DE10119780A1 - Umschaltbare integrierte Mobilfunkantenne - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine zwischen mehreren Frequenzbereichen umschaltbare Mobilfunkantenne, umfassend eine erste, insbesondere auf Massepotential liegende, Fläche und eine mit dem HF-Teil des Mobilfunkgeräts verbundene zweite Fläche (D2), die jeweils eine Anschlußleitung (10, 13) aufweisen, die zu externen Kontakten (K1, K2) führt. Um die Verlustleistung der Antenne möglichst gering zu halten, ist eine Schalteinrichtung (S) zum Umschalten zwischen verschiedenen Frequenzbändern vorgesehen, die in einem Leitungspfad (11, 12) von der zweiten Fläche (F2) zur ersten Fläche (F1) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine umschaltbare Mobil­ funkantenne, die mehrere Frequenzbänder bedienen kann.

Mobilfunkantennen werden insbesondere in Mobilfunkgeräten als Sende- und Empfangsantennen eingesetzt. Die Antennen sind üb­ licherweise vollständig im Gerät integriert, wobei für die Anbringung der Antenne nur ein relativ beschränkter Raum zur Verfügung steht.

Darüber hinaus sollen Mobilfunkgeräte zunehmend nicht nur in einem Frequenzbereich, sondern auch in mehreren Frequenzbän­ dern (z. B. einem Sende- und Empfangsband) oder in mehreren Netzen (GSM, PCN und PCS) betrieben werden können. Es werden daher Antennen benötigt, die in zwei oder mehreren Frequenz­ bereichen nutzbar sind und möglichst wenig Volumen beanspru­ chen. Außerdem sollten die Leistungsfähigkeit möglichst hoch und die Herstellungskosten möglichst gering sein.

Aus der Europäischen Patentanmeldung EP 0865169 ist eine schaltbare Mobilfunkantenne bekannt. Die darin beschriebene Schalteinrichtung ist jedoch nur für Stabantennen ausgelegt, die im besonderen Maße nicht als integrierte Antennen geeig­ net sind. Die beschriebene Lösung ist außerdem auf die Erwei­ terung einer Monobandantenne auf eine Dualbandantenne be­ schränkt.

In der US 6,021,317 ist das Umschalten kompletter Antennen be­ schrieben. Bei dieser Lösung wird der komplette Stromfluß zwischen ganzen Antennen oder Antennenbereichen umgeschaltet, wobei prinzipbedingt durch die Einfügedämpfung des Schalters relativ hohe Verluste auftreten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine schaltbare integrierbare Mobilfunkantenne zu schaffen, die zwischen unterschiedlichen Frequenzbändern umschaltbar ist und dabei einen möglichst geringen Gleichspannungs- Leistungsverbrauch aufweist und nur geringe HF-Verluste ver­ ursacht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan­ spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausführungsfor­ men der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Der wesentliche erfinderische Gedanke besteht darin, eine in­ tegrierbare Planarantenne mit einer Schalteinrichtung auszu­ statten, die außerhalb des Hauptstromkreises der Antenne an­ geordnet ist. Die Schalteinrichtung wird dadurch nur von we­ nig HF-Strom durchflossen und kann daher auch nur geringe Verluste verursachen.

Es wird eine integrierbare Mobilfunkantenne vorgeschlagen, die eine erste, insbesondere auf Massepotential liegende Flä­ che und eine zweite, im wesentlichen parallel angeordnete Fläche, die mit der Funkschaltung des Mobilfunkgeräts verbun­ den ist, wobei eine Schalteinrichtung zum Umschalten zwischen verschiedenen Frequenzbändern vorgesehen ist, die zwischen . verschiedenen Massekontaktierungen der zweiten Fläche um­ schalten bzw. auswählen kann. Dabei ist die Schalteinrichtung in einem Massepfad angeordnet.

Die zweite Fläche weist vorzugsweise mehrere Anschlußleitun­ gen auf, die von der Schalteinrichtung ausgewählt und mit der einem Bezugspotential, insbesondere Masse, elektrisch verbun­ den werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung haben die von der Schalteinrichtung auswählbaren Leitungspfade eine un­ terschiedliche Länge und eine unterschiedliche Position der Anbindung an die zweite Fläche.

Die Schalteinrichtung kann entweder ein Umschalter oder ein einfacher Ein-Aus-Schalter sein, der einen bestimmten Lei­ tungspfad wahlweise zu- oder abschaltet.

Die Schalteinrichtung ist vorzugsweise als elektronischer, insbesondere integrierter Schalter realisiert, kann aber auch als mechanischer HF-Schalter ausgebildet sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die auswählbaren Kontaktanschlüsse derart angeordnet bzw. gestal­ tet, daß zwischen einem Sende- und einem Empfangsband eines Netzes (z. B. GSM 900) umgeschaltet werden kann.

