DE69820500T2 - Patch antenna - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Patch-Antenne und insbesondere eine Patch-Antenne zur Verwendung im Gehäuse eines tragbaren Geräts, wie beispielsweise eines Mobiltelefons.The The present invention relates to a patch antenna and in particular a patch antenna for use in the housing a portable device, such as a cell phone.

Viele Anwendungen erfordern kleine, leichte und effiziente Antennen. Herkömmliche Patch-Antennen, wie beispielsweise Mikrostreifenleiter-Patch-Antennen waren ein bevorzugter Typ für viele Anwendungen. Jedoch sind Mikrostreifenleiter-Patch-Antennen typischer Weise nur in einem engen Frequenzband effizient. Sonst besteht der Vorteil von Patch-Antennen darin, dass sie in einem kleinen Raum montierbar sind, eine hohe Verstärkung haben und in einer robusten Form konstruiert werden können.Lots Applications require small, light and efficient antennas. conventional Patch antennas, such as microstrip patch antennas were a preferred type for many Applications. However, microstrip patch antennas are more typical Only efficient in a narrow frequency band. Otherwise there is The advantage of patch antennas is that they are in a small space are mountable, a high gain have and can be constructed in a robust form.

Es gab in der Vergangenheit eine Anzahl von Anstrengungen, eine Antenne in einer tragbaren Kommunikationseinheit für den Signalempfang und die Signalübertragung vorzusehen. Solche Anstrengungen haben gelehrt, wenigstens den Bedarf zu reduzieren, eine externe Breitbandantenne zu haben, wegen der größeren Umstände der Handhabung und des Tragens einer solchen Einheit mit der externen Antenne. Dies gilt insbesondere für tragbare Telefoneinheiten, die in relativ hohen Frequenzbereichen, wie beispielsweise dem GSM-Frequenzbereich von 890 MHz bis 960 MHz arbeiten.It gave a number of efforts in the past, an antenna in a portable communication unit for signal reception and the signal transmission provided. Such efforts have taught, at least the need to reduce having an external broadband antenna because of that larger circumstances of the Handling and carrying such a unit with the external antenna. This applies in particular to portable telephone units that operate in relatively high frequency ranges, such as for example, the GSM frequency range from 890 MHz to 960 MHz.

Patch-Antennen und Mikrostreifenleiter-Patch-Antennen waren in der Technik für Anwendungen bekannt, bei denen dünne und kleine Antenne erforderlich waren. Diese Arten von Antennen weisen eine leitfähige Teilfläche als Resonatorelement auf, welches im allgemeinen parallel zu und durch einen aus einem dielektrischen Material bestehenden Isolator beabstandet von einem leitenden Grundelement ist. Die US 5,777,581 offenbart eine solche Mikrostreifenleiter-Patch-Antenne, die zur Verwendung im UHF-Band konstruiert ist. Die US 4,980,697 offenbart eine Mikrostreifenleiter-Antenne mit einem Stapel von abwechselnd leitenden und dielektrischen Schichten, sodass die Antenne zur Verwendung in mehreren Frequenzbändern ausgebildet ist. Die WO 95/24745 offenbart eine Antenneneinheit für eine Empfangs/Sende-Handvorrichtung. Die Antenneneinheit weist ein Resonatorelement, ein Grundelement und ein Verbindungselement auf, die als leitende Schichten auf einem dielektrischen Körper gebildet sind. Das Verbindungselement verbindet das Resonatorelement und das Grundelement auf einer Seite der Antenneneinheit elektrisch. Da der gesamte Raum der Antenneneinheit in dem Grundelement und dem Resonatorelement durch das feste dielektrische Material belegt ist, ist diese bekannte Antenne ziemlich schwer, sodass der Gebrauch dieser bekannten Antenneneinheit in tragbaren Geräten sehr unbequem ist. Ferner ist diese Antenneneinheit kostspielig herzustellen, da das gesamte Antennenvolumen mit dielektrischem Material gefüllt ist.Patch antennas and microstrip patch antennas were known in the art for applications where thin and small antennas were required. These types of antennas have a conductive partial surface as a resonator element, which is generally parallel to and spaced apart from a conductive base element by an insulator made of a dielectric material. The US 5,777,581 discloses such a microstrip patch antenna designed for use in the UHF band. The US 4,980,697 discloses a microstrip antenna with a stack of alternately conductive and dielectric layers so that the antenna is designed for use in multiple frequency bands. WO 95/24745 discloses an antenna unit for a receive / transmit hand-held device. The antenna unit has a resonator element, a base element and a connecting element, which are formed as conductive layers on a dielectric body. The connecting element electrically connects the resonator element and the base element on one side of the antenna unit. Since the entire space of the antenna unit in the base element and the resonator element is occupied by the solid dielectric material, this known antenna is rather heavy, so that the use of this known antenna unit in portable devices is very uncomfortable. Furthermore, this antenna unit is expensive to manufacture because the entire antenna volume is filled with dielectric material.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine aus der EP 0 526 643 und gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannte Patch-Antenne vorzusehen, die leicht ist und bei geringen Kosten hergestellt werden kann, aber dennoch zuverlässig arbeitet.The object of the present invention is therefore one from the EP 0 526 643 and provide according to the preamble of claim 1 known patch antenna, which is light and can be manufactured at low cost, but still works reliably.

Diese Aufgabe wird durch eine Patch-Antenne mit einem Grundelement, das elektrisch leitend ist, einem Resonatorelement, das elektrisch leitend ist, und einem festen dielektrischen Element, das zwischen dem Resonatorelement und dem Grundelement angeordnet ist, gelöst. Das Grundelement und das Resonatorelement sind mittels eines Verbindungselements elektrisch verbunden. In der Patch-Antenne der vorliegenden Erfindung ist nur ein Teil des Volumens zwischen dem Resonatorelement und dem Grundelement mit dem festen dielektrischen Element gefüllt und sie ist dadurch gekennzeichnet, dass das feste dielektrische Element als Abstandselement arbeitet, um die Abstandstoleranz zwischen dem Resonatorelement und dem Grundelement niedrig zu halten. Dadurch kann die Patch-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung bei niedrigen Kosten hergestellt werden, da nicht das gesamte Volumen zwischen dem Grundelement und dem Resonatorelement mit dem festen dielektrischen Material gefüllt ist. Ferner kann die Patch-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem leichten Gewicht hergestellt werden, da nur ein Teil mit dem festen dielektrischen Material versehen ist, während der andere Teil der Antenne z. B. Luft aufweise kann, sodass das Gewicht der Antenne im Vergleich zu bekannten Antennen deutlich verringert ist. Das als Abstandselement arbeitende feste dielektrische Material hat den weiteren Vorteil, dass die Toleranzen des Grundelements und des Resonatorelements in diesem sehr toleranzkritischen Teil der Antenne genau eingestellt werden können.This Task is through a patch antenna with a basic element that is electrically conductive, a resonator element that is electrically conductive, and a solid dielectric element that is between the resonator element and the base element is arranged, solved. The basic element and that Resonator elements are electrical by means of a connecting element connected. In the patch antenna of the present invention is only part of the volume between the resonator element and the base element filled with the solid dielectric element and it is characterized by that the fixed dielectric element works as a spacer element the distance tolerance between the resonator element and the base element to keep low. This enables the patch antenna according to the present Invention can be made at low cost because not that total volume between the base element and the resonator element is filled with the solid dielectric material. Furthermore, the patch antenna according to the present Invention can be made with a light weight because only one part is provided with the solid dielectric material, while the other Part of the antenna z. B. can have air, so that the weight of the Antenna is significantly reduced compared to known antennas. The solid dielectric material working as a spacer has the further advantage that the tolerances of the basic element and the resonator element in this very tolerance-critical part the antenna can be adjusted precisely.

