DE102008050819A1

DE102008050819A1 - Kurzgeschlossene Monopolantenne

Info

Publication number: DE102008050819A1
Application number: DE102008050819A
Authority: DE
Inventors: Saou-Wen Su; Jui-Hung Chou
Original assignee: Silitek Electronic Guangzhou Co Ltd; Lite On Technology Corp
Current assignee: Lite On Electronics Guangzhou Co Ltd; Lite On Technology Corp
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-10-10
Also published as: US8059042B2; US20110074654A1; CN101626114A; US20100007559A1; FI20095484A0; DE102008050819B4; FI20095484A; CN101626114B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kurzgeschlossene Monopolantenne. Die Antenne weist eine Erdungsplatte, ein Hauptabstrahlelement, ein Kurzschlusselement, eine Metallplatte und ein Koaxialkabel auf. Die Erdungsplatte weist einen Signalerdungspunkt auf. Das Hauptabstrahlelement ist über der Erdungsplatte angeordnet und mindestens einmal gebogen und weist einen Signalspeisungspunkt auf. Ein Ende des Kurzschlusselements ist mit einer der kurzen Kanten der Erdungsplatte gekoppelt, und das andere Ende ist mit einem Kantenbereich des Hauptabstrahlelements gekoppelt. Die Metallplatte weist einen inneren Leiter und einen äußeren Leiter auf, die mit dem Signalspeisungspunkt bzw. dem Signalerdungspunkt gekoppelt sind. Die erfundene Antenne weist eine gute Impedanzbandbreite und gute Abstrahlcharakteristika auf, kann einfach in einem Gehäuse einer elektronischen Vorrichtung installiert werden, und ist gut geeignet für Anwendungen in drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen.

Description

Die Erfindung betrifft eine eingebaute Antenne. Die Erfindung betrifft insbesondere eine kurzgeschlossene Niedrigprofil-Antenne, die von einer einzigen Metallplatte gebildet wird und geeignet ist zum Arbeiten im 2,4-GHz-Band.
Mit der Entwicklung von drahtlosen Kommunikationstechnologien werden verschiedene drahtlose Produkte jedes Jahr weithin vermarktet. Folglich konzentriert sich das Studium und die Forschung auf zugehörige elektronische Schaltungs-Systeme und Produktausführungen. Die Antenne der Mobileinheit, die derzeit in WLAN-Systemen verwendet wird, ist eine Metallplattenstruktur oder eine PCB-Struktur. Die Metallplattenantenne übermittelt Funkfrequenzsignale mittels eines Mini-Koaxialkabels. Andererseits ist die Antenne des PCB-Typs fast eine flache invertierte F-Antenne, eine flache Antenne mit invertierter F-Form, und wird als Monopolantenne hergestellt. Die Monopolantenne wird von einer Abstrahleinheit und einer Erdungseinheit gebildet, welche getrennte Einheiten sind und nicht miteinander gekoppelt sind. Ein zusätzliches dielektrisches Substrat wird zur Strukturstützung für die Abstrahleinheit und die Erdungseinheit verwendet und deshalb werden die Abstrahleinheit und die Erdungseinheit auf ein dielektrisches Substrat gedruckt.
Im Allgemeinen sind die Kosten für die Herstellung einer Antenne des PCB-Typs höher als für die Herstellung einer Metallplatten-Antenne. Eine herkömmliche flache Monopolantenne wird in dem Taiwan-Patent Nr. 00573382 offenbart. Die Abstrahleinheit und die Erdungseinheit werden jeweils auf zwei Seiten eines einzigen dielektrischen Substrats gedruckt und die Signale werden von einem Mikrostreifen und einem Koaxialkabel eingespeist. Gemäß anderen ähnlichen Patenten, wie zum Beispiel US-Patent Nr. US 6600448 und US 2007/0296636 , wird die Metallplatten-Antenne durch Formen und Pressen des Metallmaterials hergestellt. Die beiden Patente offenbaren eine flache invertierte F-Antenne und die Abstrahleinheit und die Erdungseinheit werden auf derselben Oberfläche gebildet. Also beeinflusst die erforderliche Größe der Antenne den benötigten Platz für die Antenne negativ, was in diesem Zeitalter der Verkleinerung jedoch unerwünscht ist.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine kurzgeschlossene Monopolantenne bereitzustellen, speziell eine Antenne mit einem niedrigen Profil. Die kurzgeschlossene Monopolantenne wird aus einer Metallplatte gebildet und wird verwendet in einem Frequenzband bei 2,4 GHz. Die Antenne ist für den Einbau in einen Laptopcomputer, einen drahtlosen Drucker und andere drahtlose Produkte, die eine Reduzierung der Produktgröße erfordern oder erwünschen, geeignet.