Wahlweise können die Kontaktanschlüsse auch derart angeordnet bzw. gestaltet sein, daß die Antenne zwischen zwei Frequenz­ bändern unterschiedlicher Netze (z. B. PCN und PCS) umschalt­ bar ist. Eine bekannte Dualband-Antenne kann damit auf drei Bänder erweitert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine gabelförmige Anschlußleitung an der zweiten Fläche vorgese­ hen, so dass die Speisung der zweiten Fläche an im wesentli­ chen getrennt wirkenden Anschlusspunkten erfolgt.

Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung ist vorzugsweise au­ ßerhalb des durch die beiden Flächen begrenzten Antennenvolu­ mens angeordnet.

Bei der Mobilfunkantenne handelt es sich vorzugsweise um eine P1F-Antenne, und insbesondere um eine Dualbandantenne, die mehrere, vorzugsweise bis zu vier, Frequenzbänder bedienen kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeich­ nungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Ein Beispiel einer Monoband P1F-Antenne, die auf eine Dualbandantenne erweitert wurde;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Dualbandantenne, die mittels einer Schalteinrichtung in mehr als zwei Frequenzbe­ reichen betrieben werden kann; und

Fig. 3 eine klassische Monoband P1F-Antenne.

Die in Fig. 1 gezeigte Monoband P1F-Antenne besteht im we­ sentlichen aus einer ersten Fläche F1 und einer zweiten Flä­ che F2, die parallel zueinander angeordnet sind. Die Flächen F1 bzw. F2 haben jeweils eine Anschlußleitung 10, 13, die zu externen Anschlußkontakten K1 bzw. K2 führt.

Der Kontakt K1 liegt vorzugsweise auf Massepotential, während der Kontakt K2 mit der Funkschaltung des Mobilfunkgeräts ver­ bunden ist.

Die Fläche F2 weist ferner zwei zusätzliche Anschlußleitungen 11 und 12 auf, die die Fläche F2 an unterschiedlichen Punkten P1A und P1B kontaktieren.

Am äußeren Ende dieser zusätzlichen Anschlußleitungen 11, 12 ist ein Schalter S angeordnet, der zwischen den beiden Anschlußleitungen umschalten kann und dadurch eine zusätzli­ che Verbindung zwischen der zweiten Fläche F2 und dem Masse­ potential (K2) herstellt.

Die Leitungspfade zwischen den Punkten P1A und P4 bzw. P1B und P4 haben unterschiedliche Länge. Bei einer Umschaltung zwischen Zustand A und Zustand B des Schalters S werden so­ wohl der Abstand zwischen dem Punkt P2 und P1A und zwischen dem Punkt P2 und P1B als auch die Länge der Leitung zwischen P1A und P4 bzw. P1B und P4 geändert. Dadurch ändern sich die Systemgrößen L und C des Schwingkreises und somit die Reso­ nanzfrequenz der Antenne.

Bei dieser Antenne ist zu bemerken, dass der HF-Strom über den Kontakt K2, den durch die beiden Flächen F1 und F2 gebil­ deten Kondensator und dann über den Punkt P4 zum Kontakt K1 zurückfließt. Damit liegt der Umschalter S außerhalb des Hauptstromkreises, wird nur von wenig Strom durchflossen, und kann daher auch nur geringe Verluste verursachen.

Fig. 2 zeigt eine Grundstruktur einer schaltbaren Dualband P1F-Antenne, die in vier Frequenzbereichen betrieben werden kann.

Die gezeigte integrierte Antenne umfaßt ebenfalls zwei Anten­ nenflächen F1 und F2, wobei im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Antenne die zweite Fläche F2 unterschiedliche Flächenbereiche, nämlich einen Bereich F2H für ein höheres Frequenzband und einen Bereich F2L für ein niedrigeres Fre­ quenzband, aufweist.

Der Bereich F2H ist im wesentlich rechteckig gebildet, wäh­ rend der Bereich F2L im wesentlichen L-förmig ist.

Die Fläche F2 hat eine Anschlußleitung 10, die zu einem HF- Kontakt K2 führt. Die Fläche F1 hat eine Anschlußleitung 13, die zu einem Massekontakt K1 führt.

Ferner sind zwei zusätzliche Anschlußleitungen 11, 12 vorgese­ hen, die jeweils von einem Schalter S ausgewählt werden kön­ nen. Bei einer Auswahl der Schaltstellung A wird ein Lei­ tungspfad zwischen einem Kontaktpunkt P1A und P4 bzw. dem Kontakt K1 geschlossen. Gleiches gilt in der Schaltstellung B für den Leitungspfad zwischen dem Punkt P1B und dem Punkt P4 bzw. dem Kontakt K1.

