DE10045717A1

DE10045717A1 - Antenne zum Empfang von GPS und GSM-Signalen

Info

Publication number: DE10045717A1
Application number: DE10045717A
Authority: DE
Inventors: Huey-Jen Lin; Kuan-Cheng Chuang
Original assignee: Emtac Technology Corp
Current assignee: Jabil Circuit Taiwan Ltd
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-15
Publication date: 2002-03-28
Also published as: US6229488B1

Abstract

Die Antenne zum Empfang von GPS- und GSM-Signalen weist ein zylindrisches Bauteil aus einem dielektrischen Material mit einer axialen zentralen durchgehenden Öffnung auf, wobei eine erste leitende Schicht die Innenwand der durchgehenden Öffnung bedeckt und eine leitende Erdungsschicht am Unterteil des Bauteils im Kontakt mit der ersten leitenden Schicht angeordnet ist. Ein Isolator ist in die durchgehende Öffnung eingesetzt mit einem mittig ihn durchsetzenden leitenden Stift, dessen beide Enden über die Oberseite und die Unterseite des Bauteils herausragen; an dem aus dem Oberteil des Bauteils herausragenden Ende ist eine schraubenförmige Antenne befestigt, während eine Flachantenne entlang des Außenumfangs des Bauteils derart angeordnet ist, dass die Antenne sowohl GPS- als auch GSM-Signale empfangen kann. Dadurch werden sowohl die Abmessungen der Antenne als auch ihre Herstellungs- und Transportkosten verringert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne und insbesondere eine Antenne zum gleichzeitigen Empfang von GPS-Signalen (GPS = Global Positioning System) und GSM- Signalen (GSM = Global System for Mobile Communications).

Die weltweite Kommunikation zwischen in verschiedenen Ländern lebenden Menschen ist im derzeitigen wissenschaftlichen Zeitalter weit verbreitet. Dies führt zu einer erheblichen Ausweitung der menschlichen Aktivitäten, wodurch gelegentlich die gesamte Welt als globales Dorf bezeichnet wird. Dazu gehört, dass es oftmals wünschenswert ist, zu wissen, wo sich eine Person genau aufhält. Zu diesem Zweck gibt es Kommunikationsausrüstungen, die sowohl mit GPS-Geräten als auch mit GSM-Geräten ausgerüstet sind und die für viele Menschen ein Teil ihres täglichen Lebens sind.

Bei den herkömmlichen Ausrüstungen werden getrennte Antennen für Mobiltelefone und für GPS-Geräte verwendet. Dies bedeutet, dass eine Antenne für Mobiltelefone ausschließlich die dazugehörigen Signale empfängt, während die Antenne für die GPS-Geräte ausschließlich die zugehörigen Ortssignale aufnimmt. Für eine digitale Kommunikationsausrüstung wird daher eine Antenne 11 für das Mobiltelefon und eine getrennte Antenne 12 für das GPS- Gerät zum gleichzeitigen Empfang der entsprechenden Signale benötigt, wie es schematisch in Fig. 1 dargestellt ist. Dies erhöht jedoch die Herstellungskosten und kompliziert die Montage und die Verdrahtung. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer Antenne, die sowohl GSM-Signale als auch GPS-Signale empfangen kann.

Die herkömmlichen Antennen für den GPS-Empfang sind Flachantennen (patch antenna). Eine Flachantenne weist einen kompakten Aufbau auf, ist nicht temperaturempfindlich und begrenzt die Energieverluste. Oftmals wird die Flachantenne auf einem zylindrischen Träger angeordnet; ein Beispiel einer aus Keramik bestehenden Flachantenne 20 ist in Fig. 2 dargestellt. Diese Flachantenne 20 wird vielfach in GPS-Geräten verwendet. Üblicherweise besteht die Flachantenne 20 aus einem Substrat 21 aus Keramik, einem quadratischen oder rechtwinkligen Streifen 22 und einer Erdungsplatte 23, die beispielsweise durch ein photolithographisches Ätzverfahren erzeugt werden, sowie einem Koaxialkabel 24, dessen oberer leitender Stift 241 die Erdungsplatte 23 sowie das Substrat 21 durchsetzt und mit einem leitenden Abschnitt 221 des Streifens 22 in Berührung steht; ein Außenleiter 242 steht in Kontakt mit der Erdungsplatte 23, sodass die empfangenen Signale durch den leitenden Stift 241 weitergeleitet werden.

