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[Technischer Bereich der Erfindung]
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Multiband-Patchantennenmodul, und zwar geht es dabei um ein Multiband-Patchantennenmodul, das Frequenzen in einem 2.4 GHz-Band und einem 5 GHz-Band, die als ein WiFi-Band verwendet werden, empfängt.
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[Technischer Hintergrund der Erfindung]
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Mit der Entwicklung von drahtlosen Kommunikationstechnologien sind die Informationskommunikationsendgeräte wie etwa Mobiltelefone, PDAs, GPS-Empfänger und Navigationsgeräte populär geworden. Bei diesen Informationskommunikationsendgeräten werden hauptsächlich Patchantennen verwendet, die klein, leicht, dünn und flach sind.
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Im Allgemeinen ist eine Patchantenne so ausgebildet, dass sie eine Eigenschaft hat, in den Frequenzbändern von GPS und SDARS (Satellite Digital Audio Radio Services) usw. zu resonieren. Die Patchantenne ist als eine Multiband-Antenne ausgebildet, um einen Montageraum sicherzustellen. Nämlich ist die Patchantenne so ausgebildet, dass die sich als jeweilige Band-Antennen betätigenden Strahlungspatches auf einer Seite des Dielektrikums ausgebildet sind und in den für jeweilige Eigenschaften geeigneten Frequenzen resonieren.
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Da die herkömmliche Patchantenne für die Frequenzen von GPS und SDARS (Satellite Digital Audio Radio Services) usw. verwendet wird, ist sie so ausgebildet, dass sich ein in dem Innenraum angeordneter Strahlungspatch im Verhältnis von Länge und Breite 1 : 1 befindet und somit in einer quadratischen Form ausgebildet ist.
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JP 2012/129 783 A beschreibt eine Antennenvorrichtung, die Antennenvorrichtung umfasst: ein dielektrisches Substrat; einen ringförmigen ersten Elektrodenteil, der auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats vorgesehen ist und mit einer rechteckigen Öffnung im Mittelteil vorgesehen ist; und einen zweiten Elektrodenteil, der in einem Abstand von dem ersten Elektrodenteil auf der Innenseite der Öffnung des ersten Elektrodenteils angeordnet ist.
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US 2010/ 0 171 679 A1 beschreibt ein zusammengesetztes Antennenelement, das Antennenelement umfasst ein dielektrisches Substrat mit einer ersten Fläche, wobei ein erstes Antennenmuster und ein zweites Antennenmuster auf der ersten Fläche vorgesehen ist und eine Schleifenform aufweist, wobei der ersten Fläche liegt eine erste Leiterplatte und eine zweite Leiterplatte gegenüber.
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US 2009/ 0 153 404 A1 beschreibt eine einschichtige Dualband-Antenne, die Antenne umfasst einen ersten Strahler, der auf der oberen Oberfläche eines Substrats gebildet ist und elektrisch mit einem Speiseelement gekoppelt ist, und einen zweiten Strahler, der auf der oberen Oberfläche des Substrats gebildet ist, von dem ersten Strahler um einen vorbestimmten Abstand beabstandet, und elektromagnetisch mit dem ersten Strahler gekoppelt ist.
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In den letzten Jahren wird ein drahtloses Kommunikationsmodul in ein tragbares Endgerät und eine elektronische Vorrichtung eingepflegt, um ein Heimnetzwerk durch Kommunikation zwischen dem tragbaren Endgerät und der elektronischen Vorrichtung (z. B. einem Kühlschrank, einer Kamera, einem Fernsehgerät und Audiogerät usw.) aufzubauen.
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Bei einem Aufbau des Heimnetzwerks wird ein WiFi-Netzwerk hauptsächlich für die drahtlose Kommunikation zwischen einem mobilen Endgerät und einer elektronischen Vorrichtung verwendet. Das WiFi-Netzwerk ist unterteilt in ein 2.4GHz-Band, das durch einen relativ großen Kommunikationsradius gekennzeichnet ist, und in ein 5GHz-Band, das durch eine schnelle Übertragungsgeschwindigkeit in einem relativ kurzen Radius gekennzeichnet ist.
