DE19835878A1

DE19835878A1 - Antenne mit großer Bandbreite

Info

Publication number: DE19835878A1
Application number: DE19835878A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Dellantoni; Peter Ernst Veith
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 2000-02-17
Also published as: EP1101253B1; US20010050655A1; WO2000008711A1; DE59901312D1; EP1101253A1; US6404406B2; CN1312965A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne (1) zum Senden bzw. Empfangen von Signalen, mit einem ersten Antennenelement (2) zum Senden bzw. Empfangen von Signalen einer bestimmten Frequenz, wobei das Antennenelement (2) spiralförmig ausgebildet und an ein Hochfrequenz-Gegengewicht (3) kapazitiv angekoppelt ist, wobei zumindest ein zweites Antennenelement (2) vorgesehen ist und die Antennenelemente (2) parallel angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Antenne ermöglicht eine erhöhte Nutzbandbreite und eine bessere Anpassung an das Hochfrequenz-Gegengewicht bzw. das Speiseleitungssystem.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne zum Senden bzw. Empfangen von Signalen, mit einem ersten Antennenelement zum Senden bzw. Empfangen von Signalen einer bestimmten Frequenz, wobei das Antennenelement spiralförmig ausgebildet und an ein Hochfrequenz-Gegengewicht kapazitiv angekoppelt ist. Derartige Antennen können wegen ihrer kompakten Bauweise als interne Antennen in Telekommunikationsvorrichtungen, wie beispielsweise schnurlosen Telefonen, verwendet werden.

Spiralförmige Antennenelemente für die Antennen von Telekom munikationsvorrichtungen sind bekannt. Die Nachteile derar tiger Antennen mit einem einzigen spiralförmigen Antennen element liegen einerseits in einer kleinen Bandbreite, welche lediglich in etwa 5-7% der Trägerfrequenz ausmacht und damit der Signalbandbreite existierender mobiler Telekommunikati onssysteme in etwa entspricht und andererseits in der leich ten Verstimmbarkeit durch kapazitive Einflüsse der Umgebung. Derartige kapazitive Einflüsse werden beispielsweise durch Installationsbedingungen, Metallteile oder den menschlichen Körper verursacht und führen zu einer Verstimmung der Anten nen und einer Reduzierung der erzielbaren Reichweite sowohl in Sende- als auch in Empfangsrichtung. Die Folge ist ein komplizierter und aufwendigerer Aufbau des Hochfrequenzteiles der jeweiligen Kommunikationseinrichtung, in der die Antenne verwendet wird, damit die für die Zulassung dieser Kommuni kationseinrichtungen geforderten Eigenschaften erfüllt werden. Weiterhin ist bei diesen bekannten Antennen die Fußimpedanz relativ hoch, beispielsweise bis zu 100 Ohm, wo durch eine schlechte Anpassung an die normalerweise etwa 50 Ohm betragende Impedanz des Speiseleitungssystems gegeben ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, eine An tenne zum Senden bzw. empfangen von Signalen bereitzustellen, die ein erstes Antennenelement zum Senden bzw. Empfangen von Signalen einer bestimmten Frequenz aufweist, wobei das Antennenelement spiralförmig ausgebildet und an ein Hochfre quenz-Gegengewicht kapazitiv angekoppelt ist, die eine grö ßere Bandbreite und/oder eine bessere Anpassung an das Spei seleitungssystem ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Antenne zum Senden bzw. Empfan gen von Signalen gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst, die ein erstes Antennenelement zum Senden bzw. Empfangen von Sig nalen einer bestimmten Frequenz aufweist, wobei das Anten nenelement spiralförmig ausgebildet ist und an ein Hochfre quenz-Gegengewicht angekoppelt ist, gekennzeichnet durch zu mindest ein zweites Antennenelement zum Senden bzw. Empfangen von Signalen der gleichen Frequenz, wobei die Antennenele mente parallel angeordnet sind.

