DE102004040258A1

DE102004040258A1 - Zylindrische und polarisierte Keramik-Kreiswendelantenne

Info

Publication number: DE102004040258A1
Application number: DE200410040258
Authority: DE
Inventors: I-Peng Feng; Hsin-Ho Ko
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2006-02-23

Abstract

Eine zylindrische und polarisierte Keramik-Kreiswendelantenne, deren zylindrischer Keramikkörper aus dielektrischem Mikrowellenstoff hergestellt ist, wobei die Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 20 ist. Spiralförmige Metallelektroden für die Strahlung sind auf dem Keramikkörper aufgedruckt, um ein Phasenunterschied von 90 DEG zwischen den benachbarten spiralförmigen Metallelektroden für die Strahlung herbeizuführen. Ein Balun und eine Transformatorenkomponente, PCB oder Viertelwellen-Vertikalantenne mit Gegengewicht sind auf der unteren Verbindungsplatte des Keramikkörpers montiert, um mit dem Einführungsmodus das Antennensignal vom unausgeglichenen zum ausgeglichenen System zu übertragen. Mit dieser Ausführung werden zur Erzeugung einer CPW (zirkular polarisierte Welle) zwei gegenseitige vertikale elektromagnetische Felder gebildet, um den Empfang des GPS-Satellitensignals zu erleichtern.

Description

(a) Umfeld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne, insbesondere eine GPS-Antenne (globales Positionsbestimmungssystem), die einen geringeren Umfang des Antennensatzes aufweist, den Einfluß der Umgebung auf ihr Strahlungsmuster minimiert und die die Signale vollständig rund um 360 Grad empfangen kann, so daß das Signal in einer beliebigen Position dieser Antenne empfangen werden kann, wenn diese mit einem PDA (Personal Digital Assistant), zellulären Telefonen oder GPS-Hand-Held-Geräten integriert wird.

(b) Beschreibung der bekannten Ausführungsart

Die meiste von Funkwellen ausgestrahlte und empfangene Energie für die elektronischen Hand-Held-Geräte oder andere Kommunikationsgeräte, die mit konventionellen Mikrowellenantennen ausgestattet sind, wird durch die Hand, den Kopf oder durch den Körper des Benutzers beeinträchtigt, wobei die durch eine Antenne erzeugte Nahfeldenergie durch Gegenstände, die die durch die Antenne erzeugte Strahlenenergie absorbiert, beeinträchtigt wird, was zu einem Verlust der Mehrheit der Strahlenenergie führt und die Effizienz und die Reaktion der Antenne unerwartet verschlechtert. Außerdem benötigen die konventionellen Antennen ein Metall für die Erdung, wobei die Strahlung dieser Antennen in eine bestimmte Richtung verlaufen, was sich beispielsweise dadurch zeigt, daß bei den allgemeinen elektronischen Hand-Held-Geräten die Antenne nach dem Himmel gerichtet werden muß, um die Signale überhaupt empfangen zu können.

Diese oben beschriebenen Nachteile müssen entsprechend behoben werden, wofür eine neuartige GPS-Antenne erfunden wurde.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist eine GPS-Antenne, die aus einem Körper aufgebaut ist, der aus einem keramischen Mikrowellenstoff hergestellt ist. Weiter besteht diese GPS-Antenne aus spiralförmigen Metallelektroden für die Strahlung, um einen Drehschlaufenaufbau zu bilden, mit dem die Induktionsgeräusche reduziert werden können, und der als einen besseren Wellenfilter dienen kann und der zudem ein gerades polarisiertes Kreisstrahlungsmuster in alle Richtungen erzeugt. Diese GPS-Antenne besitzt die Fähigkeit, daß sie die Signale vollständig rund um 360 Grad empfangen kann, so daß die Signale ungeachtet der Position dieser GPS-Antenne empfangen werden können, wenn diese mit einem PDA, zellulären Telefonen oder GPS-Hand-Held-Geräten integriert wird. Im Gegensatz dazu müssen sich die konventionellen Antennen stets in einer horizontalen Position befinden, damit sie die Signale empfangen können.

