DE19647648C2

DE19647648C2 - Gedruckte Antenne mit einem Resonatorelement

Info

Publication number: DE19647648C2
Application number: DE1996147648
Authority: DE
Inventors: Shyh-Yeong Ke
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 1996-11-18
Filing date: 1996-11-18
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2016-11-19
Also published as: DE19647648A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Empfangen und Senden elektrischer Signale in einer priva ten, tragbaren Kommunikationsvorrichtung, wie etwa in einem Zellular-Funktelephon.

Aufgrund der Fortschritte in der Technologie integrierter Schaltkreise, hat die Entwicklung leichterer und kleinerer, drahtloser mobiler Kommunikationsgeräte begonnen, so daß der Benutzer in größerem Maße die Annehmlichkeiten von Vorrichtun gen wie beispielsweise Mobiltelephonen nutzen kann.

Bei privaten, tragbaren Kommunikationsvorrichtungen ist es wün schenswert, daß sich diese Vorrichtungen dazu eignen, allseitig gerichtete Signale in der horizontalen Ebene abzustrahlen. In den frühen Entwicklungsstadien drahtloser, mobiler Kommunikati onsvorrichtungen wurden Drahtantennen, wie etwa die Wurfan tenne und die Monopolantenne verwendet, die für gewöhnlich eine Installation der Antenne außerhalb des Gehäuses des Kommunika tions-Übertragungsgerätes erforderlich machten. Dies stellt einen großen Nachteil dar, da es für den Benutzer schwierig ist, das Gerät als private, mobile Kommunikationseinrichtung herumzutragen. Darüber hinaus wird die Drahtantenne manuell zusammengesetzt, weshalb eine zuverlässige Reproduzierbarkeit nicht sichergestellt und ein hoher Arbeitsaufwand erforderlich ist. Die neueste Entwicklung bei einer Drahtantenne umfaßt eine Kombination aus einer zusammenschiebbarem Stab- und einer Wen delantenne, wie es im US-Patent No. 5,479,178 mit dem Titel "Portable Radio Antenna" (Fig. 1) dargestellt ist. Fig. 1 zeigt ein tragbares Funkgerät 10 mit einer zusammenschiebbaren Stab antenne 14 und einer Wendelantenne 16, die am oberen Teil des Gehäuses 12 fest angebracht sind. Das Gehäuse 12 enthält eine Schaltkarte 18 mit einer Anpassungsschaltung, einem Duplexer, einem Sender und einem Empfänger.

Diese Antennenkonstruktion führte zu einer besseren Tragbarkeit und somit zu größerer Annehmlichkeit für den Benutzer als eine herkömmliche Drahtantenne. Wenn das Telephon nicht benutzt wird, kann der Benutzer die Antenne in die Vorrichtung schieben und auf die Wendelantenne zurückgreifen; die Wendelantenne alleine hat jedoch einen geringen Strahlungswirkungsgrad beim Empfang elektromagnetischer Signale. Daher wird, wenn der Benutzer das tragbare Telephon bedient, die zusammenschiebbare Antenne her ausgezogen, um elektromagnetische Signale zu senden oder emp fangen, was einer Unannehmlichkeit für den Benutzer bei der Handhabung gleichkommt.

Zusätzlich wurde mit herkömmlicher Technologie die L-förmige Antenne entwickelt, die in einem tragbaren Funktelephon benutzt werden kann, wie es beispielsweise im US-Patent No. 5,392,461 mit dem Titel "Portable Radio Communication Apparatus Unnecessitating Shielding Case" (Fig. 2) beschrieben ist. Fig. 2 zeigt insbesondere ein tragbares Funkkommunikationsgerät 20 mit einer gedruckten Schaltkarte 22, die fest an einem Gehäuse 26 angebracht ist. Die L-förmige Antenne 24 und elektronische Bauteile 28 sind auf der Schaltkarte 22 befestigt.

Diese Antenne ist innerhalb des Gehäuses eingebaut, so daß sie den Benutzer beim Transportieren und bei der Bedienung nicht stört. Trotzdem wird die Zuverlässigkeit bei der Reproduktion der Antenne verringert, da sie hauptsächlich manuell zusammen gesetzt wird. Weiterhin wird der Antennenwirkungsgrad beeinträch tigt, obwohl der L-förmige Antennenaufbau direkt geerdet ist.

