DE202007019033U1

DE202007019033U1 - Antennenanordnung und Gerät mit einer Antennenanordnung

Info

Publication number: DE202007019033U1
Application number: DE202007019033U
Authority: DE
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Technologies Oy
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2017-04-11
Also published as: EP2165385A4; CN101641826A; EP2165385A1; WO2008122831A1; KR20100005071A; GB2463421B; GB2463421A; CA2693560A1; KR101283070B1; US8432321B2; CA2693560C; CN101641826B; US20100073247A1; GB201000230D0

Abstract

Antennenanordnung, umfassend:
eine Antenne, die mindestens eine erste Ebene einnimmt;
eine leitfähige Struktur, die von der Antenne isoliert ist, aber dazu eingerichtet ist, von der Antenne parasitär gespeist zu werden, wobei die leitfähige Struktur einen Schlitz aufweist und mindestens eine zweite Ebene einnimmt, die sich von der ersten Ebene unterscheidet, aber an diese angrenzt.

Description

Gebiet der Erfindung
Ausführungen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Antennenanordnung und/oder eine Vorrichtung, in der eine Antennenanordnung aufgenommen ist. Insbesondere ist in manchen Ausführungsformen das Gehäuse leitfähig.
Hintergrund der Erfindung
Wie bekannt ist, schirmt ein leitfähiges Gehäuse den von dem Gehäuse definierten Hohlraum von elektromagnetischer (EM) Strahlung ab. Das leitfähige Material bildet eine Sperre für Photonen, wobei die Wirksamkeit der Sperre von der Dicke des Materials, der Frequenz des Photons und den elektromagnetischen Eigenschaften des Materials (elektrische Leitfähigkeit und magnetische Permeabilität) abhängig ist. Für Metall bei Funkfrequenzen können dünne Schichten wirksame Abschirmungen mit hoher Impedanz bieten.
Derzeit gibt es eine Tendenz zur Verwendung metallischer Gehäuse für elektronische Geräte. Ein metallisches Gehäuse kann aus verschiedenen Gründen verwendet werden. Es kann zum Beispiel eine gute elektrische Masse für das Gerät bieten oder kann, wenn als Außenhülle genutzt, ein angenehmes Erscheinungsbild bieten.
Es wird bei elektronischen Geräten mittlerweile üblich, drahtlose Funktechnologie einzuschließen. Solche Technologien umfassen zum Beispiel Auslesetechnologien wie RFID, Mobilfunktechnologien wie UMTS, GSM usw., drahtlose Technologien wie Bluetooth und Wireless USB sowie Netzwerktechnologien wie WLAN.
Es wäre wünschenswert, eine Vorrichtung bereitzustellen, die in einer oder mehreren dieser Technologien funktionsfähig ist und ein leitfähiges Gehäuse verwendet.
Eine Lösung wäre, für die Vorrichtung eine oder mehrere externe Antennen bereitzustellen, doch dies ist unerwünscht, da so die Abmessungen der Vorrichtung vergrößert werden und der optische Eindruck verschlechtert wird.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Gemäß einiger Ausführungsformen der Erfindung wird eine Antennenanordnung bereitgestellt, welche umfasst: eine Antenne, die mindestens eine Ebene einnimmt; eine leitfähige Struktur, die von der Antenne isoliert ist, aber so eingerichtet ist, dass sie parasitisch von der Antenne gespeist wird, wobei die leitfähige Struktur einen Schlitz aufweist und mindestens eine zweite Ebene einnimmt, die von der ersten Ebene verschieden ist, aber an diese angrenzt.
Gemäß mancher Ausführungsformen der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die ein leitfähiges Gehäuse umfasst, welches einen inneren Hohlraum definiert, eine Öffnung in dem leitfähigen Gehäuse, und eine Antenne, die innerhalb des Hohlraums in der Nähe der Öffnung angeordnet ist.
