DE102009060537B4

DE102009060537B4 - SAR- und HAC-reduzierte Antenne für ein tragbares elektronisches Gerät

Info

Publication number: DE102009060537B4
Application number: DE102009060537A
Authority: DE
Inventors: Shih-Wei Hsieh; Shyh-Timg Fang
Original assignee: MediaTek Inc
Current assignee: MediaTek Inc
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2013-05-23
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: US20110043421A1; DE102009060537A1; TW201108503A; CN101997164B; US8477069B2; TWI430508B; DE102009061203A1; CN101997164A

Abstract

Antenne, umfassend: ein Abstrahlelement (110; 110'), das umfasst: einen Hauptabschnitt (111), wobei auf dem Hauptabschnitt eine Öffnung (113) ausgebildet ist und der Hauptabschnitt die Öffnung einfasst bzw. umschließt; und ein Strahlungselement (112; 112'), das mit dem Hauptabschnitt über eine Kopplungsstelle (114; 114') leitend verbunden ist und sich in die Öffnung hinein erstreckt; und einen Speiseleiter (120) und einen Masseleiter (130), die mit dem Hauptabschnitt leitend verbunden sind, wobei ein Signal, das dem Hauptabschnitt (111) über den Speiseleiter zugeführt wird, sich auf dem Hauptabschnitt ausbreitet und die Kopplungsstelle bis zu dem. Strahlungselement passiert; wobei das Strahlungselement (112; 112') im Wesentlichen L-förmig ist und einen ersten Abschnitt (1121), der sich ausgehend von der Kopplungsstelle (114; 114') in die Öffnung hinein erstreckt, und einen sich dazu senkrecht erstreckenden zweiten Abschnitt (1.122) aufweist, wobei der Speiseleiter (120) und der Masseleiter (130) an einem dem zweiten Abschnitt (1122) abgewandten Ende des Hauptabschnitts (111) mit diesem leitend verbunden. sind, sodass eine Pfadlänge von dem Speiseleiter (120) zu der Kopplungsstelle (114; 114') λ/4 beträgt, wobei λ eine Wellenlänge des Signals ist, und sodass die elektrische Feldstärke in der Nähe der Stelle, an der der Speiseleiter (120) und der Masseleiter (130) mit dem Hauptabschnitt leitend verbunden sind, reduziert ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein tragbares elektronisches Gerät und betrifft insbesondere ein tragbares elektronisches Gerät sowie eine Antenne hierfür, wobei das tragbare elektronische Gerät die HAC-Anforderungen (insbesondere geregelt durch das Hörgeräte-Kompatibilitätsgesetz von 1988 (The Hearing Aid Compatibility Act of 1988 (HAC Act), offenbart beispielsweise unter http://www.fcc.gov/cgb/consurnerfacts/hac_wireiess.html, deren gesamter Inhalt hiermit im Wege der Bezugnahme mit beinhaltet sei) bei einem niedrigen SAR-Wert erfüllt (wobei SAR eine Abkürzung für die Spezifische Absorptionsrate ist, bei der es sich um ein Mass für die Rate handelt, mit der Energie vom menschlichen Körper absorbiert wird, wenn dieser einem hochfrequenten (RF) elektromagnetischen Feld ausgesetzt wird).
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
SAR und HAC sind Kennzahlen, welche das Ausmass des Einflusses von Strahlung auf die menschliche Gesundheit bzw. auf Hörgeräte messen. Ein hoher SAR-Wert, der von einer elektromagnetischen Strahlung resultiert, kann zu gesundheitlichen Problemen bei Menschen führen. Somit müssen Handys SAR-Anforderungen erfülllen (d. h. FCC- und CE-Anforderungen). Handys mit allzu hohen HAC-Werten beeinträchtigen Funktionen von Hörgeräten. Somit müssen 50% der in den Vereinigten Staaten von Herstellern verkauften Handys HAC-Anforderungen erfüllen.
Um SAR- und HAC-Anforderungen zu erfüllen, werden mehrere herkömmliche Lösungsansätze beim Design von Handys angewendet: (a) die Karten- bzw. Platinen-Endleistung bzw. die Abstrahleffizienz der Antenne wird erhöht, um die Strahlungsenergie zu reduzieren; (b) die elektrische Feldverteilung wird durch Hinzufügen eines metallischen Elements, das einer Antenne entspricht, modifiziert; oder (c) die Antenne wird entfernt zu deren Strahlungs-Störbereich angeordnet (beispielsweise entfernt von einem Verstärker). Die herkömmlichen Lösungsansätze können jedoch die Qualität der Datenkommunikation beeinträchtigen, die Flexibilität beim Design mindern oder die Hardwarekosten erhöhen.
