WO2020212153A1 - Leiterplatten-antenne - Google Patents

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WO2020212153A1
WO2020212153A1 PCT/EP2020/059388 EP2020059388W WO2020212153A1 WO 2020212153 A1 WO2020212153 A1 WO 2020212153A1 EP 2020059388 W EP2020059388 W EP 2020059388W WO 2020212153 A1 WO2020212153 A1 WO 2020212153A1
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reference area
antenna structure
antenna
circuit board
web
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PCT/EP2020/059388
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Josef Reitner
Ludwig STÖCKL
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BSH Hausgeräte GmbH
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    • H01Q13/10—Resonant slot antennas

Definitions

  • the invention relates to an antenna for transmitting or receiving radio signals, which antenna can be implemented on a printed circuit board.
  • An electronic device that is set up to communicate via a wireless communication network typically comprises at least one antenna for receiving and / or transmitting radio signals.
  • the electronic device can be set up to receive or transmit radio signals over a large number of different frequency bands, in particular over two different frequency bands or frequency ranges.
  • the device can comprise a multi-band antenna, in particular a dual-band antenna.
  • Exemplary dual band antennas can e.g. for the frequency bands 2.4 - 2.5 GHz and 5.1 - 5.8 GHz, i.e. for WLAN (Wireless Local Area Network).
  • Antennas typically require a reference ground or reference plane for their function.
  • the size and shape of such a reference ground typically have a significant influence on the function and radiation characteristics of an antenna.
  • an antenna should be used as a circuit card structure or as a metal structure (e.g. as a stamped and bent part) in circuit cards of different sizes.
  • the differently sized circuit boards represent differently developed reference grounds for an antenna.
  • plastic in the vicinity of the antenna e.g. due to a housing
  • a new antenna tuning is typically required for each printed circuit board geometry and / or application. Such antenna tuning can be achieved by changing the antenna structure and / or by using a so-called “matching circuit”.
  • the present document is concerned with the technical task of providing a (dual-band) antenna that can be integrated in an efficient manner (in particular without the need for dedicated antenna tuning) on printed circuit boards of different designs.
  • the task is solved by the independent claim.
  • Advantageous embodiments are described, inter alia, in the dependent claims.
  • a circuit board antenna is described.
  • the circuit board antenna described in this document can be implemented in an efficient manner on circuit boards of different dimensions and / or in different environments or applications.
  • a printed circuit board typically comprises an electrically conductive (first) outer layer (e.g. a front layer) and an electrically conductive further (second) outer layer (e.g. a lower layer).
  • the one or more layers can be electrically isolated from one another by one or more dielectric layers.
  • the layers can be an electrically conductive material,
  • the electrically conductive material can be removed from the respective layer at least in some areas, in particular in order to form a free space between an antenna structure and a reference area.
  • the circuit board antenna comprises an electrically conductive antenna structure on the (first) outer layer of the circuit board.
  • the antenna structure can have an elongated shape (e.g. like a dipole antenna).
  • the antenna structure can form an inverted-F antenna.
  • the antenna structure can have a first
  • the antenna structure can be designed to form a first antenna for a first frequency range around the first resonance frequency.
  • the first frequency range can in particular comprise 5.1-5.8 GHz or
  • the circuit board antenna has an electrically conductive reference area on the outer layer.
  • the reference area can be connected in an electrically conductive manner to a ground or to the ground of the printed circuit board.
  • the reference area can be designed to form a reference ground for the antenna structure, so that the printed circuit board antenna is independent of a size of the reference ground.
  • the printed circuit board antenna has an electrically conductive feed line to the antenna structure.
  • the feed line can be substantially perpendicular to the
  • Radio signal can be decoupled via the feed line.
  • a radio signal to be transmitted by the antenna structure can be fed into the antenna structure via the feed line.
  • the reference area can be designed to partially or completely enclose the antenna structure apart from an insulating feed recess for the feed line and apart from an insulating web recess.
  • the web recess on a side facing away from the feed line can
  • the reference area can thus be divided into (possibly exactly) two parts by the two recesses, i.e. into a first sub-reference area and into a second sub-reference area.
  • the reference area in particular the first partial reference area, can have a reference area web on the side of the antenna structure facing away from the feed line.
  • the reference area web can be connected to the first sub-reference area in an electrically conductive manner.
  • the reference area web can form a resonator capacitively coupled to the antenna structure with a second resonance frequency.
  • the reference area web can have an elongated shape (and thus form a dipole antenna, for example).
  • the reference area bar can be designed to form a second antenna for a second frequency range around the second resonance frequency.
  • the second frequency range can in particular comprise 2.4-2.5 GHz or correspond to this frequency interval.
  • a dual-band antenna is thus described which, by providing a reference area and an additional reference area web, can be used in a reliable manner in different installation environments and / or on different types of printed circuit boards.
  • the antenna structure can be constructed essentially rectangular.
  • the antenna structure can have an electrically conductive rectangle (for providing the antenna function).
  • the length of the antenna structure running perpendicular to the feed line can be greater than the width of the antenna structure running parallel to the feed line. Furthermore, the long edge of the
  • Reference area ridge parallel to that along the length of the antenna structure extending longitudinal edge of the antenna structure.
  • Reference area web and the antenna structure are effected.
  • the reference region web and the antenna structure can be capacitively coupled to one another via an electrically insulating free space arranged between the longitudinal edge of the antenna structure and the longitudinal edge of the reference region web.
  • the free space between the longitudinal edge of the antenna structure and the longitudinal edge of the reference area web can have a width of F * 2.2 mm ⁇ 10%, where F is any real-valued scaling factor, with
  • the antenna structure can be a certain length along the longitudinal edge of the
  • the length of the antenna structure depending on the first resonance frequency.
  • the adjustment of the length of the antenna structure depending on the first resonance frequency.
  • Antenna structure can typically be used to set the first resonance frequency.
  • the length of the antenna structure F * 11.4 mm ⁇ 10%.
  • the width of the antenna structure is F * 2.4 mm ⁇ 10%.
  • the reference region bar has a certain length along a longitudinal edge of the reference region bar, the length of the reference region bar typically depending on the second resonance frequency.
  • the adjustment of the length of the reference area web can be used to adjust the second resonance frequency.
  • the length of the reference area web can be used to adjust the second resonance frequency.
  • the antenna structure can be connected in an electrically conductive manner to the reference area, in particular to the second partial reference area of the reference area, via an electrically conductive antenna structure web (also referred to as a short-circuit web).
  • the antenna structure web can run parallel to the feed line.
  • the antenna structure web can be a substantially larger one, parallel to the feed line running length as (running perpendicular to the feed line) width, in particular by a factor of 10 or more.
  • the feed line and / or the antenna structure web typically run perpendicular to a longitudinal direction or longitudinal edge of the antenna structure. Furthermore, the
  • Antenna structure web can be arranged at one end and / or on a transverse edge of the antenna structure (in particular at the end or on the transverse edge which faces the second partial reference area).
  • the antenna structure in particular at the end or on the transverse edge which faces the second partial reference area.
  • the antenna structure web has a width of F * 0.9mm ⁇ 10%. Furthermore, the
  • Antenna structure web in particular an edge of the antenna structure web facing the feed line
  • the impedance of the antenna structure can be set in an efficient and precise manner. Furthermore, the required size of the antenna structure can be reduced. Furthermore, electrostatic discharges can be reliably kept away from the transmitting / receiving electronics of the described antenna via the (short-circuit) web to the reference area, in particular to the second partial reference area.
  • the reference area can be subdivided into a first partial reference area and into a second partial reference area by the feed recess and the web recess.
  • the subdivision can be such that the first sub-reference area and the second sub-reference area are not directly electrically conductively coupled to one another on the outer layer (but possibly only indirectly via a
  • the second partial reference area can have an L-shape.
  • the first partial reference area can have an L-shape (possibly with respect to the feed line) arranged in a mirror-inverted manner to the second partial reference area, on which the L-shape is additionally parallel to a leg of the L-shape running perpendicular to the feed line
  • Reference area web is arranged.
