DE19984046B3

DE19984046B3 - Oberflächenstückantenne für mehrere Bänder und Kommunikationseinrichtung

Info

Publication number: DE19984046B3
Application number: DE19984046.6A
Authority: DE
Inventors: Zhinong Ying
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2019-12-17
Also published as: JP2002533001A; US6343208B1; CN1357163A; GB2363911B; CN1237655C; TW461140B; JP4409773B2; GB0116585D0; DE19983824B8; DE19983824B4; AU3092500A; GB2363911A; WO2000036700A1; DE19983824T1

Abstract

Oberflächenstückantenne für mehrere Bänder, umfassend:einen Zuführstift (325),einen Erdungsstift (335),einen auf ein erstes Frequenzband eingestellten ersten Oberflächenstückabschnitt (305),einen auf ein zweites, anderes Frequenzband eingestellten zweiten Oberflächenstückabschnitt (310), undmindestens einen in dem ersten und dem zweiten Oberflächenstückelement ausgebildeten Schlitz (340),gekennzeichnet durcheine zwischen dem Zuführstift und dem Erdungsstift angeordnete Anpassungsbrücke (330) zum Anpassen der Eingangsimpedanz der Antenne und durch einen in der Oberflächenstückantenne ausgebildeten Schlitz zur Bildung des ersten und zweiten Oberflächenstückabschnitts (305, 310), wobei der Schlitz entlang einer Achse der Anpassungsbrücke (330) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberflächenstückantenne für mehrere Bänder, beispielsweise solche, die in ein tragbares Endgerät eingebaut werden kann, und die es dem tragbaren Endgerät erlaubt, innerhalb unterschiedlicher Frequenzbänder zu kommunizieren.
Die zellulare Telefonindustrie hat große Anstrengungen in kommerziellen Betriebseinrichtungen in den Vereinigten Staaten wie auch in dem Rest der Welt unternommen. Ein Wachstum in größeren Metropolgebieten hat Erwartungen bei weitem überschritten und übersteigt schnell eine Systemkapazität. Falls dieser Trend anhält, werden die Effekte des Industriewachstums bald auch die kleinsten Märkte erreichen. Innovative Lösungen sind erforderlich, um diese sich erhöhenden Kapazitätsanforderungen zu bedienen, und auch um eine hohe Qualität einer Dienstbereitstellung zu erhalten, und um ansteigende Preise zu vermeiden.
In der gesamten Welt ist der Wechsel von analoger zu digitaler Übertragung bei der Weiterentwicklung von Funkkommunikationssystemen ein wichtiger Schritt. Genauso wichtig ist die Wahl eines effektiven digitalen Übertragungsschemas zum Implementieren der Technologie der nächsten Generation, z.B. Zeitunterteilungs-Vielfachzugriff (TDMA) oder Codeunterteilungs-Vielfachzugriff (CDMA). Darüber hinaus wird weitgehend angenommen, dass die nächste Generation von Personal Communication Networks (Persönliche-Kommunikations-Netzwerke) (PCN) mit kostengünstigen, Schnurlostelefonen im Taschenformat, die komfortabel mitgeführt werden können, und verwendet werden können, um Anrufe zuhause, im Büro, in der Straße, Auto, etc. zu tätigen oder zu empfangen, bereitgestellt werden beispielsweise von zellularen Trägern unter Verwendung der nächsten Generation digitaler zellularer Systeminfrastruktur.
Um ein akzeptables Niveau einer Ausrüstungskompatibilität bereitzustellen, wurden Standards in unterschiedlichen Gebieten der Welt entwickelt. Beispielsweise wurden analoge Standards veröffentlicht, wie beispielsweise AMPS (Advanced Mobile Phone System), NMT (Nordic Mobile Telephone) und ETACS, und digitale Standards, wie beispielsweise D-AMPS (z.B. wie in EIA/TIA-IS-54-B und IS-136 spezifiziert) und GSM (Global System for Mobile Communications, übernommen durch ETSI), um Design-Kriterien für Funkkommunikationssysteme zu standardisieren. Einmal definiert, neigt man dazu, die Standards in der gleichen oder ähnlicher Form wiederzuverwenden, um dadurch zusätzliche Systeme zu spezifizieren. Beispielsweise, zusätzlich zum ursprünglichen GSM System, existiert auch das DCS 1800 (durch ETSI spezifiziert, und PCS1900 (durch JTC in J-STD-007 spezifiziert), die beide auf GSM basieren.
