DE10196547B3

DE10196547B3 - Eingebettete Antenne für ein Mobilendgerät

Info

Publication number: DE10196547B3
Application number: DE10196547.8T
Authority: DE
Inventors: Hongli Peng
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2000-12-30
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2014-10-09
Anticipated expiration: 2021-12-08
Also published as: US6762724B2; CN2476881Y; DE10196547T1; WO2002054530A1; US20030137461A1

Abstract

Eine eingebettete Antenne für ein Mobilendgerät, umfassend: – eine Leitereinheit (101) einschließlich einer Leiterplatte und mit einer von einer Metallschicht befreiten Zone (111) auf ihr; – eine Antenneneinheit (102) einschließlich einer Leiterplatte, die vertikal mit der von der Metallschicht befreiten Zone auf der Leitereinheit verbunden ist und einen Massestift (204) hat und einen Speisestift (205), um mit Schaltungen innerhalb des Mobilgerätes verbunden zu werden; – eine parasitäre Einheit (103), – wobei die parasitäre Einheit ein Metallblech ist, welches mit der Antenneneinheit an der ersten Oberfläche der Antenneneinheit verbunden ist und sich nach zwei rechtwinkeligen Biegungen parallel zu und getrennt von der zweiten Oberfläche der Antenneneinheit erstreckt; – wobei die Antenneneinheit eine beidseitig kupferkaschierte Leiterplatte ist; – wobei die Antenneneinheit drei an einer ersten Oberfläche gedruckte Streifenleiter hat, jeweils verbunden mit einem von dem Massestift, dem Speisestift und einem Ende der parasitären Einheit; – wobei die Antenneneinheit an einer zweiten Oberfläche hat: einen Speisepunkt (202), verbunden mit einem Streifenleiter des Speisestifts über ein metallisiertes Loch, das durch beide Oberflächen der Antenneneinheit hindurch verläuft, und einen Massepunkt (201), mit einem Streifenleiter des Massestifts verbunden über ein metallisiertes Loch, das durch beide Oberflächen der Antenneneinheit hindurch verläuft; ...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine eingebettete Antenne für ein Mobilendgerät, insbesondere eine eingebettete Antenne für ein Endgerät eines GSM/DCS-Zwei-Frequenz- bzw. Dual-Frequenz-Mobilkommunikationssystems.
Stand der Technik
Mit der raschen Entwicklung und verbreiteten Anwendung von Mobilkommunikationstechnologie tendieren Mobiltelefone dazu, viel kompakter zu sein, mehrere Modi zu unterstützen (kompatibel zu sein mit GSM900/DCS1800, PCS, IS-95 und zukünftigen 3G-Systemen) und eine höhere Leistungsfähigkeit zu haben.
Für Hersteller von Mobilendgeräten sind der Hochfrequenzteil (RF-Teil), der Basisbandteil und der Digitalsignalverarbeitungsteil (DSP-Teil) des Mobilendgerätes soweit mit hochgradiger Integration implementiert worden, was in hohem Maße das Reduzieren von Größe und Kosten der Mobilendgeräte unterstützt. Jedoch der Antennenteil sowie sein Speisungsteil eines Mobilendgerätes haben bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit und Größe langsame Fortschritte gemacht und sind beschränkt durch den Endgeräteaufbau, die festgelegten Positionen elektronischer Komponenten und die Materialeigenschaften des Endgerätegehäuses. Derart ist der Integrationsgrad der Antenne von Mobilendgeräten noch relativ gering und die Kosten sind relativ hoch, wodurch die weitere Entwicklung der Mobilendgeräte eingeschränkt wird. Bedingt durch die Kombination von Mobilkommunikation und Computernetzen wird das Problem noch ernster in zukünftigen Mobilendgeräten, die mehrere Modi unterstützen.
Da Menschen andererseits zunehmend bemerken, dass die elektromagnetische Strahlung des Mobilendgerätes den menschlichen Körper schädigen kann, fordern Benutzer vermehrt ein Mobilendgerät mit niedriger elektromagnetischer Strahlung ohne Verschlechterung seiner gegebenen Leistungsfähigkeit. In bezug auf externe Antennentechnologie, die verbreitet bei Mobilendgeräten verwendet wird, ist es üblich, eine Antenne oder ihre Kombination einzusetzen, die symmetrisch im Aufbau ist und den Abstrahlrichtungen. Folglich ist es unmöglich, die oben erwähnten Anforderungen des Benutzers zu erfüllen.
Eingebettete Antennen sind unter diesen Umständen eingeführt worden. Eine eingebettete Antenne verwendend kann ein Mobilendgerät flexibler sein in der Formgebung des Designs und kleinere Ausmaße haben, eine geringere Signalabsorptionsrate (SAR) haben und einen höheren Spitzengewinn und unter anderem kann eine eingebettete Antenne verwendet werden zum Implementieren eines Strahlerfeldes relativ kleiner Größe. Es ist denkbar, dass die eingebettete Antenne eine zukünftige Entwicklungsrichtung in Mobilendgeräteantennen repräsentiert.