  • the first partial reference area and the second partial reference area can thus (apart from the additional reference area web) have the same shape and / or the same dimensions, and possibly mirror images in Be arranged with respect to the feed line.
  • an antenna can be provided which can be used in a particularly flexible manner in different constellations.
  • a leg of the first partial reference area and / or the second partial reference area extending parallel to the feed line each has a length (running parallel to the feed line) of F * 7.4 mm ⁇ 10% (starting from a the antenna structure facing longitudinal edge of the
  • the longitudinal edge of the antenna structure facing the reference area is at a distance of F * 1.3 mm ⁇ 10% from the longitudinal edge of the leg of the first partial reference area and / or the second partial reference area that runs perpendicular to the feed line.
  • the circuit board antenna can comprise an electrically conductive further outer layer of the circuit board. Furthermore, the circuit board antenna can comprise an electrically conductive further reference area on the further outer layer. The reference area (the (first) outer layer) can cover one or more
  • Vias can be electrically conductively connected to the further reference area (the further outer layer).
  • the reference area can have a U-shape without the reference area web and without the feed recess (which is composed of the two L-shaped sub-reference areas mentioned above).
  • the antenna structure can be enclosed on three sides by the U-shape of the reference area.
  • the reference area web can enclose at least part of the fourth side of the antenna structure (and run parallel to it).
  • the further reference area can also have a U-shape.
  • the U-shape of the further reference area and the U-shape of the reference area can be dimensioned identically and / or arranged directly one above the other.
  • An antenna that can be replaced in a particularly flexible manner can thus be provided.
  • the (first) outer layer and / or the further (second) outer layer are typically each formed by an electrically conductive layer, in particular by a copper layer, of a circuit board.
  • the outer layer and the further outer layer are typically isolated from one another by at least one dielectric layer.
  • a printed circuit board can have at least one electrically conductive intermediate layer (e.g. a copper layer) which is arranged between the outer layer and the further outer layer.
  • the intermediate layer preferably has in a region of the antenna structure and / or the reference region web (as well as the
  • the intermediate layer in a region of the reference region can be connected in an electrically conductive manner to the reference region via one or more vias. So can also with a circuit board with one or more
  • a household appliance in particular a household appliance, which comprises a communication unit for wireless communication (in particular via WLAN), the communication unit having the printed circuit board antenna described in this document.
  • FIG. 1a shows the upper or (first) outer layer of a printed circuit board with an antenna
  • FIG. 1 b shows the lower layer or the second or further outer layer of a circuit board
  • FIGS. 1c and 1d are cross sections through circuit boards, each with an antenna
  • FIGS. 2a and 2b show exemplary dimensions of an antenna
  • FIG. 3 exemplary frequency curves of antennas of different dimensions.
  • the present document is concerned with the provision of a (dual-band) antenna which can be integrated in an efficient manner on differently dimensioned and / or designed circuit boards and / or in different environments.
  • the (dual-band) antenna should be designed in particular for WLAN radio communication in the frequency bands at 2.4 GHz and 5 GHz.
  • FIGS. 1 a and 1 b show an exemplary antenna 100 which is integrated on a circuit board 101.
  • FIG. 1 a shows the (electrically conductive) upper layer 110 of the circuit board 101
  • FIG. 1 b shows the (electrically conductive) lower layer 120 of the circuit board.
  • one or more dielectric layers 130 and optionally one or more (electrically conductive) intermediate layers 150 are located between the upper layer 110 and the lower layer 120.
  • the electrically conductive layers 110, 120, 150 can have a layer made of metal, in particular copper. The metal can be removed (e.g. etched away) in partial areas of the layers 110, 120, 150 in order to form different electrically conductive partial areas within a layer 110, 120, 150, the partial areas being electrically isolated from one another.
  • the upper layer 110 has an electrically conductive antenna structure 113 which is insulated from an electrically conductive reference area 111, 141 via an (electrically non-conductive) free space 112.
  • the reference area 111, 141 at least partially encloses the antenna structure 113.
  • the reference area 111, 141 enclosing the antenna structure 113 is interrupted at a first point in order to form a free space or recess 117 through which an electrically conductive feed line 115 can be led to the antenna structure 113.
  • the reference region 111, 141 has a second recess 142 in order to form a reference region web 143 running parallel to the antenna structure 113.
  • the reference area 111, 141 is thus divided into two sub-reference areas, in particular a first sub-reference area 111 and a second sub-reference area 141.
  • the reference area web 143 is connected in an electrically conductive manner to the first partial reference area 111.
  • the antenna structure 113 has a rectangular shape.
  • the antenna structure 113 can be used to transmit or receive signals in a specific first frequency range (approximately 5.1-5.8 GHz).
  • the antenna structure 113 can form a 1/4 radiator for a specific first frequency range through the overall length 205 of the antenna structure 113.
  • the free space 112 between the antenna structure 113 and the reference area bar 143 of the reference area 111, 141, and / or the reference area bar 143 itself can be used as a (slot) antenna for a further (second) frequency range (approximately 2.4-2 , 5 GHz) can be used.
  • the free space 112 and in particular the reference area bar 143 can have a certain length 208 so that the free space 112 and / or the reference area bar 143 form a 1/4 radiator for a further (second) frequency range.
  • the antenna structure 113 can be connected in an electrically conductive manner to the reference area 111, 141, in particular to the second partial reference area 141, via an electrically conductive antenna structure web (in particular via a short-circuit web) 116.
  • the electrically conductive antenna structure web 116 can be arranged at one end of the antenna structure 113, in particular at the narrowest transverse edge of the antenna structure 113.
  • the antenna structure 113 can thus form a (planar) inverted-F antenna.
  • the impedance of the antenna structure 113 can be trimmed to a desired value (e.g. 50 ohms) via the distance 206 between the web 116 and the feed point or the feed line 115.
  • electrostatic discharges can largely be kept away from the transmit / receive electronics of the antenna 100 via this short-circuit web 116.
  • FIG. 1b shows the lower layer 120 of the printed circuit board 101.
  • the lower layer 120 is at least partially constructed identically to the upper layer 110.
  • the lower layer 120 in the example shown has a reference region 121 which is identical (apart from the first recess 117 and apart from the web 143) ok
  • the reference area 121 has a U-shape, with a base 124 running parallel to the rectangular antenna structure 113 and two legs 123.
  • the reference region 111 of the upper layer 110 can be connected in an electrically conductive manner to the reference region 121 of the lower layer 120 via one or more vias or plated-through holes 114.
  • the vias or plated-through holes 114 are shown as points in FIGS. 1a and 1b. The exact position of the one or more vias or plated-through holes 114 can vary depending on the via technology.
  • FIGS. 1c and 1d show exemplary cross-sections through exemplary printed circuit boards 101 with an antenna structure 113.
  • a printed circuit board 101 has a dielectric and / or electrically insulating layer 130 between two electrically conductive layers 110, 120.
  • the circuit board 101 has (at least) one electrically conductive intermediate layer 150 between the upper layer 110 and the lower layer 120, which is separated from the upper layer 110 and the lower layer 120 by a dielectric layer 130 is separated.
  • FIG. 1d illustrates the area 141 in which the antenna structure 113 shown in FIG. 1a, including the free space 112, are arranged.
  • This region 151 of an intermediate layer 150 is typically to be cut out so that the intermediate layer 150 does not have any electrically conductive material (in particular no copper) in this region 151.
  • the remaining region 152 of an intermediate layer 150 can be electrically conductively connected to the reference region 111, 121 of the upper layer 110 and the lower layer 120 via the vias or plated-through holes 114.
  • FIGS. 2a and 2b show different dimensions of the antenna 100 from FIGS. 1a and 1b.
  • FIGS. 2a and 2b show different dimensions of the antenna 100 from FIGS. 1a and 1b.
  • FIGS. 2a and 2b show different dimensions of the antenna 100 from FIGS. 1a and 1b.
  • FIGS. 2a and 2b show different dimensions of the antenna 100 from FIGS. 1a and 1b.
