DE10361634A1 - Leistungsfähige kostengünstige Monopolantenne für Funkanwendungen - Google Patents

Leistungsfähige kostengünstige Monopolantenne für Funkanwendungen Download PDF

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Abstract

Es sind eine Monopolantenne, ein Monopolantennensystem und ein Datenkommunikationsgerät offenbart, wobei eine hohe isotrope Strahlungscharakteristik bei einer minimalen Substratfläche, die von der Antenne eingenommen wird, erreicht wird. Dazu wird eine im Wesentlichen T-förmige Monopolgestaltung verwendet, wobei Endbereiche eines der Resonanzpfade in Übereinstimmung mit entsprechenden Rändern eines Substrats orientiert sind.

Description

  • Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung gedruckte Antennen, die in Verbindung mit Geräten für die Funkdatenkommunikation verwendet werden, und betrifft insbesondere eine gedruckte Monopolantenne und Geräte, etwa WLAN-Geräte, Mobiltelefone und dergleichen, die kompakte und effiziente Antennen erfordern.
  • BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
  • Gegenwärtig werden große Anstrengungen unternommen, um drahtlose Datenkommunikationsgeräte zu entwickeln, die ein hohes Maß an Zuverlässigkeit bei geringen Kosten bieten. Ein wesentliches Problem in dieser Hinsicht ist der Grad der Integration, mit der entsprechende Sende/Empfänger-Geräte hergestellt werden können. Während für viele Anwendungen, die Satelliten-Rundfunkdirektempfänger (DBS) und WLAN-Geräte, dies auf Grund der Kosteneffizienz von großer Bedeutung ist, ist in anderen Anwendungen, etwa Mobiltelefonen, tragbaren Radioempfängern und dergleichen eine geringe Leistungsaufnahme ein vorrangiges Problem.
  • Gegenwärtig konkurrieren zwei wesentliche Architekturen für Empfängergeräte auf dem Markt, d. h. die sogenannte Direktumsetzungsarchitektur und die sogenannte Superheterodyn-Architektur. Auf Grund des höheren Grades an Integration und der Möglichkeit, die Leistungsaufnahme zu verringern, scheint sich die Direktumwandlungsarchitektur als die bevorzugte Schaltungstechnik im Vergleich zu der Superheterodyn-Architektur durchzusetzen. Jedoch können die durch das Verbessern der Schaltungstechnologie erreichten Vorteile – unabhängig von der angewendeten Schaltungsarchitektur – nur bis zu einem Maße wirksam werden, wie dies durch die Eigenschaften einer Antenne bestimmt ist, die in dem Hochfrequenzmodul des Gerätes erforderlich ist, wobei die Größe, die Strahlungscharakteristik und die beteiligten Herstellungskosten für die Antenne ebenso wesentliche Kriterien sind, die einen großen Einfluss auf den ökonomischen Erfolg des drahtlosen Kommunikationsgerätes ausüben.
  • In einer typischen Funkanwendung, etwa einem Funkdatenkommunikationssystem unter Anwendung eines LAN (Nahbereichsnetzwerk) können sich typischerweise die relativen Positionen der kommunizierenden Geräte während eines einzelnen Kommunikationsvorganges und/oder von Vorgang zu Vorgang ändern. Folglich wurden effiziente Verfahren und Mittel entwickelt, um die Zuverlässigkeit der Datenübertragung selbst für sich sehr stark ändernde Umgebungsbedingungen zu verbessern, wie dies auf dem Gebiet der Datenkommunikation mit Mobiltelefonen der Fall ist. Die Gesamtleistung der Funkgeräte ist jedoch zu einem hohen Maße von den Eigenschaften der Antenne bestimmt, die an der Eingangs/Ausgangsseite des Gerätes vorgesehen ist. Beispielsweise kann eine Änderung der Orientierung des Gerätes deutlich die relative Orientierung der Polarisationsrichtung des Senders in Bezug auf die des Empfängers ändern, was zu einer deutlichen Reduzierung der Feldstärke führen kann, die in der Antenne des Empfängers aufgefangen wird. Beispielsweise kann das Ändern der Orientierung einer anfänglich horizontal strahlenden Dipolantenne in die vertikale Orientierung zu einer Reduzierung der von einer horizontal orientierten Empfangsantenne erzeugten Spannung von ungefähr 20 dB führen. Folglich ist für nicht stationäre Anwendungen in einem Funkdatenkommunikationssystem eine im Wesentlichen isotrope Strahlungscharakteristik unabhängig von der Polarisationsrichtung wünschenswert. Andererseits ist im Hinblick auf den Tragekomfort und Benutzbarkeit der Funkgeräte es im Allgemeinen wünschenswert, dass Antennen für Funkdatenkommunikationssysteme möglichst wenig Platz innerhalb des Gerätes einnehmen, und im Wesentlichen Gestaltungsmodifizierungen in Form von beispielsweise hervorstehenden Bereichen und dergleichen vermeiden. Daher werden zunehmend Antennen bereitgestellt, die auf ein dielektrisches Substrat aufgedruckt und mit der Ansteuer/Empfangs-Schaltung verbunden sind, wobei in jüngsten Entwicklungen die Antenne auf einem Bereich des gleichen Substrats aufgedruckt ist, das auch die Systemschaltung trägt. Obwohl ein moderat kompakter Antennenaufbau durch konventionelle gedruckte Antennen erreicht wird, stellt es sich als schwierig heraus, eine sehr isotrope Charakteristik einer Dipolantenne bereitzustellen, wenn diese auf eine Platine aufgedruckt wird.
