DE10124142B4

DE10124142B4 - Planarantenne und damit ausgerüstete Einrichtung für drahtlose Kommunikation

Info

Publication number: DE10124142B4
Application number: DE10124142A
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Masuda; Hisamatsu Nakano
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2001-05-17
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2021-05-18
Also published as: US20010043159A1; CN1303723C; JP3640595B2; DE10124142A1; US6535167B2; JP2001326521A; CN1332490A

Abstract

Planarantenne, gebildet durch Leiterschichtmuster auf einer Leiterplatte (6; 6d), gekennzeichnet durch: – ein erstes Antennen-Leitermuster (1; 7), das als angesteuertes Element auf einer ersten Oberfläche der Leiterplatte ausgebildet ist, wobei ein Ende des ersten Antennen-Leitermusters als Speiseabschnitt (3) verwendet wird, ein anderes Ende des ersten Antennen-Leitermusters als offenes Ende (1d; 7c) verwendet wird und zwischen dem Speiseabschnitt und dem offenen Ende des ersten Antennen-Leitermusters (1; 7) ein umgebogener Abschnitt ausgebildet ist; und – ein zweites Antennen-Leitermuster (2; 8), das als passives Element auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Leiterplatte ausgebildet ist, wobei ein Ende des zweiten Antennen-Leitermusters als Masseabschnitt (2b; 8b) verwendet wird, ein anderes Ende des zweiten Antennen-Leitermusters als offenes Ende (2c; 8c) verwendet wird und zwischen dem Masseabschnitt und dem offenen Ende des zweiten Antennen-Leitermusters (2; 8) ein umgebogener Abschnitt ausgebildet ist, – wobei die Leiterplatte (6) einen Masseleiterabschnitt (4) aufweist und – wobei hinsichtlich...

Description

Die Erfindung betrifft eine auf einer Leiterplatte ausgebildete Planarantenne, die kompakt und leicht ist, aber dennoch Sende- und Empfangsvorgänge über große Distanzen erlaubt, sowie eine mit einer derartigen Planarantenne versehene Vorrichtung für drahtlose Kommunikation.
Auf dem Gebiet der Mobilkommunikation unter Verwendung kompakter drahtloser Vorrichtungen, wie Mobiltelefonen oder drahtlosen Haus-LAN(Local Area Network)-Terminals, müssen derartige drahtlose Vorrichtungen mit kompakten Antennen hoher Leistungsfähigkeit versehen sein. Als kompakte Antennen für derartige Anwendungen haben schlanke Planarantennen viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da sie in derartige Vorrichtungen gut eingebaut werden können. Als Planarantennen werden Mikrostreifenantennen verwendet, für die typische Beispiele Kurzschluss-Mikrostreifenantennen, wie in 20A dargestellt, und planare Umkehr-F-Antennen, wie in 20B dargestellt, sind. In den letzten Jahren wurden, als drahtlose Vorrichtungen zunehmend kompakter wurden, z. B. in JP-A-H5-347511 und JP-A-2000-59132 , Planarantennen vorgeschlagen, die durch weiteres Miniaturisieren von Mikrostreifenantennen, wie sie in 20A dargestellt sind, erhalten wurden.
Es werden auch Antennen mit Umkehr-F-Leiterform, wie in den 21A und 21B dargestellt, verwendet. 21A ist eine Draufsicht einer Umkehr-F-Antenne 101, deren Masseleiterabschnitt 103 mit einer Masseleiterplatte 102 verbunden ist. 21B ist eine Schnittansicht der Umkehr-F-Antenne 101, und sie zeigt, wie Strom einem Speiseleiterabschnitt 104 der Umkehr-F-Antenne 101 zugeführt wird. Wie es jedoch das Kurvenbild der 22 zeigt, ist eine Umkehr-F-Antenne 101, wie die in den 21A und 21B dargestellte, nur in einem engen Frequenzbereich nutzbar. 22 ist ein Diagramm, das die Frequenzantwort des Stehwelle-Spannungsverhältnisses (VSWR = Voltage Standing Wave Ratio) der in den 21A und 21B dargestellten Umkehr-F-Antenne 101 zeigt. In JP-A-H6-69715 ist eine Drahtformantenne vorgeschlagen, gemäß der dieser Antennentyp in einem größeren Frequenzbereich verwendbar ist.
Im Dokument JP-A-H6-334421 ist eine Einrichtung für drahtlose Kommunikation vorgeschlagen, die eine auf einer Leiterplatte angebrachte Antenne, wie eine Antenne mit Umkehr-L-Druckmuster, verwendet. Jedoch ist eine Antenne mit Umkehr-L-Druckmuster für sich nur in einem schmalen Frequenzbereich verwendbar, wie oben beschrieben. Gemäß einem anderen Vorschlag wird eine Antenne mit Umkehr-L-Druckmuster gemeinsam mit einer Mikrostreifen-Planarantenne vorgesehen, die sich für einen größeren Frequenzbereich eignet. Jedoch muss dann für die Antennen eine vergleichsweise große Fläche bereitgestellt werden, was die Miniaturisierung behindert.
In den Dokumenten
BAFROODEI, P. M. et al.: ”Characteristics of Single- and Double-Layer Microstrip Square-Ring Antennas” in IEEE Transactions an Antennas and Propagation, Vol. 47, No. 10, October 1999, S. 1633 bis 1639,
AL-CHARCHAFCHI; S. H: et al.: ”Electromagnetically Coupled, Stacked Microstrip Patch Antennas” in Microwave Journal, June 1995, S. 76, 78, 79,
HASSANI; H. R. et al.: ”Study of electromagnetically coupled stacked rectangular patch antennas” in IEE Proc.-Microw. Antennas Propag., Vol. 142, No. 1, February 1995, S. 7 bis 13, und
DUBOST, G. et al.: ”Radiation of Arbitrary Shape Symmetrical Patch Antenna with a Director” in Electronics Letters, 30^th August 1990, Vol. 26, No. 18, S. 1539 bis 1540,
sind jeweils Antennen beschrieben, bei denen Antennen-Leitermuster in Form eines Leiterflecks oder einer kreisförmigen bzw. rechteckigen Ring-Leiterfläche immer in einer zum Masseleiter unterschiedlichen Schichtebene angeordnet sind, um einen Höhenabstand herzustellen, welcher für die Wirkung der Antenne maßgebend ist.
Die DE 197 20 773 A1 beschreibt eine Antennenvorrichtung, bestehend aus einer Umkehr-F-Antenne als angesteuertem Element und einem im Wesentlichen dazu parallel angeordneten, nicht angesteuerten Element. Auch diese Vorrichtung ist dreidimensional auf einem Substrat angeordnet und hat damit die gleichen Nachteile wie beispielsweise die oben bereits erörterte Anordnung gemäß JP 6-69715 A .
Die EP 0 942 488 A2 beschreibt eine aus zwei dreidimensionalen Antennenelementen gebildete Antennenvorrichtung für den Betrieb in zwei Frequenzbändern. Dabei sind eine Umkehr-F-Antenne und eine Mikrostreifen-Antenne dreidimensional über die Oberflächen eines blockförmigen Substrats in zueinander senkrechten Richtungen angeordnet, um gegenseitige Interferenzen zu vermeiden.
Die US 4 907 006 beschreibt eine Breitbandantenne für Mobilkommunikation zur Verwendung an einem Fahrzeug. Sie besteht aus mehreren jeweils dreidimensional geformten Umkehr-L-Antennen. Ebenso wie bei den beiden vorher erörterten Druckschriften handelt es sich also um Antennenmuster in Umkehr-F-Form oder Umkehr-L-Form, die senkrecht zur Ebene des Masseleiters stehen.