Eine einzige Metallplatte wird verwendet zum Bilden der Antenne mit einer Erdungsplatte und einer Hauptabstrahleinheit durch Biegen der Metallteile gemäß der Erfindung. Das Hauptabstrahlelement weist mindestens einen Biegebereich auf, so dass die Höhe der Antenne reduziert wird, und ist über der Erdungsplatte angeordnet. Weiterhin wird ein Kurzschlusselement zum Koppeln des Hauptabstrahlelements mit der Erdungsplatte verwendet, so dass das Hauptabstrahlelement, die Erdungsplatte und das Kurzschlusselement integral in einem Stück gefertigt werden können. In einer anderen Ausführungsform ist eine Metallplatte mit einer langen Kante der Erdungsplatte gekoppelt und dient als Erdungseinheit; deshalb kann die Antenne flexibel montiert werden. Die kurzgeschlossene Monopolantenne gemäß der Erfindung kann verwendet werden in einem Frequenzband bei 2,4 GHz (2400 bis 2484 MHz) oder für ein Band gemäß 802.11 b/g/n und die Antenne kann in drahtlose Vorrichtungen eingebaut werden.
Um das obige Ziel zu erreichen, stellt die Erfindung eine kurzgeschlossene Monopolantenne bereit. Die kurzgeschlossene Monopolantenne weist auf eine Erdungsplatte mit einem Signalerdungspunkt, wobei die Erdungsplatte eine kurze und eine lange Kante aufweist; ein Hauptabstrahlelement, angeordnet über der Erdungsplatte, wobei das Hauptabstrahlelement mindestens einen Biegebereich und einen Signalspeisungspunkt aufweist; ein Kurzschlusselement, wobei eine Seite des Kurzschlusselements mit der kurzen Kante der Erdungsplatte gekoppelt und eine andere Seite des Kurzschlusselements mit dem Hauptabstrahlelement gekoppelt ist; und ein Koaxialkabel, das einen inneren Leiter und einen äußeren Leiter aufweist, wobei der innere Leiter und der äußere Leiter elektrisch mit dem Signalspeisungspunkt bzw. mit dem Signalerdungspunkt gekoppelt sind. Dadurch arbeitet die Antenne mit guter Impedanzbandbreite und guten Abstrahlcharakteristika und ist zum Einbauen in das Gehäuse der drahtlosen Einheiten geeignet. Es wird gezeigt, dass die Antenne bei der Frequenz von drahtlosen Netzwerken von 2,4 GHz arbeiten kann.
Die Erfindung stellt eine kurzgeschlossene Monopolantenne bereit, die durch das Biegen einer einzigen Metallplatte gebildet ist. Das gebildete Antennensystem weist ein Hauptabstrahlelement und eine Erdungsplatte auf, die mit guter Impedanzbandbreite und guten Abstrahlcharakteristika arbeitet. Weiterhin weist das gebildete Antennensystem eine Metallplatte auf, die zum Zusammenbauen mit einer vorbestimmten Einheit verwendet wird und die Metallplatte beeinträchtigt nicht den Einfluss hinsichtlich der Arbeitsleistung des Antennensystems in dem Frequenzband bei 2,4 GHz. Also wird die Antenne der Erfindung flexibel in die drahtlosen Produkte eingebaut und die Metallplatte kann so entworfen werden, dass man einen Mechanismus hat, der den Einbau oder Anbau an gewünschte elektrische Einrichtungen oder drahtlose Produkte ermöglicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden zum besseren Verständnis der Charakteristika und des technischen Inhalts der Erfindung im Folgenden näher erläutert. In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen im Allgemeinen auf dieselben Teile durchgehend über alle unterschiedlichen Ansichten. Die Zeichnungen geben nicht notwendigerweise die tatsächlichen Größenverhältnisse wieder, sondern dienen im Allgemeinen dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
Es zeigen
1 die erste Ausführungsform der kurzgeschlossenen Monopolantenne gemäß der Erfindung.
1A die erste Ausführungsform der kurzgeschlossenen Monopolantenne, bevor sie gebildet wurde, als eine einzige Metallplatte gemäß der Erfindung.
2 den gemessenen und simulierten Reflexionsverlust der ersten Ausführungsform der kurzgeschlossenen Monopolantenne gemäß der Erfindung.
