Die vorliegende Erfindung betrifft eine planare Antenne mit Strahlungsdiversität. Sie betrifft insbesondere eine Antenne, die auf dem Gebiet der drahtlosen Übertragungen verwendbar ist, insbesondere im Zusammenhang mit Übertragungen in einer geschlossenen oder halbgeschlossenen Umgebung wie in der häuslichen Umgebung, in Sporthallen, in Fernsehstudios, in Vorführungssälen o.ä.

In den bekannten hochbitratigen drahtlosen Übertragungssystemen gelangen die von dem Sender übertragenen Signale zu dem Empfänger auf einer Mehrzahl von Strecken, die sich aus den zahlreichen Reflexionen des Signals an Wänden, Möbeln o.ä. ergeben. Bei ihrer Zusammenführung am Empfänger ergeben die Phasenunterschiede zwischen den unterschiedlichen Strahlen, die unterschiedlich lange Strecken zurückgelegt haben, eine Interferenzfigur, die Fadingerscheinungen oder eine beträchtliche Signalverschlechterung verursachen kann.

Der Ort der Fadingerscheinungen ändert sich jedoch im Laufe der Zeit in Abhängigkeit von den Veränderungen in der Umgebung wie Vorhandensein neuer Gegenstände oder durchgehende Personen. Das Fading aufgrund der Mehrwegausbreitung kann zu beträchtlichen Verschlechterungen sowohl der Qualität des empfangenen Signals als auch der Systemleistungen. Um diese Fadingerscheinungen zu bekämpfen, ist die am meisten verwendete Technik eine Technik, die die räumliche Diversität einsetzt.

Diese Technik besteht unter anderem darin, ein Paar von Antennen mit breiter räumlicher Abdeckung zu verwenden, welche über Versorgungsleitungen mit einem Schalter verbunden sind. Die Verwendung dieses Diversitätstyps erfordert jedoch einen Mindestabstand zwischen den strahlenden Elementen, um eine ausreichende Dekorrelation der durch jedes strahlende Element betrachtete Kanalantwort sicherzustellen. Ein ihrer Implementierung eigener Nachteil ist der Abstand zwischen den strahlenden Elementen, welcher mit Kosten hinsichtlich des Platzbedarfs und des Substrats verbunden ist.

Um dieses Problem zu beheben, wurden andere Lösungen vorgeschlagen. Einige dieser Lösungen verwenden die Strahlungsdiversität, wie beispielsweise in der französischen Patentanmeldung A-2 828 584 der Anmelderin beschrieben.

In der EP 1 291 971 ist eine Schlitzantenne mit durchgeschalteten Leitungen beschrieben.

Die vorliegende Erfindung schlägt eine neue Antenne des Typs Planarantenne mit Strahlungsdiversität vor.

Die vorliegende Erfindung betrifft demnach eine planare Antenne, die auf einem Substrat mit einem Schlitz in geschlossener Form realisiert ist, der dimensioniert ist, um bei einer vorgegebenen Frequenz zu funktionieren, und der in einer Ebene eines Kurzschlusses mindestens einer Versorgungsleitung angeordnet ist. Bei dieser Antenne ist der Umfang des Schlitzes derart gewählt, dass p = k&lgr;s, wobei k eine ganze Zahl größer als 1 und &lgr;s die in dem Schlitz geführte Wellenlänge ist. Andererseits weist sie mindestens eine erste Versorgungsleitung, die in einem Bereich eines offenen Kreislaufs des Schlitzes angeordnet ist, und eine zweite Versorgungsleitung, die in einem Abstand d = (2n + 1)&lgr;s/4 zu der ersten Leitung angeordnet ist, auf, wobei n eine ganze Zahl ist, die größer als oder gleich Null ist.

Gemäß einer ersten Ausführungsform endet jede Versorgungsleitung mit einem offenen Kreislauf und ist mit dem Schlitz gemäß einer derartigen Leitung-Schlitz-Kopplung gekoppelt, dass die Länge der Leitung nach dem Übergang gleich (2k' + 1)&lgr;m/4 ist, wobei &lgr;m die unter der Leitung geführte Wellenlänge ist und k' eine ganze Zahl ist, die positiv oder gleich Null ist. Die Leitung-Schlitz-Kopplung kann ebenfalls derart ausgeführt sein, dass die Mikrostreifenleitung mit einem um (2k'')&lgr;m/4 beabstandeten Kurzschluss endet, wobei &lgr;m die unter der Leitung geführte Wellenlänge ist und k'' eine ganze Zahl ist, die positiv oder gleich Null ist.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist jede Versorgungsleitung magnetisch mit dem Schlitz gemäß einem tangentialen Leitung-Schlitz-Übergang gekoppelt.

