DE102015222131A1

DE102015222131A1 - Miniaturantenne

Info

Publication number: DE102015222131A1
Application number: DE102015222131.8A
Authority: DE
Inventors: Eugen Moldovan
Original assignee: Dialog Semiconductor BV
Current assignee: Dialog Semiconductor BV
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2015-11-10
Publication date: 2017-05-11
Also published as: US20170133765A1; US10374318B2

Abstract

Eine Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife umfasst eine erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur, die einen ersten Spalt umfasst, und eine zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur, die einen zweiten Spalt umfasst, wobei die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur mindestens eine erste Hauptstruktur, die ein Abschnitt einer ersten offenen Schleife ist, und eine erste Zusatzstruktur, die ein weiterer Abschnitt der ersten offenen Schleife ist, umfasst, wobei die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur mindestens eine zweite Hauptstruktur umfasst, wobei die erste Hauptstruktur in einer ersten Ebene angeordnet ist, wobei die erste Zusatzstruktur in einer zweiten Ebene angeordnet ist, die von der ersten Ebene verschieden ist, wobei die mehreren Ebenen parallel zueinander sind und die erste Hauptstruktur mit der ersten Zusatzstruktur elektrisch verbunden ist, wobei die erste Hauptstruktur und die erste Zusatzstruktur derart angeordnet sind, dass sie dann, wenn sie in eine gleiche Ebene projiziert werden, eine erste Form einer offenen Schleife abdecken.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Miniaturantennen und insbesondere auf Antennen, die elektrisch klein auf eine Leiterplatte (PCB) gedruckt sind.
Hintergrund der Erfindung
Antennen werden in Telekommunikationsanwendungen zum Abstrahlen oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen oder für beides verwendet. Es gibt mehrere Arten von Antennen wie beispielsweise Monopolantennen, Dipolantennen, invertierte F-Antennen oder Spaltringresonatoren (die auch als Resonatoren nullter Ordnung (ZOR) bezeichnet werden) usw.
1 zeigt eine bekannte Spaltringresonatorantenne. Die Spaltringresonatorantenne von 1 umfasst einen Innenring 7 und einen Außenring 3, wobei der Innenring 7 einen Spalt 9 aufweist und der Außenring 3 einen Spalt 5 aufweist. Die Spaltringresonatorantenne von 1 umfasst auch einen Schlitz 15, der zur Impedanzanpassung verwendet werden kann, und einen Anschluss an eine Speiseleitung 17.
Die Größe einer Antenne ist proportional zu der Wellenlänge λ der Frequenz, bei der die Antenne betrieben werden soll (Empfangen/Senden). Es gibt eine optimale Größe der Antenne, bei der sie ihr bestes Leistungsvermögen zeigt. Ein Reduzieren der Größe der Antenne bringt Leistungseinbußen mit sich, vor allem im Hinblick auf den Strahlungswirkungsgrad der Antenne und die nutzbare Frequenzbandbreite.
Verschiedene Techniken zum Reduzieren der Größe einer Antenne, die zugleich auf eine Minimierung der Leistungseinbußen abzielen, sind bekannt. Zum Beispiel kann ein Spiegelbild der halben Antenne durch Verwendung einer Masseebene erzeugt werden. Eine weitere Technik basiert darauf, dass die Antennengeometrie beispielsweise durch dreidimensionales Falten der Antenne optimiert wird. Die verwendeten Techniken zum Verringern der Antennengröße sind in der Regel frequenzempfindlich, d. h. sie werden die Bandbreite der Antenne verringern und Widerstandsverluste aufgrund der erhöhten Konzentration von Strömen erhöhen.
”A compact MIMO Antenna using ZOR Split Ring Resonator Radiators with a decoupling Structure” von Seongryong Yoo und Sungtek Kahng offenbart eine Spaltringresonatorantenne.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem ersten Aspekt stellt die Erfindung eine Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife bereit, die Folgendes umfasst:
eine erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur, wobei die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur einen ersten Spalt umfasst;
eine zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur, wobei die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur einen zweiten Spalt umfasst;
wobei die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur mindestens eine erste Hauptstruktur, die ein Abschnitt einer ersten offenen Schleife mit einer ersten Form einer offenen Schleife ist, und eine erste Zusatzstruktur, die ein. weiterer Abschnitt der ersten offenen Schleife ist, wobei die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur mindestens eine zweite Hauptstruktur umfasst, wobei die erste Hauptstruktur in einer ersten Ebene von mehreren Ebenen angeordnet ist, wobei die erste Zusatzstruktur in einer zweiten Ebene der mehreren Ebenen angeordnet ist, die von der ersten Ebene verschieden ist, wobei die mehreren Ebenen parallel zueinander sind und die erste Hauptstruktur mit der ersten Zusatzstruktur elektrisch verbunden ist, wobei die erste Hauptstruktur und die erste Zusatzstruktur derart angeordnet sind, dass sie dann, wenn sie in eine erste gleiche Ebene projiziert werden, die parallel zu der ersten und der zweiten Ebene ist, mindestens die erste Form einer offenen Schleife mit dem ersten Spalt abdecken.
Dadurch sind getrennte Abschnitten von mindestens einer offenen Schleife der Antenne auf mindestens zwei verschiedenen Ebenen angeordnet. Dies ermöglicht es, eine kompaktere Bauweise der Antenne bereitzustellen und zugleich immer noch ein gutes Antennenleistungsvermögen aufrechtzuerhalten. Die Antenne kann aufgrund der Spaltringresonatorstruktur und aufgrund der dreidimensionalen Faltung auf mindestens zwei verschiedenen Ebenen kleiner sein. Sie zeigt auch einen höheren Strahlungswirkungsgrad im Vergleich zu anderen miniaturisierten Bauweisen auf Basis von Antennen mit voller Größe. Es wird auch ermöglicht, dass die Antenne ein breites Frequenzband aufweist, und zugleich wird die Größe der Antenne verringert. Ein Entfalten von mindestens einer der offenen Schleifen der Antenne in mindestens zwei verschiedenen Ebenen stellt zudem eine Antenne bereit, deren Leistungsvermögen weniger von der Masseebenengröße der Antenne abhängt.
Die zweite Hauptstruktur kann ein Abschnitt einer zweiten offenen Schleife mit einer zweiten Form einer offenen Schleife sein und in einer dritten Ebene der mehreren Ebenen angeordnet sein, die mit der ersten Ebene zusammenfallen kann, wobei die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur mindestens eine zweite Zusatzstruktur umfasst, die ein weiterer Abschnitt der zweiten offenen Schleife ist, umfasst, wobei die zweite Zusatzstruktur in einer vierten Ebene der mehreren Ebenen angeordnet ist, die mit der zweiten Ebene zusammenfallen kann, und die zweite Hauptstruktur mit der zweiten Zusatzstruktur elektrisch verbunden ist, wobei die zweite Hauptstruktur und die zweite Zusatzstruktur derart angeordnet sind, dass sie dann, wenn sie in eine zweite gleiche Ebene projiziert werden, die parallel zu der dritten und der vierten Ebene ist, mindestens die zweite Form einer offenen Schleife mit dem zweiten Spalt abdecken.
Auf diese Weise weisen beide Ringe der Antenne, die äußere und die innere offene Schleife, verschiedene Abschnitte auf, die auf mindestens zwei verschiedenen Ebenen angeordnet sind, wodurch eine noch kompaktere Bauweise bereitgestellt wird. Daher kann das gleiche Leistungsvermögen in Bezug auf Strahlung und Bandbreite mit einer kleineren Antenne erreicht werden.
Die Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife kann ferner ein dielektrisches Substrat umfassen, so dass die erste und die zweite Hauptstruktur auf dem dielektrischen Substrat angeordnet sind und die erste Zusatzstruktur auf dem dielektrischen Substrat angeordnet ist.