Für ein besseres Verständnis der oben genannten Ziele und technischen Methoden der vorliegenden Erfindung folgt der nachfolgenden Kurzbeschreibung der Zeichnungen eine detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsarten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Draufsicht der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Seitenansicht der vorliegenden Erfindung.
3 stellt den Einfluß der Antenne durch den Ladestatus für S11 der vorliegenden Erfindung dar.
4 stellt eine Anwendung der vorliegenden Erfindung dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSARTEN
Wie dies in der 1 und 2 gezeigt ist, besteht die vorliegende Erfindung aus einem zylindrischen Keramikkörper 1, einem Metallring 2 und aus einer Viertelwellen-Vertikalkeramikantenne 3 mit Gegengewicht (oder PCB, d. h. einer gedruckten Schaltung). Der Keramikkörper 1 ist dabei aus dielektrischem Mikrowellenstoff aufgebaut, wobei die Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 20 ist, um die Länge der Metallelektroden für die Strahlung effektiv zu reduzieren. Der Metallring 2 ist auf der zylindrischen Fläche des Keramikkörpers 1 aufgedruckt, wobei mit dem Höhenunterschied dieses Metallrings 2 auf dem Keramikkörper 1 spiralförmige Metallelektroden 21, 22, 23 und 24 für die Strahlung mit unterschiedlichen Längen gebildet werden, was zu einem Phasenunterschied von 90 Grad zwischen den benachbarten spiralförmigen Metallelektroden für die Strahlung führt. Dabei ist die Länge dieser Metallelektroden 21 und 24 für die Strahlung geringer als die der anderen beiden Metallelektroden 22 und 23 für die Strahlung und der Unterschied gleich /4 der Arbeitsfrequenz ist. Mit dieser Ausführungsart werden zwei gegenseitige, senkrechte polarisierte elektromagnetische Felder gebildet, um eine CPW (zirkulär polarisierte Welle) zu erzeugen und um somit den Empfang des GPS-Satellitensignals zu erleichtern.
Laut der vorliegenden Erfindung ist die Dielektrizitätskonstante der Viertelwellen-Vertikalkeramikantenne 3 mit Gegengewicht (oder PCB) größer als 5, wobei ein Balun ("Balanced-Unbalanced") und eine Transformatorenkomponente oder ein Schaltkreis 31 in die Viertelwellen-Vertikalkeramikantenne 3 mit Gegengewicht integriert ist, um das Signal vom unausgeglichenen zum ausgeglichenen System zu übertragen und um die Impedanz anzupassen. Mit dieser Ausführung werden nicht zu viele Nahfeldwerte erzeugt und die Geräusche um die Antenne können isoliert werden, damit die Antennen mit unterschiedlichen Funktionen zusammen innerhalb eines kleinen Raums aufgestellt und betrieben werden können, ohne daß diese unter ihnen Störungen verursachen. Dieses Merkmal ist besonders für elektronsiche Hand-Held-Geräte mit unterschiedlich integrierten Funktionen, und bei denen die kompakte Ausführungsart eine große Rolle spielt, wichtig. Im Gegensatz zur konventionellen Antenne erfordert die vorliegende Erfindung keine Erdung, so daß die Hersteller bei der Entwicklung ihrer Produkte viel Zeit einsparen können.
Wie dies aus der 2 ersichtlich ist, ist auf der Viertelwellen-Vertikalkeramikantenne 3 mit Gegengewicht für die Übertragung des Signals vom unausgeglichenen Systems zum ausgeglichenen System ein Balun, eine Transformatorenkomponente oder ein Schaltkreis 31 vorgesehen. Weiter wird mit einer Bohrtechnik für durchgehende Löcher ein senkrechtes durchgehendes Loch gebohrt, um die beiden Schaltklemmen 311 des Schaltkreises 31 auf der Viertelwellen-Vertikalkeramikantenne 3 mit Gegengewicht (oder PCB) miteinander zu verbinden sowie um den Schaltkreis 11 des zylindrischen Keramikkörpers 1 mit dem Metallring 2 in Berührung zu bringen, wodurch der Umfang des Antennenkörpers effektiv verringert und das Signal vom unausgeglichenen zum ausgeglichenen System übertragen werden kann.
In der 3 ist der Einfluß der Antenne für unterschiedliche Ladestaten für S11 der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Kurve A für den Zustand der Nichtbelastung und die Kurve B für den Zustand einschließlich einer Rotationsplattform steht, während die Kurve C den Zustand einschließlich der Hände und einer Rotationsplattform darstellt.
Wie dies in der 4 gezeigt ist, kann eine Viertelwellen-Vertikalkeramikantenne mit Gegengewicht (oder PCB) 4 ebenfalls senkrecht in einen Keramikkörper 1 eingesetzt werden, um mit letzterem kombiniert zu werden.
Laut der Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist die GPS-Antenne aus einem Körper aufgebaut, der aus keramischem Mikrowellenstoff hergestellt ist. Weiter weist die GPS-Antenne spiralförmige Metallelektroden für die Strahlung auf, um einen Drehschlaufenaufbau zu bilden, mit dem die Induktionsgeräusche reduziert werden und der als einen besseren Wellenfilter dient und mit dem ein gerades polarisiertes Kreisstrahlungsmuster in alle Richtungen erzeugt wird. Diese GPS-Antenne ermöglicht einen vollständigen Empfang der Signale rund um 360 Grad, so daß diese Signale ungeachtet der Position dieser Antenne empfangen werden können, wenn sie mit einem PDA, zellulären Telefonen oder GPS-Hand-Held-Geräten integriert wird, wobei im Gegensatz dazu sich eine konventionelle Antenne stets in einer horizontalen Position befinden muß, um Signale empfangen zu können.
Es ist selbstverständlich, daß die hier erläuterte Ausführungsart lediglich als Beispiel der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dient und daß eine Vielzahl an Modifizierungen dieser Ausführungsart von Fachleuchten auf diesem Gebiet vorgenommen werden können, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der in den nachstehenden Ansprüchen dargelegt werden soll.