Die US 57 81 158 A beschreibt eine Antenne, bei der Fleck-Radiator und eine dazu parallele leitende Platte oberhalb bzw. unterhalb eines Masseleiterabschnitts angeordnet sind, wobei dielektrische Substratschichten direkt oberhalb und unterhalb der Masseleiterschicht zwischengeschoben sind. Durch unterschiedliche Längen der einzelnen parallelen Platten und offene Zuleitungen bei einer Ausführungsform (14) oder durch Anordnung der Zuleitungen in unterschiedlichen Abständen bei einer anderen Ausführungsform (19) ist es möglich, die Impedanz an mehrere unterschiedliche Frequenzbänder anzupassen.
Der Aufsatz von REVANKAR, U. K. et al.: „Mutual coupling between stacked threelayer circular microstrip antenna elements” in Electronics Letters, 24th November 1994, Vol. 30, No. 24, S. 1997 bis 1998 beschreibt eine Antenne mit einer leitenden Grundplatte, einem angesteuerten Flächenelement und mehreren parasitären Flächenelementen, die in unterschiedlichen Schichtebenen angeordnet sind. Zwischen dem gespeisten Element und den einzelnen parasitären Elementen sind Abstandshalter angeordnet, um die jeweils notwendigen Abstände zu gewährleisten.
Die US 59 52 970 A beschreibt eine Antenne, in welcher eine mit einer Masseelektrode verbundene Abstrahlelektrode und eine mit einer Ansteuerelektrode verbundene Koppelelektrode in unterschiedlichen Schichten ausgebildet sind, wobei sie über ein zwischenliegendes Dielektrikum elektromagnetisch gekoppelt sind. Dabei entspricht die mit der Masseelektrode gekoppelte Abstrahlelektrode funktionsmäßig dem Masseleiterabschnitt bei der vorliegenden Anmeldung wie auch bei den anderen Antennen im Stand der Technik, während die mit einem zwischenliegenden Dielektrikum über dem Masseleiterabschnitt ausgebildete Koppelelektrode als das gespeiste Element entsprechend der vorliegenden Anmeldung bzw. den anderen Antennen im Stand der Technik dient.
Der Aufsatz von TAGUCHI, Y. et al.: „Aeronautical Low-Profile Yagi-Uda Antennas” in Electronics and Communications in Japan, Part 1, Vol. 81, No. 12, 1998, S. 28 bis 36, schließlich beschreibt Antennen, bei denen eine Umkehr-F-Antenne und zwei Umkehr-L-Antennen senkrecht zur Oberfläche einer Masseebene bzw. zu einem Masseleiterabschnitt angeordnet sind. Speziell bei der dort in 6 gezeigten Antenne ist ein dielektrisches Substrat auf dem Masseleiterabschnitt angeordnet, und die Umkehr-F- und Umkehr-L-Antennen sind als Antennenmuster auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats ausgebildet, die senkrecht zu dem Masseleiterabschnitt steht. Die Umkehr-F- und Umkehr-L-Antennen sind dabei alle in derselben Ebene ausgebildet, wobei ihre Anordnung auf einer zur Oberfläche eines Masseleiterabschnitts senkrechten Oberfläche ähnlich ist wie in den bereits oben erörterten Druckschriften JP 6-69715 A und
AL-CHARCHAFCHI; S. H: et al.: ”Electromagnetically Coupled, Stacked Microstrip Patch Antennas” in Microwave Journal, June 1995, S. 76, 78, and 79.
Generell ist somit festzustellen, dass alle in den oben erwähnten Druckschriften beschriebenen, bekannten Antennen eine dreidimensionale Anordnung benötigen, um die Trennung zwischen Antennenleiter und Masseleiter zu gewährleisten. Soweit es sich um Antennenmuster in mehreren Schichtebenen handelt, liegt der Masseleiter immer in einer separaten, von den aktiven und passiven Elementen beabstandeten Schicht oder die Antennenmuster stehen senkrecht auf der Ebene des Masseleiters. Deshalb muss bei all diesen Antennen ein Raum zur Sicherstellung des Abstandes bereitgestellt werden, was ein Hindernis für eine weitere Miniaturisierung darstellt.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Planarantenne, gebildet durch Leiterschichtmuster auf einer Leiterplatte oder auf und in einer mehrschichtigen Leiterplatte, zu schaffen, die in einem großen Frequenzbereich verwendbar ist und die vor allem eine weitere Miniaturisierung ermöglicht. Außerdem soll durch die Erfindung eine Vorrichtung für drahtlose Kommunikation mit einer derartigen Planarantenne geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Planarantenne durch die Lehren der Ansprüche 1 und 2 und hinsichtlich der Vorrichtung für drahtlose Kommunikation durch die Lehre des Anspruchs 23 gelöst.
Die vorstehenden und andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser erkennbar.
1 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration eines Umkehr-F-Antennenmusters auf der Vorderseite der Planarantenne gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration eines Umkehr-L-Musters auf der Rückseite der Planarantenne des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
3 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie X-Y in den 1 und 2, die die Konfiguration der Planarantenne des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
4 ist ein Diagramm, das die Frequenzantwort des Stehwelle-Spannungsverhältnisses (VSWR = Voltage Standing Wave Ratio) der Planarantenne des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
5 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration eines Umkehr-L-Antennenmusters auf der Vorderseite der Planarantenne gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
6 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration des anderen Umkehr-L-Antennenmusters auf der Rückseite der Planarantenne des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt;
7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-Y in den 5 und 6 der Planarantenne des zweiten Ausführungsbeispiels;
8 ist ein Diagramm, das die Frequenzantwort des Stehwelle-Spannungsverhältnisses der Planarantenne des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt;
9 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie, die der in den 1 und 2 dargestellten Linie X-Y entspricht, und die die Konfiguration der Planarantenne eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt;
10 ist ein Diagramm, das die Frequenzantwort eines Stehwelle-Spannungsverhältnisses der Planarantenne des dritten Ausführungsbeispiels zeigt;
11 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration des Umkehr-L-Antennenmusters auf der Vorderseite einer Planarantenne gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
12 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration eines Umkehr-F-Antennenmusters auf der Rückseite der Planarantenne des vierten Ausführungsbeispiels zeigt;
13 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration der Vorderseite der Leiterplatte zeigt, auf der die Planarantenne des vierten Ausführungsbeispiels ausgebildet ist; wobei auch auf dieser Seite ausgebildete erhabene Muster dargestellt sind;
14 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie X-Y in den 11 bis 13, die die Konfiguration der Planarantenne des vierten Ausführungsbeispiels zeigt;
15 ist ein Diagramm, das die Frequenzantwort des Stehwelle-Spannungsverhältnisses der Planarantenne des vierten Ausführungsbeispiels zeigt;
16 ist ein Diagramm, das zeigt, wie eine Planarantenne die Frequenzantwort des Stehwelle-Spannungsverhältnisses beeinflusst;
17A und 17B sind Draufsichten, die Konfigurationen hakenförmiger bzw. mäanderförmiger Antennenmuster zeigen;
18A und 18B sind Draufsichten, die Konfigurationen von Antennenmustern mit einem darauf platzierten Chipkondensator zeigen;
19 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der internen Konfiguration einer die Erfindung verkörpernden drahtlosen Vorrichtung zeigt;
20A und 20B sind Draufsichten, die die Konfiguration herkömmlicher Umkehr-F-Antennen zeigen;
21A und 21B sind Schnittansichten, die die Konfigurationen herkömmlicher Umkehr-F-Antennen zeigen; und
22 ist ein Diagramm, das die Frequenzantwort des Stehwelle-Spannungsverhältnisses einer Umkehr-F-Antenne zeigt.
Erstes Ausführungsbeispiel
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Nachfolgend wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben. Die Planarantenne dieses Ausführungsbeispiels besteht aus einem Umkehr-F-Antennenmuster 1, das auf der Vorderseite einer Glas-Epoxid-Leiterplatte 6 (d. h. aus Glasfaser-verstärktem Epoxidharz) ausgebildet ist, wie in 1 dargestellt, und einem Umkehr-L-Antennenmuster 2, das auf der Rückseite der Leiterplatte 6 ausgebildet ist, wie in 2 dargestellt. Das Umkehr-F-Antennenmuster 1 und das Umkehr-L-Antennenmuster 2 sind in einem Randabschnitt der Leiterplatte 6 aufgebracht, auf der auch andere Leitungsmuster und dergleichen ausgebildet sind.