Jedoch sind alle existierenden planar eingebetteten Antennen innerhalb einer zweidimensionalen Ebene entworfen worden. Da solche Entwürfe nur zwei Ausdehnungsrichtungen haben, gibt es einige Nachteile wie folgt:

1. die Antenne ist zu groß, um in minimierten Mobilendgeräten (wie z. B. Taschenhandapparaten) eingesetzt zu werden, deren Größe stark eingeschränkt ist;
2. die eingebettete Antenne benötigt eine Halterung, um an einem Gehäuse befestigt zu werden für ihre Installation, hierbei ein Erhöhen der Produktionskosten verursachend und ein Verschlechtern der Zuverlässigkeit und der Wartungsfähigkeit;
3. die elektrischen Eigenschaften sind relativ schwach, beispielsweise ist das In-Band-Stehwellenverhältnis (VSWR vom englischsprachigen Ausdruck ”Voltage Standing Wave Ratio) zu hoch, welches die Effizienz der Antenne reduziert und die Leistungsreflektion des Handapparates erhöht.

Dokument JP2000-244219A offenbart eine Grundplatte und eine als Schleife ausgebildete Antenne, die fast senkrecht zur Grundplatte angeordnet ist. Das Dokument EP933832A2 offenbart eine eingebaute Antenne, die eine Grundplatte, eine als Schleife ausgebildete Antenne sowie einen symmetrischen oder unsymmetrischen Konversionsschaltkreis umfasst. Dokument WO 2000/019564A1 offenbart ein Antennensystem für eine mobile Funkkommunikationsvorrichtung. Das Antennensystem umfasst eine Sendeantenne und eine Empfangsantenne, die senkrecht mit der Sendeantenne verbunden ist. Die genannten Dokumente zum Stand der Technik verwenden alle Antennen in Form von Schleifen zur Adaption des SAR-Werts.
EP 0 942 488 A2 betrifft eine Antennenvorrichtung, die an die Verwendung von zwei Frequenzbändern angepasst ist und eine Funkvorrichtung, die eine derartige Antenne umfasst. DE 197 20773 A1 betrifft eine Doppelresonanzantennenvorrichtung, die zur Verwendung als Einbauantenne in einer tragbaren Radioeinheit geeignet ist.
WO 00/52 783 A1 betrifft eine Antennenvorrichtung mit einem darauf abgestimmten Impedanznetzwerk, bei dem ein leitendes, ebenes Element sowohl als primäres Strahlungselement der Antenne als auch als Erdung der Vorrichtung funktionieren kann. US 4 571 595 betrifft ein Dualband-Antennensystem für eine Funkübertragung einschließlich eines induktiv geladenen Leiters mit einer vorbestimmten Länge.
Resümee der Erfindung
Um die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik auszuräumen ist es ein Ziel der Erfindung, eine eingebettete Antenne für ein Mobilendgerät dreidimensionaler Struktur bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Antenne mit einer geringeren Signalabsorbtionsrate (SAR) bereitzustellen, die eine niedrigere elektromagnetische Strahlung für den menschlichen Körper bedeutet.
Die Antenne entsprechend der Erfindung umfasst die Merkmale des vorliegenden unabhängigen Anspruchs 1.
Gemäß Anspruch 1 bezieht sich die Erfindung auf eine eingebettete Antenne für ein Mobilendgerät, umfassend: eine Leitereinheit einschließlich einer Leiterplatte und mit einer von einer Metallschicht befreiten Zone auf ihr; eine Antenneneinheit einschließlich einer Leiterplatte, die vertikal mit der von der Metallschicht befreiten Zone auf der Leitereinheit verbunden ist und einen Massestift hat und einen Speisestift, um mit Schaltungen innerhalb des Mobilgerätes verbunden zu werden; eine parasitäre Einheit, wobei die parasitäre Einheit ein Metallblech ist, welches mit der Antenneneinheit an der ersten Oberfläche der Antenneneinheit verbunden ist und sich nach zwei rechtwinkeligen Biegungen parallel zu und getrennt von der zweiten Oberfläche der Antenneneinheit erstreckt; wobei die Antenneneinheit eine beidseitig kupferkaschierte Leiterplatte ist; wobei die Antenneneinheit drei an einer ersten Oberfläche gedruckte Streifenleiter hat, jeweils verbunden mit einem von dem Massestift, dem Speisestift und einem Ende der parasitären Einheit; wobei die Antenneneinheit an einer zweiten Oberfläche hat: einen Speisepunkt, verbunden mit einem Streifenleiter des Speisestifts über ein metallisiertes Loch, das durch beide Oberflächen der Antenneneinheit hindurch verläuft, und einen Massepunkt, mit einem Streifenleiter des Massestifts verbunden über ein metallisiertes Loch, das durch beide Oberflächen der Antenneneinheit hindurch verläuft; wobei die zweite Oberfläche der Antenneneinheit umrandet ist zum Bilden zweier paralleler elektromagnetischer Resonatoren mit dem Speisepunkt als Verbindungspunkt; wobei Streifenleiterlängen der beiden elektromagnetischen Resonatoren, die an der zweiten Oberfläche der Antenne ausgebildet sind, jeweils La und Lb sind und wobei La und Lb
erfüllen, wobei λ₁, ε_re1 jeweils eine erste Arbeitswellenlänge und die wirksame dielektrische Kapazität des Dielektrikums unter dem Streifenleiter der Länge La sind; λ₂, ε_re2 jeweils eine zweite Arbeitswellenlänge und die wirksame dielektrische Kapazität des Dielektrikums unter dem Streifenleiter der Länge Lb sind und wobei die erste Arbeitswellenlänge die des GSM900-Frequenzbandes ist und die zweite Arbeitswellenlänge die des DCS1800-Frequenzbandes ist; wobei ein Abstand L10 zwischen dem Endrand der parasitären Einheit, der sich entlang der zweiten Oberfläche der Antenneneinheit erstreckt, und dem zweiten kurzen Rand der Antenneneinheit 14,5 mm ist; und wobei ein Abstand wj zwischen dem Rand der parasitären Einheit parallel zu und getrennt von der Antenneneinheit und der ersten Oberfläche der Antenneneinheit 3,0 mm ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist gemäß einer Ausführungsform eine eingebettete Antenne für ein Mobilendgerät vorgesehen, die eine Leitereinheit einschließlich einer Leiterplatte (PCB) mit einer von einer Metallschicht befreiten Zone, ausgebildet an der Oberseite der Leitereinheit umfasst;
eine Antenneneinheit, einschließlich einer weiteren Leiterplatte, die vertikal mit der von der Metallschicht befreiten Zone an der Oberseite der Leitereinheit verbunden ist,
und mit einem Massestift und einem Speisesstift, die mit Schaltungen innerhalb des Mobilendgerätes zu verbinden sind; eine parasitäre Einheit mit einer Seite an der Antenneneinheit angebracht und einer anderen Seite weg von der Antenne und parallel zu der Antenneneinheit.