Durch die beiden oder mehrere parallel angeordnete(n) Anten nenelemente wird eine höhere Bandbreite erzielt, wodurch die erfindungsgemäße Antenne unempfindlicher gegenüber kapaziti ven Einflüssen aus der Umgebung wird. Weiterhin können durch am Fußpunkt bzw. Einspeisepunkt der Antenne induzierte höhere und flächenmäßig besser verteilte Ströme die beiden oder mehrere Antennenelemente besser an das Hochfrequenz-Gegenge wicht bzw. das Speiseleitungssystem angepaßt werden.

Vorzugsweise sind die Antennenelemente durch ein kapazitives Koppelelement an das Hochfrequenz-Gegengewicht angekoppelt. Das kapazitive Koppelelement kann dabei Leiterflächen umfas sen, die auf gegenüberliegende Seiten des Hochfrequenz-Gegen gewichtes aufgedruckt sind. Weiterhin können die Antennen elemente Spiralen umfassen.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand eines be vorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die bei gefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 ein Stehwellenfaktor-Diagramm einer Antenne mit einem, zwei oder drei Antennenelementen,

Fig. 4 die Rückflußdämpfung der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Antenne,

Fig. 5 die Fußimpedanz der in den Fig. 1 und 2 ge zeigten Antenne, und

Fig. 6 den Stehwellenfaktor der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Antenne.

In Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausfüh rungsbeispiel einer Antenne 1 gemäß der vorliegenden Erfin dung gezeigt, die drei spiralförmige parallel angeordnete Antennenelemente 2 aufweist. Die Antennenelemente 2 sind an ein Hochfrequenz-Gegengewicht 3 angekoppelt, das aus einer rechteckigen Leiterfläche oder aus einem mit Leiterplatten bedruckten Dielektrikum bestehen kann.

Die Antennenelemente 2 umfassen Spiralen aus Metall, deren Mittelachsen parallel zueinander und waagrecht oder senkrecht zur Ebene des Hochfrequenz-Gegengewichtes angeordnet sind, wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist. Die drei Anten nenelemente 2 sind mit einer auf das Hochfrequenz-Gegenge wicht 3 aufgedruckten ersten Leiterfläche 4 verbunden. Die erste Leiterplatte 4 ist auf eine Seitenfläche des Hochfre quenz-Gegengewichtes an einer Ecke aufgedruckt. Die erste Leiterfläche 4 ist über einen Einspeisepunkt 7 mit einer Speiseleitung 8 verbunden, die von den Antennenelementen 2 empfangene Signale einem Hochfrequenz-Modul 9 zuführt bzw. den Antennenelementen 2 auszusendende Signale von dem Hoch frequenz-Modul 9 zuführt.

Auf der gleichen Seite des Hochfrequenz-Gegengewichtes 3, auf der die erste Leiterfläche 4 aufgedruckt ist, ist weiterhin eine zweite Leiterfläche 5 aufgedruckt, die von der ersten Leiterfläche 4 isoliert ist, und auf der sich das Hochfre quenz-Modul 9, ein mit dem Hochfrequenz-Modul verbundenes Digitalteil 10 sowie eine Spannungsversorgung 11 für das Di gitalteil 10 und das Hochfrequenz-Modul 9 befinden.

Gegenüber den beiden Leiterflächen 4 und 5 ist auf das Hoch frequenz-Gegengewicht eine dritte Leiterfläche 6 aufgedruckt, die in etwa der Größe der Leiterfläche 5 entspricht und die sich nicht unterhalb der Leiterfläche 4 befindet, so daß ein kapazitives Koppelelement bestehend aus der Leiterfläche 4 zur Ankopplung der Antennenelemente 2 an das Hochfrequenz- Gegengewicht gegeben ist. Die drei Antennenelemente 2 sind parallel geschaltet, d. h. sie sind jeweils einzeln mit der ersten Leiterfläche 4 verbunden und sind über einen gemeinsamen Einspeisepunkt 7 an der ersten Leiterfläche 4 an das Hochfrequenz-Modul 9 angeschlossen.