Wie es in 1 dargestellt ist, sind auf der Vorderseite der Leiterplatte 6 zwei Masseleiterabschnitte 4 ausgebildet, zwischen denen ein Speiseübertragungspfad 3 ausgebildet ist. In Randabschnitten der Masseleiterabschnitte 4 sind Durchgangslöcher 5 vorhanden, damit die Masseleiterabschnitte 4 mit anderen Schaltungsmustern verbunden werden können. Wie in 2 dargestellt, ist auf der Rückseite der Leiterplatte 6, wie auf deren Vorderseite, ein Masseleiterabschnitt 4 mit Durchgangslöchern 5 in seinem Randabschnitt vorgesehen. Die Masseleiterabschnitte 4 auf der Vorderseite der Leiterplatte 6 sind so ausgebildet, dass sie mit dem Masseleiterabschnitt 4 auf der Rückseite der Leiterplatte 6 überlappen, wobei das Material der Leiterplatte 6 dazwischen eingebettet ist.
Wie es in 1 dargestellt ist, besteht das auf der Vorderseite der Leiterplatte 6 ausgebildete Umkehr-F-Antennenmuster 1 aus einem länglichen Muster 1a, das parallel zu einer Seitenkante des zugewandten Masseleiterabschnitts 4 verläuft, einem Speiseleitermuster 1b, das mit einem Ende des länglichen Musters 1a, abgewandt von dessen offenem Ende 1d verbunden ist und am anderen Ende mit dem Speiseübertragungspfad 3 verbunden ist, und einem Masseleitermuster 1c, das an einem Ende mit einem Punkt entlang dem länglichen Muster 1a zwischen dessen offenem Ende 1d und dem Speiseleitermuster 1b verbunden ist, und am anderen Ende mit dem Masseleiterabschnitt 4 verbunden ist.
Wie in 2 dargestellt, besteht das auf der Rückseite der Leiterplatte 6 ausgebildete Umkehr-L-Antennenmuster 2 aus einem länglichen Muster 2a, das parallel zu einem Seitenrand des zugewandten Masseleiterabschnitts 4 ausgebildet ist, und einem Masseleitermuster 2b, das an einem Ende mit dem Ende des länglichen Musters 2a, entgegengesetzt zum zugehörigen offenen Ende 2c, verbunden ist, und das am anderen Ende mit dem Masseleiterabschnitt 4 verbunden ist. Das Umkehr-L-Antennenmuster 2 ist so gestaltet, dass es mit dem Umkehr-F-Antennenmuster 1 überlappt, wobei die Leiterplatte 6, d. h. das Material derselben, dazwischen auf solche Weise eingebettet ist, dass das längliche Muster 2a des Umkehr-L-Antennenmusters 2 unmittelbar unter dem länglichen Muster 1a des Umkehr-F-Antennenmusters 1 liegt, wobei zusätzlich dazu, wie in der Schnittansicht der 3 dargestellt, das Masseleitermuster 2b des Umkehr-L-Antennenmusters 2 unmittelbar unter dem Speiseleitermuster 1b des Umkehr-F-Antennenmusters 1 liegt.
Die Pfadlänge L2 vom offenen Ende 2c des länglichen Musters 2a des Umkehr-L-Antennenmusters 2 zum Masseleitermuster 2b und dann zum Masseleiterabschnitt 4 ist geringfügig länger als die Pfadlänge L1 vom offenen Ende 1d des länglichen Musters 1a des Umkehr-F-Antennenmusters 1 zum Masseleitermuster 1c und dann zum Masseleiterabschnitt 4 eingestellt. Genauer gesagt, werden, wenn die effektive Wellenlänge der Antenne für die Mittenfrequenz des nutzbaren Frequenzbereichs zu λ angenommen wird, die Pfadlängen L1 und L2 so eingestellt, dass die Bedingungen 0,236 × λ ≤ L1 < 0,25 × λ und 0,25 × λ ≤ L2 < 0,273 × λ erfüllt sind.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass der Zwischenraum zwischen jedem der länglichen Muster 1a und 2a der Umkehr-F- und der Umkehr-L-Antennenmuster 1 und 2 und dem Masseleiterabschnitt 4 0,02 × λ oder größer ist. Der Grund dafür ist der, dass dann, wenn der nutzbare Frequenzbereich einer Umkehr-F- oder einer ähnlichen Antenne schmaler wird, wenn der Zwischenraum zwischen der Abstrahlplatte und dem Masseleiterabschnitt kleiner wird, der nutzbare Frequenzbereich der erörterten Planarantenne kleiner wird, wenn der Zwischenraum zwischen jedem der Umkehr-F- und der Umkehr-L-Antennenmuster 1 und 2 und dem Masseleiterabschnitt 4 kleiner wird. (Später werden Ergebnisse von Simulationen beschrieben, um zu beobachten, wie diese Zwischenräume in Bezug auf den Masseleiterabschnitt 4 die Frequenzantwort des Stehwelle-Spannungsverhältnisses der Planarantenne beeinflussen.) Ferner ist es bevorzugt, dass das Umkehr-F- und das Umkehr-L-Antennenmuster 1 und 2, die die Planarantenne bilden, jeweils eine Musterleitungsbreite von 0,5 mm oder mehr unter Berücksichtigung der Genauigkeit, mit der die Muster hergestellt werden, aufweisen.
Wenn die Umkehr-F- und die Umkehr-L-Antennenmuster 1 und 2 auf die oben beschriebene Weise gestaltet sind, wirken sie jeweils als angesteuertes Element, dem elektrische Energie zugeführt wird, und als passives Element, das durch das als angesteuertes Element wirkende Umkehr-F-Antennenmuster 1 angesteuert wird. Darüber hinaus werden die Pfadlängen des Umkehr-F- und des Umkehr-L-Antennenmusters 1 und 2 auf zwei Werte eingestellt, die um 0,25 × λ in entgegengesetzten Richtungen abweichen. Im Ergebnis sind, bei Einzelbetrachtung, die nutzbaren Frequenzbereiche des Umkehr-F- und des Umkehr-L-Antennenmusters 1 und 2 zur niederfrequenten bzw. zur hochfrequenten Seite gegenüber der Mittenfrequenz des nutzbaren Frequenzbereichs der Planarantenne insgesamt verschoben, d. h. zur Frequenz, die der zugehörigen effektiven Wellenlänge λ entspricht.
Das Umkehr-F- und das Umkehr-L-Antennenmuster 1 und 2 beeinflussen einander, da ihre nutzbaren Frequenzbereiche zur niederfrequenten bzw. hochfrequenten Seite der Mittenfrequenz des nutzbaren Frequenzbereichs der Planarantenne insgesamt, d. h. zur Frequenz, die der zugehörigen effektiven Wellenlänge λ entspricht, verschoben sind, wie oben beschrieben. Im Ergebnis zeigt das Stehwelle-Spannungsverhältnis bei der auf die oben beschriebene Weise aufgebauten Planarantenne eine Frequenzantwort, wie sie in 4 dargestellt ist, die für einen größeren Frequenzbereich, bei dem VSWR < 2 gilt, als er herkömmlicherweise erzielt wird, erhalten wird (22). Dies ermöglicht es, in einem großen Frequenzbereich zufriedenstellende Impedanzanpassung zu erzielen und dadurch Kommunikationssignale in einem großen Frequenzbereich zu senden und zu empfangen.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 5 bis 8 beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind Elemente, die zu denselben Zwecken wie bei der Planarantenne gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden, mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet, und eine zugehörige detaillierte Erläuterung wird nicht wiederholt.