Zudem kann die Antenneneinheit im wesentlichen rechteckig sein und ein erster langer Rand kann mit der Leitereinheit verbundenen sein, ein zweiter langer Rand gegenüber dem ersten und getrennt von der Leitereinheit, und ein erster und zweiter kurzer Rand, einander gegenüber liegend; wobei die Antenneneinheit eine C-förmige umrandete Zone in der Mitte einer zweiten Oberfläche hat, wobei die Öffnung der C-Form zu dem zweiten kurzen Rand hin gerichtet ist, die umrandete Zone von der Mitte des zweiten langen Randes der Antenneneinheit beginnt, sich in Richtung des ersten langen Randes und dann in Richtung des ersten kurzen Randes erstreckt und sich dann noch einmal in Richtung des ersten langen Randes erstreckt und dann in Richtung des zweiten kurzen Randes und schließlich zu dem zweiten langen Rand am hinteren Ende ragt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist die Verwendung der bereitgestellten Antenne wie oben in einem Mobilendgerät beschrieben, wobei das Mobilendgerät eine Masse-Platte hat, die als Leitereinheit zu verwenden ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigt
1 eine Vorderansicht einer eingebetteten Antenne für ein Mobilendgerät in dem Mobilkommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine linksseitige Ansicht der eingebetteten Antenne, wie in 1 gezeigt;
3 eine Unteransicht einer Antenneneinheit einer eingebetteten Antenne eines Mobilendgerätes in dem Mobilkommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 eine Vorderansicht einer Antenneneinheit und einer parasitären Einheit einer eingebetteten Antenne gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
7 eine Vorderansicht der Antenneneinheit und der parasitären Einheit, wie in 6 gezeigt;
8 einen Teil einer Leitereinheit einer eingebetteten Antenne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zum Zeigen des Verbindungszusammenhangs zwischen der Leitereinheit und der Antenneneinheit;
9 einen Teil einer Antenneneinheit und einer Leitereinheit einer eingebetteten Antenne gemäß der Ausführungsform der Erfindung zum Darlegen des Verbindungszusammenhangs zwischen der Leitereinheit und der Antenneneinheit;
10 eine Grafik des Stehwellenverhältnisses (VSWR) während des Testens einer eingebetteten Antenne eines Mobilendgerätes in dem Mobilkommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
11 eine Grafik eines E-Ebenen-Antennenmusters von 900 MHz während des Testens einer eingebetteten Antenne eines Mobilendgerätes in dem Mobilkommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
12 eine Grafik eines H-Ebenen-Antennenmusters von 900 MHz während des Testens einer eingebetteten Antenne eines Mobilendgerätes in dem Mobilkommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
13 eine Grafik eines E-Ebenen-Antennenmusters von 1800 MHz während des Testens einer eingebetteten Antenne eines Mobilendgerätes in dem Mobilkommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
14 eine perspektivische Ansicht einer eingebetteten Antenne für ein Mobilendgerät in dem Mobilkommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung wird im Detail entsprechend den Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Vorderansicht einer eingebetteten Antenne für ein Mobilendgerät in dem Mobilkommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 2 ist eine linksseitige Seitenansicht der eingebetteten Antenne, wie in 1 gezeigt. Wie in den 1 und 2 gezeigt, besteht die eingebettete Antenne gemäß der Erfindung aus drei Teilen: einer Leitereinheit 101, einer Antenneneinheit 102 und einer parasitären Einheit 103 der Antenne.