Die neueste Evolution bei zellularen Telekommunikationsdiensten umfasst jedoch die Aufnahme von zusätzlichen Frequenzbändern zur Verwendung bei einer Handhabung mobiler Kommunikationen, z.B. für Personal Communication Services (PCS). In den USA als einem Beispiel ist das zellulare Hyperband zwei Frequenzbändern zugewiesen (allgemein als das A-Frequenzband und das B-Frequenzband bezeichnet) zum Durchführen und Steuern von Kommunikation im 800 MHz-Bereich. Das PCS Hyperband, auf der anderen Seite, ist in den USA für sechs unterschiedliche Frequenzbänder (A, B, C, D, E, und F) im 1900 MHz-Bereich spezifiziert. Somit sind nunmehr acht Frequenzbänder in irgendeinem gegebenen Servicebereich der USA verfügbar, um Kommunikationsdienste zu unterstützen. Bestimmte Standards wurden für das PCS Hyperband angenommen (z.B., PCS1900 (J-STD-007)), während andere für das zellulare Hyperband angenommen wurden (z.B., D-AMPS(IS-136)).
Ein jedes der Frequenzbänder, spezifiziert für das zellulare und PCS Hyperband, ist einer Vielzahl von Verkehrskanälen zugeordnet, und mindestens ein Zugriffs- oder Steuerkanal. Der Steuerkanal wird verwendet, um den Betrieb von Mobilstationen zu steuern und zu überwachen, mittels Information, die an Mobilstationen übermittelt wird, und von dort empfangen wird. Solche Information kann ankommende Rufsignale, abgehende Rufsignale, Page-Signale, Page-Antwortsignale, Ortsregistrierungssignale, Sprachkanalzuordnungen, Wartungsanweisungen, Abgabe-(handoff)- und Zellenauswahl- und Neuauswahl-Anweisungen enthalten, wenn eine Mobilstation aus einem Funkabdeckungsbereich einer Zelle in den Funkabdeckungsbereich einer anderen Zelle bewegt wird. Steuer- und Sprachkanäle können entweder unter Verwendung analoger Modulation oder digitaler Modulation betrieben werden.
Die durch eine Basisstation in der Abwärtsverbindung über die Verkehrs- und Steuerkanäle übermittelten Signale werden durch Mobilstationen oder tragbare Endgeräte empfangen, von denen ein jedes mindestens eine Antenne aufweist. Historisch wurden tragbare Endgeräte für eine Anzahl von unterschiedlichen Arten von Antennen verwendet, um Signale über die Luftschnittstelle zu empfangen und zu übertragen. Beispielsweise wurden Einpolantennen, senkrecht zu einer leitenden Oberfläche befestigt, als gut befunden für gute Abstrahlungscharakteristiken, wünschenswerte Ansteuerpunktimpedanzen und relativ einfachen Aufbau. Einpolantennen können in verschiedenen physikalischen Formen hergestellt werden. Beispielsweise Stab- oder Peitschenantennen wurden oft zusammen mit tragbaren Anschlüssen verwendet. Für Hochfrequenzanwendungen, bei denen eine Antennenlänge zu minimieren ist, ist die spiralenförmige Antenne eine andere Wahl.
Wie oben beschrieben, wird es bald wünschenswert sein, tragbare Endgeräte anzubieten, die in stark unterschiedlichen Frequenzbändern arbeiten können, z.B. Bändern in dem 900 MHz-Bereich und Bändern in dem 1800 MHz-Bereich. Demzufolge müssen Antennen in der nahen Zukunft in tragbaren Endgeräten angewendet werden, die eine adäquate Verstärkung und Bandbreite in beiden Frequenzbändern aufweisen. Mehrere Versuche wurden unternommen, solche Dualbandantennen herzustellen.
Beispielsweise beschreibt US 4 571 595 A von Phillips et al. eine Dualbandantenne mit einem sägezahnförmigen Leiterband. Die Dualbandantenne kann auf eines von zwei nah beabstandeten Frequenzbändern eingestellt werden (z.B., zentriert auf 915 MHz und 960 MHz). Diese Antenne ist jedoch relativ ineffizient, da sie physikalisch so nah an dem Chassis des Mobiltelefons angeordnet ist.
Die JP H06-37531A offenbart eine Helix, die einen inneren parasitären Metallstab enthält. In diesem Patent kann die Antenne auf duale Resonanzfrequenzen eingestellt werden, durch Einstellen der Position des Metallstabs. Nachteiligerweise ist die Bandbreite für dieses Design zu eng für die Verwendung in zellularen Kommunikationen.