Die Planarantenne dieses Ausführungsbeispiels besteht aus einem Umkehr-L-Antennenmuster 7, das auf der Vorderseite einer Glas-Epoxid-Leiterplatte 6 ausgebildet ist, wie in 5 dargestellt, und einem Umkehr-L-Antennenmuster 8, das auf der Rückseite der Leiterplatte 6 ausgebildet ist, wie in 6 dargestellt. Die Umkehr-L-Antennenmuster 7 und 8 sind in einem Randabschnitt der Leiterplatte 6 vorgesehen, auf der auch andere Schaltungsmuster und dergleichen vorhanden sind. Auf der Vorderseite der Leiterplatte 6 sind, wie beim ersten Ausführungsbeispiel (1), ein Speiseübertragungspfad 3 und ein Masseleiterabschnitt 4 mit in dessen Randabschnitt ausgebildeten Durchgangslöchern 5 vorhanden. Auf der Rückseite der Leiterplatte 6 ist, wie beim ersten Ausführungsbeispiel (2), ein Masseleiterabschnitt 4 mit in dessen Randabschnitt vorgesehenen Durchgangslöchern 5 vorhanden.
Wie es in 5 dargestellt ist, besteht das auf der Vorderseite der Leiterplatte 6 ausgebildete Umkehr-L-Antennenmuster 7 aus einem länglichen Muster 7a, das parallel zu einer Seitenkante des ihm zugewandten Masseleiterabschnitts 4 angeordnet ist, und einem Speiseleitermuster 7b, das an einem Ende mit dem Ende des länglichen Musters 7a entgegengesetzt zum offenen Ende 7c desselben verbunden ist und das am anderen Ende mit dem Speiseübertragungspfad 3 verbunden ist. Wie in 6 dargestellt, besteht das auf der Rückseite der Leiterplatte 6 ausgebildete Umkehr-L-Antennenmuster 8, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, aus einem länglichen Muster 8a, das parallel zu einer Seitenkante des ihm zugewandten Masseleiterabschnitts 4 verläuft, und einem Masseleitermuster 8b, das an einem Ende des länglichen Musters 8a abgewandt vom offenen Ende 8c desselben verbunden ist und das am anderen Ende mit dem Masseleiterabschnitt 4 verbunden ist.
Das Umkehr-L-Antennenmuster 8 ist so ausgebildet, dass es mit dem Umkehr-L-Antennenmuster 7 unter Einfügung der Leiterplatte 6, d. h. des Materials derselben, auf solche Weise überlappt, dass das offene Ende Sc des Umkehr-L-Antennenmusters 8 unmittelbar unter dem offenen Ende 7c des Umkehr-L-Antennenmusters 7 liegt, wobei zusätzlich, wie in der Schnittansicht der 7 dargestellt, das Masseleitermuster 8b des Umkehr-L-Antennenmusters 8 nicht mit dem Speiseleitermuster 7b des Umkehr-L-Antennenmusters 7 überlappt.
Hierbei ist, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, die Pfadlänge L2 vom offenen Ende 8c des länglichen Musters 8a des Umkehr-L-Antennenmusters 8 zum Masseleitermuster 8b und dann zum Masseleiterabschnitt 4 geringfügig länger als die Pfadlänge L1 vom offenen Ende 7c des länglichen Musters 7a des Umkehr-L-Antennenmusters 7 zum Speiseleitermuster 7b und dann zum Speiseübertragungspfad 3 eingestellt. Genauer gesagt, sind, wenn die effektive Wellenlänge der Antenne bei der Mittenfrequenz des nutzbaren Frequenzbereichs derselben zu λ angenommen wird, die Pfadlängen L1 und L2 so eingestellt, dass die Bedingungen 0,236 × λ ≤ L1 < 0,25 × λ und 0,25 × λ ≤ L2 < 0,273 × λ erfüllt sind.
Darüber hinaus es ist, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, bevorzugt, dass der Zwischenraum zwischen jedem der länglichen Muster 7a und 8a der Umkehr-L-Antennenmuster 7 und 8 und dem Masseleiterabschnitt 4 0,02 × λ oder mehr beträgt. Ferner ist es bevorzugt, dass die die Planarantenne bildenden Umkehr-L-Antennenmuster 7 und 8 jeweils eine Musterleitungsbreite von 0,5 mm oder mehr, unter Berücksichtigung der Genauigkeit, mit der die Muster hergestellt werden, aufweisen.
Bei der auf die oben beschriebene Weise konfigurierten Planarantenne wirkt das Umkehr-L-Antennenmuster 7 als angesteuertes Element, und das Umkehr-L-Antennenmuster 8 wirkt als passives Element. Im Ergebnis zeigt das Stehwelle-Spannungsverhältnis bei dieser Planarantenne die in 8 dargestellte Frequenzantwort, die, wie beim ersten Ausführungsbeispiel (4), einen weiteren Frequenzbereich mit VSWR < 2, als er herkömmlicherweise erzielt wird (22), abdeckt. Dies ermöglicht es, eine zufriedenstellende Impedanzanpassung in einem weiten Frequenzbereich zu erzielen und dadurch Kommunikationssignale in einem weiten Frequenzbereich zu senden und zu empfangen.
Drittes Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 9 und 10 beschrieben. Wie in 9 dargestellt, ist die Planarantenne dieses Ausführungsbeispiels auf und in einer mehrschichtigen Glas-Epoxid-Leiterplatte 9 aus drei Glas-Epoxid-Leiterplattenschichten 6a, 6b und 6c (diese Leiterplattenschichten 6a, 6b und 6c entsprechen der Leiterplatte 6) aufgebaut. In der folgenden Beschreibung werden diese Leiterplattenschichten von oben her als erste Leiterplattenschicht 6a, zweite Leiterplattenschicht 6b und dritte Leiterplattenschicht 6c bezeichnet. Die auf die oben beschriebene Weise konfigurierte Mehrschicht-Leiterplatte 9 verfügt, wie die Leiterplatte 6 des ersten Ausführungsbeispiels, über andere auf und in ihr ausgebildete Schaltungsmuster.
Bei dieser mehrschichtigen Leiterplatte 9 ist auf jeder der Vorderseiten der zweiten und dritten Leiterplattenschicht 6b und 6c ein Umkehr-F-Antennenmuster 1, wie in 1 dargestellt, ausgebildet. Sowohl auf der Vorderseite der ersten Leiterplattenschicht 6a als auch der Rückseite der dritten Leiterplattenschicht 6c ist ein Umkehr-L-Antennenmuster 2 vorhanden. Die Form des in 2 dargestellten Umkehr-L-Antennenmusters entspricht der Form des Umkehr-L-Antennenmusters 2, das auf der Vorderseite der ersten Leiterplattenschicht 6a ausgebildet ist, wie durch diese hindurch von ihrer Rückseite her erkennbar ist.
Die Umkehr-F-Antennenmuster 1 und die Umkehr-L-Antennenmuster 2 sind in einem Randabschnitt der mehrschichtigen Leiterplatte 9 ausgebildet, auf der auch andere Schaltungsmuster und dergleichen vorhanden sind. Auf jeder der Vorderseiten der zweiten und der dritten Leiterplattenschicht 6b und 6c sind, wie beim ersten Ausführungsbeispiel (1), ein Speiseübertragungspfad 3 und ein Masseleiterabschnitt 4 mit in einem Randabschnitt desselben ausgebildeten Durchgangslöchern 5 vorhanden. Andererseits ist sowohl auf der Vorderseite der ersten Leiterplattenschicht 6a als auch der Rückseite der dritten Leiterplattenschicht 6c, wie beim ersten Ausführungsbeispiel (2), ein Masseleiterabschnitt 4 mit in seinem Randabschnitt ausgebildeten Durchgangslöchern 5 vorhanden.