Der Schlitz kann andererseits ringförmig, quadratisch, rechteckig, polygonal, kleeblattförmig sein. Wenn der Schlitz rechteckig ist, können die Versorgungsleitungen abstandsgleich zu einer Symmetrieachse des Schlitzes angeordnet sein oder kann eine der Versorgungsleitungen nach einer Symmetrieachse des Schlitzes positioniert sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unterschiedlicher Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

1 einen schematischen Grundriss einer ersten Ausführungsform von oben,

2 eine Kurve, die die Parameter der Antenne der 1 angibt,

3a und 3b jeweils eine Darstellung der Strahlungsdiagramme der Antenne der 1, wenn diese über den Zugang 1 beziehungsweise über den Zugang 2 versorgt wird,

4 einen Schnitt durch die Strahlungsdiagramme der 3,

5 Isolationskurven S12 für einen zweiten Zugang bei 45° oder 135°,

6 einen schematischen Grundriss einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antenne von oben,

7a und 7b jeweils eine Darstellung der Strahlungsdiagramme der Antenne der 6, wenn diese über den Zugang 1 beziehungsweise über den Zugang 2 versorgt wird,

8a und 8b jeweils die Parameter S der Antenne der 6 bei unterschiedlichen Werten für die Länge der Viertelwelle,

9 einen schematischen Grundriss einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antenne von oben,

10 eine Darstellung der Parameter S der Antenne der 9,

11a und 11b jeweils eine Darstellung der Strahlungsdiagramme der Antenne der 9,

12 einen schematischen Grundriss unterschiedlicher Antennenformen,

13 einen schematischen Grundriss einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung,

14 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antenne mit einem Zugang Tx und zwei Zugängen Rx.

Zur Vereinfachung der Beschreibung werden identische Elemente mit denselben Bezugszeichen angegeben.

Die 1 bis 5 betreffen eine erste Ausführungsform der Erfindung. Wie in 1 dargestellt, wird die planare Antenne durch einen ringförmigen Schlitz 1 gebildet, der auf einem Substrat 2 durch Ätzen einer nicht dargestellten Masseebene ausgebildet ist. Die Antenne funktioniert in einer oberen Schwingungsform, insbesondere in ihrer ersten oberen Schwingungsform. Aus diesem Grund ist der Umfang des ringförmigen Schlitzes 1 gleich 2&lgr;s, wobei &lgr;s die in dem Schlitz geführte Wellenlänge ist. Im Allgemeinen ist der Umfang des Schlitzes derart, dass p = k&lgr;s mit k > 1.

Wie in 1 dargestellt, erfolgt die Erregung des Schlitzes mit Hilfe einer in Mikrostreifentechnologie ausgeführten Versorgungsleitung 3. Die Leitung 3 kreuzt den Schlitz, so dass sich eine Kopplung zwischen der Mikrostreifenleitung und dem Schlitz nach der von Knorr beschriebenen Methode ergibt. Dadurch ist die Länge Lm der Leitung 3 gleich ca.

(2k' + 1)·&lgr;m/4 ist, wobei &lgr;m die unter der Leitung geführte Wellenlänge ist und k' eine ganze Zahl ist, die positiv oder gleich Null ist, wobei meistens Lm = &lgr;m/4. Wie in 1 dargestellt, weist die Verteilung der Felder in dem ringförmigen Schlitz Bereiche auf, in denen das Feld maximal ist (CO-Bereiche, CO: offener Kreislauf) und das Feld minimal ist (CC-Bereiche, CC: Kurzschluss). Die Versorgungsleitung 3 kreuzt den ringförmigen Schlitz 1 in einem Bereich, in dem der Kreislauf offen ist. Aufgrund der Positionierung der Versorgungsleitung und des Umfangs des ringförmigen Schlitzes ist der Abstand zwischen zwei CO-Bereichen oder zwei CC-Bereichen gleich &lgr;s/2. Diese Verteilung der Felder in dem Schlitz legt das Strahlungsdiagramm der Antenne fest. Die Ausstrahlung ist in der Substratebene im Gegensatz zu dem ringförmigen Schlitz, der in seiner Grundschwingungsform funktioniert und bei dem die Ausstrahlung senkrecht zum Substrat ist. Gemäß einer Variante endet die Versorgungsleitung 3 mit einem Kurzschluss. In diesem Fall ist die Länge der Leitung (Lm) derart gewählt, dass Lm = k''&lgr;m/4, wobei k'' eine ganze Zahl ist, die positiv oder gleich Null ist.

