DE102005042341A1

DE102005042341A1 - Antennenanordnung mit mehreren Resonanzfrequenzbereichen

Info

Publication number: DE102005042341A1
Application number: DE200510042341
Authority: DE
Inventors: Sheng-Gen Dr. Pan
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Palm Inc
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2007-03-08

Abstract

Die Antennenanordnung besteht aus einer zwei Antennenzweige (ZW1, ZW2) aufweisenden, gefalteten PIFA-Antenne (FP1) und einem auf Massepotential liegenden parasitären Element (PE1), wobei die PIFA-Antenne (FP1) und das parasitäre Element (PE1) in derselben Ebene oberhalb einer Leiterplatte (PB1) angeordnet sind. Die Abmessungen der beiden jeweils L-förmig ausgebildeten, in Reihe geschalteten Antennenzweige (ZW1, ZW2) und die Breite des die beiden Zweige (ZW1, ZW2) trennenden Spaltes (SL) sind derart gewählt, dass die PIFA-Antenne (FP1) in drei Frequenzbändern Resonanzen besitzt. Das in einem vierten Frequenzband resonant anregbare parasitäre Element (PE1) ergänzt die PIFA-Antenne (FP1) zu einer U-förmigen Struktur, welche einen Lautsprecher, eine Kamera und/oder ein Blitzlicht dreiseitig umrahmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung mit mehreren Resonanzfrequenzbereichen. Mit Hilfe eines mit einer derartigen Antennenanordnung ausgestatteten Funkgeräts lassen sich verschiedene Signale, die beispielsweise dem UMTS- (Universal Mobile Telecommunications System) oder dem GSM-Standard (Global Standard for Mobile Communication) entsprechenden, senden und empfangen.

1) Einleitung und Stand der Technik

Im Bereich der Mobilfunktechnik geht der Trend hin zu sog. Multiband- oder Multimode-Endgeräten, die gemäß den Vorgaben mehrerer Funkstandards arbeiten. Im Mittelpunkt des Interesses steht hierbei die wahlweise Nutzung des UMTS- bzw. des GSM-Funkstandards. In einem entsprechenden Endgerät soll möglichst nur eine Antenne für sämtliche den einzelnen Standards zugeordneten Sende- und Empfangsbänder zum Einsatz kommen, da jede zusätzliche Antenne das Gerätevolumen vergrößern und die erforderliche Entkopplung der Antennen erschweren würde.

Antennen müssen in ihrer Beschaffenheit (vor allem hinsichtlich der Länge) auf ein optimales "Stehwellenverhältnis" angepasst sein, wobei die Resonanzfrequenz der Antenne einer bestimmten (Sende-/Empfangs-)Frequenz entsprechen soll. Je weiter man sich jedoch von der idealen Resonanzfrequenz entfernt, desto mehr verschlechtern sich das Sende- und Empfangsverhalten der Antenne. Allerdings arbeitet eine Antenne auch bei einem ganzzahligen Vielfachen ihrer Resonanzfrequenz noch vergleichsweise gut. Deshalb ist man immer bestrebt, die Antenne möglichst optimal auf die gewünschte Resonanzfrequenz abzustimmen.

Trotz ihres kleinen Volumens zeichnet sich eine sog. PIFA-Antenne (Planar Inverted F Antenna) durch eine relative große Bandbreite aus. Antennen dieses Typs werden daher häufig in Multmode-Mobiltelefonen eingesetzt. So besitzt die in der DE 103 28 361 A1 beschriebene PIFA-Antenne beispielsweise drei Resonanzfrequenzbereiche und ist damit in der Lage, Signale aus einer entsprechenden Anzahl von Frequenzbändern zu empfangen bzw. zu senden.

Weitere, für Multimode-Mobiltelefone geeignete Antennen wurden bereits in der WO 03/107481 (PCB-Antenne; 1 GSM-Band und ein UMTS-Band), der US 2003/011521 (Patch-Antenne mit Schlitzen; 1 GSM-Band und 1 UMTS-Band), der US 6 326 921 (PIFA-Antenne mit parasitärem Element; 2 GSM-Bänder und 1 UMTS-Band) und der US 6 476 769 (zwei PIFA-Antennen mit zwei elektronischen Schaltelementen; 3 GSM-Bänder und 1 UMTS-Band) beschrieben.

