Die Erfindung betrifft eine Loop-Antenne zum Senden bzw. zum Empfangen von Funksignalen, wobei die Loop-Antenne auf einer Leiterplatte implementiert ist.

Ein elektronisches Gerät, das eingerichtet ist, um über ein drahtloses Kommunikationsnetz zu kommunizieren, umfasst typischerweise mindestens eine Antenne zum Empfangen 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 z.B. durch Verändern der Antennenstruktur bewirkt werden.

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine (Mehrband- bzw. Dualband-) Antenne bereitzustellen, die in effizienter Weise (insbesondere ohne Erfordernis einer dedizierten Antennenabstimmung) auf unterschiedlich ausgeprägten Leiterplatten und/oder in unterschiedlichen Umgebungen integriert werden kann. Mit anderen Worten, es soll eine Mehrband-Antenne bereitgestellt werden, die unempfindlich gegenüber Variationen der Umgebung der Antenne ist.

Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Gemäß einem Aspekt wird eine Mehrband-Loop-Antenne beschrieben. Dabei kann die in diesem Dokument beschriebene Mehrband-Loop-Antenne in effizienter Weise auf unterschiedlich dimensionierten Leiterplatten und/oder in unterschiedlichen Umgebungen bzw. Anwendungen (insbesondere in unterschiedlichen Geräten) implementiert werden. Eine Leiterplatte umfasst typischerweise eine elektrisch leitende erste (äußere) Schicht (z.B. eine vordere Schicht) sowie eine elektrisch leitende 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 erste und zweite Schicht können jeweils 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 bzw. einen Spalt zwischen einer (elektrisch leitenden) Antennenstruktur und einem (elektrisch leitenden) Bezugsbereich zu bilden.

Die Mehrband-Loop-Antenne umfasst eine erste, elektrisch leitende, L-förmige Teilstruktur auf der ersten Schicht der Leiterplatte. Die erste Teilstruktur kann eine erste Resonanzfrequenz aufweisen. Insbesondere kann die erste Teilstruktur eine erste L- Antenne für einen ersten Frequenzbereich um die erste Resonanzfrequenz bilden. Der erste Frequenzbereich kann 2,4 - 2,5 GHz umfassen, insbesondere sein.

Die erste Teilstruktur weist einen Speisepunkt der Antenne auf, über den ein zu sendendes RF (Radiofrequenz) Signal in die Antenne eingespeist und/oder ein empfangendes RF Signal aus der Antenne ausgespeist werden kann.

Des Weiteren umfasst die Mehrband-Loop-Antenne eine zweite, elektrisch leitende, L- förmige Teilstruktur auf der ersten Schicht der Leiterplatte. Dabei kann die zweite Teilstruktur für eine zweite Resonanzfrequenz und somit für einen zweiten Frequenzbereich ausgebildet sein. Die zweite Teilstruktur kann eine zweite L-Antenne für den zweiten Frequenzbereich um die zweite Resonanzfrequenz bilden. Der zweite Frequenzbereich kann 5,1 - 5,8 GHz umfassen, insbesondere sein.

Die erste Teilstruktur und die zweite Teilstruktur sind in einem Kopplungsbereich kapazitiv miteinander gekoppelt. Der Kopplungsbereich kann dabei derart ausgebildet sein, dass ein RF-Signal mit einer Frequenz aus dem zweiten Frequenzbereich über den Kopplungsbereich übertragen wird (z.B. von dem Speisepunkt zu der zweiten Teilstruktur oder von der zweiten Teilstruktur zu dem Speisepunkt).

Die Mehrband-Loop-Antenne umfasst ferner einen elektrisch leitenden ersten Bezugsbereich, der z.B. auf ein Massepotential gelegt sein kann. Die Fläche des ersten Bezugsbereichs ist typischerweise signifikant, insbesondere um einen Faktor von 5 oder mehr, oder von 10 oder mehr, größer als die Fläche der beiden Teilstrukturen.

