DE102004013642B4

DE102004013642B4 - Antenne mit einer fraktalen Struktur

Info

Publication number: DE102004013642B4
Application number: DE200410013642
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr. Kronberger
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2024-03-20
Also published as: DE102004013642A1

Abstract

Antenne mit einer fraktalen Struktur, bei der die fraktale Struktur mindestens zwei fraktale Teilstrukturen (41, 42) umfasst, die miteinander verbunden sind, und bei der die fraktale Struktur bezüglich der mindestens zwei fraktalen Teilstrukturen (41, 42) eine nicht äquidistante Teilung aufweist und bei der die Antenne gekrümmt ist, wobei die Krümmung dadurch angenährt ist, dass die fraktalen Teilstrukturen (41, 42) zueinander in einem von 180 Grad verschiedenen Winkel (α) angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne mit einer fraktalen Struktur und die Verwendung der Antenne in einem Mobilfunkgerät.
Die Länge von Antennen hängt normalerweise von der Wellenlänge der zu sendenden Signale ab. Bei sogenannten λ/4-Strahlern beträgt die Länge der Antenne beispielsweise 1/4 der Wellenlänge. Insbesondere bei Mobilfunkgeräten wie Mobiltelefonen, Wireless LAN-PC-Karten oder Bluetooth-Geräten sowie anderen, sogenannten Terminals für die Mobilkommunikation ist es wünschenswert, die Abmessungen der Antenne bei vorgegebener Frequenz immer weiter zu verringern. Insbesondere bei kleinen Antennen nimmt hierdurch die Strahlerbandbreite der Antenne ab.
Weiterhin ist auch auf einen hohen Wirkungsgrad der Antenne zu achten, um den Energieverbrauch gering zu halten, da Mobilfunkgeräte normalerweise aus einer aufladbaren Batterie versorgt sind.
Eine Möglichkeit, die Abmessungen einer Antenne bei verbesserter Strahlerbandbreite zu verringern, bieten sogenannte fraktale Strukturen. Der Begriff fraktal bedeutet dabei selbstähnlich.

Beispielsweise in dem Dokument C. P. Baliarda, J. Romeu, A. Cardama: "The Koch Monopole: A Small Fractal Antenna" ist die Möglichkeit beschrieben, mit fraktalen Objekten in einem finiten Raum eine Kurve mit infiniter Länger unterzubringen. Eine solche fraktale Kurve ist beispielsweise eine, die nach dem Koch-Algorithmus gewonnen wird. Eine als Koch-Monopol mit fünf Iterationsschritten ausgeführte Antenne hat dabei beispielsweise eine Länge von 25,3 cm, besitzt jedoch eine räumliche Ausdehnung von lediglich 6 cm.

Mit zunehmender Iterationstiefe gemäß einer fraktalen Iterationsvorschrift wird, bei gleichbleibenden Abmessungen, die Länge des Antennenstrahlers immer größer, so dass dessen Resonanzfrequenz immer weiter abnimmt.

Gemäß einer affinen Abbildung nach dem Koch-Algorithmus oder einer anderen Vorschrift zur Erzeugung einer fraktalen Struktur wird eine Monopol-Antenne aus einem geraden linearen Strahler in eine fraktale Struktur unter Beibehaltung der Grundausrichtung bei gleichbleibender Höhe und deutlicher mechanischer Verlängerung des Strahlers konvertiert. Wie erläutert, nimmt mit zunehmender Iterationstiefe die Resonanzfrequenz des Strahlers ab. Umgekehrt kann eine Antenne bei gleicher Betriebsfrequenz deutlich kleiner sein. Je nach fraktaler Ordnung, also Iterationstiefe, können somit bei gleicher Betriebsfrequenz Längenreduzierungen zwischen 10 und 90 % erzielt werden.

Mit zunehmender Iterationstiefe müssen jedoch der noch erzielbare Antennenwirkungsgrad und die mögliche Bandbreite beobachtet werden.

