DE29710028U1 - Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung - Google Patents
Mobilfunk-PlanarantennenvorrichtungInfo
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Description
Pan, Bahr und Becks
Beschreibung
Mob ilfunk-Planarantennen vorrichtung
Mob ilfunk-Planarantennen vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung mit
den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine solche Vorrichtung ist bekannt (Pedersen, G. F. und Andersen, J. B.:
Integrated Antennas for Hand-held Telephones with Low Absorption. In: IEEE Vehicular Technology Conference, Juni 1994, Stockholm, S. 1537 1541).
Die Absorption elektromagnetischer Strahlung z. B. von Mobilfunktelefonen
durch den Menschen, d. h. durch dessen exponierte Körperteile wie der Kopf und die Hände, gerät zunehmend in die Diskussion, da
Verdachtsmomente hinsichtlich einer eventuellen gesundheitlichen Beeinträchtigung
nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden können.
Maßnahmen zur Verringerung der spezifischen Absorptionsrate (SAR) bei
Mobilfunktelefonen sind in zahlreichen Varianten bekannt. So wird von Hombach et al. vom Forschungszentrum Telekom in Darmstadt im Vortrag
"Einfluß der Antennenform eines Handfunkgerätes auf das Antennendiagramm und die Exposition des Nutzers" der ITG-Fachtagung im April
1994 in Dresden (ITG Fachbericht 128, Antennen, Seiten 315 - 320) vorgeschlagen, den Antennenfußpunkt auf der dem Kopf abgewandten Seite
oder Kante des Gehäuses anzuordnen. Darüber hinaus soll der Speisepünkt
cfiTfch eine zwis'chenge^'c^i^rteTe^^ÖäiialTelTuläg"," emeln" "so"gerTännten"
Extender, nach oben verlagert werden. Durch eine Erhöhung des Speisepunktes von standardmäßig 4 cm auf 20 cm würden sich die maximalen
SAR-Werte um mehr als den Faktor 10 reduzieren und die Verlustleistung im Kopf auf unter 4 % verringern.
Die vorgeschlagenen Anordnungen sind jedoch nicht für die Praxis geeignet. Der Benutzer verlangt in zunehmendem Maße kompakte
Mobilfunktelefone mit möglichst kurzen Antennen. Ein Extender mit einer Länge von 20 cm würde mit aufgesetzter Antenne die Höhe derzeitiger
Mobilfunktelefone nahezu verdreifachen, was vom Kunden in der Regel nicht akzeptiert würde. Ein solches Mobilfunktelefon wäre nur an wenige
gesundheitsbewußte Menschen zu verkaufen, der überwiegende Teil der
Pan, Bahr und Becks
Kundschaft würde sich für eine kompaktere Ausführungsform, z. B. ein
Fabrikat der Konkurrenz, entscheiden.
Ein weiterer Vorschlag zur Reduzierung der im Kopf des Benutzers absorbierten elektromagnetischen Feldenergie wird von Jensen et. al. im
Beitrag "EM Interaction of Handset Antennas and a Human in Personal Communications" (Proceedings of the IEEE, Vol. 83, No.l, January 1995,
pp. 7 - 16) diskutiert. Durch die Verwendung einer speziellen Antennenausführung,
nämlich der "planar inverted F antenna (PIFA)", die auf der vom Kopf des Benutzer eines Mobilfunktelefones abgewandten Rückseite
im Gehäuse integriert anzuordnen ist, wobei das elektrisch leitende Gehäuse wie eine Schirmung zwischen der Antenne und dem Kopf des
Benutzers wirkt, kann die im Kopf absorbierte Strahlungsleistung um bis zu 48 % reduziert werden.
Auch dieser Vorschlag führt jedoch bei kompakten Ausführungsformen
zu Problemen. So wird nun die das Mobilfunktelefon haltende Hand anstelle des Kopfes der Strahlung in zunehmendem Maße ausgesetzt. Nach
Angaben der Verfasser aes Beitrages können auf diese Weise bis zu 68 %
der zur Antenne gelieferten Hochfrequenzleistung vom Gewebe absobiert werden. Die Verlagerung der SAR-Werte vom Kopf zur Hand ist jedoch
keine vom potentiellen Kunden zu akzeptierende Lösung des Strahlungsproblems. Durch das hohe Maß der in der Hand absorbierten Feldenergie
sinkt zudem der Antennenwirkungsgrad. Durch die schirmende Wirkung des
Gehäuses wird zwar der Kopf hinsichtlich der von der Antenne ausgehenden'"Strahlung" nur in einem" geringen~M~a¥e" BetröfFen,~gIeTcE¥ertig*
findet jedoch eine starke Abschattung der Sendeleistung in Richtung des
Kopfes statt, wodurch die Strahlungscharakteristik der Antenne stark richtungsabhängig wird. Dadurch kann beispielsweise die Funkverbindung
abrupt unterbrochen werden, wenn der Benutzer während des telefonierens den Kopf bewegt oder sich dreht.
