DE102005047418B4

DE102005047418B4 - Mehrband-Antenneneinrichtung, drahtlose Datenübertragungseinrichtung sowie Radiofrequenz-Chip

Info

Publication number: DE102005047418B4
Application number: DE102005047418.7A
Authority: DE
Inventors: Shyh-Tirng Fang
Original assignee: MediaTek Inc
Current assignee: MediaTek Inc
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2025-10-01
Also published as: US7362286B2; US20060082506A1; TWI246226B; DE102005047418A1; TW200612613A

Abstract

Mehrband-Antenneneinrichtung, die in mehreren Frequenzbändern betreibbar ist, mit: einem ersten Strahlungskörper (31), der aus einer ersten einzelnen Leiterbahn mit zumindest zwei abgewinkelten Abschnitten (31) ausgebildet ist und ein erstes Ende (F) zum Einspeisen eines Signals in den ersten Strahlungskörper und ein zweites Ende aufweist, wobei ein erster Abschnitt (311) der ersten Leiterbahn mit dem ersten Ende (F) verbunden ist; und einem zweiten Strahlungskörper (32), der mit dem zweiten Ende des ersten Strahlungskörpers (31) verbunden ist und der parallel und beabstandet zu einem Abschnitt des ersten Strahlungskörpers unter einem vorbestimmten Abstand vorgesehen ist; gekennzeichnet durch eine dritte Leiterbahn (50), die sich senkrecht von dem ersten Abschnitt (311) der ersten Leiterbahn erstreckt und mit dem ersten Abschnitt (311) der ersten Leiterbahn (31) verbunden ist, wobei sich die dritte Leiterbahn (50) und der zweite Strahlungskörper (32) auf derselben Seite des ersten Abschnitts der ersten Leiterbahn befinden und wobei die dritte Leiterbahn (50) ein freies Ende aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenneneinrichtung bzw. Antenne, insbesondere eine Mehrband-Antenneneinrichtung (Dual Band), eine Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung sowie einen Radiofrequenz-Chip mit einer solchen Mehrband-Antenneneinrichtung.
Die Entwicklungsziele beim Design von persönlichen mobilen Datenübertragungseinrichtungen oder drahtlosen Datenendgeräten konzentrieren sich auf ein geringes Gewicht, eine flache Ausführung, ein kompaktes Profil und eine gute Datenübertragungsqualität. Wenn man Mobiltelefone als Beispiel nimmt, so dominieren kleine, schnittige Modelle mit guter Datenübertragungsqualität und geringen Kosten.
Gegenwärtig verwenden die meisten persönlichen mobilen Datenübertragungseinrichtungen oder drahtlosen Datenendgeräte, wie beispielsweise Mobiltelefone, freiliegende Drahtantennen. Die freiliegende Drahtantenne steht von der Oberfläche des Mobiltelefons vor, so dass das äußere Erscheinungsbild des Mobiltelefons nicht attraktiv ist und das Vorstehen der Antenne für ein Herumtragen des Mobiltelefons unzweckmäßig ist. Außerdem sind die Kosten für freiliegende Antennen höher als die Kosten für Flächenantennen (plane antenna). Außerdem ist das Design von freiligenden Antennen für Mobiltelefone, die in zwei Frequenzbändern oder mehreren Frequenzbändern betrieben werden, komplizierter und erfordert für einen gemeinsamen Betrieb eine Schaltung zur Impedanzanpassung.
EP 0 938 158 A2 offenbart eine Dualband-Antenneneinrichtung, die in einem ersten und zweiten Frequenzband betreibbar ist, entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein erster Antennenabschnitt ist polygonal ausgebildet, während sich ein zweiter Antennenabschnitt parallel zu einer Verbindung mit einem Einspeiseabschnitt erstreckt. Ein dritter Leiterbahnabschnitt im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist jedoch nicht offenbart.
Weitere Antenneneinrichtungen der vorgenannten Art sind in DE 102 26 910 B4 , US 6 337 663 B1 und US 6 504 511 B2 offenbart.
US 6 130 651 offenbart eine Antenneneinrichtung, bei der die Antenne stets auf einem zylindrischen Körper aufgewickelt ist. Ein dritter Leiterbahnabschnitt im Sinne der vorliegenden Anmeldung, der gemeinsam mit einem zweiten Strahlungskörper auf derselben Seite des ersten Abschnitts einer ersten Leiterbahn befindet, ist nicht offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weiter verbesserte Mehrband-Antenneneinrichtung bereitzustellen, die insbesondere eine einfache Anpassung der Resonanzeigenschaften bzw. Resonanzkennlinien der Mehrband-Antenneneinrichtung ermöglicht, die Zeit zur Feinabstimmung der Antennenkennlinien verringern hilft und eine Verbesserung des Produktdurchsatzes ermöglicht. Weitere Aufgaben sind die Bereitstellung einer drahtlosen Datenübertragungseinrichtung sowie eines Radiofrequenz-Chips mit einer solchen Mehrband-Antenneneinrichtung.
