DE102005060138B4

DE102005060138B4 - Antennenmodul und elektronische Vorrichtung, die dieses verwendet

Info

Publication number: DE102005060138B4
Application number: DE102005060138A
Authority: DE
Inventors: Hwan II Suwon Park; Chul Ho Yongin Kim; Gi Tae Suwon Do; Duk Woo Hwasung Lee; Jeong Sik Seo; Tae Sung Kim; Sae Won Suwon Oh; Hyun Hak Osan Kim
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2025-12-17
Also published as: FI20055668A0; FI20055668L; CN1825697B; US7339532B2; KR20060094716A; GB2423642B; DE102005060138A1; JP2006238414A; CN1825697A; TW200631236A; JP4053566B2; GB2423642A; TWI287891B; KR100638726B1; US20060192712A1; GB0526287D0

Abstract

Antennenmodul (30, 50, 100),
mit einem aus einem nichtleitenden Material hergestellten Substrat (31);
einem Antennenelement (36), das an einer vorbestimmten Position auf dem oberen Teil des Substrats (31) befestigt ist, mit einem Anschlussteil (36c) an einem Ende seiner Unterseite zur Stromzufuhr, einem ersten Befestigungsteil (36a) an dem anderen Ende seiner Unterseite zur Befestigung des Antennenelements (36) an dem Substrat (31) und einem in Reaktion auf den zugeführten Strom arbeitenden Strahlungsteil;
einer auf dem Substrat (31) ausgebildeten Anschlussleitung (32) zur Verbindung mit dem Anschlussteil (36c) des Antennenelements (36), die ein Anschlusspad (32b) aufweist, das an einem ihrer Enden ausgebildet ist;
einem ersten auf dem Substrat (31) ausgebildeten Befestigungspad (35a) zum Verbinden mit dem ersten Befestigungsteil (36a) des Antennenelements (36);
einem wenigstens eine leitende Leiterbahn aufweisenden Padkopplungselement (38a), das zwischen dem Anschlusspad (32b) und dem ersten Befestigungspad (35a) angeordnet ist,
wobei ein vorbestimmtes Signalband via Wechselwirkung...

Description

Beanspruchung der Priorität
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2005-016103 , angemeldet am 25. Februar 2005 beim Korean Intellectual Property Office.
Hintergrund der Erfindung
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Antennenmodul, das in einem elektronischen Gerät mit einer drahtlosen Kommunikationsfunktion bereitgestellt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Antennenmodul, mit dem der belegte Raum in einem elektronischen Gerät minimiert wird und das den Freiheitsgrad bei der Installation des Antennenmoduls verbessert, wobei die Effizienz der Raumnutzung in dem elektronischen Gerät erhöht wird, wodurch die Miniaturisierung und die Multifunktionalität des elektronischen Geräts in Einklang gebracht werden, und auf eine elektronische Vorrichtung, die das Antennenmodul aufweist.
Beschreibung des Standes der Technik
Die gegenwärtigen Fortschritte in der Halbleiter- und Telekommunikationstechnologie haben dazu geführt, dass elektronische Vorrichtungen mit drahtlosen Kommunikationsfunktionen (im Folgenden bezeichnet als „drahtlose elektronische Vorrichtungen”) mit erhöhter Mobilität und Portabilität für Nutzer extensiv verwendet werden, und das bezeichnendste Beispiel sind Mobiltelefone. Diese drahtlosen elektronischen Geräte werden in leichteren und miniaturisierten Formen entwickelt, um den grundlegendsten Ansprüchen an die Portabilität für die Nutzer zu entsprechen.
Zusätzlich geht der gegenwärtige Trend, um den Ansprüchen der Nutzer an ein bequemes Mitsichführen eines einzigen Geräts, das mehrfache Funktionen aufweist, zu entsprechen, dahin, mehr Funktionen zum drahtlosen elektronischen Gerät hinzuzufügen, darunter MP3, Kamera, Kreditkarte, eine drahtlose Fahrkarte vom Kontakttyp.
In Übereinstimmung mit dem gegenwärtigen Trend haben Forschungen hinsichtlich der Miniaturisierung von Komponenten stattgefunden, die in den drahtlosen elektronischen Vorrichtungen bereitgestellt werden, und die Antennen, die zum Senden und Empfangen drahtloser Signale dienen, sind keine Ausnahme dieses Trends.
In einer herkömmlichen drahtlosen elektronischen Vorrichtung wird eine interne Antenne hauptsächlich deshalb verwendet, um die Größe des Produkts zu minimieren. Die internen Antennen umfassen Microstrip-Patch-Antennen, flache invertierte Antennen vom F-Typ und Chip-Antennen.
Die Microstrip-Patch-Antenne nimmt die Form eines Microstrip-Patches an, der auf einer gedruckten Leiterplatte aufgedruckt ist. Auf der anderen Seite besteht die Chip-Antenne aus einer Vielzahl von Schichten unterschiedlicher Strahlungsmuster, beinhaltend eine Spiralform innerhalb eines dielektrischen Blocks. Die Vielzahl der Strahlungsmuster ist elektrisch miteinander verbunden, damit sie als Antenne funktionieren, die einen Stromweg aufweist, der einer Wellenlänge entspricht.