Vorteilhafter Weise sind das Resonatorelement und das Grundelement durch das feste dielektrische Material parallel gehalten. In dem Bereich der Antenne, in welchem das Verbindungselement zwischen dem Resonatorelement und dem Grundelement nicht vorgesehen ist, sind die Toleranzen des Grundelements, des Resonatorelements und des dielektrischen Elements bezüglich der Resonanzfrequenz und der Leistung der Antenne kritisch. Deshalb sind vorteilhafter Weise in diesem Bereich das Resonatorelement und das Grundelement im wesentlichen parallel zueinander. In dem Bereich, in dem das Verbindungselement vorgesehen ist, müssen das Grundelement und das Resonatorelement nicht notwendiger Weise parallel zueinander sein, da die Toleranzen in diesem Bereich nicht so kritisch sind. Dies ist auch der Grund, warum in diesem Bereich der Antenne kein festes dielektrisches Material vorgesehen sein muss, um das Resonatorelement und das Grundelement zu halten, um dadurch ihre Maßbeziehung zu fixieren und ihre Maßtoleranzen zu verringern.The resonator element and the base element are advantageously held in parallel by the solid dielectric material. In the region of the antenna in which the connecting element between the resonator element and the base element is not provided, the tolerances of the base element, the resonator element and the dielectric element with regard to the resonance frequency and the performance of the antenna are critical. For this reason, the resonator element and the base element are advantageously essentially parallel to one another in this region. In the area in which the connecting element is provided, the base element and the resonator element do not necessarily have to be parallel to one another, since the tolerances in this area are not so critical are. This is also the reason why in this area of the antenna no solid dielectric material has to be provided in order to hold the resonator element and the base element in order to thereby fix their dimensional relationship and reduce their dimensional tolerances.

Vorteilhafter Weise besitzt das feste dielektrische Element eine plattenartige Form mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche, welche jeweils eine gedruckte Metallschicht aufweisen. Die Metallschichten kontaktieren jeweils das Resonatorelement und das Grundelement. Auf diese Weise kann das feste dielektrische Element als gedruckte Schaltung hergestellt werden, sodass eine Massenproduktion mit niedrigen Kosten möglich ist. Ferner können durch Vorsehen der Metallschichten auf der ersten und der zweiten Hauptfläche des dielektrischen Materials die Toleranzen, z. B. der Abstand zwischen dem Resonatorelement und dem Grundelement, exakt eingestellt werden, was in dem Bereich des offenen Endes der Antenne sehr wichtig ist.Favorable The solid dielectric element has a plate-like manner Form with a first and a second main surface, each of which is a printed Have metal layer. The metal layers contact each other the resonator element and the basic element. That way it can solid dielectric element made as a printed circuit so that mass production is possible at low cost. Furthermore, by Providing the metal layers on the first and second major surfaces of the dielectric material the tolerances, e.g. B. the distance between the Resonator element and the basic element, can be set exactly which is very important in the area of the open end of the antenna.

Obwohl im Stand der Technik die meisten Patch-Antennenarten oder Mikrostreifenleiter-Patch-Antennenarten mit einem sehr großen Grundelement im Vergleich zu dem Resonatorelement, d. h. der Teilfläche, beschrieben sind, ist die Patch-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhafter Weise von einer Konstruktion, bei welcher das Grundelement etwa nur die doppelte Menge des Resonatorelements besitzt, wobei die Breite des Resonators und des Grundelements im wesentlichen die gleiche ist. Das Grundelement und das Resonatorelement der Patch-Antenne sind wenigstens teilweise parallel zueinander.Even though most patch antenna types or microstrip patch antenna types in the prior art with a very large basic element compared to the resonator element, i.e. H. of the partial area the patch antenna is according to the present Invention advantageously of a construction in which the basic element is only twice the amount of the resonator element has, the width of the resonator and the base element in is essentially the same. The basic element and the resonator element the patch antenna are at least partially parallel to each other.

Vorteilhafter Weise ist der Abstand zwischen dem Resonatorelement und dem Grundelement im Bereich des dielektrischen Elements kleiner als in dem Bereich ohne dielektrisches Element. Durch diese Maßnahme kann die Antennenlänge weiter verkleinert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, falls die Antenne in mobile Geräte integriert werden soll, in welchen der wertvolle Raum sehr gering ist. Ferner vergrößert das Vergrößern des Abstandes zwischen dem Resonatorelement und dem Grundelement im Bereich ohne dielektrisches Element im Vergleich zu dem Bereich des dielektrischen Elements die Frequenzbandbreite und die Leistung der Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung deutlich.Favorable The distance between the resonator element and the base element is the same smaller in the area of the dielectric element than in the area without dielectric element. The antenna length can be extended by this measure be made smaller. This is particularly advantageous if the antenna into mobile devices should be integrated in which the valuable space is very small is. It also enlarges Enlarge the Distance between the resonator element and the base element in the area without dielectric element compared to the area of the dielectric Elements the frequency bandwidth and the performance of the antenna according to the present Invention clearly.

Insbesondere im Vergleich zu der in der WO 95/24745 offenbarten Antenne senkt der größere Abstand zwischen dem Resonatorelement und dem Grundelement im Bereich ohne dielektrisches Element im Vergleich zu dem Bereich des dielektrischen Elements zusammen mit der Tatsache, dass in dem erstgenannten Bereich, wo der Abstand vergrößert ist, kein festes dielektrisches Material vorgesehen ist, das Gewicht der Patch-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung enorm.In particular compared to the antenna disclosed in WO 95/24745 the greater distance between the resonator element and the base element in the area without dielectric element compared to the area of the dielectric element together with the fact that in the former area where the distance is enlarged, no solid dielectric material is provided, the weight the patch antenna according to the present Invention enormous.