  • Antenna structure web 116 facing the free space 112, edge of a leg of the second partial reference region 141;
  • this distance 212 typically corresponds to the distance 210;
  • the depth 213 of the legs 123 of the reference area 121 of the lower layer 120 (starting from the edge of the base 124 of the reference area 121 facing the free space 122); this depth 213 typically corresponds to the distance 204.
  • the circuit board 101 may e.g. have a strength or thickness of 1, 5mm.
  • Any copper intermediate layer 150 preferably has a rectangular cutout 151 with a size of 7.7 mm ⁇ 22 mm.
  • the intermediate layer 150 can be connected to the reference regions 111, 141, 121 of the outer layers 110, 120 via external vias 114.
  • the above Values can fluctuate by up to ⁇ 10% (especially around the
  • the values can be scaled with a common factor F if necessary.
  • the circuit board antenna 100 can be arranged on a circuit board 101 with a size of 49 mm ⁇ 43 mm. In this case, several of the
  • circuit board antennas 100 described, e.g. One antenna 100 each on a long edge and on a short edge of the circuit board 101.
  • the individual antennas 100 can be adapted and / or optimized to the position within the circuit board 101 (for example by adapting the above values of an antenna 100 in a range of ⁇ 10%).
  • a planar printed circuit board antenna structure 113 is thus described which is surrounded or respectively surrounded by the reference ground (i.e. by a reference area 111, 121, 141).
  • the reference areas 111, 121, 141 can be coupled to ground in an electrically conductive manner.
  • the properties of the antenna 100 are independent of the size of the reference ground of a circuit board 101.
  • the antenna 100 can be installed in an efficient manner in circuit cards 101 of different sizes and / or in different environments without the
  • Antenna structure 113 and / or a “matching circuit” must be changed. As a result, a module approval for the antenna 100 described can be used for various overall devices regardless of the specific installation situation.
  • the antenna 100 described can be an expanded form of a planar inverted F antenna (PIFA, for English: Planar Inverted F-Shaped Antenna) (formed by the antenna structure 113).
  • PIFA planar inverted F antenna
  • the antenna 110 has a
  • the additional resonator can thereby via the gap (i.e. the free space 112) between the rectangle 118 of the inverted-F antenna 113 and the
  • Reference area web 143 are capacitively excited by the inverted-F antenna 113.
  • This capacitive coupling is preferably designed to be relatively weak, whereby the
  • Resonances of the inverted-F antenna 113 and of the reference area bar 153 become relatively broadband.
  • the radiation behavior of the antenna 100 is relatively little if the resonance frequencies shift (e.g. due to plastic (e.g. the housing of a device) in the vicinity of the antenna 100, or due to manufacturing tolerances).
  • the quality of the antenna 100 is therefore relatively insensitive to manufacturing tolerances.
  • the antenna 100 can be operated in different installation situations without having to shift the resonances by adapting the structure of the antenna 100 or by using a “matching circuit”. The antenna 100 can thus be approved independently of the
  • Installation situation can be used for various overall devices.
  • FIG. 3 shows exemplary frequency responses 301, 302, 303 of different antennas.
  • a resonance frequency in the frequency range 2.4-2.5 GHz can be seen for all antennas.
  • Two of the antennas (frequency responses 301, 302) also have a resonance frequency in the frequency range 5.1-5.8 GHz. It can be seen that the antennas with the two resonance frequencies in the respective Frequency ranges are broader than the antenna, which has only one resonance frequency. This enables flexible use of the dual-band antennas.

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Abstract

Es wird eine Leiterplatten-Antenne (100) beschrieben. Die Leiterplatten-Antenne (100) umfasst eine elektrisch leitende Antennenstruktur (113) auf einer äußeren Schicht (110) einer Leiterplatte (101), wobei die Antennenstruktur (113) eine erste Resonanzfrequenz aufweist. Außerdem umfasst die Leiterplatten-Antenne (100) eine elektrisch leitende Speiseleitung (115) zu der Antennenstruktur (113), sowie einen elektrisch leitenden Bezugsbereich (111, 141) auf der äußeren Schicht (110). Der Bezugsbereich (111, 141) umschließt die Antennenstruktur (113) abgesehen von einer isolierenden Speise-Aussparung (117) für die Speiseleitung (115) und einer isolierenden Steg-Aussparung (142) vollständig. Dabei ist die Steg-Aussparung (142) an einer von der Speiseleitung (115) abgewandten Seite der Antennenstruktur (113) angeordnet ist. Der Bezugsbereich (111, 141) weist auf der von der Speiseleitung (115) abgewandten Seite der Antennenstruktur (113) einen Bezugsbereichs-Steg (143) auf, der einen mit der Antennenstruktur (113) kapazitiv gekoppelten Resonator mit einer zweiten Resonanzfrequenz bildet.

Description

Leiterplatten-Antenne
Die Erfindung betrifft eine Antenne zum Senden bzw. zum Empfang von Funksignalen, die auf einer Leiterplatte implementiert werden kann.
Ein elektronisches Gerät, das eingerichtet ist, um über ein drahtloses Kommunikationsnetz zu kommunizieren, umfasst typischerweise mindestens eine Antenne zum Empfang und/oder zum Aussenden von Funksignalen. Dabei kann das elektronische Gerät eingerichtet sein, Funksignale über eine Vielzahl von unterschiedlichen Frequenzbändern, insbesondere über zwei unterschiedliche Frequenzbänder bzw. Frequenzbereiche, zu empfangen bzw. zu senden. Zu diesem Zweck kann das Gerät eine Mehrband-Antenne, insbesondere eine Dualband-Antenne, umfassen. Beispielhafte Dualband-Antennen können z.B. für die Frequenzbänder 2,4 - 2,5 GHz und 5,1 - 5,8 GHz, d.h. für WLAN (Wireless Local Area Network), bereitgestellt werden.
Antennen benötigen für ihre Funktion typischerweise eine Bezugsmasse bzw. Bezugsebene. Die Größe und die Form einer derartigen Bezugsmasse haben typischerweise einen maßgeblichen Einfluss auf die Funktion und Abstrahlcharakteristik einer Antenne. Häufig soll eine Antenne als Leiterkartenstruktur oder als aufgesetzte Metallstruktur (z.B. als Stanz-Biegeteil) in verschieden große Leiterkarten eingesetzt werden. Die unterschiedlich großen Leiterkarten stellen für eine Antenne unterschiedlich ausgeprägte Bezugsmassen dar. Des Weiteren kann auch Kunststoff in der Umgebung der Antenne (z.B. aufgrund eines Gehäuses) die Eigenschaften einer Antenne beeinflussen. Als Folge daraus wird typischerweise für jede Leiterkartengeometrie und/oder Anwendung eine neue Antennenabstimmung benötigt. Eine derartige Antennenabstimmung kann durch Verändern der Antennenstruktur und/oder durch Verwenden eines sogenannten„Matching-Circuit" bewerkstelligt werden.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine (Dualband-) Antenne bereitzustellen, die in effizienter Weise (insbesondere ohne Erfordernis einer dedizierten Antennenabstimmung) auf unterschiedlich ausgeprägten Leiterplatten integriert werden kann. Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem Aspekt wird eine Leiterplatten-Antenne beschrieben. Dabei kann die in diesem Dokument beschriebene Leiterplatten-Antenne in effizienter Weise auf unterschiedlich dimensionierten Leiterplatten und/oder in unterschiedlichen Umgebungen bzw. Anwendungen implementiert werden. Eine Leiterplatte umfasst dabei typischerweise eine elektrisch leitende (erste) äußere Schicht (z.B. eine vordere Schicht) sowie eine elektrisch leitende weitere (zweite) äußere Schicht (z.B. eine untere Schicht). Die ein oder mehreren Schichten können durch ein oder mehrere dielektrische Schichten voneinander elektrisch isoliert sein. Die Schichten können ein elektrisch leitendes Material,
insbesondere Kupfer, umfassen. Dabei kann das elektrisch leitende Material zumindest bereichsweise aus der jeweiligen Schicht entfernt werden, insbesondere um einen Freiraum zwischen einer Antennenstruktur und einem Bezugsbereich zu bilden.