Diese Aufgaben werden durch eine Mehrband-Antenneneinrichtung nach Anspruch 1, durch eine drahtlose Datenübertragungseinrichtung nach Anspruch 19 sowie durch einen Radiofrequenz-Chip nach Anspruch 20 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
Eine Mehrband-Antenneneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung greift das Design einer polygonartigen Flächenantenne auf.
Eine drahtlose Datenübertragungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet eine solche Mehrband-Antenneneinrichtung, die innerhalb der drahtlosen Datenübertragungseinrichtung vorgesehen ist, um so ein flexibles Design, ein ansprechendes äußeres Erscheinungsbild und geringere Kosten als bei Verwendung von freiliegenden Antennen zu erzielen.
Ein Radiofrequenz-Chip ((RF-Chip) gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit Hilfe von Halbleiterprozessen hergestellt werden, um eine Mehrband-Antenneneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und eine Radiofrequenz-Schaltungseinheit in einen einzelnen Chip zu integrieren, so dass Hersteller den RF-Chip zur Herstellung von kompakten drahtlosen Datenübertragungseinrichtungen mit geringem Gewicht verwenden können.
Eine Mehrband-Antenneneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in mehreren Frequenzbändern betrieben werden kann, umfasst einen ersten Strahlungskörper und einen zweiten Strahlungskörper. Der erste Strahlungskörper ist aus einer einzelnen Leiterbahn bzw. einen einzelnen Leitweg mit zumindest zwei abgewinkelten Abschnitten ausgebildet. Die einzelne Leiterbahn des ersten Strahlungskörpers weist ein erstes Ende zum Einspeisen eines Signals in den ersten Strahlungskörper sowie ein zweites Ende zum Verbinden mit dem zweiten Strahlungskörper auf. Ein Abschnitt des zweiten Strahlungskörpers ist parallel und beabstandet zu einem Abschnitt des ersten Strahlungskörpers vorgesehen, und zwar unter einem vorbestimmten Abstand. Erfindungsgemäß weist die Mehrband-Antenneneinrichtung eine dritte Leiterbahn auf, die sich senkrecht von dem ersten Abschnitt der ersten Leiterbahn erstreckt und mit dem ersten Abschnitt der ersten Leiterbahn verbunden ist, wobei sich die dritte Leiterbahn und der zweite Strahlungskörper auf derselben Seite des ersten Abschnitts der ersten Leiterbahn befinden und wobei die dritte Leiterbahn ein freies Ende aufweist.
Eine drahtlose Datenübertragungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Radiofrequenz-Modul (RF-Modul) zum Verarbeiten eines RF-Signals und eine mit dem RF-Modul verbundene Mehrband-Antenneneinrichtung auf, die in mehreren Frequenzbändern betrieben wird, um ein RF-Signal zu empfangen oder zu senden.
Ein Radiofrequenz-Chip (RF-Chip) gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat und die erfindungsgemäße Mehrband-Antenneneinrichtung, die in einen einzelnen Chip integriert ist. Der RF-Chip umfasst ein Substrat, eine RF-Schaltungseinheit, die auf dem RF-Chip zum Verarbeiten eines RF-Signals vorgesehen ist, sowie eine Mehrband-Antenneneinrichtung, die mit der RF-Schaltungseinheit verbunden ist und zum Empfangen oder Senden eines RF-Signals in mehreren Frequenzbändern betrieben wird.
