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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung, wie sie
in der drahtlosen Technik verwendet wird, und insbesondere eine
Koppelantennenvorrichtung, die eine Antennenstruktur mit Mehrfrequenzresonanzsektoren
aufweist.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Es
ist wohlbekannt, dass eine Antenne das Schlüsselelement zum Senden/Empfangen
("Transceiven") von Mikrowellen
bei drahtloser Wiedergabe wie drahtloser Kommunikation und drahtloser
Datenübertragung
ist, wo die Antenne von einem Sender erzeugte elektrische Ströme in Mikrowellen
umwandelt und die Mikrowellen in den freien Raum sendet. Die Antenne
erfasst auch Mikrowellen und wandelt sie in elektrische Ströme um, die
dann von einem Empfänger
verarbeitet werden.
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Es
gibt zwei Möglichkeiten,
Signale zwischen einem Sende-/Empfangsgerät (Transceiver) und einer Antenne
zu leiten, und diese sind Drahtverbindung und Zuspeisung durch Kopplung.
Die direkte elektrische Verbindung des Transceivers und der Antenne
mit einer Antennensignalspeiseleitung ist als Drahtverbindungsmethode
bekannt, während
die elektrische Verbindung des Transceivers und eines Antennenkopplungselements
mit der Antennensignalspeiseleitung als Verfahren der Zuspeisung
durch Kopplung bekannt ist.
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Überdies
ist beim Verfahren der Zuspeisung durch Kopplung die Antenne weder
mit dem Antennenkopplungselement noch mit der Antennensignalspeiseleitung
elektrisch verbunden. Da die Antenne und das Antennenkopplungselement
in bzw. an verschiedenen und getrennten Ebenen/Orten angeordnet
sein könnten
und gelegentlich außerdem
mit einem dazwischen angeordneten Trennmedium versehen sind, besitzt
das Verfahren der Zuspeisung durch Kopplung mehr Vorteile als die
Drahtverbindungsmethode.
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Solche
Vorteile umfassen die Verringerung der Koppelwirkung zwischen der
Antenne und der Antennensignalspeiseleitung (eine solche Wirkung ist
der Grund von Störgeräuschen),
die Isolation parasitärer
Strahlung vom Einspeiseende, das die Antenne und die Antennensignalspeiseleitung
elektrisch verbindet, und die Aufbringung des geeigneten Substratmaterials
auf die Antenne bzw. die Antennensignalspeiseleitung, um die Bandbreite
der Antenne zu erhöhen.
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Wie
zuvor erwähnt,
ist eine Mikrowelle im Grunde der Wechsel zwischen einem elektrischen und
einem magnetischen Feld im freien Raum. Die Anwesenheit einer Antenne
bewirkt einen Wechsel des elektrischen Feldes, und die Abmessung
der Antenne legt den Wechsel des elektrischen Feldes und die Mikrowelle,
auf welche sie anspricht, im Voraus fest. Nehmen wir zum Beispiel
eine Dipolantenne und eine PIFA-Antenne,
so entspricht die Gesamtlänge der
Dipolantenne etwa der halben Wellenlänge der Mikrowelle, auf die
sie anspricht, während
die Gesamtlänge
der PIFA-Antenne etwa einem Viertel der Wellenlänge der Mikrowelle entspricht,
auf die sie anspricht.
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Da
eine Antenne mit einer bestimmten Abmessung, die zum Beispiel in
einer elektronischen Vorrichtung verwendet wird, auf eine bestimmte
Mikrowelle anspricht, ist die Antenne also dafür vorgesehen, eine bestimmte
Frequenz drahtloser Signale zu senden/empfangen, und das begrenzt
den Nutzen sowohl der elektronischen Vorrichtung als auch der Antenne.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein
vornehmliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung
einer Koppelantennenvorrichtung, die eine Antennenstruktur mit Mehrfrequenzresonanzsektoren
aufweist, um die Koppelantennenvorrichtung zu befähigen, auf
eine Mehrzahl drahtloser Signale mit mehreren Strahlungsfrequenzen
anzusprechen und diese zu senden/empfangen, so dass die Antennenvorrichtung imstande
ist, Mikrowellen mit verschiedenen Strahlungsfrequenzen zu senden/empfangen.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer Antennenstruktur mit Mehrfrequenzresonanzsektoren, das in
elektronischen Vorrichtungen verwendet wird, so dass die elektronischen
Vorrichtungen imstande sind, eine Mehrzahl drahtloser Signale mit
mehreren Strahlungsfrequenzen zu senden/empfangen.
