-
Die
Erfindung betrifft eine Antennenanordnung, umfassend eine erste
Antenne für
einen ersten Frequenzbereich, insbesondere für einen GSM-Frequenzbereich,
und mindestens eine für
einen zweiten Frequenzbereich bestimmte zweite Antenne, insbesondere
für ein
WLAN-Band.
-
Der
Bedarf an Antennenanordnungen, die für unterschiedliche Frequenzbereiche
geeignet sind, ist in den letzten Jahren stetig gestiegen. Beispielsweise
werden derzeit PC-Karten mit einer Funkverbindung angeboten, die
eine Datenübertragung
vom Laptop zu einem GSM-Netz (GSM 900/GSM 1800/GSM 1900) oder zu
einem lokalen WLAN-Netz ermöglichen.
Diese Kombinationskarten stellen technologisch eine besondere Herausforderung
dar, da die Antennen in der Lage sein müssen, sowohl für das eine
als auch für
das andere Frequenzband angepasst zu sein. Neben der grundsätzlichen
Schwierigkeit, eine Mehrbandantenne zu konzipieren, die für verschiedene
Frequenzbereiche geeignet ist, besteht in vielen Fällen das
weitere Problem, dass die Antenne aufgrund baulicher Gegebenheiten
der Sende- und/oder Empfangseinheit in ihrer Abstrahlcharakteristik
beeinträchtigt
wird. Beispielsweise wird die Antenne einer Funk-PC-Karte, die in
einen PCMCIA-Slot eines Computers wie z.B. eines Laptops eingesteckt
werden muss, im Betrieb teilweise durch das metallische Gehäuse des
Computers bzw. der PC-Karte
elektromagnetisch abschirmt; um einen guten Empfang zu gewährleisten,
muss die Antenne im Betrieb weit genug aus dem PCMCIA-Slot bzw aus dem
Computer herausragen. Sowohl das Gehäuse des Computers als auch
das Gehäuse
der PC-Karte schirmen die von der Antenne abzugebende bzw. aufzunehmende
Strahlung erheblich ab. Bekannte PC-Karten besitzen aus diesem Grund
einen Ausleger, auf dem die Antenne montiert ist, der aus dem Gehäuse der
PC-Karte bzw. des Laptops herausragt. Damit ein derartiger Ausleger
den Nutzer in seiner Mobilität
nicht einschränkt,
sind Ausleger mit Antennenkonstruktionen bekannt, die aus dem Standard-PCMCIA-Gehäuse ausgeklappt
werden können,
wenn die Antenne verwendet werden soll und die für den Transport innerhalb der
PCMCIA-Karte arretiert und somit geschützt werden. Die Antenne wird
hierbei im Wesentlichen mit Hilfe eines in der PC-Karte liegenden
Schlitten heraus bzw. hinein geschoben.
-
Ein
weiteres Problem besteht darin, dass für die erwähnten Anwendungsfälle ein
besonders geringer Raumbedarf gefordert ist. Typischerweise stehen für die Antennenanordnung
ca. 1,5 cm2 für eine Dualmode Struktur für die Bänder GSM
900/GSM 1800/GSM 1900 über
einen ersten und für
das WLAN-Band über
einen zweiten Anschluss zur Verfügung.
Bei einer Eingangsimpedanz von 50 Ohm müssen möglichst hohe Wirkungsgrade
der Teilstrahler erzielt werden.
-
DE 103 11 040 A1 offenbart
eine Mehrbandantenne mit einem Frequenzfilter zur Anpassung der Bandbreite
sowie mit einer Induktivität
zum Verstimmen der Rezonanzfrequenz einer Antenne.
WO 2004/001898 A1 offenbart
eine Antennenanordnung mit zwei durch einen Schlitz beabstandeten
Antennen.
-
Es
ist somit Aufgabe einer Antennenanordnung bzw. eine Sende- und/oder
Empfangseinheit anzugeben, die für
mindestens zwei Frequenzbereiche geeignet ist, möglichst klein konzipierbar
ist und besonders gute Sende- und Empfangseigenschaften besitzt.
-
Ein
Schritt in Richtung zur erfindungsgemäßen Lösung war, zu erkennen, dass
die aufgrund der restriktiven Flächenvorgabe
unmittelbar benachbarten Teilstrahler stark miteinander elektromagnetisch koppeln,
wodurch einerseits Strahlungsenergie von der einen Antenne in die
HF-Schaltung der anderen Antenne übertragen wird, andererseits
ein großer
Teil der von der einen Antenne abgestrahlten Leistung direkt in
Wärme dissipiert.
Neben den Energieverlusten, die insbesondere bei mobilen Anwendungen grundsätzlich unerwünscht sind,
werden auch die die Sende- und Empfangseigenschaften der Mehrbandantenne
beeinträchtigt.
-
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die erfindungsgemäße Antennenanordnung
und die erfindungsgemäße Sende-
und/oder Empfangseinheit wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen, die jeweils einzeln angewandt
oder beliebig miteinander kombiniert werden können, sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Die
erfindungsgemäße Antennenanordnung umfasst
eine erste Antenne für
einen ersten Frequenzbereich, insbesondere für einen GSM-Frequenzbereich,
und mindestens eine für
einen zweiten Frequenzbereich bestimmte zweite Antenne, insbesondere
für ein
WLAN-Band, wobei die Länge
der zweiten Antenne kompatibel mit dem ersten Frequenzbereich ist,
wobei die zweite Antenne einen Frequenzfilter aufweist.