Die Fläche F2 wird über eine gegabelte Anschlußleitung 16 an zwei getrennt wirkenden Punkten P2L und P2H kontaktiert.

Bei dieser Antenne wird die Resonanzfrequenz fH für das Band H durch die Leitungslängen zwischen den Punkten P2H und P1A oder B sowie P1 und P4 festgelegt. Entsprechend legen die Leitungslängen zwischen den Punkten P2L und P1A bzw. B sowie P1A oder B und P4, die Resonanzfrequenz f_L für das Band L fest.

Fig. 3 zeigt eine bekannte Monoband P1F-Antenne mit zwei flä­ chenhaften Bereichen F1 bzw. F2. Dabei wird eine "F"-Struktur aus der Fläche F1 und zwei Anschlußleitungen 10, 13 gebildet, die an den Punkten P1 bzw. P2 kontaktieren. Diese Anschluß­ leitungen 10, 13 führen zu den Kontakten K1 und K2. Der Kon­ takt K1 ist mit Masse verbunden, der Knoten K2 stellt die Verbindung zur HF-Schaltung des Mobilfunkgeräts dar.

Durch Änderung des Abstandes zwischen den Punkten P1 und P2 als auch durch eine Änderung der Länge der Leitung 17 zwi­ schen den Punkten P1 und P4 kann die Resonanzfrequenz f der Antenne sowohl verkleinert als auch vergrößert werden.

Bezugszeichenliste

F1 erste Fläche
F2 zweite Fläche
P1-P4 Anschlußpunkte
K1, K2 Kontakte
P1A, P1B Anschlußpunkte
F2L, F2H Teilbereiche der Fläche F

2

P2H, P2L Anschlußpunkte
S Schalter
A, B Schaltstellungen

10-13

Anschlußleitungen

16

gabelförmige Anschlußleitung

Claims (13)

1. Mobilfunkantenne, umfassend eine erste, insbesondere auf Massepotential liegende, Fläche (F1) mit einem Kontak­ tanschluß (13) und eine zweite, mit einer HF-Schaltung ver­ bundene Fläche (F2), gekennzeichnet durch, eine Schalteinrichtung (S) zum Umschalten zwischen verschie­ denen Frequenzbändern, die verschiedene Anschlussleitungen (11, 12) der zweiten Fläche (F2) auswählen kann.

2. Mobilfunkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen (11, 12) der zweiten Fläche (11, 12) mit einem Massekontakt (K1) elektrisch verbunden werden kön­ nen.

3. Mobilfunkantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleitungen (11, 12) an unterschiedlichen Punkten (P1A, P1B) an der zweiten Fläche angeschlossen sind.

4. Mobilfunkantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Schalteinrichtung (S) auswählbaren Leitungs­ pfade eine unterschiedliche Länge aufweisen.

5. Mobilfunkantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (S) ein Umschalter ist, der zwi­ schen verschiedenen Leitungspfaden umschaltet.

6. Mobilfunkantenne nach Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (S) ein Ein-Aus-Schalter ist, der einen Leitungspfad wahlweise zu- oder abschaltet.

7. Mobilfunkantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (S) ein mechanischer HF-Schalter oder ein elektronischer IC-Schalter ist.

8. Mobilfunkantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Schalteinrichtung (S) auswählbaren Kontakt­ anschlüsse (11, 12) derart angeordnet bzw. gestaltet sind, dass zwischen dem Sende- und Empfangsband eines Netzes (z. B. GSM 1800 und GSM 900) umgeschaltet werden kann.

9. Mobilfunkantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Schalteinrichtung (S) auswählbaren Kontakt­ anschlüsse (11, 12) derart angeordnet bzw. gestaltet sind, dass zwischen den Frequenzbändern zweier Netze (PCN und PCS) umgeschaltet werden kann.

10. Mobilfunkantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine gabelförmige Anschlußleitung (16) an der zweiten Fläche (F2) vorgesehen ist, die die Speisung der zweiten Fläche (F2) über einen Kontakt (K2) auf im wesentlichen ge­ trennt wirkende Anschlüsse (P2L, P2H) aufteilt.

11. Mobilfunkantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (S) außerhalb des durch die beiden Flächen (F1, F2) begrenzten Antennenvolumens angeordnet ist.

12. Mobilfunkantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mobilfunkantenne eine P1F-Antenne ist.

13. Mobilfunkantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mobilfunkantenne eine Dualbandantenne ist, die meh­ rere, insbesondere bis zu vier, unterschiedliche Frequenzbe­ reiche bedienen kann.