Zum gleichzeitigen Empfang von GPS-Signalen und GSM- Signalen werden die Flachantenne 20 für den GPS-Empfang und eine schraubenförmige Antenne 31 für den GSM-Empfang zu beiden Seiten einer Schaltplatine 30 gemäß Fig. 3 angeordnet. Dadurch ist es möglich, zugleich GPS-Signale mit Hilfe der Flachantenne 20 und GSM-Signale mit Hilfe der schraubenförmigen Antenne 31 zu empfangen. Die Signale werden anschließend durch auf der Schaltplatine 30 angeordnete elektronische Bausteine gefiltert und verstärkt. Anschließend werden diese Signale einer digitalen Kommunikationseinrichtung über entsprechende Kabel 24 und 32 zugeführt. Dieser Aufbau ist zwar vorteilhafter als der in Fig. 1 gezeigte Aufbau, weist jedoch noch die folgenden Nachteile auf:

1. Hoher Raumbedarf.
2. Kompliziertes Herstellungsverfahren
3. Hohe Kosten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Empfangsantenne für den gleichzeitigen Empfang von GPS- Signalen und GSM-Signalen zu schaffen, die klein im Aufbau, zuverlässig im Einsatz und billig in der Herstellung ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den in den Ansprüchen 1, 6 und 12 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass die aus einer Flachantenne für den GPS-Empfang und aus einer schraubenförmigen Antenne für den GSM-Empfang bestehende Gemeinschaftsantenne ein Teil aus einem dielektrischen Material aufweist mit einer axialen durchgehenden Öffnung, in der ein leitender Stift angeordnet ist, sodass diese Antenne gleichzeitig GPS-Signale und GSM-Signale empfangen kann, wobei die Abmessung der Antenne gegenüber den herkömmlichen Antennen erheblich verringert ist und sowohl die Herstellungskosten als auch die Transportkosten verringert sind.

Vorteilhafterweise ist die Flachantenne für den GPS-Empfang entlang des Umfangs auf einer Seite des dielektrischen Bauteils angeordnet, während eine linear polarisierende Flachantenne für den GSM-Empfang entlang des Umfangs auf der gegenüberliegenden Seite des dielektrischen Bauteils vorgesehen ist, wobei die linear polarisierende Flachantenne mit einem leitenden Stift verbunden ist, der eine axial durchgehende Öffnung im dielektrischen Bauteil derart durchsetzt, dass die Antenne sowohl GPS-Signale als auch GSM-Signale empfangen kann.

Vorteilhafterweise kann eine Flachantenne für den GPS- Empfang entlang des Umfangs auf einer Seite des dielektrischen Bauteils vorgesehen sein, eine erste linear polarisierende Flachantenne für den GSM-Empfang entlang des Umfangs auf der gegenüberliegenden Seite des dielektrischen Bauteils vorgesehen sein und eine zweite linear polarisierende Flachantenne für den GSM-Empfang entlang des Umfangs auf der anderen gegenüberliegenden Seite des dielektrischen Bauteils vorgesehen sein, wobei die beiden linear polarisierenden Flachantennen mit einem leitenden Stift verbunden sind, der eine axiale durchgehende Öffnung im dielektrischen Bauteil durchsetzt, sodass diese Antenne sowohl GPS-Signale als auch GSM-Signale empfangen kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der neben dem Stand der Technik vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht eines Teils eines herkömmlichen Kommunikationsgerätes mit zwei Antennen für ein Mobiltelefon und ein GPS-Gerät;

Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer herkömmlichen keramischen Flachantenne;

Fig. 3 eine Seitenansicht einer herkömmlichen Antennenanordnung mit einer Flachantenne für den GPS- Empfang und mit einer schraubenförmigen Antenne für den GSM-Empfang;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antenne für den Empfang von GPS- und GSM- Signalen;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antenne für den Empfang von GPS- und GSM-Signalen;

Fig. 6 eine andere perspektivische Ansicht der in Fig. 5 gezeigten Antenne;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antenne für den Empfang von GPS- und GSM-Signalen und

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antenne für den Empfang von GPS- und GSM-Signalen.