-
Eine
derartige Antennenanordnung ist eine Mehrbandantenne für mindestens
zwei Frequenzbereiche. Der erste Frequenzbereich ist beispielsweise ein
GSM 900-Band, i.e.
880–960
MHz, ein GSM 1800 und/oder GSM 1900-Band, d.h. 1710–1990 MHz, und
der zweite Frequenzbereich umfasst beispielsweise Frequenzen des
WLAN-Bandes, d.h. 2,4 GHz bis 2,48 GHz. mit Mittenfrequenz 2,44
GHz.
-
Eine
hohe Sende- und Empfangseffizienz wird erreicht, wenn die Länge einer
Antenne kompatibel mit dem für
sie bestimmten Frequenzband ist. Bei einem lang ausgestreckten Draht
heißt
eine Länge
kompatibel, wenn sie im Betrieb des Strahlers als Viertelwellenlängenstrahler
ungefähr
ein Viertel der von ihm abgestrahlten Lichtwellenlänge oder
im Betrieb als Halbwellenlängenstrahler
die Hälfte
der von ihm abgestrahlten Lichtwellenlänge beträgt. Die Länge der Antenne ist kompatibel
mit einer Frequenz, wenn sich die Antenne bei dieser Länge und
Frequenz in Resonanz befindet, d.h. bei dieser Frequenz ein Maximum
in der Absorptions- bzw.
Transmissionskurve der Antenne vorliegt. Im Resonanzfall ist die
Ankopplung zwischen der Antenne und dem freien Raum besonders effizient,
und es kann Leistung von der Antenne effizient abgestrahlt bzw.
aufgenommen werden. Bei nicht geradlinigen Strahlern, insbesondere
wenn die Strahler gefaltet, gewickelt oder mäanderförmig ausgebildet sind oder
zusätzliche Verdickungen,
Aussparungen, angekoppelte parasitäre Strahlerelemente oder weitere
Strahlerarme aufweisen, entspricht die Länge der Antenne nicht mehr einem
einfachen Bruchteil der Wellenlange der Resonanzfrequenz, d.h. entspricht
nicht mehr der Hälfte, des
Viertels, des Dreiachtels der Wellenlange (je nach Betriebsmodus
der Antenne) der Frequenz, bei der ein Maximum in der Absorptions-
bzw. Transmissionskurve der Antenne erreicht wird: Aufgrund der durch
die von der gradlinigen Form abweichenden Strukturen verursachten
Induktivitäten
bzw. Kapazitäten
an der Antenne wird das Schwingungs- bzw. Resonanzverhalten der
Antenne maßgeblich
beeinflusst. Zum Beispiel führt
eine Stauchung einer Antenne durch eine mäanderförmige Antennenstruktur tendenziell
zu einer Verschiebung der Resonanzkurve zu tieferen Frequenzen.
-
Unter
Länge der
Antenne, ist die Länge
zu verstehen, die man ihr unabhängig
von einem an ihr vorgesehenen Frequenzfilter zuordnen würde, insbesondere
unabhängig
von einem an ihr befindlichen schmalen Schlitz bzw. Spalt wie z.B.
einen Schlitz bzw. Spalt mit einer Breite in Längsrichtung der Antenne kleiner
als 1/20, vorzugsweise kleiner als 1/100, der Wellenlänge. Die
Länge der
Antenne entspricht somit der Gesamtlänge der Antenne, wenn die Maßnahme des
Frequenzfilters, insbesondere schmale Schlitze, weggedacht wird.
Ist die Länge
der zweiten Antenne kompatibel mit dem ersten Frequenzbereich, so
ist bei Abwesenheit eines Frequenzfilters die zweite Antenne resonant
mit dem ersten Frequenzbereich, d.h. es liegt eine besonders effektive
Kopplung vor.
-
Durch
das Merkmal, dass die zweite Antenne einen Frequenzfilter aufweist,
wird die Sende- bzw. Abstrahlcharakteristik der Antenne zusätzlich beeinflusst.
Insbesondere können
durch den Frequenzfilter Resonanzmaxima unterdrückt oder ver schoben werden.
Mit Hilfe des Frequenzfilters können
die Sende- und Empfangseigenschaften der Antennenanordnung positiv
beeinflusst werden.
-
Durch
den Frequenzfilter wird neben der Sende- und Empfangseigenschaft
der zweiten Antenne eine zusätzliche
HF-Funktionalität
in die Antenne integriert. Die eigentliche Hochfrequenzschaltung
befindet sich wie üblich
separat von der Antenne. Der Frequenzfilter kann insbesondere ein
passives Element sein. Er kann beispielsweise durch eine besondere
Leiterstruktur der zweiten Antenne gebildet werden.