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Bei einem Aufbau des anfänglichen Heimnetzwerks wird das 2.4GHz-Band mit einem breiten Kommunikationsradius zwar hauptsächlich verwendet, jedoch gibt es dabei ein Problem, dass ein Fehler aufgrund einer Signalinterferenz eines Routers und einer Bluetooth-Vorrichtung usw. in den Signalen entsteht.
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Aufgrund eines derartigen Problems wird das 5GHz-Band neulich bei einem Aufbau des aktuellen Heimnetzwerks verwendet, da die Signalinterferenz relativ klein ist.
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Dementsprechend besteht ein Bedarf an einer elektronischen Vorrichtung und einem tragbaren Endgerät, die die beiden Bänder (d. h. 2.4GHz und 5GHz) unterstützen.
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Herkömmlicherweise müssen die für die jeweiligen Frequenzbänder geeigneten Antennen in tragbare Endgeräte und elektronische Vorrichtungen eingepflegt sein, um WiFi-Netzwerke von den zwei Bändern zu unterstützen.
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Aber da ein relativ großer Montageraum dafür erforderlich sein muss, um die beide Antennen darin einzupflegen, besteht ein schwieriges Problem also darin, dass die Antennen für die beiden Bänder mit Trend der Miniaturisierung in ein tragbares Endgerät und eine elektronische Vorrichtung eingepflegt werden.
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[Inhalt der Erfindung]
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[Aufgabe der Erfindung]
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Die vorliegende Erfindung wird gemacht, um die oben erwähnten Probleme zu lösen, und es ist ein Zweck der Erfindung, ein Multiband-Patchantennenmodul anzubieten, das es ermöglicht, die Signale von den beiden Bändern (2.4GHz und 5GHz) zu senden und zu empfangen, wobei ein interner Strahlungspatch mit dessen unterschiedlichen Länge und Breite, und ein externer Strahlungspatch mit Abstand von dem internen Strahlungspatch auf einer Seite der dielektrischen Schicht ausgebildet werden.
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[Technische Lösung]
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Um den obigen Zweck zu erreichen, umfasst ein Multiband-Patchantennenmodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die folgenden Teile: eine dielektrische Schicht; einen externen Strahlungspatch, der auf einer Seite der dielektrischen Schicht ausgebildet ist und auf dem ein Einschiebeloch ausgebildet ist; und einen internen Strahlungspatch, der in das Einschiebeloch eingeschoben ist und auf einer Seite der dielektrischen Schicht ausgebildet ist, wobei er mit dessen unterschiedlichen Länge und Breite ausgebildet wird.
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Der interne Strahlungspatch hat eine rechteckige Form, wobei das Verhältnis der Länge zur Breite weniger als 0.95 betragen kann.
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Der interne Strahlungspatch ist so konstruiert, dass ein sich in Richtung nach außen erstreckender Vorsprung mindestens an einem Seitenrand ausgebildet ist, wobei ein jeweiliger Vorsprung an drei benachbarten Seitenrändern von vier Seitenrändern ausgebildet ist.
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Auf dem internen Strahlungspatch ist ein Einspeiseloch ausgebildet, das wiederum mit Abstand von dem Mittelpunkt des internen Strahlungspatches ausgebildet wird, und auf der dielektrischen Schicht kann ein anderes Einspeiseloch an einer Position ausgebildet sein, die einem auf dem internen Strahlungspatch ausgebildeten Einspeiseloch entspricht.
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Der externe Strahlungspatch kann eine Rahmenform mit der gleichen Länge und Breite haben. Zugleich ist der externe Strahlungspatch so konstruiert, dass ein sich in Richtung nach außen erstreckender Vorsprung mindestens an einem Seitenrand ausgebildet ist, wobei der Vorsprung an einem Seitenrand des externen Strahlungspatches ausgebildet sein kann, das wiederum einem Seitenrand, an dem ein Vorsprung ausgebildet ist, von vier Seitenrändern des internen Strahlungspatches entspricht.