Wie in der 1 gezeigt, beinhaltet die flache Antenne vom invertierten F-Typ ein Abstrahlungsstück 11 auf einer vorbestimmten Höhe, ein Anschlussstück 12 und ein Erdungsstück 13, um eine Kante des Abstrahlungsstücks 11 mit Strom zu versorgen. Die Anschlussleitung 12 und die Erdungsleitung 13 sind senkrecht zum Strahlungsfeld 11 angeordnet, und jeweils mit Anschluss- und Erdungsmustern auf einem Substrat 10 verbunden.
Das Abstrahlungsstück 11 kann im Wesentlichen eine rechteckige Form aufweisen, und hier wird die rechteckige planare Oberfläche des Strahlungsfeldes 11 durch eine bestimmte Form von Schlitzen aufgeteilt, damit sich eine spiralförmige Form ergibt. Die Gestaltung des Abstrahlungsstücks 11 kann unterschiedliche Formen aufweisen. In dem Beispiel, das in 1 dargestellt ist, weist das Strahlungsfeld 11 zwei Stromwege auf, wodurch die Frequenzsignale gesendet und empfangen werden, die äquivalent zur elektrischen Länge der Stromwege sind. Dabei können das Strahlungsstück 11 und die Anschluss- und Erdungsleitungen 12 und 13 beispielsweise von einem keramischen Block getragen werden.
Wie in der 1 gezeigt ist, benötigt die herkömmliche interne Antenne, wenn sie in einer Baueinheit 10 eines drahtlosen elektronischen Geräts installiert wird, eine bestimmte Größe oder einen größeren neutralen Raum, damit ihre Eigenschaften aufrecht erhalten werden können. Deswegen verbraucht die herkömmliche interne Antenne einen Raum in dem elektronischen Gerät, der größer ist als ihre Größe. Es ist jedoch, unabhängig davon, wie klein der Raum ist, schwierig, einen Raum für die interne Antenne in den gegenwärtigen miniaturisierten und mit vielen Funktionen versehenen drahtlosen elektronischen Geräten zu schaffen. Umgekehrt erlaubt ein Einsparen des Raums eine weitere Miniaturisierung der drahtlosen elektronischen Vorrichtungen, und deshalb muss der Einbauraum des Antennenmoduls soweit wie möglich herabgesetzt werden.
In Beziehung stehend zum oben beschriebenen herkömmlichen Stand der Technik, beschreibt die japanische offengelegte Anmeldung mit der Nummer 2003-87022 ein Antennenmodul mit einer hohen Montagedichte. Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht, die die Antenne, die in der Anmeldung vorgeschlagen wird, darstellt. Unter Bezugnahme auf die 2 erstreckt sich in dem oben vorgeschlagenen Antennenmodul ein Wellenleiter 24 von einer Seitenoberfläche eines Montagesubstrats 21 mit einer Antriebsschaltung 23, die einem Antennenmodul 22 Strom zuführt. Der Wellenleiter 24 wird dazu verwendet, die Antriebsschaltung 23 und das Antennenelement 22 zu verbinden und wird auf einem flexiblen harten Element ausgebildet, sodass der Wellenleiter 24 gefaltet werden kann, um das Antennenelement 22 in drei Dimensionen anzuordnen. Die vorstehende Konstruktion des Antennenmoduls ermöglicht eine integrale Ausbildung des Antennenelements 22, des Wellenleiters 24 und des Befestigungssubstrats 23, wodurch die Montageschritte verringert werden und ein Maß am Freiheit hinsichtlich der Anordnung von Drähten und Bauteilen sichergestellt wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen Antennenmodul wird jedoch, wenn der Wellenleiter 24 vertikal gefaltet wird, um das hergestellte Antennenmodul in dem drahtlosen Gerät einzubauen, die Impedanz des Wellenleiters 24 verändert, wodurch die Antenneneigenschaften geschwächt werden.
Deshalb sind Forschungen an einem Antennenmodul erforderlich geworden, das nicht so viel Raum benötigt und einen hohen Grad an Freiheit hinsichtlich der Anordnung aufweist.
Aus der US 2004/0125032 A1 ist ein Antennenmodul für die Oberflächenmontage bekannt, bei dem der Strahler als Padkopplungselement des Antennenelements mit einem starren Substrat verlötet wird.
In der EP 1 505 689 A1 wird ein Antennenmodul mit einer Oberflächenbefestigungsantenne vorgeschlagen, bei dem das Padkopplungselement eines starren Substrats mit einem Befestigungspad des Antennenelements verlötet ist.
Die US 6 639 559 B2 offenbart ein Antennenelement mit einer Oberflächenbefestigungsantenne, bei dem der Strahler als Padkopplungselement des Antennenelements mit einem Befestigungspad eines starren Substrats verlötet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antennenmodul anzugeben, das den benötigten Platz in einem elektronischen Gerät minimieren kann, ohne dass die Eigenschaften des Antennenelements verändert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Antennenmodul der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Substrat Flexibilität aufweist und dass das Antennenmodul eine passive Leitung aufweist, die mit einer vorbestimmten Länge parallel zur Anschlussleitung auf dem Substrat ausgebildet ist.
Das Antennenmodul gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet weiterhin einen Erdungsteil an einem Ende seiner Unterseite, um das Antennenelement zu erden, einen zweiten Befestigungsteil an dem anderen Ende seiner Unterseite in einer Position, die dem Erdungsteil entgegengesetzt ist, wobei das Substrat eine Erdungsleitung aufweist, die ein Erdungspad an einem ihrer Enden aufweist, um mit dem Erdungsteil des Antennenelements verbunden zu werden, und ein zweites Befestigungspad, das an einer Position auf dem Substrat ausgebildet ist, an der der zweite Befestigungsteil des Antennenelements befestigt ist, wobei das Padkopplungselement wenigstens eine leitende Leiterbahn aufweist, die zwischen dem Erdungspad und dem zweiten Befestigungspad angeordnet ist.