Der Übersichtsartikel von WONG K. L., ”Planar Antennas for Wireless Communications”, New Jersey: John Wiley & Sons, 2003, Kapitel 1, URL: http://media.wiley.com/product_datalexcerpt/16/04712661/0471266116.pdf offenbart in der 1.2 verschiedene Geometrien von Dualband-Antennen. Insbesondere ist in der 1.2(c) eine Dualband-Antenne offenbart, bei der ein U-förmige Schlitz auf einem Planaren Masseleiter ausgebildet ist. Dieser Schlitz stellt zwar eine eingefasste Öffnung dar. In diese Öffnung erstreckt sich jedoch kein Strahlungselement im Sinne der vorliegenden Anmeldung, welches, wie nachstehend offenbart, die elektrische Feldstärke in der Nähe des Speiseleiters und des Masseleiters reduziert. Auch die Geometrie der Dualband-Antenne sind anders gestaltet.
Salonen, P., Keskilammi, M. and Kivikoski, M., ”New slot configurations for dualband Planar inverted-F antenna”, Microwave and Optical Technology Letters, Volume 28, Issue 5, pages 293–298, vom 5. März 2001 offenbart eine ähnliche Geometrie wie in dem Übersichtsartikel von WONG.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Antenne, insbesondere für tragbare bzw. mobile elektronische Geräte, sowie ein verbessertes tragbares elektronisches Gerät mit einer solchen Antenne bereitzustellen, die bzw. das ohne Weiteres SAR- und HAC-Anforderungen erfüllt.
Diese Aufgaben werden durch eine Antenne nach Anspruch 1 sowie durch ein tragbares elektronisches Gerät nach Anspruch 6 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine ausführliche Beschreibung erfolgt anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Die Antenne umfasst ein Abstrahlelement, einen Speiseleiter und einen Masseleiter. Das Abstrahlelement umfasst einen Hauptabschnitt und ein Strahlungselement. Eine Öffnung ist auf dem Hauptabschnitt ausgebildet und der Hauptabschnitt fasst die Öffnung ein. Das Strahlungselement ist mit dem Hauptabschnitt über eine Kopplungsstelle leitend verbunden und erstreckt sich bis in die Öffnung hinein. Der Speiseleiter ist mit dem Hauptabschnitt verbunden, wobei ein Signal, das dem Hauptabschnitt über den Speiseleiter zugeführt wird, sich auf dem Hauptabschnitt ausbreitet und die Kopplungsstelle bis zu dem Strahlungselement passiert. Der Masseleiter ist mit dem Hauptabschnitt leitend verbunden.
Die Pfad- bzw. Bahnlänge von dem Speiseleiter zu der Kopplungsstelle beträgt 1/4 λ, wobei λ die Wellenlänge des Signals ist.
Ferner wird ein tragbares elektronisches Gerät mit einer solchen Antenne bereit gestellt, wobei der Speiseleiter und der Masseleiter den Hauptabschnitt (die Antenne) elektrisch leitend mit einer Leiterplatine des Geräts verbinden und die Antenne die Verteilung des elektrischen Felds der Leiterplatine modifiziert.
Die Antenne des Ausführungsbeispiels der Erfindung modifiziert die Verteilung des elektrischen Felds einer Masse- bzw. Erdungsschicht einer Leiterplatine und reduziert die elektrische Feldstärke um den Verstärker herum, um die HAC- und SAR-Eigenschaften zu verbessern. Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel können die HAC-Eigenschaften bis zum Grad M3 (68,5 V/m) verbessert werden. Außerdem kann die. Antenne in der Nähe des Verstärkers eines tragbaren elektronischen Geräts angeordnet werden, ohne die HAC-Eigenschaften des tragbaren elektronischen Geräts negativ zu beeinflussen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann man besser durch Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verstehen, worin:
1A eine Antenne gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, die ein Signal aussendet;
1B die Antenne gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, die ein zweites Signal aussendet;
2 den detaillierten Aufbau eines Strahlungselements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
3 ein modifiziertes Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
4A ein tragbares elektronisches Gerät zeigt, das die Antenne des Ausführungsbeispiels einsetzt; und