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[Wirkungen der Erfindung]
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Gemäß der vorliegenden Erfindung, da ein interner Strahlungspatch mit dessen unterschiedlichen Länge und Breite und ein externer Strahlungspatch mit Abstand von dem internen Strahlungspatch auf einer Seite der dielektrischen Schicht ausgebildet werden, gibt es einen Effekt, dass ein Multiband-Patchantennenmodul die Signale von einem 2.4GHz-Band und einem 5GHz-Band, die als WiFi-Bänder verwendet werden, durch eine einzige Patchantenne senden und empfangen kann.
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Zudem, da ein Multiband-Patchantennenmodul die Bänder von 2.4GHz und 5GHz, die als WiFi-Bänder verwendet werden, mit einem Patchantenne unterstützt, gibt es einen Effekt, dass ein Montageraum im Vergleich zum herkömmlichen Montageraum, in den die Antennenmodule für die jeweiligen Bänder (das heißt, 2.4GHz-Band und 5GHz-Band) eingepflegt werden, minimalisiert werden kann.
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Darüber hinaus, da eine Bandbreite des 5GHz-Bandes im Vergleich zum herkömmlichen Patchantennenmodul mehr als 2 erhöht wird, so kann ein Multiband-Patchantennenmodul eine WiFi-Verbindung mit Minimierung des WiFi-Unterbrechungsphänomens stabil erhalten.
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Zugleich, da die Bandbreite des 5GHz-Bandes im Vergleich zum herkömmlichen Patchantennenmodul erhöht wird, so wird das Frequenzband erhöht, das als eine Bandbreite eingestellt werden kann, und dabei können Interferenzen mit anderen Geräten des 5GHz-Bandes minimiert werden.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1: eine Zeichnung, um ein Multiband-Patchantennenmodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erläutern;
- 2: eine Zeichnung, um eine dielektrische Schicht von 1 zu erläutern;
- 3: eine Zeichnung, um einen internen Strahlungspatch von 1 zu erläutern;
- 4 und 5: Zeichnungen, um einen externen Strahlungspatch von 1 zu erläutern; und
- 6 bis 11: Zeichnungen, um die Antenneneigenschaften eines Multiband-Patchantennenmoduls und eines herkömmlichen Patchantennenmoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vergleichend zu erläutern.
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[Ausführungsbeispiele der Erfindung]
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Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben, um die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail zu erläutern, so dass der durchschnittliche Fachmann auf dem Gebiet die technische Idee der vorliegenden Erfindung leicht durchführen kann. Zunächst in den Zeichnungen werden die Bezugszeichen verwendet, um die gleichen Komponenten in den Zeichnungen zu bezeichnen, dass es beachtet wird, die gleichen Bezugszeichen dafür möglichst anzugeben, auch wenn sie sich in verschiedenen Zeichnungen befinden. In der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird eine detaillierte Beschreibung über die bekannten Konstruktionen und Funktionen weggelassen, wenn es festgestellt wird, dass die detaillierte Beschreibung die Essenz der vorliegenden Erfindung zu überschatten scheint.
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Unter Hinweis auf 1 umfasst ein Multiband-Patchantennenmodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine dielektrische Schicht 100, einen internen Strahlungspatch 200 und einen externen Strahlungspatch 300.
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Die dielektrische Schicht 100 ist auf dem untersten Bereich des Multiband-Patchantennenmoduls installiert. Normalerweise für die dielektrische Schicht 100 wird eine Keramik mit Eigenschaften wie einer hohen Dielektrizitätskonstanten und einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet, wobei ein Loch (in Zeichnungen nicht gezeigt) darauf ausgebildet sein kann, um mit dem internen Strahlungspatch 200 und dem externen Strahlungspatch 300 zu verbinden.
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Unter Hinweis auf 2 ist die dielektrische Schicht 100 so konstruiert, dass ein Durchgangsloch 120 ausgebildet ist, in das ein Einspeisestift 400 eingeschoben wird, der wiederum an den interne Strahlungspatch 200 und die Einspeiseleitung (in Zeichnungen nicht gezeigt) elektrisch angeschlossen ist. Das Durchgangsloch 120 ist in einem Teilbereich vom gesamten Bereich der dielektrischen Schicht 100 ausgebildet, wo der interne Strahlungspatch 200 ausgebildet ist.