Claims

Eine zylindrische und polarisierte Keramik-Kreiswendelantenne, bestehend aus: einem Keramikkörper aus dielektrischem Mikrowellenstoff, wobei die Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 20 ist; einem auf die zylindrische Fläche des Keramikkörpers aufgedruckten Metallring, dessen Höhenunterschied auf dem Keramikkörper spiralförmige Metallelektroden für die Strahlung mit unterschiedlicher Länge bildet, wobei der Unterschied gleich /4 der Arbeitsfrequenz ist; einer Viertelwellen-Vertikalkeramikantenne mit Gegengewicht, in die ein Balun und eine Transformatorenkomponente oder ein Schaltkreis eingebaut sind, mit denen das Signal vom unausgeglichenen zum ausgeglichenen System übertragen und die Impedanz angepaßt wird; und auf der ein vertikales durchgehendes Loch unter Anwendung der Bohrtechnik für durchgehende Löcher gebohrt ist, um zwei Schaltklemmen des Schaltkreises miteinander zu verbinden sowie um einen Anschluß an den Schaltkreis des zylindrischen Keramikkörpers herzustellen, damit dieser mit dem Metallring in Berührung kommt.
Die zylindrische und polarisierte Keramik-Kreiswendelantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Viertelwellen-Vertikalkeramikantenne mit Gegengewicht ebenfalls senkrecht in den Keramikkörper eingesetzt werden kann.
Die zylindrische und polarisierte Keramik-Kreiswendelantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenunterschied zwischen den benachbarten spiralförmigen Metallelektroden für die Strahlung 90 Grad beträgt.
Die zylindrische und polarisierte Keramik-Kreiswendelantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der benachbarten spiralförmigen Metallelektroden für die Strahlung geringer ist als die der beiden anderen Metallelektroden für die Strahlung.
Die zylindrische und polarisierte Keramik-Kreiswendelantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante der Viertelwellen-Vertikalkeramikantenne mit Gegengewicht größer als 5 ist.
Die zylindrische und polarisierte Keramik-Kreiswendelantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Viertelwellen-Vertikalkeramikantenne mit Gegengewicht eine PCB benutzt werden kann.