Figurenübersicht
Die nachfolgende ausführliche Beschreibung erfolgt in beispielhafter Weise und soll die Erfindung nicht nur auf die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränken, was man am Besten anhand der beigefügten Zeichnungen verstehen wird, worin:
1a und 1b Darstellungen sind, die zwei Ausführungsbeispiele für Dualband-Antenneneinrichtungen zu einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung zeigen;
2a und 2b Darstellungen sind, die weitere zwei Ausführungsbeispiele einer Dualband-Antenneneinrichtung zeigen, die einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung dienen sollen;
3a bis 3c Darstellungen sind, die drei weitere Ausführungsbeispiele einer Dualband-Antenneneinrichtung zeigen, die einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung dienen sollen;
4 ein Diagramm ist, das den Frequenzgang der Dualband-Antenneneinrichtungen gemäß den 3a bis 3c zeigt;
5 eine Darstellung ist, die eine Mehrband-Antenneneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die auf der in der 3a beschriebenen Struktur beruht;
6 ein Diagramm ist, das Kurven zeigt, die jeweils den Frequenzgang der auf der 5 basierenden Antenneneinrichtung ohne und mit den dritten Leiterbahnen zeigen;
7 eine Darstellung ist, die eine weitere Dualband-Antenneneinrichtung zeigt, die auf der in der 3a beschriebenen Struktur beruht und einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung dienen soll;
8 eine Darstellung ist, die eine weitere Mehrband-Antenneneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, welche Merkmale der anhand der 5 und 7 beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert;
9a eine Darstellung ist, die ein Ausführungsbeispiel für eine drahtlose Datenübertragungseinrichtung zeigt, die Dualband-Antenneneinrichtungen verwendet;
9b eine Darstellung ist, die ein weiteres Ausführungsbeispiel einer drahtlosen Datenübertragungseinrichtung zeigt, die eine erfindungsgemäße Mehrband-Antenneneinrichtung verwendet;
10 eine Darstellung ist, die eine Dualband-Antenneneinrichtung zeigt, die entlang von Falzlinien F1 und F2 unter vorbestimmten Winkeln abgewinkelt ist;
11a und 11b Darstellungen sind, die Radiofrequenz-Chips zeigen, die Dualband-Antenneneinrichtungen verwenden und einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung dienen sollen.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Nachfolgend erfolgt in beispielhafter Weise eine ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung.
Die 1a ist eine Darstellung, die ein Ausführungsbeispiel einer Dualband-Antenneneinrichtung zeigt und einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung dienen soll. Die Dualband-Antenneneinrichtung 10, die in einem ersten Frequenzband und in einem zweiten Frequenzband betrieben werden kann, umfasst einen ersten Strahlungskörper R1 mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, eine Signal-Einspeisungsstelle F, die auf bzw. an dem ersten Ende des ersten Strahlungskörpers R1 vorgesehen ist, um in den ersten Strahlungskörper R1 Signale einzuspeisen, sowie einen zweiten Strahlungskörper R2, der mit dem zweiten Ende des Strahlungskörpers R1 verbunden ist. Der erste Strahlungskörper R1 weist eine einzelne Bahn bzw. einen einzelnen Leitweg auf, mit einer Mehrzahl von abgewinkelten Abschnitten (bzw. Wendestellen), die bzw. der aus einer Mehrzahl von ersten Leiterbahnen besteht. Beispielsweise sind sechs erste Leiterbahnen (path conductor) R1₁ bis R1₆, die sich jeweils in unterschiedliche Richtungen erstrecken, miteinander verbunden, um die einzelne Bahn bzw. den einzelnen Leitungsweg des ersten Strahlungskörpers R1 mit fünf abgewinkelten Abschnitten T1 bis T5 zu bilden. Der zweite Strahlungskörper R2 ist mit dem zweiten Ende des ersten Strahlungskörpers R1 verbunden, das heißt mit der ersten Leiterbahn R1₆.
Der zweite Strahlungskörper R2 weist ebenfalls eine einzelne Bahn, insbesondere Leiterbahn, bzw. einen einzelnen Leitungsweg auf und kann aus nur einer zweiten Leiterbahn R2₁ ausgebildet sein, wie in der 1 gezeigt, oder aus einer Mehrzahl von zweiten Leiterbahnen R2₁ bis R2₃, die miteinander verbunden sind, wie in der 1b gezeigt. In der 1b erstrecken sich die zweiten Leiterbahnen R2₁–R2₃ jeweils in unterschiedliche Richtungen.
Ein Abschnitt des zweiten Strahlungskörpers R2, beispielsweise die zweite Leiterbahn R2₁ _, ist parallel und beabstandet unter einem vorbestimmten Abstand D zu der ersten Leiterbahn R1₁ vorgesehen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt der bestimmte Abstand D vorzugsweise weniger als 0,05 λ₁, wobei λ₁ die Wellenlänge ist, die der Zentralfrequenz (nachfolgend auch als erste Resonanzfrequenz bezeichnet) des ersten Frequenzbands entspricht. Die erste Resonanzfrequenz hängt von der Länge des ersten Strahlungskörpers R1 ab, das heißt von der Gesamtlänge der ersten Leiterbahnen R1₁ bis R1₆. Die Länge des ersten Strahlungskörpers R1 beträgt im Wesentlichen λ₁/4. Außerdem hängt die Zentralfrequenz des zweiten Frequenzbands (nachfolgend auch als zweite Resonanzfrequenz bezeichnet) von der Gesamtlänge des ersten und zweiten Strahlungskörpers R1 und R2 ab, das heißt in der 1a von der Gesamtlänge der ersten Leiterbahnen R1₁ bis R1₆ und der zweiten Leiterbahn R2₁. Außerdem existiert eine gewisse Beziehung, insbesondere proportionale Beziehung, zwischen der ersten Resonanzfrequenz und der zweiten Resonanzfrequenz und diese hängt von dem vorbestimmten Abstand D ab. Folglich kann der Entwickler die zweite Resonanzfrequenz durch Anpassen des vorbestimmten Abstands D und der Länge des zweiten Strahlungskörpers R2 beeinflussen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die zweite Resonanzfrequenz im Wesentlichen gleich dem 1,5- bis 2,5-fachen der ersten Resonanzfrequenz.