Gedruckte Dualband-Monostabantennen sind bekannt, bei denen eine duale Resonanz erzielt wird durch Hinzuführung eines parasitären Streifens in großer Nähe zu einer gedruckten Monostabantenne. Während solch einer Antenne genug Bandbreite für zellulare Telekommunikationen aufweist, erfordert sie die Hinzufügung eines parasitären Streifens. Moteco AB in Schweden hat eine Spulen-Matching-Dualbandpeitschenantenne und Spulenantenne ausgelegt, in denen eine duale Resonanz durch Einstellen der Spulenanpassungskomponente (1/4 λ für 900 MHz und ½ λ für 1800 MHz) erzielt wird. Diese Antenne hat eine relativ gute Bandbreite und Abstrahlungseigenschaften und eine Länge im Bereich von 40 mm. Eine nicht uniforme helikalische Dualbandantenne, die eine relativ kleine Größe aufweist, ist in dem parallelen, genauso übertragenen, USPatent US 6 112 102 A offenbart, mit dem Titel „Multiple Band Non-Uniform Helical Antennas“.
Gegenwärtig sind Antennen für Funkkommunikationsvorrichtungen, wie beispielsweise Mobiltelefone, direkt an Telefonchassis befestigt. Da jedoch die Größe und das Gewicht von portablen Endgeräten weiterhin abnimmt, werden die oben beschriebene Antennen aufgrund ihrer Größe weniger vorteilhaft. Darüber hinaus, da die Funktionalität dieser zukünftigen kompakten tragbaren Endgeräte sich erhöht, ergibt sich die Notwendigkeit für eine eingebaute Miniaturantenne, die auf multiplen Frequenzbändern resonieren (mitschwingen) können.
Bekannte Einbauantennen, die momentan in Mobiltelefonen Verwendung finden, umfassen Mikrostreifenantennen und planare Inversions-F-Antennen. Mikrostreifenantennen sind von kleiner Größe und geringem Gewicht. Die planare invertierte-F antenne (PIFA) wurde bereits in einem mobilen Bandgerät implementiert, wie beschrieben durch K. Quassim, „Inverted-F Antenna for Portable Handsets“, IEE Colloquium on Microwave Filters and Antennas for Personal Communication Systems, Seiten 3/1-3/6, Febr. 1994, London, UK. Kürzlich hat Lai et al. eine mäandernde invertierte-F Antenne veröffentlicht ( WO 1996/27219 A1 ). Diese Antenne hat eine Größe von ungefähr 40% der bekannten PIFA Antenne.
Die 1A und 1B veranschaulichen die bekannte planare Oberflächenstückantenne verglichen mit der mäandernden invertierten-F Antenne, die in Lai et al. beschrieben ist. Die bekannte planare Oberflächenstück-(Patch-) Antenne von 1A hat sowohl eine Größe und Länge gleich beispielsweise einer Viertelwellenlänge der Frequenz, für die die Antenne resonant zu machen ist. Die bekannte planare Oberflächenstückantenne weist auch eine Breite W auf. Die mäandernde invertierte-F Antenne, veranschaulicht in 1B, weist auch eine Länge gleich einer Viertelwellenlänge der Resonanzfrequenz auf, und eine Breite gleich zu W; jedoch ist die Größe der mäandernden invertierten-F Antenne um ungefähr 40% der Größe der bekannten planaren Oberflächenstückantenne reduziert. Diese Größenreduktion rührt aus der mäandernden Antennenform her.
Da Mobiltelefone kleiner und kleiner werden, sind sowohl konventionelle Mikrostreifen-Oberflächenstück- als auch PIFA-Antennen immer noch zu groß, in zukünftige kleine Telefonchassis hineinzupassen. In dem US-Patent US 6 353 443 B1 mit dem Titel „Miniature Printed Spiral Antenna for Mobile Terminals“ wurde eine gedruckte spirale Einbauantenne mit einem Anpassungsstab vorgeschlagen. Die Größe der Antenne war auf 20 bis 30% der bekannten PIFA-Antenne (weniger als 1/10 der Wellenlänge) reduziert, wodurch sie für zukünftige Mobiltelefone geeignet gemacht wird.
Zusätzlich zu einer reduzierten Antennengröße wird erforderlich sein, dass die Mobiltelefone der nächsten Generation die Fähigkeit haben, auf mehr als ein Frequenzband für zellulare schnurlose Lokalbereichsnetzwerke, GPS und Diversity, einstellbar zu sein. In dem gemeinsam übertragenen US-Patent US 6 166 694 A mit dem Titel „Twin Spiral Dual Band Antenna“, wurde eine Multiple-Band-Einbauantenne vorgeschlagen, geeignet für zukünftige Mobiltelefone. Die Einbauantenne umfasst zwei Spiralleiterarme, die unterschiedliche Längen haben und auf unterschiedliche Frequenzbänder eingestellt werden können. Um eine Bandbreite der Antenne zu erhöhen, wird eine Widerstandsladetechnik eingeführt.