Die Leitereinheit 101 ist eine rechteckige PCB bzw. Leiterplatte mit einer Zone 111 mit entfernter Metallschicht auf ihrer Oberseite. Die Antenneneinheit 102 ist eine PCB, die vertikal mit der Zone 111 entfernter Metallschicht auf der Oberseite der Leitereinheit 101 verbunden ist. Die parasitäre Einheit 103 ist ein blattartiges Teil aus leitfähigem Material mit einer gewissen Steifigkeit wie z. B. ein Blech. Die parasitäre Einheit 103 ist an der rechten Seite der Antenneneinheit 102 befestigt und mit der Oberseite der Antenneneinheit 102 verbunden. Die parasitäre Einheit 103 erstreckt sich vom rechten Rand der Antenneneinheit 102 und ist dann zweimal im rechten Winkel umgebogen und erstreckt sich schließlich parallel zu der Unterseite der Antenneneinheit 102 ohne diese zu kontaktieren.
Die Leitereinheit 101 kann eine Masseplatte des Mobilendgerätes sein statt einer separierten Leiterplatte, so dass die Größe des Mobilendgerätes stark reduziert werden kann. Die Antenneneinheit 102 ist eine PCB, die beidseitig mit Kupfer kaschiert ist und hat drei leitfähige Streifenleiter an ihrer Oberseite aufgedruckt.
3 ist eine Unteransicht einer Antenneneinheit 102 einer eingebetteten Antenne eines Mobilendgerätes in dem Mobilkommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Auf einer Langseite der Antenneneinheit 102 nahe bei der Leitereinheit 101 sind drei Stifte, nämlich ein Massestift 204, ein Speisestift 204 und ein Haltestift 206. Der Massestift 204 ist mit der Masse des Mobilendgerätes verbunden; der Speisestift 205 ist mit der internen Schaltung des Mobilendgerätes verbunden zum Empfangen und Senden von Signalen. Diese drei Stifte sind jeweils mit drei leitenden Streifen 207, 208 und 209 (wie durch unterbrochene Linien in 3 gekennzeichnet) an der Oberseite verbunden. Wie in 3 gezeigt, ist der leitende Streifen 207, der mit dem Massestift 204 verbunden ist, mit dem Massepunkt 201 an der Unterseite der Antenneneinheit 102 verbunden durch ein metallisiertes Masseloch, das beide Seiten der Antenneneinheit 102 durchdringt; der leitende Streifen 208, der mit dem Speisestift 205 verbunden ist, ist mit dem Speisepunkt 202 auf der Unterseite der Antenneneinheit 102 verbunden über ein metallisiertes Speisungsloch, das beide Seiten der Antenneneinheit 102 durchdringt.
Wie in 3 gezeigt, gibt es eine C-förmige umrandete Zone 211 in der Mitte der Unterseite der Antenneneinheit 102. Die umrandete Zone 211 beginnt in der Mitte eines langen Randes der Antenneneinheit 102, der der Leitereinheit 101 gegenüber liegt. Die umrandete Zone 211 erstreckt sich zuerst nach unten und dann nach links, erstreckt sich wieder nach unten und dann nach rechts und ragt schließlich an ihrem rückwärtigen Ende zum langen Rand gegenüber der Leitereinheit 101.
4 ist eine Vorderansicht einer Antenneneinheit und einer parasitären Einheit einer eingebetteten Antenne gemäß der Ausführungsform der Erfindung. Wie in 4 gezeigt, kontaktiert die parasitäre Einheit 103 die Oberseite der Antenneneinheit 102, verläuft entlang des rechten Randes der Antenneneinheit 102 mit zwei rechtwinkeligen Umbiegungen und erstreckt sich dann in einer Weise, die parallel zur Unterseite der Antenneneinheit 102 verläuft und von dieser getrennt ist.
Das Prinzip der eingebetteten Antenne gemäß der Erfindung wird nun beschrieben. Drei Teile der eingebetteten Antenne, nämlich die Leitereinheit 101, die Antenneneinheit 102 und die parasitäre Einheit 103 arbeiten zusammen zum Ausführen einer Umsetzung zwischen der elektromagnetischen Welle und dem Hochfrequenzstrom.
Die Leitereinheit 101 ist entworfen, um gemeinsam mit der Antenneneinheit 102 und der parasitären Einheit 103 einen offenen Aufbau zum Umsetzen der elektromagnetischen Welle und des Hochfrequenzstroms zu bilden und die Ausrichtung des Empfangs/Sendens der Antenneneinheit 102 und der parasitären Einheit 103 von der elektromagnetischen Welle zu erleichtern.
Das umrandete Muster an der Unterseite der Antenneneinheit 102 bildet zwei elektromagnetische Resonatoren, die parallel verbunden sind zum Auswählen der Frequenz eines Trägersignals. Diese Resonatoren sind entworfen, um die Bandbreitenerfordernisse GSM900 und DCS1800 zu erfüllen und haben eine geringe Dämpfung. Der Verbindungspunkt der beiden Resonatoren ist am Speisepunkt 202 angeordnet, einem gemeinsamen Speisepunkt, der von ihnen geteilt wird.