Die Leiterplatten-Antenne umfasst eine elektrisch leitende Antennenstruktur auf der (ersten) äußeren Schicht der Leiterplatte. Die Antennenstruktur kann dabei eine längliche Form aufweisen (z.B. wie eine Dipolantenne). Insbesondere kann die Antennenstruktur eine Inverted-F Antenne bilden. Ferner kann die Antennenstruktur eine erste
Resonanzfrequenz aufweisen. Insbesondere kann die Antennenstruktur ausgebildet sein, eine erste Antenne für einen ersten Frequenzbereich um die erste Resonanzfrequenz zu bilden. Der erste Frequenzbereich kann insbesondere 5,1 - 5,8 GHz umfassen bzw.
diesem Frequenzintervall entsprechen.
Des Weiteren weist die Leiterplatten-Antenne einen elektrisch leitenden Bezugsbereich auf der äußeren Schicht auf. Dabei kann der Bezugsbereich mit einer Masse bzw. mit Ground der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden sein. Insbesondere kann der Bezugsbereich ausgebildet sein, eine Bezugsmasse für die Antennenstruktur zu bilden, so dass die Leiterplatten-Antenne unabhängig von einer Größe der Bezugsmasse ist.
Ferner weist die Leiterplatten-Antenne eine elektrisch leitende Speiseleitung zu der Antennenstruktur auf. Die Speiseleitung kann im Wesentlichen senkrecht zu der
Längsausrichtung der Antennenstruktur angeordnet sein. Ein von der Antennenstruktur empfangenes Funksignal kann über die Speiseleitung ausgekoppelt werden. Andererseits kann ein von der Antennenstruktur zu sendendes Funksignal über die Speiseleitung in die Antennenstruktur eingespeist werden.
Der Bezugsbereich kann ausgebildet sein, die Antennenstruktur abgesehen von einer isolierenden Speise-Aussparung für die Speiseleitung und abgesehen von einer isolierenden Steg-Aussparung teilweise oder vollständig zu umschließen. Dabei kann die Steg-Aussparung an einer von der Speiseleitung abgewandten Seite der
Antennenstruktur angeordnet sein. Der Bezugsbereich kann somit durch die beiden Aussparungen in (ggf. genau) zwei Teile unterteilt werden, d.h. in einen ersten Teil- Bezugsbereich und in einen zweiten Teil-Bezugsbereich.
Der Bezugsbereich, insbesondere der erste Teil-Bezugsbereich, kann auf der von der Speiseleitung abgewandten Seite der Antennenstruktur einen Bezugsbereichs-Steg aufweisen. Der Bezugsbereichs-Steg kann dabei elektrisch leitend mit dem ersten Teil- Bezugsbereich verbunden sein. Ferner kann der Bezugsbereichs-Steg einen mit der Antennenstruktur kapazitiv gekoppelten Resonator mit einer zweiten Resonanzfrequenz bilden. Der Bezugsbereichs-Steg kann eine längliche Form aufweisen (und damit z.B. eine Dipolantenne bilden). Insbesondere kann der Bezugsbereichs-Steg ausgebildet sein, eine zweite Antenne für einen zweiten Frequenzbereich um die zweite Resonanzfrequenz zu bilden. Der zweite Frequenzbereich kann insbesondere 2,4 - 2,5 GHz umfassen bzw. diesem Frequenzintervall entsprechen.
Es wird somit eine Dual-Band Antenne beschrieben, die durch die Bereitstellung eines Bezugsbereichs und eines zusätzlichen Bezugsbereichs-Stegs in zuverlässiger Weise in unterschiedlichen Einbauumgebungen und/oder auf unterschiedlichen Leiterplatten-Typen verwendet werden kann.
Die Antennenstruktur kann im Wesentlichen rechteckförmig aufgebaut sein. Insbesondere kann die Antennenstruktur ein elektrisch leitendes Rechteck (zur Bereitstellung der Antennenfunktion) aufweisen. Die, senkrecht zu der Speiseleitung verlaufende, Länge der Antennenstruktur kann dabei größer als die, parallel zu der Speiseleitung verlaufende, Breite der Antennenstruktur sein. Des Weiteren kann die Längskante des
Bezugsbereichs-Stegs parallel zu der entlang der Länge der Antennenstruktur verlaufenden Längskante der Antennenstruktur angeordnet sein. So kann eine zuverlässige elektromagnetische und/oder kapazitive Kopplung zwischen dem
Bezugsbereichs-Steg und der Antennenstruktur bewirkt werden. Insbesondere können der Bezugsbereichs-Steg und die Antennenstruktur über einen zwischen der Längskante der Antennenstruktur und der Längskante des Bezugsbereichs-Stegs angeordneten elektrisch isolierenden Freiraum kapazitiv miteinander gekoppelt sein.
Der Freiraum zwischen der Längskante der Antennenstruktur und der Längskante des Bezugsbereichs-Stegs kann in einem bevorzugten Beispiel eine Breite von F*2,2mm ± 10% aufweisen, wobei F ein beliebiger reellwertiger Skalierungsfaktor ist, mit
insbesondere F=1.
Die Antennenstruktur kann eine bestimmte Länge entlang der Längskante der
Antennenstruktur aufweisen, wobei die Länge der Antennenstruktur von der ersten Resonanzfrequenz abhängt. Insbesondere kann die Einstellung der Länge der
Antennenstruktur typischerweise dazu genutzt werden, die erste Resonanzfrequenz einzustellen. In einem bevorzugten Beispiel ist die Länge der Antennenstruktur F*11 ,4mm ± 10%. Ferner ist die Breite der Antennenstruktur in einem bevorzugten Beispiel F*2,4mm ± 10%.
In entsprechender Weise weist der Bezugsbereichs-Steg eine bestimmte Länge entlang einer Längskante des Bezugsbereichs-Stegs auf, wobei die Länge des Bezugsbereichs- Stegs typischerweise von der zweiten Resonanzfrequenz abhängt. Insbesondere kann die Einstellung der Länge des Bezugsbereichs-Stegs dazu genutzt werden, die zweite Resonanzfrequenz einzustellen. In einem bevorzugten Beispiel ist die Länge des
Bezugsbereichs-Stegs F*11 ,7mm ± 10%. Ferner ist die Breite des Bezugsbereichs-Stegs in einem bevorzugten Beispiel F*1 ,5mm ± 10%.
Die Antennenstruktur kann über einen elektrisch leitenden Antennenstruktur-Steg (auch als Kurzschluss-Steg bezeichnet) elektrisch leitend mit dem Bezugsbereich, insbesondere mit dem zweiten Teil-Bezugsbereich des Bezugsbereichs, verbunden sein. Dabei kann der Antennenstruktur-Steg parallel zu der Speiseleitung verlaufen. Ferner kann der Antennenstruktur-Steg eine Wesentlich größere, parallel zu der Speiseleitung verlaufende, Länge als (senkrecht zu der Speiseleitung verlaufende) Breite aufweisen, insbesondere um einen Faktor 10 oder mehr.
Die Speiseleitung und/oder der Antennenstruktur-Steg verlaufen typischerweise senkrecht zu einer Längsrichtung bzw. Längskante der Antennenstruktur. Ferner kann der
Antennenstruktur-Steg an einem Ende und/oder an einer Querkante der Antennenstruktur angeordnet sein (insbesondere an dem Ende bzw. an der Querkante, die dem zweiten Teil-Bezugsbereich zugewandt ist). In einem bevorzugten Beispiel weist der
Antennenstruktur-Steg eine Breite von F*0,9mm ± 10% auf. Ferner kann der
Antennenstruktur-Steg (insbesondere eine der Speiseleitung zugewandte Kante des Antennenstruktur-Stegs) in einem bevorzugten Beispiel einen Abstand von F*5,7mm ± 10% zu der Speiseleitung aufweisen.