Das Dokument US 6,300,914 B1 betrifft eine Drehrahmenantenne. Solche Antennen werden auch als Peilantennen bezeichnet. Die Antenne hat fraktale Struktur.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antenne mit einer fraktalen Struktur anzugeben, bei der die Abmessungen reduziert und die Strahlerbandbreite im Vergleich zu anderen verkürzten Strukturen verbessert ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Antenne zunächst in Teilstrukturen ungleicher Länge und/oder ungleicher Größe unterteilt wird. Jede dieser Teilstrukturen wird durch Anwendung einer Iterationsvorschrift als fraktale Struktur ausgeführt. Folgerichtig sind auch die fraktalen Teilstrukturen von unterschiedlicher Länge bzw. Größe.

Somit ist es möglich, nicht nur geradlinige Strahler oder Strahler mit ebener Grundfläche mit fraktaler Struktur auszubilden, sondern auch solche Antennenstrukturen als fraktale Strukturen auszuführen, die gekrümmte, linienförmige Strahler oder gekrümmte, mehrdimensionale Strahler sind.

Dies bietet den Vorteil, gekrümmte Antennenstrukturen einzusetzen, die geringe Abmessungen haben. So kann das beschriebene Prinzip beispielsweise mit Vorteil bei dem sogenannten Landstorfer-Strahler angewandt werden.

Selbstverständlich ist im Rahmen der vorgeschlagenen Erfindung auch die Anwendung des Prinzips auf beliebige andere Antennenstrukturen möglich, bei der nichtgerade Elemente, nicht geradlinig berandete Flächen oder gekrümmte Flächen eine näherungsweise Nachbildung gekrümmter Strukturen bilden.

Insgesamt ermöglicht das vorgeschlagene Prinzip die Schaffung einer fraktale Antennenstruktur, die sowohl die Forderung nach hoher Strahlerbandbreite, als auch die Forderung nach kleinen Abmessungen im Verhältnis zur Wellenlänge erfüllt.

Gemäß der Erfindung ist die Antenne gekrümmt. Die Krümmung der Antenne ist dabei dadurch angenähert, dass die fraktalen Teilstrukturen zueinander in von 180° verschiedenen Winkeln angeordnet sind. Die Genauigkeit dieser Diskretisierung einer gekrümmten Struktur durch Geradenstücke, Flächenstücke oder räumliche Teilstrukturen hängt von der gewünschten Anwendung ab.

Die Antenne hat bevorzugt eine diskretisierte Landstorfer-Struktur, die in einem ersten Schritt durch mehrere, miteinander verbundene, unterschiedlich lange Geradenstücke angenähert ist. Jedes dieser Geradenstücke ist dabei in einem zweiten Schritt als fraktale Teilstruktur ausgebildet. Das bedeutet, dass jedes Geradenstück gemäß Koch oder einer anderen fraktalen Iterationsvorschrift in eine fraktale Struktur konvertiert ist.

Die von F. Landstorfer vorgestellte Antenne basiert auf der Funktionsweise eines Dipols oder eines Monopols und ermöglicht durch eine ihr eigene, spezielle Formgebung eine deutliche Bündelung der Strahlung in eine Vorzugsrichtung. Gegenüber einem geradlinigen Dipol oder Monopol wird eine Gewinnzunahme von ca. 3 bis 4 dB erzielt. Die Wirkung der gekrümmten, strahlungsoptimierten Antenne beruht auf einer zweidimensionalen Optimierung der geometrischen Anordnung des Antennenstrahlers dahingehend, dass die Energieaufnahme aus dem Wellenfeld maximal wird. Der bisherige Nachteil der deutlich größeren mechanischen Abmessungen einer Landstorfer-Antenne gegenüber einem herkömmlichen Monopol oder Dipol wird durch die Verkürzung der Abmessungen gemäß dem Prinzip der frakta len Struktur mehr als kompensiert. Aufgrund der unterschiedlichen Krümmungsradien eines Landstorfer-Strahlers war bisher eine Ausbildung desselben in einer fraktalen Struktur nicht möglich.

Durch Anwendung des vorgeschlagenen, nicht äquidistanten fraktalen Prinzips auf die bereits optimierte Antenne nach Landstorfer kann unter näherungsweiser Beibehaltung ihres Gewinns eine deutliche Reduzierung der räumlichen Ausdehnung von ca. 25 % gegenüber der Grundstruktur erzielt werden.