Die 2a und 2b sind Darstellungen, die zwei weitere Ausführungsbeispiele für Dualband-Antenneneinrichtungen zeigen, die einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung dienen sollen. In der 2a bzw. 2b umfasst die Dualband-Antenne 20 einen ersten Strahlungskörper 21 mit drei ersten Leiterbahnen 21 ₁ bis 21 ₃, die miteinander verbunden sind, um so eine einzelne Bahn bzw. einen einzelnen Weg mit zwei abgewinkelten Abschnitten, t1 und t2, zu bilden. Ein zweiter Strahlungskörper 22 mit einer zweiten Leiterbahn 22 ₁, die parallel zu der ersten Leiterbahn 21 ₁ ist, ist ebenfalls ausgebildet. Eine Signaleinspeisungsstelle F ist auf dem ersten Ende des ersten Strahlungskörpers 21 vorgesehen und der zweite Strahlungskörper 22 verbindet mit dem zweiten Ende des ersten Strahlungskörpers 21. In vergleichbarer Weise sind die erste Leiterbahn 21 ₁ und die zweite Leiterbahn 22 ₁ unter einem Abstand D von weniger als 0,05 λ₁ zueinander beabstandet.
Die 3a bis 3c sind Darstellungen, die drei weitere Ausführungsbeispiele für Dualband-Antenneneinrichtungen zeigen, die einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung dienen sollen. Der erste Strahlungskörper 31 einer beliebigen der drei Dualband-Antenneneinrichtungen 30 in den 3a bis 3c ist auf vier ersten Leiterbahnen 31 ₁ bis 31 ₄ ausgebildet, die eine einzelne Bahn bzw. einen einzelnen Weg mit drei abgewinkelten Abschnitten t1 bis t3 bilden. In der 3a bzw. 3b weist der zweite Strahlungskörper 32 lediglich eine zweite Leiterbahn 32 ₁ auf. In der 3c weist der zweite Strahlungskörper 32 zwei zweite Leiterbahnen 32 ₁ und 32 ₂ auf. Die erste Resonanzfrequenz f₁ der Dualband-Antenneneinrichtung 30 kann in dem GSM-900-Band (etwa 880~960 MHz) betrieben werden und deshalb ist die Länge des ersten Strahlungskörpers 31 so ausgelegt, dass diese etwa λ₁/4 beträgt, wobei λ₁ die zu 900 MHz entsprechende Wellenlänge von ist. Außerdem ändert sich die zweite Resonanzfrequenzen f₂, f'₂ oder f''₂ in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Abstand d₁, d₂ bzw. d₃ sowie von der Länge des zweiten Strahlungskörpers 32. Irgendeine der zweiten Resonanzfrequenz f₂, f'₂ und f''₂ ändert sich von dem 1,5-fachen bis 2,5-fachen der ersten Resonanzfrequenz f₁. Außerdem ist der vorbestimmte Abstand d₁, d₂ und d₃ kleiner als 0,05 λ₁.
Die 4 ist ein Diagramm, das den Frequenzgang der Dualband-Antenneneinrichtungen der 3a bis 3c zeigt. Die ersten und zweiten Resonanzfrequenzen der Dualband-Antenneneinrichtungen in den 3a bis 3c betragen (f₁, f₂), (f₁, f'₂) bzw. (f₁, f''₂). Die 4 zeigt übersichtlich, dass die erste Resonanzfrequenz f₁ beinahe unabhängig von der Lage und der Länge des zweiten Strahlungskörpers 32 ist.