  • Daher werden große Anstrengungen unternommen, um effiziente und kleine gedruckte Antennengestaltungsformen mit einer gewünschten isotropen Strahlungscharakteristik bereitzustellen. Häufig wird eine Monopolgestaltung für kleinvolumige Geräte verwendet, da die Länge des resonanten Pfades einer Monopolantenne lediglich gleich einem Viertel der interessierenden Wellenlänge sein muss im Vergleich zur halben Wellenlänge, wie sie typi scherweise für die Dipolantennen verwendet wird. Die Erdungsebene, die zum Erzeugen der Spiegelströme in einer Monopolarchitektur erforderlich ist, kann oft bereitgestellt werden, ohne dass ungebührlich viel Substratfläche verbraucht wird, wodurch die Monopolantenne eine attraktive Lösung für kleine Geräte ist. In IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Band 51, Nr. 9, September 2003, ist eine doppel-T-förmige Monopolantenne beschrieben, wobei die Länge der resonanten Wege so gewählt ist, um einen Betrieb in zwei Bändern bei 2.4 GHz bzw. 5.2 GHz zu ermöglichen. Jedoch ist die Strahlungscharakteristik der Doppel-T-Antenne in Bezug auf Anwendungen, die ein hohes Maß an Isotropie erfordern, nicht diskutiert.
  • Daher besteht ein Bedarf für eine gedruckte Monopolantenne, die eine hohe Leistungsfähigkeit in Bezug auf eine gewünschte räumliche isotrope Strahlungscharakteristik aufweist, während eine Gestaltung mit geringen Kosten und geringer Größe möglich ist.
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Im Allgemeinen richtet sich in einer anschaulichen Ausführungsform die vorliegende Erfindung an eine gedruckte Monopolantenne, ein System aus Monopolantennen und Datenkommunikationsgeräte, wobei eine verbesserte Strahlungscharakteristik erreicht wird, während die Substratfläche, die von der Monopolantenne bzw. den Antennen der vorliegenden Erfindung eingenommen wird, reduziert ist und/oder an die Substratform angepasst ist, wodurch ein verbessertes Leistungsverhalten im Vergleich zu konventionellen Monopolgestaltungen bereitgestellt wird.
  • Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Monopolantenne ein Substrat mit einer ersten Oberfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche und einen länglichen ersten resonanten Bereich, der auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist und eine erste Achse in einer Längsrichtung definiert. Ein zweiter resonanter Bereich ist auf der ersten Oberfläche gebildet und besitzt ein Mittelstück, das eine zweite Achse definiert. Der zweite resonante Bereich umfasst ferner ein erstes und ein zweites längliches Endstück, die einen Winkel mit der zweiten Achse bilden, wobei der zweite resonante Bereich sich von dem ersten resonanten Bereich erstreckt, wobei die zweite Achse unter einem Winkel zu der ersten Achse angeordnet ist. Die Antenne umfasst ferner eine Erdungsebene, die auf der zweiten Oberfläche gebildet ist.
  • In einer speziellen Ausführungsform ist ein Rand jeweils des ersten und des zweiten Endstückes im Wesentlichen parallel zu einem entsprechenden Rand des Substrats.
  • Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein gedrucktes Monopolantennensystem ein Substrat mit gegenüberliegenden Oberflächen. Das System umfasst ferner eine erste Monopolantenne, die auf einer der gegenüberliegenden Oberflächen ausgebildet ist und einen ersten länglichen resonanten Bereich und einen zweiten resonanten Bereich, der sich von dem ersten länglichen Bereich so erstreckt, um einen Winkel mit einer Achse zu bilden, die sich entlang der Längsrichtung des ersten resonanten Bereichs erstreckt, aufweist, wobei der zweite resonante Bereich symmetrisch in Bezug auf die Achse ist. Das System umfasst ferner eine zweite Monopolantenne, die auf einer der gegenüberliegenden Oberflächen gebildet ist und einen zweiten länglichen Bereich aufweist, der eine zweite Achse definiert, die einen Winkel mit der Achse bildet. Des weiteren ist eine erste Erdungsebene auf der anderen der gegenüberliegenden Oberflächen ausgebildet, auf der die erste Monopolantenne gebildet ist. Schließlich ist eine zweite Erdungsebene auf der anderen der gegenüberliegenden Oberfläche, auf der die zweite Monopolantenne gebildet ist, ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Datenkommunikationsgerät ein Substrat mit einer ersten Oberfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche. Das Gerät umfasst ferner eine erste gedruckte Monopolantenne mit einem ersten länglichen resonanten Bereich, der auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist, und eine Achse in Längsrichtung definiert. Die erste Antenne umfasst ferner einen zweiten resonanten Bereich, der auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist und ein Mittelstück besitzt, das eine zweite Achse definiert. Das Mittelstück umfasst auch ein erstes und ein zweites längliches Endstück, die einen Winkel mit der zweiten Achse bilden, wobei der zweite resonante Bereich sich von dem ersten resonanten Bereich so erstreckt, um mit der zweiten Achse einen Winkel mit der Achse zu bilden. Die erste Monopolantenne umfasst ferner eine Erdungsebene, die auf der zweiten Oberfläche des Substrats gebildet ist. Das Datenkommunikationsgerät weist ferner eine Ansteuerschaltung, die auf dem Substrat ausgebildet ist, auf, die mit der ersten gedruckten Monopolantenne verbunden ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird; es zeigen:
  • 1a bis 1b schematisch diverse Ansichten einer gedruckten Monopolantenne gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 2 schematisch ein Datenkommunikationsgerät mit einem Monopolantennensystem entsprechend weiteren anschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLILERTE BESCHREIBUNG
  • Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen offenbarten anschaulichen Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
  • 1a zeigt schematisch eine Draufsicht einer gedruckten Monopolantenne 100 gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Antenne 100 umfasst ein Substrat 101 mit einer ersten Oberfläche 102 und einer zweiten Oberfläche 103, die gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche 102 angeordnet ist. Das Substrat 101 kann ein beliebiges geeignetes Substrat repräsentieren, etwa ein FR4-Substrat, das aus Glasfaserepoxidharz gebildet ist, ein Substrat, das aus Polyimid hergestellt ist, und dergleichen. Eine Dicke des Substrats 101 kann entsprechend den Entwurfserfordernissen bestimmt werden und kann beispielsweise im Bereich von 0.5 mm bis 1.0 mm, beispielsweise bei 0.8 mm ± 0.1 mm liegen. In einer speziellen Ausführungsform ist das Substrat 101 aus einem Epoxidharz mit einer relativen Permittivität von ungefähr 4.4 hergestellt. Es sollte beachtet werden, dass das Substrat 101 darin ausgebildete weitere Schichten einschließlich eines leitenden Materials, etwa Kupfer, aufweisen kann, um eine erhöhte Entwurfsflexibilität bei der Herstellung einer zusätzlichen Schaltung auf dem Substrat 101 bereitzustellen.
  • Die Monopolantenne 100 umfasst ferner einen ersten länglichen Bereich 104, der einen ersten resonanten Pfad der Antenne bildet. Der erste längliche Bereich 104 definiert eine Orientierung der Antenne 100 beispielsweise mittels einer Achse 107, die sich entlang der Längsrichtung des länglichen Bereichs 104 erstreckt. Die Antenne 100 umfasst ferner einen zweiten resonanten Bereich 110, der ein Mittelstück 108 und entsprechende Endstücke 109 aufweist, die mit dem Mittelstück 108 verbunden sind. In einer speziellen Ausführungsform ist die durch den ersten und den zweiten resonanten Bereich 104 und 110 definierte Monopolantenne symmetrisch in Bezug auf die Achse 107.