Um den Gewinn (oder die Wirkung) der Antenne zu verbessern, wurde die Konstruktion einer kopf-belasteten Antenne einge führt. US-Patent No. 5,181,044 mit dem Titel "Top Loaded Antenna" sieht ein Beispiel vor, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Fig. 3 zeigt eine kopf-belastete Antenne 30 mit einer Kopf-belastungsplatte 32, die mit einer Grundplatte 34 über ein Verbindungselement 38 verbunden ist. Das Verbindungselement 38 ist auch mit einem Antennenkabel 36 verbunden.

Wie es in Antenna Theory and Design von W. L. Stutzman und G. A. Thiele, Ch.2, (1981) beschrieben ist, erhöhen kopf-bela stete Dipolantennen (wie etwa die kopf-belastete Antenne 30) den Strahlungswiderstand um das Dreifache, ohne das ursprüngli che Strahlungsfeld zu beeinflussen. Dies kommt deshalb zustande, weil die Symmetrie der kopf-belasteten Konstruktion die Fernfeldabstrahlung verschiebt. Die Antenne aus Fig. 3 ist dennoch relativ groß und daher keine gute Alternative bei Gerä ten, wie beispielsweise einem Funktelephon.

Da der derzeitige Trend zur Reduzierung der Größe mobiler Kom munikationsvorrichtungen anhält, haben sich demzufolge die Anstrengungen seitens der Ingenieure zur Entwicklung immer kleinerer, eingebauter Antennen verstärkt, um eine bessere Transportfähigkeit und Bedienbarkeit für den Benutzer mobiler Kommunikationsvorrichtungen zu gewährleisten. Wenn jedoch die Antenne kleiner wird, verschlechtern sich Bandbreite und Strah lungswirkungsgrad der Antenne, was eine größerer Herausforderung für die Entwickler von Antennen darstellt. Einerseits ist eine Antenne mit großer Bandbreite notwendig, um den Anforderungen eines Mehrkanaltelephonsystems zu begegnen. Darüber hinaus ver hindert eine große Bandbreite den Frequenzdrifteffekt, der durch die dichte Nähe zwischen dem menschlichen Körper und dem Kommunikationsübertragungsgerät verursacht werden kann und ver bessert die Fehlertoleranz beim Herstellungsprozeß. Anderer seits sollte das Strahlungsfeld der Antenne für optimales Sen den und Empfangen elektromagnetischer Signale omnidirektional ausgebildet sein, während der Gewinn der Antenne maximiert werden muß, um die Empfangsempfindlichkeit des angeschlossenen Kommunikationsübertragungsgerätes zu verbessern.

Bei dem Versuch den oben beschriebenen Anforderungen zu begeg nen, sind gedruckte Schaltkreisantennen Gegenstand vieler Untersuchungen in Verbindung mit der Entwicklung von kleinen, eingebauten Antennen geworden. Beispielsweise beschreibt US- Patent No. 4,737,797 mit dem Titel "Microstrip Balun-Antenna Apparatus" eine Balun- (Schmetterlings-) Planarantenne, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist. In Fig. 4 enthält ein Schmetterlings planar-Antennengerät 40 einen Schmetterlings-Mikrostreifenlei ter und eine Baluneingangsstreifen-Übertragungsleitung 46, die jeweils auf beide Seiten der integrierten Schaltkreiskarte 48 gedruckt ist, wobei ein herkömmliches Herstellungsverfahren für gedruckte Schaltkreise Anwendung findet. Die Übertragungslei tung 46 ist mit der Schmetterlingsantenne 42 über eine Abstimm sektion 44 verbunden. Die mittlere Arbeitsfrequenz dieser Antenne beträgt 1,7 GHz und die Länge der rechteckigen Schleife ihres Balunschaltkreises 1,7 cm. Wenn die zusätzliche Länge der Baluneingangsstreifen-Übertragungsleitung in Betracht gezogen wird, so sind die Abmessungen der Antenne immer noch zu groß für ein kleines Kommunikationssendeempfangsgerät, wie etwa ein Mobiltelephon.

