DE10039427A1 - Antennenanordnung eines mobilen Kommunikationsendgerätes, insbesondere eines Mobiltelefons - Google Patents

Abstract

Antennenanordnung eines mobilen Kommunikationsendgerätes, insbesondere eines Mobiltelefons, welches ein Gerätegehäuse und innerhalb des Gerätegehäuses auf einer Kommunikationsendgerät-Platine (1) angeordnete elektronische Bauelemente und metallische Teile sowie eine Massefläche umfaßt, wobei die Antennenanordnung ein innerhalb des Gerätegehäuses angeordnetes strahlendes Element (5) aufweist, wobei das strahlende Element (5) eine Struktur aufweist und zwischen dem strahlenden Element (5) und der Kommunikationsendgerät-Platine (1) Mittel zur Desensibilisierung des strahlenden Elements (5) gegen störende Einflüsse der elektronischen Bauelemente oder metallischen Teile vorgesehen sind, welche mit der Massefläche der Kommunikationsendgerät-Platine (1) verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung eines mobilen Kommunikationsendgerätes, insbesondere eines Mobiltelefons, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die ersten Mobiltelefone ("Handys") waren ursprünglich nur für eines der entsprechenden Mobilfunksysteme, d. h. für ein Sende-/Empfangsband, ausgelegt. Mit der fortschreitenden Ent­ wicklung in der Mobilfunktechnologie, wie Auslastung der Net­ ze, Roaming im In- und Ausland, werden zunehmend Endgeräte benötigt, die in verschiedenen Mobilfunknetzen einsetzbar sind. Somit wurde die Realisierung von für zwei und, auch für drei, Sende-/Empfangsbändern ausgelegten Mobilfunk-Endgeräten nötig, und es waren entsprechende Antennen zu entwickeln.

Aus der DE 197 58 217 A1 ist eine Dualband-Hybridantenne be­ kannt. Eine solche Antenne ist durch die Konfigurierung einer miniaturisierten und flächenhaft ausgedehnten Antennenkompo­ nente realisiert. Diese Antennenkomponente hat die Eigen­ schaft der Erzeugung einer vertikal polarisierten Rundstrahl­ charakteristik in der Azimutalebene innerhalb der GSM- oder DCS-Frequenzbereiche zwischen 890 MHz und 960 MHz sowie zwi­ schen 1710 MHz und 1880 MHz. Eine solche Dualband-Hybridan­ tenne findet Anwendung (unter anderem) bei Mobilfunk-Endge­ räten. Hierbei bildet der Planarstrahler eine Antennenkompo­ nente nur für die Außenmontage bzw. Außenbordanwendungen so­ wohl für die Landmobile und Luftfahrzeuge als auch für mari­ time Bewegungs- und Verkehrsmittel.

Bei tragbaren Kommunikationsgeräten, z. B. Mobiltelefonen, gibt es einen Entwicklungstrend zu immer kleineren, besonders handlichen Geräten hin, die geringe Abmessungen und eine re­ duzierte Masse aufweisen. Bei der Gestaltung der Geräte geht zudem ein neuer Trend dahin, daß die Antenne innerhalb des Gerätegehäuses und nicht wie bisher als Stummel- oder aus­ ziehbare Antenne auf dem Gerätegehäuse sitzen sollte. Die An­ tenne wird beispielsweise hinter der Hörkapsel oder anderen Bauelementen, welche auf der Vorderseite des Mobilfunk-Endge­ rätes angeordnet sind, angebracht. Dieses Problem wurde bis­ her mit einer PIFA-Antenne gelöst. Jedoch steht für eine sol­ che integrierbare Antenne immer weniger Platz zur Verfügung, was zu einer Beeinträchtigung der Leistung dieser Art Anten­ nen führen würde. Eine kleine PIFA-Antenne wird jedoch als Dual- oder Multibandantenne zu schmalbandig für einen Einsatz im Mobilfunkbereich.

Weiterhin sind bisher F-, Inverted F, Patch-, Mikrostreifen- und zweiseitige PCB (Printed Circuit Board) -Antennen bekannt, die mehrere Frequenzbänder abdecken, die entweder einen zu hohen Platzbedarf haben oder bei denen die Abstimmbarkeit im Multibandeinsatz nicht ohne weiteres möglich ist.