  • Die Antenne 100 umfasst ferner eine Erdungsebene 111, die auf der zweiten Oberfläche 103 gebildet ist, wie dies durch die gestrichelten Linien in 1a angedeutet ist. Des weiteren ist eine Speiseleitung 112 und ein entsprechender Verbindungsbereich 113 auf der ersten Oberfläche 102 so ausgebildet, dass diese mit der Erdungsebene 111 überlappen, wodurch der Beginn des ersten resonanten Bereichs 104 definiert wird.
  • 1b zeigt schematisch einen Querschnitt entlang der Achse 107, wobei die Erdungsebene 111, die auf der zweiten Oberfläche 103 gebildet ist, mit der Speiseleitung 112 und dem Verbindungsbereich 113 überlappt. Die leitenden Bereiche, die auf der ersten und der zweiten Oberfläche 102 und 103, etwa der erste und zweite Bereich 104, 110 gebildet sind, die Speiseleitung und der Verbindungsbereich 112, 113 sowie die Erdungsebene 111 können aus Kupfer hergestellt sein, wobei eine Schichtdicke 17.5 μm betragen kann, die typischerweise bei der Herstellung von gedruckten Schaltungsplatinen angewendet wird. Es sollte jedoch betont werden, dass eine andere Kupferdicke verwendet werden kann, sowie andere Materialien und Verbindungen, etwa Silber (Ar), Zinn (Sn) und dergleichen. Beispielsweise können die leitenden Bereich der Antenne 100 aus Silber ausgebildet sein, oder Oberflächenbereiche leitender Bereiche, die ursprünglich aus Kupfer hergestellt sind, können so behandelt werden, um eine Silberbeschichtung und dergleichen zu empfangen.
  • Wie zuvor erläutert ist, ist eine Monopolantenne typischerweise so gestaltet, dass sie eine resonante Länge aufweist, die im Wesentlichen einem Viertel der Wellenlänge der interessierenden Frequenz entspricht. In dem vorliegenden Beispiel kann die Monopolantenne 100 so ausgebildet sein, um vorzugsweise in einem Frequenzbereich mit so ausgebildet sein, um vorzugsweise in einem Frequenzbereich mit einer Mittenfrequenz von 1.2 GHz zu strahlen. Somit beträgt die Wellenlänge der Mittenfrequenz ungefähr 240 mm, so dass eine Gesamtlänge des ersten und des zweiten resonanten Pfads 104, 110 ungefähr 60 mm beträgt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Monopolantenne 100 in einfacher Weise auf einen beliebigen erforderlichen Frequenzbereich angepasst werden kann, etwa einen Bereich der bei ungefähr 2.45 GHz liegt, indem die Abmessungen des ersten und des zweiten resonanten Bereichs 104, 110 entsprechend skaliert werden. Somit kann in dem vorliegenden Beispiel eine Länge des ersten resonanten Bereichs 104, die als 106 bezeichnet ist, zu ungefähr 22 mm gewählt werden, wohingegen eine effektive Länge des zweiten resonanten Bereichs 110, d. h. des Mittelstücks 108 und der Endstücke 109, zu ungefähr 40 mm festgelegt werden kann. Eine Breite 105 des ersten resonanten Bereichs 104 kann so bestimmt werden, um eine breite Leitung bereitzustellen, wodurch die Bandbreite der Antenne 100 eingestellt werden kann, wie dies für die spezifizierte Anwendung erforderlich ist. Beispielsweise führt die Breite 105, wenn diese auf ungefähr 8 mm festgelegt wird, zu einer Bandbreite von ungefähr 500 MHz, wenn diese für ein Betriebsreflektionsdämpfungsmaß der Antenne 100 von 10 dB oder weniger definiert wird. Es sollte beachtet werden, dass die gewünschte Bandbreite in einfacher Weise eingestellt werden kann, indem die Breite 105, die Dicke des leitenden Materials, etwa des Kupfers, das für den ersten und den zweiten resonanten Bereich 104, 110 verwendet wird, und durch die Gestaltung des zweiten resonanten Bereichs 110 entsprechend variiert werden. In einer speziellen Ausführungsform erstreckt sich das Mittelstück 108 des zweiten resonanten Bereichs 110 von dem ersten resonanten Bereichs 104 in einer im Wesentlichen senkrechten Weise, wohingegen die Endstücke 109 an dem Mittelstück 108 unter einem definierten Winkel in Bezug auf eine Längsachse 114 des Mittelstücks 108 angeschlossen sind. In