Die erste Teilstruktur und die zweite Teilstruktur sind derart auf der ersten Schicht der Leiterplatte angeordnet, dass sie zusammen mit dem ersten Bezugsbereich einen Loop bzw. eine Schleife bzw. einen Rahmen bilden. Es kann somit eine Loop-Antenne aus mehreren Teilstrukturen für jeweils unterschiedliche Frequenzbereiche bereitgestellt werden. So kann eine Mehrband-Loop-Antenne bereitgestellt werden, die unempfindlich gegenüber Veränderungen in der Umgebung der Antenne ist, und somit in flexibler Weise in unterschiedliche Geräte eingebaut werden kann.

Die zweite Teilstruktur kann elektrisch leitend mit dem ersten Bezugsbereich verbunden sein, und insbesondere als parasitäres Element der Mehrband-Loop-Antenne ausgebildet sein.

Andererseits kann zwischen der ersten Teilstruktur und dem ersten Bezugsbereich ein elektrisch isolierender Spalt bzw. Freiraum angeordnet sein. Der Speisepunkt kann dann an dem dem Spalt bzw. Freiraum zugewandten Ende der ersten Teilstruktur angeordnet sein. So kann in besonders effizienter und kompakter Weise eine Mehrband-Loop- Antenne bereitgestellt werden. Insbesondere kann es so ermöglicht werden, die RF Signale für mehrere unterschiedliche Frequenzbänder, insbesondere für das erste und das zweite Frequenzband, über einen einzigen Speisepunkt zu übertragen. Die erste Teilstruktur kann einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel aufweisen, die zusammen die L-Form bilden. Der erste Schenkel kann dabei kürzer als der zweite Schenkel sein. Der erste Schenkel der ersten Teilstruktur kann sich, insbesondere senkrecht, von dem ersten Bezugsbereich weg erstrecken.

In entsprechender Weise kann die zweite Teilstruktur einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel aufweisen, die zusammen eine L-Form bilden. Der erste Schenkel kann dabei kürzer als der zweite Schenkel sein. Der erste Schenkel der zweiten Teilstruktur kann sich, insbesondere senkrecht, von dem ersten Bezugsbereich weg erstrecken.

Der zweite Schenkel der ersten Teilstruktur kann sich, insbesondere senkrecht zu dem ersten Schenkel der ersten Teilstruktur, auf die zweite Teilstruktur zu erstrecken. In entsprechender Weise kann sich der zweite Schenkel der zweiten Teilstruktur, insbesondere senkrecht zu dem ersten Schenkel der zweiten Teilstruktur, auf die erste Teilstruktur erstrecken. Dabei können die zweiten Schenkel der beiden Teilstrukturen parallel zueinander verlaufen.

Die erste L-förmige Teilstruktur und die zweite L-förmige Teilstruktur können somit derart zueinander angeordnet sein, dass sie zusammen eine U-Form aufweisen. So kann in besonders effizienter und kompakter Weise eine Mehrband-Loop-Antenne bereitgestellt werden.

Der zweite Schenkel der ersten Teilstruktur kann in dem Kopplungsbereich an den zweiten Schenkel der zweiten Teilstruktur angrenzen. Des Weiteren können der zweite Schenkel der ersten Teilstruktur und der zweite Schenkel der zweiten Teilstruktur, insbesondere in dem Kopplungsbereich, parallel zueinander verlaufen. Ferner können ein Teil des zweiten Schenkels der ersten Teilstruktur und ein Teil des zweiten Schenkels der zweiten Teilstruktur in dem Kopplungsbereich direkt nebeneinander verlaufen und durch einen elektrisch isolierenden Kopplungsspalt voneinander beabstandet sein.

In einem bevorzugten Beispiel entsprechen der Teil des zweiten Schenkels der ersten Teilstruktur und der Teil des zweiten Schenkels der zweiten Teilstruktur, die in dem Kopplungsbereich direkt nebeneinander verlaufen, jeweils weniger als 50%, insbesondere weniger als 30%, der Schenkellänge des jeweiligen zweiten Schenkels, und/oder jeweils mehr als 10% der Schenkellänge des jeweiligen zweiten Schenkels. So kann eine besonders zuverlässige kapazitive Kopplung zwischen den Teilstrukturen gebildet werden.

Teile der zweiten Schenkel der beiden Teilstrukturen können somit zusammen einen Kondensator für eine kapazitive Kopplung der beiden Teilstrukturen bilden, um in effizienter und kompakter Weise eine Mehrband-Loop-Antenne bereitzustellen.