Eine Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung ist bekannt und repräsentiert
den nächstkommenden Stand der Technik (Pedersen, G. F. und Andersen, J. B.: Integrated Antennas for Hand-held Telephones with Low Absorption.
In: IEEE Vehicular Technology Conference, Juni 1994, Stockholm, S. 1537 - 1541). Diese dort als Full Short circuit Planar Inverted-F Antenna (FS-PIFA)
bezeichnete Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung besitzt im wesentlichen
Pan, Bahr und Becks Mobilfunk-PUnaiarftSrinehyOiirrthttCnä
eine rechteckige Grundplatte und eine darüber planar verlaufende, einseitig
kurzgeschlossene, rechteckige Strahlerplatte. Die Speisung der Strahlerplatte erfolgt über eine, in der Mitte der Strahlerplatte - nahe am Kurzschluß angekoppelte,
koaxiale Hochfrequenzleitung.
Diese Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung erfüllt weitgehend die im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Sie ist jedoch nicht besser geeignet, weil sie zusätzliche Anpassungsnetzwerke in der
Speiseleitung benötigt. So muß diese Vorrichtung mit Hilfe eines aus zusätzlichen Leitungstransformatoren aufgebauten Chebyshev-Filters
2.-Ordnung, welches als Anpassungsnetzwerk dient, gespeist werden, um eine befriedigende Anpassung im Bereich der Betriebsfrequenzen zu erzielen.
Da diese Vorgehensweise die unterschiedlichen Betriebsbedingungen, die in der Praxis und im Betrieb des Mobilfunktelefons ständig variieren, nicht
berücksichtigen kann, muß ein Kompromiß zwischen der Anpassung des Mobilfunktelefones in der Sprechposition einerseits und der Bereitschaftsposition
andererseits, eingegangen werden. Auch dadurch ist diese Vorrichtung nicht besser geeignet. Weitere Nachteile sind die durch den
dort verwendeten Einspeisepunkt verursachte große Länge der Strahlerplatte von 69 mm. Dadurch wird das abstrahlende Ende der Antenne in unmittelbare
Nähe der haltenden Hand gebracht, die dadurch dem Strahlungsfeld unnötigt ausgesetzt wird. Dieser grundsätzliche Nachteil ungeschickt
aufgebauter PIFA-Antennenvorrichtungen wurde bereits oben diskutiert.
Ein weiterer Nachteil dieser Antennenvorrichtung ist der geringe Gewinn, der als~um 'Z'""dB geringer" als" 'eiW^zWweUeWSipot^^gTg^^n^^ra^^in"'
zusätzlicher weiterer Nachteil ist das Strahlungsdiagramm dieser Vorrichtung, welches ein hohes Maß an Strahlungsenergie nach oben und
nach unten abstrahlt, wo diese z. B. im Boden absorbiert wird und für den Zweck der Nachrichtenübermittlung verlorengeht.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die vom Benutzer eines portablen Telekommunikationsgerätes
und insbesondere eines Mobilfunktelefons insgesamt zu erleidende spezifische Absorptionsrate (SAR), insbesondere im Kopf, zu reduzieren
und dabei gleichzeitig einerseits den Antennenwirkungsgrad zu erhöhen und andererseits den Abschattungseffekt zu verringern.
Dieses Problem wird mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patent-
Pan, Bahr und Becks
Mobilfunk-PlanafariterJnehvoRrrchKinJ
anspruch 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1
gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß auf einfache und kostengünstige Art und Weise, in vom Käufer sehr gut akzeptierbarer und für die Massenproduktion geeigneter Form, gleichzeitig
die spezifische Absorptionsrate (SAR) im Kopf des Benutzers von portablen Telekommunikationsgeräten und insbesondere von Mobilfunktelefonen
verringert, die Abschattung durch den Benutzer reduziert und der Antennenwirkungsgrad erhöht werden kann.