Auf jeder Schicht dieser mehrschichtigen Leiterplatte 9 sind das Umkehr-F-Antennenmuster 1 und das Umkehr-L-Antennenmuster 2 wie beim ersten Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass ihre jeweiligen länglichen Muster 1a und 2a, die parallel zu einem Seitenrand des zugewandten Masseleiterabschnitts 4 verlaufen, einander überlappen, wobei das Material der Leiterplatte 9 dazwischen eingebettet ist. Außerdem überlappen sich das Speiseleitermuster 1b des ersteren, das mit dem Speiseübertragungspfad 3 verbunden ist, und das Masseleitermuster 2b des letzteren, das mit dem Masseleiterabschnitt 4 verbunden ist, wobei das Material der Leiterplatte 9 dazwischen eingebettet ist.
Die Umkehr-F-Antennenmuster 1 und die Umkehr-L-Antennenmuster 2, die die Planarantenne dieses Ausführungsbeispiels bilden, weisen dieselben Merkmale wie die ihnen entsprechenden Teile beim ersten Ausführungsbeispiel auf, weswegen detaillierte Erläuterungen nicht wiederholt werden.
Bei einer Planarantenne, die durch Kombinieren mehrerer Umkehr-F-Antennenmuster und mehrerer Umkehr-L-Antennenmuster auf diese Weise aufgebaut wird, zeigt das Stehwelle-Spannungsverhältnis eine Frequenzantwort, wie sie in 10 dargestellt ist. Genauer gesagt, ist hierbei das Maximum des Stehwelle-Spannungsverhältnis um die Frequenz von 2450 MHz im nutzbaren Frequenzbereich herum niedriger als beim ersten Ausführungsbeispiel (2). Dies ermöglicht es, bessere Impedanzanpassung in einem größeren Frequenzbereich, mit VSWR < 2 zu erzielen und dadurch Kommunikationssignale in einem großen Frequenzbereich zu senden und zu empfangen.
Dieses Ausführungsbeispiel behandelt ein Beispiel, bei dem die Planarantenne aus mehreren Umkehr-F-Antennenmustern und mehreren Umkehr-L-Antennenmustern besteht. Jedoch ist es auch möglich, die Planarantenne dadurch aufzubauen, dass auf und in der mehrschichtigen Leiterplatte 9 mehrere Umkehr-L-Antennenmuster, wie das Umkehr-L-Antennenmuster 7, das beim zweiten Ausführungsbeispiel als angesteuertes Element wirkt, und mehrere Umkehr-L-Antennenmuster, wie das Umkehr-L-Antennenmuster 8, das beim zweiten Ausführungsbeispiel als passives Element wirkt, hergestellt werden. Bei der mehrschichtigen Leiterplatte 9 können die als angesteuerte Elemente wirkenden Antennenmuster und die als passive Elemente wirkenden Antennenmuster auf beliebige andere Weise, als es speziell in der Schnittansicht der 9 dargestellt ist, hinsichtlich der Reihenfolge, in der sie einander überlappen, und hinsichtlich anderer Gesichtspunkte ausgebildet sein. Z. B. kann die Planarantenne aus einem angesteuerten Element und mehreren passiven Elementen mit verschiedenen Pfadlängen bestehen.
Viertes Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 11 bis 15 beschrieben.
Im Gegensatz zu den Planarantennen des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels, die auf derselben Leiterplatte ausgebildet sind, auf der auch andere Schaltungsmuster und dergleichen angeordnet sind, ist die Planarantenne dieses Ausführungsbeispiels auf einer Leiterplatte ausgebildet, die getrennt von einer solchen ist, auf der andere Schaltungsmuster und dergleichen vorhanden sind, und die Leiterplatte mit der Planarantenne ist auf der genannten anderen Leiterplatte montiert.
Genauer gesagt, besteht die Planarantenne dieses Ausführungsbeispiels aus einem Umkehr-L-Antennenmuster 2, das auf der Vorderseite einer Glas-Epoxid-Leiterplatte 6d ausgebildet ist, wie in 11 dargestellt, und einem Umkehr-F-Antennenmuster, das auf der Rückseite der Leiterplatte 6d vorgesehen ist, wie in 12 dargestellt. Wie in 11 dargestellt, ist auf der Vorderseite der Leiterplatte 6d ein streifenförmiger Masseleiterabschnitt 4a ausgebildet. Wie in 12 dargestellt, sind auf der Rückseite der Leiterplatte 6d zwei streifenförmige Masseleiterabschnitte 4a und mehrere erhabene Markierungen 11a für elektrische Verbindung mit relevanten Abschnitten einer anderen, später beschriebenen Leiterplatte 10 vorgesehen.
Hierbei sind, wie beim ersten Ausführungsbeispiel (1 und 2), die Masseleiterabschnitte 4a auf der Vorderseite und der Rückseite der Leiterplatte 6d so ausgebildet, dass sie einander unter Einfügung der Leiterplatte 6d, d. h. des Materials derselben, überlappen, und in diesen Masseleiterabschnitten 4a sind Durchgangslöcher 5a vorhanden. Die auf der Rückseite der Leiterplatte 6d ausgebildeten erhabenen Markierungen 11a befinden sich in den vier Ecken der Leiterplatte 6d, auf den Masseleiterabschnitten 4a sowie zwischen den zwei Masseleiterabschnitten 4a.
Das Umkehr-F-Antennenmuster 1 und das Umkehr-L-Antennenmuster 2 auf der Leiterplatte 6d sind, wie das Umkehr-F-Antennenmuster und das Umkehr-L-Antennenmuster, die auf der Leiterplatte beim ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind, so hergestellt, dass ihre jeweiligen länglichen Muster 1a und 2a und das Speiseleitermuster 1b des ersteren und das Masseleitermuster 2b des letzteren einander unter Einbettung der Leiterplatte 6d, d. h. des Materials derselben, überlappen. Darüber hinaus ist beim auf die oben beschriebene Weise ausgebildeten Umkehr-F-Antennenmuster 1 das Speiseleitermuster 1b mit dem erhabenen Muster 11a verbunden, das sich am Fleck zwischen den zwei Masseleiterabschnitten 4a befindet.
Das Umkehr-F-Antennenmuster 1 und das Umkehr-L-Antennenmuster 2, die die Planarantenne dieses Ausführungsbeispiels aufbauen, weisen dieselben Merkmale wie ihre Entsprechungen beim ersten Ausführungsbeispiel auf, so dass hier eine detaillierte Erläuterung nicht wiederholt zu werden braucht.
Die Planarantenne, die als Umkehr-F-Antennenmuster 1 und Umkehr-L-Antennenmuster 2 auf der Leiterplatte 6d hergestellt wurde, wird auf der Oberfläche der anderen Leiterplatte 10 montiert. Diese Leiterplatte 10 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. Auf der Vorderseite der Leiterplatte 10 sind, wie auf der Leiterplatte 6 des ersten Ausführungsbeispiels (1), zwei Masseleiterabschnitte 4b mit darin ausgebildeten Durchgangslöchern 5 hergestellt. Zwischen diesen zwei Masseleiterabschnitten 4b ist ein Speiseübertragungspfad 3a ausgebildet.
Darüber hinaus sind für elektrische Verbindung mit den auf der Rückseite der Leiterplatte 6d ausgebildeten erhabenen Mustern 11a weitere erhabene Muster 11b in Ecken der Leiterplatte 10, auf den Masseleiterabschnitten 4b und auf dem Speiseübertragungspfad 3a vorhanden. Die Planarantenne wird dadurch auf der Leiterplatte 10 montiert, dass die auf der Leiterplatte 6d ausgebildeten erhabenen Muster 11a, genauer gesagt, diejenigen auf den Masseleiterabschnitten 4a sowie diejenigen zwischen diesen, sich mit den erhabenen Mustern 11b überlappen, die auf der Leiterplatte 10 ausgebildet sind, also mit denjenigen, die auf den Masseleiterabschnitten 4b und auf dem Speiseübertragungspfad 3a ausgebildet sind.