In den 3a bis 3c beträgt der Abstand zwischen der zweiten Leiterbahn 321 und der ersten Leiterbahn 311, d₁, d₂ bzw. d₃, wenn man annimmt, dass gilt: d₁ > d₂ und d₂ = d₃. Im Hinblick auf die 4 ist klar, dass sich die zweiten Resonanzfrequenzen f₂, f'₂ oder f''₂ mit der Lage und der Länge des zweiten Strahlungskörpers 32 ändern. Wenn beispielsweise der vorbestimmte Abstand zwischen der ersten Leiterbahn 31 ₁ und der zweiten Leiterbahn 32 ₁ von d₁ auf d₂ abnimmt, nimmt die zweite Resonanzfrequenz von f₂ auf f'₂ ab. Falls die vorbestimmten Abstände d₂ und d₃ gleich sind und wenn die Länge des zweiten Strahlungskörpers 32 vergrößert wird, beispielsweise von einem Zustand mit nur einer zweiten Leiterbahn 32 ₁ (vgl. 3b) zu einem Zustand mit zwei zweiten Leiterbahnen 32 ₁ und 32 ₂ (vgl. 3c), nimmt außerdem die zweite Resonanzfrequenz der Dualband-Antenneneinrichtung von f'₂ auf f''₂ ab. Aus Experimenten weiß man, dass sich die zweite Resonanzfrequenz (f₂, f'₂ oder f''₂) innerhalb des Bereichs von dem 1,5-fachen bis 2,5-fachen der ersten Resonanzfrequenz f₁ ändert. Deshalb kann die Dualband-Antenneneinrichtung gemäß der Erfindung in dem GSM-900-Band und dem DCS-1800-Band durch geeignete Auslegung des ersten und zweiten Strahlungskörpers betrieben werden.
Die 5 ist eine Darstellung, die eine Mehrband-Antenneneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die auf dem in der 3a beschriebenen Aufbau beruht. In der 5 umfasst die Mehrband-Antenneneinrichtung außerdem eine dritte Leiterbahn 50, die sich senkrecht von der ersten Leiterbahn 31 ₁ des ersten Strahlungskörpers 31 erstreckt. Die dritte Leiterbahn 50 ist beabstandet unter einem Abstand zu der ersten Leiterbahn 31 ₄ vorgesehen, was zu einer dritten Resonanzfrequenz f₃ führt. Die Mehrband-Antenneneinrichtung kann für DCS 1800 MHz und PCS 1900 MHz oder für ISM 2400 MHz betrieben werden, wenn die dritte Resonanzfrequenz f₃ in die Nähe der zweiten Resonanzfrequenz f₂ eingestellt wird.
In der 6 repräsentieren die Kurven 61, 62 bzw. 63 den Frequenzgang der Mehrband-Antenneneinrichtung, die auf der 5 beruht, ohne die dritte Leiterbahn und mit dritten Leiterbahnen einer Länge von 25 mm bzw. 30 mm. Im Hinblick auf die Kurven 61 bis 63 sind die erste und zweite Resonanzfrequenz f₁ und f₂, die das Resonanzverhalten des Hauptkörpers der Mehrband-Antenneneinrichtung bestimmen, unabhängig von der Länge der Leiterbahn 50. Die dritte Resonanzfrequenz f₃ und f'₃ nimmt jedoch in Abhängigkeit von der Länge der dritten Leiterbahn 50 ab.
Die 7 ist eine Darstellung, die eine weitere Dualband-Antenneneinrichtung zeigt, die auf dem in der 3a beschriebenen Aufbau beruht. In der 7 umfasst die Dualband-Antenneneinrichtung außerdem einen Masseleiter 70, der sich von der ersten Leiterbahn 311 des ersten Strahlungskörpers 31 aus erstreckt. Das Ende G des Masseleiters 70 verbindet mit einer Erdung bzw. Masseebene, die beispielsweise auf einer gedruckten Leiterplatine (PCB) vorgesehen ist und zur Impedanzanpassung der ersten und zweiten Resonanzbetriebsart der Dualband-Antenneneinrichtung dient und ein Abstimmungsnetzwerk ersetzt, das auf der gedruckten Leiterplatine vorgesehen ist, ohne dass die Betriebsbandbreite beeinträchtigt wird.
Die 8 ist eine Darstellung, die eine weitere Mehrband-Antenneneinrichtung zeigt, welche die Merkmale der in den 5 und 7 beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert. Diese Mehrband-Antenneneinrichtung kann in mehreren Bändern und mit großer Bandbreite betrieben werden.
Sämtliche Ausfführungsbeispiele für die Mehrband-Antenneneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschrieben wurden, können bei drahtlosen Datenübertragungseinrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise bei persönlichen mobilen Datenendgeräten zur Datenübermittlung (GSM-, PCS-, WCDMA-Mobiltelefonen etc.), sowie bei anderen kleinen Datenübermittlungsvorrichtungen.