5 ist ein Prinzipdiagramm einer Antenneneinheit. Wie in 5 gezeigt gibt es zwei offene Schaltkreise unterschiedlicher Längen auf beiden Seiten des Speisepunktes 202. Zwischen den beiden Segmenten des durch den Speisepunkt 202 geteilten leitenden Streifens bzw. Streifenleiters wird angenommen, dass der längere Abschnitt LA eine Länge La und der kurze Abschnitt LB eine Länge Lb hat. Für die beiden jeweils in den Frequenzbändern von GSM900 bzw. DCS1800 arbeitenden Resonatoren sollten ihre geometrischen Formen die folgenden Erfordernisse erfüllen: die Längen ihrer geometrischen Formen sollten das Resonatorkriterium erfüllen, d. h. ¼-Wellenlängenwellenleiterkriterium. Daher sollten La und Lb erfüllen:
wobei La λ₁, ε_re1 die Länge des Abschnittes LA sind, die Arbeitswellenlänge von GSM900 und die wirksame elektrische Kapazität des Dielektrikums unter dem Abschnitt LA; Lb λ₂, ε_re2 die Länge des Abschnittes LB sind, die Arbeitswellenlänge von DCS1800 und die wirksame elektrische Kapazität des Dielektrikums unter dem Abschnitt LB;
Wie oben beschrieben sind zwei elektromagnetische Resonanzschleifen auf der Antenneneinheit 102 ausgebildet, d. h. LA und LB, jeweils synchronisiert auf Arbeitsfrequenzbänder (GSM900/DCS1800). Jedoch liefert der Hochfrequenzstrom, der auf dem niederfrequenten Ende (GSM900 Frequenzband) auftritt, eine höhere Reaktanz am Speisepunkt der Antenneneinheit 102. Entsprechend ist das Stehwellenverhältnis der Antenne im GSM900 Frequenzband hoch und als ein Ergebnis ist die Strahlungseffizienz der eingebetteten Antenne in diesem Frequenzband niedrig. Die Erfindung löst dieses Problem durch die Verwendung der parasitären Einheit 103 der eingebetteten Antenne.
Die Erfindung wird in Verbindung mit einer Ausführungsform weiter beschrieben.
6 ist eine Unteransicht einer Antenneneinheit und einer parasitären Einheit einer eingebetteten Antenne gemäß der Ausführungsform der Erfindung. Entsprechend der Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, ist in dem umrandeten Muster an der Unterseite der Antenneneinheit 102 an der Langseite gegenüber der Leitereinheit 101 der Abstand zwischen dem linken Rand der Öffnung der umrandeten Zone 211 und dem linken Rand der Antenneneinheit 102 L1 = 20,0 mm; der Abstand zwischen dem rechten Rand der Öffnung der umrandeten Zone 211 und dem rechten Rand der Antenneneinheit 102 ist L2 = 14,0 mm; der Abstand zwischen dem am weitesten links liegenden Rand der umrandeten Zone 211 und dem linken Rand der Antenneneinheit 102 ist L3 = 5,5 mm; der Abstand zwischen dem Rand der umrandeten Zone 211 der am meisten zum linken Rand der Antenneneinheit hin eingerückt ist und dem rechten Rand der Antenneneinheit ist L4 = 6,5 mm; auf der Langseite gegenüber der Leitereinheit 101, der Abstand zwischen dem rechten Rand der Öffnung der umrandeten Zone 211 und dem rechten Rand der Antenneneinheit 102 ist L5 = 21,0 mm; der Abstand zwischen dem Fuß der Ausstülpung am rückwärtigen Ende der umrandeten Zone 211 und dem linken Rand der Antenneneinheit 102 ist L6 = 22,2 mm; der Abstand zwischen dem Speisepunkt 202 und dem linken Rand der Antenneneinheit 102 ist L7 = 3,8 mm; der Abstand zwischen dem Massepunkt 201 und dem linken Rand der Antenneneinheit 102 ist L8 = 1,5 mm; der Abstand zwischen dem am weitesten rechts gelegenen Rand der umrandeten Zone 211 und dem rechten Rand der Antenneneinheit 102 ist L9 = 6,5 mm; der Abstand von dem Haltestift 206 und dem entsprechenden leitenden Streifen 209 zum rechten Rand der Antenneneinheit 102 ist L11 = 2,0 mm.
Wie in 6 gezeigt, ist der Abstand zwischen dem Speisepunkt 202 und dem langen Rand auf der Seite der Antenneneinheit 102 zu der Leitereinheit 101 w1 = 2,1 mm; der Abstand zwischen dem Massepunkt 201 und dem langen Rand auf der Seite der Antenneneinheit 102 in Richtung der Leitereinheit 101 ist w2 = 5,9 mm; der Abstand zwischen dem Rand auf der Seite der parasitären Einheit 103 in Richtung der Leitereinheit 101 und dem langen Rand auf der Seite der Antenneneinheit 102 in Richtung der Leitereinheit 101 ist w3 = 0 mm; der Abstand zwischen dem Rand auf der Seite der parasitären Einheit 103 gegenüber der Leitereinheit 101 und dem langen Rand auf der Seite der Antenneneinheit 102 in Richtung der Leitereinheit 101 ist w4 = 6,0 mm; der Abstand zwischen der Spitze der Ausstülpung des rückwärtigen Endes der umrandeten Zone 211 und dem langen Rand auf der Seite der Antenneneinheit 102 in Richtung der Leitereinheit 101 ist w5 = 5,5 mm; der Abstand zwischen dem äußeren Rand der umrandeten Zone 211, der am meisten von der Leitereinheit 101 entfernt ist und dem langen Rand auf der Seite der Antenneneinheit 102 in Richtung der Leitereinheit 101 ist w6 = 5,0 mm; der Abstand zwischen dem inneren Rand der umrandeten Zone 211, der am meisten von der Leitereinheit 101 entfernt ist und dem langen Rand auf der Seite der Antenneneinheit 102 in Richtung der Leitereinheit 101 ist w7 = 4,7 mm; der Abstand zwischen dem inneren Rand der umrandeten Zone 211, der der Leitereinheit 101 am nächsten ist und den langen Rand auf der Seite der Antenneneinheit 102 in Richtung der Leitereinheit 101 ist w8 = 2,6 mm; der Abstand zwischen dem äußeren Rand der umrandeten Zone 211, der am nächsten zur Leitereinheit 101 gelegen ist und dem langen Ende auf der Seite der Antenneneinheit 102 in Richtung der Leitereinheit 101 ist w9 = 2,2 mm.