Das dielektrische Substrat kann ein Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante enthalten.
Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise der Antenne. Die Größe der Antenne sinkt umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante des Substrats, auf dem die Antenne angeordnet ist. Somit kann man unter Verwendung von Materialien mit höherer Dielektrizitätskonstante die Antennengröße weiter reduzieren.
Die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur kann ferner mindestens eine erste Verlängerungsstruktur umfassen, die sich aus der ersten elektrisch verbundenen Struktur mit offener Schleife erstreckt und dazu ausgelegt ist, als eine erste Stichleitung zu fungieren.
Die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur kann ferner mindestens eine zweite Verlängerungsstruktur umfassen, die sich aus der zweiten elektrisch verbundenen Struktur mit offener Schleife erstreckt und dazu ausgelegt ist, als eine zweite Stichleitung zu fungieren.
Auf diese Weise wird die Frequenzabstimmung der Antenne verbessert. Die Resonanzfrequenz der Antenne kann durch Abwandeln der Größe der Stichleitung geändert werden. Die Stichleitungen sind als Verlängerungen der beiden gespaltenen offenen Schleifen ausgelegt. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise der Antenne mit den Stichleitungen.
Die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur kann einen Schlitz für die Impedanzanpassung umfassen.
Die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur kann einen Schlitz für die Impedanzanpassung umfassen.
Durch Ändern der Länge des Schlitzes ist es möglich, eine Feinabstimmung der Antennenimpedanz durchzuführen. Dies liefert eine effiziente Weise der Impedanzanpassung. Durch Anpassen der Schlitzlänge kann auch die Bandbreite relativ zu der Effizienz der Antenne verändert werden. Die Antenne kann durch Andern der Länge des Schlitzes entweder mit einer schmaleren Bandbreite effizienter gemacht werden oder mit einer breiteren Bandbreite weniger effizient gemacht werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Bandbreite auf Kosten der Effizienz zu erhöhen und umgekehrt.
Die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und/oder die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur kann eine ringförmige Form umfassen.
Dies ist eine geeignete Form für die offenen Schleifen der Antenne.
Die erste Hauptstruktur kann ein erstes Hauptelement, ein zweites Hauptelement und ein drittes Hauptelement umfassen, wobei das erste Hauptelement, das zweite Hauptelement und das dritte Hauptelement elektrisch verbunden sind, wobei das erste Hauptelement und das dritte Hauptelement parallel zueinander sind, wobei das zweite Hauptelement jeweils senkrecht zu dem ersten Hauptelement und dem dritten Hauptelement ist, so dass das erste Hauptelement, das zweite Hauptelement und das dritte Hauptelement eine U-förmige Struktur bilden, wobei die erste Zusatzstruktur mindestens ein erstes Zusatzelement und mindestens ein zweites Zusatzelement umfasst, die so angeordnet sind, dass sie den ersten Spalt definieren, wobei das erste Zusatzelement und das zweite Zusatzelement jeweils mit dem ersten Hauptelement und dem dritten Hauptelement jeweils durch ein erstes Hilfselement und ein zweites Hilfselement, die sich beide von der ersten Ebene zu der zweiten Ebene erstrecken, elektrisch verbunden sind.
Die zweite Hauptstruktur kann mindestens ein viertes Hauptelement und mindestens ein fünftes Hauptelement umfassen, wobei das mindestens eine vierte Hauptelement und das mindestens eine fünfte Hauptelement zueinander parallel sind und die zweite Zusatzstruktur mindestens ein drittes Zusatzelement und mindestens ein viertes Zusatzelement umfasst, wobei das mindestens eine vierte Zusatzelement Unterelemente umfasst, die dazu ausgelegt sind, den zweiten Spalt zu definieren, wobei das mindestens eine dritte Zusatzelement und das mindestens eine vierte Zusatzelement zueinander parallel sind, wobei das mindestens eine dritte Zusatzelement und das vierte Zusatzelement senkrecht zu dem mindestens einen vierten Hauptelement und dem mindestens einen fünften Hauptelement sind, wobei das mindestens eine vierte Hauptelement jeweils mit dem mindestens einen dritten Zusatzelement und dem mindestens einen vierten Zusatzelement jeweils durch eine dritte Hilfsstruktur und eine vierte Hilfsstruktur elektrisch verbunden ist und das mindestens eine fünfte Hauptelement jeweils mit dem mindestens einen dritten Zusatzelement und dem mindestens einen vierten Zusatzelement jeweils durch eine fünfte Hilfsstruktur und eine sechste Hilfsstruktur elektrisch verbunden ist.
Die Antenne basiert auf der Struktur des Spaltringresonators, der auch als Resonator nullter Ordnung bekannt ist. Das wichtigste Merkmal dieser Struktur ist, dass sie Resonanzen bei Frequenzen aufrechterhalten kann, die wesentlich niedriger sind als die, die durch ihre Größe vorgeschrieben sind. Diese Eigenschaft kann verwendet werden, um die Antenriengröße weiter zu verringern. Die Herausforderung besteht darin, die richtige Balance zwischen einem breiten Anpassungsfrequenzband und. einem hohen Strahlungsleistungsvermögen (Strahlungswirkungsgrad) zu finden. Dies ist ein Gütemaß für elektrisch kleine Antennen und ist durch das Produkt Bandbreite·Effizienz (BW·Eff-Produkt) gegeben. Die gespaltenen offenen Schleifen müssen auf mindestens zwei verschiedenen PCB-Schichten und in einem Mindestabstand angeordnet sein, so dass sie eng gekoppelt bleiben. Durchkontaktierungen oder Hilfsstrukturen können verwendet werden, um die offenen Schleifen auf den PCB-Schichten alternativ zu verlegen.
Fachleute auf dem Gebiet werden verstehen, dass die oben beschriebenen Merkmale in irgendeiner als nützlich erachteten Weise kombiniert werden können.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mittels Beispielen Aspekte der Erfindung erläutert. Die Zeichnungen sind schematisch und möglicherweise nicht maßstabsgerecht gezeichnet.
Die Merkmale und Effekte der vorliegenden Erfindung werden unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen bevorzugte und beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind, genauer beschrieben. Fachleute auf dem Gebiet werden bemerken, dass andere Alternativen und äquivalente Ausführungsformen der Erfindung erdacht und in die Praxis umgesetzt werden können ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der Geltungsbereich ist nur durch die angehängten Ansprüche und ihre technischen Entsprechungen begrenzt.
1 zeigt eine bekannte Spaltringresonatorantenne.
2 zeigt eine Vorderansicht einer dreidimensional gefalteten Spaltringresonatorantenne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt eine Hinteransicht der dreidimensional gefalteten Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2.
4 zeigt eine Frontprojektion einer dreidimensional gefalteten Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt eine Rückprojektion einer dreidimensional gefalteten Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6A zeigt eine dreidimensional gefaltete Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife innerhalb eines dielektrischen Blocks gemäß der Erfindung.
6B zeigt den dielektrischen Block, der die dreidimensional gefaltete Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 6A enthält, und ein IC-Radio, das in der gleichen Baugruppe angeordnet ist.
7 und 8 zeigen Simulationsergebnisse, die die dreidimensional gefaltete Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife, die auf eine Leiterplatte von 6A gedruckt ist, und eine Mäander-F-Antenne vergleichen.
