DE102019214126A1 - Antennenvorrichtung und Fahrzeug aufweisend eine Antennenvorrichtung - Google Patents

Antennenvorrichtung und Fahrzeug aufweisend eine Antennenvorrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung (1), aufweisend zumindest zwei Antennen (2), eingerichtet zum Aussenden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen, und eine Leiterplatteneinrichtung (3), umfassend zumindest eine Substratschicht (6), auf der ein Integrierter Schaltkreis (5) zur Steuerung der zumindest zwei Antennen (2) angeordnet ist. Die Erfindung sieht vor, dass die Antennen (2) auf derselben Leiterplatteneinrichtung (3) angeordnet sind, und die Leiterplatteneinrichtung (3) zumindest eine Entkopplungseinrichtung (10) aufweist, durch welche ein Oberflächenanteil der elektromagnetischen Wellen in der Leiterplatteneinrichtung (3) zumindest in einem Bereich des integrierten Schaltkreises (5) reduziert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung und ein Fahrzeug, dass die Antennenvorrichtung aufweist.
  • Zur Reduzierung der Abmessungen von Antennenvorrichtungen, ist es verbreitet, mehrere Antennen auf einer Seite einer Leiterplatteneinrichtung anzuordnen. Bei diesen Antennen kann es sich beispielsweise um Monopolantennen oder Patchantennen handeln. Die Antennen können während des Betriebs jeweilige elektromagnetische Wellen aussenden bzw. empfangen. Ein Teil der jeweiligen elektromagnetischen Wellen wird, wie gewünscht, in den Raum abgestrahlt. Insbesondere bei Antennen auf Leiterplatten, welche dielektrische Substratschichten und leitende Schichten aufweisen, wird ein Teil der elektromagnetischen Wellen entlang von Grenzflächen als Oberflächenwellen oder Volumenwellen entlang oder innerhalb der Leiterplatte geleitet und tritt als unerwünschte Verkopplung zwischen den Antennen in Erscheinung. Diese Verkopplung beeinflusst die Antennenperformance im Allgemeinen negativ und verschlechtert das Signal-Störverhältnis bzw. die möglichen Übertragungsraten im Falle von Multiple-in/ Multiple out (MIMO) Übertragungsverfahren, wie sie Im Falle der aktuellen 5G-Mobilfunktechnologie angewandt werden.
  • Diese parasitären Verkopplungen können integrierte Schaltkreise auf der Leiterplatte beeinflussen oder beschädigen. Dies ließe sich durch eine Einhaltung vorbestimmter Mindestabstände zwischen dem integrierten Schaltkreis und der Antenne vermeiden. Die parasitären Verkopplungen hätten bei einer Einhaltung des Mindestabstands im Bereich des integrierten Schaltkreises eine Intensität, welche den integrierten Schaltkreises nicht beeinflussen oder beschädigen würde. Bei RF-Modulen, welche integrierte Schaltkreise zur Ansteuerung der jeweiligen Antenne aufweisen, ergibt sich jedoch die Problematik, dass eine Möglichkeit der räumlichen Trennung zwischen dem integrierten Schaltkreis und der Antenne bzw. zwischen den Antennen beschränkt ist. Dies ist auf die Dämpfung der durch den integrierten Schaltkreis bereitgestellten Signale zurückzuführen. Die Dämpfung übersteigt ab einer bestimmten Länge ein Ausmaß, das eine Ansteuerung der Antenne verhindert. Diese Länge ist im Allgemeinen kürzer als der erforderliche Mindestabstand, um eine Beeinflussung des integrierten Schaltkreises durch die parasitären Verkopplungen auszuschließen.
  • Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine bessere Entkopplung zwischen integrierten Schaltkreisen und/oder Antennen, die eng platziert werden müssen, zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren.