3 das gemessene Abstrahlmuster der ersten Ausführungsform der kurzgeschlossenen Monopolantenne, die bei 2442 MHZ arbeitet, gemäß der Erfindung.
4 den Gewinn und die Abstrahleffizienz der ersten Ausführungsform der kurzgeschlossenen Monopolantenne gemäß der Erfindung.
5 den simulierten Reflexionsverlust der ersten Ausführungsform der kurzgeschlossenen Monopolantenne mit/ohne der/die Metallplatte gemäß der Erfindung.
6 die zweite Ausführungsform der kurzgeschlossenen Monopolantenne gemäß der Erfindung.
7 den Winkel zwischen der Metallplatte und der Erdungsplatte der dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung.
8 die vierte Ausführungsform der kurzgeschlossenen Monopolantenne gemäß der Erfindung.
9 die Metallplatte der kurzgeschlossenen Monopolantenne gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Verweisend auf 1 und 1A offenbart die Erfindung eine kurzgeschlossene Monopolantenne 1. Die erste Ausführungsform der kurzgeschlossenen Monopolantenne 1 wird in 1 gezeigt, und 1A zeigt die kurzgeschlossene Monopolantenne 1, bevor sie gebildet wurde, als eine einzige Metallplatte. Die kurzgeschlossene Monopolantenne 1 weist eine Erdungsplatte 11, ein Hauptabstrahlelement 12, ein Kurzschlusselement 13, eine Metallplatte 14 und ein Koaxialkabel 15 auf und die oben erwähnten Elemente (außer dem Koaxialkabel 15) werden durch Biegen einer einzigen Metallplatte geformt. Die Erdungsplatte 11 weist eine kurze Kante 112, eine lange Kante 113 und einen Signalerdungspunkt 111 auf. Das Hauptabstrahlelement 12 ist über der Erdungsplatte 11 angeordnet und ist an dem Biegebereich 122 gebogen. Weiterhin weist das Hauptabstrahlelement 12 einen Signalspeisungspunkt 121 auf. Das Hauptabstrahlelement 12 weist eine Seite 124 und einen Kantenbereich 123 auf. Eine Seite des Kurzschlusselements 13 ist mit der kurzen Kante 112 der Erdungsplatte 11 gekoppelt und eine andere Seite des Kurzschlusselements 13 ist mit dem Kantenbereich 123 der Hauptabstrahleinheit 12 gekoppelt. Die Metallplatte 14 ist mit der langen Kante 113 der Erdungsplatte 11 gekoppelt. Das Koaxialkabel 15 weist einen inneren Leiter 151 und einen äußeren Leiter 152 auf, wobei der innere Leiter 151 und der äußere Leiter 152 elektrisch mit dem Signalspeisepunkt 121 bzw. mit dem Signalerdungspunkt 111 gekoppelt sind.
Die Erdungsplatte 11, das Hauptabstrahlelement 12, das Kurzschlusselement 13 und die Metallplatte 14 sind aus leitfähigem Material hergestellt. Die Metallplatte, die in 1A gezeigt wird, wird verwendet zum Bilden der kurzgeschlossenen Monopolantenne 1 durch Biegeverfahren, wie zum Beispiel ein Klopfverfahren. Nach dem Bildungsprozess wird ein spezifischer Speisungsspalt d ausgewählt und eine Entfernung g zwischen dem Hauptabstrahlelement 12 und der Erdungsplatte 11 ist eingerichtet zum Ausbalancieren der induktiven Recktanz und der kapazitiven Recktanz, so dass das klar definierte Stehwellenverhältnis von 1,5:1 erreicht wird.