Ein weiterer Vorteil ist, daß die Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung
durch ihren Aufbau bereits eine integrierte Breitbandanpassung besitzt und daher kein zusätzliches Anpassungsnetzwerk benötigt.
Ein weiterer Vorteil ist, daß wegen der extremen breitbandigen Anpassung betriebsbedingte Änderungen im Strahlungsfeld keine
nennenswerten Auswirkungen auf den Wirkungsgrad der Antenne haben. Es treten daher bei unterschiedlichsten Betriebsbedingungen (Sprechposition,
Bereitschaftposition, benachbarte Metallflächen, usw.) nahezu keine Änderungen im Abstrahlungsverhalten auf.
Ein weiterer Vorteil sind die relativ kleinen Abmessungen der Strahlerplatte,
da die Art der Einspeisung wie eine kapazitive Last wirkt und dadurch die geometrische Länge der Strahlerplatte, bei gleicher elektrischer
Länge, signifikant auf 36 mm verkürzt wird. Dadurch wird die das Mobilfunktelefon haltende Han3"wett'er vom'stf'ahleride'ri" EnH'e*"Her~Äntenne"'
distanziert, wodurch die SAR-Werte in der Hand deutlich reduziert werden.
Ein weiterer Vorteil ist der außerordentlich hohe Gewinn von 4,91 dBi,
der dadurch erzielt wird, daß die Sendeleistung ohne Absorption im
menschlichen Gewebe abgestrahlt werden kann. Es wird im Vergleich zum Stand der Technik deutlich mehr als die doppelte Leistung - bei gleicher
Speiseleistung - abgestrahlt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 3
angegeben. Auch die Weiterbildung nach Patentanspruch 3 ermöglicht es, zweckdienliche Optimierungen hinsichtlich der Integration bzw. im
elektrischen Verhalten vorzunehmen.
Einige Ausführungsbeispiele !der Erfindung sind in den nachfolgenden
Pan, Bahr und Becks Mobilfunk-PlahaS-aiiterlnehi/oärfchVlini*
Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es
zeigen
Fig. 1 schematisch eine perspektivische Darstellung der Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung
auf der vom Kopf des Benutzers abgewandten Rückseite (R) des Gehäuses von einem portablen Telekommunikationsgerät,
Fig. 2 einen gebogenen Halbwellenstrahler zur Erläuterung der grundsätzlichen Funktionsweise,
Fig. 3 eine koaxial gespeiste Microstrip-Antenne zur Erläuterung der
grundsätzlichen Funktionsweise,
Fig. 4 Details der wichtigsten Merkmale der Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung
in perspektivischer Darstellung,
Fig. 5 die verschiedenen geometrischen Abmessungen der Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung
in der Aufsicht,
Fig. 6 die verschiedenen geometrischen Abmessungen der Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung
in der Seitenansicht,
Die in Fig. 1 schematisch perspektivisch gezeigte Anordnung der
Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung auf der vom Kopf des Benutzers abgewandten Rückseite (R) des Gehäuses von einem portablen
Telekommunikationsgerät mit dem Seitenteil (S) und der Oberseite (O), visualisiert das grundsätzliche Prinzip der Erfindung. Die Strahlerplatte
(SP) wird teilweise durch eine metallisch leitende Platte (F) mit der Grundplatte (GP) galvanisch leitend verbunden. Eine Koaxialleitung
durchstößt die Grundplatte (GP) und speist die Strahlerplatte (SP) im Einspeisepunkt (E). Durch den EihspeisepunkT (E) und "die" ""inetalliscrT
leitende Platte (F) wird die Strahlerplatte (SP) in einem konstanten Abstand über der Grundplatte (GP) gehalten. Da die gesamte Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung
auf der vom Kopf des Benutzers des Mobilfunktelefons abgewandten Rückseite (R) angeordnet ist, wird der an der Vorderseite an
der Ohrmuschel anliegende Kopf nicht vom elektromagnetischen Feld involviert. Die nicht strahlende, breitere Grundplatte (GP) schirmt die
abstrahlende, schmalere Strahlerplatte (SP) zum Kopfe des Benutzers hin ab. Während die Grundplatte (GP) das Erd- bzw. Massepotential bildet,
strahlt das offene Ende der Strahlerplatte (SP) die von der Koaxialleitung eingespeiste elektromagnetische Feldenergie in den Raum. Dabei wird ein
lokal begrenzter Bereich durch die Grundplatte (GP) abgeschattet. Dieser
Pan. Bahr und Becks Mobilfunk-PlahatfaAt'eaneWorrichYttne
Bereich entspricht in etwa der typischen Größe und dem Ort des Kopfes
eines Benutzers bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Mobilfunktelefons. Durch die mit Hilfe geeigneter Computerprogramme dimensionierten
Abmessungen der einzelnen Komponenten wird die in den Raum abgestrahlte Sendeenergie hinsichtlich der Richtcharakteristik in
gewünschter Weise beeinflußt.