Daneben betrifft die Erfindung eine drahtlose elektrische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer verständlich, wobei die Zeichnungen Folgendes zeigen:
1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Struktur und eine Einbauform einer herkömmlichen internen Antenne darstellt;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Struktur eines herkömmlichen Antennenmoduls darstellt;
3 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, die eine Konstruktion eines Antennenmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
4A und 4b sind Graphen, die jeweils die Strahlungseigenschaften und das Stehwellenverhältnis (Voltage Standing Wave Ratio – VSWR) eines Antennenmoduls mit einer passiven Leitung zeigen;
5–9 sind perspektivische Ansichten, die eine Struktur eines Antennenmoduls mit einem Padkopplungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen;
10a und 10b sind Graphen, die jeweils die Strahlungseigenschaften und das Stehwellenverhältnis (VSWR) des Antennenmoduls mit dem Padkopplungselement darstellen;
11 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die eine Struktur eines Antennenmoduls mit einem unteren Kopplungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
12 ist ein Graph, der das Stehwellenverhältnis (VSWR) des Antennenmoduls mit den unteren Kopplungselementen darstellt; und
13a–13c sind perspektivische Ansichten, die Beispiele des Antennenmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, das in einer drahtlosen elektronischen Geräteanordnung eingebaut ist.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der folgenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass identische Elemente durch verschiedene Zeichnungen hindurch mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. In der folgenden Beschreibung werden wohlbekannte Funktionen und Konstruktionen nicht im Detail beschrieben, da sie die Erfindung mit unnötigen Details überdecken würden.
3 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, die eine Konstruktion eines Antennenmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Unter Bezugnahme auf die 3 beinhaltet das Antennenmodul 30 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Substrat 31, das aus einem nichtleitenden flexiblen Material besteht, und ein Antennenelement 36, das auf dem Substrat 31 angebracht ist.
Auf dem Substrat 31 werden eine Erdungsleitung 33 zur Erdung des Antennenelements 36, eine Anschlussleitung 32, ausgebildet aus einem leitenden Material an einer vorbestimmten Position auf dem Substrat 31, um das Antennenelement 36 mit Strom zu versorgen, eine passive Leitung 34 parallel zum Anschlussstück, die Impedanz über eine elektrische Kopplung mit dem Anschlussstück 32 anpassend, ohne mit einem Anschlussteil 36c oder einem Erdungsteil des Antennenelements 36 verbunden zu sein, und Befestigungspads 35a und 35b zur Befestigung des Antennenelements 36 ausgebildet.
Das Antennenmodul 36, das auf dem Substrat 31 montiert ist, kann jede beliebige Form annehmen, solange es auf dem oberen Teil des Substrats mittels Die-Bonding befestigbar ist. Hinsichtlich der Größe ist ein Antennenelement in einer miniaturisierten Form eines Chips zu bevorzugen, zum Beispiel eine Mehrschicht-Chip-Antenne und eine flache invertierte Antenne vom F-Typ. In einem weiteren Bereich kann eine Antenne vom flachen Typ mit Microstrips einbezogen sein, die auf einer vorbestimmten Substratgröße ausgebildet ist. An einem Ende der Unterseite des Antennenelements 36 werden der Zuführungsteil 36c, der mit Strom versorgt wird, und der Erdungsteil 36d zum Erden des Antennenelements 36 ausgebildet. Auch werden am anderen Ende der Unterseite des Antennenelements 36 erste und zweite Befestigungsteile 36a und 36b in einer longitudinalen Richtung ausgebildet, um das Antennenelement 36 am Substrat 31 zu befestigen. Hierbei wird der erste Befestigungsteil 36a am ersten Befestigungspad 35a befestigt, und der zweite Befestigungsteil 36b wird am zweiten Befestigungspad 35b befestigt. Zusätzlich befindet sich im Antennenelement 36 ein Strahlungsteil (nicht gezeigt) zum Betrieb mit dem Strom, der vom Anschluss 36c bereitgestellt wird. Der Strahlungsteil kann in unterschiedlichen Formen bereitgestellt werden, um so ge wünschte Strahlungscharakteristika, die vom Typ des Antennenelements 36 abhängen, zu erhalten.
An einem Ende der Erdungsleitung 33 wird ein Erdungspad 33b zur Verbindung mit dem Erdungsteil 36d des Antennenelements 36, wenn das Antennenelement 36 auf dem Substrat 31 befestigt wird, ausgebildet. Zusätzlich wird an einem Ende des Anschlussstücks 32 ein Anschlusspad 32b ausgebildet, um mit dem Anschlussteil 36c verbunden zu werden, wenn das Antennenelement 36 auf dem Substrat 31 befestigt wird. Darüber hinaus kann es bei dem Antennenmodul 30 gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn das Antennenelement 36 auf dem aus einem flexiblen Material bestehenden Substrat 31 montiert ist, möglich sein, dass diese nicht vollständig aneinander haften oder voneinander getrennt werden. Um solche Probleme zu lösen, kann eine Befestigungsplatte 37 mit einer vorbestimmten Härte an der Unterseite des Substrats 31, entsprechend der Position des Antennenelements 35, angebracht werden. Die Befestigungsplatte 37 sollte aus einem nichtleitenden, nichtmetallischen Material bestehen, um die Eigenschaften des Antennenelements 36 nicht zu verändern.