7 ist eine Vorderansicht der Antenneneinheit und der parasitären Einheit, die in 6 gezeigt sind. Wie in 7 gezeigt, ist die Dicke der Antenneneinheit 102 H = 1,0 mm; die Breite des Streifenleiters 208, der mit dem Speisepunkt 202 verbunden ist, ist wf = 1,5 mm; die Breite des Streifenleiters 207, der mit dem Massepunkt 201 verbunden ist, ist wg = 1,5 mm; der Abstand zwischen dem linken Rand der parasitären Einheit 103 unter der Unterseite der Antenneneinheit 102 und dem rechten Rand der Antenneneinheit 102 ist L10 = 14,5 mm; der Abstand zwischen dem Rand der parasitären Einheit 103 parallel zu und getrennt von der Antenneneinheit 102 und der gegenüber liegenden Oberfläche der Antenneneinheit 102 ist wj = 3,0 mm.
8 zeigt einen Teil einer Leitereinheit 101 einer eingebetteten Antenne entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung. Wie in 8 gezeigt, sind drei Blindlöcher 204', 205' und 206' angeordnet, um jeweils mit dem Massestift 204, dem Speisestift 205 und dem Haltestift 206 der Antenneneinheit 102 verbunden zu sein und jedes hat eine Breite WN1 = 1,0 mm.
9 zeigt einen Teil einer Antenneneinheit und einer Leitereinheit einer eingebetteten Antenne gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung. Wie in 9 gezeigt, ist der Abstand zwischen den Rändern auf beiden Seiten der Antenneneinheit 102 und den Rändern auf den beiden Seiten der Leitereinheit 101 LA1 = 2,0 mm; der Abstand zwischen der Unterseite der Antenneneinheit 102 und dem unteren Rand der entmetallisierten Zone 111 auf der Leitereinheit 101 ist WA2 = 4,0 mm; der Abstand zwischen der Oberseite der Antenneneinheit 102 und dem oberen Rand der Leitereinheit 101 ist WA1 = 2,0 mm; der Abstand zwischen dem oberen Rand der Leitereinheit 101 und dem unteren Rand der entmetallisierten Zone 111 auf der Leitereinheit 101 ist WA3 = 7,0 mm.
Gemäß der Ausführungsform der Erfindung haben die obigen Werte bestimmte Toleranzen, insbesondere wie folgt:
L1 = 20,0 ± 0,1 mm, L3 = 5,5 ± 0,1 mm, L4 = 6,5 ± 0,02 mm, L5 + L2 = 21,0 ± 0,01 mm, L6 = 22,2 ± 0,1 mm, L7 = 3,8 ± 0,02 mm, L8 = 1,5 ± 0,02 mm, L9 = 6,5 ± 0,02 mm, L10 = 14,5 ± 0,02 mm, L11 = 2,0 ± 0,02 mm, w1 = 2,1 ± 0,02 mm, w2 = 5,9 ± 0,02 mm, w3 = ±0,1 mm, w4 = 6,0 ± 0,1 mm, w5 = 5,5 ± 0,1 mm, w6 = 5,0 ± 0,1 mm, w7 = 4,7 ± 0,1 mm, w8 = 2,6 ± 0,1 mm, w9 = 2,2 ± 0,2 mm, H = 1,0 mm, wf = 1,5 ± 0,1 mm, wj = 3,0 ± 0,2 mm, wg = 1,5 ± 0,1 mm, Andere sind ±0,1 mm
Die eingebettete Antenne gemäß der obigen Ausführungsformer der Erfindung ist in einem ABS-Kunstoffgehäuse von 98 mm·40 mm·16 mm befestigt, welches auf einem dreidimensionalen Testrahmen angeordnet ist. Der Testrahmen und die Antenne sind zusammen in einem mikrowellenechofreien Raum angeordnet. Das Stehwellenverhältnis der Antenne wird mit Hilfe eines Vektornetzwerkanalysators HP8753E gemessen. Die Messung von Richtungsmuster und Gewinn wird mit Hilfe eines Antennenanalysators und durch Vergleichsverfahren durchgeführt.
10–13 zeigen die Testergebnisse elektrischer Leistungsfähigkeitsparameter bzw. Performanceparameter für eine eingebettete Antenne eines Mobilendgerätes in dem Mobilkommunikationssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Aus 10 ist zu ersehen, dass die eingebettete Antenne gemäß der Ausführungsform der Erfindung effizient arbeitet in Frequenzbändern von GSM900/DCS1800. Aus 11–13 kann gesehen werden dass das Richtungsmuster der eingebetteten Antenne gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist dadurch, dass es in der H-Ebene eine Energieunterdrückung von 30 dB in der Richtung in einem Winkel von 75 Grad bezogen auf die äußere Normalrichtung gibt, was in Richtung des Kopfs eines Menschen ist; in ähnlicher Weise gibt es in der E-Ebene eine Energieunterdrückung von 4 dB in der Richtung auf den Kopf eines Menschen hin gerichtet. Die Grafiken zeigen, dass die eingebettete Antenne der Erfindung niedrigere SAR-Eigenschaften hat, d. h., einen gewissen Schutz des menschlichen Körpers bereitstellt. Durch weitere Messungen kann gesehen werden, dass die eingebettete Antenne einen angemessenen Gewinn hat (größer als 0,5 dBi).
