SE515764C2 - Patch-antenn - Google Patents

Description

25 30 en .nl en -1 Ü\ 4» Några metoder kan dock användas för att öka bandbredden. En metod är att öka substratets tjocklek. En annan metod är att placera ytterligare strålande element utefter två sidor av patchen. Idén med dessa ytterligare element är att öka band- bredden genom att göra dessa med en något annorlunda storlek än den drivna patchen. Detta gör de ytterligare elementen känsliga för frekvenser runt centrumfrekvensen.

Emellertid resulterar dessa metoder i antenner som är större, tjockare och tyngre än enkla patch-antenner. Detta är en mycket stor nackdel när det gäller att integrera antenner i integrerade radiofrekvenssystem som skall ha liten storlek och låg vikt.

Dessa problem löses medelst föreliggande uppfinning. Uppfin- ningen erbjuder en patch-antenn med liten storlek och låg vikt och med en bandbredd av ungefär 4 - 16 %, vilken antenn (MMC) kan integreras i en multichip-modul eller på ett krets- kort (PCB).

Uppfinningen löser således de problem som är förknippade med patch-antenner, d.v.s. stor storlek och liten bandbredd i det låga GHz-området, såsom vid ISM frekvensbandet 2.4 GHz som används vid tekniken Bluetooth och wireless LAN.

Föreliggande uppfinning avser således en patch-antenn utförd i ett substrat med flera lager, innefattande en antennyta, d.v s. en matarledning från en signalkälla till en patch, nämnda patch och ett jordplan anordnat parallellt med men på avstånd från patchen, där matarledningen är väsentligen pa- rallellt anordnad relativt patchen men i ett annat lager än patchen och där matarledningens ände befinner sig inom pat- att matarledningen och jord- chens periferi, och utmärkes av, G:\Ansokn00\0O0O24SE.trdoc, 2000-l2-2l 15 20 25 30 (fl ml m w ch 4.» planet är placerade pà olika sidor om patchen och av att ett extra jordplan förefinns placerat mellan matarledningen och förstnämnda jordplan för samverkan med matarledningen.

Nedan beskrives uppfinningen närmare, delvis i samband med pà bifogade ritning visade utföringsexempel av uppfinningen, där - figur 1 visar en känd form av en patch-antenn sedd i en planvy - figur 2 visar ett snitt genom patch-antennen i figur 1 - figur 3 visar en patch-antenn enligt uppfinningen sedd i en planvy - figur 4 visar ett snitt genom patch-antennen i figur 3 - figur 5 visar ett snitt genom en struktur med flera lager för tillverkning av föreliggande patch-antenn.

I figur l och 2 visas en känd patch-antenn l. Denna är för- sedd med en patch 2 och en matarledning 3. Vidare är den för- Jordplanet är anordnat sedd med ett jordplan 4, se figur 2. parallellt med men pà avstånd fràn patchen. Som framgàr av figur 2 föreligger matarledningen 3 inuti ett substrat 5 och patchen 2 ovanpå substratet 5. Matarledningen leder fràn en signalkälla till nämnda patch 2. Matarledningen 3 är väsent- ligen parallellt anordnad relativt patchen 2, men i ett annat lager än patchen. Matarledningens 3 ände 6 befinner sig inom patchens periferi.

I figur 3 och 4 visas en patch-antenn enligt föreliggande uppfinning. Även denna patch-antenn är utförd i ett substrat 7 med flera lager.

Enligt uppfinningen är matarledningen 8 och jordplanet 9 pla- cerade pà olika sidor om patchen 10. Vidare förefinns ett ex- G:\Ansokn0O\OO0O24SE.tr.d0c , 2000-12-21 10 15 20 25 30 m »A Gfl w Cß 4.:- tra jordplan 11 placerat mellan matarledningen 8 och först- nämnda jordplan 9 för samverkan med matarledningen.

Att placera matarledningen 8 ovanför patchen 10, i stället för som under patchen enligt känd teknik, förändrar matnings- moden jämfört med en konventionell fältmatad patch-antenn, vilket resulterar i en mycket starkare koppling mellan matar- ledningen och patchen. Detta beror huvudsakligen pà att i den kända tekniken samverkar matarledningen i större utsträckning med jordplanet.

Det extra jordplanet 11 medger att matarledningen 8 kan impe- dansanpassas till 50 Q för att minska refraktionen och ge en god kapacitiv koppling till patchen 10. Det extra jordplanet 11 medför också att matningsledningens 8 bredd kan göras mindre än vid känd teknik utan att antennförstärkningen mins- kar.

I figur 5 visas ett snitt genom substratets olika lager.

Siffran 12 anger det översta metallagret, där matarledningen finns utbildad. Siffran 13 anger ett underliggande metallager i vilket det extra jordplanet 11 och patchen 10 befinner sig.

Siffran 14 anger det understa metallagret vilket utgöres av jordplanet 9. Siffrorna 15 och 16 anger dielektriska lager.

Enligt en föredragen utföringsform är det extra jordplanet 11 placerat i samma lager 13 i substratet som nämnda patch 10.