Der Artikel "Analysis and size reduction of various printed monopoles with different shapes" von H. Lebbar, M. Himdi und J. P. Daniel in Electronics Letters, Vol. 30, Nr. 21 (1994), S. 1725-1726, beschreibt ein theoretisches Modell zur Berechnung von Monopolantennen verschiedener Geometrien. Das Modell wird auf vier unterschiedliche Antennenstrukturen angewandt, wobei die Ergebnisse der Berechnungen mit Meßdaten verglichen werden, die an entsprechenden Antennen gewonnen wurden, die auf Duroidsubstrate aufgedruckt worden sind. Die verwendeten Antennenstrukturen sind ein einfacher Monopol, ein Monopol mit stufenartig verbreitertem Resonatorelement, ein dreieckiger Monopol sowie ein linearer Monopol mit dreieckigem Kopf. Als Ergebnis der Berechnungen ergibt sich eine Verkürzung der Antennen durch die Verwendung eines beispielsweise dreieckigen Resonatorelements.

Bei der Verwendung dieser Antennen in Endgeräten im Bereich der mobilen Kommunikation wird jedoch zur Aufnahme der Antenne ein nicht geringer Anteil des Gesamtvolumens des Endgerätes benötigt. Dies behindert die Konstruktion kleinerer Endgeräte.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Antenne anzugeben, deren Abmessungen bei gleichbleibendem oder sogar erhöhtem Strahlungswirkungsgrad weiter verringert sind.

Diese Aufgabe wird durch eine Antenne mit der Merkmalskombination des Patent anspruchs 1 gelöst.

Gemäß einer Ausführungsform wird eine Antenne angege ben, die ein dreieckiges Resonanzelement enthält, das in einer ersten Ebene angeordnet ist. Ein sich verjüngender Streifenab schnitt ist mit dem unteren Ende des Resonanzelementes am Ende zweier schräg verlaufender Seitenränder verbunden. Eine Mikrostreifen- Eingangsübertragungsleitung ist mit dem sich verjüngenden Abschnitt verbunden, während eine horizontale, rechteckige Streifenlast mit dem oberen, waagerechten Abschnitt des Resonanz elementes verbunden ist.

Gemäß eines weiteren Aspektes dieser Ausführungsform enthält die Antenne weiterhin ein Paar geerdeter Streifenabschnitte, die in der ersten Ebene parallel zur rechteckigen Streifenlast angeordnet sind, wobei beide mit einer geerdeten, metallischen Oberfläche in einer zweiten Ebene durch mehrere Durchgangslö cher verbunden sind.

Bei einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung enthält die Antenne weiterhin ein Paar erster geerdeter Streifenabschnitte, die in der ersten Ebene parallel zur rechteckigen Streifen last angeordnet sind, wobei beide mit einer geerdeten, metalli schen Oberfläche in einer zweiten Ebene durch mehrere entspre chende Durchgangslöcher in den ersten geerdeten Strei fenabschnitten und der metallischen Oberfläche verbunden sind. Ein zweiter geerdeter Streifenabschnitt befindet sich in einer dritten Ebene und ist direkt unter den ersten geerdeten Strei fenabschnitten in der ersten Ebene parallel dazu angeordnet. Der zweite geerdete Streifenabschnitt ist mit der geerdeten, metallischen Oberfläche in der zweiten Ebene durch mehrere ent sprechende Durchgangslöcher im zweiten geerdeten Streifenab schnitt und in der geerdeten metallischen Oberfläche verbunden.

Der in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschriebene Antennenaufbau kann mit dem Herstellungsverfahren für den gedruckten Schaltkreis auf dem Hochfrequenzkarten substrat ausgebildet werden, das in der mobilen Kommunikations vorrichtung verwendet wird, und hat die Vorteile, wie etwa geringe Kosten, Größe und Gewicht, sowie gesicherte Reprodu zierbarkeit und eine robuste Architektur, die den Anforderungen heutiger mobiler Kommunikationsvorrichtungen gerecht wird.

Die Planarantenne der vorliegenden Erfindung hat eine mittlere Arbeitsfrequenz von etwa 1,89 GHz. Die Höhe des gedruckten Schaltkreises, der die Antenne hält, beträgt nur etwa 1,09 cm. Zusätzlich kann der Antennengewinn etwa 2 dBi betragen, obwohl die Antenne nicht groß ist. Zum Vergleich beträgt der Antennen gewinn der sogenannten kurzen Dipolantenne 1,76 dBi.