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Zugleich wird das Durchgangsloch 120 mit einem vorbestimmten Abstand von dem Mittelpunkt C1 der dielektrischen Schicht 100 in Außenumfangsrichtung beabstandend ausgebildet. Das Durchgangsloch 120 ist also in einem der vier Bereiche ausgebildet, die durch zwei imaginäre Linien (A, B) eingeteilt sind, wobei sich die beiden Linien in dem Mittelpunkt C1 der dielektrischen Schicht 100 kreuzen.
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Zudem kann die dielektrische Schicht 100 der Fall sein, dass die Ausbildung des Durchgangslochs 120 weggelassen wird, wenn die Einspeiseleitung und der interne Strahlungspatch 200 durch ein Koaxialkabel, ein Einspeiseloch und einen Einspeisepatch usw. angeschlossen werden.
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Der interne Strahlungspatch 200 ist auf der oberen Seite der dielektrischen Schicht 100 ausgebildet. Der interne Strahlungspatch 200 ist als ein Strahlungsteil, der in dem 5GHz-Band von den WiFi-Frequenzbändern resoniert, so ausgebildet, dass der Mittelpunkt der dielektrischen Schicht 100 zumindest an einem Teil davon überlappt wird. Der interne Strahlungspatch 200 besteht mit einer dünnen Platte aus einem leitfähigen Material wie Kupfer, Aluminium, Gold, Silber oder dergleichen, die hohe elektrische Leitfähigkeit haben.
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Zudem unter Hinweis auf 3 ist der interne Strahlungspatch 200 in einer rechteckigen Form ausgebildet, die in einem unterschiedlichen Verhältnis der horizontalen Länge (X) zur vertikalen Länge (Y) steht. Das heißt, da die herkömmliche Patch-Antenne hauptsächlich verwendet wird, um die Signale der Frequenzbänder von GPS, SDARS usw. zu senden und zu empfangen, so befindet sich ein interner Strahlungspatch im Verhältnis von Länge und Breite etwa 1 : 1 und ist in einer quadratischen Form ausgebildet.
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Aber da das Multiband-Patchantennenmodul gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dafür verwendet wird, um die Signale des 5GHz-Bandes von den WiFi-Bändern zu senden und zu empfangen, so wird die gewünschte Leistung nicht erreicht, wenn eine quadratische Patchantenne verwendet wird.
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Demzufolge ist der interne Strahlungspatch 200 in einem unterschiedlichen Verhältnis der Breite (X) zur Länge (Y) ausgebildet. Der interne Strahlungspatch 200 ist in einer rechteckigen Form ausgebildet, wobei das Verhältnis der Länge (Y) zur Breite (X) ungefähr weniger als 0.95 beträgt. Zugleich kann der interne Strahlungspatch 200 die höchste Antennenleistung realisieren, wenn das Verhältnis der Länge (Y) zur Breite (X) ungefähr 0.7 beträgt (d.h. 8.7 mm breit und 6.1 mm lang).
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Der interne Strahlungspatch 200 ist mit mehreren Vorsprüngen 240 zur Frequenzabstimmung in Richtung nach außen ausgebildet. Zugleich ist ein jeweiliger Vorsprung 240 an drei benachbarten Seitenrändern von vier Seitenrändern des internen Strahlungspatches 200 ausgebildet.
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Der interne Strahlungspatch 200 ist an eine Einspeiseleitung (in Zeichnungen nicht gezeigt) angeschlossen, die auf der unteren Seite der dielektrischen Schicht 100 angeordnet ist. Zu diesem Zweck ist ein Durchgangsloch 220 an der gleichen Position ausgebildet, wo sich das auf der dielektrischen Schicht 100 ausgebildete Durchgangsloch 120 befindet.
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Zugleich wird das Durchgangsloch 220 mit einem vorbestimmten Abstand von dem Mittelpunkt C2 des internen Strahlungspatches 200 in Außenumfangsrichtung beabstandend ausgebildet. Das Durchgangsloch 220 ist also in einem der vier Bereiche ausgebildet, die durch zwei imaginäre Linien (C, D) eingeteilt sind, wobei sich die beiden Linien in dem Mittelpunkt C2 des internen Strahlungspatches 200 kreuzen.