Das Antennenmodul 30 mit der oben beschriebenen Konstruktion ist im Wesentlichen auf dem äußeren Teil der Anordnung des drahtlosen elektronischen Geräts (oder der gedruckten Leiterplatte) angeordnet, und nur die Anschlussleitung 32 des Antennenmoduls 30 wird auf der Anordnung montiert, wodurch der tatsächlich belegte Raum auf der drahtlosen elektronischen Geräteanordnung herabgesetzt wird. Daher wird das Antennenmodul 30 ohne eine Verzerrung des Impedanz-Matchings gefaltet, wodurch die Antenneneigenschaften aufrechterhalten werden, während gleichzeitig der Grad der Freiheit der Anordnung beim Einbau des Antennenmoduls 30 in dem drahtlosen elektronischen Gerät erhöht wird.
Um Vorstehendes zu realisieren, ist das Substrat 31, das die Leitungen 32 bis 34 aufweist, die aus Leitern darauf bestehen, um Signale zum Antennenelement 36 einzugeben und davon weg auszugeben, zu erden und die Impedanz abzugleichen, flexibel und nichtleitend, wodurch ein Grad an Freiheit der Anordnung außerhalb der drahtlosen elektronischen Geräteanordnung verbessert wird. Das heißt, da das Substrat 31 frei faltbar oder biegbar ist, kann das Substrat 31 gebogen werden und auf der oberen oder seitlichen Oberfläche der Anordnung angeordnet werden. Dabei kann ein zusätzliches Befestigungselement bereitgestellt werden, um die Strahlungsrichtung des Antennenelements 36 festzulegen, wie nachstehend unter Bezugnahme auf ein anderes Ausführungsbeispiel erklärt wird.
Um Flexibilität zu erhalten, kann das Substrat 31 aus einem reversiblen Material, wie zum Beispiel Polymer und flexiblem Material, und irreversiblem Material, wie zum Beispiel Polyimid, Polyester und Glasepoxydharz, hergestellt sein. Zusätzlich kann die Struktur in einem Einfachschichtsubstrat realisiert sein, gebildet aus einem Material der vorstehenden Gruppe, oder einem Mehrschichtsubstrat, gebildet aus Schichten aus einem oder mehreren der vorgenannten Materialien, die mit einem organischen Klebstoff aneinander geklebt werden.
Jedes jeweilige Ende der Anschlussleitung 32 und der Erdungsleitung 33 ist mit dem Anschlusspad 32b und dem Erdungspad 32b verbunden, die auf der Installationsposition des Antennenelements 36 ausgebildet sind, und kommt in Kontakt mit dem Anschlussteil 36c und dem Erdungsteil 36d des Antennenelements 36. Die anderen Enden der Anschlussleitung 32 und der Erdungsleitung 33 haben gemeinsame Teile (zum Beispiel Lötzinn) 32a und 33a für die Befestigung des Antennenmoduls 30 auf der drahtlosen elektronischen Geräteanordnung.
Zusätzlich zum Anschlussstück 32 und dem Erdungsstück 33 beinhaltet das Antennenmodul 30 gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin eine vorbestimmte Länge einer passiven Leitung 34, wobei es sich um eine leitende Leitung parallel zur Anschlussleitung 32 handelt. Das passive Stück 34 bildet eine elektrische Kopplung mit dem Anschlussstück 32 aus, wodurch ein Impedanzabgleich von 50 Ω ermöglicht wird, obwohl die Anschlussleitung 32 in einem vorbestimmten Winkel gefaltet wird. Das heißt, dass ein Impedanzabgleich zwischen dem Antennenelement 36 und dem drahtlosen elektronischen Gerät erreicht wird, wodurch der Signalverlust minimiert wird.
Falls die passive Leitung 34 nicht wie oben beschrieben bereitgestellt wird, ergibt es sich, dass jede einzelne Chip-Antenne unterschiedliche Eigenschaften hat, da jede einzelne für eine spezifische Frequenz hergestellt wird, und deshalb benötigt jede einzelne ein unterschiedliches Anschlussstück. Des Weiteren wird, wie in der 2 gezeigt ist, in dem Fall einer vertikalen Anordnung des Antennenmoduls, das Anschlussstück vertikal gebogen, wodurch der Impedanzabgleich gestört wird.
Die passive Leitung 34 und die Anschlussleitung 32 sind elektrisch gekoppelt, um eine Kopplungskapazität zu erzeugen, die die Schwankung der Impedanz aufgrund der Schwankung der Position des Antennenelements 36 verringert, wodurch die Übertragung von Signalen ohne Verlust ermöglicht wird. In anderen Worten wird ähnlich der koplanaren Wellenleiter-Anschlussstruktur (Co-planar Waveguide – CPW) ein Impedanzmatching über eine breite Frequenzbandbreite möglich.
Die 4a und 4b sind Graphen, die die Strahlungseigenschaften und das Stehwellenverhältnis (VSWR) eines Antennenmoduls mit einer passiven Leitung 34 darstellen. Zunächst ist die 4a ein Graph, der das Strahlungsmuster eines elektrischen Feldes (E-Ebene) des Antennenmoduls mit einer passiven Leitung 34 zeigt, das in der 3 dargestellt ist. Unter Bezugnahme auf 4a ist das Strahlungsmuster unter allen Winkeln ausgeglichen. Aber aufgrund der Wirkung der Erdungsoberfläche wird ein Nullpunkt im Bereich nahe 270 Grad gebildet. 4b ist ein Graph, der das Stehwellenverhältnis (VSWR) des Antennenmoduls mit der passiven Leitung 34 der 3 zeigt. Unter Bezugnahme auf die 4b stellt die -6 dB-Bandbreite des Antennenmoduls ungefähr 177 MHz (7%) dar.