Der erste Schenkel der ersten Teilstruktur und der erste Schenkel der zweiten Teilstruktur können jeweils zu einer bestimmten Kante der Leiterplatte hin verlaufen. Dabei kann die Antenne derart ausgebildet sein, dass der zweite Schenkel der ersten Teilstruktur in dem Kopplungsbereich näher an der Kante der Leiterplatte angeordnet ist, als der zweite Schenkel der zweiten Teilstruktur. Insbesondere kann ein Teil des zweiten Schenkels der zweiten Teilstruktur von einem Teil des zweiten Schenkels der ersten Teilstruktur von der Kante der Leiterplatte abgeschirmt sein. Die zweite Teilstruktur kann somit in einem relativ großen Abstand zu der Kante der Leiterplatte angeordnet sein. So kann die Empfindlichkeit der Antenne weiter reduziert werden, insbesondere dann, wenn die zweite Teilstruktur für einen (zweiten) Frequenzbereich mit höheren Frequenzen ausgebildet ist, als die erste Teilstruktur.

Die erste und/oder die zweite Teilstruktur können in einem Übergangsbereich zwischen den Schenkeln der jeweiligen Teilstruktur (insbesondere an dem Punkt, an dem die beiden Schenkel miteinander verbunden sind) eine gegenüber der Schenkelbreite der Schenkel erhöhte Breite aufweisen. Durch eine Erhöhung der Breite einer Teilstruktur in dem Übergangsbereich kann die Bandbreite des Frequenzbereichs der jeweiligen Teilstruktur erhöht werden.

Die Schenkel der ersten Teilstruktur können eine Gesamtlänge aufweisen, die von der ersten Resonanzfrequenz abhängt. Insbesondere kann die erste Teilstruktur als l/4- Strahler in Bezug auf die erste Resonanzfrequenz ausgebildet sein.

Die Schenkel der zweiten Teilstruktur können eine Gesamtlänge aufweisen, die von der zweiten Resonanzfrequenz abhängt. Insbesondere kann die (zu bewirkende) zweite Resonanzfrequenz von der Gesamtlänge der Schenkel der zweiten Teilstruktur und von zumindest einer Eigenschaft, insbesondere von der Kapazität, des Kopplungsbereichs zwischen der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur abhängen.

Durch die Gesamtlänge der Schenkel und/oder durch die Auslegung des Kopplungsbereichs können somit die unterschiedlichen Frequenzbereiche der Mehrband- Loop-Antenne in präziser Weise festgelegt werden.

Wie bereits oben dargelegt, kann die Mehrband-Loop-Antenne eine elektrisch leitende zweite Schicht der Leiterplatte umfassen. Des Weiteren kann die Mehrband-Loop- Antenne einen elektrisch leitenden zweiten Bezugsbereich auf der zweiten Schicht umfassen (wobei sich der zweite Bezugsbereich auf Massepotential befinden kann). Der zweite Bezugsbereich und der erste Bezugsbereich können zumindest bereichsweise oder vollständig überlappend zueinander angeordnet sein. Der zweite Bezugsbereich auf der zweiten Schicht kann über ein oder mehrere Durchkontaktierungen (d.h. Leistungen) mit dem ersten Bezugsbereich auf der ersten Schicht elektrisch leitend verbunden sein. Durch die Bereitstellung eines zweiten Bezugsbereichs kann die Empfindlichkeit der Mehrband-Loop-Antenne gegenüber Veränderungen der Umgebung weiter reduziert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein elektrisches Gerät, insbesondere ein Hausgerät bzw. ein Haushaltsgerät, beschrieben, das eine Kommunikationseinheit zur drahtlosen Kommunikation (insbesondere über WLAN) umfasst, wobei die Kommunikationseinheit die in diesem Dokument beschriebene Mehrband-Loop-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 1b die untere Schicht bzw. die zweite äußere Schicht einer Leiterplatte; und Figur 1c einen Querschnitt durch eine Leiterplatte mit einer Antenne.