9 und 10 zeigen Simulationsergebnisse der dreidimensional gefalteten Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 6A.
11 ist ein Blockdiagramm der elektronischen Vorrichtung von 6B.
Genaue Beschreibung der Ausführungsformen
Die hier beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen dienen eher dazu, die Erfindung zu veranschaulichen, als dazu, sie zu beschränken. Fachleute auf dem Gebiet werden in der Lage sein, alternative Ausführungsformen zu entwickeln, ohne vom Geltungsbereich der Ansprüche abzuweichen. Bezugszeichen, die in den Ansprüchen in Klammern gesetzt sind, sollen nicht so ausgelegt werden, dass sie den Geltungsbereich der Ansprüche einzuschränken. Elemente, die in den Ansprüchen oder der Beschreibung als separate Einheiten beschrieben sind, können als einzelne oder mehrere Hardwareelemente, die die Merkmale der beschriebenen Elemente kombinieren, umgesetzt sein.
Es sollte verstanden werden, dass die Erfindung ausschließlich durch die angefügten Ansprüche und ihre technischen Entsprechungen beschränkt ist. In diesem Dokument und seinen Ansprüchen werden das Verb ”umfassen” und seine Konjugationen in ihrem nicht einschränkenden Sinn verwendet, so dass damit gemeint ist, dass Elemente, die dem Wort folgen, eingeschlossen sind, ohne Elemente, die nicht speziell erwähnt werden, auszuschließen. Zusätzlich schließt, solange der Kontext nicht klar erfordert, dass ausschließlich ein Element vorhanden ist, der Bezug auf ein Element durch den unbestimmten Artikel ”ein”, ”eine” oder ”eines” die Möglichkeit nicht aus, dass mehr als ein Element vorhanden ist. Der unbestimmte Artikel ”ein”, ”eine” oder ”eines” meint also in der Regel ”mindestens ein”, ”mindestens eine” bzw. ”mindestens eines”.
2–5 zeigen verschiedene Ansichten der dreidimensional gefalteten Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife.
In 2–5 beziehen sich die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen Merkmale.
2 zeigt eine Vorderansicht einer dreidimensional gefalteten Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 umfasst eine innere offene Schleife und eine äußere offene Schleife, die jeweils dreidimensional gefaltet sind. Die innere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 umfasst separate Teile, die miteinander elektrisch verbunden sind. Die äußere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 umfasst separate Teile, die miteinander elektrisch verbunden sind. Die äußere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 umfasst einen Spalt 5. Die innere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 umfasst einen Spalt 9.
Die Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 ist mit einer Speiseleitung 17 verbunden, um die Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife mit geeigneten elektrischen Signalen aus einem Sender, der mit der Antenne verbunden ist, zu speisen oder Signale, wie sie von der Antenne empfangen werden, einem Empfänger zuzuführen, mit dem die Antenne verbunden ist. Die Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann an einer Masse angeschlossen sein.
Die Teile der inneren offenen Schleife und die Teile der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 können in mindestens zwei verschiedenen Ebenen angeordnet sein. Die mindestens zwei verschiedenen Ebenen können parallel zueinander sein. Die Teile der inneren offenen Schleife und die Teile der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 können in einer beliebigen Anzahl von geeigneten verschiedenen Ebenen angeordnet sein, die ebenfalls zueinander parallel sind (nicht gezeigt). Eine andere Möglichkeit kann sein, dass nur die Teile der inneren offenen Schleife oder die Teile der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 in mindestens zwei verschiedenen Ebenen angeordnet sind. Zum Beispiel kann die innere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 vollständig in nur einer Ebene angeordnet sein, während Teile der äußeren offenen Schleife in zwei verschiedenen Ebenen oder in einer anderen Anzahl von geeigneten verschiedenen Ebenen angeordnet sind. Auf der anderen Seite kann die äußere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 vollständig in nur einer Ebene angeordnet sein, während Teile der inneren offenen Schleife in zwei verschiedenen Ebenen oder jeder anderen geeigneten Anzahl von verschiedenen Ebenen angeordnet sind. Die innere offene Schleife kann vollständig in nur einer Ebene angeordnet sein, während Teile der äußeren offenen Schleife in zwei verschiedenen Ebenen angeordnet sind, die von der Ebene verschieden sind, in der die innere offene Schleife angeordnet ist. Die äußere offene Schleife kann vollständig in nur einer Ebene angeordnet sein, während Teile der inneren offenen Schleife in zwei verschiedenen Ebenen angeordnet sind, die von der Ebene verschieden sind, in der die äußere offene Schleife angeordnet ist.
Die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und/oder die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur können eine ringförmige Form umfassen. Die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und/oder die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur können eine Ringform umfassen. Die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und/oder die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur können eine ovale Form aufweisen. Die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und/oder die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur können eine quadratische Form aufweisen. Die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und/oder die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur können eine rechteckige Form aufweisen. Die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und/oder die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur können eine ringförmige Form umfassen. Die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und/oder die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur können eine beliebige andere geeignete Form einer offenen Schleife umfassen. Die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und/oder die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur können eine beliebige geeignete Kombination von Formen umfassen. Zum Beispiel können die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und/oder die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur eine halbringförmige Form umfassen, so dass nur die Außenseite der ersten elektrisch verbundenen offenen Schleifenstruktur und/oder die Außenseite der zweiten elektrisch verbundenen offenen Schleifenstruktur eine ringförmige Form umfassen können. Die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und/oder die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur können eine halbringförmige Form aufweisen, so dass nur die Innenseite der ersten elektrisch verbundenen offenen Schleifenstruktur und/oder die Innenseite der zweiten elektrisch verbundenen offenen Schleifenstruktur eine ringförmige Form umfassen können.
Die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur können so angeordnet sein, dass dann, wenn beide in eine Ebene projiziert werden, die parallel zu den mehreren Ebenen ist, in denen die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur angeordnet sind, die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur umgibt oder umgekehrt. Das heißt, dass die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur so angeordnet sein können, dass dann, wenn sie in eine Ebene projiziert werden, die parallel zu den mehreren Ebenen ist, in denen die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur angeordnet sind, die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur in der zweiten elektrisch verbundenen offenen Schleifenstruktur eingebettet ist oder umgekehrt. Die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur können konzentrisch sein.
