DE19647648C2 - Gedruckte Antenne mit einem Resonatorelement - Google Patents
Gedruckte Antenne mit einem ResonatorelementInfo
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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.
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.
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.
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.
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 (11)
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.
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.
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.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996147648 DE19647648C2 (de) | 1996-11-18 | 1996-11-18 | Gedruckte Antenne mit einem Resonatorelement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996147648 DE19647648C2 (de) | 1996-11-18 | 1996-11-18 | Gedruckte Antenne mit einem Resonatorelement |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19647648A1 DE19647648A1 (de) | 1998-05-28 |
DE19647648C2 true DE19647648C2 (de) | 1999-12-09 |
Family
ID=7812006
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996147648 Expired - Lifetime DE19647648C2 (de) | 1996-11-18 | 1996-11-18 | Gedruckte Antenne mit einem Resonatorelement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19647648C2 (de) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19927581A1 (de) * | 1999-06-16 | 2001-01-11 | Siemens Ag | Leiterplatte mit HF-Modul und Verfahren zur Kontaktierung von integrierten Antennen auf einer Leiterplatte |
EP1324423A1 (de) * | 2001-12-27 | 2003-07-02 | Sony International (Europe) GmbH | Kostengünstig gedruckte rundstrahlende Monopolantenne für ultrabreitbandige mobile Anwendungen |
JP3620044B2 (ja) | 2002-10-23 | 2005-02-16 | ソニー株式会社 | 不平衡型アンテナ |
EP2143171A1 (de) * | 2007-03-23 | 2010-01-13 | QUALCOMM Incorporated | Antenne mit einem ersten und einem zweiten strahlungselement mit im wesentlichen denselben charakteristischen merkmalen |
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US5479178A (en) * | 1993-05-21 | 1995-12-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Portable radio antenna |
-
1996
- 1996-11-18 DE DE1996147648 patent/DE19647648C2/de not_active Expired - Lifetime
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Title |
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LEBBAR, H. u. a.: Analysis and size reduction of various printed monopoles with different shapes, In: Electronics Letters 13. Oct. 1994, Vol. 30, No. 21, S. 1725-1726 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19647648A1 (de) | 1998-05-28 |
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