-
Vorteilhafterweise
ist der Frequenzfilter geeignet, die elektromagnetische Kopplung
zwischen der zweiten Antenne und der ersten Antenne zu verringern,
insbesondere die von der ersten Antenne abgegebene und von der zweiten
Antenne aufgenommene Leistung um einen Faktor 2, vorzugsweise um einen
Faktor 10, besonders bevorzugt um einen Faktor 100, zu verringern.
Durch diese Maßnahme
wird ein HF-Modul der zweiten Antenne von einer von der ersten Antenne
abgegebenen und von der zweiten Antenne aufgenommenen Leistung geschützt. Darüber hinaus
wird die Abstrahleffizienz der ersten Antenne gesteigert, da nur
ein geringerer Teil der abgestrahlten Leistung von der zweiten Antenne
aufgenommen wird. Hierdurch wird der Anteil der von der ersten Antenne
abgestrahlten und gleich wieder von der zweiten Antenne aufgenommenen
und dissipierten Strahlung verringert. Damit wird einerseits ein Schaden
der HF-Endstufen der zweiten Antenne sowie eine unnötige Dissipation
von Energie vermieden.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Antennenanordnung umfasst
der Frequenzfilter wenigstens einen Schlitz, insbesondere einen
zweiseitig offenen, einseitig offenen und/oder geschlossenen Schlitz,
an der zweiten Antenne. Der Schlitz kann als Spalt ausgebildet sein.
Mit Hilfe des Schlitzes wird eine Fehlanpassung der zweiten Antenne
für den ersten
Frequenzbereich erzielt. Obwohl die Länge der zweiten Antenne kompatibel
mit dem ersten Frequenzbereich ist, so dass eine besonders gute
Kopplung zwischen dem ersten Frequenzbereich und der zweiten Antenne
zu erwarten wäre,
wird durch Einbringen des Frequenzfilters, der hier als Schlitz
bzw. Teilschlitz an einer bestimmten Stelle der zweiten Antenne
gegeben ist, die zweite Antenne in Bezug auf den ersten Frequenzbereich
fehlangepasst, weshalb sich auf der zweiten Antenne keine Resonanz
bei Frequenzen des ersten Frequenzbereiches ausbilden kann. Der
Schlitz bzw. Teilschlitz stellt somit eine Unterteilung der zweiten
Antenne dar, die inkompatibel mit dem ersten Frequenzbereich ist.
Hierdurch wird eine Kopplung zwischen der zweiten Antenne und der
ersten Antenne verringert. Vorteilhafterweise wird die Unterteilung
so gewählt,
dass die zweite Antenne kompatibel mit dem zweiten Frequenzbereich bleibt.
-
Unter
einem zweiseitig offenen Schlitz wird ein Schlitz verstanden, der
die Antenne in zwei separate, galvanisch nicht miteinander verbundene
Teilstrahler unterteilt. Bei einem einseitig offenen Strahler besteht
zwischen diesen Teilstrahlern noch eine galvanisch leitende Verbindung.
Bei einem geschlossenen Schlitz ist die Antenne nur im Inneren geschlitzt.
Vorteilhafterweise wird die Position des Schlitzes so gewählt, dass
die zweite Antenne für den
ersten Frequenzbereich fehlangepasst ist und für den zweiten Frequenzbereich
resonant ist.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung unterteilt der wenigstens
eine Schlitz die zweite Antenne in einen ersten Antennenteil und
einen an den ersten Antennenteil gekoppelten zweiten Antennenteil,
und der zweite Antennenteil ist resonant mit dem zweiten Frequenzbereich
jedoch nicht resonant mit dem ersten Frequenzbereich. Der zweite
Antennenteil ist zweckmäßiger Weise
als Halbwellenlangenstrahler für
den zweiten Frequenzbereich ausgebildet. Seine Länge ist inkompatibel mit dem ersten
Frequenzbereich.
-
Vorteilhafterweise
ist der erste Antennenteil nicht resonant mit dem zweiten Frequenzbereich. Hierdurch
wird eine Fehlanpassung des ersten Antennenteils für den zweiten
Frequenzbereich erzielt, woraus eine Leiterwirkung des ersten Antennenteils in
Bezug auf Frequenzen des zweiten Frequenzbereiches resultiert. Dieses
ist vorteilhaft, wenn mit dem ersten Antennenteil Distanzen überbrückt werden sollen,
damit die beim Senden bzw. Empfangen relevanten Abschnitte der zweiten
Antenne ungestört durch
benachbarte metallische Gegenstände
wie z.B. ein Gehäuse
des HF-Moduls oder ein Gehäuse eines
Laptops senden bzw. empfangen können.
Hierdurch kann erreicht werden, dass die Gesamtlänge der zweiten Antenne, insbesondere
eines WLAN-Strahlers, selbst bei hohen Frequenzen d.h. kleinen Wellenlängen hinreichend
groß ist,
so dass der strahlungswirksame Bereich der Antenne hinreichend weit
außen
d.h. hinreichend weit beabstandet von strahlungsabschirmenden Bauteilen
wie z.B. ein Computer- oder PC-Kartengehäuse liegt.
Hierdurch wird ein effizientes Senden und Empfangen auch in Verbindung
mit PCMCIA-Karte ermöglicht.