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 (Wireless Local Area Network) 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 150 integriert ist. Insbesondere zeigen Fig. 1a die (elektrisch leitende) obere Schicht 151 der Leiterplatte 150 und Fig. 1b die (elektrisch leitende) untere Schicht 152 der Leiterplatte. Wie in Fig. 1c dargestellt, befinden sich zwischen der oberen (d.h. der ersten) Schicht 151 und der unteren (d.h. der zweiten) Schicht 152 ein oder mehrere dielektrische Schichten 130 sowie ggf. ein oder mehrere (elektrisch leitende) Zwischenschichten (nicht dargestellt). Die elektrisch leitenden Schichten 151, 152 können eine Schicht aus Metall, insbesondere Kupfer, aufweisen. Das Metall kann in Teilbereichen der Schichten 151, 152 entfernt werden (z.B. weggeätzt werden), um unterschiedliche elektrisch leitende Teilbereiche innerhalb einer Schicht 151, 152 zu bilden, wobei die Teilbereiche typischerweise elektrisch voneinander isoliert sind.

Die obere Schicht 151 weist eine elektrisch leitende Antennenstruktur auf, die eine magnetische Antenne bzw. eine Loop-Antenne bildet. Die Antennenstruktur weist eine erste (L-förmige) Teilstruktur 110 auf, die als Antenne für eine erste Frequenz bzw. für einen ersten Frequenzbereich (etwa 2,4 - 2,5 GHz) ausgebildet ist. Zu diesem Zweck können die Schenkel 111, 112 der ersten L-förmigen Teilstruktur 110 zusammen eine bestimmte Gesamtlänge aufweisen, um einen l/4-Strahler für den ersten Frequenzbereich zu bilden.

Die Antennenstruktur weist ferner eine zweite (L-förmige) Teilstruktur 120 auf, die als Antenne für eine zweite Frequenz bzw. für einen zweiten Frequenzbereich (etwa 5,1 - 5,8 GHz) ausgebildet ist. Zu diesem Zweck können die Schenkel 121, 122 der zweiten L- förmigen Teilstruktur 120 zusammen eine bestimmte Gesamtlänge aufweisen, um einen l/4-Strahler für den zweiten Frequenzbereich zu bilden (ggf. in Kombination mit einer Eigenschaft, insbesondere der Kapazität, des Kopplungsbereichs 108 zwischen den beiden Teilstrukturen 110, 120).

Die beiden L-förmigen Teilstrukturen 110, 120 sind derart auf der oberen Schicht 151 der Leiterplatte 150 angeordnet, dass die Teilstrukturen 110, 120 zusammen mit einem Bezugsbereich 105 auf der oberen Schicht 151 einen Loop 109 bilden. Insbesondere kann sich der erste Schenkel 111 der ersten Teilstruktur 110 von dem Bezugsbereich 105 weg erstrecken. Der zweite Schenkel 112 der ersten Teilstruktur 110 kann dann senkrecht zu dem ersten Schenkel 111 der ersten Teilstruktur 110 verlaufen (und somit parallel zu dem Bezugsbereich 105). In entsprechender weise kann sich der erste Schenkel 121 der zweiten Teilstruktur 120 von dem Bezugsbereich 105 weg erstrecken. Der zweite Schenkel 122 der zweiten Teilstruktur 120 kann dann senkrecht zu dem ersten Schenkel 121 der zweiten Teilstruktur 120 verlaufen (und somit parallel zu dem Bezugsbereich 105).

Die zweiten Schenkel 112, 122 der beiden Teilstrukturen 110, 120 können in dem Kopplungsbereich 108 parallel zueinander verlaufen, wobei sich zwischen den zweiten Schenkeln 112, 122 der beiden Teilstrukturen 110, 120 ein Kopplungsspalt 102 befindet. Die Spaltbreite des Spaltes 102 und/oder die Länge 103 der Überlappung der zweiten Schenkel 112, 122 der beiden Teilstrukturen 110, 120 können gewählt werden, um einen optimierten Kompromiss zwischen einer möglichst starken kapazitiven Kopplung der beiden Teilstrukturen 110, 120 einerseits und einer möglichst starken Selektivität und/oder Abgrenzung der beiden Frequenzbereiche andererseits bereitzustellen. Alternativ oder ergänzend können die Spaltbreite und/oder die Länge 103 des Spalts 102 zur Einstellung der zweiten Resonanzfrequenz für den zweiten Frequenzbereich ausgewählt bzw. festgelegt werden.