Bei der in Fig. 4 dargestellten erfindungsgemäßen Antenne für den Empfang von GPS- und GSM-Signalen ist ein zylindrisches Bauteil 40 aus einem dielektrischen Material, beispielsweise aus Keramik oder jedem anderen geeigneten Polymer-Material, mit einer axialen durchgehenden Öffnung 41 versehen, wobei eine leitende Schicht 42 auf der Innenwand der Öffnung 41 vorgesehen ist. Ein zylindrischer Isolator 43 ist in die durchgehende Öffnung 41 eingesetzt, wobei ein leitender Stift 44 den Isolator 43 mittig durchsetzt und mit beiden Enden aus dem zylindrischen Bauteil 40 herausragt, sodass den leitenden Stift 44 durchsetzende Signale durch die leitende Schicht 42 abgeschirmt werden. Es sei betont, dass das Bauteil 40 zwar in der Beschreibung und in den Figuren als zylindrisches Bauteil dargestellt ist, dass das Bauteil 40 jedoch im Rahmen der Erfindung auch jegliche andere Gestalt aufweisen kann.

In Fig. 5 und 6 ist ein erstes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne dargestellt. Diese Antenne weist ein Bauteil 40 auf, eine Erdungsschicht 50, die auf der Unterseite des Bauteils 40 aufgebracht ist und die mit der Unterseite der leitenden Schicht 42 auf der Innenwand der Öffnung 41 verbunden ist. Die Erdungsschicht 50 erstreckt sich außerdem entlang des Umfangs ausgehend von der Unterseite des Bauteils aus ein Stück nach oben, wobei eine Aussparung 51 am Umfang vorgesehen ist zur Ausbildung einer Flachantenne 52, die aus einer Anzahl von Abschnitten besteht, die entlang des Umfangs des Bauteils 40 verteilt sind. Diese Flachantenne 52 ist eine rechts polarisierende Flachantenne zum Empfang von GPS-Signalen und weist einen geeigneten Abstand von der Erdungsschicht 50 auf. Ein leitendes Teil 53 erstreckt sich in die Aussparung 51 der Erdungsschicht 50, weist jedoch einen Abstand zur Erdungsschicht 50 auf.

Wie Fig. 6 zeigt, erstreckt sich das leitende Ende 53 der Antenne 52 bis zum unteren Rand des Bauteils 40 und in die Aussparung 51. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das der Erdungsschicht 50 gegenüberliegende Ende des leitenden Stiftes 44 mit einer schraubenförmigen Antenne 45 verbünden zum Empfang von GSM-Signalen. Dies bedeutet, dass die GSM- Signale von der schraubenförmigen Antenne 45 und die GPS- Signale von der Flachantenne 52 empfangen werden können. Die aufgenommenen Signale werden dann der dazugehörigen digitalen Kommunikationsausrüstung zur weiteren Verarbeitung mit Hilfe der Leiter 53 mit zugehöriger Elektronik und des leitenden Stiftes 44 mit zugehöriger Elektronik übermittelt.