Im ganzen beschreibt die vorliegende Erfindung eine Antenne mit einer großen Bandbreite, die dazu geeignet ist, Signale in jede Richtung abzustrahlen. Bei der erfindungsgemäßen Antenne findet die Technik der Kopf-Belastung und der sanften Verjüngung Anwendung, um eine Form zu erhalten, die kompakt ist und mit der ein Einbauen der Antenne möglich ist.

Die folgende, detaillierte Beschreibung, die als Beispiel dient und die vorliegende Erfindung nicht ausschließlich auf die Beschreibung beschränken soll, wird am besten in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verständlich. In diesen zeigt:

Fig. 1 eine herkömmliche, zusammenschiebbare Stabantenne in einer tragbaren Funkvorrichtung,

Fig. 2 eine herkömmliche, L-förmige Antenne in einer tragbaren Funkvorrichtung,

Fig. 3 eine herkömmliche kopf-belastete (toploaded) Antenne,

Fig. 4 eine herkömmliche Balun-Schmetterlingsplanarantenne,

Fig. 5A Meine perspektive Draufsicht auf die dreieckige Antenne mit erster und zweiter Ebene, gemäß einer ersten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5B eine Ansicht der ersten Ebene der Antenne aus Fig. 5A,

Fig. 5C eine Ansicht der zweiten Ebene der Antenne aus Fig. 5A,

Fig. 6A eine perspektive Draufsicht auf die dreieckige Antenne in einer elektromagnetischen Abschirmabdeckung mit erster, zweiter und dritter Ebene, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6B eine Ansicht der ersten Ebene der Antenne aus Fig. 6A,

Fig. 6C eine Ansicht der zweiten Ebene der Antenne aus Fig. 6A,

Fig. 6D eine Ansicht der dritten Ebene der Antenne aus Fig. 6A und

Fig. 7 die Änderung des Spannungs-Stehwellenverhältnisses der Antenne aus Fig. 5 mit der Frequenz.

Fig. 8A, 8B und 8C zeigen die X-Y-Ebenen-, Y-Z-Ebenen- und X-Z- Ebenenabstrahlmuster der Antenne aus Fig. 5.

Fig. 9 die Änderung des Stehwellenverhältnisses der Antenne aus Fig. 6 mit der Frequenz.

Fig. 10A, 10B und 10C zeigen die X-Y-Ebenen-, Y-Z-Ebenen- und X-Z-Ebenenabstrahlmuster der Antenne aus Fig. 6.

Fig. 5A-5C zeigen einen Antennenaufbau 50, der auf einer gedruckten Schaltkarte befestigt ist, gemäß einer Ausführungs form der vorliegenden Erfindung. Der Antennenaufbau 50 hat eine waagerechte, rechteckige Last 52, einen Resonator 54 in Form eines Dreiecks mit einem sich sanft verjüngenden Abschnitt 58, ein Paar geerdeter Streifen 56, eine Mikrostreifen-Eingangs übertragungsleitung 62, eine Erdungsoberfläche 69 und ein dielektrisches Medium 55. Vorzugsweise sind die geerdeten Streifen 56, die Erdungsoberfläche 69 und die rechteckige Last 52 metallische Streifenleiter, die auf verschiedene Ebenen des dielektrischen Mediums 55 der gedruckten Schaltkarte gedruckt sind.

Wie in Fig. 5B gezeigt ist, befindet sich der dreieckige Reso nator 54 in einer ersten Ebene 68 und ist mit seiner oberen horizontalen Seite zum unteren Rand der rechteckigen Streifenlast 52 symmetrisch und parallel dazu befestigt. Das untere Ende der dreieckigen Antenne ist mit der Mikrostreifen-Übertragungslei tung 62 über den sich verjüngenden Streifenabschnitt 58 ver bunden. Um die Verbindung zwischen dem dreieckigen Resonator und dem sich verjüngenden Streifenabschnitt zu vereinfachen, kann die Stelle, an der sich die beiden schräg verlaufenden Seitenränder des Resonators treffen, eine kurze, horizontale Linie sein, die parallel zur Oberseite des Resonators verläuft. Dementsprechend kann der dreieckige Resonator in Wirklichkeit eine trapezför mige Form haben.