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Das Durchgangsloch 220 kann an einer Position ausgebildet sein, die in einem vorbestimmten Abstand von dem Mittelpunkt C1 der dielektrischen Schicht 100 beabstandet ist. Das heißt, das Durchgangsloch 220 ist in einem der vier Bereiche beabstandend ausgebildet, die durch zwei imaginäre Linien (A, B) eingeteilt sind, wobei sich die beiden Linien in dem Mittelpunkt C1 der dielektrischen Schicht 100 kreuzen.
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Hier ist zwar das Durchgangsloch 220 so ausgebildet, dass ein Einspeisestift 400 darin eingeschoben wird, der wiederum an den internen Strahlungspatch 200 und die Einspeiseleitung (in Zeichnungen nicht gezeigt) elektrisch angeschlossen ist, wenn jedoch der Einspeisestift durch ein Koaxialkabel und ein Einspeiseloch an die Einspeiseleitung angeschlossen ist, so kann die Bildung des Durchgangslochs 220 weggelassen werden.
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Der externe Strahlungspatch 300 ist als ein Strahlungsteil, der in dem 2.4GHz-Band von den WiFi-Frequenzbändern resoniert, von dem internen Strahlungspatch 200 beabstandet und auf der oberen Seite der dielektrischen Schicht 100 ausgebildet. Der externe Strahlungspatch 300 besteht aus einem leitfähigen Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit wie Kupfer, Aluminium, Gold, Silber oder dergleichen und kann mit einer dünnen Platte aus dem gleichen Material wie der interne Strahlungspatch 200 ausgebildet werden.
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Der externe Strahlungspatch 300 ist auf der oberen Seite der dielektrischen Schicht 100 ausgebildet. Hierbei unter Hinweis auf 4 ist der externe Strahlungspatch 300 in einer Donut-Form ausgebildet, wo ein Einschiebeloch 320 ausgebildet ist, in das der interne Strahlungspatch 20 eingeschoben wird.
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Der externe Strahlungspatch 300 ist mit der gleichen Länge und der gleichen Breite in einer Rahmenform (d.h. einer quadratischen Form) ausgebildet, wobei das Einschiebeloch 320 mit einer quadratischen Form in dessen Innenraum ausgebildet ist. Da der interne Strahlungspatch 200 in das Einschiebeloch 320 eingeschoben wird, ist der externe Strahlungspatch 300 so ausgebildet, dass dessen Innenumfang in einem vorbestimmten Abstand von dem Außenumfang des internen Strahlungspatches 200 beabstandet ist und dass dessen Innenumfang den Außenumfang des internen Strahlungspatches 200 beabstandend umgibt.
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Der externe Strahlungspatch 300 kann mit einem oder mehreren Vorsprüngen 340 zur Frequenzabstimmung in Richtung nach außen ausgebildet werden. Zugleich kann ein jeweiliger Vorsprung 340 an drei benachbarten Seitenrändern von vier Seitenrändern des externen Strahlungspatches 300 ausgebildet sein. Hier ist der externe Strahlungspatch 300 so konstruiert, dass ein jeweiliger Vorsprung 340 an den jeweiligen Seitenrändern ausgebildet sein kann, die den drei Vorsprünge 240 ausgebildeten Seitenrändern von vier Seitenrändern des internen Strahlungspatches 200 entsprechen. Hierbei bedeuten die entsprechenden Seitenränder, die sich in dem kürzesten Abstand von den Seitenrändern befinden, die parallel zu den Seitenrändern des internen Strahlungspatches 200 sind.
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Beispielsweise unter Hinweis auf 5 im Falle, dass die Vorsprünge 240 an drei benachbarten Seitenrändern 260b, 260c und 260d von vier Seitenrändern 260a bis 260d des internen Strahlungspatches 200 ausgebildet sind, ist der externe Strahlungspatch 300 so konstruiert, dass dessen Vorsprünge 340 an den Seitenrändern 360b, 360c und 360d ausgebildet sind, die den drei Vorsprünge 240 ausgebildeten Seitenrändern 260b, 260c und 260d von vier Seitenrändern des internen Strahlungspatches 200 entsprechen.