Durch die Verwendung eines elektrisch leitenden Antennenstruktur-Stegs kann die Impedanz der Antennenstruktur in effizienter und präziser Weise eingestellt werden. Des Weiteren kann die erforderliche Größe der Antennenstruktur reduziert werden. Ferner können über den (Kurzschluss-) Steg zu dem Bezugsbereich, insbesondere zu dem zweiten Teil-Bezugsbereich, in zuverlässiger Weise elektrostatische Entladungen von der Sende-/Empfangs-Elektronik der beschriebenen Antenne ferngehalten werden.
Wie bereits oben dargelegt, kann der Bezugsbereich durch die Speise-Aussparung und durch die Steg-Aussparung in einen ersten Teil-Bezugsbereich und in einen zweiten Teil- Bezugsbereich unterteilt sein. Die Unterteilung kann dabei derart sein, dass der erste Teil- Bezugsbereich und der zweite Teil-Bezugsbereich nicht direkt elektrisch leitend auf der äußeren Schicht miteinander gekoppelt sind (sondern ggf. nur indirekt über eine
Durchkontaktierung mit einer anderen Schicht der Leiterplatte).
Der zweite Teil-Bezugsbereich kann eine L-Form aufweisen. Des Weiteren kann der erste Teil-Bezugsbereich eine (ggf. in Bezug auf die Speiseleitung) spiegelbildlich zu dem zweiten Teil-Bezugsbereich angeordnete L-Form aufweisen, an der parallel zu einem senkrecht zu der Speiseleitung verlaufenden Schenkel der L-Form zusätzlich der
Bezugsbereichs-Steg angeordnet ist. Der erste Teil-Bezugsbereich und der zweite Teil- Bezugsbereich können somit (abgesehen von dem zusätzlichen Bezugsbereichs-Steg) die gleiche Form und/oder die gleichen Dimensionen aufweisen, und ggf. spiegelbildlich in Bezug auf die Speiseleitung angeordnet sein. So kann eine Antenne bereitgestellt werden, die in besonders flexibler Weise in unterschiedlichen Konstellationen eingesetzt werden kann.
In einem bevorzugten Beispiel weist ein sich parallel zu der Speiseleitung erstreckender Schenkel des ersten Teil-Bezugsbereichs und/oder des zweiten Teil-Bezugsbereichs jeweils eine (parallel zu der Speiseleitung verlaufende) Länge von F*7,4mm ± 10% auf (ausgehend von einer der Antennenstruktur zugewandten Längskante des
Bezugsbereichs). Des Weiteren kann in einem bevorzugten Beispiel die (dem
Bezugsbereich zugewandte) Längskante der Antennenstruktur einen Abstand von F*1 ,3mm ± 10% zu der Längskante des senkrecht zu der Speiseleitung verlaufenden Schenkels des ersten Teil-Bezugsbereichs und/oder des zweiten Teil-Bezugsbereichs aufweisen.
Die Leiterplatten-Antenne kann eine elektrisch leitende weitere äußere Schicht der Leiterplatte umfassen. Ferner kann die Leiterplatten-Antenne einen elektrisch leitenden weiteren Bezugsbereich auf der weiteren äußeren Schicht umfassen. Dabei kann der Bezugsbereich (der (ersten) äußeren Schicht) über ein oder mehrere
Durchkontaktierungen mit dem weiteren Bezugsbereich (der weiteren äußeren Schicht) elektrisch leitend verbunden sein.
Der Bezugsbereich kann ohne den Bezugsbereichs-Steg und ohne die Speise- Aussparung eine U-Form aufweisen (die sich aus den beiden o.g. L-förmigen Teil- Bezugsbereichen zusammensetzt). Dabei kann die Antennenstruktur an drei Seiten von der U-Form des Bezugsbereichs umschlossen sein. Ferner kann der Bezugsbereichs- Steg zumindest einen Teil der vierten Seite der Antennenstruktur umschließen (und parallel dazu verlaufen).
Der weitere Bezugsbereich kann ebenfalls eine U-Form aufweisen. Dabei können die U- Form des weiteren Bezugsbereichs und die U-Form des Bezugsbereichs in einem bevorzugten Beispiel identisch dimensioniert sein und/oder direkt übereinander angeordnet sein. So kann eine besonders flexibel ersetzbare Antenne bereitgestellt werden. Wie bereits oben dargelegt, werden die (erste) äußere Schicht und/oder die weitere (zweite) äußere Schicht typischerweise jeweils durch eine elektrisch leitende Schicht, insbesondere durch eine Kupferschicht, einer Leiterplatte gebildet. Des Weiteren sind die äußere Schicht und die weitere äußere Schicht typischerweise durch zumindest eine dielektrische Schicht voneinander isolierst.
Des Weiteren kann eine Leiterplatte zumindest eine elektrisch leitende Zwischenschicht (z.B. eine Kupferschicht) aufweisen, die zwischen der äußeren Schicht und der weiteren äußeren Schicht angeordnet ist. Die Zwischenschicht weist bevorzugt in einem Bereich der Antennenstruktur und/oder des Bezugsbereichs-Stegs (sowie des
dazwischenliegenden Freiraums) kein elektrisch leitendes Material (insbesondere kein Kupfer) auf. Andererseits kann die Zwischenschicht in einem Bereich des Bezugsbereichs über ein oder mehrere Durchkontaktierungen elektrisch leitend mit dem Bezugsbereich verbunden sein. So kann auch bei einer Leiterplatte mit ein oder mehreren
Zwischenschichten in effizienter und präziser Weise eine Leiterplatten-Antenne
bereitgestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Hausgerät, insbesondere ein Haushaltsgerät, beschrieben, das eine Kommunikationseinheit zur drahtlosen Kommunikation (insbesondere über WLAN) umfasst, wobei die Kommunikationseinheit die in diesem Dokument beschriebene Leiterplatten-Antenne aufweist.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur 1a die obere bzw. die (erste) äußere Schicht einer Leiterplatte mit einer Antenne; Figur 1 b die untere Schicht bzw. die zweite bzw. weitere äußere Schicht einer Leiterplatte; Figuren 1c undld Querschnitte durch Leiterplatten mit jeweils einer Antenne; Figuren 2a und 2b beispielhafte Abmessungen einer Antenne; und
Figur 3 beispielhafte Frequenzverläufe von unterschiedlich dimensionierten Antennen.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Bereitstellung einer (Dualband-) Antenne, die in effizienter Weise auf unterschiedlich dimensionierten und/oder ausgelegten Leiterplatten und/oder in unterschiedliche Umgebungen integriert werden kann. Die (Dualband-) Antenne soll dabei insbesondere für WLAN Funkkommunikation in den Frequenzbändern bei 2,4GHz und bei 5GHz ausgelegt sein.
Figuren 1a und 1b zeigen eine beispielhafte Antenne 100, die auf einer Leiterplatte 101 integriert ist. Insbesondere zeigen Fig. 1a die (elektrisch leitende) obere Schicht 110 der Leiterplatte 101 und Fig. 1 b die (elektrisch leitende) untere Schicht 120 der Leiterplatte. Wie in den Figuren 1c und 1d dargestellt, befinden sich zwischen der oberen Schicht 110 und der unteren Schicht 120 ein oder mehrere dielektrische Schichten 130 sowie ggf. ein oder mehrere (elektrisch leitende) Zwischenschichten 150. Die elektrisch leitenden Schichten 110, 120, 150 können eine Schicht aus Metall, insbesondere Kupfer, aufweisen. Das Metall kann in Teilbereichen der Schichten 110, 120, 150 entfernt werden (z.B. weggeätzt werden), um unterschiedliche elektrisch leitende Teilbereiche innerhalb einer Schicht 110, 120, 150 zu bilden, wobei die Teilbereiche elektrisch voneinander isoliert sind.