Ferner besitzt das Grundelement vorteilhafter Weise eine gestufte Form mit einem ersten und einem zweiten Stufenabschnitt, wobei der zweite Stufenabschnitt dem Bereich des dielektrischen Elements entspricht. Und der erste Stufenabschnitt entspricht dem Bereich des Bereichs ohne dielektrisches Element und hat einen größeren Abstand zu dem Resonatorelement als der zweite Stufenabschnitt. Ebenso kann das Resonatorelement eine im wesentlichen gestufte Form mit einem ersten und einem zweiten Stufenabschnitt haben, wobei der zweite Stufenabschnitt dem Bereich entspricht, in welchem das fest dielektrische Material vorgesehen ist. Und der ersten Stufenabschnitt entspricht dem Bereich ohne dielektrisches Element und hat einen größeren Abstand zu dem Grundelement als der zweite Stufenabschnitt. Die gestuften Formen des Grundelements bzw. des Resonatorelements sehen eine einfache und bei geringen Kosten herstellbare Konstruktion für die Patch-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung vor. Die zweiten Stufenabschnitte sind jeweils angrenzend an das feste dielektrische Material angeordnet und die ersten Stufenabschnitte sehen den größeren Abstand zwischen dem Resonatorelement und dem Grundelement in dem Bereich, wo kein festes dielektrisches Material vorgesehen ist, vor, sodass eine sehr leichte Struktur ermöglicht wird.Further the base element advantageously has a stepped shape with a first and a second step section, the second Step section corresponds to the area of the dielectric element. And the first step section corresponds to the area of the area without a dielectric element and has a greater distance from the resonator element than the second stage section. The resonator element can likewise an essentially stepped shape with a first and a second Have step portion, the second step portion being the area corresponds in which the solid dielectric material is provided is. And the first stage section corresponds to the area without dielectric element and has a greater distance from the base element than the second stage section. The tiered forms of the basic element or the resonator element see a simple and low Cost-effective construction for the patch antenna according to the present Invention before. The second stage sections are adjacent placed on the solid dielectric material and the first step portions see the greater distance between the resonator element and the base element in the area where no solid dielectric material is provided, so that enables a very light structure becomes.

Ferner ist die Länge des Resonatorelements vorteilhafter Weise im wesentlichen die Hälfte der Länge des Grundelements. Die Längenrichtung ist dabei die Richtung zwischen der Seite, an welcher das elektrische Verbindungselement zwischen dem Grund- und dem Resonatorelement vorgesehen ist, und der abgewandten Seite der Antenne. Dadurch kann die Länge des Resonatorelements z. B. einer viertel Wellenlänge der Resonanzfrequenz der Antenne entsprechen.Further is the length of the resonator element advantageously substantially half the length of the Primitive. The length direction is the direction between the side where the electrical Connection element between the basic and the resonator element is provided, and the opposite side of the antenna. This can the length the resonator z. B. a quarter wavelength of Correspond to the resonance frequency of the antenna.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Mobilstation gemäß Anspruch 4 mit einer wie oben definierten Patch-Antenne.The The present invention further relates to a mobile station according to claim 4 with a patch antenna as defined above.

Die Patch-Antenne der vorliegenden Erfindung wird in der folgenden Beschreibung Bezug nehmend auf die Zeichnungen in mehr Einzelheiten beschrieben. Darin zeigen:The Patch antenna of the present invention is described in the following description Described in more detail with reference to the drawings. In it show:

1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Patch-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung, 1 schematically a first embodiment of the patch antenna according to the present invention,

2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der Patch-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung, und 2 schematically shows a second embodiment of the patch antenna according to the present invention, and

3 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel der Patch-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung. 3 schematically a third embodiment example of the patch antenna according to the present invention.

Die in 1, 2 und 3 dargestellten Patch-Antennen sind ausgebildet, um als innere Antennen eines GSM-Mobiltelefons verwendet zu werden. Jedoch können die vorgeschlagenen Antennen auch in anderen Anwendungen, in denen leichte, kleine und kostengünstige Antennen gefordert sind, benutzt werden.In the 1 . 2 and 3 Patch antennas shown are designed to be used as internal antennas of a GSM mobile phone. However, the proposed antennas can also be used in other applications in which light, small and inexpensive antennas are required.

Im allgemeinen erfordern Anwendungen in tragbaren Geräten leichte und kleine Antennen. Jedoch gibt es einige grundsätzliche Grenzen, wie klein eine Antenne konstruiert werden kann, falls eine spezielle Bandbreite und Leistung erforderlich ist. Der sogenannte Gütefaktor ist das Verhältnis zwischen der Resonanzfrequenz und der Frequenzbandbreite der Antenne. Der Gütefaktor ist eine Eigenschaft der Antenne, die hauptsächlich von den Antennenmaßen abhängt. Eine Vergrößerung der Maße einer Antenne senkt den Gütefaktor deutlich. Somit ist eine gute Antenne mit einer großen Bandbreite üblicher Weise eine physikalisch große Antenne. Andererseits haben in ein tragbares Gerät zu integrierende kleine Antennen notwendiger Weise einen hohen Gütefaktor und somit eine kleine Frequenzbandbreite.in the general applications in portable devices require light weight and small antennas. However, there are some basic ones Limits on how small an antenna can be constructed if one special bandwidth and performance is required. The so-called quality factor is the relationship between the resonant frequency and the frequency bandwidth of the antenna. The quality factor is a property of the antenna that mainly depends on the antenna dimensions. A Enlargement of the Dimensions one Antenna lowers the quality factor clear. So a good antenna with a wide bandwidth is more common Way a physically great Antenna. On the other hand, have small antennas to be integrated in a portable device necessarily a high quality factor and thus a small frequency bandwidth.

Eine Bandbreite einer Antenne mit einem gegebenen Gütefaktor kann durch eine geeignete Anpassung vergrößert werden, aber nur in gewissen Grenzen. Die Bandbreite, die mit einem gewissen Anpassungsverlust angepasst werden kann, kann zum Beispiel durch Vergrößern der Anzahl reaktiver Elemente in dem Anpassungsnetz der Antenne vergrößert werden. Jedoch ist selbst für eine unendliche Anzahl reaktiver Elemente in dem Anpassungsnetz die Bandbreite, die mit einem gewissen Anpassungsverlust angepasst werden kann, für einen gegebenen Gütefaktor begrenzt. In der Realität existiert kein Anpassungsabschnitt ohne Verlust. Deshalb ist es üblicher Weise keine gute Idee, im Fall von GSM-Antennen mit hohen Gütefaktoren mehr als einen einzelnen Abschnitt in das Anpassungsnetz zu setzen. Eine Erhöhung dieser Anzahl Abschnitte ergibt normaler Weise einen größeren Einsetzungsverlustanstieg als den Anpassungsverlustabfall.A Bandwidth of an antenna with a given quality factor can be determined by a suitable one Adjustment be enlarged but only within certain limits. The range with some loss of adjustment can be adjusted, for example, by enlarging the Number of reactive elements in the matching network of the antenna can be increased. However, even for an infinite number of reactive elements in the matching network Bandwidth that are adjusted with a certain loss of adjustment can, for a given figure of merit limited. In reality there is no adjustment section without loss. That's why it's more common Wise not a good idea, in the case of GSM antennas with high quality factors to put more than a single section into the adjustment network. A increase this number of sections normally gives a larger increase in insertion loss than the adjustment loss drop.