Durch die Verstimmung des ersten Antennenteils der zweiten Antenne
wird dem ersten Antennenteil eine verstärkte Leitungswirkung verliehen
und es wird seine Strahlungswirksamkeit reduziert.
-
Vorteilhafterweise
ist der erste Antennenteil ein aktiver Strahler und der zweite Antennenteil
ein parasitärer
Strahler. Ein aktiver Strahler zeichnet sich dadurch aus, dass er
einen Speisepunkt einhält, durch
den Energie aus einer HF-Schaltung auf die Antenne eingespeist werden
kann. Parasitäre
Strahler werden nicht durch eine galvanische Kontaktierung angekoppelt,
sondern nur über
elektromagnetische Feldkopplung.
-
Durch
besondere Ausgestaltungen des wenigstens einen Schlitzes können die
Impedanz und die Gesamteffizienz der zweiten Antenne eingestellt werden.
Beispielsweise führt
eine Vergrößerung der Schlitzbreite
zu einer Reduzierung der von dem ersten Antennenteil auf den zweiten
Antennenteil eingekoppelten Lei tung. Eine Reduzierung der Spaltbreite hingegen
führt zu
einer festeren Kopplung, die bei verschwindender Spaltbreite einer
galvanischen Bindung gleicht. Eine Verlängerung des Schlitzes, z.B. durch
ein zumindest teilweises paralleles oder schräges Führen des Schlitzes relativ
zur Längsseite
der zweiten Antenne wird eine Kopplung intensiviert.
-
Vorteilhafterweise
weist der mindestens eine Schlitz Knicke oder Krümmungen auf und/oder verläuft lokal
zumindest teilweise parallel oder schräg zur zweiten Antenne. Wird
ein Schlitz durch Knicke oder Krümmungen
oder lokal zumindest teilweise paralleles oder schräges Anordnen
in seiner Gesamtlänge
verlängert,
kann bei konstant gehaltener Kopplungsstärke die Schlitzbreite vergrößert werden. Hierdurch
können
Schlitzbreiten realisiert werden, die fertigungstechnisch einfach
zu erreichen sind, so dass eine präzise Vorgabe der Kopplungsstärke selbst
bei mäßigen Fertigungstoleranzen
erzielbar sind. Hierdurch werden Fertigungskosten verringert.
-
Neben
dem Vorsehen eines Schlitzes an einer bestimmten Stelle der zweiten
Antenne als Maßnahme
zur Vorgabe eines Frequenzfilters ist es möglich, eine Frequenzselektivität mit Hilfe
einer an der bzw. in unmittelbarer Nähe der zweiten Antenne angeordneten
dielektischen Struktur zu erzeugen. Vorteilhafterweise umfasst der
Frequenzfilter eine an der bzw. in unmittelbarer Nähe der zweiten
Antenne angeordnete dielektische Struktur. Die Frequenzselektivität wird hierbei
nicht durch eine Veränderung
der Länge
eines Strahlers oder durch eine elektrische Unterteilung des Strahlers
bewirkt, sondern durch Vorgabe eines räumlich inhomogenen Profils
der relativen Dielektrizitätszahl
und/oder durch eine frequenzabhängige
relative Dielektrizitätszahl
erreicht. Hierbei kann einerseits ausgenützt werden, dass bestimmte
Materialien frequenzabhängige
dielektrische Eigenschaften haben, die dann unterschiedliche effektive
Längen
der zweiten Antenne für
die jeweiligen Frequenzbereiche implizieren. Andererseits kann durch Vorgabe
einer dielektrischen Struktur auf der Antenne ein resonanzfähiges System
erzeugt werden, welches resonant mit Frequenzen des zweiten Frequenzbereiches
und nicht resonant mit Frequenzen des ersten Frequenzbereiches sind.
In diesem Fall kann beispielsweise die sich in unmittelbarer Nähe der dielektrischen
Struktur auf der zweiten Antenne ausbildende Schwingung zwar kompatibel
mit dem zweiten Frequenzbereich sein, aber inkompatibel mit dem
ersten Frequenzbereich, so dass wiederum eine Fehlanpassung für Frequenzen
des ersten Frequenzbereiches erzielt wird, wodurch eine Kopplung
zwischen der ersten und der zweiten Antenne verringert wird. Das
Aufbringen einer dielektrischen Struktur auf einen Teil der zweiten
Antenne entspricht einer Induzierung eines Hohlraumresonators für diesen
Bereich, der bei geeigneten Abmaßen kompatibel mit dem zweiten
Frequenzbereich, aber inkompatibel mit dem ersten Frequenzbereich
ist.
-
Neben
der Maßnahme
einer elektrischen Unterteilung der zweiten Antenne, der Maßnahme einer
Anordnung einer dielektrischen Struktur mit einem räumlich veränderlichen
Dielektrizitätsprofil und/oder
eines frequenzselektiven Dielektrizitätsprofils kann ein Frequenzfilter
auch durch eine an der bzw. in unmittelbarer Nähe der zweiten Antenne angeordnete
frequenzselektiv absorbierende Struktur gebildet werden. Zweckmäßigerweise
umfasst der Frequenzfilter somit eine an der bzw. in unmittelbarer Nähe der zweiten
Antenne angeordnete frequenzselektiv absorbierende Struktur. Die
Frequenz selektiv absorbierende Struktur stellt sicher, dass eine
von der ersten Antenne abgestrahlte und von der zweiten Antenne
aufgenommene Energie an der bzw. in unmittelbarer Nähe der zweiten
Antenne absorbiert wird und somit nicht in die HF-Endstufe der zweiten
Antenne gelangt, wodurch die Gefahr einer Beschädigung dieser HF-Endstufe verringert
wird.