Die obere Schicht 110 weist eine elektrisch leitende Antennenstruktur 113 auf, die über einen (elektrisch nicht-leitenden) Freiraum 112 von einem elektrisch leitenden Bezugsbereich 111 , 141 isoliert ist. Der Bezugsbereich 111 , 141 umschließt die Antennenstruktur 113 zumindest teilweise. Dabei ist der die Antennenstruktur 113 umschließende Bezugsbereich 111 , 141 an einer ersten Stelle unterbrochen, um einen Freiraum bzw. eine Aussparung 117 zu bilden, durch den bzw. durch die eine elektrisch leitende Speiseleitung 115 zu der Antennenstruktur 113 hin geführt werden kann. Des Weiteren weist der Bezugsbereich 111 , 141 eine zweite Aussparung 142 auf, um einen parallel zu der Antennenstruktur 113 verlaufenden Bezugsbereichs-Steg 143 zu bilden. Aufgrund der zwei Aussparungen 117, 142 wird der Bezugsbereich 111 , 141 somit in zwei Teil-Bezugsbereiche, insbesondere einen ersten Teil-Bezugsbereich 111 und einen zweiten Teil-Bezugsbereich 141 aufgeteilt. Der Bezugsbereichs-Steg 143 ist dabei elektrisch leitende mit dem ersten Teil-Bezugsbereich 111 verbunden. In dem in Fig. 1a dargestellten Beispiel weist die Antennenstruktur 113 eine rechteckige Form auf. Die Antennenstruktur 113 kann dabei für das Aussenden bzw. für den Empfang von Signalen in einem bestimmten ersten Frequenzbereich (etwa 5,1 - 5,8 GHz) verwendet werden. Insbesondere kann die Antennenstruktur 113 durch die Gesamtlänge 205 der Antennenstruktur 113 einen l/4-Strahler für einen bestimmten ersten Frequenzbereich bilden.
Andererseits kann der Freiraum 112 zwischen der Antennenstruktur 113 und dem Bezugsbereichs-Steg 143 des Bezugsbereichs 111 , 141 , und/oder der Bezugsbereichs- Steg 143 selbst als (Schlitz-) Antenne für einen weiteren (zweiten) Frequenzbereich (etwa 2,4 - 2,5 GHz) verwendet werden. Zu diesem Zweck können der Freiraum 112 und insbesondere der Bezugsbereichs-Steg 143 eine bestimmte Länge 208 aufweisen, so dass der Freiraum 112 und/oder der Bezugsbereichs-Steg 143 einen l/4-Strahler für einen weiteren (zweiten) Frequenzbereich bilden.
Des Weiteren kann die Antennenstruktur 113 über einen elektrisch leitenden Antennenstruktur-Steg (insbesondere über einen Kurzschluss-Steg) 116 elektrisch leitend mit dem Bezugsbereich 111 , 141 , insbesondere mit dem zweiten Teil-Bezugsbereiche 141 , verbunden sein. Der elektrisch leitende Antennenstruktur-Steg 116 kann dabei an einem Ende der Antennenstruktur 113, insbesondere an der schmälsten Querkante der Antennenstruktur 113, angeordnet sein. Die Antennenstruktur 113 kann somit eine (planare) Inverted-F-Antenne bilden.
Über den Abstand 206 zwischen dem Steg 116 und dem Speisepunkt bzw. der Speiseleitung 115 kann die Impedanz der Antennenstruktur 113 auf einen gewünschten Wert (z.B. 50 Ohm) getrimmt werden. Außerdem können über diesen Kurzschluss-Steg 116 elektrostatische Entladungen weitgehend von der Sende-/Empfangs-Elektronik der Antenne 100 ferngehalten werden.
Fig. 1b zeigt die untere Schicht 120 der Leiterplatte 101. Die untere Schicht 120 ist zumindest teilweise identisch zu der oberen Schicht 110 aufgebaut. Insbesondere weist die untere Schicht 120 in dem dargestellten Beispiel einen Bezugsbereich 121 auf, der (abgesehen von der ersten Aussparung 117, und abgesehen von dem Steg 143) identisch io
zu dem Bezugsbereich 111 , 141 der oberen Schicht 110 aufgebaut ist. Der Bezugsbereich 121 weist dabei eine U-Form auf, mit einer parallel zu der rechteckigen Antennenstruktur 113 verlaufenden Basis 124 und zwei Schenkeln 123.
Der Bezugsbereich 111 der oberen Schicht 110 kann über ein oder mehrere Vias bzw. Durchkontaktierungen 114 mit dem Bezugsbereich 121 der unteren Schicht 120 elektrisch leitend verbunden sein. Die Vias bzw. Durchkontaktierungen 114 sind in den Figuren 1a und 1b als Punkte dargestellt. Die genaue Position der ein oder mehreren Vias bzw. Durchkontaktierungen 114 kann je nach Via-Technologie unterschiedlich sein.
Die Figuren 1c und 1d zeigen beispielhafte Querschnitte durch beispielhafte Leiterplatten 101 mit einer Antennenstruktur 113. Dabei weist eine Leiterplatte 101 zwischen zwei elektrisch leitenden Schichten 110, 120 eine dielektrische und/oder elektrisch isolierende Schicht 130 auf. In dem in Fig. 1d dargestellten Beispiel weist die Leiterplatte 101 zwischen der oberen Schicht 110 und der unteren Schicht 120 (zumindest) eine elektrisch leitende Zwischenschicht 150 auf, die von der oberen Schicht 110 bzw. der unteren Schicht 120 jeweils durch eine dielektrische Schicht 130 getrennt ist.
Fig. 1d veranschaulicht den Bereich 141 , in dem die in der Figur 1a dargestellte Antennenstruktur 113 inklusive des Freiraums 112 angeordnet sind. Dieser Bereich 151 einer Zwischenschicht 150 ist typischerweise auszusparen, so dass die Zwischenschicht 150 in diesem Bereich 151 kein elektrisch leitendes Material (insbesondere kein Kupfer) aufweist. Andererseits kann der verbleibende Bereich 152 einer Zwischenschicht 150 über die Vias bzw. Durchkontaktierungen 114 mit dem Bezugsbereich 111 , 121 der oberen Schicht 110 und der unteren Schicht 120 elektrisch leitend verbunden werden.
Die Figuren 2a und 2b zeigen unterschiedliche Dimensionen der Antenne 100 aus den Figuren 1a und 1 b. Insbesondere zeigen die Figuren 2a und 2b
• den Abstand 201 zwischen der der (unterbrochenen) Basis (der U-Form) des
Bezugsbereichs 111 , 141 zugewandten Längskante des Rechtecks 118 der Antennenstruktur 113 und der (unterbrochenen) Basis (der U-Form) des
Bezugsbereichs 111 , 141 ;
• den Abstand 202 zwischen der der (unterbrochenen) Basis (der U-Form) des
Bezugsbereichs 111 , 141 abgewandten Längskante des Rechtecks 118 der Antennenstruktur 113 und der (unterbrochenen) Basis (der U-Form) des
Bezugsbereichs 111 , 141 ;
• den Abstand 203 zwischen der der (unterbrochenen) Basis (der U-Form) des Bezugsbereichs 111 , 141 zugewandten Längskante des Bezugsbereichs-Stegs 143 und der (unterbrochenen) Basis (der U-Form) des Bezugsbereichs 111 , 141 ;
• den Abstand 204 zwischen der der (unterbrochenen) Basis (der U-Form) des Bezugsbereichs 111 , 141 abgewandten Längskante des Bezugsbereichs-Stegs 143 und der (unterbrochenen) Basis (der U-Form) des Bezugsbereichs 111 , 141 ;
• die Länge 205 des Rechtecks 118 der Antennenstruktur 113;
• den Abstand 206 der Speiseleitung 117 von dem Antennenstruktur-Steg 116;
• die Breite 207 des Antennenstruktur-Stegs 116;
• die Länge 208 des Bezugsbereichs-Stegs 143;
• den Abstand 209 des Antennenstruktur-Stegs 116 von der parallel zu dem
Antennenstruktur-Steg 116 verlaufenden, dem Freiraum 112 zugewandten, Kante eines Schenkels des zweiten Teil-Bezugsbereichs 141 ;
• den Abstand 210 der, dem Freiraum 112 zugewandten, einander
gegenüberliegenden Kanten der Schenkel des ersten Teil-Bezugsbereichs 111 und des zweiten Teil-Bezugsbereichs 141 ;
• den Abstand 212 der, dem Freiraum 122 zugewandten, einander
gegenüberliegenden Kanten der beiden Schenkel 123 des Bezugsbereichs 121 der unteren Schicht 120; dieser Abstand 212 entspricht typischerweise dem Abstand 210;
• die Tiefe 213 der Schenkel 123 des Bezugsbereichs 121 der unteren Schicht 120 (ausgehend von der dem Freiraum 122 zugewandten Kante der Basis 124 des Bezugsbereichs 121); diese Tiefe 213 entspricht typischerweise dem Abstands 204.