Eine Möglichkeit der Konstruktion einer Antenne für GSM-Mobiltelefone ist daher die Konstruktion der Antenne mit der Hälfte der notwendigen Bandbreite und die Verwendung eines Bereichswechselnetzes, um die Antennenresonanzfrequenz zwischen dem Sende- und dem Empfangsband zu schalten. Die zweite Möglichkeit ist die Verwendung eines entsprechenden Anpassungsnetzes, um die Antenne an das gesamte GSM-Band anzupassen.A possibility the construction of an antenna for GSM mobile phones is therefore the construction of the antenna with the half the necessary bandwidth and the use of an area change network, the antenna resonance frequency between the transmit and receive bands to switch. The second option is the use of an appropriate matching network to the antenna to adapt to the entire GSM band.

Ein Problem mit einer integrierten Antenne für ein GSM-Mobiltelefon besteht wie oben erwähnt darin, dass die Antenne relativ klein sein muss, was in einem hohen Gütefaktor und damit einer kleinen Bandbreite resultiert. Ein weiteres noch schlimmeres Problem besteht darin, dass eine integrierte Antenne bedingtermaßen viel näher an der Grundebene platziert wird als eine Antenne, die an der Oberseite des Telefons angeordnet ist. Deshalb ist der Abstand zwischen der Resonatorebene und der Grundebene für ein Mobiltelefon typischer Weise geringer als 1 cm für das GSM-Frequenzband. Das Biegen z. B. eines Monopols, sodass er parallel zu der Grundebene in dem Abstand von etwa 1 cm ist, wandelt ihn in eine Art mikrostreifenartiger Sendeleitung um, welche in einem Ende offen ist. In diesem Fall ist die Kapazität zu der Grundebene enorm erhöht, sodass der Gütefaktor ebenso deutlich vergrößert ist.On There is a problem with an integrated antenna for a GSM mobile phone as mentioned above in that the antenna must be relatively small, which is a high quality factor and thus results in a small bandwidth. Another one worse problem is that an integrated antenna requires a lot closer to the ground plane is placed as an antenna at the top the phone is arranged. That is why the distance between the Resonator level and the basic level for a mobile phone more typical Way less than 1 cm for that GSM frequency band. The bending z. B. a monopoly so that it is parallel to the ground plane at a distance of about 1 cm converts it into a kind of microstrip-like transmission line, which in one end is open. In this case the capacity to the basic level is increased enormously, so the quality factor as well is significantly enlarged.

Der einzige Weg, um mit dem Problem der Nähe zu der Grundebene klarzukommen, ist die Verwendung eines Antennentyps, welcher tatsächlich nahe einer Grundebene arbeiten soll. Eine Patch-Antenne ist ein solcher Antennentyp. Die Patch-Antennentheorie nimmt üblicher Weise eine Grundebene mit einer unendlichen Länge im Vergleich zu der Länge der Resonatorebene an. Bei der Patch-Antenne der vorliegenden Erfindung kann jedoch die Grundebene eine Länge L im Bereich der Länge der Resonatorebene, z. B. die doppelte Länge oder die dreifache Länge haben. Bei den in 1, 2 und 3 dargestellten Patch-Antennen besitzt die Grundebene eine Länge L, welche etwa die doppelte Länge des Resonatorelements ist. Ferner sind bei der Patch-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung die Breiten w der Grundebene und der Resonatorebene im wesentlichen gleich.The only way to deal with the proximity to the ground plane is to use an antenna type that is actually supposed to work near a ground plane. A patch antenna is one such type of antenna. Patch antenna theory usually assumes a base plane with an infinite length compared to the length of the resonator plane. In the patch antenna of the present invention, however, the base plane can have a length L in the region of the length of the resonator plane, e.g. B. have twice the length or three times the length. In the 1 . 2 and 3 Patch antennas shown has a length L, which is approximately twice the length of the resonator element. Furthermore, in the patch antenna according to the present invention, the widths w of the base plane and the resonator plane are substantially the same.

Eine Patch-Antenne ist eine Antenne mit einer engen Frequenzbandbreite. Die Frequenzbandbreite kann dabei durch Erhöhen des Abstandes von der Resonatorebene zu der Grundebene in einem gewissen Ausmaß verringert werden. Ein Wählen dieses Abstandes zu groß erzeugt jedoch Oberflächenwellen, welche die Bandbreite begrenzen, da mehr Energie gespeichert wird.A Patch antenna is an antenna with a narrow frequency bandwidth. The frequency bandwidth can be increased by increasing the distance from the resonator plane be reduced to the ground level to a certain extent. A choose this Distance generated too large however surface waves, which limit the bandwidth because more energy is stored.

Einer der Hauptpunkte bezüglich Patch-Antennen für tragbare Telefone ist die Frequenzbandbreite. Wie oben erwähnt, wird die Frequenzbandbreite hauptsächlich durch die Abmessungen der Antenne bestimmt. Ein Variation der Maßtoleranzen der Patch-Antenne führt zu Toleranzen der Resonanzfrequenz der Antenne. Falls zum Beispiel die Toleranz der Resonanzfrequenz ±1% beträgt, bedeutet dies für GSM-Anwendungen eine Resonanzfrequenztoleranz von ±1% × 925 MHz = ±9,25 MHz. 925 MHz ist dabei die Mittelfrequenz des GSM-Frequenzbandes von 890 MHz bis 960 MHz. Die Toleranz von ±1% der Resonanzfrequenz resultiert dabei in einer vergrößerten Bandbreite von (2 × 9,25) MHz + 70 MHz = 88,5 MHz. Falls die Toleranz der Antennen-Resonanzfrequenz gesenkt werden kann, wird auch ein Einfügeverlust für einen gegebenen Gütefaktor der Antenne verringert. Die Frequenzbandbreite einer Antenne mit einem gegebenen Gütefaktor kann, wie oben erwähnt, durch eine geeignete Anpassung vergrößert werden, aber nur in bestimmten Grenzen. Der Anpassungsverlust steigt dabei mit einer größeren anzupassenden Frequenzbandbreite.One of the main points regarding patch antennas for portable telephones is the frequency bandwidth. As mentioned above, the frequency bandwidth is mainly determined by the dimensions of the antenna. Varying the dimensional tolerances of the patch antenna leads to tolerances of the resonance frequency of the antenna. For example, if the tolerance of the resonance frequency is ± 1%, this means a resonance frequency tolerance of ± 1% × 925 MHz = ± 9.25 MHz for GSM applications. 925 MHz is the middle frequency of the GSM frequency band from 890 MHz to 960 MHz. The tolerance of ± 1% of the resonance frequency results in an increased bandwidth of (2 × 9.25) MHz + 70 MHz = 88.5 MHz. If the tolerance of the antenna reso can be reduced, an insertion loss for a given quality factor of the antenna is also reduced. As mentioned above, the frequency bandwidth of an antenna with a given quality factor can be increased by a suitable adaptation, but only within certain limits. The loss of adaptation increases with a larger frequency bandwidth to be adapted.