Gemäß mancher Ausführungsformen der Erfindung wird eine Antennenanordnung bereitgestellt, welche umfasst: eine Antenne mit einer ersten Resonanzwellenlänge λ; ein leitfähiges Gehäuse, das von der Antenne isoliert ist, aber indirekt von der Antenne gespeist wird, wobei das leitfähige Gehäuse einen Schlitz aufweist, der eine Länge hat, die einem Vielfachen von λ/4 entspricht.
Die Erfinder haben festgestellt, dass die von einem leitfähigen Gehäuse gezeigte Impedanz auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt werden kann, indem eine Öffnung in dem leitfähigen Gehäuse sorgfältig positioniert und bemessen wird. Die Impedanz des Gehäuses kann beispielsweise auf eine Resonanzfrequenz einer Antenne abgestimmt werden, so dass es möglich wird, die Antenne im Inneren des Gehäuses zu platzieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, wobei
1A schematisch in Draufsicht ein Gerät darstellt, das ein geschlitztes äußeres leitfähiges Gehäuseelement umfasst, in dem eine Antenne untergebracht ist;
1B schematisch eine Schnittansicht der in 1A dargestellten Vorrichtung darstellt;
2 schematisch in Draufsicht eine Vorrichtung darstellt, die ein äußeres leitfähiges Gehäuseelement umfasst, welches einen gewundenen Schlitz umfasst;
3 schematisch in Draufsicht eine Vorrichtung darstellt, welche ein externes leitfähiges Gehäuseelement umfasst, das einen Schlitz mit variabler Breite umfasst; und
4 schematisch in Draufsicht eine Vorrichtung darstellt, welche ein externes leitfähiges Gehäuseelement umfasst, das einen Schlitz mit zugehöriger elektrischer Abstimmschaltung umfasst.
Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung
Die Figuren stellen schematisch eine Antennenanordnung 10 dar, welche umfasst: eine Antenne 2, die mindestens eine erste Ebene 6 einnimmt; und eine leitfähige Struktur 12, die nicht elektrisch mit der Antenne 2 verbunden ist, aber parasitisch von der Antenne 2 gespeist wird, wobei die leitfähige Struktur 12 einen Schlitz 14 aufweist und mindestens eine zweite Ebene einnimmt, die von der ersten Ebene verschieden ist, aber an diese angrenzt.
Insbesondere zeigen 1A und 1B eine Vorrichtung 1, die ein äußeres leitfähiges Gehäuseelement 12 umfasst, das eine Antenne 2 beherbergt. In diesem Beispiel bildet das Gehäuseelement 12 eine leitfähige Struktur, die einen Hohlraum 3, der die interne Antenne 2 beherbergt, fast vollständig umgibt.
Das leitfähige Gehäuseelement 12 umfasst einen Schlitz 14, der die Übertragung elektromagnetischer Wellen zwischen dem Äußeren des Gehäuses 12 und der Antenne ermöglicht. Der Schlitz 14 ist durch das Fehlen von leitfähigem Material im Bereich des Schlitzes 14 definiert. Der Schlitz 14 kann eine offene Öffnung zu dem innenliegenden Hohlraum 3 sein oder kann mit einem Dielektrikum bedeckt sein, das für elektromagnetische Strahlung durchlässig ist, wie etwa Plastik (andere Beispiele sind Keramik- oder Ferritmaterialien). In einer Ausführungsform kann der Schlitz 14 auf einer Metallfolie eingeritzt sein, die ein Plastiksubstrat bedeckt.
Der Schlitz 14 weist eine Breite W auf, die als der Abstand zwischen einander gegenüberliegenden ersten und zweiten langen Randkanten 21, 23 des Gehäuses 12 definiert ist. Die Breite W kann über die Länge des Schlitzes konstant sein oder entlang der Länge des Schlitzes 14 variieren. Der Schlitz 14 weist eine Länge L auf, die als der Abstand zwischen einander gegenüberliegenden kurzen Randkanten 22, 24 des Gehäuses 12 definiert ist.