Der erste Schenkel 121 der zweiten Teilstruktur 120 kann elektrisch leitend mit dem Bezugsbereich 105 verbunden sein. Andererseits ist zwischen dem ersten Schenkel 111 der ersten Teilstruktur 110 und dem Bezugsbereich 105 ein elektrisch nicht-leitender Spalt 104 angeordnet. An diesem Punkt des ersten Schenkels 111 der ersten Teilstruktur 110 kann die Einspeisung eines zu sendenden Signals bzw. die Ausspeisung eines empfangenen Signals erfolgen. Mit anderen Worten, dieser Punkt des ersten Schenkels

111 der ersten Teilstruktur 110 kann den Speisepunkt 107 der Antenne 100 bilden.

Durch die Schenkelbreite 106 der Schenkel 111, 112, 121, 122 der Teilstrukturen 110, 120 kann die Frequenzselektivität des jeweiligen Frequenzbereichs eingestellt bzw. angepasst werden. Dabei kann durch Reduzierung der Schenkelbreite 106 typischerweise die Bandbreite eines Frequenzbereichs reduziert werden, während durch eine Erhöhung der Schenkelbreite 106 die Bandbreite des Frequenzbereichs erhöht werden kann.

Alternativ oder ergänzend kann an dem Übergang zwischen den beiden Schenkeln 111,

112 einer Teilstruktur 110 ein (im Vergleich zu der Schenkelbreite 106) verbreiterter (elektrisch leitender) Übergangsbereich 113 angeordnet sein. Durch die Verwendung eines Übergangsbereichs 113 mit erhöhter Breite kann die Bandbreite des Frequenzbereichs erhöht werden.

Die Antenne 100 kann, insbesondere zur Abschirmung, auf der unteren Schicht 152 der Leiterplatte 150 einen Bezugsbereich 155 aufweisen, der direkt gegenüber zu dem Bezugsbereich 105 der oberen Schicht 151 angeordnet sein kann. Die beiden Bezugsbereiche 105, 155 können über elektrisch leitende Vias bzw. Durchkontaktierungen 131 elektrisch leitend miteinander verbunden sein.

Es wird somit eine Antenne 100 beschrieben, die als Teilstrukturen 110, 120 L-Antennen aufweist. Eine L-Antenne ist dabei eine Antenne in Form des Buchstabens „L“. Durch die Verschachtelung zweier L-Antennen 110, 120 ist es möglich, (zusammen mit dem Bezugsbereich 105) eine Loop-Antenne zu bilden, die zwei Resonanzfrequenzen aufweist. Durch die kapazitive Kopplung zwischen den beiden L-Antennen 110, 120 in dem Kopplungsbereich 108 ist es möglich, die zweite Resonanzfrequenz der Antenne 100 (für den zweiten Frequenzbereich) einzustellen.

Die Position des parasitären Elements (d.h. des zweiten Teilbereichs bzw. der zweiten L- Antenne 120) für den höheren (zweiten) Frequenzbereich, das mit der Massefläche (d.h. mit dem Bezugsbereich) 105 elektrisch leitend verbunden ist, kann so gewählt werden, dass das parasitäre Element soweit wie möglich von der Kante 153 der Leiterplatte 150 entfernt ist. So kann erreicht werden, dass Änderungen in der Umgebung der Antenne 100 (z.B. ein Einbau der Antenne 100 in ein Gerät mit oder ohne Kunststoffgehäuse) die

Eigenschaften der Resonanzfrequenz (für den zweiten Frequenzbereich) möglichst wenig verändern.

Des Weiteren kann die erste L-Antenne 110 für den tieferen (ersten) Frequenzbereich im Knick des „L“ breiter ausgeführt sein, um eine größere Bandbreite in dem ersten Frequenzbereich zu gewährleisten.

Durch die in diesem Dokument beschriebene Antenne 100 können mögliche Schwankungen in der Umgebung der Antenne 100 (mit oder ohne Kunststoff) abgefangen werden und es kann bewirkt werden, dass die Eingangsimpedanz der Antenne 100 nahezu unabhängig von den Umfeldbedingungen der Antenne 100 ist. Des Weiteren weist die beschriebene Antenne 100 einen relativ geringen Platzbedarf auf.

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.