Die in 1 dargestellte Patch-Antenne 1 ist ein erstes einfaches Ausführungsbeispiel einer Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Antenne weist eine Grundebene 3 aus elektrisch leitendem Material, z. B. Metall, und eine Resonatorebene 2 aus elektrisch leitendem Material, z. B. Metall, auf. Die Länge L der Grundebene 3 hat im allgemeinen den doppelten Wert der Länge der Resonantorebene 2. Die Resonatorebene 2 ist mit einem ersten Ende mittels eines Verbindungelements 5 elektrisch mit der Grundebene 3 verbunden, sodass ein geschlossenes Ende gebildet ist. Das zweite Ende der Resonatorebene 2 abgewandt zu dem ersten Ende ist nicht mit der Grundebene 3 verbunden, sodass ein offenes Ende gebildet ist. Ein festes dielektrisches Material ist im Bereich des offenen Endes zwischen der Resonatorebene 2 und der Grundebene 3 vorgesehen.In the 1 patch antenna shown 1 is a first simple embodiment of an antenna according to the present invention. The antenna has a base plane 3 made of electrically conductive material, e.g. B. metal, and a resonator level 2 made of electrically conductive material, e.g. B. metal. The length L of the base plane 3 generally has twice the length of the resonant plane 2 , The resonator level 2 is with a first end by means of a connecting element 5 electrically with the basic level 3 connected so that a closed end is formed. The second end of the resonator level 2 facing away from the first end is not with the base level 3 connected so that an open end is formed. A solid dielectric material is in the area of the open end between the resonator level 2 and the basic level 3 intended.

Die Resonatorebene 2 arbeitet somit im wesentlichen als Viertelwellenresonator mit 0 V am geschlossenen Ende und einer am offenen Ende maximalen Spannung. Diese hohe Spannung am offenen Ende erzeugt ein E-Feld zur Grundebene, welches sich in dem Raum ausbreitet. Deshalb kommt die Strahlung hauptsächlich aus dem Schlitz am offenen Ende der Antenne 1.The resonator level 2 thus works essentially as a quarter-wave resonator with 0 V at the closed end and a maximum voltage at the open end. This high voltage at the open end creates an E-field to the ground level, which spreads out in the room. Therefore, the radiation comes mainly from the slot at the open end of the antenna 1 ,

Die Grundebene 3 und die Resonatorebene 2 haben im allgemeinen die gleiche Breite w, wobei die Breite der Resonatorebene 2 etwas kleiner als die Breite der Grundebene 3 sein kann. Die Grundebene 3 und die Resonatorebene 2 sind im wesentlichen parallel zueinander und in einem gleichmäßigen Abstand h beabstandet. Wie oben erwähnt, entspricht die Länge der Resonatorebene 2 einer viertel Wellenlänge und die Länge L der Grundebene 3 ist ein kleines bisschen kürzer als eine halbe Wellenlänge. Die normale Mikrostreifenleiter-Antennetheorie besagt, dass der Strahlungswiderstand nur von der Breite der Resonatorebene abhängt. Je breiter die Resonatorebene ist, umso geringer ist der Strahlungswiderstand. Gemäß der bekannten Theorie hängt der Strahlungswiderstand nicht wirklich von dem Abstand h zwischen der Grundebene und der Resonatorebene oder der Dielektrizitätskonstante des festen dielektrischen Materials 4 zwischen der Resonatorebene 2 und der Grundebene 3 ab. Wie in 1 dargestellt, ist das feste dielektrische Material 4 nur in dem Bereich des offenen Endes der Resonatorebene 2 und nicht im Bereich des geschlossenen Endes vorgesehen.The basic level 3 and the resonator level 2 generally have the same width w, the width of the resonator plane 2 slightly smaller than the width of the base plane 3 can be. The basic level 3 and the resonator level 2 are essentially parallel to each other and spaced at a uniform distance h. As mentioned above, the length corresponds to the resonator level 2 a quarter wavelength and the length L of the ground plane 3 is a little bit shorter than half a wavelength. The normal microstrip antenna theory states that the radiation resistance only depends on the width of the resonator plane. The wider the resonator level, the lower the radiation resistance. According to the known theory, the radiation resistance does not really depend on the distance h between the base plane and the resonator plane or the dielectric constant of the solid dielectric material 4 between the resonator level 2 and the basic level 3 from. As in 1 is the solid dielectric material 4 only in the area of the open end of the resonator plane 2 and not in the area of the closed end.

In der normalen Mikrostreifenleiter-Antennentheorie wird die Resonatorebene als ein sehr breiter Mikrostreifenleiter betrachtet. Dies ist im Fall einer Patch-Antenne, wie sie in 1 dargestellt ist, bei welcher die Resonatorebene und die Grundebene im wesentlichen die gleiche Breite haben, keine vernünftige Annahme. Für eine Patch-Antenne, wie sie in 1 dargestellt ist, hängt der Strahlungswiderstand nicht wirklich von einem Abstand h zwischen der Resonatorebene 2 und der Grundebene 3 ab. Ferner hängt der Gütefaktor einer Patch-Antenne 1, wie sie in 1 dargestellt ist, von dem Abstand h ab, wobei ein großer Wert für h einen niedrigen Wert für Q ergibt. Somit sollte der Abstand h zwischen der Resonatorebene 2 und der Grundebene 3 so groß wie möglich sein, um einen niedrigen Gütefaktor zu erzielen. Ferner hängt der Gütefaktor von der relativen Dielektrizitätskonstante des festen dielektrischen Materials 4 ab, wobei eine große relative Dielektrizitätskonstante einen großen Gütefaktor ergibt. Der Gütefaktor der in 1 dargestellten Patch-Antenne hängt ferner von der Breite der Resonatorebene ab, wobei eine größere Breite einen niedrigeren Gütefaktor ergibt. Die Leistung der in 1 dargestellten Patch-Antenne kann auch durch Vergrößern des Abstandes h zwischen der Resonatorebene 2 und der Grundebene 3 erhöht werden.In normal microstrip antenna theory, the resonator level is considered to be a very wide microstrip line. This is in the case of a patch antenna as in 1 is shown, in which the resonator plane and the base plane have essentially the same width, no reasonable assumption. For a patch antenna like the one in 1 the radiation resistance does not really depend on a distance h between the resonator plane 2 and the basic level 3 from. The quality factor of a patch antenna also depends 1 as in 1 from the distance h, with a large value for h resulting in a low value for Q. Thus, the distance h should be between the resonator plane 2 and the basic level 3 be as large as possible to achieve a low quality factor. Furthermore, the quality factor depends on the relative dielectric constant of the solid dielectric material 4 , with a large relative dielectric constant giving a large figure of merit. The quality factor of in 1 The patch antenna shown also depends on the width of the resonator plane, a larger width giving a lower quality factor. The performance of the in 1 The patch antenna shown can also be increased by increasing the distance h between the resonator plane 2 and the basic level 3 increase.