Zudem sind spiralförmige Antennenelemente für die Antennen von Telekommunikationsvorrichtungen bekannt, die beim Integ­ rieren in dem Gerätegehäuse viel Platz benötigen und durch benachbarte Bauelemente, wie z. B. die Hörkapsel, leicht ver­ stimmt werden.

Ein weiteres Problem der immer kleineren Mobilfunk-Endgeräte mit integrierten Antennen besteht darin, daß sich der Abstand der Antenne zum Kopf verringert und dadurch die spezifische Absorptionsrate von Hochfrequenzenergie im Bereich des Kopfes des Benutzers (sogenannter SAR-Wert) erhöht. Dies stellt u. U. eine Beeinträchtigung für den Benutzer dar, die durch die gepulsten Hochfrequenzwellen im Sendebetrieb verursacht wird.

Aus der DE 198 24 145 ist eine integrierbare Antennenanord­ nung für mobile Telekommunikations-Endgeräte bekannt, bei der metallische Komponenten einer ohnehin notwendigen Batterie oder eines Akkumulators als Resonator bzw. Resonatorfläche ei­ nes planaren Strahlers genutzt werden und eine hiervon durch ein Dielektrikum beabstandete, im Gerätegehäuse vorgesehene weitere metallische Fläche eine Strahlergrundfläche für eine planare Antenne bildet. Durch die Wahl der Dielektrizi­ tätskonstanten eines Batteriefachdeckels des entsprechenden Abschnitts des Gehäuses und gegebenenfalls den Einsatz eines zusätzlichen Dielektrikums kann die Resonanzfrequenz des Strahlers in gewissen Grenzen eingestellt werden. Die Anten­ nenparameter werden aber in unvorteilhafter Weise entschei­ dend durch die Geometrie und das Material der Batterie bzw. des Akkus bestimmt. Diese Antennenanordnung kann nicht mehre­ re Frequenzbänder abdecken.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anten­ nenanordnung zu schaffen, die flexibel für eine effiziente Funktion in mehreren Frequenzbändern auslegbar ist bei einer Reduzierung von Störungen durch Geräteteile, die einen gerin­ gen Platzbedarf hat, innerhalb des Gerätegehäuses anordenbar und kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Antennenanordnung mit den Merk­ malen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung schließt den wesentlichen Gedanken ein, eine in ein mobiles Kommunikationsendgerät integrierbare Antennenan­ ordnung zu schaffen, die außer einem strukturierten strahlen­ den Element Mittel zur Desensibilisierung des strahlenden Elements gegen störende Einflüsse hat, die von Metallteilen und elektronischen Komponenten des Gerätes ausgehen. Sie schließt in einer bevorzugten Ausführung weiter den Gedanken ein, als Desensibilisierungsmittel einen Spiegel zu verwen­ den, welcher mit der Masse des Kommunikationsendgerätes ver­ bunden ist und eine dem strahlenden Element ähnliche Größe hat. Letztlich schließt sie den Gedanken ein, den Spiegel so auszubilden, daß er und das strahlende Element Resonanzen bei denselben Frequenzen haben.

Durch die Anbringung des Spiegels im wesentlichen zwischen dem strahlenden Element und den Geräteelektronik- oder Audio-Komponenten und insbesondere der Hörkapsel wird der Einfluß von Störungen auf die Antenneneigenschaften wesentlich redu­ ziert.

Bevorzugt liegen der Spiegel und das strahlende Element auf der Unterseite der Kommunikationsendgerät-Platine, um Störungen durch auf der Vorderseite liegende Bauelemente besonders gut zu unterdrücken.

Zur Einstellung der Abstrahleigenschaften ist vorzugsweise der Abstand zwischen dem Spiegel und dem strahlenden Element veränderbar. Bevorzugt beträgt der Abstand zwischen dem Spie­ gel und der Kommunikationsendgerät-Platine 1 bis 2 mm und der Abstand zwischen dem strahlenden Element und dem Spiegel 3 bis 6 mm.