Die zwei geerdeten Streifen 56 befinden sich ebenfalls in der ersten Ebene 68 und verlaufen parallel zu der rechteckigen Streifenlast und sind senkrecht symmetrisch auf den beiden Sei ten der Mikrostreifen-Übertragungsleitung 62 angeordnet. Die geerdeten Streifen 56 haben mehrere Durchgangslöcher 60, die die erste Ebene 68 mit den entsprechenden Durchgangslöchern 67 der Erdungsoberfläche 69 in einer zweiten Ebene 66 (Fig. 5C) durch entsprechende Leitungszylinder (nicht gezeigt) verbinden.

An der Stelle, an der der sich verjüngende Abschnitt 58 mit der Mikrostreifen-Übertragungsleitung 62 verbunden ist, befindet sich eine rechteckige Stichleitung 64, die mit der geerdeten Durchbohrung 65 an der rechten Seite der Mikrostreifen-Übertra gungsleitung verbunden ist, um eine saubere Impedanzanpassung für die Antenne sicherzustellen. Zusätzlich befindet sich das dielektrische Medium 55, d. h. das Hochfrequenzsubstrat, zwischen der ersten und zweiten Ebene 68, 66 als Trägerplatte und Befestigung für die rechteckige Last, den dreieckigen Reso nator, den sich verjüngenden Abschnitt, die Mikrostreifen-Über tragungsleitung und die geerdeten Streifen in der ersten Ebene, sowie für die geerdete Oberfläche in der zweiten Ebene.

Der Antennenaufbau 50 kann mit dem Herstellungsverfahren für eine gedruckte Schaltkarte hergestellt werden, so daß eine Ein bettung in eine Hochfrequenzschaltkreisanordnung leicht und präzise ermöglicht wird.

Fig. 6A-6D zeigen einen Antennenaufbau 70, der auf einer Schaltkarte befestigt ist und teilweise in einer ersten und zweiten elektromagnetischen Abschirmabdeckung eingeschlossen ist, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Antennenaufbau 70 enthält eine horizontale rechteckige Last 72, einen Resonator 74 in Form eines Dreiecks, einen ersten und zweiten geerdeten Streifenabschnitt 86, 122, eine Mikrost reifen-Eingangsübertragungsleitung 82, elektromagnetische Abschirmabdeckungen 88, 89 und Mehrfachschichten dielektrischer Substrate (Hochfrequenzsubstrate) 83. Wie bei Fig. 5A-5C sind die ersten und zweiten geerdeten Streifen 86, 122, die Erdungs oberfläche 119 und die rechteckige Last 72 vorzugsweise metal lische Leitungsstreifen, die auf verschiedene Ebenen des mehr schichtigen Dielektrikums der gedruckten Schaltkarte gedruckt sind.

Wie es in Fig. 6B gezeigt ist, befindet sich der dreieckige Resonator 74 (der im wesentlichen dem dreieckigen Resonator 54 gleicht) in einer ersten Ebene 90 und ist an seiner Oberseite mit der Unterseite der rechteckigen Streifenlast 72 parallel und symmetrisch dazu verbunden. Die Unterseite der dreieckigen Antenne ist mit der Mikrostreifen-Übertragungsleitung 82 über einen sich sanft verjüngenden Streifenabschnitt 78 verbunden. Senkrecht zum sich verjüngenden Abschnitt 78 befindet sich ein erster geerdeter Streifenabschnitt 86 in Form eines Rechtecks, der sich bis zum Rand der ersten Ebene 90 des mehrschichtigen Dielektrikums 83 erstreckt, wie es in Fig. 6B gezeigt ist. Der rechteckige, zweite geerdete Streifenabschnitt 122, der sich in einer dritten Ebene 120 befindet, ist direkt unter dem ersten geerdeten Streifenabschnitt 86 parallel dazu angeordnet. Vom Aufbau her bildet der zweite geerdete Streifenabschnitt 122 ein ununterbrochenes Rechteck, wohingegen der erste geerdete Strei fenabschnitt 86 so unterbrochen ist, daß der sich verjüngende Abschnitt 78 zwischen dieser Unterbrechung liegen kann.