Det är föredraget att matarledningens 11 ände 17 är placerad vid patchens 10 mittpunkt för att få bästa koppling mellan matarledningen och patchen.

G:\Ansokn00\000024SE.tr,doc, 2000-12-21 10 15 20 25 30 m nå en -1 e» Jb Det är väsentligt att metallagret 12 är placerat nära metall- lagret 13. Genom detta kan en god koppling mellan matarled- ningen och patchen uppnàs genom kopplingslängden dem emellan.

Enligt en föredragen utföringsform är därför avståndet mellan matarledningen 12 och det lager 13 i vilket patchen 10 och det extra jordplanet 11 befinner sig omkring 35 - 50 mikrome- ter .

Den därvid uppnådda starka kopplingen medför att behovet av ett tjockt substrat, d.v.s. ett långt avstånd mellan matar- ledning och patch, som används vid konventionella patch- antenner IedLlCeräS .

Vid en patch-antenn enligt uppfinningen uppnås exempelvis vid en substrattjocklek av 0.8 - 1.0 millimeter en bandbredd av 4 - 10 % vid en frekvens av 2.4 GHz.

Lagret 16 kan ha en tjocklek av 800 - 1000 mikrometer. Me- tallagren 12, 13 och 14 har lämpligen an tjocklek av omkring 10 - 35 mikrometer. En lämplig metall är koppar, men även andra lämpliga metaller kan givetvis användas.

Föreliggande uppfinning medför också att patchen kan göras mindre än konventionella patchar. Jämfört med känd teknik är patchens längd parallellt matarledningen Ä/2, men i en rikt- ning vinkelrätt däremot har patchen enligt föreliggande upp- finning en bredd av Ä/4, medan konventionella patch-antenner har en bredd av Ä/2. Ä är våglängden för centrumfrekvensen.

Således medför föreliggande uppfinning att patch-antennen kan göras mindre och tunnare samtidigt som den ger en betydligt större bandbredd.

G :\Ansokn00\000O24SE.tr.d0c , 2000-12-21 10 15 20 (H nå QH -a GM 41:..

Patch-antennen enligt föreliggande uppfinning ger dessutom fördelen att den är kompatibel med den substratprocess som tillämpas vid tillverkning av multi-chip moduler, antingen laminatbaserade (MCM-L), keramikbaserade (MCM-C) eller vid tillverkning med tunnfilmsteknik pà olika substrat (MCM-D) eller vid teknik med kretskort (PCB). Således kan föreliggan- de patch-antenn helt integreras vid MCM-teknik eller PCB-tek- nik för ett fullt integrerat radiofrekvenssystem.

Det är uppenbart att föreliggande uppfinning löser de inled- ningsvis nämnda problemen.

Ovan har ett antal utföringsexempel beskrivits. Emellertid är det uppenbart att antennens detaljutformning kan varieras utan att funktionen fràngàs.

Föreliggande uppfinning skall därför inte anses begränsad till de ovan angivna utföringsformerna, utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.

G:\AnsoknO0\0O0024SEtndoc , 2000-12-21

Claims (6)

10 15 20 25 30 Cfl nå (H w Ch 45 Patentkrav

1. Patch-antenn utförd i ett substrat med flera lager, inne- fattande en antennyta, d.v.s. en patch (10), en matarledning (8) från en signalkälla till nämnda patch och ett jordplan (9) anordnat parallellt med men på avstånd från patchen, där matarledningen är väsentligen parallellt anordnad relativt patchen men i ett annat lager än patchen och där matarled- ningens ände (17) befinner sig inom patchens (10) periferi, och (10) k ä n n e t e c k n a d a v, att matarledningen (8) jordplanet (9) är placerade på olika sidor om patchen och av att ett extra jordplan (11) förefinns placerat mellan matarledningen (8) och förstnämnda jordplan (9) för samverkan med matarledningen.

2. Patch-antenn enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att det extra jordplanet (11) är placerat i samma lager i substratet (1) som nämnda patch (10).

3. Patch-antenn enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - att nämnda ände (17) av matarledningen (8) är (10) n a d a v, placerad vid patchens mittpunkt.

4. Patch-antenn enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v, att avståndet mellan matarledningen (8) och det lager (13) i vilket patchen (10) och det extra jordplanet (11) befinner sig är omkring 35 - 50 mikrometer.

5. Patch-antenn enligt krav 1, 2, 3 eller 4, k ä n n e ~ t e c k n a d av, att patchen (10) har en yta av Ä/2 X Ä/4, där Ä är våglängden för centrumfrekvensen.

6. Patch-antenn enligt krav 1, 2, 3, 4 eller 5, k ä n n e - G:\Ansokn00\000024SE,tr.doc, 2000-12-21 (fl »ß LH »z då 41:.. t e c k n a d a v, att mellan det extra jordplanet (ll) res- pektive patchen (10) och matarledningen (8) samt mellan det extra jordplanet (ll) respektive patchen (10) och förstnämnda jordplan (9) förefinns ett dielektriskt material. G:\Ansokn0O\0O0O24SE.tr.d0c , 2000-12-21