Erfindungsgemäß ist eine zweite Versorgungsleitung 4, die in Mikrostreifentechnologie ausgeführt ist und den Schlitz nach der Knorr-Methode kreuzt, ist an einem CC-Bereich positioniert. Die Länge der Versorgungsleitung 4 ist nach den oben erwähnten Vorschriften festgelegt. Dadurch ergibt sich, wenn der Zugang durch die Leitung 4 realisiert ist, ein zweites Strahlungsdiagramm, das komplementär zu dem ersten ist. Spezifischer befindet sich die zweite Leitung bei +/– 45° oder bei +/– 135° in Bezug auf die erste Leitung, nämlich in einem solchen Abstand d, dass d = (2n + 1)&lgr;s/4. Diese relative Position der zwei Zugänge ermöglicht es, ein gutes Isolationsniveau zu erreichen.

Nachfolgend werden die Abmessungen angegeben, die für eine Ausführungsform entsprechend der Ausführungsform der 1 genommenen wurden, welche unter Verwendung der Software IE3D der Firma Zeland simuliert wurde. Auf einem Substrat Rogers RO4003 mit einem ϵr = 3,38, einer Verlusttangente Tan&Dgr; = 0,0022 und einer Höhe H = 0,81 mm wurde eine Antenne realisiert, wie sie in 1 dargestellt ist. Diese Antenne ist durch einen ringförmigen Schlitz mit einem Innendurchmesser Rint = 13,4 mm und einem Außendurchmesser Rext = 13,8 mm, nämlich einem mittleren Durchmesser Rmoy = 13,6 mm gebildet. Die Breite des Schlitzes ist gleich Ws = 0,4 mm. Die Versorgungsleitungen sind in Mikrostreifentechnologie ausgeführt und weisen eine Breite Wm = 0,3 mm und eine Länge Lm = &lgr;m/4 auf derart, dass Lm = Lm' = 8,25 mm.

Wie in 1 dargestellt, entspricht der Abstand zwischen den beiden Zugängen 1 und 2, wenn der Schlitz ein Kreis ist, 1/8 des Umfangs, d.h. 2&pgr;rmittel/8 = 10,68 mm. Dies entspricht einem Viertel der in dem Schlitz geführten Wellenlänge (&lgr;s/4 = 10,66 mm). An den Zugängen 1 und 2 zur Versorgung der Leitungen 3, 4 beträgt die Impedanz 50 Ohm. In 2 sind die hinsichtlich der Parameter S für die Isolation und die Anpassung erzielten Ergebnisse in Abhängigkeit von der Frequenz dargestellt. In diesem Fall ist ersichtlich, dass sich eine Isolation um –20dB ergibt.

Nach den in den 3a und 3b dargestellten Strahlungsdiagrammen unterscheidet man bei Verwendung des Zugangs 1 vier nach den Richtungen Ox und Oy gerichteten Keulen – wie in 3a dargestellt – während die Keulen bei Verwendung des Zugangs 2 um 45° gedreht sind – wie in 3b dargestellt. Es ergeben sich somit zwei komplementäre Strahlungsdiagramme, wie in 4 dargestellt, die einen Schnitt in der Ebene ϧ = 95° der in den 3a und 3b dargestellten Strahlungsdiagramme zeigt.

Anzumerken ist ebenfalls, dass mit dieser Antenne die Strahlung in einer Ebene des Substrats erfolgt, wodurch sich eine horizontale Abdeckung beispielsweise für eine einstufige Verwendung ergibt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der zweite Zugang, nämlich die Mikrostreifenleitung 4, bei +/– 135° (+/– 3&lgr;s/4) in Bezug auf den ersten Zugang, nämlich die Versorgungsleitung 3 angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich, wie in 5 dargestellt, eine Verbesserung des Isolationsniveaus um ca. 8 dB zwischen den zwei Kurven S12 (Zugang bei 135°) und S12 (Zugang bei 45°).