Aus mechanischen Gründen sowie zur Verbesserung der Abstrahl­ eigenschaften oder zur optimalen Ausnutzung eines verfügbaren Volumens ist es ebenfalls möglich, dielektrische oder magne­ tische Materialien in die Antennenanordnung einzubringen, welche die Gesamt-Antennenstruktur teilweise oder aber auch vollständig ausfüllen können. Es sind auch Kombinationen von verschiedenen dielektrischen und/oder magnetischen Stoffen sowie Luft möglich. Der Abstand zwischen dem Spiegel und dem strahlenden Element kann durch die Verwendung eines Die­ lektrikums, beispielsweise einer Keramikplatte, reduziert werden, wobei z. B. auf der unteren Seite der Keramikplatte der Spiegel angeordnet ist und auf der oberen Seite das strahlende Element.

Bei Multibandantennen ist es vorteilhaft, daß der Spiegel im wesentlichen die gleiche Struktur wie das strahlende Element hat, da er dann leichter auf die gleichen Resonanzfrequenzen wie das strahlende Element eingestellt werden kann.

Das strahlende Element und die Spiegelstruktur weisen in ei­ ner speziellen Ausführung die Struktur eines Mäanders auf, wobei diese Strukturen parallel zueinander angeordnet sind und sich im wesentlichen parallel zur Platinenebene der End­ gerät-Platine erstrecken. Die beiden Strukturen können aber auch im wesentlichen planar spiralförmig ausgebildet sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das strahlende Ele­ ment als eine PCB (Printed Ciruid Board) -Antenne ausgebildet. Bei dieser Ausbildung besteht es aus einer leitenden Bahn, welche auf einer gedruckten Leiterplatte angeordnet ist. Ana­ log kann der Spiegel ausgeführt sein.

Vorzugsweise werden das strahlende Element und der Spiegel durch schwingungs- und stoßfeste Kontaktelemente mit der ih­ nen zugewandten Seite der Kommunikationsendgerät-Platine ver­ bunden. Als Kontaktelemente werden bevorzugt Biegefedern ver­ wendet. Die Biegefedern kontaktieren vorzugsweise jeweils das Ende des strahlenden Elements und des Spiegels, um Auswirkun­ gen auf die Strahlungseigenschaften der Antennenanordnung zu minimieren. Durch die Biegsamkeit der Biegefedern wird gege­ benenfalls eine leichte Abstandseinstellung zwischen dem strahlenden Element und dem parallel gegenüber angeordneten Spiegel und damit die Realisierung einer kapazitiv abstimmba­ ren Antennenstruktur ermöglicht.

Bei einer für Multiband-Endgeräte bevorzugten Ausführungsform sind zwei oder mehr Spiegel vorgesehen, welche direkt auf der Kommunikationsendgerät-Platine liegen und unterschiedliche Strukturen aufweisen können, z. B. eine Streifenform für ein erstes Band und eine Mäanderform für ein zweites Band.

Die vorgeschlagene Antennenanordnung kann in Mobilfunk-Endge­ räten eingesetzt werden, die in den künftigen UMTS-Frequenz­ bereichen zwischen 1920 MHz und 2170 MHz arbeiten. Auch ein Einsatz in kombinierten Mobilfunk-/GPS-Geräten ist vorteil­ haft möglich.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Be­ schreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figu­ ren. Von diesen zeigen:

Fig. 1a, 1b und 1c jeweils eine schematische Darstellung ei­ ner Mobiltelefon-Platine mit der erfindungsgemäßen Antennen­ anordnung in einer Draufsicht auf die Oberseite und Untersei­ te der Mobiltelefon-Platine sowie in Seitenansicht,

Fig. 2 und 2a eine Ausführungsform des strahlenden Elements und die entsprechende Spiegelstruktur,

Fig. 3 und 3a eine weitere Ausführungsform des strahlenden E­ lements und die entsprechende Spiegelstruktur,

Fig. 4, 4a und 4b eine weitere Ausführungsform des strahlen­ den Elements und die entsprechende Spiegelstruktur und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Mobiltelefon-Pla­ tine in einer Draufsicht.

Fig. 1a ist eine vereinfachte schematische Draufsicht auf die Oberseite 1' einer Mobiltelefon-Platine 1 mit einer auf dem oberen Teil der Mobiltelefon-Platine (Mainboard) 1 angeordne­ ten Hörkapsel 2.