2 zeigt den gemessenen und simulierten Reflexionsverlust der kurzgeschlossenen Monopolantenne 1. Die X-Achse und die Y-Achse repräsentieren die Betriebsfrequenz (MHz) bzw. den Reflexionsverlust (dB). In der ersten Ausführungsform betragen die Länge und die Breite der Erdungsplatte 11 40 mm bzw. 5 mm. Die Länge des Hauptabstrahlelements 12 beträgt 23 mm, und die Breite und die Höhe des Hauptabstrahlelements 12 betragen beide 5 mm (d. h. die Länge des Hauptabstrahlelements 12 ist kleiner als die der Erdungsplatte 11, und die Breite des Hauptabstrahlelements 12 ist nicht größer als die der Erdungsplatte 11). Der Speisungsspalt d zwischen dem Hauptabstrahlelement 12 und der Erdungsplatte 11 beträgt 1 mm (zu bemerken ist, dass der Speisungsspalt d kleiner als 1,5 mm sein kann). Die Breite und die Länge des Kurzschlusselements betragen beide 5 mm und der Abstand g zwischen dem Hauptabstrahlelement 12 und dem Kurzschlusselement 13 beträgt 2 mm. Außerdem betragen die Länge und die Breite der Metallplatte 14 40 mm bzw. 10 mm. Gemäß 2, bei der Definition des Stehwellenverhältnisses von 1,5:1 oder des Reflexionsverlusts von 14 dB, weist die Antenne 1 eine gute Impedanzanpassung in dem Frequenzband von 2,4 GHz auf. Zusätzlich stimmt die Reflexionsverlustskurve 21 gut mit der simulierten Reflexionsverlustskurve 22 überein.
Das Abstrahlungsmuster der kurzgeschlossenen Monopolantenne 1, die bei 2442 MHz arbeitet, ist in 3 gezeigt. Gemäß den gemessenen Ergebnissen ist das Abstrahlungsmuster in der X-Y-Ebene omnidirektional.
Der gemessene Antennengewinn und die gemessene Abstrahleffizienz der kurzgeschlossenen Monopolantenne 1 sind in 4 gezeigt. Die linke Y-Achse und die rechte Y-Achse repräsentieren den Gewinn der Antenne (dBi) bzw. die Abstrahleffizienz der Antenne (%). Wie in 2 repräsentiert die X-Achse die Betriebsfrequenz (MHz). Gemäß 4 zeigt der gemessene Gewinn 41, dass der Wert des Gewinns der Antenne 2,4 dBi beträgt und die gemessenen Daten der Effizienz 42 zeigen, dass der Wert der Abstrahleffizienz der Antenne 83% beträgt. Grundsätzlich sind die Werte der Betriebsdaten der Antenne im Funkfrequenzband bei 2,4 GHz geeignet für drahtlose Anwendungen.
5 zeigt den simulierten Reflexionsverlust der ersten Ausführungsform mit und ohne der/die Metallplatte 14. Gemäß der simulierten Kurve 51 des Reflexionsverlusts ist die Impedanzbandbreite der kurzgeschlossenen Monopolantenne 1 ohne Metallplatte 14 geeignet für drahtlose Anwendungen mit 2,4 GHz.
6 zeigt die zweite Ausführungsform der Erfindung. Der Unterschied zwischen der ersten und zweiten Ausführungsform ist, dass das Hauptabstrahlelement 12 drei Biegebereiche aufweist, d. h. den ersten Biegebereich 61, den zweiten Biegebereich 62 und den dritten Biegebereich 63, wobei diese Biegebereiche parallel zueinander sind. Bei der oben beschriebenen Struktur kann die Höhe der kurzgeschlossenen Monopolantenne 1 so reduziert werden, dass sie leicht in einem kleinen erforderlichen Raum eingebaut werden kann.
7 zeigt die dritte Ausführungsform der Erfindung. Der Unterschied zwischen der dritten und einer anderen Ausführungsform ist, dass der Winkel 71 zwischen der Metallplatte 14 und der Erdungsplatte 11 nicht exakt 90 Grad beträgt. In dieser Ausführungsform „schwingt” die Metallplatte 14 von der Erdungsplatte 11 weg, wobei der Winkel 71 zwischen der Metallplatte 14 und der Erdungsplatte 11 größer als 90 Grad ist. Zu bemerken ist, dass die anderen Elemente, wie das Hauptabstrahlelement 12 der Antenne, nicht in 7 abgebildet sind, und die nicht gezeichneten Elemente sind ähnlich denen der ersten und zweiten Ausführungsform. Also wird die Metallplatte 14 verwendet für den Einbau in ein Gehäuse eines drahtlosen Produkts, und die Erdungsplatte 11, das Hauptabstrahlelement 12, und das Kurzschlusselement 13 können bis zu einem bestimmten Winkel gedreht werden, um es dem Platz in dem Gehäuse zuzuführen und einzupassen.