Das horizontale Richtdiagramm wird durch die hier vorgestellte erfindungsgemäße Antennenvorrichtung im Vergleich zu bereits bekannten
Anordnungen durch die absorbierenden Eigenschaften des Kopfes im Fernfeld nicht gestört, d. h. bei der neu erfundenen Vorrichtung ist das
horizontale Richtdiagramm weitestgehend kreisförmig. Dies bedeutet, daß die vorteilhafte Rundstrahlcharakteristik voll erhalten bleibt. Dadurch ist
die drahtlose elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem Mobilfunktelefon einerseits und der jeweiligen zugehörigen Basisstation
andererseits, stets richtungsunabhängig. Der Benutzer des Mobilfunktelefons kann sich daher völlig frei bewegen und den Kopf nach
allen Seiten drehen, stets ist die Funkverbindung optimal.
Dadurch ergeben sich zugleich zwei Vorteile. Zum einen wird bedeutend
weniger Feldenergie im Gewebe des Kopfes des Benutzers absorbiert, wodurch die spezifische Absorptionsrate (SAR) insgesamt signifikant sinkt
und zum anderen steht somit eine insgesamt im Feldraum verbleibende höhere effektive Sendeleistung zur Verfügung, wodurch der Antennenwirkungsgrad
signifikant erhöht wird. Der bei bekannten Anordnungen üblicherweise im Gewebe des Benutzers absorbierte Anteil der voh em er
Antenne abgestrahlten Sendeleistung geht bei der hier vorgestellten erfindungsgemäßen neuen Vorrichtung also nicht verloren, sondern wird
quasi um den Kopf herum geführt und noch zusätzlich abgestrahlt. Dadurch werden mit dieser Vorrichtung erheblich höhere Reichtweiten
zwischen dem Mobilfunktelefon und der jeweiligen zugehörigen Basisstation erzielt, ohne dafür die Sendeleistung erhöhen zu müssen.
Die Fig. 2 zeigt einen gebogenen Halbwellenstrahler zur Erläuterung der
grundsätzlichen Funktionsweise der Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung. Ein Dipol möge die geometrische Gesamtlänge 2*(H1+H2) besitzen, dies
wäre dann die halbe Wellenlänge der Sendefrequenz. Würde man nur eine Hälfte dieses Dipols, also lediglich die geometrische Länge (H1+H2) auf
Pan, Bahr und Becks . Mobilfunk-Pl^naranteÄn^vorriclitmne
einer sehr weit ausgedehnten metallisch leitenden Platte befestigen, so
würde man das gleiche Strahlungsverhalten erzielen, weil die andere Hälfte dieses Dipols nach dem sogenannten Spiegelungsprinzip durch die
metallisch leitende Platte in elektrischer Hinsicht ersetzt würde. Durch einen zusätzlichen Knick in der Höhe (Hl) kann man die Bauhöhe
reduzieren, die elektrisch wirksame Länge bleibt jedoch noch immer 2*(H1+H2). In der Fig. 2 wird aus einem virtuellen Einspeisepunkt (EP)
heraus ein Draht bis zur Höhe (Hl) geführt und dann abrupt mit einer Länge (H2) parallel zur Masseoberfläche geführt. Durch das sogenannte
Spiegelungsprinzip werden die gestrichelt skizzierten Strahlerteile virtuell ergänzt, die Anordnung verhält sich in elektrischer Hinsicht wie ein Dipol
mit einer Gesamtlänge von 2*(H1+H2).