Die 9 ist eine Darstellung, die eine drahtlose Datenübertragungseinrichtung zeigt, welche die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele einer Dualband-Antenneneinrichtung verwendet. Die drahtlose Datenübertragungseinrichtung 9 umfasst eine Leiterplatine (PCB), ein Radiofrequenz-Modul (RF) 92, das auf der Leiterplatine 90 vorgesehen ist, um Radiofrequenzsignale zu verarbeiten, ein Basisband-Modul (BB) 94, das auf der Leiterplatine 90 vorgesehen ist, um Daten und verwandte Steuersignale zu verarbeiten, ein Strommanagement-Modul, um die Stromversorgung und die Bereitstellung von elektrischer Energie für das RF-Modul 92 und das Basisband-Modul 94 zu steuern, sowie eine Dualband-Antenneneinrichtung 98, welche das RF-Modul 92 über eine Signaleinspeisungsstelle F und eine Ausgangsstelle der Leiterplatine 90 verbindet, um Funksignale, die in einem ersten Frequenzband und einem zweiten Frequenzband betrieben bzw. übermittelt werden, zu empfangen oder zu senden.
In der 9a verwendet die drahtlose Datenübertragungseinrichtung 9 die in der 3 beschriebene Antenneneinrichtung als Beispiel für die Dualband-Antenneneinrichtung 98, diese ist jedoch nicht darauf beschränkt. Eine beliebige Dualband-Antenneneinrichtung mit Merkmalen, die in den 1a, 1b, 2a, 2b, 2c, 3a bis 3c, 5, 7 und 8 beschrieben wurden, können bei der drahtlosen Datenübertragungseinrichtung 9 gemäß der 9 eingesetzt werden, was jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht im Detail beschrieben ist. Die 9b ist eine Darstellung, die eine weitere drahtlose Datenübertragungseinrichtung zeigt, die eine Mehrband-Antenneneinrichtung 99 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem ähnlichen Aufbau zu demjenigen, der in der 8 beschrieben ist, verwendet. Ein Masseleiter der Mehrband-Antenne 99 weist ein Ende G auf, das mit einer Masseebene bzw. Erdungsebene 95 verbunden ist, die auf der Leiterplatine 90 vorgesehen ist.
Die Dualband- oder Mehrband-Antenneneinrichtungen, die bei drahtlosen Datenübertragungseinrichtungen eingesetzt werden, können unabhängige Bauelemente darstellen, wie in den 9a und 9b gezeigt, oder können auf der Leiterplatine 90 unter Verwendung von Druck- und Ätzprozessen ausgebildet sein.
Aufgrund der Tendenz, dass immer kompaktere, leichtere drahtlose Datenübertragungseinrichtungen entwickelt werden, muss das äußere Erscheinungsbild einer Dualband- oder Mehrband-Antenneneinrichtung modifiziert werden, um die Gerätegröße zu verringern, um die Leiterplatine an den Innenbauraum der drahtlosen Datenübertragungseinrichtung anzupassen, ohne das Leistungsverhalten zu beeinträchtigen. Beispielsweise sind der erste und zweite Strahlungskörper einer Dualband-Antenneneinrichtung entlang von zumindest einer Falzlinie unter einem vorbestimmten Winkel abgewinkelt, so dass die Dualband- oder Mehrband-Antenneneinrichtung in zumindest zwei Abschnitte auf zwei unterschiedlichen Ebenen mit dem dazwischen ausgebildeten vorbestimmten Winkel unterteilt ist, und so dass das äußere Erscheinungsbild der Dualband- oder Mehrband-Antenneneinrichtung so modifiziert ist, dass diese dreidimensional geformt ist. Beispielsweise sind der erste und zweite Strahlungskörper einer Dualband- oder Mehrband-Antenneneinrichtung entlang von zumindest zwei Falzlinien um zwei Winkel abgewinkelt, um so die Dualband- oder Mehrband-Antenneneinrichtung in zumindest drei Abschnitte auf drei unterschiedlichen Ebenen zu unterteilen, wobei zwischen zwei dieser Ebenen der entsprechende Winkel dazwischen ausgebildet ist. Die 10 ist eine Darstellung, die eine Dualband-Antenneneinrichtung 100 zeigt, die entlang der Falzlinien F1 und F2 unter im Wesentlichen rechten Winkeln abgewinkelt ist. In der 10 ist der Abschnitt zwischen den Falzlinien F1 und F2 im Wesentlichen senkrecht zu der Leiterplatine (PCB) 101; sämtliche der anderen Abschnitte der Dualband-Antenneneinrichtung sind parallel zu der Leiterplatine 101 und erstrecken sich hin zu der Leiterplatine 101. Obwohl die Höhe der abgewinkelten Dualband-Antenneneinrichtung 100 größer ist, ist die Fläche der abgewinkelt ausgebildeten Dualband-Antenneneinrichtung 100, die entlang der selben Ebene der Leiterplatine 101 vorgesehen ist, geschlitzt und ist deshalb die abgewinkelte Dualband-Antenneneinrichtung 100 für eine kompakte drahtlose Datenübertragungseinrichtung mit geringem Gewicht mit den vorgeschriebenen Eigenschaften geeignet.