Aus US 5 365 246 A ist eine Einbauantenne für mehrere Bänder bekannt, mit einem Zuführstift, einem Erdungsbereich, einem ersten Oberflächenstückabschnitt, der auf ein erstes Frequenzband eingestellt ist, einem zweitem Oberflächenstückabschnitt, der auf ein zweites, anderes Frequenzband eingestellt ist, und einem Schlitz in dem ersten und dem zweiten Oberflächenstückelement. Zur Impedanzanpassung wird die Position des Speisepunktes in geeigneter Weise gewählt. Ähnliche Antennen sind auch aus Rasinger, Josef u.a.: „Interne Antennen für Schnurtelefone“, ntz Bd. 43, 1990, H.5. S.376-370 bekannt, oder auch aus DE 197 07 535 A1 oder EP 0 616 734 B1 , oder auch GB 655 045 A . Aus Bao Wang; Yuen Lo, „Microstrip antennas for dual-frequency operation," Antennas and Propagation, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Bd. 32, Nr. 9, S.938-943, Sep 1984 ist es bekannt, zur Einstellung der Betriebsfrequenzen eine Reihe von Kurzschlussstiften entlang von Knotenlinien des elektrischen Feldes eines rechteckigen Oberflächenstücks anzuordnen. Aus Zi Dong Liu; Hall, P.S.; Wake, D., „Dual-frequency planar inverted-F antenna" IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Bd. 45, Nr. 10, S.1451-1458 ist eine Zweiband-Antenne mit zwei Eingangsports bekannt, die zwei separate Strahlungselemente aufweist. Die beiden Strahlungselemente weisen in der Nähe des Speisepunktes jeweils mehrere Kurzschlussstifte auf. Aus EP 795 926 B1 ist eine flache dreidimensionale Antenne in drei Schichten bekannt, bei welcher eine Induktivität erforderlich ist, um die Eingangsimpedanz auf 50Q abzugleichen. Aus DE 195 12 003 B4 ist eine Oberflächenstückantenne des inversen F-Typs bekannt. Aus der US 5 754 143 A ist ferner eine Antenne bekannt, welche mithilfe eines mäanderförmigen Schlitzes gebildet wird und eine Vielzahl von schaltbaren Resonanzfrequenzen aufweist. Aus der DE 698 21 884 T2 ist schließlich eine Streifenleitungsantenne bekannt, welche typischerweise durch Ätzen einer Metallschicht gebildet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine effiziente Miniatur-Einbauantenne anzugeben, die es gestattet, die Eingangsimpedanz für mehrere Frequenzbänder auf einfache Weise anzupassen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst wie in Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die vorliegende Erfindung vermeidet die oben identifizierten Nachteile des Standes der Technik durch Bereitstellen einer Miniatureinbau-Multiband-Oberflächenstückantenne, geeignet für eine Verwendung in zukünftigen kompakten Mobilendgeräten. In Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen wird eine Einbauoberflächenstückantenne bereitgestellt, die Oberflächenstückelemente unterschiedlicher Größen enthält, und auf unterschiedliche Frequenzbänder eingestellt werden kann. Auf jedem Oberflächenstückelement wird ein Schlitz ausgebildet, der das Oberflächenstückelement in Unterabschnitte aufteilt. Jeder Unterabschnitt eines Oberflächenstückelements ist so strukturiert, dass es auf einer Frequenz in dem gleichen Frequenzband resoniert, auf das das Oberflächenstückelement eingestellt ist. Als ein Ergebnis kann eine hocheffiziente Breitband, Multiband, und oberflächenmontierbare Antenne mit niedrigem Profil realisiert werden.