einer anschaulichen Ausführungsform verjüngen sich die Endstücke 109 und besitzen einen Rand 115, der sich im Wesentlichen parallel in Bezug auf Ränder 116 des Substrats 101 erstreckt. Da folglich die grundlegende Gestaltung des zweiten resonanten Bereichs 110 eine Strahlungscharakteristik mit verbesserter Isotropie sicherstellt, wird gleichzeitig eine hohe räumliche Effizienz trotz der relativ langen Wellenlänge erreicht, indem die resonanten Bereiche 104 und 110 an einem Eckgebiet des Substrats 101 angeordnet werden können, ohne dass im Wesentlichen Substratfläche verschwendet wird, die nunmehr für weitere Schaltungen und dergleichen verfügbar ist.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Monopolantenne 100 entsprechende Anschlussbereiche (nicht gezeigt) aufweisen, um die Antenne 100 mit einer Hochfrequenzschaltung beispielsweise mittels eines Oberflächenmontierungsprozesses zu verbinden. Auf Grund der reduzierten Substratfläche, die zur Ausbildung des ersten und des zweiten resonanten Bereichs 104, 110 erforderlich ist, kann die Antenne 100 dann einfach auf eine entsprechende Leiterplatte gesteckt werden, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, dass eine Vielzahl unterschiedlicher Monopolantennen hergestellt werden können, die für eine Vielzahl unterschiedlicher Mittenfrequenzen gestaltet sind. Da insbesondere die Monopolantenne 100 wie sie in den 1a und 1b gezeigt ist, keine Durchkontaktierungen erfordert, wird der Herstellungsprozess vereinfacht und kann unter geringen Kosten bewerkstelligt werden.
  • Ein typischer Prozessablauf zur Herstellung der Antenne 100 beinhaltet standardmäßige Photolithographie- und Ätzverfahren, die die Monopolantenne 100 zu einem bevorzugten Kandidaten für eine kosteneffiziente Massenproduktion machen.
  • Mit Bezug zu 2 werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben, wobei eine Monopolantenne, etwa die Antenne 100, verwendet wird.
  • In 2 umfasst ein Datenkommunikationsgerät 200, beispielsweise eine WLAN-Karte für einen Computer, ein Substrat 201, mit einer ersten Oberfläche 202 und einer zweiten Oberfläche 203, die gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche 202 angeordnet ist. Ein Monopolantennensystem 250 ist auf dem Substrat 201 gebildet, wobei das Antennensystem 250 eine erste Monopolantenne 250a und eine zweite Monopolantenne 250b aufweisen kann. Die erste und/oder die zweite Monopolantenne 250a und 250b besitzt eine Konfiguration, wie sie mit Bezug zu den 1a und 1b beschrieben ist. In einer speziellen Ausführungsform besitzen die erste und die zweite Monopolantenne 250a, 250b im Wesentlichen die gleiche Gestaltung und unterscheiden sich nur in ihren Orientierungen, die durch eine Achse 207a und eine Achse 207b gekennzeichnet sind. In einer anschaulichen Ausführungsform ist die erste Orientierung, die durch die Achsen 207a repräsentiert ist, im Wesentlichen senkrecht zu der zweiten Orientierung, die durch die Achse 207b vertreten ist. In einer Ausführungsform sind ein erster resonanter Bereich 204 und ein zweiter resonanter Bereich 210a der ersten Antenne 205a auf der ersten Oberfläche 202 ausgebildet, und ein erster resonanter Bereich 204b und ein zweiter resonanter Bereich 210b der zweiten Antenne 205b sind ebenso auf der ersten Oberfläche 202 gebildet. In anderen Ausführungsformen können der erste und der zweite resonante Bereich der ersten oder der zweiten Antenne 205a, 205b auf der zweiten Oberfläche 203 gebildet sein, wenn eine derartige Anordnung als geeignet im Hinblick auf Herstellungs- und/oder Entwurfserfordernisse erachtet wird. Ferner umfasst das Antennensystem 250 entsprechende erste und zweite Erdungsebenen 211a und 211b, die auf einer Oberfläche ausgebildet sind, die der Oberfläche gegenüberliegt, auf der der erste und der zweite resonante Bereich der entsprechenden Antennen ausgebildet sind.