-
Vorteilhafterweise
ist die zweite Antenne von der ersten Antenne beabstandet angeordnet.
Hierdurch wird sicher gestellt, dass die erste Antenne von der zweiten
Antenne elektrisch unabhängig
ist. Grundsätzlich
ist es jedoch aber auch möglich, die beiden
Antennen miteinander galvanisch zu kontaktieren: Die Funktionalität des Frequenzfilters
zur Unterdrückung
einer Kopplung zwischen der ersten Antenne und der zweiten Antenne
bleibt dem Sinn erhalten, dass eine auf der ersten Antenne befindliche Schwingung
sich nicht auf der zweiten Antenne ausbilden kann. Somit kann das
Konzept einer zusätzlichen
HF-Funktionalität
der Antenne durch einen Frequenzfilter sowohl für separate Antennen als auch
für komplexe
Patch-Antennen wie beispielsweise F-Antennen angewandt werden. Dieses
kann insbesondere dann von Bedeutung sein, wenn mit Hilfe von integralen
Patch- Antennen wohldefinierte Polarisationsrichtungen bei den unterschiedlichen
Frequenzen vorgegeben werden sollen, deren Eigenschaften nicht durch
die jeweils andere Antenne beeinträchtigt werden sollen.
-
Vorteilhafterweise
trifft für
eine Antennenanordnung mindestens eines der folgenden Merkmale (a1)
bis (a3) zu: (a1) die Antennen, insbesondere die erste und die zweite
Antenne, sind nah beieinander, insbesondere näher als ein Viertel, vorzugsweise
näher als
ein Achtel, besonderes bevorzugt näher als ein Sechszehntel der
mittleren Wellenlänge
des ersten Frequenzbandes, beabstandet; (a2) die Antennen, insbesondere
die erste und die zweite Antenne, sind galvanisch miteinander verbunden;
(a3) wenigstens eine der Antennen, insbesondere die erste und die
zweite Antenne, ist gefaltet oder mäanderförmig.
-
Durch
die Maßnahmen
der Merkmale (a1) und (a3) wird ein besonders kompakter Aufbau der Antennenanordnung
ermöglicht,
der jedoch besondere Herausforderungen an die genannten Probleme des Übersprechens
bzw. von Ankopplungen zwischen den Antennen stellt. Eine Miniaturisierung
der Antennenanordnung ist jedoch in der beschriebenen Weise möglich.
-
Vorteilhafterweise
umfasst die Antennenanordnung weiterhin eine für einen dritten Frequenzbereich
bestimmte dritte Antenne, die einen zweiten Frequenzfilter umfasst.
Der zweite Frequenzfilter ist in analoger Weise wie der zuvor genannten
Frequenzfilter in Bezugs auf den ersten und/oder den zweiten Frequenzbereich
für den
dritten Frequenzbereich angepasst und erzeugt eine Fehlanpassung
für mindestens
einen der anderen beiden Frequenzbereiche. Ein dritter Frequenzbereich
ist vorteilhaft, um drei Frequenzbereiche mit derselben Antennenanordnung
nutzen zu können.
Selbstverständlich
können
auch noch mehr als drei Antennen verwendet werden mit möglicherweise
mehr als drei Frequenzfiltern. Die Strukturen dieser zusätzlichen
Frequenzfilter ähneln
der Struktur des oben beschriebenen Frequenzfilters.
-
Vorteilhafterweise
ist der erste und der zweite Frequenzbereich verschieden, insbesondere
der erste Frequenzbereich niedriger als der zweite Frequenzbereich.
Beispielsweise wird der erste Frequenzbereich durch ein GSM 900-Band
und/oder ein GSM 1800/1900-Band gegeben und der zweite Frequenzbereich
durch ein WLAN-Band.
-
Die
erste Antenne ist vorteilhafterweise ein Viertelwellenlängenstrahler
und kann einen Speisepunkt und/oder einen Massepunkt halten. Sie
kann als Monopolantenne ausgebildet sein. Viertelwellenlängenstrahler
haben den Vorteil, eine hohe Abstrahleffizienz bei geringen räumlichen
Abmaßen
zu besitzen. Vorteilhafterweise weist die Antennenanordnung mindestens
zwei Speisepunkte auf, wobei vorzugsweise jede Antenne einen eignen
Speisepunkt hat. Hierdurch können
beide Antennen separat aktiv angesteuert werden, welches den Vorteil
einer elektrischen Entkopplung der beiden Antennen bewirkt, so dass
die jeweiligen HF-Endstufen
unabhängig voneinander
arbeiten können.
-
In
einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Anordnung auf
einem biegsamen Träger angeordnet.