Die äußere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann eine Hauptstruktur umfassen, die in einer ersten Ebene angeordnet ist. Die Hauptstruktur der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann ein erstes Hauptelement 21, ein zweites Hauptelement 22 und ein drittes Hauptelement 23 umfassen, die elektrisch miteinander verbunden sind. Die Hauptstruktur der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann eine beliebige geeignete Anzahl von Elementen umfassen. Das erste Hauptelement 21 und das dritte Hauptelement 23 der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 können zueinander parallel sein. Das zweite Hauptelement 22 der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann zu dem ersten Hauptelement 21 senkrecht sein und zu dem dritten Hauptelement 23 senkrecht sein, wodurch eine U-förmige Struktur gebildet wird. Das erste Hauptelement 21, das zweite Hauptelement 22 und das dritte Hauptelement 23 der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 können in Bezug aufeinander in einer anderen geeigneten Weise angeordnet sein.
Die äußere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann eine Zusatzstruktur in einer zweiten Ebene umfassen, die von der ersten Ebene verschieden ist. Die Zusatzstruktur der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann ein erstes Zusatzelement 25 und ein zweites Zusatzelement 27 umfassen. Die Zusatzstruktur der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann eine beliebige geeignete Anzahl von Zusatzelementen umfassen. Das erste Zusatzelement 25 und das zweite Zusatzelement 27 der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 können so angeordnet sein, dass sie den ersten Schlitz 5 definieren. Das erste Zusatzelement 25 der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann mit dem ersten Hauptelement 21 durch ein erstes Hilfselement 28, das sich von der ersten Ebene zu der zweiten Ebene erstreckt, elektrisch verbunden sein. Das zweite Zusatzelement 27 der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann mit dem dritten Hauptelement 23 durch ein zweites Hilfselement 29, das sich von der ersten Ebene zu der zweiten Ebene erstreckt, elektrisch verbunden sein. Die äußere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann eine beliebige geeignete Anzahl von Strukturen in einer ersten Ebene und/oder eine beliebige geeignete Anzahl von Strukturen in einer zweiten Ebene, die von der ersten Ebene verschieden ist, umfassen. Die äußere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann eine beliebige geeignete Anzahl von Strukturen umfassen, die auf jede geeignete Anzahl verschiedener Ebenen verteilt sind. Jede dieser Strukturen kann eine beliebige geeignete Anzahl von Elementen umfassen. Die Elemente können durch eine beliebige geeignete Anzahl von Hilfsstrukturen, die sich von einer Ebene zu einer anderen erstrecken, in jeglicher geeigneten Weise elektrisch verbunden sein.
Die erste Hauptstruktur der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife kann ein Abschnitt einer ersten offenen Schleife mit einer ersten Form einer offenen Schleife sein und die erste Zusatzstruktur der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife kann ein weiterer Abschnitt der gleichen ersten offenen Schleife sein, so dass sie dann, wenn sie in eine erste Ebene projiziert werden, die parallel zu der ersten und der zweiten Ebene ist, mindestens die erste Form einer offenen Schleife abdecken. Die erste Form einer offenen Schleife der ersten offenen Schleife kann eine ringförmige Form sein. Die erste Form einer offenen Schleife der ersten offenen Schleife kann eine Ringform sein. Die erste Form einer offenen Schleife der ersten offenen Schleife kann eine rechteckige Form sein. Die erste Form einer offenen Schleife der ersten offenen Schleife kann eine quadratische Form sein. Die erste Form einer offenen Schleife der ersten offenen Schleife kann eine ovale Form sein. Die erste Form einer offenen Schleife der ersten offenen Schleife kann jegliche andere geeignete Form einer offenen Schleife sein. Die erste Form einer offenen Schleife der ersten offenen Schleife kann jegliche geeignete Kombination von Formen sein. Zum Beispiel kann die erste Form einer offenen Schleife der ersten offenen Schleife eine Halbringform sein, so dass möglicherweise nur die Außenseite der ersten Form einer offenen Schleife der ersten offenen Schleife eine ringförmige Form ist, während die Innenseite des ersten Form einer offenen Schleife der ersten offenen Schleife eine quadratische Form sein kann. Die erste Form einer offenen Schleife der ersten offenen Schleife kann eine Halbringform sein, so dass möglicherweise nur die Innenseite der ersten Form einer offenen Schleife der ersten offenen Schleife eine ringförmig Form ist, während die Außenseite der ersten Form einer offenen Schleife der ersten offenen Schleife eine quadratische Form sein kann.
Die äußere offene Schleife kann einen Schlitz 15 umfassen. Dieser Schlitz 15 kann zur Impedanzanpassung der Antenne verwendet werden. Durch Abwandeln der Länge des Schlitzes 15 kann auch das Strahlungsleistungsvermögen der Antenne abgewandelt werden.
Die innere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann ein viertes Hauptelement 34 und ein fünftes Hauptelement 35, die in der ersten Ebene angeordnet sind, umfassen. Die innere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann eine beliebige geeignete Anzahl von Hauptelementen, die in der ersten Ebene angeordnet sind, umfassen. Das vierte Hauptelement 34 und das fünfte Hauptelement 35 der inneren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 können zueinander parallel sein. Die innere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann eine zweite Zusatzstruktur umfassen, die in der zweiten Ebene angeordnet ist, die von der ersten Ebene verschieden ist. Die zweite Zusatzstruktur der inneren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann ein drittes Zusatzelement 36 und ein viertes Zusatzelement 37 umfassen. Die zweite Zusatzstruktur der inneren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann eine beliebige andere Anzahl von Zusatzelementen umfassen, die in einer zweiten Ebene angeordnet sind, die von der ersten Ebene verschieden ist. Das vierte Zusatzelement 37 kann Unterelemente umfassen, die den zweiten Spalt 9 definieren. Das dritte Zusatzelement 36 und das vierte Zusatzelement 37 können parallel zueinander sein. Das dritte Zusatzelement 36 und das vierte Zusatzelement 37 können zu dem vierten Hauptelement 34 und dem fünften Hauptelement 35 senkrecht sein. Das vierte Hauptelement 34 kann mit dem dritten Zusatzelement 36 durch eine dritte Hilfsstruktur 41, die sich von der ersten Ebene zu der zweiten Ebene erstreckt, elektrisch verbunden sein. Das vierte Hauptelement 34 kann mit dem vierten Zusatzelement 37 durch eine vierte Hilfsstruktur 42, die sich von der ersten Ebene zu der zweiten Ebene erstreckt, elektrisch verbunden sein. Das fünfte Hauptelement 35 kann mit dem dritten Zusatzelement 36 durch eine fünfte Hilfsstruktur 43, die sich von der ersten Ebene zu der zweiten Ebene erstreckt, elektrisch verbunden sein. Das fünfte Hauptelement 35 kann mit dem vierten Zusatzelement 37 durch eine sechste Hilfsstruktur 47, die sich von der ersten Ebene zu der zweiten Ebene erstreckt, elektrisch verbunden sein.