Figurenliste
Die obigen Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen:

1A und 1B veranschaulichen die bekannte Planaroberflächenstückantenne im Vergleich mit der bekannten mäandernden invertierenden-F Antenne;
2 veranschaulicht eine beispielhafte Funkkommunikationsvorrichtung, in der die Antenne der vorliegenden Erfindung implementiert werden kann;
3 veranschaulicht eine beispielhafte Einbau-Multiband-Oberflächenstückantenne gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 veranschaulicht eine beispielhafte Antennenkonfiguration, in der jeder Abschnitt in drei Unterabschnitte ausgebildet ist;
5A und 5B veranschaulichen den Vorgang eines Bildens einer Breitband, Multibandantenne gemäß der vorliegenden Erfindung;
6A veranschaulicht eine Aufsicht einer rechtwinkligen Zweiteildualband-Oberflächenstückantenne gemäß einer ersten beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung;
6B veranschaulicht eine Zweiteil-L-Schlitzoberflächenstückantenne gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6C veranschaulicht eine Zweiteil-L-Schlitzoberflächenstückantenne gemäß einer dritten exemplarischen Ausführung der vorliegenden Erfindung, bei der das Oberflächenstück eine beliebige Form aufweist;
6D veranschaulicht eine Zweiteil-L-Schlitzoberflächenstückantenne gemäß einem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei der sowohl das Oberflächenstück als auch die Schlitze beliebige Formen aufweisen;
7 zeigt ein Diagramm, das die Bandbreite veranschaulicht, die von den Unterabschnitten des größeren Oberflächenstückabschnitts in 6B erzielt werden kann; und
8 veranschaulicht ein Simulationsergebnis einer GSM/DCS Dualband-Oberflächenstückantenne gemäß der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
2 veranschaulicht eine exemplarische Funkkommunikationsvorrichtung 200, in der die Einbau-Multiband-Oberflächenstückantenne der vorliegenden Erfindung montiert werden kann. Die Kommunikationsvorrichtung 200 umfasst ein Chassis 210 mit einer Mikrofonöffnung 220 und einer Lautsprecheröffnung 230, die ungefähr neben der Position des Mundes bzw. Ohrs eines Nutzers angeordnet ist. Eine Tastatur 240 erlaubt es dem Nutzer, mit der Kommunikationsvorrichtung zu interagieren, z.B. durch Eingeben der zu wählenden Telefonnummer. Die Kommunikationsvorrichtung 200 enthält auch eine Einbau-Oberflächenstückantennenanordnung 250, deren Details unterhalb beschrieben sind.
3 veranschaulicht eine exemplarische Einbau-Oberflächenstückantennenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die beispielhafte Einbau-Oberflächenstückantennenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst zwei Abschnitte 305 und 310, jeweils mit unterschiedlicher Größe. Die zwei Oberflächenstückabschitte 305 und 310 sind an der gedruckten Schaltplatte (PCB) 315 über ein dielektrisches Substrat 320 befestigt, und mit gegenüberliegenden Seiten einer Anpassungsbrücke 330 verbunden. Ein Schlitz 340 ist in jedem Oberflächenstückabschnitt 305 und 310 gebildet, der das Oberflächenstück in zwei Unterabschnitte aufteilt, deren Bedeutung unterhalb detailliert beschrieben wird. Die Oberflächenstückabschnitte 305 und 310 sind über den PCB 315 positioniert, und bilden Schlitze zwischen den Oberflächenstückabschnitten und dem PCB 315. Der Fachmann versteht, dass die Oberflächenstückabschnitte die Hauptabstrahler (oder Sensoren) des vorliegenden Antennensystems bilden.
Wie sich aus 3 ergibt, werden die Oberflächenstückabschnitte 305 und 310 durch den Zuführstift 325 angesteuert. Die Einbauantenne umfasst auch eine Anpassungsbrücke 330, positioniert zwischen dem Zuführstift 325 und dem geerdeten Stift 335. Die Anpassungsbrücke 335 dient einem Einstellen der Antenne, und bildet eine kleine Schleifenantenne zwischen dem Zuführstift 325 und dem geerdeten Stab 335. Ein Einstellen einer Antenne bezieht sich auf ein Anpassen der Impedanz, gesehen durch die Antenne, an ihren Eingangsanschlüssen, so dass die Eingangsimpedanz als nur resistiv gesehen wird, d.h. sie weist keine merkliche reaktive Komponente auf. Das Einstellen des Antennensystems der vorliegenden Erfindung wird durchgeführt durch ein Messen oder Abschätzen der einer Antenne zugehörigen Eingangsimpedanz, und Bereitstellen einer geeigneten Impedanzanpassungsschaltung (d.h. der Anpassungsbrücke). Das Anpassen der Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung wird eingestellt durch Ändern der Länge der Anpassungsbrücke 330. Dies wird erzielt durch ein einfaches Ändern des Ortes des geerdeten Stabs 335. Die Länge der Anpassungsbrücke ist allgemein in dem Bereich von 0,01 X bis 0,1 λ.