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Der Abstandsraum zwischen dem Innenumfang des externen Strahlungspatches 300 und dem Außenumfang des internen Strahlungspatches 200 bildet eine Lücke. Da eine elektromagnetische Kopplung durch die Lücke in dem internen Strahlungspatch 200 und dem externen Strahlungspatch 300 ausgebildet ist, so wird ein Dual-Band hier in dem 2.4GHz-Band und dem 5GHz-Band als den WiFi-Frequenzbändern realisiert. Das heißt, ein Dual-Band wird durch die elektromagnetische Kopplung realisiert, die also in der Lücke zwischen dem externen Strahlungspatches 300 und dem internen Strahlungspatches 200 ausgebildet ist, wobei das Dual-Band bei dem internen Strahlungspatch 200 in dem WiFi-Band von etwa 5 GHz resoniert und bei dem externen Strahlungspatch 300 in dem WiFi-Band von etwa 2.4 GHz resoniert.
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Unter Hinweis auf 6 und 7 besteht das Multiband-Patchantennenmodul gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus dem Verhältnis der Breite zur Länge des internen Strahlungspatches 200 von etwa 1 : 0.7 (d.h. 8.7mm breit und 6.1 mm lang), so dass eine Rückflussdämpfung bei ungefähr -10 dB oder weniger in dem 2.4GHz-Band zu erhalten ist, wobei eine Bandbreite mit ungefähr 1293 MHz ausgebildet wird, so dass eine Rückflussdämpfung bei ungefähr -10 dB oder weniger in dem 5GHz-Band zu erhalten ist.
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Unter Hinweis auf 8 und 9 besteht das herkömmliche Multiband-Patchantennenmodul aus dem Verhältnis der Breite zur Länge des internen Strahlungspatches 200 von etwa 1 : 1 (d.h. 7mm breit und 7mm lang), so dass eine Rückflussdämpfung bei ungefähr -10 dB oder weniger zwar in dem 2.4GHz-Band zu erhalten ist, wobei jedoch eine Bandbreite mit ungefähr 575 MHz ausgebildet wird, so dass eine Rückflussdämpfung bei ungefähr -10 dB oder weniger in dem 5GHz-Band zu erhalten ist.
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Unter Hinweis auf 10 und 11 besteht das herkömmliche Multiband-Patchantennenmodul aus dem Verhältnis der Breite zur Länge des internen Strahlungspatches 200 von etwa 1 : 1 (d.h. 8mm breit und 8mm lang), so dass eine Rückflussdämpfung zwar bei ungefähr -10 dB oder weniger in dem 2.4GHz-Band zu erhalten ist, wobei jedoch eine Bandbreite mit ungefähr 415 MHz ausgebildet wird, so dass eine Rückflussdämpfung bei ungefähr -10 dB oder weniger in dem 5GHz-Band zu erhalten ist.
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Wie oben beschrieben, da eine Bandbreite des 5GHz-Bandes in dem Multiband-Patchantennenmodul gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung etwa zwei oder mehr im Vergleich zu dem herkömmlichen Patchantennenmodul erhöht wird, so kann eine WiFi-Verbindung mit Minimierung des WiFi-Unterbrechungsphänomens stabil erhalten.
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Zudem, da die Bandbreite des 5GHz-Bands im Vergleich zu der Bandbreite des herkömmlichen Patchantennenmoduls erhöht wird, so wird das Frequenzband erhöht, das als Bandbreite eingestellt werden kann, und dabei können Interferenzen mit anderen Geräten des 5GHz-Bandes minimiert werden.
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Wie oben ausführlich gezeigt, wird die vorliegende Erfindung zwar unter Hinweis auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, jedoch versteht es sich also, dass verschiedene Änderungen oder äquivalente andere Ausführungsformen durch den durchschnittlichen Fachmann auf dem Gebiet möglich sind, ohne vom Umfang der Ansprüche der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