Darüber hinaus können gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung die Muster der Oberseite und der Unterseite der Antenneneinheit 102 geändert werden nach Art einer Spiegelung, die Oberseite und die Unterseite der Antenneneinheit 102 können untereinander ausgetauscht werden und die entsprechende parasitäre Einheit 103 kann oberhalb, weg von und auch parallel zu der Oberseite der Antenneneinheit 102 angeordnet sein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Mobiltelefon mit einer eingebetteten Antenne ausgerüstet, wie oben beschrieben, seine Hauptmasseplatte wird als Leitereinheit 101 der eingebetteten Antenne verwendet und der Speisestift 205 der Antenneneinheit 102 ist elektrisch mit dem Duplexer des Hochfrequenzabschnitts der Schaltung in dem Mobiltelefon verbunden.
Während die Erfindung oben beschrieben worden ist in Verbindung mit den spezifischen Ausführungsformen der Erfindung sollte verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist und mannigfaltige Änderungen und Modifikationen haben kann. Beispielsweise kann das umrandete Muster der Antenneneinheit 102 andere Varianten haben, die auch die Erfordernisse zum Bilden einer Resonatorschaltung erfüllen und kann andere Änderungen in spezifischen Formen und Abständen haben. Alle diese Änderungen und Modifikationen sollten als innerhalb des durch die beiliegenden Patentansprüche definierten Schutzbereiches angesehen werden, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen.

Claims

Eine eingebettete Antenne für ein Mobilendgerät, umfassend: – eine Leitereinheit (101) einschließlich einer Leiterplatte und mit einer von einer Metallschicht befreiten Zone (111) auf ihr; – eine Antenneneinheit (102) einschließlich einer Leiterplatte, die vertikal mit der von der Metallschicht befreiten Zone auf der Leitereinheit verbunden ist und einen Massestift (204) hat und einen Speisestift (205), um mit Schaltungen innerhalb des Mobilgerätes verbunden zu werden; – eine parasitäre Einheit (103), – wobei die parasitäre Einheit ein Metallblech ist, welches mit der Antenneneinheit an der ersten Oberfläche der Antenneneinheit verbunden ist und sich nach zwei rechtwinkeligen Biegungen parallel zu und getrennt von der zweiten Oberfläche der Antenneneinheit erstreckt; – wobei die Antenneneinheit eine beidseitig kupferkaschierte Leiterplatte ist; – wobei die Antenneneinheit drei an einer ersten Oberfläche gedruckte Streifenleiter hat, jeweils verbunden mit einem von dem Massestift, dem Speisestift und einem Ende der parasitären Einheit; – wobei die Antenneneinheit an einer zweiten Oberfläche hat: einen Speisepunkt (202), verbunden mit einem Streifenleiter des Speisestifts über ein metallisiertes Loch, das durch beide Oberflächen der Antenneneinheit hindurch verläuft, und einen Massepunkt (201), mit einem Streifenleiter des Massestifts verbunden über ein metallisiertes Loch, das durch beide Oberflächen der Antenneneinheit hindurch verläuft; – wobei die zweite Oberfläche der Antenneneinheit umrandet ist zum Bilden zweier paralleler elektromagnetischer Resonatoren mit dem Speisepunkt als Verbindungspunkt; – wobei Streifenleiterlängen der beiden elektromagnetischen Resonatoren, die an der zweiten Oberfläche der Antenne ausgebildet sind, jeweils La und Lb sind und wobei La und Lb
erfüllen, wobei λ₁, ε_re1 jeweils eine erste Arbeitswellenlänge und die wirksame dielektrische Kapazität des Dielektrikums unter dem Streifenleiter der Länge La sind; λ₂, ε_re2 jeweils eine zweite Arbeitswellenlänge und die wirksame dielektrische Kapazität des Dielektrikums unter dem Streifenleiter der Länge Lb sind und – wobei die erste Arbeitswellenlänge die des GSM900-Frequenzbandes ist und die zweite Arbeitswellenlänge die des DCS1800-Frequenzbandes ist; – wobei ein Abstand L10 zwischen dem Endrand der parasitären Einheit, der sich entlang der zweiten Oberfläche der Antenneneinheit erstreckt, und dem zweiten kurzen Rand der Antenneneinheit 14,5 mm ist; und – wobei ein Abstand wj zwischen dem Rand der parasitären Einheit parallel zu und getrennt von der Antenneneinheit und der ersten Oberfläche der Antenneneinheit 3,0 mm ist.
Eingebettete Antenne für ein Mobilendgerät nach Anspruch 1, wobei die Antenneneinheit eine Masseplatte des Mobilendgerätes ist.