Fig. 1b ist eine vereinfachte schematische Sicht auf die Un­ terseite 1" der Mobiltelefon-Platine 1, auf dessen oberem Teil eine Spiegelstruktur 3 mittels einer Kontaktfeder 4 an­ geordnet ist. Die Spiegelstruktur weist die Form eines Mäan­ ders auf, welcher parallel zur Platinenebene der Mobiltele­ fon-Platine 1 angeordnet ist.

Fig. 1c ist eine stark vereinfachte Seitenansicht der Mobil­ telefon-Platine 1 mit einem strahlenden Element 5, welches durch eine Kontaktfeder 4' mit der Mobiltelefon-Platine 1 verbunden ist. Das strahlende Element 5 ist in einem vorgege­ benen Abstand zu der Spiegelstruktur 3 angeordnet, welche sich zwischen dem strahlenden Element 5 und der Mobiltelefon-Platine 1 befindet, um störende Einflüsse der (weitgehend me­ tallischen) der Hörkapsel 2 auf das strahlende Element 5 zu eliminieren.

Der Abstand zwischen der Spiegelstruktur 3 und dem strahlen­ den Element 5 wird durch die Länge der Kontaktfedern 4 und 4' bestimmt und ist daher veränderbar. Eine Variation des Ab­ stimmungszustandes kann durch Abstandsänderung zwischen bei­ den Komponenten oder das Einbringen von dielektrischen Mate­ rialien in die Antennenstruktur erzielt werden. Die Spiegel­ struktur 3 ist durch die Kontaktfeder 4' mit der Massefläche der Kommunikationsendgerät-Platine 1 zur Ausbildung des elektrischen Kontaktes verbunden. Das strahlende Element 5 ist seinerseits durch die Kontaktfeder 4 mit der Platine 1 ver­ bunden.

Die Fig. 2 und 2a zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Spiegelstruktur 3 und des strahlenden Elements 5, wobei die Spiegelstruktur 3 die Form eines Mäanders aufweist und das strahlende Element 5 eine ähnliche zickzack-Form. Um eine op­ timale Störunterdrückung zu erzielen, weist die Spiegelstruk­ tur 3 eine ähnliche Größe auf wie das strahlende Element 5.

Die Fig. 3 und 3a zeigen eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antennenanordnung, wobei das strahlende Element 5 im wesentlichen planar spiralförmig ausgebildet ist und die Spiegelstruktur 3 eine ähnliche Spiralform aufweist. Die Spiralform des strahlenden Elements 5 ist dabei durch ei­ nen Leiterzug definiert, der sich mit einer Mehrzahl von Ab­ winklungen nach Innen verjüngt. Die Spiegelstruktur 3 weist eine ähnliche Form auf, wobei die Spirale nach innen nicht so weit entwickelt ist wie beim strahlenden Element.

Fig. 4, 4a und 4b zeigen eine weitere Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Antennenanordnung. Bei dieser Ausführungsform ist das strahlende Element eine PCB-Antenne. Die PCB-Antenne weist eine Leiterplatte 6 auf, die eine Vorderseite 6' und eine Rückseite 6" hat und eine festgelegte Länge 1 aufweist. Auf der Vorderseite 6' der Leiterplatte 6 ist eine leitende Bahn 7 angeordnet. Die leitende Bahn 7 weist eine physikali­ sche Länge 11 von einem ersten Ende 7' bis zu einem zweiten Ende 7" auf, wobei die Länge 11 der leitenden Bahn nahezu die Länge 1 der gedruckten Leiterplatte entspricht. Die Rück­ seite trägt einen geradlinigen Leiter 5. Die Spiegelstruktur 3 weist - wie in Fig. 4b gezeigt ist - eine der PCB-Antenne entsprechende Struktur auf.

Fig. 5 zeigt in einer weiteren Ausführungsform eine schemati­ sche Untersicht 1b der Mobiltelefon-Platine 1, auf deren obe­ rem Teil zwei Spiegel 3 und 3' direkt aufliegen. Der Spiegel 3 weist eine stabförmige Struktur für ein erstes Band, und der zweite Spiegel 3' eine mäanderförmige Struktur für ein zweites Band auf. Die beiden Strukturen liegen nebeneinander auf der Platine 1, und zwar zwischen der Hörkapsel und dem strahlenden Element.