Die Patch-Antenne 1 wird mittels einer Koaxialleitung 6 mit einer Direktspeisung versorgt. Wie in 1 dargestellt, ist die Versorgungsleitung mit einer Seitenkante der Resonatorebene 2 im Bereich des geschlossenen Endes der Antenne verbunden. Das Impedanzniveau der Patch-Antenne 1 kann durch Bewegen des Versorgungspunktes näher zu dem geschlossenen Ende verringert werden. Es ist ferner wichtig, dass die Masse der Koaxialversorgungsleitung 6, d. h. die Außenleitung der Koaxialleitung 6 mit der Grundebene 3 so nahe wie möglich zu dem Versorgungspunkt an der Seitenkante der Resonatorebene 2 verbunden ist. Eine weitere Möglichkeit ist es, die Resonatorebene 2 durch eine elektromagnetische Kopplung von einer Versorgungsleitung zu speisen, wobei das Impedanzniveau der Antenne durch Verändern des Abstandes von der Kopplungsversorgungsleitung zu der Resonatorebene 2 und/oder zu der Grundebene 3 geändert werden kann.The patch antenna 1 is by means of a coaxial line 6 supplied with a direct feed. As in 1 shown, the supply line with a side edge of the resonator level 2 connected in the area of the closed end of the antenna. The impedance level of the patch antenna 1 can be reduced by moving the supply point closer to the closed end. It is also important that the ground of the coaxial supply line 6 , ie the outer line of the coaxial line 6 with the basic level 3 as close as possible to the supply point on the side edge of the resonator plane 2 connected is. Another option is the resonator level 2 to feed by an electromagnetic coupling from a supply line, wherein the impedance level of the antenna by changing the distance from the coupling supply line to the resonator plane 2 and / or to the basic level 3 can be changed.

Aus den obigen Beobachtungen können die physikalischen Maße der Patch-Antenne bestimmt werden. Die Breite des Resonatorelements 2 sollte so groß wie möglich sein und der Abstand h zwischen der Resonatorebene 2 und der Grundebene 3 sollte so groß wie möglich sein, um so viel Frequenzbandbreite und Leistung wie möglich zu erzielen. Falls jedoch der Abstand h zu groß wird, entstehen Oberflächenwellen. Der für die Patch- Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Mobiltelefon zur Verfügung stehende Raum ist üblicher Weise sehr klein, sodass der Abstand h bereits diesbezüglich beschränkt ist und Oberflächenwellen kein Punkt sein sollten. Die Länge der Resonatorebene entspricht einer viertel Wellenlänge, sodass die physikalische Länge der Resonatorebene etwa durch die Frequenz und das dielektrische Material bestimmt ist. Die Länge der Resonatorebene 2 kann hierbei durch Vergrößern des Abstandes zwischen der Resonatorebene 2 und der Grundebene 3 im Bereich des geschlossenen Endes im Vergleich zu dem offenen Ende der Antenne verkleinert werden. Dieses Merkmal wird in der in 2 dargestellten Patch-Antenne 7 und der in 3 dargestellten Patch-Antenne 16 realisiert.The physical dimensions of the patch antenna can be determined from the above observations. The width of the resonator element 2 should be as large as possible and the distance h between the resonator plane 2 and the basic level 3 should be as large as possible to get as much frequency bandwidth and power as possible. However, if the distance h becomes too large, surface waves arise. The space available for the patch antenna according to the present invention in a mobile phone is usually very small, so that the distance h is already in this regard is limited and surface waves should not be a point. The length of the resonator plane corresponds to a quarter wavelength, so that the physical length of the resonator plane is determined approximately by the frequency and the dielectric material. The length of the resonator plane 2 can do this by increasing the distance between the resonator plane 2 and the basic level 3 in the area of the closed end compared to the open end of the antenna. This feature is described in the 2 shown patch antenna 7 and the in 3 shown patch antenna 16 realized.

Die Toleranzen der physikalischen Maße der Patch-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung sind hauptsächlich aufgrund der geringen Frequenzbandbreite der Antenne ein kritischer Punkt. Jedoch ergeben Toleranzen des Abstandes h zwischen der Resonatorebene 2 und der Grundebene 3 und der Breite der Resonatorebene 2 keine direkte Veränderung der Resonanzfrequenz der Patch-Antenne, sondern verändern das Impedanzniveau der Antenne, sodass das Anpassungsnetz beeinflusst wird.The tolerances of the physical dimensions of the patch antenna according to the present invention are a critical issue mainly due to the antenna's narrow frequency bandwidth. However, there are tolerances in the distance h between the resonator plane 2 and the basic level 3 and the width of the resonator plane 2 no direct change in the resonance frequency of the patch antenna, but change the impedance level of the antenna, so that the matching network is influenced.

Das zwischen der Resonatorebene 2 und der Grundebene 3 im Bereich des offenen Endes der Antenne vorgesehene feste dielektrische Material 4 hat hauptsächlich zwei Funktionen, nämlich das Verringern der Größe der Antenne wegen der relativen Dielektrizitätskonstante, welche größer als 1 ist, und als Abstandselement zwischen der Resonatorebene 2 und der Grundebene 3 zu dienen, um die Toleranz des Abstandes h niedrig zu halten. Die relative Dielektrizitätskonstante des festen dielektrischen Materials 4 sollte im Bereich von 2 bis 4 sein. Eine zu niedrige Konstante macht die Antenne zu groß und eine zu hohe Konstante macht die Frequenzbandbreite zu eng. Ferner sollte die Dielektrizitätskonstante bezüglich Temperaturänderungen sehr konstant sein.That between the resonator level 2 and the basic level 3 solid dielectric material provided in the area of the open end of the antenna 4 has two main functions, namely reducing the size of the antenna due to the relative dielectric constant, which is greater than 1, and as a spacer between the resonator plane 2 and the basic level 3 to serve to keep the tolerance of the distance h low. The relative dielectric constant of the solid dielectric material 4 should be in the range of 2 to 4. A constant that is too low makes the antenna too large and a constant that is too high makes the frequency bandwidth too narrow. Furthermore, the dielectric constant should be very constant with respect to temperature changes.