Durchgangslöcher im ersten und zweiten geerdeten Streifenab schnitt 86, 122 sind mit entsprechenden Durchgangslöcher 117 in der Erdungsoberfläche 119 in einer zweiten Ebene 115 (Fig. 6C) durch entsprechende Leitungszylinder (nicht gezeigt) verbunden. Der erste geerdete Streifenabschnitt 86, der sich in der ersten Ebene 90 befindet, wirkt als Erdungsplattform für die erste elektromagnetische Abschirmabdeckung 88; in ähnlicher Weise wirkt der zweite geerdete Streifenabschnitt 122, der sich in der dritten Ebene 120 befindet, als Erdungsplattform für die zweite elektromagnetische Abschirmabdeckung. Die elektromagne tischen Abschirmabdeckungen werden nicht nur als Widerstand gegen die elektromagnetische Kopplung zwischen der Antenne und dem Hochfrequenzschaltkreis genutzt, sondern auch als Erdungs oberfläche für den Antennenaufbau als Ganzes.

Zusätzlich befindet sich auf der Oberseite der ersten elek tromagnetischen Abschirmabdeckung ein rechteckiges Loch 80, durch das die Mikrostreifen-Übertragungsleitung 82 mit dem sich verjüngenden Streifenabschnitt 78 verbunden ist. An dem Punkt, an dem der sich verjüngende Streifenabschnitt 78 mit der Mikrostreifen-Übertragungsleitung 82 verbunden ist, befindet sich eine rechteckige Stichleitung 84, die auf der rechten Seite der Mikrostreifen-Übertragungsleitung mit der geerdeten Durchbohrung 85 verbunden ist, um eine saubere Impedanzanpas sung für die Antenne sicherzustellen.

Das mehrschichtige, dielektrische Medium 83 befindet sich zwi schen der ersten, zweiten und dritten Ebene 90, 115, 120 als Halteplatte und Befestigung für die rechteckige Last, den drei eckigen Resonator, den sich verjüngenden Abschnitt, die Mikrostreifen-Übertragungsleitung und den ersten geerdeten Streifenabschnitt in der ersten Ebene, die geerdete Oberfläche in der zweiten Ebene, sowie für den zweiten geerdeten Streifen abschnitt in der dritten Ebene.

Im allgemeinen hängt die Größe der Antenne 70 von der gewählten Arbeitsfrequenz der Antenne ab. Insbesondere ist die Fläche der gedruckten Schaltkarte, die von der Antenne genutzt wird, umso kleiner, je geringer die Höhe des dreieckigen Resonators 54, 74 ist. Weiterhin entscheidet die Neigung beider Seiten des drei eckigen Resonators und die Länge des oberen Abschnittes über das Abstrahlfeld der Antenne. Zusätzlich beeinflußt die Größe der rechteckigen Streifenlast die Arbeitsfrequenz der Antenne, die Eingangsimpedanz, der Abstrahlwirkungsgrad (Antennengewinn) und die Arbeitsbandbreite. Der geometrische Aufbau des sich verjüngenden Streifenabschnittes und Form des Dreiecks erhöht ebenfalls die Arbeitsbandbreite der Antenne.

Die folgenden Betrachtungen konzentrieren sich auf die elektro magnetischen Eigenschaften der erfundenen Konstruktionen für Antennen, die in Fig. 5 und 6 gezeigt sind, wie es in den fol genden Experimenten dargestellt ist. Das dielektrische Medium, das in den Experimenten verwendet wurde, war "FR4"-Fiberglas, das weit verbreitet in der Industrie Anwendung findet, und hat eine relative Dielektrizitätskonstante im Bereich von 4,2- 4,7. Die Impedanz der elektrischen Leistungsquelle, die für die Versu che gewählt wurde, betrug 50 Ω. Desweiteren wurden die Antennen konstruktionen sowohl aus Fig. 5 als auch aus Fig. 6 parallel zu einer Induktivität von 2,2 nH als Impedanzanpassung geschal tet.

EXPERIMENT 1

Der Antennenaufbau, wie in Fig. 5A-5C gezeigt (ohne die elek tromagnetische Abschirmabdeckung):
Dicke des dielektrischen Substrates = 0,12 cm,
Fläche des dielektrischen Substrates = 4,5 cm × 2,31 cm,
W₁ = 3,32 cm, W₂ = 0,38 cm, W₃ = W₄ = 0,81 cm,
W₅ = 0,15 cm, W₆ = 0,08 cm, W₇ = 0,20 cm,
W₈ = 2,05 cm, W₉ = 4,5 cm, W₁₀ = W₁₁ = W₁₂ = 0,87 cm.