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Um
die obigen Ziele zu verwirklichen, schafft die vorliegende Erfindung
eine Koppelantennenvorrichtung zum Senden/Empfangen einer Mehrzahl drahtloser
Signale und umfasst die Antennenvorrichtung eine Antennenstruktur
mit einer Mehrzahl aneinandergrenzender Resonanzsektoren, wobei
jeder der Sektoren eine Länge
aufweist, die von einer spezifischen Strahlungsfrequenz bestimmt
wird und auf eines der drahtlosen Signale anspricht.
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Die
Antennenvorrichtung umfasst außerdem ein
Antennenkopplungselement und eine Antennensignalspeiseleitung, wobei
das Antennenkopplungselement an einer der Antennenstruktur entsprechenden
Kopplungsposition mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen angeordnet
ist, um die von der Antennenstruktur gesendeten/empfangenen drahtlosen Signale
aus- bzw. einzukoppeln, und die Antennensignalspeiseleitung elektrisch
mit dem Antennenkopplungselement verbunden ist, um das von der Antennenstruktur
gesendete/empfangene drahtlose Signal durch die Kopplung des Antennenkopplungselements
zuzuspeisen.
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Im
Vergleich zu den herkömmlichen
Techniken ermöglicht
die vorliegende Erfindung, dass die Antenne und die mit der Antenne
ausgestattete elektronische Vorrichtung auf eine Mehrzahl drahtloser Signale
mit mehreren Strahlungsfrequenzen ansprechen und diese senden/empfangen.
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Diese
und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem
Fachmann durch Lesen der folgenden kurzen Beschreibung der Zeichnungen,
der genauen Beschreibung der besten Ausführungsform und der beigefügten Ansprüche ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
Struktur und die technischen Mittel, die von der vorliegenden Erfindung
angewendet werden, um die obigen und weitere Ziele zu erreichen,
werden am besten unter Bezugnahme auf die folgende genaue Beschreibung
der besten Ausführungsformen und
der beigefügten
Zeichnungen verständlich,
wobei
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht einer Koppelantennenvorrichtung,
die eine Antennenstruktur mit Mehrfrequenzresonanzsektoren aufweist,
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
perspektivische Montageansicht von 1 ist;
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3 eine
Schnittansicht entlang der Linie 3-3 von 2 ist;
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4 eine
Antennenstruktur mit Mehrfrequenzresonanzsektoren der Koppelantennenvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
zeigt;
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5 eine
Antennenstruktur einer Koppelantennenvorrichtung, die eine Antennenstruktur
mit Mehrfrequenzresonanzsektoren gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist, zeigt;
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6 eine
Antennenstruktur der Koppelantennenvorrichtung, die eine Antennenstruktur
mit Mehrfrequenzresonanzsektoren gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist, zeigt;
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7 eine
Antennenstruktur der Koppelantennenvorrichtung, die eine Antennenstruktur
mit Mehrfrequenzresonanzsektoren gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist, zeigt;
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8 eine
Antennenstruktur der Koppelantennenvorrichtung, die eine Antennenstruktur
mit Mehrfrequenzresonanzsektoren gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung aufweist, zeigt und
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9 eine
Antennenstruktur der Koppelantennenvorrichtung, die eine Antennenstruktur
mit Mehrfrequenzresonanzsektoren gemäß einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist, zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BESTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 und 2,
die jeweils eine perspektivische Explosions- und Montageansicht
einer Koppelantennenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind, und auf 3, die eine
Schnittansicht entlang der Linie 3-3 von 2 ist. Wie
in den Figuren dargestellt, umfasst eine elektronische Vorrichtung,
die allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, eine Antennenstruktur 2 und
ist ein Antennenkopplungselement 3 an einer der Antennenstruktur 2 entsprechenden
Kopplungsposition mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen angeordnet,
um die von der Antennenstruktur 2 gesendeten/empfangenen
drahtlosen Signale aus- bzw. einzukoppeln. Außerdem ist das Antennenkopplungselement 3 durch
eine Antennensignalspeiseleitung 4 elektrisch mit der elektronischen
Vorrichtung 1 verbunden.