Die Hauptstruktur der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann ein sechstes Hauptelement 60 und ein siebtes Hauptelement 62, die in der ersten Ebene angeordnet sind, umfassen. Das erste Zusatzelement 25 der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann mit dem sechsten Hauptelement 60 durch ein siebtes Hilfselement 42, das sich von der ersten Ebene zu der zweiten Ebene erstreckt, elektrisch verbunden sein. Das zweite Zusatzelement 27 der äußeren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann mit dem siebten Hauptelement 62 durch ein achtes Hilfselement 44, das sich von der ersten Ebene zu der zweiten Ebene erstreckt, elektrisch verbunden sein.
Die innere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann ein achtes Hauptelement 64 und ein neuntes Hauptelement 66 umfassen, die in der ersten Ebene angeordnet sind. Das vierte Zusatzelement 37 der inneren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann mit dem achten Hauptelement 64 durch ein zehntes Hilfselement 46, das sich von der ersten Ebene zu der zweiten Ebene erstreckt, elektrisch verbunden sein. Das vierte Zusatzelement 37 der inneren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann mit der neunten Hauptelement 66 durch ein elftes Hilfselement 48, das sich von der ersten Ebene zu der zweiten Ebene erstreckt, elektrisch verbunden sein.
Die Hauptstruktur der inneren offenen Schleife der Resonatorantenne kann ein Abschnitt einer zweiten offenen Schleife mit einer zweiten Form einer offenen Schleife sein und die Zusatzstruktur der inneren offenen Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife kann ein weiterer Abschnitt der gleichen zweiten offenen Schleife sein, so dass sie dann, wenn sie in eine zweite Ebene projiziert werden, die parallel zu der ersten und der zweiten Ebene ist, mindestens die zweite Form einer offenen Schleife abdecken. Die zweite Form einer offenen Schleife der zweiten offenen Schleife kann eine ringförmige Form sein. Die zweite Form einer offenen Schleife der zweiten offenen Schleife kann eine Ringform sein. Die zweite Form einer offenen Schleife der zweiten offenen Schleife kann eine rechteckige Form sein. Die zweite Form einer offenen Schleife der zweiten offenen Schleife kann eine quadratische Form sein. Die zweite Form einer offenen Schleife der zweiten offenen Schleife kann eine ovale Form sein. Die zweite Form einer offenen Schleife der zweiten offenen Schleife kann eine beliebige andere geeignete Form einer offenen Schleife sein. Die zweite Form einer offenen Schleife der zweiten offenen Schleife kann eine beliebige geeignete Kombination von Formen sein. Zum Beispiel kann die zweite Form einer offenen Schleife der zweiten offenen Schleife eine Halbringform sein, so dass möglicherweise nur die Außenseite der zweiten Form einer offenen Schleife der zweiten offenen Schleife eine ringförmige Form ist, während die Innenseite der zweiten Form einer offenen Schleife der zweiten offenen Schleife eine quadratische Form sein kann. Die zweite Form einer offenen Schleife der zweiten offenen Schleife kann eine Halbringform sein, so dass möglicherweise nur die Innenseite der zweiten Form einer offenen Schleife der zweiten offenen Schleife eine ringförmig Form ist, während die Außenseite der zweiten Form einer offenen Schleife der zweiten offenen Schleife eine quadratische Form sein kann.
Die innere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann ein oder eine beliebige geeignete Anzahl von Elementen in der ersten Ebene und/oder ein oder eine beliebige geeignete Anzahl von Elementen in der zweiten Ebene umfassen, die in einer beliebigen geeigneten Weise angeordnet sind.
Die innere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann eine beliebige geeignete Anzahl von Strukturen in einer ersten Ebene und/oder eine beliebige Anzahl geeigneter Strukturen in einer zweiten Ebene, die von der ersten Ebene verschieden ist, umfassen. Die innere offene Schleife der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann eine beliebige geeignete Anzahl von Strukturen umfassen, die auf eine beliebige geeignete Anzahl verschiedener Ebenen verteilt sind. Jede dieser Strukturen kann eine beliebige geeignete Anzahl von Elementen umfassen. Die Elemente können in einer beliebigen geeigneten Weise durch eine beliebige geeignete Anzahl von Hilfsstrukturen, die sich von einer Ebene zu einer anderen erstrecken, elektrisch verbunden sein.
Dadurch sind getrennte Abschnitte von mindestens einer offenen Schleife der Antenne auf mindestens zwei verschiedenen Ebenen angeordnet. Dies ermöglicht es, eine kompaktere Bauweise der Antenne bereitzustellen und zugleich immer noch ein gutes Antennenleistungsvermögen aufrechtzuhalten. Die Antenne kann aufgrund der Resonatorstruktur mit gespaltener offener Schleife und aufgrund der dreidimensionalen Entfaltung auf mindestens zwei verschiedenen Ebenen kleiner sein. Sie zeigt auch einen höheren Strahlungswirkungsgrad im Vergleich mit anderen miniaturisierten Bauweisen auf Basis von Antennen mit voller Größe. Es wird auch ermöglicht, dass die Antenne ein breites Frequenzband aufweist, und zugleich wird die Größe der Antenne verringert. Ein Entfalten von mindestens einer der offenen Schleifen der Antenne in mindestens zwei verschiedenen Ebenen liefert zudem eine Antenne, deren Leistungsvermögen weniger von der Masse der Antenne abhängt.
Die zwei offenen Schleifen der Antenne, die äußere und die innere offene Schleife, haben verschiedene Abschnitte, die auf mindestens zwei verschiedenen Ebenen angeordnet sind, wodurch eine noch kompaktere Bauweise bereitgestellt wird. Daher kann das gleiche Leistungsvermögen bezüglich Strahlung und Bandbreite mit einer kleineren Antenne erreicht werden.
Die Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann eine Stichleitung oder eine beliebige andere geeignete Anzahl von Stichleitungen umfassen. Die Stichleitungen der Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 können zur Impedanzanpassung der Antenne verwendet werden. Durch Abwandeln der Lange der Stichleitungen kann verschiedenen Impedanzen entsprochen werden.
Die Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann eine erste Stichleitung 50 umfassen. Die erste Stichleitung 50 kann eine Verlängerung des fünften Hauptelements 35 sein. Die erste Stichleitung 50 kann in der gleichen Ebene wie das fünfte Hauptelement 35 angeordnet sein. Die Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann eine zweite Stichleitung 51 umfassen. Die zweite Stichleitung 51 kann eine Verlängerung des vierten Hauptelements 34 sein. Die zweite Stichleitung 51 kann in der gleichen Ebene angeordnet sein, in der das vierte Hauptelement 34 angeordnet ist. Die Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann ferner eine dritte Stichleitung 52 umfassen. Die dritte Stichleitung 52 kann eine Verlängerung des ersten Zusatzelements 25 sein. Die Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2 kann eine vierte Stichleitung 53 umfassen. Die vierte Stichleitung 53 kann eine Verlängerung des zweiten Zusatzelements 27 sein.
3 zeigt eine Rückansicht der dreidimensional gefalteten Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2. Die gleichen Bezugszeichen wie in 2 sind in 3 zum Angeben der gleichen Merkmale verwendet worden.
4 zeigt eine Frontprojektion der dreidimensional gefalteten Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2. Die gleichen Bezugszeichen wie in 2 sind in 4 zum Angeben der gleichen Merkmale verwendet worden.