Es ergibt sich aus 3, dass die zwei Oberflächenstückabschnitte 305 und 310 des Antennensystems unterschiedliche Größen aufweisen. Durch Einstellen der Größe der Oberflächenstückabschnitte kann die Antenne auf unterschiedliche Frequenzen eingestellt werden. Der erste Oberflächenstückabschnitt 305 der Multibandantenne weist eine solche Größe auf (allgemein eine Viertelwellenlänge des Frequenzbands, auf den das Oberflächenstückabschnitt einzustellen ist), dass dieser bei Frequenzen in einem ersten niedrigeren Band resonant (mitschwingend) ist, und der zweite Oberflächenstückabschnitt 310 ist von einer solchen Größe, dass er auf Frequenzen in einem zweiten höheren Band resonant ist. Die zwei Oberflächenstückabschnitte können auf einer beliebigen Frequenz resonant gemacht werden. Beispielsweise kann das erste Band das GSM-Band und das zweite Band das DCS-Band sein. Der Fachmann versteht, dass andere Kombinationen von Frequenzbändern implementiert werden können, ohne von dem Gedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise könnten andere möglichen Kombinationen von niedrigen und hohen Bändern GSM+PCS, GSM+WCDMA, DCS+WCDMA, GSM+GPS, GSM+ISM, oder eine beliebige andere Kombination von niedrigeren und höheren Frequenzbändern umfassen.
Wie oben ausgeführt, umfasst jeder Oberflächenstückabschnitt 305 und 310 einen Schlitz 340, der dazu dient, den Oberflächenstückabschnitt in Unterabschnitte aufzuteilen. Jeder Unterabschnitt eines Oberflächenstückabschnitts ist auf einer anderen Frequenz innerhalb des gleichen Frequenzbandes resonant, auf den der Oberflächenstückabschnitt eingestellt ist. Beispielsweise, falls der erste Oberflächenstückabschnitt 305 von solch einer Größe ist, dass er auch bei Frequenzen im GSM Band resonant ist, dann könnten die Unterabschnitte des Oberflächenstückabschnitts 305 auf unterschiedlichen Frequenzen im GSM Band resonant gemacht werden. Als ein Ergebnis kann eine breitere Bandbreite erzielt werden.
Der Fachmann versteht, dass als eine Alternative drei oder mehr Unterabschnitte in jedem Oberflächenstückabschnitt ausgebildet werden können. 4 veranschaulicht eine beispielhafte Konfiguration, bei der jeder Oberflächenstückabschnitt in drei Unterabschnitte ausgebildet ist. Wie veranschaulicht, ist der erste Oberflächenstückabschnitt 405 in drei Unterabschnitte 405A-405C geschnitten, und der zweite Oberflächenstückabschnitt 410 ist auch in drei Unterabschnitte 410A-410C aufgeteilt. Jedes der Unterabschnitte kann auf einer anderen Frequenz innerhalb der gleichen Frequenz resonant gemacht werden, auf der der jeweilige Oberflächenstückabschnitt resonant ist. Als solches kann eine breitere Bandbreite durch solch eine Konfiguration erzielt werden, ein Einstellen ist jedoch schwieriger.
Wiederum bezogen auf 3, können die Oberflächenstückabschnitte 305 und 310 eine beliebige Form aufweisen, einschließlich einer dreidimensionalen. Die Größe der Oberflächenstückabschnitte sollte jedoch ungefähr ein Viertel der Wellenlänge der Frequenz sein, auf die die Oberflächenstückabschnitte einzustellen sind. Die Resonanzfrequenzen und Bandbreite der eingebauten Multiband-Oberflächenstückantenne der vorliegenden Erfindung hängt von dem Bereich und der Dicke des dielektrischen Substrats ab, dem Typ des ausgewählten dielektrischen Materials (d.h., der Dielektrizitätskonstante), der Oberflächenstückgröße und der Größe des Ortes der Schlitze. Der Fachmann versteht, dass eine Erhöhung des Bereichs, oder der Dicke des dielektrischen Substrates, oder der Oberflächenstückgröße, oder eine Verkleinerung des Wertes der dielektrischen Konstante eine Erhöhung der Bandbreite zur Folge hat, die erzielt werden kann. Darüber hinaus hängt die Bandbreite auch von der Größe und dem Ort der in den Oberflächenstückabschnitten ausgebildeten Schlitze ab.
Wie es sich aus 3 ergibt, kann die Einbau-Multiband-Oberflächenstückantenne der vorliegenden Erfindung an der Kante des PCB angebracht werden, was eine bessere Abstrahlungseffizienz und Bandbreite liefert. Zusätzlich wird das PCB Raumerfordernis für die Einbau-Multiband-Oberflächenstückantenne aufgrund deren kleiner Größe minimiert.