8 zeigt die vierte Ausführungsform der kurzgeschlossenen Monopolantenne 1. Die Breite der Metallplatte 14 ist gleich der Breite der Erdungsplatte 11. Außerdem beträgt der Winkel 71 zwischen der Metallplatte 14 und der der Erdungsplatte 11 annäherungsweise 180 Grad. Zu bemerken ist, dass die anderen Elemente, wie das Hauptabstrahlelement 12 der Antenne, dieselben sind wie die der ersten Ausführungsform. Deshalb kann die Größe der kurzgeschlossenen Monopolantenne 1 wegen der kleineren Metallplatte 14 und der kleineren Erdungsplatte 11 weiter reduziert werden. Gleichermaßen kann der Winkel 71 für den Einbau der kurzgeschlossenen Monopolantenne 1 in ein drahtloses Gerät angepasst werden. In der vierten Ausführungsform ist der Winkel 71 vorzugsweise zwischen 45 und 180 Grad.
9 zeigt die Metallplatte 14 der kurzgeschlossenen Monopolantenne 1. Die Metallplatte 14 weist eine Mehrzahl von Löchern 91 darauf auf, um die Antenne auf der Basis zu montieren (dies ist einer der möglichen Mechanismen, um den Einbau oder Anbau zu ermöglichen). Zum Beispiel werden Schweißstäbe zusammen mit den Löchern 91 angeordnet, um die Antenne auf der vorbestimmten Position zu fixieren.
Die Antenne gemäß der Erfindung hat eine vereinfachte Struktur und ist einfach herzustellen. Weiterhin kann die kurzgeschlossene Monopolantenne 1 einfach in drahtlose Produkte integriert werden.
Obwohl die Erfindung vor allem unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben wurde, sollte es von denjenigen, die mit dem Fachgebiet vertraut sind, verstanden werden, dass zahlreiche Abänderungen hinsichtlich Ausgestaltung und Details daran vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Bereich der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche definiert wird, abzuweichen. Der Bereich der Erfindung wird daher durch die angefügten Ansprüche bestimmt, und es ist beabsichtigt, dass sämtliche Abänderungen, welche unter den Wortsinn oder den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, umfasst werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- TW 00573382 [0003]
- US 6600448 [0003]
- US 2007/0296636 [0003]

Claims

Kurzgeschlossene Monopolantenne, aufweisend eine Erdungsplatte, die einen Signalerdungspunkt aufweist, wobei die Erdungsplatte eine kurze Kante und eine lange Kante aufweist; ein Hauptabstrahlelement, das über der Erdungsplatte angeordnet ist, wobei das Hauptabstrahlelement mindestens einen Biegebereich und einen Signalspeisungspunkt aufweist; ein Kurzschlusselement, wobei eine Seite des Kurzschlusselements mit der kurzen Kante der Erdungsplatte gekoppelt ist und eine andere Seite des Kurzschlusselements mit dem Hauptabstrahlelement gekoppelt ist; und ein Koaxialkabel, das einen inneren Leiter und einen äußeren Leiter aufweist, wobei der innere Leiter und der äußere Leiter mit dem Signalspeisungspunkt bzw. dem Signalerdungspunkt gekoppelt sind.
Die kurzgeschlossene Monopolantenne gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Metallplatte, die mit der langen Kante der Erdungsplatte gekoppelt ist.
Die kurzgeschlossene Monopolantenne gemäß Anspruch 2, wobei das Hauptabstrahlelement, die Erdungsplatte, das Kurzschlusselement, und die Metallplatte durch das Biegen einer einzigen Metallplatte gebildet werden.
Die kurzgeschlossene Monopolantenne gemäß Anspruch 2, wobei der Abstand zwischen dem Hauptabstrahlelement und der Erdungsplatte weniger als 1,5 mm beträgt.
Die kurzgeschlossene Monopolantenne gemäß Anspruch 2, wobei die Länge des Hauptabstrahlelements geringer ist als die Länge der Erdungsplatte.
Die kurzgeschlossene Monopolantenne gemäß Anspruch 5, wobei die Breite des Hauptabstrahlelements geringer oder gleich der Breite der Erdungsplatte ist.
Die kurzgeschlossene Monopolantenne gemäß Anspruch 2, wobei das Kurzschlusselement zwischen dem Hauptabstrahlelement und der Erdungsplatte angeordnet ist.
Die kurzgeschlossene Monopolantenne gemäß Anspruch 2, wobei das Hauptabstrahlelement eine Mehrzahl von parallelen Biegebereichen aufweist.
Die kurzgeschlossene Monopolantenne gemäß Anspruch 2, wobei der Winkel zwischen der Metallplatte und der Erdungsplatte zwischen 45 und 180 Grad beträgt.
Die kurzgeschlossene Monopolantenne gemäß Anspruch 2, wobei die Metallplatte weiterhin eine Mehrzahl von Löchern darauf aufweist.