Die 5 bis 9 sind Diagramme, die eine Struktur eines Antennenmoduls darstellen, das ein Padkopplungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist. Bezug nehmend auf die 5, weist das Antennenmodul 50 das Padkopplungselement 38a und 38b auf, gebildet von wenigstens einer leitenden Leiterbahn zwischen dem Anschlusspad 32b und dem ersten Befestigungspad 35a und zwischen dem Erdungspad 33b und dem zweiten Befestigungspad 35b auf dem Substrat 31.
Die 5 zeigt eine Struktur, bei welcher das Padkopplungselement 38a und 38b in dünnen Leiterbahnen zur Verbindung mit dem Zentrum jedes jeweiligen Endes des Anschlusspads 32b, des Erdungspads 33b, der ersten und zweiten Befestigungspads 35a und 35b ausgebildet ist. Wie in der 6 gezeigt ist, kann das Padkopplungselement 38a und 38b mit den Ecken jedes jeweiligen Endes des Anschlusspads 32b, des Erdungspads 33b und der ersten und zweiten Befestigungspads 35a und 35b verbunden werden. Zusätzlich können, wie in der 7 gezeigt ist, das Padkopplungselement 38a und 38b aus einer Mehrzahl dünner Leiterbahnen bestehen, die eine Verbindung zwischen dem Anschlusspad 32b, dem Erdungspad 33b und den ersten und zweiten Befestigungspads 35a und 35b herstellen. Des Weiteren kann, wie in den 5 bis 7 gezeigt ist, das Padkopplungslement 38a und 38b mit dem Anschlusspad 32b, dem Erdungspad 33b und den ersten und zweiten Befestigungspads 35a und 35b verbunden sein, um direkt mit Strom versorgt zu werden. Zusätzlich kann, wie in der 8 gezeigt ist, das Padkopplungselement 38a in einem vorbestimmten Abstand beabstandet vom Anschlusspad 32b und dem ersten Befestigungspad 35a angeordnet sein, um mittels elektromagnetischer Kopplung mit Energie versorgt zu werden.
Wie in der 9 gezeigt ist, wird in dem Fall, dass das Antennenelement 50 vom Monopoltyp ist, die Erdungsleitung 33 nicht bereitgestellt. Deshalb kann auf dem Substrat 31 ein drittes Befestigungspad 90 ausgebildet werden, um das Antennenelement 50 am Substrat 31 zu befestigen, und ein dritter Befestigungsteil (nicht gezeigt) kann an einer Position, die der Position des Antennenelements 50 entspricht, ausgebildet werden. Die Padkopplungselemente 38a und 38b, die aus wenigstens einer leitenden Leiterbahn bestehen, können zwischen dem Zuführpad 32b und dem ersten Befestigungspad 35a angeordnet sein, und zwischen dem zweiten Befestigungspad 35b und dem dritten Befestigungspad 90.
In einer solchen Struktur tritt eine erste Resonanz dadurch auf, dass der Strom durch die Anschlussleitung 32 des Antennenmoduls 50 zum Strahlungsteil (nicht gezeigt) innerhalb des Antennenelements 36 fließt. Zusätzlich tritt eine zweite Resonanz durch den Strom auf, der durch die Anschlussleitung 32 zu den Padkopplungselementen 38a und 38b geführt wird. Im Ergebnis erlaubt die Wechsel wirkung zwischen der Resonanz durch den Strahlungsteil des Antennenelements 36 und der Resonanz durch die Padkopplungselemente 38a und 38b das Erhalten einer breiten Bandbreite, wodurch die Strahlungseigenschaften verbessert werden.
Die 10a und 10b sind Graphen, die jeweils die Strahlungseigenschaften und das Stehwellenverhältnis (VSWR) des Antennenmoduls mit dem Padkopplungselement zeigen. Die 10a ist ein Diagramm, das das Strahlungsmuster der E-Ebene des Antennenmoduls mit den Padkopplungselementen 35a und 35b wie in 5 zeigt. Wie in der 10a gezeigt, wird ein gleichmäßiges Strahlungsmuster in allen Winkeln der Antenne erhalten, und es ist auffällig, dass die maximale Verstärkung der Antenne sich auf bis zu 5 dBi oder mehr erhöht. Die 10b ist ein Diagramm, das das Stehwellenverhältnis (VSWR) des Antennenmoduls mit dem Padkopplungselement 35a und 35b wie in 5 darstellt. Bezug nehmend auf die 10b ist es auffallend, dass die –6 dB-Bandbreite 90 des Antennenmoduls bei ungefähr 344 MHz (14%) liegt, worin sich der Anstieg der Bandbreite zeigt.