2) Ziele und Vorteile der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer kompakt aufgebauten Antennenanordnung mit mehreren Resonanzfrequenzbereichen. Die Antennenanordnung soll es insbesondere ermöglichen, dem GSM- und dem UMTS-Standard unterliegende Signale zu senden und/oder zu empfangen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antennenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Antennenanordnung.

Eine erfindungsgemäße Antennennordnung besitzt eine große Bandbreite und kann insbesondere in vier verschiednen Frequenzbändern, z.B. in drei GSM-Bändern und einem UMTS-Band, Signale empfangen oder senden. Da die Antennenanordnung nur über einen der Signalzuführung dienenden Anschluss- oder Einspeisepunkt verfügt, benötigt man auch nur einen Antennenschalter für beide, dem GSM- und dem UMTS-Standard unterliegende Funksysteme. Darüber hinaus ermöglicht es die Erfindung, andere Komponenten eines Mobiltelefons (Videokamera, Lautsprecher, Blitzlicht usw.) Platz sparend im Bereich bzw. innerhalb der Antennenstruktur anzuordnen.

3) Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung in Draufsicht;
2: ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung in Draufsicht;
3: ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung;
4: eine grafische Darstellung eines Frequenzspektrums der Antennenanordnung gemäß 3.
4) Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in 1 dargestellte Antennenanordnung kann insbesondere in ein nach dem GSM- und dem UMTS-Standard arbeitenden Mobiltelefon eingebaut werden. Die Antennenanordnung besteht aus einer doppel-L-förmigen, in der DE 103 28 361 A1 beschriebenen PIFA-Antenne FP1 und einem rechteckförmigen parasitären Element PE1, das die die PIFA-Antenne FP1 bildenden Leiterbahnelemente AR1/2 und ZW1/2 zu einer u-förmigen Struktur ergänzt. Im Innern der u-förmigen Antennenstruktur ist beispielsweise der Lautsprecher AC1, die (Video-) Kamera oder das Blitzlicht des Mobiltelefons Platz sparend angeordnet. Die die Antenne bildenden Leiterbahnelemente und der Lautsprecher AC1 des Mobiltelefons liegen in derselben Ebene. Sie sind auf einem nicht dargestellten Träger befestigt und damit in einem der Dicke des Trägers entsprechenden Abstand oberhalb der Leiterplatte PB1 angeordnet. Die mit einer Signalzuführung FC1 und einem Masseanschluss GC1 versehene PIFA-An tenne FP1 besteht im Wesentlichen aus den beiden abschnittsweise parallel zueinander verlaufenden, jeweils L-förmigen Antennenzweigen ZW1 und ZW2, die an einem Endpunkt F miteinander verbunden und damit in Reihe geschaltet sind. Die Breiten und Längen der Antennenzweige ZW1/2 sowie die Größe des zwischen den Antennenzweigen ZW1/2 vorhandenen Schlitzes SL sind hierbei so bemessen, dass die Antennenstruktur das gewünschte Resonanzverhalten zeigt (siehe 4). So kann die gefaltete PIFA-Antenne FP1 beispielsweise drei im GSM-Frequenzband liegende Resonanzfrequenzbereiche (850/900, 1800 und 1900 Band) besitzen, während das über den Massepunkt GC2 mit der Leiterplatte PB1 verbundene parasitäre Element PE1 eine Resonanzfrequenz im UMTS RX-Band (2100 Band) aufweist. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass zwei der Resonanzfrequenzen der PIFA-Antenne FP1 im GSM-Band (850/900 und 1800/1900 Bänder) und eine weitere im UMTS RX-Band (2100 Band) liegen und das parasitäre Element PE1 eine Resonanzfrequenz im GSM-Band (1800/1900 Band) besitzt.
Die in 2 dargestellte Antennenanordnung unterscheidet sich im Wesentlichen nur dadurch von dem bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß 1, dass außer dem Lautsprecher SP1 mit elliptischem Querschnitt weitere Komponenten des Mobiltelefons im Bereich der Antennenstruktur platziert wurden. So sind die Kamera CM1 des Mobiltelefons in einer kreisförmigen Ausnehmung des parasitären Elements PE1 und das Blitzlicht (unterhalb) des dem parasitären Element PE1 gegenüberliegenden Teils der mit einem mäanderförmigen Fortsatz MF versehenen PIFA-Antenne FP1 angeordnet.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Kamera CM und das Blitzlicht FL von der u-förmigen Antennenstruktur auf drei Seiten umrahmt, wobei das Blitzlicht FL zwischen der Kamera CM und dem L-förmigen, inneren Zweig ZW2 der PIFA-Antenne FP1 angeordnet ist. Die in der Zeichnung angegebenen Parameter (Längen, Breiten) können insbesondere folgende Werte annehmen: B = 40 mm, L1 = 29 mm, L2 = 14 mm, W1 = 7 mm, W2 = 8 mm, W3 = 6 mm, T = 1 mm, W4 = 10 mm, W5 = 11 mm, W6 = W7 = 12 mm, W8 = 7 mm. Der Abstand zwischen der Antennenstruktur und Leiterplatte beträgt d = 6,5 mm. Das Antennenvolumen berechnet sich somit zu V = 6,2 cm3.
Eine derart dimensionierte Antennenanordnung besitzt das in 4 dargestellte Frequenzspektrum. Aufgetragen ist das Reflexionsspektrum, d.h. die Größe |S11| als Funktion der Frequenz in MHz. Das Frequenzspektrum besitzt vier Resonanzfrequenzbereiche, die die Mobilfunkstandards EGSM900 (Erweitertes GSM), PCN1800 (Personal Communication Network), PCS1900 (Personal Communication Services) und UMTS2100 abdecken. Die erfindungsgemäße Antennenanordnung repräsentiert somit eine äußerst kompakt aufgebaute, kleinvolumige „Quadband"-Antenne.