Die Antennenanordnung ist somit eine flexibele, die ihr eine Vielzahl
von Anwendungsmöglichkeiten
eröffnet.
Beispielsweise kann eine derartige Antennenanordnung auf einfache
Weise in Verbindung mit ausklappbaren Antennen verwendet werden.
-
Die
erfindungsgemäße Sende-
und/oder Empfangseinheit, insbesondere eine PC-Karte für Funkverbindungen, weist ein
Gehäuse
auf, aus dem die erfindungsgemäße Antennenanordnung
hervorsteht. Die vorteilhaften Sende- und Empfangseigenschaften
der Antennenanordnung übertragen
sich somit auf besonders vorteilhafte Sende- und Empfangseigenschaften
der Sende- und/oder Empfangseinheit. Insbesondere können HF-Endverstärker kleiner
dimensioniert werden bzw. Maßnahmen
zum Schutz der HF-Endstufen einfacher und damit preisgünstiger
erfolgen.
-
Vorteilhafterweise
ist bei der Sende- und/oder Empfangseinheit die Antennenanordnung aus
dem Gehäuse
der Send- und/oder Empfangseinheit herausziehbar oder ausklappbar.
Dieses ist insbesondere für
die Verwendung der Einheit im mobilen Bereich vorteilhaft, wo hervorstehende
Antennen als lästig
empfunden werden oder ungeeignet sind.
-
Mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Antennenanordnung
und der erfindungsgemäßen Sende- und/oder
Empfangseinheit gelingt es, kompakte, effiziente Teilstrahler für zwei unterschiedliche
Frequenzbereiche, insbesondere für
GSM und WLAN-Bänder, mit
einer vergleichsweise geringen Verkopplung zu konzipieren, ohne
dass der mechanische Aufwand bzw. die Herstellungskosten erhöht werden
müssen.
Hierdurch wird eine Realisierung einer vergleichsweise leistungsfähigen und
kostengünstigen
Antenne für
PC-Karten erzielt.
-
Weitere
Vorteile und besondere Ausgestaltungen werden anhand der folgenden
Zeichnung dargestellt. Hierbei soll die Zeichnung den Geist der
Erfindung nicht einschränken,
sondern lediglich den Kern der Erfindung exemplarisch illustrieren.
-
Es
zeigen schematisch:
-
1 eine
erfindungsgemäße Antennenanordnung
mit einem beidseitig offenen Schlitz;
-
2 eine
weitere erfindungsgemäße Antennenanordnung
mit zwei einseitig offenen Schlitzen;
-
3 eine
erfindungsgemäße Antennenanordnung
mit einer Frequenz selektiv absorbierenden Struktur als Frequenzfilter;
-
4 eine
erfindungsgemäße Antennenanordnung
mit einer dielektrischen Struktur als Frequenzfilter;
-
5 eine
erfindungsgemäße Sende- und/oder
Empfangseinheit mit einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung;
-
6a–6d zeigen
unterschiedliche Ausgestaltungen von Schlitzen eines Frequenzfilters; und
-
7 eine
erfindungsgemäße Antennenanordnung
mit drei Antennen und einer Frequenz selektiv absorbierenden Struktur
als Frequenzfilter.
-
1 zeigt
eine erfindungsgemäße Antennenanordnung 14 mit
einem beidseitig offenen Schlitz 7 als Frequenzfilter 6,
der die zweite Antenne 2 in einen ersten Antennenteil 4 und
einen zweiten Antennenteil 5 unterteilt. Der erste Antennenteil 4 wird
mit Hilfe eines Speisepunktes 8' als aktiver Strahler in Form eines
Mono polstrahlers ausgestattet, der mit dem zweiten Antennenteil 5 über den Schlitz 7 verkoppelt
ist. Der zweite Antennenteil 5 ist als parasitärer Strahler
ausgestattet. Die zweite Antenne 2 ist mäanderförmig ausgebildet
und dient zum Senden und Empfangen von Frequenzen im WLAN-Band.
Die Länge
der zweiten Antenne, d.h. die Summe der Längen des ersten Antennenteils
und des zweiten Antennenteils (Länge
der zweiten Antenne ohne den Schlitz 7) ist kompatibel
mit dem Frequenzbereich der ersten Antenne 1. Die erste
Antenne ist für
die Frequenzbänder
GSM 900 und GSM 1800 bzw. 1900 konzipiert und wird über einen
Speisepunkt 8 gespeist. Die erste Antenne 1 ist
mäanderförmig und
umfasst einen längeren
Teilstrahler 20 und einen kürzeren Teilstrahler 21.
Der längere
Teilstrahler 20 ist für
das GSM 900-Band bestimmt. In Bezug auf das GSM 900-Band ist die
erste Antenne 1 mit dem längeren Teilstrahler 20 ein
Viertelwellenlängenstrahler.
Der kürzere
Teilstrahler 21 dient mit seiner Verkoppelung mit dem längeren Teilstrahler 20 zur
Verstimmung der Resonanzfrequenzen der Oberwellen auf dem längeren Strahler 20.