5 zeigt eine Rückprojektion der dreidimensional gefalteten Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2. Die gleichen Bezugszeichen wie in 2 sind in 5 zum Angeben der gleichen Merkmale verwendet worden.
6A zeigt eine dreidimensional gefaltete Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife innerhalb eines dielektrischen Blocks gemäß der Erfindung. Die gleichen Bezugszeichen wie in 2 sind in 6A zum Angeben der gleichen Merkmale verwendet worden. Der dielektrische Block kann ein Material mit hoher Dielektrizitätskonstante enthalten.
Die dreidimensional gefaltete Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 6A hat eine Höhe von 7 Millimetern und eine Breite von 9 Millimetern. Jedoch kann die dreidimensional gefaltete Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife eine beliebige geeignete Größe haben. Der dielektrische Block, der in 6A gezeigt ist, kann aus einem beliebigen geeigneten Material mit einer beliebigen geeigneten Dielektrizitätskonstante hergestellt sein. Der dielektrische Block, der in 6A gezeigt ist, kann Keramik, Glas-Keramik, Aluminiumoxid oder ein anderes Substrat mit hoher Dielektrizitätskonstante, das üblicherweise in HTCC- und LTCC-Technologien verwendet wird, um beispielsweise eine Keramik-Antenne oder maßgefertigte Symmetrierglieder herzustellen, umfassen.
Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise der Antenne. Die Größe der Antenne nimmt umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante des Substrats, auf dem die Antenne angeordnet ist, ab. Somit kann man unter Verwendung von Materialien mit höherer Dielektrizitätskonstante die Antennengröße weiter reduzieren.
6B zeigt den dielektrischen Block, der die dreidimensional gefaltete Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 6A enthält, und ein IC-Radio, das in der gleichen Baugruppe angeordnet ist. In 6B sind der dielektrische Block, der die dreidimensional gefaltete Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife enthält, und das IC-Radio 82 in der gleichen Baugruppe 80 angeordnet. Das Ergebnis ist eine Radio- und Antennenlösung mit einer einzelnen Baugruppe 80, die als eigenständige Komponente verwendet werden kann. Die Radio- und Antennenlösung mit einer einzelnen Baugruppe 80 kann auf einer Leiterplatte angeordnet sein. Die Baugruppe 80 kann aus einem beliebigen anderen geeigneten Material hergestellt sein.
7 zeigt Simulationsergebnisse für die dreidimensional gefaltete Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 6 und eine Mäander-F-Antenne. In 7 stellt die horizontale Achse die Frequenz, bei der die Antennen in Resonanz sind, in Gigahertz dar. Die vertikale Achse stellt den Parameter S11 in Dezibel dar. Die Ergebnisse, die der Mäander-F-Antenne entsprechen, sind mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Die Ergebnisse, die der dreidimensional gefalteten Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife entsprechen, sind mit einer durchgehenden Linie dargestellt. Der Parameter S11 ist gleich dem Verhältnis zwischen der Leistung, die von der Antenne reflektiert wird, und der Leistung, die an die Antenne geliefert wird. Die Mäander-F-Antenne, die in den in 7 gezeigten Simulationen verwendet wird, hat eine Höhe von 7 Millimetern und eine Breite von 14 Millimetern.
Wie in den in 7 dargestellten Simulationen gezeigt ist die gemessene Frequenzbandbreite, bei der der Parameter S11 unter –10 Dezibel liegt, nach dem Abgleichen für die dreidimensional gefaltete Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 6 153 Megahertz und für die Mäander-F-Antenne 121 Megahertz.
8 zeigt Simulationsergebnisse für die dreidimensional gefaltete Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 6 und die Mäander-F-Antenne, die in den in 7 dargestellten Simulationen verwendet wird. In 8 stellt die horizontale Achse die Frequenz, bei der die Antennen in Resonanz sind, in Megahertz dar. Die vertikale Achse steht für den Strahlungswirkungsgrad in Dezibel.
Die Mäander-F-Antenne, die in den in 8 dargestellten Simulationen verwendet wird, hat eine Höhe von 7 Millimetern und eine Breite von 14 Millimetern.
Die Strahlungseffizienz wird durch Messen der Gesamtstrahlungsleistung in zwei orthogonalen Ebenen (DUT-Horizontale und DUT-Vertikale) unter Verwendung von sowohl vertikaler als auch horizontaler Polarisation geschätzt.
Wie in den in 8 dargestellten Simulationen gezeigt, weist die dreidimensional gefaltete Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 6 einen besseren Strahlungswirkungsgrad als die Mäander-F-Antenne für die dargestellten Frequenzen auf. Dieser Vergleich sollte als relativ verstanden werden und die Wirkungsgradzahlen sollten nicht als absolute Werte verstanden werden.
9 zeigt Simulationsergebnisse für die dreidimensional gefaltete Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 6. Mittels eines π-Netzes ist die Antenne auf 50 Ω abgestimmt. In 9 stellt die horizontale Achse die Frequenzbandbreite der Antenne dar. Die Frequenzbandbreite ist in % der ISM-Band-Mittenfrequenz f0 = 2450 Megahertz dargestellt. Die vertikale Achse repräsentiert den Strahlungswirkungsgrad.
Die Frequenzbandbreite wird um den Resonanzpunkt für S11 = –10 dB gemessen.
Der Strahlungswirkungsgrad ist in % bezogen auf eine Nominalleistung von 0 dBm oder 1 mW ausgedrückt. Der Strahlungswirkungsgrad ist unter Verwendung des CST Microwave Studio durch Integrieren der 3D-Fernfeldstruktur berechnet. Der Wirkungsgrad, der unten angegeben ist, ist der Mittelwert, der unter Verwendung von drei Frequenzpunkten berechnet wird: f1 = 2400 MHz, f2 = 2450 MHz und f3 = 2500 MHz.
Die Antenne basiert auf der Struktur des Spaltringresonators, der auch als Resonator nullter Ordnung bekannt ist. Das wichtigste Merkmal dieser Struktur ist, dass sie Resonanzen bei Frequenzen aufrechterhalten kann, die wesentlich niedriger sind als die, die durch ihre Größe vorgeschrieben sind. Diese Eigenschaft kann verwendet werden, um die Antennengröße weiter zu verringern. Die Herausforderung besteht darin, die richtige Balance zwischen einem breiten Anpassungsfrequenzband und einem hohen Strahlungsleistungsvermögen (Strahlungswirkungsgrad) zu finden. Dies ist ein Gütemaß für elektrisch kleine Antennen und ist durch das Produkt Bandbreite·Effizienz (BW·Eff-Produkt) gegeben. Die gespaltenen offenen Schleifen müssen auf mindestens zwei verschiedenen PCB-Schichten und in einem Mindestabstand angeordnet sein, so dass sie eng gekoppelt bleiben. Durchkontaktierungen oder Hilfsstrukturen können verwendet werden, um die offenen Schleifen auf den PCB-Schichten alternativ zu verlegen.
Durch Ändern der Länge des Schlitzes ist es möglich, eine Feinabstimmung der Antennenimpedanz durchzuführen. Dies liefert eine effiziente Weise der Impedanzanpassung. Durch Anpassen der Schlitzlänge kann auch die Bandbreite relativ zu der Effizienz der Antenne verändert werden. Die Antenne kann durch Andern der Länge des Schlitzes entweder mit einer schmaleren Bandbreite effizienter gemacht werden oder mit einer breiteren Bandbreite weniger effizient gemacht werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Bandbreite auf Kosten der Effizienz zu erhöhen und umgekehrt.
Die folgende Tabelle entspricht den Simulationsergebnissen von 9.
Die erste Spalte der Tabelle zeigt verschiedene Langen der Stichleitung in Millimetern. Die zweite Spalte der Tabelle zeigt die entsprechende Frequenzbandbreite. Die dritte Spalte der Tabelle zeigt den entsprechenden Wirkungsgrad. Die vierte Spalte der Tabelle zeigt das entsprechende Produkt Bandbreite·Effizienz. Die fünfte Spalte der Tabelle zeigt den entsprechenden Gütefaktor Q.