Die Fig. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung in flächenhafter Form in der
Aufsicht und in der Seitenansicht. Das elektrische Grundprinzip entspricht dem eben beschriebenen, allerdings ist der Strahler nun nicht linienförmig
sondern flächenhaft. Es wird kein Draht mit einer Länge (H1+H2) verwendet, sondern eine rechteckige Metallfläche mit der Länge (L) und der Breite (W)
ist im Abstand (t) über einer ausgedehnten Metallfläche angeordnet. Zur Separation der beiden Metallflächen dient ein Dielektrikum mit der
Permittivität (er). Eine koaxiale Leitung durchstößt die ausgedehnte Metallfläche von unten. Der Innenleiter dieser koaxialen Leitung speist die
obere Metallplatte, die als Strahler wirkt. Dies ist das bekannte Prinzip einer koaxial gespeisten Microstrip-Antenne.
Es ist eine deutliche Verwandtschaft zu der hieTvörgestellfen "Mobilfunk-"
Planarantennenvorrichtung zu erkennen, deren wichtigsten Merkmale in Fig. 4 detailliert perspektivisch dargestellt sind. Die Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung
besitzt eine metallisch leitende, rechteckige planare Grundplatte (GP), welche hinsichtlich der Antenne als Masse- bzw.
Erdpotential wirkt und das zur Abstrahlung erforderliche Gegengewicht bildet und eine darüber in relativ geringem Abstand (T) parallel montierten,
metallisch leitenden rechteckigen Strahlerplatte (SP), welche zur Abstrahlung bzw. zum Empfang elektromagnetischer Feldenergie dient. Die Strahlerplatte
(SP) ist an einer Seite durch eine weitere metallisch leitende Platte (F) mit der Grundplatte (GP) galvanisch kurzgeschlossen. Die Strahlerplatte (SP)
wird in einem geometrischen Abstand (a+b) von der galvanisch
Pan, Bahr und Becks
kurzschließenden Platte (F) vom Innenleiter (IL) einer koaxialen
Hochfrequenzleitung, die durch die Grundplatte (GP) geführt wird und deren Außenleiter (AL) an der Grundplatte (GP) endet, gespeist.
Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen ist jedoch besonders zu beachten, daß die galvanisch kurzschließende metallisch leitende Platte (F)
nicht über die gesamte Länge (Ll) der Strahlerplatte (SP) ausgedehnt ist, sondern lediglich über eine gezielt dimensionierte Länge (g), die deutlich
geringer ist, als die Länge (Ll) der Strahlerplatte, einen galvanischen Kurzschluß zwischen der Strahlerplatte (SP) einerseits und der Grundplatte
(GP) andererseits erzeugt und daß der Innenleiters (IL) der koaxialen Hochfrequenzleitung nicht direkt mit der Strahlerplatte (SP) verbunden ist,
sondern die Einspeisung der hochfrequenten Energie über eine zusätzliche, seitlich an der Strahlerplatte (SP) angebrachte, metallisch leitende
Impedanzplatte (IP) mit einer Höhe (hl) und einer Länge (b + c) erfolgt.
Der Einspeisepunkt (E) des Innenleiters (IL) der koaxialen Hochfrequenzleitung
liegt dabei in einem exakt berechneten Abstand (a + b) von der galvanisch kurzschließenden metallisch leitenden Platte (F) entfernt. Alle
geometrischen Parameter der Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung sind unter Berücksichtigung der absorbierenden Eigenschaften des Kopfes bzw.
des Körpers eines Benutzers gezielt so gewählt, daß die vom Strahler ausgehende elektromagnetische Feldenergie gleichmäßig, d. h. trotz lokaler
Abschattung im Kopfbereich mit weitgehend kreisförmiger Richtcharakteristik und mit möglichst hohem Antennengewinn abgestrahlt wird. Weiterhin wird
durch diese "spezielle Art und Weise der Einspeisung effete h"f; daß" "alle"
geometrischen Parameter der Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung gezielt
so gewählt werden können, daß eine breitbandige Anpassung des Fußpunktwiderstandes
am Einspeisepunkt (E) an den Hochfrequenzsender bzw. Empfänger des Telekommunikationsgerätes im gewünschten Betriebsfrequenzbereich
erfolgt, wodurch das Abstrahlverhalten weitgehend unempfindlich gegenüber den örtlichen Veränderungen durch Bewegungen des Benutzers,
dessen Kopf und Hände oder durch benachbarte metallische Gegenstände wird.