11 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Konstruktion eines Antennenmoduls mit einem unteren Kopplungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bezug nehmend auf 11 weist das Antennenmodul 100 in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der Erfindung das untere Kopplungselement 101 und 102 auf, das aus leitenden Leiterbahnen an der Unterseite des Substrats 31 ausgebildet ist. Ein erstes unteres Kopplungselement 101 hat ein Ende, das unterhalb des Anschlusspads 32b angeordnet ist, und weist das andere Ende unterhalb des ersten Befestigungspads 35a auf. Zusätzlich weist ein zweites unteres Kopplungselement 102 ein Ende auf, das unterhalb des Erdungspads 33b angeordnet ist, wobei dessen zweites Ende unterhalb des zweiten Befestigungspads 35b angeordnet ist. In einer solchen Struktur tritt eine erste Resonanz durch den Strom auf, der durch die Anschlussleitung 32 des Antennenmoduls 50 zum Strahlungsteil (nicht gezeigt) innerhalb des Antennenelements 36 verläuft. Der Strom wird auch an das untere Kopplungselement 101 und 102 durch elektromagnetische Kopplung durch den Strom, der durch das Anschlussstück 32 verläuft, angelegt, und eine zweite Resonanz tritt durch den Strom auf, der die unteren Kopplungselemente 101 und 102 versorgt. Im Ergebnis ermöglicht die Wechselwirkung zwischen der Resonanz durch den Strahlungsteil des Antennenelements 36 und der Resonanz durch die unteren Kopplungselemente 101 und 102 eine große Bandbreite ebenso wie verbesserte Strahlungseigenschaften.
Darüber hinaus können die unteren Kopplungselemente 101 und 102 direkt mit dem Erdungspad 32b und dem Befestigungspbad 33b über Bohrungen verbunden werden, die in dem Substrat ausgebildet sind. In diesem Fall können das untere Kopplungselement 101 durch das Anschlusspad 32b und das untere Kopplungselement 102 durch das Erdungspad 32b direkt mit Strom versorgt werden. So ermöglicht die Wechselwirkung zwischen der Resonanz durch das Abstrahlungsstück des Antennenelements 36 und der Resonanz durch die unteren Kopplungselemente 101 und 102 eine breitere Bandbreite und verbesserte Strahlungseigenschaften.
11 stellt eine Struktur eines Antennenmoduls 100 mit nur den unteren Kopplungselementen 101 und 102 auf der Unterseite des Substrats 36 dar. Aber das Padkopplungselement 38a und 38b kann auch auf der oberen Oberfläche des Substrats 36 angeordnet sein, gleichzeitig mit dem unteren Kopplungselement 101 und 102 auf der Unterseite des Subtrats 36. Zusätzlich kann das Antennenmodul 100 weiterhin eine nichtleitende Befestigungsplatte 37 beinhalten, die einen vorbestimmten Härtegrad aufweist, angebracht an der Unterseite des Substrats 31 mit dem Antennenelement 36, um das Antennenelement 36 zu tragen.
Die 12 ist ein Graph, der das Stehwellenverhältnis (VSWR) des Antennenmoduls mit dem unteren Kopplungselement gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Unter Bezugnahme auf die 12 ist beim Antennenmodul 100 mit dem unteren Kopplungselement die –6 dB-Bandbreite 120 ungefähr 312 MHz (12,5%), woran sich der Anstieg der Bandbreite zeigt. Zusätzlich wies das Antennenmodul 100 mit dem unteren Kopplungselement ein gleichmäßiges Strahlungsmuster in allen Winkeln und eine hohe Antennenverstärkung auf, ähnlich dem Antennenmodul mit dem Padkopplungselement 38a und 38b.
Das Antennenmodul 30, 50 und 100 kann außerhalb der drahtlosen elektronischen Vorrichtungsanordnung angebracht werden. Die Montagestrukturen der Antennenmodule 30, 50 und 100 auf den drahtlosen elektronischen Geräteanordnungen werden unter Bezugnahme auf die 13a bis 13c erläutert.
Unter Bezugnahme auf die 13a weisen die Antennenmodule 30, 50 und 100 die gemeinsamen Teile 32a und 33a auf, die auf der gedruckten Oberfläche der Schaltung der drahtlosen elektronischen Geräteanordnung durch Verlöten montiert sind. Dabei ist es vorzuziehen, dass die gemeinsamen Teile 32a und 33a an der linken Seite auf der oberen Oberfläche der Anordnung 130 befestigt sind, und die Orientierung kann in allen 360 Grad um die Anordnung 130 möglich sein, und deshalb kann die Position unter Berücksichtigung des Designs und der Nutzungsorientierung des drahtlosen elektronischen Geräts festgesetzt werden.
Wie in der 13a gezeigt ist, weist das Antennenmodul 30, 50 und 100 eine Flexibilität auf, die es ermöglicht, dass es nach innen auf die Anordnung 130 zu gefaltet wird, und so kann das Antennenmodul 30, 50 und 100 flexibel angepasst werden, wenn die drahtlose elektronische Vorrichtung zusammengebaut wird.
Dabei ist es vorzuziehen, dass die Strahlungsrichtung des Antennenmoduls 30, 50 und 100 nach oben oder zur Seite eher als auf die Anordnung 130 zu weist, und um die Strahlungsrichtung der Antennenmodule 30, 50 und 100 festzusetzen, kann das Antennenmodul 30, 50 und 100 unter Verwendung einer zusätzlichen Befestigungsstruktur befestigt werden.