Fig. 7 zeigt als Versuchsergebnisse das Spannungs-Stehwellenverhältnis (VSWR) am Eingang der Antenne aus Fig. 5 als Funktion der Frequenz, wobei die Bandbreite der Arbeitsfrequenz 11% beträgt (weshalb sich die Antennenkonstruktion 50 als Antennen konstruktion mit großer Bandbreite eignet). Im allgemeinen wird der Bandbreitenumfang einer Antenne als VSWR ≦ 2 definiert. Als mittlere Arbeitsfrequenz wurde 1,89 GHz gewählt, was die Mit tenfrequenz im Frequenzbereich von 1,88 GHz bis 1,9 GHz für die DECT- (Digitale, europäische Schnurlostelephone) Digitaltele phonfrequenz ist. Die Abstrahlfeldmuster der Antenne aus Fig. 5 in der x-y-, der x-z- und der y-z-Ebene sind jeweils in Fig. 8A, 8B und 8C gezeigt. Wie es in den Fig. 8A-8C gezeigt ist, strahlt die Antennenkonstruktion 50 ein elektromagnetisches Signal ab, das annähernd in alle Richtungen gerichtet ist. Es kann beispielsweise Fig. 8A entnommen werden, daß das Abstrahl feld in der x-y-Ebene (die horizontale Ebene) sehr eben ist und der Antennenspitzengewinn mit 2,62 dBi gemessen wurde.

EXPERIMENT 2

Die Antennenkonstruktion, wie in Fig. 6A-6D gezeigt (mit der elektromagnetischen Abschirmabdeckung):
Dicke des dielektrischen Substrates = 0,04 cm (Gesamtdicke dreier Substrate mit jeweils 0,12 cm Dicke),
Fläche des dielektrischen Substrates = 4,5 cm × 9,4 cm,
L₁ = 3,12 cm, L₂ = 0,35 cm, L₃ = L₄ = 0,74 cm,
L₅ = 0,15 cm, L₆ = 0,08 cm, L₇ = L₈ = 0,20 cm,
L₉ = 2,05 cm, L₁₀ = L₁₁ = 8,0 cm, L₁₂ = 4,5 cm,
L₁₃ = L₁₄ = 0,80 cm.

Fig. 9 zeigt als Versuchsergebnisse das Spannungs-Stehwellenverhältnis am Eingang der Antenne aus Fig. 6 als Funktion der Frequenz, wobei die Bandbreite der Arbeitsfrequenz 7% beträgt. Als mittlere Arbeitsfrequenz wurde, ähnlich wie bei Fig. 7, 1,89 GHz gewählt, was die Mittenfrequenz im Frequenzbe reich von 1,88 GHz bis 1,9 GHz für die DECT-Digital telephonfrequenz ist. Die Abstrahlfeldmuster der Antenne aus Fig. 6 in der x-y-, der x-z- und der y-z-Ebene sind jeweils in Fig. 10A, 10B und 10C gezeigt. Wie es in den Fig. 10A-10C gezeigt ist, strahlt die Antennenkonstruktion 70 ein elektroma gnetisches Signal ab, das annähernd in alle Richtungen gerich tet ist. Es kann weiterhin Fig. 10A entnommen werden, daß das Abstrahlfeld in der x-y-Ebene (die horizontale Ebene) sehr eben ist und der Antennenspitzengewinn mit 2,0 dBi gemessen wurde.