  • In einer speziellen Ausführungsform sind die erste und die zweite Erdungsebene 211a, 211b gemeinsam auf der zweiten Oberfläche 203 gebildet, wodurch eine zusammenhängende Erdungsebene für das Antennensystem 250 gebildet wird. Hinsichtlich der Abmessungen der ersten und/oder der zweiten Antenne gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu 1a beschrieben sind. In einer Ausführungsform können die Konfiguration und die Abmessungen der ersten und der zweiten Antenne 250a und 250b im Wesentlichen identisch sein, wobei die unterschiedlichen Orientierungen 207a, 207b für eine verbesserte isotrope Strahlungscharakteristik im Vergleich zu der einzelnen Antenne 100 aus 1a sorgen. In anderen Ausführungsformen kann sich die zweite Antenne 250b beispielsweise in den Abmessungen von der ersten Antenne 250a unterscheiden, wobei die Abmessungen der zweiten Antenne so gewählt werden können, um einen Frequenzbereich abzudecken, der sich von jenem der ersten Antenne 250a unterscheidet. Da beide Antennen eine moderat ausgeprägte isotrope Strahlungscharakteristik zeigen, kann ein ausreichendes Betriebsverhalten für beide Frequenzbereiche trotz der unterschiedlichen Orientierungen 207a, 207b erreicht werden, wobei gleichzeitig eine räumlich äußerst effiziente Anordnung erreicht wird, selbst wenn die beteiligten Frequenzen relativ klein sind, etwa bei 1.2 GHz und 2.45 G Hz.
  • Das Datenkommunikationsgerät 200 kann ferner eine Schalterschaltung 260 aufweisen, die mit einer Seite mit entsprechenden Speiseleitungen 212a, 212b des Antennensystems 250 verbunden ist, und die mit einer Ansteuer/Empfangs-Schaltung 270 verbunden ist. Ferner kann in einer Ausführungsform eine Komparatorschaltung 280 vorgesehen sein, die mit den Speiseleitungen 212a, 212b und der Schalterschaltung 260 verbunden ist. Die Komparatorschaltung 280 ist so ausgebildet, um entsprechende Hochfrequenzsignale von der ersten und der zweiten Antenne 250a, 250b zu empfangen, und die Größe der entsprechenden Pegel dieser Signale zu identifizieren oder zumindest das Signal mit dem höheren Pegel zu erkennen. Die Schalterschaltung 260 kann so ausgestaltet sein, um selektiv die Ansteuer/Empfangs-Schaltung 270 mit einer der Speiseleitungen 212a, 212b zu verbinden.
  • Während des Betriebs des Datenkommunikationsgeräts 200 können die Signalpegel auf den Speiseleitungen 212a, 212b kontinuierlich oder in regelmäßiger Weise mittels der Komparatorschaltung 280 überwacht werden, wobei diese dann ein Ergebnis des Vergleichs an die Schalterschaltung 260 liefert, die dann die Speiseleitung auswählen kann, die den höheren Signalpegel liefert. Somit kann die Ansteuer/Empfangs-Schaltung 270 dann mit der Antenne verbunden werden, die einen erhöhten Signalpegel in Bezug auf ein entferntes Gerät liefert, mit welchem eine Datenkommunikationsleitung errichtet wird. Somit kann auf Grund der unterschiedlichen Orientierungen 207a, 207b eine äußerst zuverlässige Verbindung zu einem entfernten Gerät errichtet werden, unabhängig von der relativen Orientierung des Geräts 200 zu dem entfernten Gerät, da die unterschiedlichen Orientierungen der Antennen 250a, 250b ein hohes Maß an Empfindlichkeit in allen Richtungen gewährleistet, während die Monopolgestaltung an sich nur eine geringe Empfindlichkeit auf eine Änderung der Polarisation einer eintreffenden Strahlung aufweist. Zusätzlich liefert die Anpassung der Antennengestaltung, insbesondere wenn die erste und die zweite Antenne 250a, 250b im Wesentlichen die gleiche Konfiguration aufweisen, an die Substratabmessungen eine verbesserte Leistungsfähigkeit bei reduzierter Substratfläche, die zum Positionieren des Antennensystems 250 in dem Substrat 201 erforderlich ist. Somit kann eine gemeinsame Schaltungsanordnung für die elektronischen Komponenten, die die Schaltungen 270, 260 und 280 bilden, und für das Antennensystem 250 entworfen werden, wodurch die Herstellungskosten deutlich reduziert werden. In anderen Ausführungsformen können individuelle Antennen 100, wie sie in den 1a und 1b gezeigt sind, einzeln bei geringen Kosten hergestellt werden und können dann an einer Schaltungsplatine angebracht werden, wobei die Orientierung und die Abmessungen der einzelnen Antennen entsprechend den Geräteerfordernissen ausgewählt werden können. Beispielsweise können zwei oder mehrere der Antennen, wie sie mit Bezug zu den 1a und 1b beschrieben sind, auf einer gedruckten Schaltungsplatine montiert werden, vorzugsweise an Randbereichen davon, um damit eine verbesserte isotrope Strahlungscharakteristik und/oder den Betrieb bei zwei oder mehr unterschiedlichen Frequenzbändern zu ermöglichen. In ähnlicher Weise kann in einer Ausführungsform ein erstes Antennensystem, etwa das System 250, auf einer Seite einer Schaltungsplatine gebildet werden, wohingegen ein zweites Antennensystem mit der gleichen Konfiguration wie das System 250, aber auf einen unterschiedlichen Frequenzbereich eingestellt, auf der anderen Seite der Schaltungsplatine oder unmittelbar benachbart zu dem ersten Antennensystem gebildet werden kann, wobei die zusätzliche Schaltung ebenso auf dem gleichen Substrat hergestellt wird. Auf diese Weise kann ein Zweibandbetrieb mit ausgezeichneten isotropen Strahlungseigenschaften selbst für moderat lange Wellenlängenbereiche erreicht werden, wobei auf Grund der räumlich hohen effizienten Konfiguration der vorliegenden Erfindung, ein Minimum an Substratfläche von den Monopolantennensystemen eingenommen wird.