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Die
elektronische Vorrichtung 1 definiert eine Innenfläche 11,
und darauf ist eine EMI-Schutzplatte 12 montiert. Das Antennenkopplungselement 3 ist mit
einem Signaleinspeiseende 31 und einem Signalkopplungsende 32 versehen,
das in der Lage ist, mit der Antennenstruktur 2 zu koppeln.
Die von der Antennenstruktur 2 gesendeten/empfangenen drahtlosen
Signale können
durch die Antennensignalspeiseleitung 4 an die elektronische
Vorrichtung 1 übermittelt
werden.
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Die
EMI-Schutzplatte 12 dient als Schutz für die elektronische Vorrichtung 1 vor
möglichen
elektromagnetischen Störungen
(EMI). Das Signaleinspeiseende 31 schließt das Antennenkopplungselement 3 an,
während
die Antennensignalspeiseleitung 4 und das Signalkopplungsende 32 mit
der Antennenstruktur 2 koppeln, so dass sowohl der elektrische
Strom, der von dem (in der Figur nicht dargestellten) Transceiver
erzeugt wird, zum Antennenkopplungselement 3 geleitet werden
kann als auch der von der Antennenstruktur 2 erzeugte elektrische Strom,
der von der Mikrowelle verursacht wird, welche die Antennenstruktur 2 erfasst,
zum Transceiver geleitet werden kann.
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Zudem
ist ein Trennmedium 13 zwischen der Antennenstruktur 2 und
dem Antennenkopplungselement 3 angeordnet. Einem Durchschnittsfachmann wäre ersichtlich,
dass das Trennmedium 13 entweder Luft, ein Isoliermaterial
oder das Gehäuse
der elektronischen Vorrichtung 1 sein könnte.
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Bei
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Trennmedium 13 das Gehäuse der
elektronischen Vorrichtung 1, und die Antennenstruktur 2 ist
auf einer Oberseite 14 des Trennmediums 13 angeordnet,
während
das Antennenkopplungselement 3 auf einer Unterseite 15 des Trennmediums 13 angeordnet
ist. Überdies
ist das Gehäuse
der elektronischen Vorrichtung 1 mit einem Durchgangsloch 16 ausgebildet,
das zwischen der Antennenstruktur 2 und dem Antennenkopplungselement 3 angeordnet
ist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung werden die Abmessung und die Position
des Durchgangsloches 16 an solche Parameter wie die Dicke
des Trennmediums 13, die Abmessung der Antennenstruktur 2 sowie
die des Antennenkopplungselements 3 optimal angepasst.
Eine solche Anpassung optimiert die Kopplungseffizienz zwischen
der Antennenstruktur 2 und dem Antennenkopplungselement 3,
so dass das Senden/Empfangen von drahtlosen Signalen durch die Antennenstruktur 2 die
höchste
Effizienz erreicht. Überdies
ist das Durchgangsloch 16 verantwortlich für die Verringerung
der Koppelwirkung zwischen der Antennenstruktur 2 und der
Antennensignalspeiseleitung 4 (eine solche Koppelwirkung
ist einer der Hauptgründe
für Störgeräusche und
daher nicht wünschenswert.)
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4 zeigt
eine Antennenstruktur mit Mehrfrequenzresonanzsektoren der Koppelantennenvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform.
Wie in der Figur dargestellt, ist die Antennenstruktur 2 mit mehreren
Resonanzsektoren 21, 22 und 23 versehen,
von denen jeder andere Abmessungen aufweist; das heißt, die
Resonanzlänge
L1 des Resonanzsektors 21 unterscheidet sich von der Resonanzlänge L2 des
Resonanzsektors 22, die sich ebenfalls von der Resonanzlänge L3 des
Resonanzsektors 23 unterscheidet.
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Wie
unter "Hintergrund
der Erfindung" erörtert, ist
eine Antenne mit einer bestimmten Abmessung dafür vorgesehen, auf bestimmte
drahtlose Signale anzusprechen und diese zu senden/empfangen. Bei
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Antennenstruktur 2 mit
mehreren Resonanzsektoren 21, 22 und 23 mit
verschiedenen Resonanzlängen
L1, L2 und L3 versehen, und jede der Resonanzlängen wird von einer spezifischen
Strahlungsfrequenz bestimmt, die einem der drahtlosen Signale entspricht.
Folglich ist die Antennenstruktur 2 der vorliegenden Erfindung
imstande, auf eine Mehrzahl drahtloser Signale mit mehreren Frequenzen
anzusprechen und diese zu senden/empfangen.
