin umfassend ein zweites Substrat (
120 ), wobei das zweite Substrat eine dritte Oberfläche und eine vierte Oberfläche aufweist, wobei die dritte Oberfläche der vierten Oberfläche gegenüberliegt, wobei die Platte (170 ) auf der vierten Oberfläche angeordnet ist und die dritte Oberfläche die zweite leitende Schicht berührt. - Antennen-Baueinheit nach Anspruch 3, wobei der Versorgungsleiter (
160 ) in dem zweiten Substrat (120 ) eingebettet ist. - Antennen-Baueinheit nach Anspruch 3, wobei der Versorgungsleiter (
160 ) auf der vierten Oberfläche angeordnet ist. - Antennen-Baueinheit nach Anspruch 1, wobei der Versorgungsleiter (
160 ) T-förmig ist und der Versorgungsleiter einen ersten Abschnitt (161 ) und einen zweiten Abschnitt (162 ) aufweist, und wobei ein Ende des zweiten Abschnitts mit dem ersten Abschnitt verbunden ist. - Antennen-Baueinheit nach Anspruch 6, wobei die Platte (
170 ) rechteckig ist, wobei die Platte eine Hauptachse aufweist, und wobei der erste Abschnitt der Versorgungsleitung (160 ) parallel zur Hauptachse liegt. - Antennen-Baueinheit nach Anspruch 7, wobei ein Abstand (d1) zwischen dem ersten Abschnitt und der Platte etwa 0,15 λ beträgt, und wobei λ der Wellenlänge des drahtlosen Signals entspricht.
- Antennen-Baueinheit nach Anspruch 1, wobei die Öffnung (
141 ) rechteckig ist, und wobei die Platte rechteckig ist. - Antennen-Baueinheit nach Anspruch 1, wobei eine Höhe (h) zwischen der ersten leitenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht etwa 0,25 λ beträgt, und wobei λ der Wellenlänge des drahtlosen Signals entspricht.
- Antennen-Baueinheit nach Anspruch 1, wobei ein Spalt (g) zwischen jeweils zwei leitenden Durchkontaktierungen kleiner als λ/8 ausgestaltet ist, und wobei λ der Wellenlänge des drahtlosen Signals entspricht.
- Antennen-Baueinheit nach Anspruch 1, wobei die erste leitende Schicht und die zweite leitende Schicht Grundpotential-Schichten sind.
- Antennen-Array-Modul (
200 ) umfassend: ein erstes Substrat (140 ) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei die erste Oberfläche der zweiten Oberfläche gegenüberliegt; eine erste leitende Schicht (130 ), die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist; eine zweite leitende Schicht (140 ), die auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist; und eine Vielzahl von Antennen-Baueinheiten (100 ), wobei die Antennen-Baueinheiten in einer Matrix angeordnet sind, und wobei jede Antennen-Baueinheit aufweist: eine Öffnung (141 ), die auf der zweiten leitenden Schicht ausgebildet ist, wobei die Öffnung einen Öffnungsrand aufweist; eine Vielzahl von leitenden Durchkontaktierungen (150 ), die in dem ersten Substrat ausgebildet sind und die erste leitende Schicht mit der zweiten leitenden Schicht verbinden, wobei die leitenden Durchkontaktierungen die Öffnung umschließen, um einen Hohlraum auszubilden; einen Versorgungsleiter (160 ), der sich oberhalb der Öffnung erstreckt, um ein drahtloses Signal in das Antennen-Baueinheit einzuspeisen; und ein Platte (170 ), die oberhalb der Öffnung angeordnet und getrennt von dem Versorgungsleiter ist. - Antennen-Array-Modul nach Anspruch 13 weiterhin umfassend ein zweites Substrat (
120 ), wobei das zweite Substrat eine dritte Oberfläche und eine vierte Oberfläche aufweist, wobei die dritte Oberfläche der vierten Oberfläche gegenüberliegt, wobei die Platte (170 ) einer jeden Antennen-Baueinheit auf der vierten Oberfläche angeordnet ist, und wobei die dritte Oberfläche die zweite leitende Schicht berührt. - Antennen-Array-Modul nach Anspruch 14, wobei der Versorgungsleiter (
160 ) einer jeden Antennen-Baueinheit in dem zweiten Substrat eingebettet ist. - Antennen-Array-Modul nach Anspruch 13, wobei der Versorgungsleiter (
160 ) einer jeden Antennen-Baueinheit T-förmig ist, und wobei der Versorgungsleiter einer jeden Antennen-Baueinheit einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, und wobei ein Ende des zweiten Abschnitts mit dem ersten Abschnitt verbunden ist. - Antennen-Array-Modul nach Anspruch 16, wobei die Platte (
170 ) einer jeden Antennen-Baueinheit rechteckig ist, wobei die Platte einer jeden Antennen-Baueinheit eine Hauptachse aufweist, und wobei der erste Abschnitt der Versorgungsleitung einer jeden Antennen-Baueinheit parallel zur Hauptachse liegt. - Antennen-Array-Modul nach Anspruch 13, wobei die Öffnung (
141 ) einer jeden Antennen-Baueinheit rechteckig ist, und wobei die Platte (170 ) einer jeden Antennen-Baueinheit rechteckig ist. - Antennen-Array-Modul nach Anspruch 13, wobei die erste leitende Schicht (
130 ) und die zweite leitende Schicht (140 ) Grundpotential-Schichten sind. - Antennen-Baueinheit umfassend: ein erstes Substrat (
110 ) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei die erste Oberfläche der zweiten Oberfläche gegenüberliegt; eine leitende Schicht (140 ), die auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist, wobei eine Öffnung (141 ) auf der leitenden Schicht ausgebildet ist; einen leitenden Hohlraum, der in dem ersten Substrat ausgebildet ist und die Öffnung (141 ) umschließt, wobei der leitende Hohlraum elektrisch mit der leitenden Schicht verbunden ist; einen Versorgungsleiter (160 ), der sich oberhalb der Öffnung erstreckt, um ein drahtloses Signal in die Antennen-Baueinheit einzuspeisen; und eine Platte (170 ), die oberhalb der Öffnung angeordnet und getrennt von dem Versorgungsleiter ist.
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