Die erfindungsgemäße Antennenanordnung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Zur Optimierung des ge­ wünschten Verhaltens der Antennenanordnung können in die Zu­ leitung zu der Spiegelstruktur zusätzliche Elemente, wie bei­ spielsweise Leitungslängen, diskrete Bauelemente oder ge­ druckte Elemente eingefügt werden. Dadurch kann eine Optimie­ rung der Antenneneigenschaften erreicht werden. Die Spiegel­ struktur kann z. B. auch in einer Zwischenlage einer PCB-Struktur erzeugt sein.

Claims (14)

1. Antennenanordnung eines mobilen Kommunikationsendgerätes, insbesondere eines Mobiltelefons, welches ein Gerätegehäuse und innerhalb des Gerätegehäuses auf einer Kommunikationsend­ gerät-Platine (1) angeordnete elektronische Bauelemente und metallische Teile sowie eine Massefläche umfaßt, wobei die Antennenanordnung ein innerhalb des Gerätegehäuses angeordne­ tes strahlendes Element (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlende Element (5) eine Struktur aufweist und zwi­ schen dem strahlenden Element (5) und der Kommunikationsend­ gerät-Platine (1) Mittel zur Desensibilisierung des strahlen­ den Elements (5) gegen störende Einflüsse der elektronischen Bauelemente oder metallischen Teile vorgesehen sind, welche mit der Massefläche der Kommunikationsendgerät-Platine (1) verbunden sind.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Desensibilisierung des strahlendes Elements (5) ein elektrisch wirksamer Spiegel (3) mit einer derart be­ messenen metallischen Fläche oder Struktur vorgesehen ist, daß diese einen durch induktive, kapazitive oder strahlende Kopplung vermittelten Störeinfluß der elektronischen Bauele­ mente oder metallischen Teile abschirmt.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung des Spiegels (3), daß dieser Reso­ nanzen bei denselben Frequenzen wie das strahlende Element (5) zeigt.

4. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlende Element (5) und der Spiegel (3) auf einer Un­ terseite (1") der Kommunikationsendgerät-Platine (1) liegen, wobei der Abstand zwischen dem Spiegel (3) und dem strahlen­ den Element (5) zur Einstellung der Abstrahleigenschaften veränderbar ist.

5. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dielektrikum, insbesondere eine Keramikplatte zur Redu­ zierung des Abstandes zwischen dem Spiegel (3) und dem strah­ lenden Element (5) vorgesehen ist, wobei der Spiegel (3) ins­ besondere auf einer unteren Seite der Keramikplatte und das strahlende Element (5) auf einer oberen Seite der Keramik­ platte aufgedruckt sind.

6. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Spiegel (3) und der Kommunikations­ endgerät-Platine (1) 1 bis 2 mm beträgt und der Abstand zwi­ schen dem strahlenden Element (5) und dem Spiegel (3) 3 bis 6 mm beträgt.

7. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (3) eine Struktur aufweist, die insbesondere der­ jenigen des strahlenden Elementes (5) ähnlich ist.

8. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (3) und/oder das strahlende Element (5) eine im wesentlichen planare Zickzack- bzw. Mäanderform aufweisen und sich im wesentlichen parallel zur Platinenebene der Kommuni­ kationsendgerät-Platine (1) erstrecken.

9. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (3) und das strahlende Element (5) im wesentli­ chen planar spiralförmig ausgebildet sind und sich im wesent­ lichen parallel zur Platinenebene der Kommunikationsendgerät-Platine (1) erstrecken.

10. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Spiegel (3, 3') vorgesehen sind, welche insbe­ sondere nebeneinander auf der Kommunikationsendgerät-Platine (1) angeordnet sind.

11. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Spiegel (3, 3') und das strahlende Element (5) durch schwingungs- und stoßbeständige Kontaktelemente, insbe­ sondere Kontaktfedern (4, 4') mit der Kommunikationsendgerät-Platine (1) verbunden sind.

12. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Haltevorrichtung, in der der oder die Spiegel (3, 3') und das strahlende Element (5) in fester Lage relativ zuein­ ander angebracht sind.

13. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlende Element (5) und/oder der Spiegel oder die Spiegel (3, 3') PCB-Elemente sind.

14. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Zuleitung zu dem Spiegel Elemente, insbesondere Lei­ tungslängen und/oder diskrete Bauelemente, zur Optimierung der Antenneneigenschaften eingefügt sind.