Claims

Antennenanordnung mit mehreren Resonanzfrequenzbereichen, mit einer PIFA-Antenne (Planar Inverted F Antenna, FP1) und einem parasitären Element (PE1), wobei die PIFA-Antenne (FP1) einen ersten Antennenzweig (ZW1) und einen durch einen Schlitz (SL) vom ersten Antennenzweig (ZW1) getrennten, in Reihe geschalteten zweiten Antennenzweig (ZW2) aufweist, die Abmessungen der beiden Antennenzweige (ZW1, ZW2) sowie die des Schlitzes (SL) derart gewählt sind, dass die PIFA-Antenne (FP1) drei Resonanzfrequenzbereiche besitzt und das parasitäre Element (PE1) eine in einem vierten Frequenzband liegende Resonanzfrequenz aufweist.
Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Antennenzweige (ZW1, ZW2) mit einer Signalzuführung (FC1) und mit einem Masseanschluss (GC1) versehen ist
Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das parasitäre Element (PE1) auf Massepotential liegt.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antennenzweige (ZW1, ZW2) und das parasitäre Element (PE1) in derselben Ebene auf einem Trägerelement angeordnet sind.
Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antennenzweige (ZW1, ZW2) jeweils L-förmig ausgebildet sind.
Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antennenzweige (ZW1, ZW2) und das parasitäre Element (PE1) eine U-förmige Struktur bilden.
Antennenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lautsprecher (AC1), eine Kamera (CM1) oder ein Blitzlicht (FL1) innerhalb der U-förmigen Struktur angeordnet ist
Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzbänder GSM- und/oder UMTS-Bänder sind.
Antennenanordnung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antennenzweige (ZW1, ZW2) und das parasitäre Element (PE1) in derselben Ebene oberhalb einer Leiterplatte (PB1) angeordnet sind.