Die 13b und 13c zeigen Beispiele von Befestigungsstrukturen des Antennenmoduls 30, 50 und 100, das auf der Anordnung 130 des drahtlosen elektronischen Geräts montiert ist, senkrecht zur oberen Oberfläche der drahtlosen elektronischen Geräteanordnung 130. Unter Bezugnahme auf die 13b sind die gemeinsamen Teile des Antennenmoduls 30, 50 und 100 mit der äußeren Kante der schaltungsgedruckten Oberfläche der drahtlosen elektronischen Geräteanordnung 130 durch Verlöten verbunden. Zusätzlich wird eine vorbestimmte Größe einer Seitenwand 131 auf der Seitenoberfläche der Anordnung 130 ausgebildet, um das Antennenmodul 30, 50 und 100 zu tragen. Die Oberfläche des Antennenmoduls, auf der das Antennenelement 36 angeordnet ist, ist mit organischem Material an der Seitenwand 131 befestigt. Dadurch zeigt die Hauptstrahlungsrichtung des Antennenelements 36 bezüglich der drahtlosen elektronischen Geräteanordnung 130 zur Seite.
Unter Bezugnahme auf die 13c wird eine Seitenwand 131 an der Seitenfläche der Anordnung des drahtlosen elektronischen Geräts ausgebildet, um das Antennenmodul 30, 50 und 100 in der gleichen Art und Weise wie vorstehend beschrieben zu halten. Dabei wird ein Haltestift 132 an einer vorbestimmten Position auf der Seitenwand 131 bereitgestellt, und ein Loch wird an der Position auf dem Substrat 31 des Antennenmoduls 30, 50, 100 ausgebildet, die dem Haltestift 132 zugeordnet ist. Der Haltestift 132 wird in das Loch eingeführt, wodurch das Antennenmodul 30, 50 und 100 an der Seitenwand 131 befestigt wird. Dabei werden die gemeinsamen Teile 32a und 33a des Antennenmoduls 30, 50 und 100 mit der äußeren Oberfläche der drahtlosen elektronischen Geräteanordnung 130 verbunden.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Beispielen ist es möglich, dass eine Aufnahmeeinkerbung in der drahtlosen elektronischen Vorrichtung ausgebildet wird, um das Antennenmodul 30, 50 und 100 aufzunehmen, dessen gemeinsame Teile 32a und 33a mit der drahtlosen elektronischen Geräteanordnung 130 verbunden sind.
Wie oben beschrieben wird in dem Fall, dass das Antennenmodul 30, 50 und 100 außerhalb der drahtlosen elektronischen Geräteanordnung 130 angeordnet ist, der Montageraum des Antennenmoduls 30, 50 und 100 auf der drahtlosen elektronischen Geräteanordnung 130 reduziert, wodurch die Designflexibilität anderer Teile der drahtlosen elektronischen Vorrichtung erhöht wird und so Probleme gelöst werden, die mit der begrenzten Montageposition aufgrund von LCDs, Kameras und Lautsprechern verbunden sind, die in dem Gerät montiert sind, und mit dem Aufrechterhalten der Eigenschaften der Antenne.
Wie oben ausgeführt ist das Antennenelement in der vorliegenden Erfindung außerhalb der drahtlosen elektronischen Geräteanordnung angeordnet, wodurch der Raum zur Montage der Antenne auf der drahtlosen elektronischen Geräteanordnung reduziert wird, wodurch die Einwirkungen von anderen Elementen innerhalb der drahtlosen elektronischen Vorrichtung reduziert werden.
Darüber hinaus verwendet die vorliegende Erfindung das flexible Substrat, um einen Freiheitsgrad hinsichtlich der Anordnung des Antennenmoduls zu erhöhen, und sie passt die Impedanz mittels des Anschlussstücks und des passiven Stücks an, wodurch die Anordnung des Antennenelements in der Vorrichtung in einem senkrechten Winkel ohne ein Untergraben des Impedanzabgleichs ermöglicht wird. Zusätzlich ermöglicht die vorliegende Erfindung das Erhalten eines gleichmäßigen Strahlungsmusters in allen Winkeln des Antennenmoduls mit einer breiten Bandbreite.
Darüber hinaus sind in der vorliegenden Erfindung lediglich die Anschlussleitung und die Erdungsleitung auf der drahtlosen elektronischen Geräteanordnung befestigt, und der tatsächlich belegte Platz des Antennenmoduls kann in dem ungenutzten Raum unter Berücksichtigung der Zusammenstellung des drahtlosen elektronischen Geräts liegen, wodurch die Miniaturisierung des drahtlosen elektronischen Geräts verbessert wird.

Claims

Antennenmodul (30, 50, 100), mit einem aus einem nichtleitenden Material hergestellten Substrat (31); einem Antennenelement (36), das an einer vorbestimmten Position auf dem oberen Teil des Substrats (31) befestigt ist, mit einem Anschlussteil (36c) an einem Ende seiner Unterseite zur Stromzufuhr, einem ersten Befestigungsteil (36a) an dem anderen Ende seiner Unterseite zur Befestigung des Antennenelements (36) an dem Substrat (31) und einem in Reaktion auf den zugeführten Strom arbeitenden Strahlungsteil; einer auf dem Substrat (31) ausgebildeten Anschlussleitung (32) zur Verbindung mit dem Anschlussteil (36c) des Antennenelements (36), die ein Anschlusspad (32b) aufweist, das an einem ihrer Enden ausgebildet ist; einem ersten auf dem Substrat (31) ausgebildeten Befestigungspad (35a) zum Verbinden mit dem ersten Befestigungsteil (36a) des Antennenelements (36); einem wenigstens eine leitende Leiterbahn aufweisenden Padkopplungselement (38a), das zwischen dem Anschlusspad (32b) und dem ersten Befestigungspad (35a) angeordnet ist, wobei ein vorbestimmtes Signalband via Wechselwirkung zwischen der Resonanz des Stroms, der durch die Anschlussleitung (32) zum Strahlungsteil des Antennenelements (36) fließt, und der Resonanz des Stroms, der in das Padkopplungselement (35a) fließt, verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (31) Flexibilität aufweist und das Antennenmodul (30, 50, 100) eine passive Leitung (34) aufweist, die mit einer vorbestimmten Länge parallel zur Anschlussleitung (32) auf dem Substrat (31) ausgebildet ist.