  • Es gilt also, die vorliegende Erfindung stellt eine gedruckte Monopolantennengestaltung bereit, die eine hohe Leistungsfähigkeit bei reduzierter Substratfläche ermöglicht, wobei zwei oder mehr einzelne Antennen in Eckengebieten eines Substrats angeordnet werden können. Die unterschiedliche Orientierung, die durch die unterschiedlichen Substratpositionen der zwei oder mehreren einzelnen Antennen erreicht wird, kann die isotrope Strahlungscharakteristik noch mehr verbessern.
  • Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.

Claims (25)

  1. Gedruckte Monopolantenne mit: einem Substrat mit einer ersten Oberfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche; einem länglichen ersten resonanten Bereich, der auf der ersten Oberfläche gebildet ist und eine erste Achse in einer Längsrichtung definiert; einem zweiten resonanten Bereich, der auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist, und ein Mittelstück, das eine zweite Achse definiert, und ein erstes und ein zweites längliches Endstück, die einen Winkel mit der zweiten Achse bilden, aufweist, wobei der zweite resonante Bereich sich von dem ersten resonanten Bereich erstreckt, und wobei die zweite Achse unter einem Winkel mit der ersten Achse angeordnet ist; und einer Erdungsebene, die auf der zweiten Oberfläche gebildet ist.
  2. Die gedruckte Monopolantenne nach Anspruch 1, wobei der zweite resonante Bereich symmetrisch in Bezug auf die erste Achse ist.
  3. Die gedruckte Monopolantenne nach Anspruch 2, wobei ein äußerer Rand des ersten und des zweiten Endstückes im Wesentlichen parallel zu entsprechenden Rädern des Substrats sind.
  4. Die gedruckte Monopolantenne nach Anspruch 2, wobei äußere Ränder des ersten und des zweiten Endstückes in einer im Wesentlichen senkrechten Weise zueinander orientiert sind.
  5. Die gedruckte Monopolantenne nach Anspruch 2, wobei die zweite Achse im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Achse ist.
  6. Gedrucktes Monopolantennensystem mit: einem Substrat mit gegenüberliegenden Oberflächen; einer ersten Monopolantenne, die auf einer der gegenüberliegenden Oberfläche gebildet ist und einen ersten länglichen resonanten Bereich und einen zweiten resonanten Bereich aufweist, der sich von dem ersten länglichen Bereich so erstreckt, um einen Winkel mit einer ersten Achse, die sich entlang der Längsrichtung des ersten resonanten Bereichs erstreckt, zu bilden, wobei der zweite resonante Bereich symmetrisch in Bezug auf die erste Achse ist; einer zweiten Monopolantenne, die auf einer der gegenüberliegenden Oberflächen mit einem zweiten länglichen Bereich gebildet ist, die eine zweite Achse definiert, die einem Winkel mit der ersten Achse bildet; einer ersten Erdungsebene, die auf der anderen der gegenüberliegenden Oberflächen gebildet ist, auf der die erste Monopolantenne ausgebildet ist; und einer zweiten Erdungsebene, die auf der anderen Seite der gegenüberliegenden Oberflächen gebildet ist, auf der die zweite Monopolantenne gebildet ist.
  7. Das gedruckte Monopolantennensystem nach Anspruch 6, wobei die zweite Monopolantenne in der Konfiguration identisch zu der ersten Monopolantenne ist.