Als Ergebnis dieser Montageweise überlappen sich die Masseleiterabschnitte 4a auf der Rückseite der Leiterplatte 6d und die Masseleiterabschnitte 4b auf der Vorderseite der Leiterplatte 10. Ebenso überlappen sich auch die Durchgangslöcher 5a in den Masseleiterabschnitten 4a und die Durchgangslöcher 5b in den Masseleiterabschnitten 4b. Darüber hinaus ist im Umkehr-F-Antennenmuster 1 das Speiseleitermuster 1b über die erhabenen Muster 11a und 11b elektrisch mit dem Speiseübertragungspfad 3a verbunden, und das Masseleitermuster 1c ist über den Masseleiterabschnitt 4a und die erhabenen Muster 11a und 11b elektrisch mit den Masseleiterabschnitten 4b verbunden. Ferner ist das Masseleitermuster 2b im Umkehr-L-Antennenmuster 2 über den Masseleiterabschnitt 4a, die Durchgangslöcher 5a und die erhabenen Muster 11a und 11b elektrisch mit den Masseleiterabschnitten 4b verbunden.
Wenn die Planarantenne auf der Leiterplatte 10 montiert ist, sind die Leiterplatte 10, die Leiterplatte 6d, das Umkehr-F-Antennenmuster 1 und das Umkehr-L-Antennenmuster 2 so angeordnet, wie in der Schnittansicht der 14 dargestellt. Genauer gesagt, ist das Umkehr-F-Antennenmuster 1 zwischen der Vorderseite der Leiterplatte 10 und der Rückseite der Leiterplatte 6d angeordnet, und das Umkehr-L-Antennenmuster 2 ist auf der Vorderseite der Leiterplatte 6d ausgebildet.
Bei der auf die oben beschriebene Weise aufgebauten Planarantenne zeigt das Stehwelle-Spannungsverhältnis eine Frequenzantwort, wie sie in 15 dargestellt ist, die, wie beim ersten Ausführungsbeispiel (4), für einen größeren Frequenzbereich, mit VSWR < 2, sorgt, als er herkömmlicherweise (22) erhalten wird. Dies ermöglicht es, zufriedenstellende Impedanzanpassung innerhalb eines weiten Frequenzbereichs zu erzielen und dadurch Kommunikationssignale innerhalb eines weiten Frequenzbereichs zu senden und zu empfangen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die auf der anderen Leiterplatte montierte Planarantenne eine Konfiguration auf, die derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich ist. Jedoch ist es auch möglich, eine Planarantenne mit einer Konfiguration zu montieren, die ähnlich derjenigen bei der Planarantenne gemäß dem zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel ist.
Bei den Planarantennen des ersten bis vierten Ausführungsbeispiels, wie oben beschrieben, steht der Zwischenraum zwischen der Planarantenne und dem Masseleiterabschnitt in Zusammenhang mit der Frequenzantwort für das Stehwelle-Spannungsverhältnis, und zwar auf solche Weise, dass, wie es 16 darstellt, der nutzbare Frequenzbereich, mit VSWR < 2, um so größer wird, je größer der Zwischenraum ist. Wenn der Zwischenraum zwischen der Planarantenne und dem Masseleiterabschnitt kleiner als 0,02 × λ gemacht wird, wird der nutzbare Frequenzbereich der Planarantenne noch kleiner, als in 16 dargestellt. Die sich ergebende Planarantenne wirkt dann schlecht als Antenne.
Demgemäß ist es möglich, wenn der Zwischenraum zwischen der Planarantenne und dem Masseleiterabschnitt ausreichend groß, genauer gesagt, 0,02 × λ oder größer, gemacht wird, Kommunikationssignale in einem weiten Frequenzbereich zu senden und zu empfangen. 16 zeigt ein Kurvenbild mit Ergebnissen von Simulationen, die unter Verwendung der Planarantenne des zweiten Ausführungsbeispiels ausgeführt wurden, und sie zeigt die Frequenzantwort für das Stehwelle-Spannungsverhältnis einer Planarantenne, wenn der Zwischenraum zwischen jedem der länglichen Muster 7a und 8a der Umkehr-L-Antennenmuster 7 und 8 und dem Masseleiterabschnitt 4 die Werte 0,02 × λ, 0,03 × λ bzw. 0,04 × λ aufweisen.
Das erste bis vierte Ausführungsbeispiel beziehen sich auf Beispiele, bei denen das Umkehr-F- und das Umkehr-L-Antennenmuster rechteckige, längliche Muster aufweisen. Jedoch können diese Antennenmuster mit beliebiger anderer Form als der oben speziell beschriebenen ausgebildet werden; z. B. können sie ein hakenförmiges Muster zeigen, wobei das offene Ende des länglichen Musters rechtwinklig zum Masseleiterabschnitt umgebogen ist, wie in 17A dargestellt, oder es kann ein Mäandermuster vorgesehen sein, bei dem der offene Endabschnitt des länglichen Musters in Mäanderform gebogen ist, wie in 17B dargestellt. Diese Anordnungen tragen dazu bei, die Fläche des Bereichs zu verringern, der für die Antennenmuster bereitzustellen ist, um dadurch die Antenne insgesamt kompakt auszubilden. Obwohl die 17A und 17B angesteuerte Elemente zeigen, die jeweils mit einem Speiseleitermuster und einem Masseleitermuster versehen sind, können diese Anordnungen auch bei einem angesteuerten Element angewendet werden, das nur mit einem Speiseleitermuster versehen ist, oder bei einem passiven Element, das nur mit einem Masseleitermuster versehen ist.
Es ist auch möglich, zwischen dem offenen Ende des länglichen Musters und dem Masseleiterabschnitt einen Chipkondensator C1 anzuordnen, wie in 18A dargestellt, oder das längliche Muster in zwei Teile zu unterteilen und einen Chipkondensator C2 zwischen diesen anzuordnen, wie in 18B dargestellt. Wenn ein Chipkondensator C1 oder C2, der eine Kapazität bildet, auf diese Weise angeordnet wird, kann die Pfadlänge jedes Antennenmusters verkürzt werden. Dies trägt dazu bei, die Fläche des Bereichs zu verringern, der für ein jeweiliges Antennenmuster bereitgehalten werden muss, um dadurch die Antenne insgesamt kompakt auszubilden. Obwohl die 18A und 18B angesteuerte Elemente zeigen, die jeweils mit einem Speiseleitermuster und einem Masseleitermuster versehen sind, können diese Anordnungen auch bei einem angesteuerten Element, das nur mit einem Speiseleitermuster versehen ist, oder einem passiven Element angewandt werden, das nur mit einem Masseleitermuster versehen ist.
Bei den Ausführungsbeispielen ist die Planarantenne auf einer Glas-Epoxid-Leiterplatte ausgebildet, die eine vergleichsweise kleine Dielektrizitätskonstante aufweist. Jedoch ist es z. B. bei Antennen zum Senden und Empfangen hochfrequenter Signale mit Frequenzen von 3 GHz und darüber auch möglich, eine Teflon-Glas-Leiterplatte zu verwenden, die eine noch kleinere Dielektrizitätskonstante und kleinere dielektrische Verluste gewährleistet.
Die einzelnen Antennenmuster, d. h. die Umkehr-F- und die Umkehr-L-Antennenmuster, werden durch einen Strukturierungsprozess auf Grundlage von Ätzvorgängen, Druckvorgängen oder dergleichen wie Leitungsmuster auf normalen Leiterplatten hergestellt.
Beispiel einer Vorrichtung für drahtlose Kommunikation, die mit einer Antenne gemäß der Erfindung versehen ist
Nachfolgend wird eine drahtlose Vorrichtung beschrieben, die mit einer Antenne versehen ist, die gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 4 ausgebildet ist. 19 ist ein Blockdiagramm, das den Innenaufbau der drahtlosen Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels zeigt.