Fig. 7 zeigt ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne für den Empfang von GPS- und GSM-Signalen. Dies ist eine Abwandlung der oben beschriebenen Antenne. Die Antenne weist ein Bauteil 40 auf, eine Erdungsschicht 50 auf der Unterseite des Bauteils 40, eine lineare Flachantenne 60, die auf der oberen der Erdungsschicht 50 gegenüberliegenden Seite aufgebracht ist, wobei diese lineare Flachantenne 60 im Abstand von der leitenden Schicht 42 angeordnet ist, die die Innenwand der durchgehenden Öffnung 41 bedeckt, wobei sie sich jedoch auf der Außenseite des Bauteils 40 geringfügig in Richtung dessen Unterseite erstreckt. Mit 61 ist eine in der Antenne 60 vorgesehene Aussparung bezeichnet. Eine lineare Flachantenne 62 ist unterhalb des oberen Randes des Bauteils 40 vorgesehen. Diese lineare Flachantenne 62 weist einen Abstand von der linearen Flachantenne 60 auf. Das leitende Ende 63 der Antenne 62 erstreckt sich in die Aussparung 61 der Antenne 60 und weist einen Abstand zur leitenden Schicht 42 auf der Innenseite der Öffnung 41 auf.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der leitende Stift 41 nicht mehr mit einer schraubenförmigen Antenne verbunden. Statt dessen sind ein Paar sich gegenüberliegender leitender Streifen 65 und 66 vorgesehen, welche sich oberhalb der durchgehenden Öffnung 41 erstrecken. Die leitenden Enden 63 und 64 der beiden Antennen 60 und 62 sind mit dem leitenden Stift 44 verbunden. Dies dient dem Dual-Band-GSM-Empfang mit Hilfe der beiden linearen . Antennen 60 und 62. Mit dieser Ausgestaltung kann auf die schraubenförmige Antenne 45 verzichtet werden, sodass der Bauaufwand für die Antenne erheblich verringert ist. Dual- Band-GSM-Signale und GPS-Signale werden durch die Antenne 60 bzw. 62 empfangen. Anschließend werden die Signale der Kommunikationsausrüstung zur weiteren Verarbeitung zugeführt über den Leiter 53 und der dazugehörigen Elektronik bzw. den leitenden Stift 44 und der dazugehörigen Elektronik.

In Fig. 8 ist ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne zum Empfang von GPS- und GSM-Signalen dargestellt. Diese Antenne weist ein Bauteil 40 auf, eine Erdungsschicht 70, die auf der Unterseite des Bauteils 40 aufgebracht ist und die mit der leitenden Schicht 42 am unteren Ende der durchgehenden Öffnung 41 verbunden ist, eine Flachantenne 71, die aus einer Anzahl von Abschnitten besteht, die entlang des Umfangs des Bauteils 40 verteilt sind, wobei die Antenne 71 eine rechts polarisierende Antenne zum Empfang von GPS-Signalen ist, wobei ein leitendes Ende 73 der Antenne 71 sich bis zur Oberseite des Bauteils 40 erstreckt, jedoch einen geeigneten Abstand von der leitenden Schicht 42 auf der Innenseite der durchgehenden Öffnung 41 aufweist. Eine lineare Flachantenne 72 ist entlang des Umfangs des Bauteils 40 unterhalb des oberen Endes vorgesehen, wobei diese lineare Antenne 72 einen Abstand von der Antenne 71 aufweist und mit einem Ende 74 sich bis zur Oberseite des Bauteils 40 erstreckt, jedoch einen Abstand zur leitenden Schicht 42 auf der Innenwand der durchgehenden Öffnung 41 aufweist. Auch hierbei ist der leitende Stift 44 nicht mit einer schraubenförmigen Antenne verbunden. Statt dessen sind ein Paar sich gegenüberliegender leitender Streifen 76 und 77 zwischen den leitenden Enden 74 und 73 vorgesehen. Die leitenden Enden 73 und 74 der beiden Antennen 71 und 72 sind mit dem leitenden Stift 44 verbunden. Dadurch können die Antennen 71 und 72 sowohl die GPS-Signale als auch GSM- Signale empfangen, die der Kommunikationsausrüstung zur . weiteren Verarbeitung über den leitenden Stift 44 und die zugehörige Elektronik zugeführt werden.