Schlitzlänge [mm] Bandbreite [%] Wirkungsgrad [%] BW·EFF-Produkt Q

4,1 8,6 30 0,0257 8,3

4,6 7,7 44 0,03388 9,2

6,1 5,7 56 0,03192 12,6

6,6 4,7 67 0,03149 15,0

7,6 4,1 75 0,03061 17,0
10 zeigt Simulationsergebnisse für die dreidimensional gefaltete Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife von 2. In 10 stellt die horizontale Achse die Stichleitungslänge in Millimetern dar. Die vertikale Achse stellt die Resonanzfrequenz in Megahertz dar.
Die folgende Tabelle entspricht den Simulationsergebnissen von 10. Die linke Spalte der Tabelle zeigt verschiedene Langen der Stichleitung in Millimetern. Die rechte Spalte der Tabelle zeigt die entsprechenden Resonanzfrequenzen in Megahertz.
Wie aus der nachstehenden Tabelle und 10 ersichtlich kann die Resonanzfrequenz der Antenne durch Abwandeln der Länge der Stichleitungen geändert werden. Auf diese Weise wird die Frequenzabstimmung der Antenne verbessert. Die Stichleitungen sind als Verlängerungen der beiden gespaltenen offenen Schleifen ausgelegt. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise der Antenne mit den Stichleitungen.

Stichleitungslänge [mm] Resonanzfrequenz [MHz]

0,1 2545

0,3 2535

0,5 2525

0,7 2515

0,9 2505

1,1 2495

1,3 2486

1,5 2474

1,7 2460

1,9 2453
11 ist ein Blockdiagramm der elektronischen Vorrichtung von 6B.
Unter Bezugnahme auf 11 kann die elektronische Vorrichtung 100 einen Bus 112, einen Prozessor 102, einen Speicher 104, eine Eingabe- und Ausgabeschnittstelle 106, eine Anzeige 108 und eine Kommunikationsschnittstelle 110 umfassen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die elektronische Vorrichtung 100 mindestens eines der Elemente (beispielsweise den Bus 112, den Prozessor 102, den Speicher 104, die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle 106, die Anzeige 108 und die Kommunikationsschnittstelle 110) weglassen oder kann zusätzliche Elemente weglassen.
Der Bus 112 kann eine Schaltung umfassen, die die Elemente (beispielsweise den Bus 112, den Prozessor 102, den Speicher 104, die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle 106, die Anzeige 108 und die Kommunikationsschnittstelle 110) miteinander verbindet und Kommunikation (z. B. eine Steuernachricht und/oder Daten) zwischen den oben beschriebenen Elementen (beispielsweise dem Bus 112, dem Prozessor 102, dem Speicher 104, der Eingabe- und Ausgabeschnittstelle 106, der Anzeige 108 und der Kommunikationsschnittstelle 110) überträgt.
Der Prozessor 102 kann einen CPU, einen Anwendungsprozessor (AP) und/oder einen Kommunikationsprozessor (CP) umfassen. Der Prozessor 102 kann eine Berechnung durchführen oder Daten im Zusammenhang mit der Steuerung und/oder der Kommunikation von mindestens einem anderen Element verarbeiten.
Der Speicher 104 kann einen flüchtigen und/oder einen nichtflüchtigen Speicher umfassen. Zum Beispiel kann der Speicher 104 Speicherbefehle oder Daten, die im Zusammenhang mit einem anderen Element der elektronischen Vorrichtung 100 stehen, speichern. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Speicher 104 Software und/oder ein Programm speichern.
Die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle 106 kann als Schnittstelle zum Senden von Befehlen oder Daten, die von einem Anwender oder einer weiteren externen Vorrichtung eingegeben werden, an ein oder mehrere andere Elemente der elektronischen Vorrichtung 100 dienen. Zusätzlich kann die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle 106 Befehle oder Daten, die von einem oder mehreren anderen Elementen der elektronischen Vorrichtung 100 empfangen werden, an eine weitere externe Vorrichtung ausgeben.
Die Kommunikationsschnittstelle 110 kann eine Kommunikation zwischen der elektronischen Vorrichtung 100 und einer externen Vorrichtung herstellen. Beispielsweise kann die Kommunikationsschnittstelle 110 mit einem Netz über drahtlose Kommunikation oder Drahtkommunikation verbunden sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Kommunikationsschnittstelle 110 mehrere Module umfassen, die mehrere Kommunikationsstandards unterstützen. Die Kommunikationsschnittstelle 110, die eine Funktion des Sendens und Empfangens von Signalen durchführt, kann als eine Sendeeinheit, eine Empfangseinheit, eine Kommunikationseinheit oder eine Sende-/Empfangseinheit (beispielsweise ein Sendeempfänger) bezeichnet werden.
Die drahtlose Kommunikation kann als ein Mobilkommunikationsprotokoll mindestens eines der folgenden verwenden: Long Term Evolution (LTE), erweitertes LTE (LTE-A), Codemultiplex-Vielfachzugriff (CDMA), Breitband-CDMA (WCDMA), ein Universalmobiltelekommunikationssystem (UMTS), drahtloses Breitband (WiBro) oder ein globales System für mobile Kommunikation (GSM) etc. Eine Drahtkommunikation kann mindestens eines der Folgenden umfassen: einen universellen seriellen Bus (USB), eine hochauflösende Multimediaschnittstelle (HDMI), einen empfohlenen Standard 232 (RS-232) oder einen einfachen traditionellen Telefondienst (POTS). Das Netz 162 kann ein Telekommunikationsnetz umfassen, wie beispielsweise ein Computernetz (beispielsweise ein LAN oder ein Weitverkehrsnetz (WAN)), Internet und/oder ein Telefonnetz.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Standard 232 (RS-232) [0092]