Die 5A und 5B veranschaulichen ein Verfahren, durch das die Breitband-Multiband-Oberflächenstückantenne der vorliegenden Erfindung gebildet wird. Die Breitband-Multiband-Oberflächenstückantenne der vorliegenden Erfindung kann aus einer bekannten Oberflächenstückantenne gebildet werden, durch Ausbilden eines Schlitzes in der bekannten Oberflächenstückantenne, wie beispielsweise dem in 1A veranschaulichten, entlang einer Achse der Anpassungsbrücke, so dass zwei Oberflächenstückabschnitte erzeugt werden, verbunden mit gegenüberliegenden Seiten der Anpassungsbrücke (siehe 5A). Jeder Abschnitt weist eine Größe auf, so dass er auf einer anderen Frequenz resonant ist. Der größere Teil 505 resoniert auf einer niedrigeren Frequenz und der kleinere Teil 510 resoniert auf einer höheren Frequenz. Das tatsächliche Ausbilden des Schlitzes kann durch ein beliebiges der folgenden Verfahren durchgeführt werden: Schneiden, Ätzen, MID (3D Metallisation) oder chemische Verarbeitung.
Ein Schlitz wird dann in jedem Oberflächenstückabschnitt ausgebildet, um so jeden Oberflächenstückabschnitt in Unterabschnitte aufzuteilen (siehe 5B). Die Schlitze können beliebige Form aufweisen; jedoch beeinflusst die Schlitzform die erreichbare Bandbreite. Wie oben gezeigt, ist jeder Unterabschnitt eines Oberflächenstückabschnitts auf einer anderen Frequenz innerhalb des Frequenzbandes resonant, auf den der Oberflächenstückabschnitt eingestellt ist, wodurch die Bandbreite der Antenne erhöht wird.
Die 6A bis 6D veranschaulichen Oberflächenstückantennen-Designs. Der Fachmann versteht, dass die Formen und Größen der Oberflächenstückabschnitte in den folgenden Figuren lediglich beispielhaft sind, und dass viele andere mögliche Oberflächenstückformen und Größen verwendet werden können, ohne vom Gedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
6A veranschaulicht eine Aufsicht einer rechtwinkligen Zweiabschnitt-Dualband-Oberflächenstückantenne gemäß einem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die gestrichelte Linie, die durch den Zuführstift 325 und den geerdeten Stift 335 verläuft, teilt das Oberflächenstück in rechte und linke Abschnitte 605 bzw. 610. Der rechte Abschnitt 605, mit größerer Größe, ist ein Niedrigfrequenzresonator, und der linke Abschnitt 610 ist ein Hochfrequenzresonator. Wie es sich aus 6A ergibt, ist der Schlitz auf jedem der Oberflächenstückabschnitte ausgebildet, um so eine Doppelspiralenkonfiguration auszubilden, ähnlich der in der US-Patentanmeldung Nr. 09/112,152 vorgeschlagenen. In diesem Fall ist die Spiralstreifenleitung jedoch in Wirklichkeit ein Spiraloberflächenstück, was eine Verbesserung bei einer Bandbreite zur Folge hat.
6B veranschaulicht eine Zweiabschnitt-L-Schlitzoberflächenstückantenne gemäß einem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie veranschaulicht, ist jeder Oberflächenstückabschnitt 615 und 620 von rechteckförmiger Form. Wie in 6A, teilt die gestrichelte Linie das Oberflächenstück in einen rechten bzw. linken Abschnitt 615 und 620. Der rechte Abschnitt 615 ist ein Niederfrequenzresonator und der linke Abschnitt 620 ist ein Hochfrequenzresonator. Ein L-förmiger Schlitz ist in jedem Oberflächenstückabschnitt ausgebildet. Diese Schlitze teilen die Oberflächenstückabschnitte in zwei Unterabschnitte. Der rechte Abschnitt ist beispielsweise in Unterabschnitte 615A und 615B aufgeteilt. Ähnlich ist der linke Abschnitt 620 in Unterabschnitte 620A und 620B aufgeteilt. Wie oben ausgeführt, resoniert jeder Unterabschnitt eines Oberflächenstückabschnitts auf einer anderen Frequenz im gleichen Frequenzband, auf den der Oberflächenstückabschnitt eingestellt ist. Für Unterabschnitte 615A und 615B beispielsweise resoniert der äußere Unterabschnitt 615A auf einer niedrigeren Frequenz (f_L), und der innere Abschnitt 615B resoniert auf einer höheren Frequenz (f_H). Als ein Ergebnis wird eine weite Bandbreite innerhalb des gleichen Frequenzbands erzielt. 7 veranschaulicht die Multiresonanzfähigkeit der Oberflächenstückabschnitte, gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie veranschaulicht, kann eine breite Bandbreitenanpassung realisiert werden.