Obwohl die Erfindung anhand bestimmter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sind zahlreichen Abwandlungen für den Fachmann innerhalb des durch die Ansprüche definierten Schutzbereichs möglich.

Claims

1. Antenne zum Empfang von von einem Global Positioning System (GPS) stammenden und von einem Global System for Mobile Communications (GSM) stammenden Signalen mit:
einem lang gestreckten Bauteil aus einem dielektrischen Material, das eine axiale durchgehende Öffnung aufweist, wobei eine erste leitende Schicht die Innenwand der zentralen Öffnung bedeckt und ein Isolator in die zentrale Öffnung eingesetzt ist, in dessen Mitte ein leiternder Stift eingesetzt ist, dessen beide Enden an den gegenüberliegenden Seiten des lang gestreckten Bauteils sich über dieses hinaus erstrecken;
einer leitenden Erdungsschicht, die an einem Ende des Bauteils angeordnet ist und mit der ersten leitenden Schicht entlang des Umfangs der durchgehenden Öffnung in Verbindung steht, wobei sich die Erdungsschicht in axialer Richtung über einen vorgegebenen Abstand vom unteren Rand des Bauteils entlang des Umfangs nach oben erstreckt und eine Aussparung aufweist;
einer Flachantenne, die auf dem Außenumfang des Bauteils im Abstand von der leitenden Erdungsschicht angeordnet ist und von der sich ein leitendes Ende in die Aussparung der leitenden Erdungsschicht hinein, jedoch im Abstand von ihr erstreckt, und
einer schraubenförmigen Antenne, die mit dem leitenden Stift an demjenigen aus dem Bauteil herausragenden Ende verbunden ist, das der leitenden Erdungsschicht gegenüber liegt;
sodass GSM-Signale und GPS-Signale von der schraubenförmigen Antenne bzw. der Flachantenne empfangbar sind und einer digitalen Kommunikationseinrichtung über mit dem leitenden Ende und dem leitenden Stift und verbundenen Elektroniken zuführbar sind.

2. Antenne nach Anspruch 1, bei der das lang gestreckte Bauteil eine zylindrische Gestalt aufweist.

3. Antenne nach Anspruch 1, bei der das dielektrische Material ein keramisches Material ist.

4. Antenne nach Anspruch 1, bei der das dielektrische Material ein Polymer ist.

5. Antenne nach Anspruch 1, bei der die Flachantenne eine rechts polarisierende Flachantenne ist.

6. Antenne zum Empfang von Signalen von einem Global Positioning System (GPS) und Dual-Band-Signalen von einem Global System for Mobile Communications (GSM) mit:
einem lang gestreckten Bauteil aus einem dielektrischen Material mit einer axialen zentralen durchgehenden Öffnung, wobei eine erste leitende Schicht die Innenwand der durchgehenden Öffnung bedeckt und ein Isolator in die Öffnung eingesetzt ist, in den ein leitender Stift mittig eingesetzt ist, dessen beide Enden oberhalb und unterhalb der sich gegenüberliegenden Enden aus dem Bauteil herausragen;
einer leitenden Erdungsschicht, die an einem Ende des Bauteils angeordnet ist und in leitendem Kontakt mit der ersten leitenden Schicht am Umfang der zentralen durchgehenden Öffnung steht, wobei die Erdungsschicht sich in Axialrichtung bis zu einer vorgegebenen Höhe vom Umfangsrand an einem Ende des Bauteils aus erstreckt und eine Aussparung aufweist;
einer Flachantenne, die am Außenumfang des Bauteils im Abstand von der leitenden Erdungsschicht angeordnet ist und die ein leitendes Ende aufweist, das sich in die Aussparung der leitenden Erdungsschicht hinein erstreckt und im Abstand von der leitenden Erdungsschicht angeordnet ist;
einer ersten linearen Flachantenne, die am denjenigen Ende des Bauteils angeordnet ist, das der leitenden Erdungsschicht gegenüber liegt und einen Abstand von der ersten leitenden Schicht aufweist, wobei die erste lineare Flachantenne außerdem sich entlang des Umfangs nach unten erstreckt und eine Aussparung aufweist und einer am Außenumfang angeordneten zweiten linearen Flachantenne, die unterhalb des oberen Endes des Bauteils im Abstand von der ersten linearen Flachantenne angeordnet ist und ein leitendes Ende aufweist, welches sich in die Aussparung der ersten linearen Flachantenne hinein erstreckt und einen Abstand von ersten leitenden Schicht aufweist, sowie
einem Paar sich gegenüberliegender leitender Streifen, deren jedes ein leitendes Ende aufweist, das mit dem leitenden Stift verbunden sind,
sodass Dual-Band-GSM-Signale und GPS-Signale von den linearen Flachantennen bzw. der Flachantenne empfangbar sind, die der Kommunikationseinrichtung über das leitende Ende der Flachantenne über zugehörige Elektroniken und den leitenden Stift über zugehörige Elektroniken zuführbar sind.