  8. Das gedruckte Monopolantennensystem nach Anspruch 6, wobei der zweite resonante Bereich einen länglichen Mittelbereich aufweist, der sich von dem ersten resonanten Bereich erstreckt, und einen ersten und einen zweiten Endbereich aufweist, die mit dem mittleren Bereich verbunden sind, wobei der erste und der zweite Endbereich einen Winkel mit dem mittleren Bereich bilden.
  9. Das gedruckte Monopolantennensystem nach Anspruch 8, wobei ein äußerer Rand des ersten und des zweiten Endbereichs im Wesentlichen senkrecht zueinander liegen.
  10. Das gedruckte Monopolantennensystem nach Anspruch 6, wobei die erste und die zweite Erdungsebene einen zusammenhängenden leitenden Bereich bilden.
  11. Das gedruckte Monopolantennensystem nach Anspruch 6, wobei die erste Erdungsebene einen ersten Rand aufweist, der im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Achse der ersten Monopolantenne ist.
  12. Das gedruckte Monopolantennensystem nach Anspruch 11, wobei die zweite Erdungsebene einen zweiten Rand aufweist, der im Wesentlichen senkrecht zu der zweiten Achse der zweiten Monopolantenne ist.
  13. Das gedruckte Monopolantennensystem nach Anspruch 6, wobei die erste Achse im Wesentlichen senkrecht zu der zweiten Achse ist.
  14. Das gedruckte Monopolantennensystem nach Anspruch 6, wobei die erste und die zweite Monopolantenne auf der ersten Oberfläche gebildet sind.
  15. Das gedruckte Monopolantennensystem nach Anspruch 8, wobei der erste und der zweite Endbereich verjüngt sind.
  16. Datenkommunikationsgerät mit: einem Substrat mit einer ersten Oberfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche; einer ersten gedruckten Monopolantenne, die umfasst: einen länglichen ersten resonanten Bereich, der auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist und eine erste Achse in einer Längsrichtung definiert; einen zweiten resonanten Bereich, der auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist, und ein Mittelstück, das eine zweite Achse definiert, und ein erstes und ein zweites längliches Endstück aufweist, die einen Winkel mit der zweiten Achse bilden, wobei der zweite resonante Bereich sich von dem ersten resonanten Bereich erstreckt, wobei die zweite Achse unter einem Winkel zu der ersten Achse angeordnet ist; und einer Erdungsebene, die auf der zweiten Oberfläche gebildet ist; und einer Ansteuerschaltung, die auf dem Substrat ausgebildet ist, wobei die Ansteuerschaltung mit der ersten gedruckten Monopolantenne verbunden ist.
  17. Das Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 16, wobei der zweite resonante Bereich in Bezug auf die erste Achse symmetrisch ist.
  18. Das Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 16, wobei ein äußerer Rand des ersten und des zweiten Endstückes im Wesentlichen parallel zu entsprechenden Rändern des Substrates liegen.
  19. Das Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 17, wobei äußere Ränder des ersten und des zweiten Endstückes im Wesentlichen in senkrechter Weise zueinander orientiert sind.
  20. Das Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 16, wobei die zweite Achse im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Achse ist.
  21. Das Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 16, das ferner eine zweite gedruckte Monopolantenne aufweist mit einer zweiten Orientierung, die sich von einer ersten Orientierung der ersten Monopolantenne unterscheidet.
  22. Das Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 21, wobei die zweite Monopolantenne im Wesentlichen eine identische Konfiguration wie die erste Monopolantenne aufweist.
  23. Das Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 22, wobei die erste Orientierung und die zweite Orientierung im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind.
  24. Das Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 16, das ferner eine Komparatorschaltung aufweist, die mit der ersten und der zweiten Monopolantenne verbindbar ist und so ausgebildet ist, um einen ersten Signalpegel, der von der ersten Monopolantenne erhalten wird, mit einem zweiten Signalpegel, der von der zweiten Monopolantenne erhalten wird, zu vergleichen.
  25. Das Datenkommunikationsgerät nach Anspruch 24, das ferner eine Schalterschaltung aufweist, die mit der ersten und der zweiten Monopolantenne, der Komparatorschaltung und der Ansteuerschaltung verbunden ist, wobei die Schalterschaltung so ausgebildet ist, um selektiv die erste oder die zweite Monopolantenne mit der Ansteuerschaltung entsprechend einem Ergebnis aus der Komparatorschaltung zu verbinden.
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