4B die Antenne des Ausführungsbeispiels zeigt, die in der Nähe eines Verstärkers des tragbaren elektronischen Geräts angeordnet ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1A zeigt eine Antenne 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die ein erstes Signal aussendet. Wie in 1A gezeigt, umfasst die Antenne 100 ein Abstrahlelement 110, einen Speiseleiter 120 und einen Masseleiter 130. Das Abstrahlelement 110 umfasst einen Hauptabschnitt 111 und ein Strahlungselement 112. Eine Öffnung 113 ist auf dem Hauptabschnitt 111 ausgebildet und der Hauptabschnitt 111 umfasst die Öffnung 113. Das Strahlungselement 112 ist mit dem Hauptabschnitt 111 leitend verbunden und erstreckt sich bis in die Öffnung 113 hinein, wobei das Strahlungselement 112 mit dem Hauptabschnitt 111 über eine Kopplungsstelle 114 leitend verbunden ist. Der Speiseleiter 120 ist mit dem Hauptabschnitt verbunden. Das erste Signal (beispielsweise ein hochfrequentes Signal im Bereich von 1700 MHz bis 3000 MHz), das dem Hauptabschnitt über den Speiseleiter 120 zugeführt wird, durchläuft den Hauptabschnitt 111 entlang eines Resonanzpfads 101, passiert die Kopplungsstelle 114 des Strahlungselements 112 und breitet sich auf dem Strahlungselement 112 entlang einem Strahlungskopplungspfad 102 aus. Der Erdungsleiter 130 ist mit dem Hauptabschnitt 111 leitend verbunden. Die Pfadlänge von dem Speiseleiter zu der Kopplungsstelle (Pfadlänge des Resonanzpfads 101) beträgt 1/4 λ, wobei λ die Wellenlänge des ersten Signals ist.
Die 1B zeigt die Antenne 100 des ersten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung, die ein zweites Signal aussendet. Wie in der 1B gezeigt, breitet sich das zweite Signal (beispielsweise ein niederfrequentes Signal im Bereich von 800 MHz bis 1000 MHz), das dem Hauptabschnitt über den Speiseleiter 120 zugeführt wird, auf dem Hauptabschnitt 111 entlang dem Resonanzpfad 103 aus, welche die Öffnung 113 umschließt.
Wie in der 2 gezeigt, ist das Strahlungselement 112 im Wesentlichen L-förmig ausgebildet. Das Strahlungselement 112 umfasst einen ersten Abschnitt 1121 und einen zweiten Abschnitt 1122, wobei der erste Abschnitt 1121 mit dem zweiten Abschnitt 1122 leitend verbunden ist, der erste Abschnitt 1121 sich in einer ersten Richtung Y erstreckt, der zweite Abschnitt 1122 sich ein einer zweiten Richtung X erstreckt, die erste Richtung Y senkrecht zu der zweiten Richtung X ist und, ein Ende des ersten Abschnitts 1121 mit der Kopplungsstelle 114 verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Leitungsbreite des ersten Abschnitts 1121 größer als die Leitungsbreite des zweiten Abschnitts 1122. Ein Schlitz 115 ist zwischen dem Strahlungselement 112 und dem Hauptabschnitt 111 ausgebildet. Das Strahlungselement 112 umfasst außerdem einen abgewinkelten Abschnitt 1123 und der abgewinkelte Abschnitt 1123 ist auf einem freien Ende des zweiten Abschnitts 1122 ausgebildet. Eine Kerbe ist zur Impedanzanpassung auf einer Seite des Strahlungselements 112 ausgebildet.
Die 3 zeigt ein modifiziertes Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels, wobei die Form des Hauptabschnitts 111 modifiziert ist und ein Schlitz 117 auf einer Seite des Hauptabschnitts 111 ausgebildet ist, um den Resonanzpfad 103 zu vergrößern.
Die 4A zeigt ein tragbares elektronisches Gerät 10, das die Antenne 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einsetzt. Das tragbare elektronische Gerät 10 umfasst ein Gehäuse 1 und eine Leiterplatine (gedruckte Leiterplatine) 2. Der Speiseleiter und der Erdungsleiter verbinden den Hauptabschnitt (die Antenne 100) elektrisch leitend mit der Leiterplatine 2. Die Antenne 100 modifiziert eine elektrische Feldverteilung der Leiterplatine 2, um einen HAC-Wert des tragbaren elektronischen Geräts 10 zu verringern. Wie in der 4B. gezeigt, kann die Antenne 100 bei einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in der Nähe eines Verstärkers 3, des tragbaren elektronischen Geräts 10 angeordnet sein, ohne eine HAC-Verstärkung des tragbaren elektronischen Geräts 10 negativ zu beeinflussen.
Die Antenne des vorstehenden Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung modifiziert eine elektrische Feldverteilung auf einer Erdungsschicht der Leiterplatine und verringert die Stärke des elektrischen Felds um den Verstärker herum, um die HAC- und SAR-Eigenschaften zu verbessern. Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung können die HAC-Werte auf einen Wert M3 (68,5 V/m) verbessert werden. Außerdem kann die Antenne in der Nähe des Verstärkers des tragbaren elektronischen Geräts angeordnet werden, ohne die HAC-Verstärkung des tragbaren elektronischen Geräts negativ zu beeinflussen.