  • Die Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung, die zumindest zwei Antennen zum Aussenden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen aufweist. Die Antennenvorrichtung weist eine Leiterplatteneinrichtung auf, die zumindest eine Substratschicht aufweist, auf der ein integrierter Schaltkreis und/oder aktive und/oder passive Hochfrequenzbaugruppen oder Antennen angeordnet sind. Mit anderen Worten weist die Antennenvorrichtung die Leiterplatteneinrichtung auf, auf welcher der integrierte Schaltkreis und/oder aktive oder passive Hochfrequenzbaugruppen angeordnet sind. Die Hochfrequenzbaugruppen können beispielsweise Frequenzmischer, Filter oder Verstärker umfassen. Die aktiven oder passiven Hochfrequenzbaugruppen sind dazu eingerichtet, dass Aussenden und/oder Empfangen der elektromagnetischen Wellen über die zumindest zwei Antennen zu steuern. Es ist vorgesehen, dass die Antennen auf derselben Leiterplatteneinrichtung angeordnet sind, auf der sich der integrierte Schaltkreis und/oder die aktiven oder passiven Hochfrequenzbaugruppen befinden. Mit anderen Worten befinden sich die zumindest zwei Antennen und der integrierte Schaltkreis und/oder die aktiven oder passiven Hochfrequenzbaugruppen auf der Leiterplatteneinrichtung der Antennenvorrichtung. Es kann vorgesehen sein, dass die Antennen jeweils als Patchantennen ausgebildet sind, welche auf das Substrat aufgetragen oder gelötet sind. Der integrierte Schaltkreis beziehungsweise die aktiven oder passiven Hochfrequenzbaugruppen können auf das Substrat aufgetragen oder gelötet sein. Die Leiterplatteneinrichtung weist zumindest eine Entkopplungseinrichtung auf, durch welche ein Oberflächenanteil der elektromagnetischen Wellen in der Leiterplatteneinrichtung zumindest in einem Bereich des integrierten Schaltkreises reduziert ist. Mit anderen Worten ist die Entkopplungseinrichtung dazu eingerichtet, parasitäre Verkopplungen der von den Antennen ausgestrahlten elektromagnetischen Wellen derart zu beeinflussen, dass zumindest in dem Bereich der Antennenvorrichtung, in dem sich der integrierte Schaltkreises befindet, die parasitären Verkopplungen reduziert sind. Es kann sich beispielsweise bei der Entkopplungseinrichtung um Elemente handeln, welche die elektromagnetischen parasitären Verkopplungen dämpfen.
  • Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass Signalstörungen, hervorgerufen durch parasitäre Verkopplungen reduziert werden und somit ein räumlicher Abstand zwischen den Antennen beziehungsweise den aktiven und/oder passiven Hochfrequenzbaugruppen und/oder dem integrierten Schaltkreis reduziert werden kann.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Leiterplatteneinrichtung zwei Leiterschichten aufweist, die auf gegenüberliegenden Flächen der zumindest einen Substratschicht aufgetragen sind. Mit anderen Worten weist die Leiterplatteneinrichtung eine beidseitig beschichtete Substratschicht auf, wobei auf den beiden Seiten jeweils eine elektrisch leitende Lage angeordnet ist. Eine jeweilige elektrisch leitende Lage kann beispielsweise eine strukturierte Schicht aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium aufweisen, welche auf der Substratschicht aufgetragen ist. Die Leiterplatteneinrichtung kann somit beispielsweise als sogenannte Two-Layer-PCB oder Bilayer-PCB eingerichtet sein.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Leiterplatteneinrichtung zumindest zwei Substratschichten und zumindest drei Leiterschichten aufweist. Mit anderen Worten umfasst die Leiterplatteneinrichtung zumindest die zwei Substratschichten und zumindest die drei leitenden Schichten, die aufeinander angeordnet sind. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Vielzahl von Schaltungen auf verschiedenen Lagen der Leiterplatteneinrichtung angeordnet sein kann, wodurch eine kompaktere Bauweise ermöglicht wird. Die Leiterplatteneinrichtung kann beispielsweise als Multi-Layer-PCB eingerichtet sein.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Entkopplungseinrichtung eine Defektbodenstruktur aufweist. Mit anderen Worten weist die Entkopplungseinrichtung eine an ein Massepotential angeschlossene, leitende Fläche auf, wobei die leitende Fläche entlang zumindest einer ebenen Richtung in der Fläche periodische Defektbereiche aufweist, an denen Bereiche des leitenden Materials entfernt sind. Es kann sich beispielsweise um eine Lage aus Kupfer mit periodischen Lücken handeln, welche an einem Massepotenzial angeschlossen sein können. Eine solche Struktur ist beispielsweise als plane elektromagnetische Bandlückenstruktur bekannt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Entkopplungseinrichtung eine Hochimpedanzstruktur aufweist. Mit anderen Worten weist die Entkopplungseinrichtung zumindest eine regelmäßige Anordnung von Metallflächen in zumindest einer der elektrisch leitenden Lagen auf, wobei die jeweiligen Metallflächen mittels jeweiliger, normal zu den Metallflächen ausgerichteten Verbindungselemente durch eine der Substratschichten mit einer Masseschicht elektrisch leitend verbunden sind. Mit anderen Worten weist zumindest eine Substratschicht der Antennenvorrichtung auf einer Seite die Masseschicht auf. Auf einer der Masseschicht gegenüberliegenden Seite der Substratschicht befindet sich die regelmäßige Anordnung der Metallflächen, wobei die jeweiligen Metallflächen über die jeweiligen Verbindungselemente, welche durch die Substratschicht verlaufen, mit der Masseschicht elektrisch leitend verbunden sind. Die Metallflächen können dabei in Zusammenwirkung mit der Masseschicht eine elektrische Kapazität bereitstellen. Die Verbindungselemente können Induktivitäten bereitstellen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass es ermöglicht wird, durch eine Festlegung einer vorbestimmten Resonanz und einer vorbestimmten Induktivität eine Resonanz mit einer vorbestimmten Frequenz bereitzustellen. Die Frequenz kann derart gewählt werden, dass sie mit einer zu unterdrückenden Frequenz einer Oberflächenwelle oder Volumenwelle übereinstim mt.
  • Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass durch eine Festlegung einer Flächengröße der Metallflächen, eine Wahl eines Substratmaterials der Substratschicht einer vorbestimmten Dielektrizitätskonstanten und einer Wahl eines vorbestimmten Abstandes der Metallflächen von der Masseschicht, eine Kapazität der Elemente der Hochimpedanzstruktur festgelegt ist. Eine Induktivität der Elemente der Hochimpedanzstruktur kann durch eine Wahl der Abmessungen der Verbindungselemente festgelegt sein. Es kann sich bei der Hochimpedanzstruktur beispielsweise um eine sogenannte Pilzstruktur (mushroom-like electromagnetic band gap structure) handeln. Parasitäre Verkopplungen, welche die vorbestimmte Resonanzfrequenz aufweisen, können aufgrund einer erhöhten Impedanz der Strukturen im Resonanzfrequenzbereich eine Ausbreitung der parasitären Verkopplungen verringern. Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass durch eine Festsetzung vorbestimmte Resonanzfrequenzen mittels der Hochimpedanzstruktur an eine Ausbreitung von parasitären Verkopplungen der vorgebestimmten Resonanzfrequenzen vermindert werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Hochimpedanzstruktur zumindest eine Resonanzfrequenz umfasst, welche in einem Frequenzspektrum einer der Antennen liegt.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der integrierte Schaltkreis und/oder die Hochfrequenzbaugruppe von der Entkopplungseinrichtung umschlossen. Mit anderen Worten ist die Entkopplungseinrichtung derart in der Leiterplatteneinrichtung angeordnet, dass der integrierte Schaltkreis und/oder die Hochfrequenzbaugruppe in allen lateralen Richtungen durch die Entkopplungseinrichtung umschlossen ist und damit die parasitären Verkopplungen in allen Richtungen zu dem integrierte Schaltkreis und/oder zur Hochfrequenzbaugruppe abgeschwächt werden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Antennen durch die Entkopplungseinrichtung voneinander entkoppelt sind. Mit anderen Worten ist die Entkopplungseinrichtung zwischen allen Antennen angeordnet.
  • Die Erfindung umfasst auch ein Kraftfahrzeug, welches zumindest eine Antennenvorrichtung aufweist.
  • Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
  • Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
  • Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
    • 1 eine Antennenvorrichtung;
    • 2 eine weitere Antennenvorrichtung;
    • 3 eine weitere Antennenvorrichtung;
    • 4 eine weitere Antennenvorrichtung; und
    • 5 eine weitere Antennenvorrichtung.
  • Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
  • In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine Antennenvorrichtung. Die Antennenvorrichtung 1 kann zumindest zwei Antennen 2 aufweisen, welche auf einer Seite einer Leiterplatteneinrichtung 3 der Antennenvorrichtung 1 angeordnet sein können und einen Abstand zueinander aufweisen können. Die Antennen 2 können beispielsweise Monopolantennen sein, welche an einen jeweiligen Antennenanschluss 4 angeschlossen sein können. Es kann vorgesehen sein, dass die Antennen 2 durch den jeweiligen Antennenanschluss 4 gespeist werden, um elektromagnetische Wellen in einem jeweiligen Frequenzspektrum auszusenden. Es kann vorgesehen sein, dass sich die Frequenzspektren der beiden Antennen 2 überlappen oder identisch sind. Die beiden Antennen 2 können über einen integrierten Schaltkreis 5 gesteuert werden, der auf derselben Leiterplatteneinrichtung 3 angeordnet sein kann, wie die Antennen 2. Die Leiterplatteneinrichtung 3 kann zwei Substratschichten 6, welche aus einem dielektrischen Material bestehen können, aufweisen. Die beiden Substratschichten 6 können aufeinander angeordnet sein. An einer Grenzfläche zwischen den beiden Substratschichten 6 kann eine Leiterschicht 7 angeordnet sein. Auf einer der Substratschichten 6 kann auf einer, der Leiterschicht 7 gegenüberliegenden Seite, eine Masseschicht 8 angeordnet sein, wobei es sich um eine Leiterschicht handeln kann, welche an einem Massepotenzial 9 angeschlossen sein kann. Während des Betriebs können elektromagnetische Wellen durch die Antennen 2 ausgesandt werden, welche entlang einer Oberfläche oder im Volumen der Leiterplatteneinrichtung 3 verlaufende parasitäre Verkopplungen umfassen können. Dadurch können sich die Antennen 2 gegenseitig beeinflussen.
  • Um eine Beeinflussung des integrierten Schaltkreises 5 und der Antennen 3 durch parasitäre Verkopplungen zu verhindern, kann es vorgesehen sein, zumindest eine Entkopplungseinrichtung 10 bereitzustellen. Die Entkopplungseinrichtung 10 kann beispielsweise eine Hochimpedanzstruktur 11 aufweisen. Die Hochimpedanzstruktur 11 kann eine regelmäßige Anordnung von Metallflächen 12 aufweisen, die voneinander beabstandet auf einer der Leiterschichten 7 angeordnet sein können. Die Metallflächen 12 können durch Verbindungselemente 13 mit der Masseschicht 8 elektrisch leitend verbunden sein. Die Verbindungselemente 13 können normal zu der jeweiligen Metallflächen 12 ausgerichtet sein und durch eine der Substratschichten 6 verlaufen. Aus einer jeweiligen der Metallflächen 12, einem jeweiligen Verbindungselement 13 einem der jeweiligen Metallflächen gegenüberliegendem Abschnitt der Masseschicht 8 kann ein Element 14 der Hochimpedanzstruktur 11 gebildet sein. Die Hochimpedanzstruktur 11 kann derart ausgelegt sein, dass die einzelnen Elemente 14 vorbestimmte Induktivitäten und Kapazitäten aufweisen können. Dadurch können vorbestimmte Resonanzfrequenzen bereitgestellt werden, welche parasitären Verkopplungen entsprechender Frequenzen abschwächen können. Dadurch können die beiden Antennen 2 voneinander entkoppelt und der integrierte Schaltkreis abgeschirmt werden.
  • 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Antennenvorrichtung. Um die beiden Antennen 2 voneinander zu entkoppeln, kann die Antennenvorrichtung 1 die Entkopplungseinrichtung 10 aufweisen. Diese kann eine sogenannte Defektbodenstruktur 15 aufweisen, wobei es sich um eine periodische Anordnung einzelner Defekte 16 in der Masseschicht 8 handeln kann. Diese Defekte 16 können Bereiche der Masseschicht 8 sein, welche kein elektrisch leitendes Material aufweisen. Die Defekte 16 der Defektbodenstruktur 15 können derart angeordnet sein, dass parasitäre Verkopplungen bestimmter Frequenzen nicht oder vermindert entlang der Leiterplatteneinrichtung 3 geführt werden können.
  • 3 zeigt eine Ausführungsform der Antennenvorrichtung. Die Antennenvorrichtung 1 kann die Leiterplatteneinrichtung 3 aufweisen, welche als sogenannte Multilayer-PCB ausgebildet sein kann. Die Leiterplatteneinrichtung 3 kann beispielsweise drei Substratschichten 6 und vier Leiterschichten 7 aufweisen es kann vorgesehen sein, dass die Leiterplatteneinrichtung auf einer Leiterschicht 7, welche als die Masseschicht 8 eingerichtet sein kann, die Defektbodenstruktur 15 mit den Defekten 16 aufweisen kann. Auf den jeweiligen Leiterschichten 7 können unterschiedliche Bauteile oder Leiterstrukturen angeordnet sein. Somit kann der Raumbedarf der Antennenvorrichtung 1 reduziert sein.