Hierdurch wird ein Ausbilden einer Dreiviertelwellenlängenresonanz ermöglicht,
die für
ein GSM 1800 bzw. GSM 1900-Band geeignet ist. Eine Entkopplung der
ersten Antenne 1 von der zweiten Antenne 2 wird
durch die gezeigte Positionierung des Schlitzes 7 bewirkt,
die den zweiten Antennenteil 5 der zweiten Antenne 2 zu einem
parasitären
Halbwellenstrahler macht, der in Bezug auf die GSM-Bänder fehlangepasst
ist. Die Länge
des ersten Antennenteils 4 der zweiten Antenne 2 ist
etwas verstimmt in Bezug auf den zweiten Frequenzbereich, um seine
Eigenschaft als strahlende Antennenkomponente zugunsten der Eigenschaft eines
eher abstrahlungsfreien elektrischen Leiter zu beeinflussen. Hierdurch
wird der zweite Antennenteil 5 zur im wesentlichen alleinig
resonanten Struktur, die eine Abstrahlung in den Raum bewirkt. Hierdurch wird
ermöglicht,
dass der für
das Senden und Empfangen relevante Bereich der Antenne vergleichsweise
weit von dem Speisepunkt entfernt liegt, welches vorteilhaft ist,
wenn die Antennenanordnung in Verbindung mit in unmittelbarer Nähe befindlichen
elektrisch leitenden Komponenten wie z.B. ein Gehäuse einer
PC-Karte verwendet werden soll (s. 5). Hierdurch
wird sicher gestellt, dass die strahlungstechnisch relevanten Bereiche
möglichst
weit über das
Gehäuse
nach Außen
hervorstehen. Sowohl die erste 1 als auch die zweite 2 Antenne
sind als Monopolantennen ausgebildet.
-
2 zeigt
eine erfindungsgemäße Antennenanordnung,
wobei die zweite Antenne 2 nicht durch einen beidseitig
offenen, sondern lediglich durch einseitig offene Schlitze 7' unterteilt
ist. Es besteht eine galvanische Verbindung zwischen dem ersten
Antennenteil 4 und dem zweiten Antennenteil 5 der
zweiten Antenne 2. Durch das Einbringen der Schlitze 7' wird an der
zweiten Antenne 2 eine Reflektivität geschaffen, die zwar kompatibel
mit dem zweiten Frequenzbereich aber inkompatibel mit dem ersten
Frequenzbereich ist, wodurch eine Frequenzselektivität erzielt
wird. Der zweite Antennenteil 5 ist somit vergleichsweise
fest an den ersten Antennenteil 4 gekoppelt, stellt jedoch
in Bezug auf den Frequenzbereich der ersten Antenne 1 einen
Resonator dar, der an der Stelle des Schlitzes 7' einen Schwingungsknoten
vorsieht. Die Lage dieses Schwingungsknotens ist mit einer Frequenz
des ersten Frequenzbandes inkompatibel, weshalb die Verkopplung
zwischen den beiden Antennen 1, 2 reduziert wird.
Die erste Antenne 1 wird über den Speisepunkt 8' und die zweite
Antenne 2 über
den Speisepunkt 8 gespeist. Die beiden Antennen weisen
jeweils einen Massepunkt 9, 9' auf, um hierdurch eine geeignete Impedanzanpassung
der Antennen 1, 2 zu erzielen, insbesondere um
einen 50 Ohm Anschluss zu gewährleisten.
-
Die
erfindungsgemäße Antennenanordnung nach 3 weist
eine Frequenz selektiv absorbierende Struktur 11 auf, die
unmittelbar unter der zweiten Antenne 2 liegt. Eine Verkopplung
der ersten Antenne 1 mit der zweiten Antenne 2 ist
prinzipiell zwar möglich,
jedoch wird die auf der zweiten Antenne 2 auszubildende
Schwingung durch die Frequenz selektiv absorbierende Struktur stark
gedämpft,
so dass eine über
den Speisepunkt 8' mit
der zweiten Antenne 2 verbundene HF- Schaltung (nicht dargestellt) vor der
eingekoppelten Strahlung geschützt
wird. Als frequenzselektiv absorbierende Strukturen kommen Materialien
insbesondere in Frage, die bei Frequenzen des zweiten Frequenzbandes
im Wesentlichen absorptionsfrei sind und bei Frequenzen des ersten Frequenzbandes
stark absorbieren.
-
Die
erfindungsgemäße Antennenanordnung nach 4 umfasst
eine dielektrische Struktur 10, die unmittelbar auf der
zweiten Antenne 2 angeordnet ist. Beispielsweise wird die
dielektrische Struktur als Platte auf die zweite Antenne aufgeklebt.
Das daraus resultierende räumlich
inhomogen Profil der relativen Dielektrizitätszahl impliziert eine bevorzugte Ausbildung
von Schwingungsmoden auf der zweiten Antenne 2, die mit
der räumlich
inhomogenen Struktur der dielektrischen Struktur kompatibel sind.