Es soll nun in Verbindung mit den 6 bis 8 eine weitere Ausführungsform einer Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. In diesem Fall wird, wie in 6 dargestellt, ein rechteckiger Schlitz 10 verwendet, anstatt dass man einen kreisförmigen Schlitz hat. Die Länge der rechteckigen Form ist derart, dass p = 2&lgr;s = 2(W + L), wo W der Breite des Rechtecks und L der Länge des Rechtecks entsprechen. Allgemeiner ist p = k&lgr;s = 2(W + L). In diesem fall ist, wie in 6 dargestellt, der rechteckige Schlitz durch zwei in Mikrostreifentechnologie Versorgungslinien 11 und 12 versorgt. Die Versorgung erfolgt durch eine Leitung-Schlitz-Kopplung nach der von Knorr beschriebenen und oben erwähnten Methode.

Erfindungsgemäß ist die erste Versorgungslinie 12 auf einer Symmetrieachse der Struktur, nämlich der Achse x, x' positioniert, während die zweite Versorgungsleitung, nämlich die Leitung 11 in einem Abstand d = (2n + 1) &lgr;s/4 positioniert ist, wobei n eine ganze Zahl ist, die größer als oder gleich Null ist. Unter diesen Bedingungen lässt sich der Zugang der Versorgungsleitung 11 durch Symmetrie des von der Versorgungsleitung realisierten Zugangs nicht erzielen. Diese Asymmetrie findet sich wieder bei der Anpassung der Ports. Es erscheint nämlich ein Ungleichgewicht zwischen der Anpassung S11 und S22 hinsichtlich der Mittenfrequenz und des Anpassungsbands.

In diesem Fall kann die Frequenz, wie nachfolgend erläutert wird, durch Änderung der zwischen dem Zugangsports und dem Leitung-Schlitz-Übergang befindlichen Viertelwelle (Lm'Wm') rezentriert werden.

Bei einer rechteckigen Form, wie sie in 6 dargestellt ist, erhält man Strahlungsdiagramme, wie in 7a bei einer Versorgung durch die Leitung 12 oder in 7b bei einer Versorgung durch die Leitung 11 dargestellt. Man bemerkt, dass die erzielten Diagramme in Bezug auf das Diagramm eines kreisförmigen Schlitzes verändert sind, aber komplementär bleiben. Durch die Form des Schlitzes lassen sich somit die Strahlungsdiagramme kontrollieren.

Nachfolgend ist eine praktische Ausführungsform einer Antenne angegeben, wie sie in 6 dargestellt ist.

Diese Antenne wurde unter Verwendung der Software IE3D mit den folgenden Abmessungen in Millimeter simuliert:

• L = 32,92 mm
• W = 11,24 mm
• D = 18,84 mm
• Ws = 0,4 mm
• Lm = Lm' = 8,85 mm
• Wm = Wm' = 0,15 mm.

Wie in den Kurven der 8a dargestellt, ist ersichtlich, dass es in diesem Fall zwei Anpassungsspitzen gibt, die nicht auf dieselbe Frequenz zentriert sind. Zur Erzielung einer Zentrierung der beiden Spitzen wurde daher die Länge der Viertelwelle des Zugangs 1 derart geändert, dass Lm' = 7,85 mm und Wm' = 0,75 mm. In diesem Fall erhält man die Parameter S der 8b. Da die Viertelwelle des der Leitung 11 entsprechenden Zugangs nicht geändert wurde, sind die zwei Anpassungsspitzen wiederum auf dieselbe Frequenz zentriert.

Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform in Verbindung mit den 9 bis 11 beschrieben. In diesem Fall ist die durch einen Schlitz in geschlossener Form gebildete Antenne durch einen rechteckigen Schlitz 20 mit zwei Zugängen ausgeführt, die durch die in Bezug auf die Linie x x' symmetrischen Versorgungsleitungen 21, 22 gebildet sind. Bei dieser Struktur mit symmetrischem Zugang ergibt sich eine ausgewogene Anpassung, wenn der Umfang p des rechteckigen Schlitzes derart gewählt ist, dass p = 2&lgr;s = 2(W + L) mit W = Breite des Rechtecks und L = Länge des Rechtecks, wobei &lgr;s die in dem Schlitz geführte Wellenlänge ist. Wie oben erwähnt, kann p auch derart gewählt werden, dass p = k&lgr;s. Zudem ist der Abstand zwischen dem Zugang der Leitung 22 und dem Zugang der Leitung 21 derart, dass d = (2n + 1) &lgr;s/4, wobei n eine ganze Zahl ist, die größer als oder gleich Null ist und die durch die Leitungen 21 und 22 gebildeten Zugänge abstandsgleich zu einer Symmetrieachse (XX') des rechteckigen Schlitzes angeordnet sind.