Die in 19 dargestellte Vorrichtung verfügt über einen Eingangsabschnitt 20, in den Tonsignale, Bildsignale oder Daten von einer externen Vorrichtung eingespeist werden, eine Codierschaltung 21 zum Codieren der dem Eingangsabschnitt 20 zugeführten Daten, eine Modulatorschaltung 22 zum Modulieren der von der Codierschaltung 21 codierten Daten, eine Sendeschaltung 23 zum Verstärken des von der Modulatorschaltung 22 modulierten Signals zum Erzeugen eines stabilen zu senden Signals, eine Antenne 24 zum Senden und Empfangen von Signalen, eine Empfangsschaltung 25 zum Verstärken der von der Antenne 24 empfangenen Signale, die nur Signale innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs durchlässt, eine Demodulatorschaltung 26 zum Erfassen und Demodulieren des von der Empfangsschaltung 25 empfangenen Signals, eine Decodierschaltung 27 zum Decodieren des von der Demodulatorschaltung 26 zugeführten Signals und einen Ausgangsabschnitt 28 zum Ausgeben der Tonsignale, Bildsignale oder Daten, wie sie von der Decodierschaltung 27 decodiert wurden.
Bei dieser drahtlosen Vorrichtung werden von der Codierschaltung 21 als Erstes die Tonsignale, Bildsignale oder Daten, die z. B. von einem Mikrofon, einer Kamera oder einer Tastatur in den Eingangsabschnitt 20 eingegeben wurden, codiert. Dann werden die codierten Daten mittels der Modulatorschaltung 22 mit einer Trägerwelle vorbestimmter Frequenz moduliert. Danach wird das modulierte Signal durch die Sendeschaltung 23 verstärkt. Das verstärkte Signal wird von der Antenne 24 als Sendesignal abgestrahlt. Die Antenne 24 ist als Planarantenne gemäß einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele 1 bis 4 konfiguriert.
Wenn Signale von der Antenne 24 empfangen werden, werden diese als Erstes von der Empfangsschaltung 25 verstärkt. Von einer Filterschaltung oder dergleichen in dieser Empfangsschaltung 25 wird nur ein Signal innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs durchgelassen und so der Demodulatorschaltung 26 zugeführt. Die Demodulatorschaltung 26 demoduliert das von der Empfangsschaltung 25 zugeführte Signal. Das demodulierte Signal wird von der Decodierschaltung 27 decodiert. Tonsignale, Bildsignale oder Daten, die als Ergebnis des Decodiervorgangs durch die Decodierschaltung 27 erhalten werden, werden dann an einen Ausgabeabschnitt 28, wie einen Lautsprecher oder eine Anzeigeeinrichtung, ausgegeben.
Bei dieser Vorrichtung für drahtlose Kommunikation sind, wenn eine Planarantenne, gemäß dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel als Antenne 24 verwendet wird, auf derselben Leiterplatte, auf der die Antenne 24 ausgebildet ist, auch die Codierschaltung 21, die Modulationsschaltung 22, die Sendeschaltung 23, die Empfangsschaltung 25, die Demodulationsschaltung 26 und die Decodierschaltung 27 angeordnet. Wenn dagegen als Antenne 24 eine Planarantenne gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist die Leiterplatte, auf der diese Antenne 24 ausgebildet ist, auf einer anderen Leiterplatte montiert, auf der die Codierschaltung 21, die Modulationsschaltung 22, die Sendeschaltung 23, die Empfangsschaltung 25, die Demodulationsschaltung 26 und die Decodierschaltung 27 als Schaltkreismuster ausgebildet sind, wobei zwischen den zwei miteinander verbundenen Leiterplatten erhabene Muster vorhanden sind.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft eine drahtlose Vorrichtung, bei der eine Planarantenne gemäß einem der oben beschriebenen Beispiele 1 bis 4 als Antenne sowohl für Sende- als auch Empfangsvorgänge verwendet ist. Jedoch kann die Planarantenne gemäß einem dieser Ausführungsbeispiele in einer Vorrichtung für drahtlose Kommunikation auch nur als Empfangsantenne oder alleine als Sendeantenne verwendet werden.
Gemäß der Erfindung besteht eine Planarantenne aus flachen Antennenmustern. Dadurch ist es nicht erforderlich, dreidimensionalen Raum bereitzustellen, wie bei einer herkömmlichen Antenne. Außerdem ist es durch Abknicken der eine Antenne bildenden Antennenmuster möglich, die benötigte Fläche zu verkleinern. Dies trägt nicht nur zu einer Miniaturisierung von Antennen bei, sondern auch zu einer Verkleinerung von drahtlosen Einrichtungen, die eine die Erfindung realisierende Planarantennen enthalten. Darüber hinaus wirken die die Planarantenne bildenden Antennenmuster als mehrere angesteuerte sowie passive Elemente. Dies ermöglicht es, eine Impedanzanpassung über einen weiten Frequenzbereich zu erzielen, und eine Antenne zu realisieren, die Signale über einen weiten Frequenzbereich senden und empfangen kann.

Claims

Planarantenne, gebildet durch Leiterschichtmuster auf einer Leiterplatte (6; 6d), gekennzeichnet durch: – ein erstes Antennen-Leitermuster (1; 7), das als angesteuertes Element auf einer ersten Oberfläche der Leiterplatte ausgebildet ist, wobei ein Ende des ersten Antennen-Leitermusters als Speiseabschnitt (3) verwendet wird, ein anderes Ende des ersten Antennen-Leitermusters als offenes Ende (1d; 7c) verwendet wird und zwischen dem Speiseabschnitt und dem offenen Ende des ersten Antennen-Leitermusters (1; 7) ein umgebogener Abschnitt ausgebildet ist; und – ein zweites Antennen-Leitermuster (2; 8), das als passives Element auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Leiterplatte ausgebildet ist, wobei ein Ende des zweiten Antennen-Leitermusters als Masseabschnitt (2b; 8b) verwendet wird, ein anderes Ende des zweiten Antennen-Leitermusters als offenes Ende (2c; 8c) verwendet wird und zwischen dem Masseabschnitt und dem offenen Ende des zweiten Antennen-Leitermusters (2; 8) ein umgebogener Abschnitt ausgebildet ist, – wobei die Leiterplatte (6) einen Masseleiterabschnitt (4) aufweist und – wobei hinsichtlich des jeweiligen ersten und zweiten Antennen-Leitermusters (1, 7; 2, 8) das zwischen dem gebogenen Abschnitt und dem offenen Ende (1d, 7c; 2c, 8c) ausgebildete Leitermuster (1a, 7a; 2a, 8a) um 0,02 × λ oder mehr von einer Seitenkante des Masseleiterabschnitts (4) entfernt liegt, die dem Leitermuster (1a, 7a; 2a, 8a) zugewandt ist, wobei λ die effektive Wellenlänge der Antenne bei der Mittenfrequenz des nutzbaren Frequenzbereiches derselben ist.