Insbesondere müssen
die Schwingungsmoden an der Diskontinuität 22 der dielektrischen
Eigenschaften einen Schwingungsknoten aufweisen. Wird die Diskontinuität so gewählt, dass
sie kompatibel mit dem zweiten Frequenzbereich aber inkompatibel
mit Frequenzen aus dem ersten Frequenzbereich ist, wird einerseits eine
hohe Abstrahl- bzw. Sendeeffizienz für den zweiten Frequenzbereich,
andererseits eine reduzierte Verkopplung zwischen den beiden Antennen 1 und 2 erzielt.
Anschaulich betrachtet entspricht die dielektrische Struktur 10 einem
Hohlraumresonator, der nur bestimmte Frequenzen, wünschenswerter Weise
die des zweiten Frequenzbandes, erlaubt und andere, insbesondere
die des ersten Frequenzbandes, unterdrückt.
-
5 zeigt
eine erfindungsgemäße Sende- und/oder
Empfangseinheit 16 mit einem Gehäuse 15, welches als
Faraday'scher Käfig für die in
der Sende- und/oder Empfangseinheit 16 befindlichen HF-Elektronik
ausgestaltet ist. Aus der Sende- und/oder
Empfangseinheit 16 ist eine erfindungsgemäße Antennenanordnung 14 wie
oben beschrieben ausklappbar oder ausschwenkbar. Die Antennenanordnung 14 wird
von einem Träger 17 mechanisch gestützt. Um
ein Herausklappen bzw. Herausziehen der Antennenanordnung 14 möglichst
einfach zu gestalten, ist die Antennenanordnung 14 biegsam
ausgestaltet, so dass keine weiteren komplizierten Kontaktierungskonzepte
erforderlich sind.
-
6a bis 6d zeigen
verschiedene Ausgestaltungen der Schlitze 7, 7', 7'', wie sie in einem Frequenzfilter 6 verwendet
werden können. 6a zeigt
einen geschlossenen Schlitz 7'' in
der zweiten Antenne 2. 6b zeigt
einen beidseitig offenen Schlitz 7 mit Knicken 12.
Hier wird die zweite Antenne in einen aktiven ersten Antennenteil 4 und einen
parasitären
zweiten Antennenteil 5 unterteilt. 6c zeigt
einen beidseitig offenen Schlitz 7, der lokal schräg zur zweiten
Antenne 2 verläuft. 6d zeigt
einseitig offenen Schlitze 7',
die eine Krümmung 13 aufweisen.
Durch das Vorsehen von Knicken 12, Krümmungen 13 oder einen
schrägen
Verlauf wird die Länge
des Schlitzes 7, 7', 7'' verlängert, wodurch die Ankoppelung
des zweiten Antennenteils 5 an den ersten Antennenteil 4 vergrößert wird,
so dass bei gleicher Kopplungsstärke
größere Spaltabstände realisiert
werden können.
Hierdurch wird eine Fertigung reproduzierbarer Spalte vereinfacht
und preiswerter.
-
7 zeigt
eine erfindungsgemäße Antennenanordnung
mit drei Antennen 1, 2, 3, wobei der Frequenzfilter 6 für die zweite
Antenne 2 wie auch ein zusätzlicher Frequenzfilter 6' für eine dritte
Antenne 3 durch eine Frequenz selektiv absorbierende Struktur 11 gebildet
wird. Die erste 1, zweite 2, und dritte 3 Antenne
sind auf einem Träger 17 aufgebracht.
-
Derartige
Mehrbandantennen können
hoch kompakt konzipiert werden, sind für PCMCIA-Karten einsetzbar
und sind als Mäanderstruktur
auf einem flexiblen Trägermaterial
realisierbar. Die Mehrbandantenne ist als Antennenanordnung mit
zwei Antennen mit getrennten Anschlusspunkten für GSM und WLAN ausgestaltet.
Die beiden Anschlusspunkte sowie die beiden Antennen sind vorteilhafter
Weise unmittelbar benachbart. Durch die Verwendung einer besonderen
Anord nung aus Speiseelement und feldgekoppelten Strahlern einer
WLAN-Seite kann eine besonders gute Strahlungsleistung bei deutlich
verbesserter Isolation zwischen den beiden Antennen realisiert werden.
Somit ermöglicht
die Erfindung eine Realisierung von leistungsfähigen Kombinationsantennen
auf sehr kleinem Raum.
-
Die
Erfindung betrifft eine Antennenanordnung umfassend eine erste Antenne
für einen
ersten Frequenzbereich, insbesondere für einen GSM-Frequenzbereich,
und mindestens eine für
einen zweiten Frequenzbereich bestimmte zweite Antenne 2,
insbesondere für
ein WLAN-Band, wobei die Länge
der zweiten Antenne 2 kompatibel mit dem ersten Frequenzbereicht
ist und die zweite Antenne 2 einen Frequenzfilter 6 aufweist;
sowie eine Sende- und/oder Empfangseinheit, insbesondere eine PC-Karte
für Funkverbindungen,
mit einem Gehäuse 15,
aus dem eine erfindungsgemäße Antennenanordnung
hervorsteht. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine
Antennenanordnung für
mehrere Frequenzbänder
auf geringstem Raum ohne eine unerwünschte Verkopplung der einzelnen
Antennen ermöglicht
wird, so dass besonders gute Sende- und Empfangseigenschaften realisiert
werden.