Die Dualband- oder Mehrband-Antenneneinrichtung und das RF-Modul, das von einer drahtlosen Datenübertragungseinrichtung verwendet wird, stellen zwei unabhängige Bauelemente dar, die jeweils in einem Hochfrequenz-Band betrieben werden. Die Dualband- oder Mehrband-Antenneneinrichtung verbindet das RF-Modul durch direkte Kontaktierung, durch eine Lötverbindung, einen Steckverbinder oder dergleichen. Die Störimpedanz der Schaltung kann das Leistungsverhalten des RF-Moduls beeinträchtigen, wenn dieses in einem Hochfrequenz-Band betrieben wird, und deshalb beeinträchtigt die Störimpedanz an der Verbindung zwischen der Antenneneinrichtung und dem RF-Modul das Leistungsverhalten der drahtlosen Datenübertragungseinrichtung. Falls die Dualband- oder Mehrband-Antenneneinrichtung und das RF-Modul in einen einzigen Chip integriert werden, ist deshalb die Verbindung der Antenneneinrichtung und des RF-Moduls einstückig ausgebildet, um so die Störimpedanz und Unterschiede der Impedanz zwischen unterschiedlichen Chips zu reduzieren.
Die 11a und 11b sind Darstellungen, die Radiofrequenz-Chips (RF) zeigen, die Dualband-Antenneneinrichtungen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen verwenden, die einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung dienen sollen. In der 11a umfasst der RF-Chip ein Substrat 110, eine Radiofrequenz-Schaltungseinheit 111, die auf dem Substrat 110 zur Verarbeitung von Funksignalen vorgesehen ist, sowie eine Dualband-Antenneneinrichtung 112, die auf dem Substrat 110 vorgesehen ist und mit der RF-Schaltungseinheit 111 verbunden ist, um Funksignale, die in einem ersten Frequenzband und einem zweiten Frequenzband übermittelt werden, zu empfangen oder zu senden.
Die in der 3a beschriebene Dualband-Antenneneinrichtung wird als ein Ausführungsbeispiel von dem RF-Chip gemäß der 11a verwendet, wenngleich die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Eine beliebige Dualband- oder Mehrband-Antenneneinrichtung mit Merkmalen, die in den Figuren 1a, 1b, 2a, 2b, 3a bis 3c, 5, 7 und 8 beschrieben wurden, können bei dem RF-Chip gemäß der 11a eingesetzt werden. Die Merkmale der vorgenannten Dualband- oder Mehrband-Antenneneinrichtungen werden aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht weiter beschrieben. Die Dualband-Antenneneinrichtung 112 und die RF-Schaltungseinheit 111 werden mittels Halbleiterprozessen auf dem Substrat 110 hergestellt. Wie ebenfalls in der 11b gezeigt, kann die RF-Schaltungseinheit 111 zunächst auf dem Substrat 110 ausgebildet werden, dann kann eine Isolationsschicht 113 über der RF-Schaltungseinheit 111 ausgebildet werden, und schließlich wird die Dualband-Antenneneinrichtung 112 oberhalb der Isolationsschicht 113 ausgebildet, um so die RF-Schaltung über eine Kontaktstelle 115 zu kontaktieren bzw. zu verbinden.