Die von der im Mobilfunktelefon integrierten Senderendstufe zur Antenne
gelieferte Sendeleistung wird nur dann vollständig abgestrahlt, wenn keine Reflexionen auf der speisenden Koaxialleitung zum Einspeisepunkt (E) der
Pan, Bahr und Becks
Impedanzplatte (IP) stattfinden. Dazu muß die am Einspeisepunkt (E)
vorliegende Eingangsimpedanz der Antenne einen zuvor festgelegten Wert exakt einhalten. Üblicherweise wird ein reeller Widerstandswert von exakt
50 Ohm angestrebt. Dabei ist zu beachten, daß der frequenzabhängige Imaginärteil der Fußpunktimpedanz bei der angestrebten Betriebsfrequenz
(z. B. 1,9 GHz) vollständig verschwindet. Der ebenfalls frequenzabhängige Realteil der Fußpunktimpedanz hingegen muß bei der angestrebten
Betriebsfrequenz (z. B. 1,9 GHz) möglichst exakt den Wert 50 Ohm annehmen.
Diese Bedingungen können vorteilhaft durch die geeignete Wahl der in
Fig. 5 und Fig. 6 im Detail gezeigten geometrischen Abmessungen der der
Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung erfüllt werden. Mit Hilfe feldtheoretischer Computerprogramme lassen sich die elektrischen
Verhältnisse durch einen leistungsstarken Personalcomputer jedoch relativ rasch durch die geeignete Wahl der geometrischen Abmessungen für den
jeweiligen Anwendungsfall optimieren.
Die Fig. 5 zeigt die verschiedenen geometrischen Abmessungen der
Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung in der Aufsicht. Die Strahlerplatte (SP) besitzt die Weite (Wl) und die Länge (Ll). Die Grundplatte (GP) besitzt
die Weite (W2) und die Länge (L2). Die kurzschließende metallisch leitende Platte (F) ist über einen Sockel mit der Weite (f) und der Länge (g) auf der
Grundplatte (GP) verschweißt. Die Länge des kurzschließenden Bereiches bleibt somit auf den Abstand (g) beschränkt. Der Sockel ist im Abstand
(Dl) in der Weite und im Abstand (D2) in der Länge von 'der 'Bezügsecke"
der Grundplatte (GP) separiert.
Die Einspeisung der Sendeenergie erfolgt beim Einspeisepunkt (E) über die
Impedanzplatte (IP). Die Impedanzplatte (IP) befindet sich im Abstand (a) von der kurzschließenden metallisch leitenden Platte (F) entfernt und
besitzt die Länge (b + c). Im Abstand (a + b) ist der Innenleiter (IL) - mit dem
Durchmesser (DMI) - der koaxialen Speiseleitung mit der Impedanzplatte verschweißt. Der Außenleiter (AL) - mit dem Durchmesser (DMA) - der
koaxialen Speiseleitung endet bereits bei der Grundplatte (GP).
Die Fig. 6 zeigt nocheinmal die verschiedenen geometrischen Abmessungen
der Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung in der Seitenansicht. Hier sind
die zusätzlichen geometrischen Parameter wie die Höhe (hl) der
Pan, Bahr und Becks j
- 10 -
Impedanzplatte, der Abstand (T) zwischen der Strahlerplatte (SP) mit der
Dicke (dl) und der Grundplatte (GP) mit der Dicke (d2) deutlich zu erkennen.
Die in diesen Ausführungsbeispielen gezeigten Strahlerplatten (SP),
Grundplatten (GP) und Impedanzplatten (IP) sind rechteckförmig. Dies
kann für bestimmte Anwendungen nachteilig sein. Dann ist es vorteilhaft, für den jeweiligen Anwendungsfall vorteilhafte Formen zu verwenden, das
physikalische Prinzip dieser Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung wird dadurch nicht prinzipiell verändert, d. h. die geänderten elektrischen
Eigenschaften lassen sich mit Hilfe der zur Verfügung stehenden Berechnungsverfahren erfassen und durch Variation anderer geometrischer
Parameter wie z. B. die Abstände (a), (b) oder (c) lassen sich die Eigenschaften der Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung bestimmungsgemäß
optimieren.