In dem in 1A und 1B dargestellten Beispiel ist der Schlitz ein Bereich, der innerhalb einer Schlitzebene 16 liegt, und das Gehäuse 12 bietet eine leitfähige Struktur, die sich in die Schlitzebene 16 hinein erstreckt. Mindestens ein Teil der Antenne 2 erstreckt sich in eine Antennenebene 6, die angrenzend an die und parallel zu (aber getrennt von) der Schlitzebene 16 ist. Die Antenne 2 erstreckt sich nicht in die Schlitzebene 16 hinein.
Die Position der Antenne 2 relativ zu dem Schlitz 14 ist so ausgelegt, dass eine sehr gute oder optimale Kopplung zwischen der Antenne 2 und dem geschlitzten Gehäuse 12 erreicht wird.
Die Antenne 2 und das leitfähige Gehäuseelement 12 sind so galvanisch voneinander isoliert, dass kein Gleichstrompfad zwischen ihnen existiert. Sie sind jedoch zur elektromagnetischen Kopplung ausgelegt und bilden miteinander eine Antennenanordnung 10.
Die Antenne 2 weist eine Resonanzfrequenz F auf, und der Schlitz 14 ist so bemessen, dass er eine elektrische Länge L' aufweist, die einem oder mehreren Vielfachen eines Viertels der Resonanzwellenlänge entspricht, die der ersten Resonanzfrequenz F entspricht: L' = n λ/4wobei n eine natürliche Zahl ist, L' die elektrische Länge des Schlitzes 14 ist und λ die Resonanzwellenlänge ist.
Die Abmessungen des Schlitzes bewirken, dass das Gehäuse 12 parasitär mit der Antenne 2 mitschwingt. Dies führt dazu, dass die Eigenschaften der Antennenanordnung 10 wie etwa Bandbreite, Effizienz etc. sich von denen der Antenne 2 unterscheiden. Die Antenne 2 wirkt als Speisung für die Antennenanordnung 10.
Bei Fehlen eines Dielektrikums, das den Schlitz 14 bedeckt, kann die elektrische Länge L' dieselbe sein wie die physische Länge L des Schlitzes.
Die Eigenschaften der Resonanz der Antennenanordnung 10 können festgelegt werden, indem die physikalischen und/oder elektrischen Eigenschaften des Schlitzes 14 verändert werden. Veränderungen der physikalischen Abmessungen des Schlitzes beeinflussen typischerweise seine zugehörigen elektrischen Eigenschaften wie etwa seine elektrische Länge und den Q-Faktor, welche wiederum die Resonanzfrequenz und Bandbreite der Antennenanordnung beeinflussen.
Beispielsweise verändert eine Änderung der physikalischen Länge L des Schlitzes 14 seine elektrische Länge.
Ein Verändern der physikalischen Position des Schlitzes 14 kann seine elektrischen Eigenschaften verändern. In 1 endet der Schlitz 14 an einer Kante 18 des Gehäuses 12, während in den in 2 und 3 dargestellten Beispielen der Schlitz nicht an einer Kante des Gehäuses endet, sondern vollständig innerhalb einer Fläche 13 des Gehäuses 12 liegt.
Eine Erhöhung der mit dem Schlitz 14 verknüpften Induktanz erhöhte die elektrische Länge des Schlitzes (was die Resonanzfrequenz senkt) und kann die Bandbreite erniedrigen. Die elektrische Länge kann beispielsweise erhöht werden, indem die physikalische Länge des Schlitzes erhöht wird. Eine Option besteht darin, den Schlitz aus einem oder mehreren gekrümmten Abschnitten zu bilden, und eine weitere Option ist, den Schlitz 14 mäanderförmig auszuführen, wie in 2 dargestellt (anstelle der Verwendung eines geraden Schlitzes 14 wie in 1 und 3). Ein Erhöhen der mit dem Schlitz verknüpften Kapazität, indem etwa die Schlitzbreite wie in 3 verringert wird (anstelle einer konstanten Breite W wie in 1 und 2) verringert die elektrische Länge des Schlitzes (erhöht dabei die Resonanzfrequenz) und kann die Bandbreite verringern.