Claims

Mehrband-Antenneneinrichtung, die in mehreren Frequenzbändern betreibbar ist, mit: einem ersten Strahlungskörper (31), der aus einer ersten einzelnen Leiterbahn mit zumindest zwei abgewinkelten Abschnitten (31) ausgebildet ist und ein erstes Ende (F) zum Einspeisen eines Signals in den ersten Strahlungskörper und ein zweites Ende aufweist, wobei ein erster Abschnitt (31 ₁) der ersten Leiterbahn mit dem ersten Ende (F) verbunden ist; und einem zweiten Strahlungskörper (32), der mit dem zweiten Ende des ersten Strahlungskörpers (31) verbunden ist und der parallel und beabstandet zu einem Abschnitt des ersten Strahlungskörpers unter einem vorbestimmten Abstand vorgesehen ist; gekennzeichnet durch eine dritte Leiterbahn (50), die sich senkrecht von dem ersten Abschnitt (31 ₁) der ersten Leiterbahn erstreckt und mit dem ersten Abschnitt (31 ₁) der ersten Leiterbahn (31) verbunden ist, wobei sich die dritte Leiterbahn (50) und der zweite Strahlungskörper (32) auf derselben Seite des ersten Abschnitts der ersten Leiterbahn befinden und wobei die dritte Leiterbahn (50) ein freies Ende aufweist.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Abstand weniger als 0,05 λ beträgt und λ die Wellenlänge ist, die der Zentralfrequenz des ersten Frequenzbands entspricht.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Zentralfrequenz des ersten Frequenzbands von der Länge des ersten Strahlungskörpers (R1) abhängt.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Zentralfrequenz des zweiten Frequenzbands von den Gesamtlängen des ersten und zweiten Strahlungskörpers (31, 32) abhängt.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Zentralfrequenz des zweiten Frequenzbands von dem vorbestimmten Abstand (D) abhängt.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Zentralfrequenz des zweiten Frequenzbands in einem gewissen Verhältnis zu der Zentralfrequenz des ersten Frequenzbands steht.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach Anspruch 6, bei der das gewisse Verhältnis von dem vorbestimmten Abstand (D) abhängt.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die Zentralfrequenz des zweiten Frequenzbands das 1,5-fache bis 2,5-fache der Zentralfrequenz des ersten Frequenzbands ist.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Strahlungskörper (31) mindestens vier abgewinkelte Abschnitte (311–31 ₄) umfasst, die sich jeweils in unterschiedliche Richtungen erstrecken; und bei der der zweite Strahlungskörper (32) aus einer zweiten einzelnen Leiterbahn ausgebildet ist, mit zumindest einer zweiten Leiterbahn (32 ₁), die parallel zu einer der ersten Leiterbahnen vorgesehen ist.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach Anspruch 9, bei der der zweite Strahlungskörper (32) eine Mehrzahl von zweiten Leiterbahnen aufweist, die sich jeweils in unterschiedliche Richtungen erstrecken und die zweite einzelne Leiterbahn ausbilden.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und zweite Strahlungskörper (31, 32) insgesamt eine rahmenartige Struktur ausbilden.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein Substrat (110), um darauf den ersten und zweiten Strahlungskörper mit Hilfe eines Druck- oder Ätzprozesses bereit zu stellen.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Masseleiter (70), der mit dem ersten Strahlungskörper (31) verbunden ist.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach Anspruch 13, bei der der Masseleiter (70) mit dem ersten Ende (F) des ersten Strahlenkörpers (31) verbunden ist.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste und zweite Strahlungskörper wahlweise entlang einer Falzlinie unter einem vorbestimmten Winkel abgewinkelt sind, so dass die Mehrband-Antenneneinrichtung in zwei Abschnitte auf zwei unterschiedlichen Ebenen unterteilt ist, zwischen denen der vorbestimmte Winkel ausgebildet ist.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste und zweite Strahlungskörper wahlweise entlang von zwei Falzlinien unter vorbestimmten Winkeln abgewinkelt sind, so dass die Mehrband-Antenneneinrichtung in drei Abschnitte auf drei unterschiedlichen Ebenen unterteilt ist, wobei zwischen jeweils zwei Ebenen der entsprechende vorbestimmte Winkel ausgebildet ist.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste und zweite Strahlungskörper wahlweise entlang von zwei Falzlinien abgewinkelt ist, so dass die Mehrband-Antenneneinrichtung in einen ersten, zweiten und dritten Abschnitt auf drei unterschiedlichen Ebenen unterteilt ist; wobei die Ebenen des ersten und zweiten Abschnittes parallel zueinander sind und die Ebene des dritten Abschnittes unter einem vorbestimmten Winkel in Bezug zu den Ebenen des ersten und zweiten Abschnittes geneigt ist.
Mehrband-Antenneneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Leiterbahn (50) entsprechend dem Abstand der dritten Leiterbahn (50) zu einem Abschnitt des ersten Strahlungskörpers, der nicht der erste Abschnitt (31 ₁) ist, zu einer dritten Resonanzfrequenz (f₃) führt.
Drahtlose Datenübertragungseinrichtung, mit einer Mehrband-Antenneneinrichtung zum Empfangen und Senden eines Funksignals, die in mehreren Frequenzbändern betrieben wird, wobei die Mehrband-Antenneneinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Radiofrequenz-Chip mit: einem Substrat (110); einer Mehrband-Antenneneinrichtung (112), die auf dem Substrat vorgesehen ist und in mehreren Frequenzbändern betrieben wird, um ein Funksignal zu empfangen und zu senden; wobei die Mehrband-Antenneneinrichtung (112) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 ausgebildet ist.
Radiofrequenz-Chip nach Anspruch 20, wobei der erste und zweite Strahlungskörper (R1, R2) auf dem Substrat durch Halbleiterprozessierung ausgebildet sind.