Die Position der Resonatorebene 2 in Relation zu der Grundebene 3 ist ein weiteres zu berücksichtigendes Merkmal. Wie man in 1, 2 und 3 sehen kann, erstreckt sich die Grundebene 3 oder das Grundelement einen viel größeren Abstand von dem geschlossenen Ende der Resonatorebene 2 als von dem offenen Ende. Dies aufgrund der Tatsache, dass der Gütefaktor stark von der Länge der Grundebene 3 zwischen dem offenen Ende der Resonatorebene 2 und dem entsprechenden Ende der Grundebene 3 abhängt. Ferner besitzt die Grundebene 2 eine optimale Gesamtlänge bezüglich des Gütefaktors unter Berücksichtigung des dielektrischen Materials zwischen der Resonatorebene 2 und der Grundebene 3, wobei diese optimale Länge etwa eine halbe Wellenlänge beträgt.The position of the resonator plane 2 in relation to the basic level 3 is another feature to consider. How to get in 1 . 2 and 3 can see, the base plane extends 3 or the base element a much greater distance from the closed end of the resonator plane 2 than from the open end. This is due to the fact that the quality factor largely depends on the length of the base plane 3 between the open end of the resonator plane 2 and the corresponding end of the basic level 3 depends. It also has the basic level 2 an optimal total length with respect to the quality factor taking into account the dielectric material between the resonator level 2 and the basic level 3 , this optimal length being about half a wavelength.

Alle obigen und nachfolgenden allgemeinen Erklärungen bezüglich der Patch-Antenne 1 von 1 gelten identisch auch für die in 2 bzw. 3 dargestellten Patch-Antennen 7 und 16, und umgekehrt.All of the above and subsequent general explanations regarding the patch antenna 1 of 1 apply identically to the in 2 respectively. 3 patch antennas shown 7 and 16 , and vice versa.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Patch-Antenne 7 gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher der Abstand zwischen dem Resonatorelement und der Grundebene 3 im Bereich des geschlossenen Endes größer als der Abstand zwischen dem Resonatorelement und der Grundebene 3 im Bereich des offenen Endes der Antenne ist. Ein Resonatorelement besteht im wesentlichen aus einem ersten Stufenabschnitt 8 im Bereich des geschlossenen Endes und einem zweiten Stufenabschnitt 9 im Bereich des offenen Endes der Antenne. Beide Stufenabschnitte 8 und 9 sind im wesentlichen parallel zu der Grundebene 3, aber der Abstand des ersten Stufenabschnitts 8 zu der Grundebene 3 ist größer als der Abstand des zweiten Stufenabschnitts 9 zu der Grundebene 3. Zwischen dem zweiten Stufenabschnitt 9 und der Grundebene 3 ist das feste dielektrische Material vorgesehen, wohingegen zwischen dem ersten Stufenabschnitt 8 und der Grundebene 3 kein dielektrisches Material vorgesehen ist. Der erste Stufenabschnitt 8 und der zweite Stufenabschnitt 9 sind durch einen Verbindungsabschnitt 10 verbunden, der von dem Ende des festen dielektrischen Materials 4 nach oben ragt. Aufgrund der Stufenkonstruktion des Resonatorelements kann die Länge des Resonatorelements im Vergleich zu dem als Resonatorebene 2 ausgebildeten Resonatorelements des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels kürzer gemacht werden. Der erste Stufenabschnitt 8 des Resonatorelements der Patch-Antenne 7 ist mit der Grundebene durch ein Verbindungselement 5 verbunden, um wie im ersten Ausführungsbeispiel ein geschlossenes Ende zu bilden. Der erste Stufenabschnitt 8, der zweite Stufenabschnitt 9 und der Verbindungsabschnitt 10 bestehen aus einem elektrisch leitenden Material, z. B. Metall. 2 shows a second embodiment of a patch antenna 7 according to the present invention, in which the distance between the resonator element and the base plane 3 in the area of the closed end larger than the distance between the resonator element and the base plane 3 is in the area of the open end of the antenna. A resonator element essentially consists of a first step section 8th in the area of the closed end and a second step section 9 in the area of the open end of the antenna. Both stages 8th and 9 are essentially parallel to the base plane 3 , but the distance of the first step section 8th to the basic level 3 is larger than the distance of the second step section 9 to the basic level 3 , Between the second stage section 9 and the basic level 3 the solid dielectric material is provided, whereas between the first step portion 8th and the basic level 3 no dielectric material is provided. The first stage section 8th and the second stage section 9 are through a connecting section 10 connected by the end of the solid dielectric material 4 protrudes upwards. Due to the step construction of the resonator element, the length of the resonator element can be compared to that as the resonator plane 2 trained resonator element of the in 1 illustrated embodiment can be made shorter. The first stage section 8th of the resonator element of the patch antenna 7 is with the base plane through a connecting element 5 connected to form a closed end as in the first embodiment. The first stage section 8th , the second stage section 9 and the connecting section 10 consist of an electrically conductive material, e.g. B. metal.

3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Patch-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung. Die in 3 dargestellte Patch-Antenne 16 besteht aus einem Grundelement, bestehend aus einem ersten Stufenabschnitt 12 und einem zweiten Stufenabschnitt 11. Das Resonatorelement besteht aus einem ersten Abschnitt 14 und einem zweiten Abschnitt 13. Der erste Abschnitt 14 ist über einem Teil des ersten Stufenabschnitts 12 des Grundelements angeordnet und der zweite Abschnitt 13 des Resonatorelements ist über und im wesentlichen parallel zu einem Teil des zweiten Stufenabschnitts 11 des Grundelements angeordnet. Zwischen dem zweiten Abschnitt 13 des Resonatorelements und dem entsprechenden Teil des zweiten Stufenabschnitts 11 des Grundelements ist das feste dielektrische Material 4 vorgesehen. 3 shows a preferred embodiment of a patch antenna according to the present invention. In the 3 patch antenna shown 16 consists of a basic element consisting of a first step section 12 and a second step section 11 , The resonator element consists of a first section 14 and a second section 13 , The first paragraph 14 is over part of the first step section 12 of the base element and the second section 13 of the resonator element is above and substantially parallel to a part of the second step section 11 arranged of the basic element. Between the second section 13 of the resonator element and the corresponding part of the second step section 11 the basic element is the solid dielectric material 4 intended.