Claims (3)
1. Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung zur Erhöhung des Antennenwirkungsgrades
bei gleichzeitiger Verringerung des Abschattungseffektes durch den Benutzer und Reduktion der spezifischen Absorptionsrate (SAR)
im Körper - insbesondere im Kopf und in den Händen - des Benutzers von portablen Telekommunikations ge raten,
- mit einer metallisch leitenden, rechteckigen planaren Grundplatte
(GP), welche hinsichtlich der Antenne als Masse- bzw. Erdpotential wirkt und das zur Abstrahlung erforderliche Gegengewicht bildet,
- mit einer darüber in relativ geringem Abstand (T) parallel montierten,
metallisch leitenden rechteckigen Strahlerplatte (SP), welche zur Abstrahlung bzw. zum Empfang elektromagnetischer Feldenergie dient,
- wobei die Strahlerplatte (SP) an einer Seite durch eine weitere metallisch
leitende Platte (F) mit der Grundplatte (GP) galvanisch kurzgeschlossen ist,
- wobei die Strahlerplatte (SP) in einem geometrischen Abstand (a+b) von
der galvanisch kurzschließenden Platte (F) vom Innenleiter (IL) einer
koaxialen Hochfrequenzleitung, die durch die Grundplatte (GP) geführt wird und deren Außenleiter (AL) an der Grundplatte (GP) endet, gespeist
wird,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die galvanisch kurzschließende metallisch leitende Platte (F) nkht
über die gesamte Länge (Ll) der Strahlerplatte (SP) ausgedehnt ist, sondern lediglich über eine gezielt dimensionierte Länge (g), die deutlich geringer
ist, als die Länge (Ll) der Strahlerplatte, einen galvanischen Kurzschluß zwischen der Strahlerplatte (SP) einerseits und der Grundplatte (GP)
andererseits erzeugt,
- daß der Innenleiters (IL) der koaxialen Hochfrequenzleitung nicht
direkt mit der Strahlerplatte (SP) verbunden ist, sondern die Einspeisung der hochfrequenten Energie über eine zusätzliche, seitlich an der
Strahlerplatte (SP) angebrachte, metallisch leitende Impedanzplatte (IP) mit einer Höhe (hl) und einer Länge (b + c) erfolgt,
- wobei der Einspeisepunkt (E) des Innenleiters (IL) der koaxialen
Pan, Bahr und Becks
Hochfrequenzleitung in einem exakt berechneten Abstand (a + b) von der
galvanisch kurzschließenden metallisch leitenden Platte (F) entfernt liegt und
- wobei alle geometrischen Parameter der Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung
unter Berücksichtigung der absorbierenden Eigenschaften des Kopfes bzw. des Körpers eines Benutzers gezielt so gewählt sind, daß die
vom Strahler ausgehende elektromagnetische Feldenergie gleichmäßig; d. h.
trotz lokaler Abschattung im Kopfbereich mit weitgehend kreisförmiger
Richtcharakteristik und mit möglichst hohem Antennengewinn abgestrahlt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle geometrischen Parameter der Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung gezielt
so gewählt sind, daß eine breitbandige Anpassung des Fußpunktwiderstandes am Einspeisepunkt (E) an den Hochfrequenzsender bzw. Empfänger des
Telekommunikationsgerätes im gewünschten Betriebsfrequenzbereich erfolgt, wodurch das Abstrahlverhalten weitgehend unempfindlich gegenüber den
örtlichen Veränderungen durch Bewegungen des Benutzers, dessen Kopf und Hände oder durch benachbarte metallische Gegenstände wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Strahlerplatte (SP) als auch die Grundplatte (GP) nicht
ausschließlich rechteckig sind, sondern in jeder beliebigen geeigneten geometrischen Form wie z. B. Dreiecke, Fünfecke, Kreise oder Teile davon
ausgebildet sein können, wenn dies zweckdienlich ist.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29710028U DE29710028U1 (de) | 1996-05-02 | 1997-03-20 | Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19617587 | 1996-05-02 | ||
| DE29710028U DE29710028U1 (de) | 1996-05-02 | 1997-03-20 | Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29710028U1 true DE29710028U1 (de) | 1997-08-21 |
Family
ID=7793098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29710028U Expired - Lifetime DE29710028U1 (de) | 1996-05-02 | 1997-03-20 | Mobilfunk-Planarantennenvorrichtung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29710028U1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19815322A1 (de) * | 1998-04-06 | 1999-10-07 | Kreitmair Steck Wolfgang | Reflektorantenne für analoge und digitale mobile Telefone (GSM, DECT, UMTS etc.) |
-
1997
- 1997-03-20 DE DE29710028U patent/DE29710028U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19815322A1 (de) * | 1998-04-06 | 1999-10-07 | Kreitmair Steck Wolfgang | Reflektorantenne für analoge und digitale mobile Telefone (GSM, DECT, UMTS etc.) |
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| R207 | Utility model specification |
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