Die elektrischen Eigenschaften des Schlitzes 14 können unter Verwendung von konzentrierten elektrischen Bauteilen konstruiert werden, zusätzlich oder als Alternative zum Ändern der physikalischen Eigenschaften des Schlitzes 14. 4 zeigt einen Schlitz 14, bei dem ein elektrischer Schaltkreis 7 über den Schlitz 14 hinweg verbunden ist. Das elektrische Bauteil 7 kann eines oder mehrere konzentrierte Schaltelemente umfassen.
Die elektrischen Eigenschaften der Antennenanordnung 10 können auch modifiziert werden, indem eine Anpassungsschaltung 8 an der Antenne angebracht wird.
Die Antennenanordnung kann als Empfänger und/oder als Sender bei einer oder mehreren aus einer großen Anzahl von Frequenzbändern fungieren, einschließlich der folgenden Frequenzbänder:
Bluetooth (2400–2483.5 MHz); WLAN (2400–2483.5 MHz); HLAN (5150–5850 MHz); GPS (1570.42–1580.42 MHz); US-GSM 850 (824–894 MHz); EGSM 900 (880–960 MHz); EU-WCDMA 900 (880–960 MHz); PCN/DCS 1800 (1710–1880 MHz); US-WCDMA 1900 (1850–1990 MHz); WCDMA 2100 (Tx: 1920–1980 MHz, Rx: 2110–2180 MHz); PCS 1900 (1850–1990 MHz); UWB Lower (3100–4900 MHz); UWB Upper (6000–10600 MHz); DVB-H (470–702 MHz); DVB-H US (1670–1675 MHz); Wi Max (2300–2400 MHz, 2305–2360 MHz, 2496–2690 MHz, 3300–3400 MHz, 3400–3800 MHz, 5250–5875 MHz); RFID UHF (433 MHz, 865–956 MHz, 2450 MHz).
In einer speziellen Ausführungsform, die in 1A und 1B schematisch dargestellt ist, ist die Vorrichtung ein Mobilfunktelefon, die Antenne 2 ist eine chipförmige dielektrische (keramische) speisende Monopolantenne und arbeitet auf dem 2.45 GHz-WLAN-Band. Sie weist Abmessungen von 9 mm × 3 mm × 2 mm (Länge, Breite, Höhe) auf und ist auf einem Stück kupferfreier Leiterplatte 8 der Größe 9.75 mm × 7 mm angebracht. Die Länge der Antenne 2 verläuft orthogonal und quer zu der Länge des Schlitzes 14. Der Abstand zwischen der Antenne 2 und dem Schlitz 14 beträgt 1.1 mm.
Das Gehäuse 12 bietet eine gleichförmige metallische Abdeckung für die Vorrichtung. Die physikalische Schlitzlänge L beträgt etwa ¼ der Wellenlänge bei 2.45 GHz. Der Schlitz 14 weist eine konstante Breite W von 2.4 mm und eine Länge L von 25 mm auf, d. h. L > 10·W. Der Schlitz 14 endet, wie in 1A und 1B, an einer Kante des Gehäuses 12. Der Schlitz 14 kann in Lüftungsgitter des Gehäuses 12 integriert sein. Der Schlitz 14 kann mit einem Kunststoffstreifen bedeckt sein.
Auch wenn in den vorhergehenden Absätzen Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf verschiedene Beispiele beschrieben wurden, sollte offensichtlich sein, dass Abänderungen der angegebenen Beispiele vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der beanspruchten Erfindung zu verlassen.
Während in der vorangegangenen Beschreibung versucht wurde, die Aufmerksamkeit auf die Merkmale der Erfindung zu ziehen, die als besonders wichtig betrachtet werden, sollte selbstverständlich sein, dass die Anmelderin Schutz hinsichtlich jeden patentierbaren Merkmals oder jeder Kombination von Merkmalen beansprucht, auf welche hierin Bezug genommen wurde und/oder die in den Zeichnungen gezeigt sind, unabhängig davon, ob diese besonders hervorgehoben wurden oder nicht.