7. Antenne nach Anspruch 6, bei der das lang gestreckte Bauteil eine zylindrische Gestalt aufweist.

8. Antenne nach Anspruch 6, bei der das dielektrische Material ein keramisches Material ist.

9. Antenne nach Anspruch 6, bei der das dielektrische Material ein Polymer ist.

10. Antenne nach Anspruch 6, bei der die Flachantenne eine rechts polarisierende Flachantenne ist.

11. Antenne nach Anspruch 6, bei der das lang gestreckte Bauteil eine zylindrische Gestalt aufweist.

12. Antenne zum Empfang von von einem Global Positioning System (GPS) stammenden Signalen und von von einem Global System for Mobile Communications (GSM) stammenden Dual-Band-Signalen mit:
einem lang gestreckten Bauteil aus einem dielektrischen Material, das eine axiale zentrale durchgehende Öffnung aufweist, wobei eine erste leitende Schicht auf der Innenwand der zentralen durchgehenden Öffnung angeordnet ist und wobei ein Isolator in die zentrale durchgehende Öffnung eingesetzt ist mit einem leitenden Stift, der mittig den Isolator durchsetzt, wobei seine beiden Enden sich aus den gegenüberliegenden Enden des Bauteils heraus erstrecken;
einer leitende Erdungsschicht, die an einem Ende des Bauteils angeordnet ist und in leitendem Kontakt mit der ersten leitenden Schicht auf der Innenwand der zentralen durchgehenden Öffnung steht;
einer Flachantenne entlang des Außenumfanges des Bauteils, die im Abstand von der leitenden Erdungsschicht angeordnet ist und die ein leitendes Ende aufweist, das sich bis zum anderen Ende des Bauteils im Abstand von der ersten leitenden Schicht erstreckt und einer am Umfang angeordneten linearen Flachantenne, die unterhalb des anderen Endes des Bauteils im Abstand von der Flachantenne angeordnet ist und ein leitendes Ende aufweist, das sich bis zum gegenüberliegenden Ende des Bauteils im Abstand von der ersten leitenden Schicht erstreckt;
sodass Dual-Band-GSM-Signale und GPS-Signale von den linearen Flachantennen bzw. der Flachantenne empfangbar sind und einer digitalen Kommunikationseinrichtung zur Weiterverarbeitung über das leitende Ende der Flachantenne mit den dazugehörigen Elektroniken und den leitenden Stift und dazugehörigen Elektroniken zuführbar sind.

13. Antenne nach Anspruch 12, bei der das lang gestreckte Bauteil eine zylindrische Gestalt aufweist.

14. Antenne nach Anspruch 12, bei der das dielektrische Material ein keramisches Material ist.

15. Antenne nach Anspruch 12, bei der das dielektrische Material ein Polymer ist.

16. Antenne nach Anspruch 12, bei der die Flachantenne eine rechts polarisierende Flachantenne ist.

17. Antenne nach Anspruch 12, bei der sowohl die erste als auch die zweite lineare Flachantenne eine linear polarisierende Flachantenne ist.