Antennenmodul (30, 50, 100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenelement (36) einen Erdungsteil (36d) an einem Ende seiner Unterseite zur Erdung des Antennenelements (36) aufweist, und einen zweiten Befestigungsteil (36b) an dem anderen Ende seiner Unterseite in einer Position, die dem Erdungsteil (36d) entgegengesetzt ist, dass das Substrat (31) eine Erdungsleitung (33) aufweist, die ein Erdungspad (33b) an einem ihrer Enden aufweist, um mit dem Erdungsteil (36d) des Antennenelements (36) verbunden zu werden, und ein zweites Befestigungspad (35b), das an einer Position auf dem Substrat (31) ausgebildet ist, an der der zweite Befestigungsteil (36b) des Antennenelements (36) befestigt ist, und dass das Padkopplungselement (38a) wenigstens eine leitende Leiterbahn aufweist, die zwischen dem Erdungspad (33b) und dem zweiten Befestigungspad (35b) angeordnet ist.
Antennenmodul (30, 50, 100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Padkopplungselement (38b) direkt mit dem Anschlusspad (32b), Erdungspad (33b) und Befestigungspad (35a, 35b) verbunden ist.
Antennenmodul (30, 50, 100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Padkopplungselement (38a, 38b) abseits in einem vorbestimmten Abstand vom Anschlusspad (32b), vom Erdungspad (33b) und dem Befestigungspad (35a, 35b) angeordnet ist, um eine Stromversorgung via elektromagnetischer Kopplung zu ermöglichen.
Antennenmodul (30, 50, 100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin ein unteres Kopplungselement (101, 102), das auf der Unterseite des Substrats (31) angeordnet ist, in Längsrichtung des Antennenelements (36) aufweist.
Antennenmodul (30, 50, 100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Kopplungselement (101, 102) direkt mit dem Anschlusspad (32b) oder Erdungspad (33b) durch Bohrungen verbunden ist, die in dem Substrat (31) ausgebildet sind.
Antennenmodul (30, 50, 100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (31) eine Einschichtstruktur aufweist, die aus einem reversiblen Material ausgebildet ist, beinhaltend Polymer und flexibles Metall, und irreversiblem Material, beinhaltend Polyimid, Polyester und Glasepoxyd, oder dass es eine Mehrschichtstruktur aufweist, ausgebildet aus den vorstehenden Materialien, die mittels eines organischen Klebemittels miteinander verklebt sind.
Antennenmodul (30, 50, 100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenelement (36) auf der oberen Oberfläche des Substrats (31) mittels Die-Bonding befestigbar ist.
Drahtlose elektronische Vorrichtung, mit: einem Antennenmodul (30, 50, 100), beinhaltend ein Antennenelement (36), das auf einem Substrat (31) befestigt ist, einer leitenden Anschlussleitung (32), die an einem Ende einen Anschlussteil (36c) des Antennenelements (36) berührt, und eine Erdungsleitung (33), die an einem Ende einen Erdungsteil (36d) des Antennenelements (36) berührt, wobei die leitende Anschlussleitung (32) und die leitende Erdungsleitung (33) jeweils einen Verbindungsabschnitt (32a, 33a) an ihrem Ende aufweisen, einen Befestigungsteil (36a), der auf dem Substrat (31) ausgebildet ist, um das Antennenelement (36) an dem Substrat (31) zu befestigen, und einem zwischen der Anschlussleitung (32) und der Erdungsleitung (33) angeordneten Kopplungselement; einer Anordnung einer Mehrzahl von eine Schaltung bildenden Elementen, die dem Antennenmodul (30, 50, 100) über die Anschlussleitung (32) Strom zuführt, wobei das Antennenmodul (30, 50, 100) an einer vorbestimmten Position der Anordnung an den Verbindungsabschnitten (32a, 33a) der Anschlussleitung (32) und der Erdungsleitung (33) befestigt ist und außerhalb der Anordnung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (31) aus einem flexiblen Material besteht und das Antennenmodul eine passive Leitung (34) aufweist, die mit einer vorbestimmten Länge parallel zur Anschlussleitung (32) auf dem Substrat (31) ausgebildet ist.
Drahtlose elektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsabschnitte (32a, 33a) der Anschlussleitung (32) und der Erdungsleitung (33) des Antennenmoduls (30, 50, 100) mit dem oberen Teil des äußeren Teils der Anordnung verbunden sind.
Drahtlose elektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Seitenwand (131) mit festgelegter Größe an einer Seitenoberfläche der Anordnung aufweist, wobei das Antennenelement (36) des Antennenmoduls (30, 50, 100) an der Seitenwand (131) befestigt ist.
Drahtlose elektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seitenwand (131) mit festgelegter Größe mit einem vorstehenden Haltestift (132) an einer Seitenoberfläche der Anordnung ausgebildet ist, und dass ein Befestigungsloch an einer Position ausgebildet ist, die dem Haltestift (132) des Antennenmoduls (30, 50, 100) entspricht, um das Antennenmodul (30, 50, 100) an der Seitenwand (131) zu befestigen.