Claims

Antennenanordnung, umfassend: eine Antenne, die mindestens eine erste Ebene einnimmt; eine leitfähige Struktur, die von der Antenne isoliert ist, aber dazu eingerichtet ist, von der Antenne parasitär gespeist zu werden, wobei die leitfähige Struktur einen Schlitz aufweist und mindestens eine zweite Ebene einnimmt, die sich von der ersten Ebene unterscheidet, aber an diese angrenzt.
Antennenanordnung nach Anspruch 1, wobei die leitfähige Struktur Teil eines Gehäuses für die Antennenanordnung ist.
Antennenanordnung nach Anspruch 2, wobei das Gehäuse ein Gehäuse für eine Vorrichtung ist und die Antenne eine interne Antenne ist, die sich innerhalb des Gehäuses befindet.
Antennenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Gehäuse eine Kante umfasst und der Schlitz an der Kante endet.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Gehäuse eine Fläche aufweist, die von Kanten begrenzt ist, und wobei der Schlitz vollständig innerhalb der Fläche angeordnet ist.
Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antenne eine erste Resonanzfrequenz aufweist und der Schlitz so ausgelegt ist, dass er eine elektrische Länge aufweist, die einem oder mehreren Vielfachen eines Viertels der Resonanzwellenlänge entspricht, welche der ersten Resonanzfrequenz entspricht.
Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schlitz eine minimale Breite und eine Länge aufweist und wobei die Länge mindestens zehnmal größer als die minimale Breite ist.
Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schlitz eine konstante Breite aufweist.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Schlitz eine variable Breite aufweist.
Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schlitz gerade ist.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Schlitz mäanderförmig ist.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Schlitz eine oder mehrere gekrümmte Abschnitte umfasst.
Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen elektrischen Schaltkreis, der über den Schlitz hinweg verbunden ist.
Antennenanordnung nach Anspruch 13, wobei die Impedanz des elektrischen Schaltkreises eine Resonanzfrequenz der Antennenanordnung auf eine erste Resonanzfrequenz abstimmt.
Antennenanordnung nach Anspruch 13 oder 14, wobei der elektrische Schaltkreis eine einzige Komponente umfasst.
Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Plastikgehäuse einen metallischen Belag umfasst und der Schlitz durch das Fehlen des metallischen Belags definiert ist.
Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend einen Anpassungsschaltkreis, der mit der Antenne verbunden ist.
Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antenne eine chipförmige dielektrische speisende Antenne ist.
Vorrichtung, umfassend ein Gehäuse mit äußerer Metallisierung, das einen inneren Hohlraum definiert, und eine Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, wobei die äußere Metallisierung die leitfähige Struktur bereitstellt und der Schlitz eine elektromagnetische Öffnung in den inneren Hohlraum bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Schlitz mit einem Dielektrikum bedeckt ist.
Vorrichtung, umfassend ein leitfähiges Gehäuse, das einen inneren Hohlraum definiert, eine Öffnung in dem inneren Hohlraum, und eine Antenne, die innerhalb des Hohlraums in der Nähe der Öffnung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Antenne im Betrieb das leitfähige Gehäuse speist, das als Resonator fungiert.
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, wobei die Antenne eine erste Resonanzfrequenz aufweist und die Öffnung eine elektrische Bemessung aufweist, die einer Resonanz bei der ersten Resonanzfrequenz entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 21, 22 oder 23, wobei das leitfähige Gehäuse ein dielektrisches Substrat und eine äußere Metallisierung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 21, 22, 23 oder 24, wobei kein leitfähiges Element oder Elemente zwischen der Antenne und dem Schlitz liegt.
Antennenanordnung, umfassend: eine Antenne mit einer ersten Resonanzwellenlänge λ; ein leitfähiges Gehäuse, das von der Antenne isoliert ist, aber indirekt von der Antenne gespeist wird, wobei das leitfähige Gehäuse einen Schlitz aufweist, der eine elektrische Länge aufweist, die einem Vielfachen von λ/4 entspricht.