Claims

Antenne, umfassend: ein Abstrahlelement (110; 110'), das umfasst: einen Hauptabschnitt (111), wobei auf dem Hauptabschnitt eine Öffnung (113) ausgebildet ist und der Hauptabschnitt die Öffnung einfasst bzw. umschließt; und ein Strahlungselement (112; 112'), das mit dem Hauptabschnitt über eine Kopplungsstelle (114; 114') leitend verbunden ist und sich in die Öffnung hinein erstreckt; und einen Speiseleiter (120) und einen Masseleiter (130), die mit dem Hauptabschnitt leitend verbunden sind, wobei ein Signal, das dem Hauptabschnitt (111) über den Speiseleiter zugeführt wird, sich auf dem Hauptabschnitt ausbreitet und die Kopplungsstelle bis zu dem. Strahlungselement passiert; wobei das Strahlungselement (112; 112') im Wesentlichen L-förmig ist und einen ersten Abschnitt (1121), der sich ausgehend von der Kopplungsstelle (114; 114') in die Öffnung hinein erstreckt, und einen sich dazu senkrecht erstreckenden zweiten Abschnitt (1.122) aufweist, wobei der Speiseleiter (120) und der Masseleiter (130) an einem dem zweiten Abschnitt (1122) abgewandten Ende des Hauptabschnitts (111) mit diesem leitend verbunden. sind, sodass eine Pfadlänge von dem Speiseleiter (120) zu der Kopplungsstelle (114; 114') λ/4 beträgt, wobei λ eine Wellenlänge des Signals ist, und sodass die elektrische Feldstärke in der Nähe der Stelle, an der der Speiseleiter (120) und der Masseleiter (130) mit dem Hauptabschnitt leitend verbunden sind, reduziert ist.
Antenne nach Anspruch 1, wobei zwischen dem Strahlungselement und dem Hauptabschnitt einseitig ein Schlitz (115) ausgebildet ist.
Antenne nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Leitungsbreite des ersten Abschnitts (1121) größer ist als eine Leitungsbreite des zweiten Abschnitts (1122).
Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strahlungselement außerdem einen abgewinkelten Abschnitt (1123) umfasst, der an einem freien Ende des zweiten Abschnitts (1122) ausgebildet ist.
Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Kerbe (116) an der Kopplungsstelle (114; 114') in dem Strahlungselement ausgebildet ist.
Tragbares elektronisches Gerät, umfassend: eine Antenne (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einen Verstärker (3) und eine Leiterplatine (2); wobei der Speisungsleiter (120) und der Masseleiter (130) den Hauptabschnitt leitend mit der Leiterplatine (2) verbinden und die Antenne eine elektrische Feldverteilung einer Masse- bzw. Erdungsschicht der Leiterplatine modifiziert und die elektrische Feldstärke um den Verstärker (3) herum reduziert.