  • 4 zeigt eine mögliche Antennenvorrichtung. Die Antennenvorrichtung 1 kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug 17 angeordnet sein und beispielsweise als eine sogenannte intelligente Antenneneinheit in einer Haifischflossenantenne des Kraftfahrzeugs 17 gestaltet sein. Die Antennenvorrichtung 1 kann die zwei Antennen 2 aufweisen, wobei es sich beispielsweise um Patchantennen handeln kann. Die Antennen 2 können auf derselben Leiterplatteneinrichtung 3 angeordnet sein, auf der auch der integrierte Schaltkreis 5, welcher zur Steuerung der Antennen 2 vorgesehen sein kann, angeordnet ist. Um eine Beeinflussung des integrierten Schaltkreises 5 durch Oberflächen- oder Volumenwellen verhindern zu können, kann es vorgesehen sein, dass der integrierte Schaltkreis 5 von der Entkopplungseinrichtung 10 umschlossen sein kann, um die parasitären Verkopplungen zumindest im Bereich des integrierten Schaltkreises zu minimieren. Dadurch können parasitären Verkopplungen, welche von den Antennen 2 ausgehen, auf dem Weg zum integrierten Schaltkreis 5 gedämpft werden, sodass eine Beeinflussung des integrierten Schaltkreises 5 durch die Parasitären Verkopplungen reduziert werden kann.
  • 5 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Antennenvorrichtung. Die Antennenvorrichtung 1 kann beispielsweise als Gruppenantenne eingerichtet sein und mehrere der Antennen 2 auf der Leiterplatteneinrichtung 3 aufweisen. Um eine gegenseitige Beeinflussung der Antennen 2 durch die parasitären Verkopplungen minimieren zu können, kann die Entkopplungseinrichtung 10 derart angeordnet sein, dass die Antennen 2 und der integrierte Schaltkreis 5 voneinander abgegrenzt werden.
  • Die Erfindung basiert auf einer Verwendung von elektromagnetischen Bandlückenstrukturen, um eine Entkopplung einzelner Antennen zu ermöglichen. Die elektromagnetischen Bandlückenstrukturen sind dabei periodische Strukturen, welche vorbestimmte kapazitive und induktive Widerstände aufweisen, sodass eine Ausbreitung elektromagnetischer Wellen bestimmter Frequenzen unterdrückt wird.
  • Eine Gestaltung elektromagnetischer Bandlückenstrukturen ist beispielsweise in den folgenden wissenschaftlichen Veröffentlichungen untersucht worden:
    • KUSHWAHA, Nagendra; KUMAR, Raj. Study of different shape electromagnetic band gap (EBG) structures for single and dual band applications. Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications, 2014, 13. Jg., Nr. 1, S. 16-30.
    • THAYSEN, Jesper; JAKOBSEN, Kaj B. Design considerations for low antenna correlation and mutual coupling reduction in multi antenna terminals. European transactions on telecommunications, 2007, 18. Jg., Nr. 3, S. 319-326.
  • Moderne Kommunikationssysteme wie 5G beinhalten den Einsatz mehrerer Antennen, welche mit ausreichender Entkopplung als Gruppenantenne (MIMO) zusammenwirken. Integrierten Antennensysteme steht ein eingeschränktes räumliches Volumen zur Verfügung. Integrierte Antennensysteme stellen mehrere Dienste bereit, die in verschiedenen Frequenzbändern arbeiten. Für ein zuverlässig arbeitendes System müssen die Beeinflussungen zwischen den verschiedenen Antennen minimiert werden. Die Entkopplung der Antennen ist ein Problem, das mit einer Vergrößerung der Antennenabstände oder der Verwendung von Antennen mit entkoppelten Abstrahlcharakteristiken gelöst werden kann.
  • Das Montagevolumen für die Anbringung der integrierten Antennensysteme ist in der Regel begrenzt und bietet keine Möglichkeit der Entkopplung durch eine Vergrößerung der Antennenabstände. Die Verwendung von Antennen, welche dekorrelierte Abstrahlmuster aufweisen, könnte eine Alternative sein, die jedoch oft aus Platz- oder Kostengründen nicht umgesetzt werden kann.
  • Die vorgeschlagene Lösung zur verbesserten Entkopplung der Antennen bezieht sich auf den Einsatz in dicht angeordneten Antennen auf zwei- oder mehrschichtigen Leiterplatten. Die Entkopplungseinrichtung kann an die kritischen Frequenzbänder angepasst werden, um die parasitären Verkopplungen dieser Frequenzen minimieren zu können. Vorteilhaft an dieser Lösung ist, dass auf derselben Leiterplatteneinrichtung zusätzliche komplexe aktive Funktionsblöcke angeordnet werden können. Die vorgeschlagene Lösung bietet die Möglichkeit, diese Schaltungen mittels Multi-Layer-Leiterplattentechnologie ohne wesentliche Mehrkosten für die Verbesserung der Entkopplung zu realisieren.