Das vorgeschlagene Prinzip einer Teilung in ungleich große Segmente und nachfolgender Erzeugung fraktaler Strukturen für jedes Segment getrennt voneinander ist jedoch nicht auf linienförmige Strahler beschränkt, sondern kann mit Vorteil auch bei flächenhaft oder räumlich ausgedehnten Strahlern angewendet werden.

Bevorzugt sind die fraktalen Teilstrukturen von gleicher fraktaler Ordnung. Alternativ kann es aber auch vorteilhaft sein, beispielsweise bei ursprünglich längeren Geradenstücken mit höherer fraktaler Ordnung zu iterieren.

Die fraktale Ordnung oder auch Iterationstiefe beträgt bevorzugt 1, 2, 3, 4 oder 5, ohne den Bereich nach oben zu beschränken. Darüber hinaus und teilweise auch schon bei Strahlern fraktaler Strukturen fünften Grades müssen die auftretenden Verluste aufgrund der immer dünner werdenden fraktalen Strukturen durch Leitungsverluste sorgfältig gegenüber der erzielten Reduzierung der Abmessung abgewogen werden.

Zur technischen Realisierbarkeit ist es erforderlich, die vorgegebene Leiterdicke zu beachten. Die Länge der einzelnen Geradenstücke nimmt mit zunehmender Iterationstiefe ab. Es ist jedoch zu fordern, dass die Länge der Geradenstücke 1 nicht in die Größenordnung der Leiterdicke d kommt. Zumindest sollte die Länge der Geradenstücke 1 größer als die Leiterdicke d sein.

Die beschriebene Antenne ist mit Vorteil ein Monopol, es kann jedoch auch ein Dipol oder eine andere Antennenstruktur sein.

Die beschriebene Antenne ist aufgrund ihrer geringen Abmessungen bei gutem Wirkungsgrad besonders zur Anwendung in Mobilfunkgeräten geeignet.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Prinzips sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

1a bis 1e Ausführungsbeispiele einer Antenne mit diskretisierter, gekrümmter Struktur mit zunehmender, fraktaler Iterationstiefe,

2a, 2b ein Ausführungsbeispiel eines auf dem Landstorfer-Prinzip beruhenden Strahlers nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

3 ein Mobilfunkgerät mit einer Antenne nach 2b und

4a bis 4d Ausführungsbeispiele einer Spiral-Antenne mit diskretisierter, gekrümmter Struktur mit zunehmender, fraktaler Iterationstiefe.