Das Ende das ersten Abschnitts 14 des Resonatorelements auf der abgewandten Seite des zweiten Abschnitts 13 des Resonatorelements ist mit dem Grundelement mittels eines Verbindungsabschnitts 15 elektrisch verbunden, um analog zu den ersten zwei Ausführungsbeispielen ein geschlossenes Ende zu bilden. Der Verbindungsabschnitt 15 erstreckt sich von dem ersten Stufenabschnitt 12 des Grundelements nach oben. Der Abstand zwischen dem ersten Abschnitt 14 des Resonatorelements und dem ersten Stufenabschnitt 12 des Grundelements ist größer als der Abstand zwischen dem zweiten Abstand 13 des Resonatorelements und dem zweiten Stufenabschnitt 11 des Grundelements. Dadurch ist der erste Abschnitt 14 des Resonatorelements schräg, sodass der Abstand zwischen dem ersten Abschnitt 14 des Resonatorelements und dem ersten Stufenabschnitt 12 des Grundelements zu dem geschlossenen Ende ansteigt. Diese vorgeschlagene Konstruktion erlaubt eine Maximierung des Abstandes zwischen dem Resonatorelement und dem Grundelement und dadurch eine Optimierung der Bandbreite der Patch-Antenne. Der zweite Stufenabschnitt 11 des Grundelements kann auch als Abschirmung für eine darunter angeordnete Schaltung dienen. Der erste Abschnitt 14 und der zweite Abschnitt 13 des Resonatorelements sowie der Verbindungsabschnitt 15 sind elektrisch leitend und können z. B. Metallbögen sein. Das feste dielektrische Material 4 ist ein kostengünstiges, verlustarmes Material mit einer geringen relativen Dielektrizitätskonstante, z. B. Polystyrol oder Polyethylen.The end of the first section 14 of the resonator element on the opposite side of the second section 13 of the resonator element is with the base element by means of a connecting section 15 electrically connected to form a closed end analogous to the first two embodiments. The connecting section 15 extends from the first step section 12 of the basic element upwards. The distance between the first section 14 of the resonator element and the first step section 12 of the basic element is greater than the distance between the second distance 13 of the resonator element and the second step section 11 of the basic element. This is the first section 14 of the resonator element obliquely, so that the distance between the first section 14 of the resonator element and the first step section 12 of the base element rises to the closed end. This proposed construction allows the distance between the resonator element and the base element to be maximized and thereby the bandwidth of the patch antenna to be optimized. The second stage section 11 the basic element can also serve as a shield for a circuit arranged underneath. The first paragraph 14 and the second section 13 of the resonator element and the connecting section 15 are electrically conductive and can e.g. B. be metal arches. The solid dielectric material 4 is an inexpensive, low loss material with a low relative dielectric constant, e.g. B. polystyrene or polyethylene.

Die drei Ausführungsbeispiele der Patch-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung, die in 1, 2 und 3 dargestellt sind, sehen eine leichte und kostengünstige Patch-Antenne vor, die insbesondere für Anwendungen als innere Antenne in tragbaren Geräten nützlich ist. Das feste dielektrische Material 4 ist nur im Bereich des offenen Endes des Resonatorelements vorgesehen, da dieser Teil der Haupt-Sende/Empfangsteil der Antenne ist und deshalb die Toleranzen in diesem Teil der Antenne kritischer als in den anderen Teilen sind. Ferner wird wegen des deutlich kleineren Ausbildens des Abstandes zwischen dem Resonatorelement und dem Grundelement im Bereich des offenen Teils der Antenne als im Bereich des geschlossenen Endes der Antenne weniger dielektrisches Material benötigt und die Antenne wird noch billiger herzustellen. Das feste dielektrische Material 4 kann in allen drei Ausführungsbeispielen gedruckte Metallschichten auf seiner ersten und seiner zweiten Hauptfläche besitzen. Diese Metallschichten stehen mit den entsprechenden Teilen des Resonatorelements und des Grundelements in Kontakt, sodass die Maßtoleranzen, insbesondere der Abstand zwischen dem Resonatorelement und dem Grundelement im Bereich des offenen Teils der Antenne, genau eingestellt werden können. Die Patch-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt eine hohe Leistung und ein sehr gutes Strahlungsmuster und eine sehr gute Verstärkung.The three embodiments of the patch antenna according to the present invention, which are shown in 1 . 2 and 3 provide a light and inexpensive patch antenna which is particularly useful for applications as an internal antenna in portable devices. The solid dielectric material 4 is only provided in the area of the open end of the resonator element, since this part is the main transmitting / receiving part of the antenna and therefore the tolerances in this part of the antenna are more critical than in the other parts. Furthermore, because of the significantly smaller design of the distance between the resonator element and the base element, less dielectric material is required in the area of the open part of the antenna than in the area of the closed end of the antenna, and the antenna is even cheaper to manufacture. The solid dielectric material 4 may have printed metal layers on its first and second major surfaces in all three embodiments. These metal layers are in contact with the corresponding parts of the resonator element and the base element, so that the dimensional tolerances, in particular the distance between the resonator element and the base element in the region of the open part of the antenna, can be set precisely. The patch antenna according to the present invention has a high performance and a very good radiation pattern and a very good gain.

Claims (4)

Patch-Antenne, mit einem Grundelement (3; 11, 12), das elektrisch leitend ist, einem Resonatorelement (2; 8, 9; 13, 14), das elektrisch leitend ist, und einem festen dielektrischen Element (4), das zwischen dem Resonatorelement und dem Grundelement angeordnet ist, wobei das Grundelement (3; 11, 12) mit dem Resonatorelement (2; 8, 9; 13, 14) mittels eines Verbindungselements elektrisch verbunden ist, und wobei nur ein Teil des Volumens zwischen dem Resonatorelement und dem Grundelement mit dem dielektrischen Element (4) gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Element (4) als Abstandselement arbeitet, um die Abstandstoleranz zwischen dem Resonatorelement und dem Grundelement niedrig zu haltenPatch antenna, with a basic element ( 3 ; 11 . 12 ), which is electrically conductive, a resonator element ( 2 ; 8th . 9 ; 13 . 14 ), which is electrically conductive, and a solid dielectric element ( 4 ), which is arranged between the resonator element and the base element, the base element ( 3 ; 11 . 12 ) with the resonator element ( 2 ; 8th . 9 ; 13 . 14 ) is electrically connected by means of a connecting element, and wherein only a part of the volume between the resonator element and the base element is connected to the dielectric element ( 4 ) is filled, characterized in that the dielectric element ( 4 ) works as a spacer to keep the spacing tolerance between the resonator element and the base element low Patch-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonatorelement (2; 8, 9; 13, 14) und das Grundelement (3; 11, 12) durch das feste dielektrische Material (4) parallel gehalten sind.Patch antenna according to claim 1, characterized in that the resonator element ( 2 ; 8th . 9 ; 13 . 14 ) and the basic element ( 3 ; 11 . 12 ) through the solid dielectric material ( 4 ) are kept parallel. Patch-Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das feste dielektrische Element (4) eine plattenartige Form mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche besitzt, welche jeweils eine gedruckte Metallschicht aufweisen, wobei die Metallschichten das Resonatorelement (2; 8, 9; 13, 14) bzw. das Grundelement (3; 11, 12) kontaktieren.Patch antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the fixed dielectric element ( 4 ) has a plate-like shape with a first and a second main surface, each of which has a printed metal layer, the metal layers forming the resonator element ( 2 ; 8th . 9 ; 13 . 14 ) or the basic element ( 3 ; 11 . 12 ) to contact. Mobilstation mit einer Patch-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3.Mobile station with a patch antenna according to one of the Expectations 1 to 3.