Planarantenne, gebildet durch Leiterschichtmuster auf und in einer mehrschichtigen Leiterplatte (9), gekennzeichnet durch: – mehrere erste Antennen-Leitermuster (1; 7), die als angesteuertes Element auf Oberflächen der mehrschichtigen Leiterplatte (9) oder auf Grenzflächen zwischen die mehrschichtige Leiterplatte bildenden Schichten (6a, 6b, 6c) ausgebildet sind, wobei ein Ende der ersten Antennen-Leitermuster als Speiseabschnitt (3) verwendet wird, ein anderes Ende der ersten Antennen-Leitermuster als offenes Ende (1d; 7c) verwendet wird und zwischen dem Speiseabschnitt und dem offenen Ende der ersten Antennen-Leitermuster (1; 7) ein gebogener Abschnitt ausgebildet ist, und – mehrere zweite Antennen-Leitermuster (2; 8), die als passives Element auf Oberflächen der mehrschichtigen Leiterplatte (9) oder auf Grenzflächen zwischen den die mehrschichtige Leiterplatte (9) bildenden Schichten (6a, 6b, 6c) ausgebildet sind, wobei ein Ende der zweiten Antennen-Leitermuster als Masseabschnitt (2b; 8b) verwendet wird, ein anderes Ende des zweiten Antennen-Leitermusters als offenes Ende (2c; 8c) verwendet wird und zwischen dem Masseabschnitt und dem offenen Ende des zweiten Antennen-Leitermusters ein gebogener Abschnitt ausgebildet ist, – wobei die mehrschichtige Leiterplatte (6) einen Masseleiterabschnitt (4) aufweist, der auf Oberflächen der mehrschichtigen Leiterplatte (9) oder auf Grenzflächen zwischen den die mehrschichtige Leiterplatte bildenden Schichten (6a, 6b, 6c) ausgebildet ist, und – wobei hinsichtlich des jeweiligen ersten und zweiten Antennen-Leitermusters (1, 7; 2, 8) das zwischen dem gebogenen Abschnitt und dem offenen Ende (1d, 7c; 2c, 8c) ausgebildete Leitermuster (1a, 7a; 2a, 8a) um 0,02 × λ oder mehr von einer Seitenkante des Masseleiterabschnitts (4) entfernt liegt, die dem Leitermuster (1a, 7a; 2a, 8a) zugewandt ist, wobei λ die effektive Wellenlänge der Antenne bei der Mittenfrequenz des nutzbaren Frequenzbereiches derselben ist.
Planarantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Antennen-Leitermuster (1, 2) jeweils auf unterschiedlichen Oberflächen der Leiterplatte bzw. auf unterschiedlichen Grenzflächen zwischen den Schichten (6a, 6b, 6c) der Leiterplatte (9) ausgebildet sind.
Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antennen-Leitermuster oder jedes erste Antennen-Leitermuster (1; 7) ein Umkehr-F-Muster ist, das an einem Punkt (1c) zwischen dem Speiseabschnitt (3) und dem offenen Ende (1d) geerdet ist.
Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Antennen-Leitermuster bzw. jedem der ersten Antennen-Leitermuster (1; 7) ein Muster zwischen dem umgebogenen Abschnitt und dem Speiseabschnitt (3) ein Speiseleitermuster (1b) bildet, das Muster zwischen dem umgebogenen Abschnitt und dem offenen Ende ein längliches Muster bildet (1a) und ein Masseleitermuster (1c) vorhanden ist, das an einem Ende mit dem auf der Leiterplatte (6) ausgebildeten Masseleiterabschnitt (4) verbunden ist und am anderen Ende mit dem länglichen Muster (1a) verbunden ist, wobei das Masseleitermuster (1c) näher am offenen Ende (1d) als das Speiseleitermuster (1b) ausgebildet ist.
Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das längliche Muster (1a) im Wesentlichen parallel zu einer Seitenkante des Masseleiterabschnitts (4) ausgebildet ist, die dem länglichen Muster (1a) zugewandt ist, und das Speiseleitermuster (1b) und das Masseleitermuster (1c) im Wesentlichen rechtwinklig zum länglichen Muster (1a) ausgebildet sind.
Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antennen-Leitermuster (7) oder jedes der ersten Antennen-Leitermuster ein Umkehr-L-Muster ist.
Antenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – im ersten Antennen-Leitermuster (7) oder jedem der ersten Antennen-Leitermuster ein Muster zwischen dem umgebogenen Abschnitt und dem Speiseabschnitt (3) ein Speiseleitermuster (7b) bildet und ein Muster zwischen dem umgebogenen Abschnitt und dem offenen Ende ein längliches Muster (7a) bildet; und – das längliche Muster (7a) im Wesentlichen parallel zum auf der Leiterplatte (6) ausgebildeten Masseleiterabschnitt (4) ausgebildet ist und das Speiseleitermuster (7b) im Wesentlichen rechtwinklig zum länglichen Muster (7a) ausgebildet ist.
Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Antennen-Leitermuster oder jedem ersten Antennen-Leitermuster ein zwischen dem offenen Ende und dem umgebogenen Abschnitt ausgebildetes Muster ein hakenförmiges Muster (17A) mit einer Umbiegung am offenen Ende oder ein solches Muster (17B) ist, von dem ein Teil mäanderförmig umgebogen ist.
Antenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antennenmuster oder jedes erste Antennenmuster ein Muster ist, das an einem Punkt zwischen dem Speiseabschnitt und dem offenen Ende geerdet ist.
Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antennen-Leitermuster (2; 8) oder jedes zweite Antennen-Leitermuster ein Umkehr-L-Muster ist.
Antenne nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass – im zweiten Antennen-Leitermuster (2; 8) oder jedem zweiten Antennen-Leitermuster ein Muster zwischen dem umgebogenen Abschnitt und dem Masseabschnitt ein Masseleitermuster (2b; 8b) bildet und ein Muster zwischen dem umgebogenen Abschnitt und dem offenen Ende (2c; 8c) ein längliches Muster (2a; 8a) bildet; und – das längliche Muster (2a; 8a) im Wesentlichen parallel zu einer Seitenkante des auf der Leiterplatte (6) ausgebildeten Masseleiterabschnitts (4), die dem länglichen Muster (2a; 8a) zugewandt ist, ausgebildet ist, und das Masseleitermuster (2b; 8b) im Wesentlichen rechtwinklig zum länglichen Muster (2a; 8a) ausgebildet ist.
Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Muster (2; 8) oder jedem zweiten Muster ein zwischen dem offenen Ende und dem umgebogenen Abschnitt ausgebildetes Muster ein hakenförmiges Muster (17A) mit einer Umbiegung am offenen Ende oder ein Muster (17B) ist, von dem ein Teil mäanderförmig gebogen ist.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antennen-Leitermuster (1; 7) oder die ersten Antennen-Leitermuster eine Pfadlänge L1 aufweisen, die der Bedingung 0,236 × λ ≤ L1 < λ genügen, wobei λ die effektive Wellenlänge der Antenne bei der Mittenfrequenz des nutzbaren Frequenzbereichs derselben ist.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antennenmuster (2; 8) oder die zweiten Antennenmuster eine Pfadlänge L2 aufweisen, die der Bedingung 0,25 × λ ≤ L2 < 0,273 × λ genügen, wobei λ die effektive Wellenlänge der Antenne bei der Mittenfrequenz des nutzbaren Frequenzbereichs derselben ist.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem mindestens einen ersten und/oder dem mindestens einen zweiten Antennenmuster ein Chipkondensator (C1, C2) platziert ist, und zwar zwischen dem offenen Ende (1d, 7c) und dem Masseabschnitt (2b, 8b) oder bei einem unterteilten Muster zwischen zwei Teilen.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste (1; 7) und das mindestens eine zweite (2; 8) Antennen-Leitermuster so ausgebildet sind, dass sie einander überlappen, wobei das Material der Leiterplatte (6) dazwischen eingebettet ist.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste (1; 7) und das mindestens eine zweite (2; 8) Antennen-Leitermuster jeweils eine Musterleitungsbreite von 0,5 mm oder mehr aufweisen.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste (1; 7) und das mindestens eine zweite (2; 8) Antennen-Leitermuster in einem Randabschnitt der Leiterplatte (6) ausgebildet sind.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (6) eine Glas-Epoxid- oder eine Teflon-Glas-Leiterplatte ist.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Leiterplatte (6; 9) das Muster eines anderen Schaltkreises ausgebildet ist.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Leiterplatte (6) ein erhabenes Muster (11a) für elektrische Verbindung mit einer anderen Leiterplatte (10) ausgebildet ist.
Vorrichtung für drahtlose Kommunikation mit einer Planarantenne, die das Senden und/oder Empfangen eines Kommunikationssignals an bzw. von einer externen Vorrichtung erlaubt, dadurch gekennzeichnet, dass die Planarantenne eine solche gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ist.