1a bis 1e zeigen beispielhaft in vier Schritten die Erzeugung einer Antenne mit fraktaler Struktur nach dem vorgeschlagenen Prinzip anhand eines Ausführungsbeispiels.
Die Diskretisierung gemäß 1b bis 1e beruht auf einer in 1a dargestellten Grundstruktur 10. 1b zeigt eine einfache Segmentierung einer gekrümmten Antenne in zwei unterschiedlich lange Geradenstücke 11, 12. Die Geradenstücke 11, 12 sind miteinander zur Bildung einer im wesentlichen linienförmigen Struktur verbunden und in einem Winkel α zueinander angeordnet. Somit ist eine nichtäquidistante Teilung der gekrümmten Antenne bewirkt. Die Antennenstruktur gemäß 1b kann zugleich als fraktale Struktur der Ordnung 0 interpretiert werden. Dies ist mit der Bezeichnung K0 angedeutet.
1c zeigt die Struktur von 1b, jedoch nach Anwendung eines ersten Iterationsschrittes zur Bildung einer fraktalen Struktur 21, 22. Die Struktur 21, 22 nach dem ersten Iterationsschritt, also ein Fraktal erster Ordnung, ist mit dem Zeichen K1 versehen. Die Anwendung der Iterationsvorschrift erfolgt dabei für die Teilstücke 11, 12 getrennt voneinander.
Vorliegend erfolgen die Iterationsschritte zur Erzeugung der fraktalen Struktur nach der Vorschrift von Koch. Dabei handelt es sich um eine Menge von vier affinen Abbildungen. Diese affinen Abbildungen sind Ähnlichkeitsabbildungen. Nach der ersten Iteration der fraktalen Konstruktion der Antenne K1 gemäß Koch ergibt sich die in 1c gezeigte Antenne mit fraktaler Struktur, welche zwei Teilstrukturen 21, 22 umfasst. Die Teilstrukturen 21, 22 sind dadurch erzeugt, dass sowohl das Segment 11 als auch das Segment 12 von 1b jeweils getrennt voneinander nach dem Koch-Prinzip jeweils einer affinen Abbildung unterzogen werden. Somit wird jede Teilstruktur 11, 12 nunmehr in eine Struktur mit vier Segmenten zerlegt. Die vier Segmente der Teilstruktur 21 sowie die vier Segmente der Teilstruktur 22 sind jeweils Geraden, die in einem nachfolgenden Iterationsschritt wiederum als Grundlage für die Anwendung des Koch-Prinzips dienen.
1d zeigt die Antennenstruktur 31, 32, die aus 1c durch Anwendung eines weiteren Iterationsschritts durch Koch gewonnen wird. Die Struktur gemäß 1d ist wiederum aus zwei fraktalen Strukturen 31, 32 zusammengesetzt. Dieses durch eine zweite Iteration gebildete Fraktal 2. Ordnung ist mit K2 bezeichnet.
1e zeigt die Antenne mit fraktaler Struktur 41, 42 nach der dritten Iteration K3. Die fraktalen Teilstrukturen, aus denen die Antenne von 1e zusammengesetzt ist, sind mit 41, 42 bezeichnet.
Selbstverständlich können weitere Iterationsschritte nach dem beschriebenen Prinzip durchgeführt werden. Dabei ist zu beachten, dass die Anwendung der Koch-Abbildungsvorschrift jeweils unabhängig für das erste Segment 11, 21, 31, 41 und das zweite Segment 12, 22, 32, 42 erfolgt.
Man erkennt, dass wie vorgeschlagen die Aufteilung der Antenne 11, 12 nicht äquidistant erfolgt ist. Vielmehr ist eine gekrümmte Struktur durch unterschiedlich lange Einzelsegmente 11, 12 angenähert.
Gekrümmte Strukturen können, wie vorliegend durchgeführt, durch abschnittsweise Approximation gerade Teilstücke mit ausreichender Genauigkeit nachgebildet werden. Beliebig gekrümmte Antennenstrukturen können deshalb auch aus einer Vielzahl unterschiedlich langer gerade Einzelsegmente nachgebildet sein. Die Generierung der fraktalen Struktur erfolgt für jeden Teilabschnitt getrennt nach der Vorschrift von Koch. Hierdurch wird eine optimale fraktale Aufteilung erreicht.
Es wird deutlich, dass bei der fraktalen Antenne 3. Ordnung K3 von 1e eine deutliche Vergrößerung der Länge gegenüber der Struktur 0. Ordnung von 1b bei zumindest in einer Hauptrichtung gleichen Abmessungen erzielt ist. Zudem ist aufgrund der unterschiedlich langen Segmente eine gute Diskretisierung gekrümmter Strukturen möglich, so dass mit Vorteil zusätzlich zur Längenreduzierung eine signifikante Verbesserung des Antennenwirkungsgrads erzielt ist. Bei der fraktalen Struktur gemäß 1e bleibt die grundsätzliche Grobstruktur der Antenne von 1a beziehungsweise 1b erhalten, in ihrer Feinstruktur weist sie jedoch die Struktur einer fraktalen Antenne auf.
Somit können die Forderungen nach hohem Antennengewinn einerseits und kleinen Abmessungen im Vergleich zur Wellenlänge andererseits beide von vorgeschlagener Antenne erfüllt werden.