Claims

1. Antenne, bestehend aus
einem Resonatorelement (54, 74) in einer ersten Ebene (68, 90) mit einem horizontalen oberen Rand und zwei seitlichen Rändern, die sich unterhalb des oberen Randes annähern und dadurch eine Unterseite des Resonatorelements formen, und
einer Mikrostreifen-Eingangsübertragungsleitung (62, 82) in der ersten Ebene
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ebene weiterhin umfaßt
einen sich verjüngenden Streifenabschnitt (58, 78), der mit der Unterseite des Resonatorelements und der Mikrostreifeneingangsübertragungsleitung verbunden ist, und
eine horizontale rechteckige Last (52, 72), die mit dem horizontalen oberen Rand des Resonatorelements verbunden ist.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Resonatorelement die Form eines Trapezes besitzt.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne weiterhin umfaßt
ein Paar geerdeter Streifenabschnitte (56) in der ersten Ebene, die parallel zur horizontalen rechteckigen Last angeordnet sind, und von denen der eine geerdete Streifenabschnitt auf der linken Seite des sich verjüngenden Streifenabschnittes und der andere geerdete Streifenabschnitt symmetrisch auf der rechten Seite des sich verjüngenden Streifenabschnittes angeordnet ist, und
eine geerdete Oberfläche (69) in einer zweiten Ebene (66),
wobei die Streifenabschnitte und die geerdete Oberfläche mehrere Löcher (60, 67) aufweisen, mittels derer sie verbunden werden können.

4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne weiterhin ein dielektrisches Medium (55) enthält, das sich zwischen der ersten und zweiten Ebene befindet, wobei das dielektrische Medium das Resonatorelement, den sich verjüngenden Streifenabschnitt, die Mikrostreifeneingangsübertragungsleitung, die horizontale rechteckige Last, die geerdeten Streifenabschnitte und die geerdete Oberfläche trägt.

5. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Medium eine gedruckte Schaltkarte ist und das Resonatorelement, der sich verjüngende Streifenabschnitt, die Mikrostreifeneingangsübertragungsleitung, die horizontale rechteckige Last, die geerdeten Streifenabschnitt sowie die geerdete Oberfläche metallische Leiter sind, die auf die Schaltkarte gedruckt sind.

6. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne weiterhin umfaßt:
eine erste geerdete Streifenanordnung (86) in der ersten Ebene, die Streifen beinhaltet, die parallel zur horizontalen rechteckigen Last angeordnet sind, und von denen einer auf der linken Seite der Mikrostreifeneingangsübertragungsleitung und der andere symmetrisch auf der rechten Seite angeordnet ist,
eine geerdete Oberfläche (119) in einer zweiten Ebene (115) und
einen zweiten geerdeten Streifenabschnitt (122) in einer dritten Ebene (120), der direkt unter der ersten geerdeten Streifenanordnung in der ersten Ebene parallel dazu angeordnet ist,
wobei die erste geerdete Streifenanordnung, die geerdete Oberfläche und der zweite geerdete Streifenabschnitt mehrere Löcher (76, 117) aufweisen, mittels derer die erste geerdete Streifenanordnung und der zweiten geerdete Streifenabschnitt mit der geerdeten Oberfläche verbunden sind.

7. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne weiterhin eine erste und zweite elektromagnetische Abschirmabdeckung (88, 89) umfaßt, die über der ersten bzw. dritten Ebene der Antenne angeordnet ist.

8. Antenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite der ersten elektromagnetischen Abschirmabdeckung ein rechteckiges Loch (80) aufweist, in dem die Mikrostreifeneingangsübertragungsleitung mit dem sich verjüngenden Streifenabschnitt verbunden ist.

9. Antenne nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes und zweites dielektrisches Medium (83) zwischen der ersten und zweiten Ebene bzw. der zweiten und dritten Ebene angebracht ist, wobei das erste dielektrische Medium das Resonatorelement, den sich verjüngenden Streifenabschnitt, die Mikrostreifeneingangsübertragungsleitung, die horizontale rechteckige Last, die erste geerdete Streifenanordnung sowie die geerdete Oberfläche und das zweite dielektrische Medium die geerdete Oberfläche und den zweiten geerdeten Streifenabschnitt trägt.

10. Antenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite dielektrische Medium Teile einer gedruckten Schaltkarte enthalten, wobei das Resonatorelement, der sich verjüngende Streifenabschnitt, die Mikrostreifeneingangsübertragungsleitung, die horizontale rechteckige Last, die erste geerdete Streifenanordnung, die geerdete Oberfläche sowie der zweite geerdete Streifenabschnitt metallische Leiter sind, die auf die Schaltkarte gedruckt sind.

11. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne elektromagnetische Signale für eine mobile Kommunikationsvorrichtung empfängt und überträgt.