Claims

Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife (1), die umfasst: eine erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur (3), wobei die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur einen ersten Spalt (5) umfasst; eine zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur (7), wobei die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur einen zweiten Spalt (9) umfasst; wobei die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur (3) mindestens eine erste Hauptstruktur, die ein Abschnitt einer ersten offenen Schleife mit einer ersten Form einer offenen Schleife ist, und eine erste Zusatzstruktur, die ein weiterer Abschnitt der ersten offenen Schleife ist, umfasst, wobei die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur (7) mindestens eine zweite Hauptstruktur umfasst, wobei die erste Hauptstruktur in einer ersten Ebene von mehreren Ebenen angeordnet ist, wobei die erste Zusatzstruktur in einer zweiten Ebene der mehreren Ebenen angeordnet ist, die von der ersten Ebene verschieden ist, wobei die mehreren Ebenen parallel zueinander sind und die erste Hauptstruktur mit der ersten Zusatzstruktur elektrisch verbunden ist, wobei die erste Hauptstruktur und die erste Zusatzstruktur derart angeordnet sind, dass sie dann, wenn sie in eine erste gemeinsame Ebene projiziert werden, die parallel zu der ersten und der zweiten Ebene ist, mindestens die erste Form einer offenen Schleife mit dem ersten Spalt abdecken.
Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife (1) nach Anspruch 1, wobei die zweite Hauptstruktur ein Abschnitt einer zweiten offenen Schleife mit einer zweiten Form einer offenen Schleife ist und in einer dritten Ebene der mehreren Ebenen angeordnet ist, die mit der ersten Ebene zusammenfallen kann, wobei die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur (7) mindestens eine zweite Zusatzstruktur umfasst, die ein weiterer Abschnitt der zweiten offenen Schleife ist, wobei die zweite Zusatzstruktur in einer vierten Ebene der mehreren Ebenen angeordnet ist, die mit der zweiten Ebene zusammenfallen kann, und die zweite Hauptstruktur mit der zweiten Zusatzstruktur elektrisch verbunden ist, wobei die zweite Hauptstruktur und die zweite Zusatzstruktur derart angeordnet sind, dass sie dann, wenn sie in eine zweite gemeinsame Ebene projiziert werden, die parallel zu der dritten und der vierten Ebene ist, mindestens die zweite Form einer offenen Schleife mit dem zweiten Spalt abdecken.
Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife (1) nach Anspruch 1, die ferner ein dielektrisches Substrat umfasst, so dass die erste und die zweite Hauptstruktur und die erste Zusatzstruktur auf dem dielektrischen Substrat angeordnet sind.
Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife (1) nach Anspruch 1, wobei das dielektrische Substrat ein Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante umfasst.
Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur (3) ferner mindestens eine erste Verlängerungsstruktur (11) umfasst, die sich aus der ersten elektrisch verbundenen Struktur mit offener Schleife erstreckt und dazu ausgelegt ist, als eine erste Stichleitung zu fungieren.
Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur (7) ferner mindestens eine zweite Verlängerungsstruktur (13) umfasst, die sich aus der zweiten elektrisch verbundenen Struktur mit offener Schleife erstreckt und dazu ausgelegt ist, als eine zweite Stichleitung zu fungieren.
Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur (3) einen Schlitz zur Impedanzanpassung (15) umfasst.
Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur (5) einen Schlitz zur Impedanzanpassung (15) umfasst.
Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur und/oder die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur eine ringförmige Form umfasst.
Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste Hauptstruktur ein erstes Hauptelement (21), ein zweites Hauptelement (22) und ein drittes Hauptelement (23) umfasst, wobei das erste Hauptelement (21), das zweite Hauptelement (22) und das dritte Hauptelement (23) elektrisch verbunden sind, wobei das erste Hauptelement (21) und das dritte Hauptelement (23) parallel zueinander sind, wobei das zweite Hauptelement (22) jeweils senkrecht zu dem ersten Hauptelement (21) und dem dritten Hauptelement (23) ist, so dass das erste Hauptelement (21), das zweite Hauptelement (22) und das dritte Hauptelement (23) eine U-förmige Struktur bilden, wobei die erste Zusatzstruktur mindestens ein erstes Zusatzelement (25) und mindestens ein zweites Zusatzelement (27) umfasst, die so angeordnet sind, dass sie den ersten Spalt (5) definieren, wobei das erste Zusatzelement (25) und das zweite Zusatzelement (27) jeweils mit dem ersten Hauptelement (21) und dem dritten Hauptelement (23) jeweils durch ein erstes Hilfselement (28) und ein zweites Hilfselement (29), die sich beide von der ersten Ebene zu der zweiten Ebene erstrecken, elektrisch verbunden sind.
Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zweite Hauptstruktur mindestens ein viertes Hauptelement (34) und mindestens ein fünftes Hauptelement (35) umfasst, wobei das mindestens eine vierte Hauptelement (34) und das mindestens eine fünfte Hauptelement (35) zueinander parallel sind und die zweite Zusatzstruktur mindestens ein drittes Zusatzelement (36) und mindestens ein viertes Zusatzelement (37) umfasst, wobei das mindestens eine vierte Zusatzelement (37) Unterelemente umfasst, die dazu ausgelegt sind, den zweiten Spalt (9) zu definieren, wobei das mindestens eine dritte Zusatzelement (36) und das mindestens eine vierte Zusatzelement (37) parallel zueinander sind, wobei das mindestens eine dritte Zusatzelement (36) und das vierte Zusatzelement (37) senkrecht zu dem mindestens einen vierten Hauptelement (34) und dem mindestens einen fünften Hauptelement (35) sind, wobei das mindestens eine vierte Hauptelement (34) jeweils mit dem mindestens einen dritten Zusatzelement (36) und dem mindestens einen vierten Zusatzelement (37) jeweils durch eine dritte Hilfsstruktur (41) und eine vierte Hilfsstruktur (42) elektrisch verbunden ist und das mindestens eine fünfte Hauptelement (35) jeweils mit dem mindestens einen dritten Zusatzelement (36) und dem mindestens einen vierten Zusatzelement (37) jeweils durch eine fünfte Hilfsstruktur (45) und eine sechste Hilfsstruktur (47) elektrisch verbunden ist.
Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife (1) nach Anspruch 1, die ein dielektrisches Substrat mit einer hohen Dielektrizitätskonstante umfasst.
Integrierte Schaltung, die zu einer einstückigen Baugruppe ausgebildet ist und die die Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife (1) nach Anspruch 1 umfasst.
Integrierte Schaltung, die zu einer einstückigen Baugruppe ausgebildet ist und die die Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife (1) nach Anspruch 1 und eine Hochfrequenzschaltung umfasst.
Verfahren zum Bereitstellen einer Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife (1), das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Resonatorantenne mit gespaltener offener Schleife (1), die umfasst: eine erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur (3), wobei die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur einen ersten Spalt (5) umfasst; eine zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur (7), wobei die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur einen zweiten Spalt (9) umfasst; wobei die erste elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur (3) mindestens eine erste Hauptstruktur, die ein Abschnitt einer ersten offenen Schleife mit einer ersten Form einer offenen Schleife ist, und eine erste Zusatzstruktur, die ein weiterer Abschnitt der ersten offenen Schleife ist, umfasst, wobei die zweite elektrisch verbundene offene Schleifenstruktur (7) mindestens eine zweite Hauptstruktur umfasst, wobei die erste Hauptstruktur in einer ersten Ebene von mehreren Ebenen angeordnet ist, wobei die erste Zusatzstruktur in einer zweiten Ebene der mehreren Ebenen angeordnet ist, die von der ersten Ebene verschieden ist, wobei die mehreren Ebenen parallel zueinander sind und die erste Hauptstruktur mit der ersten Zusatzstruktur elektrisch verbunden ist, wobei die erste Hauptstruktur und die erste Zusatzstruktur derart angeordnet sind, dass sie dann, wenn sie in eine erste gleiche Ebene projiziert werden, die parallel zu der ersten und der zweiten Ebene ist, mindestens die erste Form einer offenen Schleife mit dem ersten Spalt abdecken.