6C und 6D veranschaulichen exemplarische Konfigurationen, bei denen in 6C die Oberflächenstückabschnitte L-förmige Schlitze aufweisen und beliebig geformt sind, und in 6D sowohl die Oberflächenstückabschnitte als auch die Schlitze beliebig geformt sind. Ähnlich zu 6A und 6B unterteilt die gestrichelte Linie in 6C und 6D den Oberflächenstück in zwei Abschnitte. Ein Oberflächenstückabschnitt in jeder der 6C und 6D ist von kleinerer Größe (d.h. 630 und 640 in 6C bzw. 6D), und daher ein Hochfrequenzresonator, während der andere Oberflächenstückabschnitt von größerer Größe ist (d.h. 625 und 635 in 6C bzw. 6D) und daher ein Niederfrequenzresonator. Die Schlitze auf jedem der Oberflächenstückabschnitte teilen die Oberflächenstückabschnitte in zwei Unterabschnitte, von denen jeder auf einer anderen Frequenz im gleichen Frequenzband resoniert, auf das der jeweilige Oberflächenstückabschnitt eingestellt ist. In 6C ist beispielsweise der größere Oberflächenstückabschnitt 625 in zwei Unterabschnitte 625A und 625B und der kleinere Oberflächenstückabschnitt 630 in Unterabschnitte 630Aund 630B unterteilt. Ähnlich ist in 6D der größere Oberflächenstückabschnitt 635 in zwei Unterabschnitte 635A und 635B unterteilt, und der kleiner Oberflächenstückabschnitt 640 ist in Unterabschnitte 640A und 640B unterteilt. Als ein Ergebnis kann eine weite Bandbreitenanpassung durch die Konfigurationen in 6C und 6D realisiert werden.
Um die Effektivität der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen, führt 8 Ergebnisse einer Simulation der beispielhaften Dualband-Oberflächenstückantenne aus 4B aus. Die Zweiteil-Dualband-Oberflächenstückantenne weist eine Länge von 0,1 Wellenlängen auf, eine Breite von 0,12 Wellenlängen und eine Höhe von 0,02 Wellenlängen. Die Abschnitte der Oberflächenstückes werden auf dem GSM und dem DCS Frequenzband resonant gemacht. Die Bandbreite ist 8,7% (d.h. ungefähr 80 MHz) im GSM Bereich und 9,4% (d.h. ungefähr 170 MHz) im DCS Frequenzband für ein VSWR weniger als 2,5:1. 5 veranschaulicht die VSWR Leistungseigenschaft dieses Designs. Wie es sich aus 5 ergibt, kann diese Antenne die Anforderungen einer GSM/DCS Dualbandanwendung erfüllen.

Claims

Oberflächenstückantenne für mehrere Bänder, umfassend: einen Zuführstift (325), einen Erdungsstift (335), einen auf ein erstes Frequenzband eingestellten ersten Oberflächenstückabschnitt (305), einen auf ein zweites, anderes Frequenzband eingestellten zweiten Oberflächenstückabschnitt (310), und mindestens einen in dem ersten und dem zweiten Oberflächenstückelement ausgebildeten Schlitz (340), gekennzeichnet durch eine zwischen dem Zuführstift und dem Erdungsstift angeordnete Anpassungsbrücke (330) zum Anpassen der Eingangsimpedanz der Antenne und durch einen in der Oberflächenstückantenne ausgebildeten Schlitz zur Bildung des ersten und zweiten Oberflächenstückabschnitts (305, 310), wobei der Schlitz entlang einer Achse der Anpassungsbrücke (330) angeordnet ist.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstückabschnitte (305, 310) eine dreidimensionale Form aufweisen.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstückabschnitte (305, 310) zweidimensionale Form aufweisen.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsbrücke (330) durch ein Ändern der Länge der Anpassungsbrücke einstellbar ist.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schlitz (340) den Oberflächenstückabschnitt in zwei Unterabschnitte aufteilt; und jeder Unterabschnitt eines jeweiligen Oberflächenstückabschnitts auf einer anderen Frequenz innerhalb des Frequenzbandes resoniert, auf das der jeweilige Oberflächenstückabschnitt eingestellt ist.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schlitz in jedem der Oberflächenstückabschnitte so eine Form aufweist, dass er die Oberflächenstückabschnitte in eine Doppelspiralen-Konfiguration ausbildet.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Oberflächenstückabschnitte (305, 310) so ausgewählt sind, dass sie ungefähr ¼ Wellenlängen der unterschiedlichen Frequenzbänder sind, auf die die Oberflächenstückabschnitte einzustellen sind.
Kommunikationseinrichtung mit einer gedruckten Schaltplatte; und einem Substrat, auf dem eine Oberflächenstückantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7 befestigt ist, wobei das Substrat auf der gedruckten Schaltplatte befestigt ist.