Selbstverständlich können gemäß dem in 1a bis 1e gezeigten Prinzip auch beliebig feinere Segmentierungen mit an schließender Anwendung einer fraktalen Iterationsvorschrift auf jedes Segment vorgenommen werden. Dadurch wird die Annäherung gekrümmter Strukturen durch eine Diskretisierung weiter verfeinert. Eine derartige, feinere Diskretisierung wird nachfolgend an einem Beispiel erläutert.
2a zeigt eine Darstellung einer bekannten, sogenannten Landstorfer-Antenne, deren Antennenstruktur jedoch vorliegend durch eine Diskretisierung mit unterschiedlichen langen Geradenabschnitten angenähert ist. Der beschriebene Monopol ermöglicht durch die spezielle Struktur eine deutliche Bündelung der Strahlung in eine Vorzugsrichtung. Gegenüber einem geradlinigen Dipol oder Monopol wird eine Gewinnzunahme von ca. 3 bis 4 dB erzielt. Der Landstorfer-Strahler hat allerdings den Nachteil einer Vergrößerung der Abmessung der Antenne um ca. Faktor 2. Die Wirkung der gekrümmten, strahlungsoptimierten Antenne beruht auf einer zweidimensionalen Optimierung der geometrischen Anordnung des Antennenstrahlers dahingehend, dass die Energieaufnahme aus dem Wellenfeld maximal wird. Eine solche Antenne kann durch gleich lange Geradenstücke nicht angenähert werden.
2b zeigt die Anwendung des vorgeschlagenen, nicht äquidistanten fraktalen Prinzips auf die Landstorfer-Antenne. Dabei wird deren Gewinn praktisch beibehalten. Zusätzlich wird eine deutliche Längenreduzierung von ca. 25 % gegenüber der Grundstruktur erzielt.
Die unterschiedlich langen Geradenstücke von 2a werden nach der Vorschrift der fraktalen Teilung in weitere Untersegmente aufgeteilt und gemäß dem Koch-Prinzip neu gestaltet. Die Struktur von 2b ist nach Durchführen von zwei Iterationsschritten dargestellt. Die ursprüngliche Länge des Strahlers von 2a von 3/4 λ kann somit auf ca. λ/2 verkürzt werden.
Eine weitere Reduzierung der Größe der Antenne könnte durch deren Aufdrucken auf Substratmaterial erzielt werden. Solche gedruckten Antennen können insbesondere für Wireless Local Area Network, WLAN-Access Points, also für Feststationen, aufgrund ihres deutlich höheren Gewinns gegenüber einer konventionellen Antenne angewendet werden.
Die nachfolgende Tabelle zeigt beispielhaft die Verschiebung der Resonanzfrequenz zu tieferen Frequenzen für die fraktale Ordnung von 0 bis 2 nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Dies entspricht somit einer Längenreduzierung um ca. 25 %. Der Antennengewinn bleibt nahezu unverändert. Die Simulation wurde an einem formoptimierten Monopol über leitender Ebene durchgeführt. Zum Vergleich: Der Gewinn des Viertelwellenmonopols beträgt bei den vorliegenden Parametern 5,14 dBi.
Die Anwendung des vorgeschlagenen Prinzips der fraktalen Antenne nach deren Segmentierung in unterschiedlich lange Geradenstücke ermöglicht eine deutliche Reduzierung der Größe der Landstorferschen Antenne, die als Einzelstrahler ein hervorragendes Gewinn-zu-Größe-Verhältnis hat. Dabei bleibt die grundsätzliche Grobstruktur der Antenne von 2a erhalten. In ihrer Feinstruktur hat die Antenne gemäß dem vorge schlagenen Prinzip jedoch eine fraktale Struktur, wie in 2b dargestellt.
3 zeigt eine Antenne 61 nach 2b in einem Mobilfunkgerät 60. Die Antenne 61 ist an einen Sende- und Empfangsblock 62 angeschlossen. Dabei dient die Antenne 61 sowohl als Sende- wie auch als Empfangsantenne.
4a bis 4d zeigen beispielhaft in vier Schritten die Erzeugung einer Antenne mit fraktaler Struktur nach dem vorgeschlagenen Prinzip anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels. Dabei wird von einer zweiarmigen Spiralantenne ausgegangen.
Die ursprüngliche, zweiarmige Spiralantenne 70, 71 mit gekrümmter, im wesentlichen linienförmiger Struktur ist in 4a gezeigt. Die Spiralantenne 70, 71 hat eine normierte Resonanzfrequenz von 1.
4b zeigt eine Segmentierung der gekrümmten Antenne von 4a in je 8 unterschiedlich lange Geradenstücke 72 bis 79 und 80 bis 87 pro Antennenarm. Die Geradenstücke 72 bis 79 und 80 bis 87 sind miteinander zur Bildung einer im wesentlichen linienförmigen Struktur verbunden und jeweils in einem Winkel zueinander angeordnet. Somit ist eine nicht äquidistante Teilung der gekrümmten Antenne bewirkt. Die Antennenstruktur gemäß 4b kann zugleich als fraktale Struktur der Ordnung 0 interpretiert werden. Dies ist mit der Bezeichnung K0 angedeutet. Die Antennenstruktur gemäß 4b hat eine normierte Resonanzfrequenz von 1,04.