Durch am Fuß der Antenne, d. h. in der ersten Leiterfläche 4 induzierte höhere und flächenmäßig besser verteilte Ströme können die Antennenelemente 2 sehr gut an das Hochfrequenz- Gegengewicht 3 und an die etwa 50 Ohm betragende Impedanz der Speiseleitung 8 angepaßt werden. Durch die Verwendung von 3 parallelen Antennenelementen 2 kann eine große Nutzbandbreite erzielt werden.

In Fig. 3 ist der Stehwellenfaktor für eine Antenne mit einem, zwei und drei spiralförmigen Antennenelementen 2 im Frequenzband zwischen 880 und 960 MHz (Mittelfrequenz 920 MHz) dargestellt. Die erste Kurve A stellt den Stehwel lenfaktor für eine Antenne mit einem Antennenelement dar, die zweite Kurve B stellt den Stehwellenfaktor für eine Antenne mit zwei Antennenelementen dar, und die dritte Kurve C stellt den Stehwellenfaktor für eine Antenne mit drei Antennenele menten dar. Dabei kennzeichnen die mit f₀₁, f₀₂, f₀₃ gekenn zeichneten Stellen den jeweiligen Anfang des Nutzbandes und die mit f_e1, f_e2 und f_e3 das jeweilige Ende des Nutzbandes. Die Kurve C zeigt dabei den Stehwellenfaktor einer Antenne, deren Aufbau dem der Antenne 1 von Fig. 1 und von Fig. 2 ent spricht. Die Kurve B hat im wesentlichen den gleichen Aufbau, jedoch nur zwei parallele spiralförmige Antennenelemente 2. Die Antenne der Kurve A weist nur ein spiralförmiges Anten nenelement auf.

Wie aus der Fig. 3 zu erkennen ist, beträgt die Bandbreite der Antenne mit einem spiralförmigen Antennenelement etwa 6,2% (Kurve A), die Bandbreite einer Antenne mit zwei Anten nenelementen etwa 16% (Kurve B) und die Bandbreite einer An tenne mit drei Antennenelementen etwa 24% (Kurve C). Die Ver wendung mehrerer paralleler spiralförmiger Antennenelemente erhöht somit die Nutzbandbreite beträchtlich.

In den Fig. 4, 5 und 6 sind die Rückflußdämpfung, die Fußimpedanz bzw. der Stehwellenfaktor der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Antennenanordnung im Frequenzband zwischen 880 MHz und 960 MHz (Mittelfrequenz 920 MHz) dargestellt. Wie zu erkennen ist, beträgt die 3 dB-Nutzbandbreite etwa 820-995 MHz. Die Fußimpedanz im Signalband beträgt etwa (60+ix9) Ohm bei 880 MHz und (58-ix13) Ohm bei 960 MHz. Das Stehwellenver hältnis ist etwa 1 : 1,3 bei 880 MHz und 1 : 1,4 bei 960 MHz. Die erfindungsgemäße Antenne ist damit universell geeignet für mobile und kompakte stationäre schnurlose Endgeräte, Basis- und Relaisstationen der verschiedenen Telekommunikations standards in Frequenzbereichen bis zu 3 GHz.

Claims

1. Antenne (1) zum Senden bzw. Empfangen von Signalen, mit einem ersten Antennenelement (2) zum Senden bzw. Empfangen von Signalen einer bestimmten Frequenz, wobei das Antennen element (2) spiralförmig ausgebildet und an ein Hochfrequenz- Gegengewicht (3) kapazitiv angekoppelt ist, gekennzeichnet durch, zumindest ein zweites Antennenelement (2) zum Senden bzw. Empfangen von Signalender gleichen Frequenz, wobei die An tennenelemente (2) parallel angeordnet sind.

2. Antenne gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenelemente (2) durch ein kapazitives Koppel element an das Hochfrequenz-Gegengewicht (3) angekoppelt sind.

3. Antenne gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenelemente (2) Spiralen umfassen.