  • Die Erfindung sieht die Verwendung elektromagnetischer Bandlückenstrukturen (EBG) zur Entkopplung und Dekorrelation von Antennen in kompakten Antennenvorrichtungen mittels einer Beschränkung der parasitären Verkopplungen vor. Die elektromagnetischen Bandlückenstrukturen können als sogenannte Hochimpedanzstrukturen/Masseschichten (HIS) oder Defektbodenstrukturen (DGS) bereitgestellt sein. Die erfindungsgemäße Anwendung elektromagnetischer Bandlückenstrukturen ermöglicht die Bereitstellung komplexer aktiver und passiver HF-Frontends auf einer Standard-Multilayer-Leiterplatte ohne Mehrkosten für die Entkopplungsfunktion.
  • Die Erfindung lässt sich auf jedes Gerät mit begrenztem räumlichen Abmessungen zur Platzierung von mehreren entkoppelten Antennen übertragen. Dabei können insbesondere Antennenvorrichtungen für das Internet der Dinge, MIMO-Antennen ein Anwendungsbereich sein.
  • Für die Umsetzung des Erfindung kommen zwei Ansätze der Antennenentkopplung in der Substratschicht in Frage: Die elektromagnetischen Bandlückenstrukturen können als Resonanzstrukturen mit unterschiedlichen Formen bereitgestellt sein und auf das relevante Frequenzband abgestimmt sein. Hochimpedanzstrukturen sind besonders kostengünstig bei mehrschichtigen Leiterplatteneinrichtungen, während Defektbodenstrukturen bei zweilagigen Leiterplatteneinrichtungen vorzuziehen sind.
  • Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Ausbreitung von parasitären Verkopplungen eingeschränkt werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • KUSHWAHA, Nagendra; KUMAR, Raj. Study of different shape electromagnetic band gap (EBG) structures for single and dual band applications. Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications, 2014, 13. Jg., Nr. 1, S. 16-30 [0028]
    • THAYSEN, Jesper; JAKOBSEN, Kaj B. Design considerations for low antenna correlation and mutual coupling reduction in multi antenna terminals. European transactions on telecommunications, 2007, 18. Jg., Nr. 3, S. 319-326 [0028]

Claims (8)

  1. Antennenvorrichtung (1), aufweisend zumindest zwei Antennen (2), eingerichtet zum Aussenden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen, und eine Leiterplatteneinrichtung (3), umfassend zumindest eine Substratschicht (6), auf der ein Integrierter Schaltkreis (5) zur Steuerung der zumindest zwei Antennen (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennen (2) auf derselben Leiterplatteneinrichtung (3) angeordnet sind, und die Leiterplatteneinrichtung (3) zumindest eine Entkopplungseinrichtung (10) aufweist, durch welche ein Oberflächenanteil der elektromagnetischen Wellen in der Leiterplatteneinrichtung (3) zumindest in einem Bereich des integrierten Schaltkreises (5) reduziert ist.
  2. Antennenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatteneinrichtung (3) zwei Leiterschichten (7) aufweist, die auf gegenüberliegenden Flächen der zumindest einen Substratschicht (6) angeordnet sind.
  3. Antennenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Leiterplatteneinrichtung (3) zumindest zwei Substratschichten (6) und zumindest drei Leiterschichten (7) aufweist.
  4. Antennenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungseinrichtung (10) eine Defektbodenstruktur (15) aufweist.
  5. Antennenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungseinrichtung (10) eine Hochimpedanzstruktur (11) aufweist.
  6. Antennenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierte Schaltkreis (5) in einer Ebene durch die Entkopplungseinrichtung (10) umschlossen ist.
  7. Antennenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennen (2) in einer Ebene durch die Entkopplungseinrichtung (10) abgetrennt sind.
  8. Kraftfahrzeug (17), aufweisend zumindest eine Antennenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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US20180226727A1 (en) * 2017-02-07 2018-08-09 Panasonic Corporation Module, wireless communication apparatus, and radar apparatus

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NIU, Zicheng et al.: A novel defect ground structure for decoupling closely spaced E-plane microstrip antenna array. In: International Journal of Microwave and Wireless Technologies, Vol. 11, 2019, No. 10, S. 1069-1074. *

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