4c zeigt die Struktur von 4b, jedoch nach Anwendung eines ersten Iterationsschrittes zur Bildung einer frak talen Struktur. Die Struktur nach dem ersten Iterationsschritt, also ein Fraktal erster Ordnung, ist daher mit dem Zeichen K1 versehen. Die Anwendung der Iterationsvorschrift erfolgt dabei für die Teilstücke 72 bis 87 getrennt voneinander.
Vorliegend erfolgen die Iterationsschritte zur Erzeugung der fraktalen Struktur nach der Vorschrift von Koch. Dabei handelt es sich um eine Menge von vier affinen Abbildungen. Diese affinen Abbildungen sind Ähnlichkeitsabbildungen. Nach der ersten Iteration der fraktalen Konstruktion der Antenne K1 gemäß Koch ergibt sich die in 4c gezeigte Antenne mit fraktaler Struktur. Die Teilstrukturen sind dadurch erzeugt, dass die 16 Teilstücke 72 bis 87 von 4b, jeweils getrennt voneinander, nach dem Koch-Prinzip einer affinen Abbildung unterzogen werden. Somit wird jede Teilstruktur 72 bis 87 nunmehr in je eine Struktur mit vier Segmenten zerlegt. Die vier Segmente der Teilstrukturen sind jeweils Geraden, die in einem nachfolgenden Iterationsschritt jeweils wiederum als Grundlage für die Anwendung des Koch-Prinzips dienen.
4d zeigt die Antennenstruktur, die aus 4c durch Anwendung eines weiteren Iterationsschritts nach Koch gewonnen wird. Die Struktur gemäß 4d, die einem durch eine zweite Iteration gebildeten Fraktal 2. Ordnung entspricht, ist mit K2 bezeichnet.
Während die Antennenstruktur 1. Ordnung gemäß 4c eine Resonanzfrequenz von 0,92 hat, beträgt die Resonanzfrequenz der Antennenstruktur 2. Ordnung gemäß 4d circa 0,79.
Selbstverständlich können weitere Iterationsschritte nach dem beschriebenen Prinzip durchgeführt werden. Dabei nimmt, bei praktisch gleich bleibenden Abmessungen, die Resonanzfrequenz immer weiter ab.
Man erkennt, dass wie vorgeschlagen die Aufteilung der Antenne 70, 71 nicht äquidistant erfolgt ist. Vielmehr ist eine gekrümmte, spiralförmige Struktur durch unterschiedlich lange Einzelsegmente 72 bis 87 angenähert.
Gekrümmte Strukturen können, wie vorliegend durchgeführt, durch abschnittsweise Approximation gerader Teilstücke mit ausreichender Genauigkeit nachgebildet werden. Beliebig gekrümmte Antennenstrukturen können deshalb auch aus einer Vielzahl unterschiedlich langer gerade Einzelsegmente nachgebildet sein. Die Generierung der fraktalen Struktur erfolgt für jeden Teilabschnitt getrennt nach der Vorschrift von Koch. Hierdurch wird eine optimale fraktale Aufteilung erreicht.
Es wird deutlich, dass bei der fraktalen Antenne 2. Ordnung K2 von 4d eine deutliche Vergrößerung der Länge gegenüber der Struktur 0. Ordnung von 4b sowie gegenüber der ursprünglichen Spiralantenne von 4a bei praktisch gleichen Abmessungen der Antenne erzielt ist. Zudem ist aufgrund der unterschiedlich langen Segmente eine gute Diskretisierung gekrümmter Strukturen möglich, so dass mit Vorteil zusätzlich zur Längenreduzierung eine signifikante Verbesserung des Antennenwirkungsgrads erzielt ist. Bei der fraktalen Struktur gemäß 4d bleibt die grundsätzliche Grobstruktur der Antenne von 4a erhalten, in ihrer Feinstruktur weist sie jedoch die Struktur einer fraktalen Antenne auf.
Somit können die Forderungen nach hohem Antennengewinn einerseits und kleinen Abmessungen im Vergleich zur Wellenlänge andererseits beide von vorgeschlagener Antenne erfüllt werden.
Selbstverständlich können gemäß dem in 4a bis 4d gezeigten Prinzip auch beliebig feinere Segmentierungen mit anschließender Anwendung einer fraktalen Iterationsvorschrift auf jedes Segment vorgenommen werden. Dadurch wird die Annäherung gekrümmter Strukturen durch eine Diskretisierung weiter verfeinert.
Ebenso können im Rahmen des vorgeschlagenen Prinzips anstelle im wesentlichen linienförmiger, gekrümmter Antennen auch Antennenstrukturen mit gekrümmten Ebenen oder mehrdimensionale Antennenstrukturen durch Zerlegen in unterschiedlich lange oder unterschiedlich große Segmente diskretisiert werden. Anschließend kann für jedes dieser Segmente die gewünschte Anzahl von Iterationsschritten gemäß einer fraktalen Vorschrift durchgeführt werden.
Selbstverständlich sind auch andere iterative Vorschriften zur Erzeugung selbstähnlicher Strukturen anstelle der Koch-Vorschrift bei vorliegendem Prinzip mit Vorteil anwendbar.
Es ist stets zu berücksichtigen, dass bei mehr als vier Iterationsschritten aufgrund der dann dünner werdenden fraktalen Struktur auch die Leitungsverluste zunehmen.