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Es
wird nun auf 5 bis 9 Bezug
genommen, die jeweils Antennenstrukturen der Koppelantennenvorrichtung
mit einer Antennenstruktur mit Mehrfrequenzresonanzsektoren gemäß verschiedenen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind. Wie in 5 dargestellt,
ist eine Antennenstruktur 2a in Form eines dreieckigen
Musters mit mehreren aneinandergrenzenden Resonanzsektoren 2a1, 2a2 und 2a3 mit
verschiedenen Resonanzlängen La1,
La2 und La3 versehen.
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6 zeigt
eine Antennenstruktur 2b, das in Form eines trapezoiden
Musters vorliegt und mit mehreren aneinandergrenzenden Resonanzsektoren 2b1, 2b2 und 2b3 mit
verschiedenen Resonanzlängen
Lb1, Lb2 und Lb3 versehen ist, während
in 7 eine Antennenstruktur 2c in Form eines
rechtwinklig-dreieckigen Musters, das mit mehreren aneinandergrenzenden
Resonanzsektoren 2c1, 2c2 und 2c3 mit
verschiedenen Resonanzlängen
Lc1, Lc2 und Lc3 versehen ist, dargestellt ist.
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Überdies
ist eine Antennenstruktur 2d in Form eines spiralartigen
Musters, das ein gekrümmtes
rechtwinkliges Dreieck ist und mit mehreren aneinandergrenzenden
Resonanzsektoren 2d1, 2d2 und 2d3 mit
verschiedenen Resonanzlängen
versehen ist, in 8 dargestellt. 9 zeigt
eine Antennenstruktur 2e in Form eines nautilusartigen
Musters, das ebenfalls ein gekrümmtes
rechtwinkliges Dreieck ist und mit mehreren aneinandergrenzenden
Resonanzsektoren 2e1, 2e2 sowie 2e3 versehen
ist.
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Anders
als die Antennenvorrichtung des bisherigen Stands der Technik ist
die Koppelantennenvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit einer
Antennenstruktur ausgestattet, die Mehrfrequenzresonanzsektoren
aufweist, die jeweils auf eine spezifische Strahlungsfrequenz ansprechen
können,
welche einem der drahtlosen Signale entspricht. Was das Senden drahtloser
Signale betrifft, ist es möglich, die
spezifische von der Antennenstruktur gesendete Strahlungsfrequenz
durch Kontrolle der Resonanzsektoren, mit denen das Antennenkopplungselement gekoppelt
ist, zu steuern. Überdies
ist die Antennenstruktur imstande, auf drahtlose Signale spezifischer Strahlungsfrequenz
mit verschiedenen Resonanzsektoren anzusprechen und diese zu empfangen.
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Da
die mehreren Resonanzsektoren 21, 22 etc. der
Antennenstruktur 2, 2a etc. hauptsächlich als Mittel
dazu dienen, auf drahtlose Signale verschiedener und vorbestimmter
Strahlungsfrequenzen anzusprechen und diese folglich zu senden/empfangen, versteht
sich, dass jedes andere Muster mit jeder anderen Gestalt, Struktur
und Abmessung mit den Antennenstrukturen 2, 2a etc.
funktionell gleichwertig ist und in der vorliegenden Erfindung dazu
verwendet werden kann, die Antennenstruktur 2, 2a etc.
zu ersetzen. Zudem wäre
für jeden
Fachmann ersichtlich, dass die Struktur, Abmessung, Gestalt und
das Anwendungsgebiet der elektronischen Vorrichtung die Wahl verschiedener
Antennenstrukturen von verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung bestimmen kann.
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Anhand
der oben dargelegten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird deutlich, dass die vorliegende Erfindung
die Antennenvorrichtung und die mit selbiger ausgestattete elektronische Vorrichtung,
in der bevorzugten Ausführungsform
ein tragbarer Computer, dazu befähigt,
eine Mehrzahl drahtloser Signale mit mehreren Frequenzen zu senden/empfangen.
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Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben wurde,
die gegenwärtig
als die zweckmäßigsten
und besten angesehen werden, versteht sich, dass die Erfindung nicht auf
die offenbarten Ausführungsformen
zu beschränken
ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und gleichwertige
Anordnungen umfassen soll, die im Geist und Umfang der beigefügten Ansprüche enthalten
sind.