In diesem Fall sind die zwei Anpassungsspitzen genau übereinander, wie in 10 dargestellt, die die Parameter S des rechteckigen Schlitzes mit symmetrischen Zugängen angibt, aber das Isolationsniveau ist höher als für die Antenne, die durch einen rechteckigen Schlitz mit asymmetrischem Zugang, wie in 6 dargestellt, gebildet ist.

Die Antennenstruktur der 9 liefert unterschiedliche Strahlungsdiagramme je nach verwendetem Zugang, wie durch die Diagramme der 11a und 11b dargestellt.

Die oben dargestellten Ausführungsformen betreffen planare Antennen, die durch einen ringförmigen oder rechteckigen Schlitz in geschlossener Form gebildet sind. Wie in 12 dargestellt, können jedoch für die Schlitzantenne andere Formen, insbesondere eine orthogonale Form 30, eine quadratische Form 40 oder eine Kleeblattform 50 eingesetzt werden. Eine der Bedingungen für das Funktionieren besteht darin, dass der Umfang des Schlitzes ein ganzes Vielfaches k der in dem Schlitz p = k&lgr;s geführten Wellenlänge ist, der größer als oder gleich 2 ist, und dass der Abstand d zwischen den Zugängen derart ist, dass d = 2(n + 1)&lgr;s/4, wobei n eine ganze Zahl ist, die größer als oder gleich Null ist.

In diesem Fall wird eine obere Schwingungsform des Schlitzes benutzt, wodurch sich komplementäre Strahlungsdiagramme ergeben. Die vorgeschlagenen Strukturen strahlen insbesondere in der Substratebene aus, was bei einer mit ihrer Grundschwingungsform funktionierenden Schlitzantenne nicht der Fall ist.

Gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung, wie sie in 13 dargestellt ist, kann die Schlitzantenne 60, die in dieser Ausführungsform durch einen Ring gebildet ist, tangential versorgt werden, wie durch die Versorgungslinien 61, 62 dargestellt. In diesem Fall werden dieselben Auslegungsvorschriften verwendet. Der Vorteil einer tangentialen Versorgung besteht darin, dass man Versorgungsleitungen außerhalb des Schlitzes hat und die Bandbreite erhöht wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung und, wie in 14 dargestellt, kann in dem Fall, in dem die Schlitzantenne in geschlossener Form insbesondere durch ein Rechteck oder ein Quadrat gebildet ist, eine Struktur ausgebildet werden, die einen Empfang-/Sendebetrieb mit einer guten Isolation und einer Empfangsdiversität 2. Ordnung ermöglicht. Die erzielte Isolation Rx/Tx ist diejenige, die in 8 für den Fall eines rechteckigen Schlitzes angegeben ist. Das Strahlungsdiagramm der über den Zugang Tx versorgten Antenne entspricht demjenigen der 7a, und dasjenige der über den Zugang Rx1 versorgten Antenne entspricht dem Diagramm der 7b. Ebenso ist das Diagramm der über den Zugang Rx2 versorgten Antenne symmetrisch in Bezug auf die Achse Ox desjenigen des in 7b dargestellten Diagramms. Der Abstand zwischen den beiden Zugängen Rx beträgt &lgr;s/2 oder allgemeiner k'''&lgr;s/2, wobei k''' eine ganze Zahl ist, die größer ist als 0. Hierdurch ist die Isolation zwischen diesen zwei Zugängen nicht intrinsisch gut. Es wird eine Schaltvorrichtung wie die SPDT-Schaltung an dem Zugang Rx verwendet.

Durch die Verwendung dieses Strukturtyps lässt sich somit ein gutes Isolationsniveau und eine Empfangsdiversität 2. Ordnung mit einem sehr geringen Platzbedarf erzielen, wenn eine integrierte Schaltvorrichtung verwendet wird.

Es ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die oben beschriebenen Strukturen abgewandelt werden können, ohne dass der Rahmen der beigefügten Patentansprüche verlassen wird. Die Versorgungsleitungen können insbesondere unter Verwendung anderer Techniken wie der Koplanartechnologie oder von Koaxialkabeln ausgeführt werden, deren Außenseele mit dem Substrat verbunden ist.