10: Grundstruktur
11: Teilstruktur
12: Teilstruktur
21: Teilstruktur
22: Teilstruktur
31: Teilstruktur
32: Teilstruktur
41: Teilstruktur
42: Teilstruktur
50: Fraktale Struktur
60: Mobilfunkgerät
61: Antenne
62: Sende- und Empfangsblock
70: Spiralantennenarm
71: Spiralantennenarm
72: Teilstruktur
73: Teilstruktur
74: Teilstruktur
75: Teilstruktur
76: Teilstruktur
77: Teilstruktur
78: Teilstruktur
79: Teilstruktur
80: Teilstruktur
81: Teilstruktur
82: Teilstruktur
83: Teilstruktur
84: Teilstruktur
85: Teilstruktur
86: Teilstruktur
87: Teilstruktur
K0: Fraktal 0. Ordnung
K1: Fraktal 1. Ordnung
K2: Fraktal 2. Ordnung
K3: Fraktal 3. Ordnung
α: Winkel

Claims

Antenne mit einer fraktalen Struktur, bei der die fraktale Struktur mindestens zwei fraktale Teilstrukturen (41, 42) umfasst, die miteinander verbunden sind, und bei der die fraktale Struktur bezüglich der mindestens zwei fraktalen Teilstrukturen (41, 42) eine nicht äquidistante Teilung aufweist und bei der die Antenne gekrümmt ist, wobei die Krümmung dadurch angenährt ist, dass die fraktalen Teilstrukturen (41, 42) zueinander in einem von 180 Grad verschiedenen Winkel (α) angeordnet sind.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne eine im wesentlichen linienförmige Ausdehnung hat.
Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fraktalen Teilstrukturen (41, 42) unterschiedlich lang sind.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne eine Landstorfer-Struktur (50) hat, die durch mehrere, miteinander verbundene Geradenstücke angenährt ist, bei der die Geradenstücke jeweils als fraktale Teilstrukturen ausgebildet sind.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die fraktalen Teilstrukturen (41, 42) je eine Koch-Struktur haben.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fraktalen Teilstrukturen jeweils eine im wesentlichen flächenhafte Ausdehnung haben.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fraktalen Teilstrukturen jeweils eine im wesentlichen räumliche Ausdehnung haben.
Antenne nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die fraktalen Teilstrukturen (41, 42) unterschiedlich groß sind.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die fraktalen Teilstrukturen (41, 42) von gleicher fraktaler Ordnung (K3) sind.
Antenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die fraktale Ordnung 1, 2, 3, 4 oder 5 beträgt.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne ein Monopol oder Dipol ist.
Verwendung einer Antenne (61) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Mobilfunkgerät (60).