Eingebettete Antenne für ein Mobilendgerät nach Anspruch 1, wobei die Antenneneinheit im Wesentlichen rechteckig ist mit einem ersten langen Rand, der mit der Leitereinheit verbunden ist, einem zweiten langen Rand gegenüber dem ersten, der von der Leitereinheit getrennt ist und einem ersten und zweiten kurzen Rand einander gegenüber; die Antenneneinheit eine C-förmige umrandete Zone in der Mitte der zweiten Oberfläche hat, wobei eine Öffnung der C-Form zu dem zweiten kurzen Rand hin gerichtet ist, die umrandete Zone von der Mitte des zweiten langen Randes der Antenneneinheit beginnt, sich in Richtung des ersten langen Randes erstreckt und dann in Richtung des ersten kurzen Randes, sich noch einmal in Richtung des ersten langen Randes erstreckt und dann in Richtung des zweiten kurzen Randes und schließlich zu dem zweiten kurzen Randes hin an ihrem hinteren Ende ragt.
Eingebettete Antenne für ein Mobilendgerät nach Anspruch 3, wobei ein Abstand L7 zwischen dem Speisepunkt und dem ersten kurzen Rand der Antenneneinheit 3,8 mm ist; ein Abstand L8 zwischen dem Massepunkt und dem ersten kurzen Rand der Antenneneinheit 1,5 mm ist; ein Abstand L11 zwischen dem mit der parasitären Einheit verbundenen Streifenleiter und dem zweiten kurzen Rand der Antenneneinheit 2,0 mm ist; ein Abstand w1 zwischen dem Speisepunkt und dem ersten langen Rand der Antenneneinheit 2,1 mm ist; ein Abstand w2 zwischen dem Massepunkt und dem ersten langen Rand der Antenneneinheit 5,9 mm ist;
Eingebettete Antenne für ein Mobilendgerät nach Anspruch 4, wobei das umrandete Muster an der zweiten Oberfläche der Antenneneinheit derart ausgebildet ist, dass am zweiten langen Rand der Antenneneinheit der Abstand L1 zwischen dem Rand der Öffnung der umrandeten Zone nahe dem ersten kurzen Rand der Antenneneinheit und dem ersten kurzen Rand der Antenneneinheit 20,0 mm ist; ein Abstand L2 zwischen dem Rand der Öffnung der umrandeten Zone dicht bei dem zweiten kurzen Rand der Antenneneinheit und dem zweiten kurzen Rand der Antenneneinheit 14,0 mm ist; ein Abstand L3 zwischen dem Rand der umrandeten Zone, der am nächsten zu dem ersten kurzen Rand der Antenneneinheit gelegen ist und dem ersten kurzen Rand der Antenneneinheit 5,5 mm ist; ein Abstand L4 zwischen dem Rand der umrandeten Zone, der am meisten zum ersten kurzen Rand der Antenneneinheit hin eingerückt ist und dem ersten kurzen Rand der Antenneneinheit 6,5 mm ist; auf dem zweiten langen Rand der-Antenneneinheit, ein Abstand L5 zwischen dem Rand der Öffnung der umrandeten Zone nahe des zweiten kurzen Randes der Antenneneinheit und dem zweiten kurzen Rand der Antenneneinheit 21,0 mm ist; ein Abstand L6 zwischen dem Fuß der Ausstülpung am rückwärtigen Ende der umrandeten Zone und dem ersten kurzen Rand der Antenneneinheit 22,2 mm ist; ein Abstand L9 zwischen dem Rand der umrandeten Zone, der am nächsten zu dem zweiten kurzen Rand der Antenneneinheit gelegen ist und dem zweiten kurzen Rand der Antenneneinheit 6,5 mm ist; ein Abstand w5 zwischen der Spitze der Ausstülpung am rückwärtigen Ende der umrandeten Zone und dem ersten langen Rand der Antenneneinheit 5,0 mm ist; ein Abstand w6 zwischen dem äußeren Rand der umrandeten Zone, der am weitesten von dem ersten langen Rand der Antenneneinheit entfernt ist und dem ersten langen Rand der Antenneneinheit 5,0 mm ist; der Abstand w7 zwischen dem inneren Rand der umrandeten Zone, der am weitesten von dem ersten langen Rand der Antenneneinheit entfernt ist und dem ersten langen Rand der Antenneneinheit 4,7 mm ist; ein Abstand w8 zwischen dem inneren Rand der umrandeten Zone, der dem ersten langen Rand der Antenneneinheit am nächsten ist und dem ersten langen Rand der Antenneneinheit 2,6 mm ist; ein Abstand w9 zwischen dem äußeren Rand der umrandeten Zone, der am nächsten zu dem ersten langen Rand der Antenneneinheit gelegen ist und dem ersten langen Rand der Antenneneinheit 2,2 mm ist.
Eingebettete Antenne für ein Mobilendgerät nach Anspruch 1, wobei ein Abstand w3 zwischen dem Rand der Seite der parasitären Einheit in Richtung der Leitereinheit und dem ersten langen Rand der Antenneneinheit 0 mm ist; ein Abstand w4 zwischen dem Rand an der Seite der parasitären Einheit weg von der Leitereinheit und dem ersten langen Rand der Antenneneinheit 6,0 mm ist.
Verwendung einer Antenne gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Mobilendgerät, wobei das Mobilendgerät eine Masseplatte einschließt, die als Leitereinheit (101) verwendet wird.