Bevorzugte Werte der o.g. Dimensionen der Antenne 100 (insbesondere für eine Dualband-Antenne für die Frequenzbänder 2,4 - 2,5 GHz und 5,1 - 5,8 GHz) sind:
• für den Abstand 201 : 1 ,3mm; und/oder
• für den Abstand 202: 3,7mm; und/oder
• für den Abstand 203: 5,9mm; und/oder
• für den Abstand 204: 7,4mm; und/oder • für die Länge 205: 11 ,4mm; und/oder
• für den Abstand 206: 5,7mm; und/oder
• für die Breite 207: 0,9mm; und/oder
• für die Länge 208: 11 ,7mm; und/oder
• für den Abstand 209: 5,7mm; und/oder
• für den Abstand 210: 21 ,3mm; und/oder
• für den Abstand 212: 21 ,3mm; und/oder
• für die Tiefe 213: 7,4mm.
Die Leiterplatte 101 kann z.B. eine Stärke bzw. Dicke von 1 ,5mm aufweisen. Eine eventuelle Kupfer-Zwischenlage 150 weist bevorzugt eine rechteckige Aussparung 151 der Größe 7,7mm x 22mm auf. Des Weiteren kann die Zwischenlage 150 über außenliegende Vias 114 mit den Bezugsbereichen 111 , 141 , 121 der äußeren Schichten 110, 120 verbunden sein.
Die o.g. Werte können jeweils um bis zu ±10% schwanken (insbesondere um die
Resonanzfrequenzen zu trimmen). Des Weiteren können die Werte ggf. mit einem gemeinsamen Faktor F skaliert werden.
Die Leiterplatten-Antenne 100 kann auf einer Leiterplatte 101 mit einer Größe 49mm x 43 mm angeordnet sein. Dabei können auf der Leiterplatte 101 ggf. mehrere der
beschriebenen Leiterplatten-Antennen 100 angeordnet, z.B. je eine Antenne 100 an einer langen Kante und an einer kurzen Kante der Leiterplatte 101. Die einzelnen Antennen 100 können dabei auf die Position innerhalb der Leiterplatte 101 angepasst und/oder optimiert sein (z.B. durch Anpassung der o.g. Werte einer Antenne 100 in einem Bereich von ±10%).
Es wird somit eine planare Leiterplatten-Antennenstruktur 113 beschrieben, die von der Bezugsmasse (d.h. von einem Bezugsbereich 111 , 121 , 141) umgeben bzw.
in die Bezugsmasse integriert ist. Die Bezugsbereiche 111 , 121 , 141 können mit Masse bzw. Ground elektrisch leitend gekoppelt sein. Durch die Integration einer
Antennenstruktur 113 in einen Bezugsbereich 111 , 121 , 141 werden die Eigenschaften der Antenne 100 von der Größe der Bezugsmasse einer Leiterplatte 101 unabhängig. Als Folge daraus kann die Antenne 100 in effizienter Weise in verschieden große Leiterkarten 101 und/oder in unterschiedliche Umgebungen eingebaut werden, ohne die
Antennenstruktur 113 und/oder einen„Matching Circuit" verändern zu müssen. Folglich kann eine Modul-Zulassung für die beschriebene Antenne 100 unabhängig von der konkreten Einbausituation für verschiedene Gesamtgeräte verwendet werden.
Bei der beschriebenen Antenne 100 kann es sich um eine erweiterte Form einer planaren Inverted-F Antenne (PIFA, für englisch: Planar Inverted F-Shaped Antenna) handeln (gebildet durch die Antennenstruktur 113). Dabei weist die Antenne 110 einen
zusätzlichen Resonator auf (gebildet durch den Bezugsbereichs-Steg 143 des ersten Teil- Bezugsbereichs 111), wodurch eine zweite (relativ tiefe) Resonanzfrequenz
entsteht. Der zusätzliche Resonator kann dabei über den Zwischenraum (d.h. den Freiraum 112) zwischen dem Rechteck 118 der Inverted-F Antenne 113 und dem
Bezugsbereichs-Steg 143 kapazitiv durch die Inverted-F Antenne 113 angeregt werden. Diese kapazitive Kopplung ist bevorzugt relativ schwach ausgelegt, wodurch die
Resonanzen der Inverted-F Antenne 113 und des Bezugsbereichs-Stegs 153 relativ breitbandig werden.
Durch die Verwendung von relativ breitbandigen Resonatoren ändert sich das
Abstrahlverhalten der Antenne 100 relativ wenig, wenn sich die Resonanzfrequenzen verschieben (z.B. durch Kunststoff (etwa des Gehäuses eines Geräts) in der Nähe der Antenne 100, oder durch Fertigungstoleranzen). Die Qualität der Antenne 100 ist daher relativ unempfindlich gegenüber Fertigungstoleranzen. Außerdem kann die Antenne 100 in verschiedenen Einbausituationen betrieben werden, ohne dafür die Resonanzen, durch Anpassung der Struktur der Antenne 100 oder durch ein "Matching Circuit", verschieben zu müssen. Es kann somit eine Zulassung der Antenne 100 unabhängig von der
Einbausituation für verschiedene Gesamtgeräte verwendet werden.
Fig. 3 zeigt beispielhafte Frequenzgänge 301 , 302, 303 von unterschiedlichen Antennen.
In den Frequenzgängen 301 , 302, 303 ist für alle Antennen eine Resonanzfrequenz im Frequenzbereich 2,4 - 2,5 GHz zu erkennen. Zwei der Antennen (Frequenzgänge 301 , 302) weisen zusätzlich eine Resonanzfrequenz im Frequenzbereich 5,1 - 5,8 GHz auf. Es ist zu erkennen, dass die Antennen mit den beiden Resonanzfrequenzen in den jeweiligen Frequenzbereichen breitbandiger sind, als die Antenne, die nur eine Resonanzfrequenz aufweist. So kann ein flexibler Einsatz der Dualband-Antennen ermöglicht werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1) Leiterplatten-Antenne (100), die umfasst,
- eine elektrisch leitende Antennenstruktur (113) auf einer äußeren Schicht (110) einer Leiterplatte (101); wobei die Antennenstruktur (113) eine erste Resonanzfrequenz aufweist;
- eine elektrisch leitende Speiseleitung (115) zu der Antennenstruktur (113);
- einen elektrisch leitenden Bezugsbereich (111 , 141) auf der äußeren
Schicht (110); wobei der Bezugsbereich (111 , 141) die Antennenstruktur (113) abgesehen von einer isolierenden Speise-Aussparung (117) für die Speiseleitung (115) und einer isolierenden Steg-Aussparung (142) vollständig umschließt; wobei die Steg-Aussparung (142) an einer von der Speiseleitung (115) abgewandten Seite der Antennenstruktur (113) angeordnet ist; und wobei der Bezugsbereich (111 , 141) auf der von der Speiseleitung (115) abgewandten Seite der Antennenstruktur (113) einen Bezugsbereichs-Steg (143) aufweist, der einen mit der Antennenstruktur (113) kapazitiv gekoppelten Resonator mit einer zweiten
Resonanzfrequenz bildet.
2) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß Anspruch 1 , wobei
- die Antennenstruktur (113) im Wesentlichen rechteckförmig ist;
- eine, senkrecht zu der Speiseleitung (115) verlaufende, Länge (205) der Antennenstruktur (113) größer als eine, parallel zu der Speiseleitung (115) verlaufende, Breite der Antennenstruktur (113) ist;
- eine Längskante des Bezugsbereichs-Stegs (143) parallel zu einer entlang der Länge (205) der Antennenstruktur (113) verlaufenden Längskante der Antennenstruktur (113) angeordnet ist;
- der Bezugsbereichs-Steg (143) und die Antennenstruktur (113) über einen zwischen der Längskante der Antennenstruktur (113) und der Längskante des Bezugsbereichs-Stegs (143) angeordneten elektrisch isolierenden Freiraum (112) kapazitiv miteinander gekoppelt sind; - der Freiraum (112) zwischen der Längskante der Antennenstruktur (113) und der Längskante des Bezugsbereichs-Stegs (143) insbesondere eine Breite von F*2,2mm ± 10% aufweist; und
- F ein beliebiger reellwertiger Skalierungsfaktor ist, mit insbesondere F=1.
3) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Antennenstruktur (113) eine erste Antenne für einen ersten
Frequenzbereich um die erste Resonanzfrequenz bildet; und
- der Bezugsbereichs-Steg (143) eine zweite Antenne für einen zweiten Frequenzbereich um die zweite Resonanzfrequenz bildet; und
- der erste Frequenzbereich insbesondere 5,1 - 5,8 GHz und der zweite Frequenzbereich insbesondere 2,4 - 2,5 GHz umfasst.
4) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Antennenstruktur (113) eine Länge (205) entlang einer Längskante der Antennenstruktur (113) aufweist; und
- die Länge (205) der Antennenstruktur (113) von der ersten
Resonanzfrequenz abhängt.
5) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß Anspruch 4, wobei
- die Länge (205) der Antennenstruktur (113) F*11 ,4mm ± 10% ist; und/oder
- eine Breite der Antennenstruktur (113) F*2,4mm ± 10% ist; und
- F ein beliebiger reellwertiger Skalierungsfaktor ist, mit insbesondere F=1.
6) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Bezugsbereichs-Steg (143) eine Länge (208) entlang einer Längskante des Bezugsbereichs-Stegs (143) aufweist; und
- die Länge (208) des Bezugsbereichs-Stegs (143) von der zweiten
Resonanzfrequenz abhängt.
7) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß Anspruch 6, wobei
die Länge (208) des Bezugsbereichs-Stegs (143) F*11 ,7mm ± 10% ist; und/oder - eine Breite des Bezugsbereichs-Stegs (143) F*1 ,5mm ± 10% ist; und
- F ein beliebiger reellwertiger Skalierungsfaktor ist, mit insbesondere F=1.
8) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Antennenstruktur (113) über einen elektrisch leitenden
Antennenstruktur-Steg (116) elektrisch leitend mit dem Bezugsbereich (111 , 141), insbesondere mit einem zweiten Teil-Bezugsbereich (141) des Bezugsbereichs (111 , 141), verbunden ist;
- der Antennenstruktur-Steg (116) parallel zu der Speiseleitung (115)
verläuft;
- der Antennenstruktur-Steg (116) eine Wesentlich größere, parallel zu der Speiseleitung (115) verlaufende, Länge als Breite (207) aufweist, insbesondere um einen Faktor 10 oder mehr;
- die Speiseleitung (115) senkrecht zu einer Längsrichtung der
Antennenstruktur (113) verläuft;
- der Antennenstruktur-Steg (116) an einem Ende und/oder an einer
Querkante der Antennenstruktur (113) angeordnet ist;
- der Antennenstruktur-Steg (116) insbesondere eine Breite (207) von
F*0,9mm ± 10% aufweist;
- der Antennenstruktur-Steg (116) insbesondere einen Abstand (206) von F*5,7mm ± 10% zu der Speiseleitung (115) aufweist; und
- F ein beliebiger reellwertiger Skalierungsfaktor ist, mit insbesondere F=1.
9) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Bezugsbereich (111 , 141) durch die Speise-Aussparung (117) und durch die Steg-Aussparung (142) in einen ersten Teil-Bezugsbereich (111) und in einen zweiten Teil-Bezugsbereich (141) unterteilt ist;
- der erste T eil-Bezugsbereich (111) und der zweite T eil-Bezugsbereich (141) nicht direkt elektrisch leitend auf der äußeren Schicht (110) miteinander gekoppelt sind;
- der zweite Teil-Bezugsbereich (141) eine L-Form aufweist;
- der ersten Teil-Bezugsbereich (111) eine, relativ zu der Speiseleitung (115), spiegelbildlich zu dem zweiten Teil-Bezugsbereich (141) angeordnete L-Form aufweist, an der parallel zu einem senkrecht zu der Speiseleitung (115) verlaufenden Schenkel der L-Form zusätzlich der Bezugsbereichs-Steg (143) angeordnet ist;
- ein sich parallel zu der Speiseleitung (115) erstreckender Schenkel des ersten Teil-Bezugsbereichs (111) und/oder des zweiten Teil- Bezugsbereichs (141) insbesondere eine Länge (204) von F*7,4mm ± 10% aufweisen;
- eine Längskante der Antennenstruktur (113) insbesondere einen Abstand (201) von F*1 ,3mm ± 10% von einem senkrecht zu der Speiseleitung (115) verlaufenden Schenkel des ersten Teil-Bezugsbereichs (111) und/oder des zweiten Teil-Bezugsbereichs (141) aufweist; und
- F ein beliebiger reellwertiger Skalierungsfaktor ist, mit insbesondere F=1.
10) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Leiterplatten-Antenne (100) eine elektrisch leitende weitere äußere Schicht (120) der Leiterplatte (101) umfasst;
- die Leiterplatten-Antenne (100) einen elektrisch leitenden weiteren
Bezugsbereich (121) auf der weiteren äußeren Schicht (120) umfasst; und
- der Bezugsbereich (111 , 141) über ein oder mehrere
Durchkontaktierungen (114) mit dem weiteren Bezugsbereich (121) elektrisch leitend verbunden ist.
11) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß Anspruch 10, wobei
- der Bezugsbereich (111 , 141) ohne den Bezugsbereichs-Steg (143) und ohne die Speise-Aussparung (117) eine U-Form aufweist;
- die Antennenstruktur (113) an drei Seiten von der U-Form des
Bezugsbereich (111 , 141) umschlossen wird;
- der weitere Bezugsbereich (121) eine U-Form aufweist; und
- die U-Form des weiteren Bezugsbereichs (121) und die U-Form des
Bezugsbereichs (111 , 141) insbesondere identisch dimensioniert und direkt übereinander angeordnet sind.
12) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11 , wobei - die äußere Schicht (110) und die weitere äußere Schicht (120) jeweils durch eine elektrisch leitende Schicht, insbesondere durch eine Kupferschicht, der Leiterplatte (101) gebildet werden; und/oder
- die äußere Schicht (110) und die weitere äußere Schicht (120) durch
zumindest eine dielektrische Schicht (130) voneinander isolierst sind.
13) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß Anspruch 12, wobei
- die Leiterplatte (101) zumindest eine elektrisch leitende Zwischenschicht (150) aufweist, die zwischen der äußeren Schicht (110) und der weiteren äußeren Schicht (120) angeordnet ist; und
- die Zwischenschicht (150) in einem Bereich (151) der Antennenstruktur (131) und/oder des Bezugsbereichs-Stegs (143) kein elektrisch leitendes Material aufweist; und/oder
- die Zwischenschicht (150) in einem Bereich (152) des Bezugsbereichs (111 , 141) über ein oder mehrere Durchkontaktierungen (114) elektrisch leitend mit dem Bezugsbereich (111 , 141) verbunden ist.
14) Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bezugsbereich (111 , 141) eine Bezugsmasse für die Antennenstruktur (113) bildet, so dass die Leiterplatten-Antenne (100) unabhängig von einer Größe der Bezugsmasse ist.
15) Hausgerät, das eine Kommunikationseinheit mit einer Leiterplatten-Antenne (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
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