DE60001571T2 - Flat monopole antenna - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flachplattenantenne. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Flachplatten-Monopolantenne, welche zur Verwendung bei mobilen drahtlosen Datenübertragungsvorrichtungen geeignet ist.The present invention relates to a flat plate antenna. In particular, the present invention relates to a flat plate monopole antenna suitable for use in mobile wireless data transmission devices.
Herkömmliche drahtlose Datenübertragungsvorrichtungen, wie etwa Zellularnetz-Telefone, verwenden typischerweise eine Monopolantenne, um elektronische Informationen zu übertragen und zu empfangen. Die herkömmliche Zellularnetz-Monopolantenne umfaßt ein röhrenförmiges Antennenelement, welches an dem Gehäuse des Zellularnetz-Telefons geerdet ist, und eine Metallstange, welche in dem geerdeten röhrenförmigen Antennenelement angeordnet ist. Um die großen Antennengewinn- und Bandbreitenwerte, welche zur Zellularnetz-Datenübertragung erforderlich sind, zu erreichen, muß die Monopolantenne generell beträchtlich länger als die Länge des Gehäuses des Zellularnetz- Telefons sein. Da eine lange Monopolantenne die Handlichkeit des Zellularnetz-Telefons beeinträchtigen würde, wird die Monopolantenne typischerweise in Form einer Reihe von Teleskop- Monopolantennen-Abschnitten hergestellt, welche es ermöglichen, die Monopolantenne in das Telefongehäuse einzuziehen, wenn sich das Zellularnetz-Telefon nicht in Verwendung befindet. Die Monopolantenne muß jedoch nach wie vor ausgezogen werden, um die erforderlichen Antennengewinn- und Bandbreitenwerte zu erhalten, welche zur Zellularnetz-Datenübertragung erforderlich sind. Demgemäß wurden Versuche unternommen, die Größe der Monopolantenne zu vermindern, ohne Antennengewinn und Bandbreite zu beeinträchtigen.Conventional wireless data transmission devices, such as cellular telephones, typically use a monopole antenna to transmit and receive electronic information. The conventional cellular telephone monopole antenna includes a tubular antenna element grounded to the housing of the cellular telephone and a metal rod disposed within the grounded tubular antenna element. In order to achieve the high antenna gain and bandwidth values required for cellular telephone data transmission, the monopole antenna must generally be considerably longer than the length of the housing of the cellular telephone. Since a long monopole antenna would impair the portability of the cellular telephone, the monopole antenna is typically manufactured in the form of a series of telescoping monopole antenna sections which allow the monopole antenna to be retracted into the telephone housing when the cellular telephone is not in use. However, the monopole antenna must still be extended to achieve the required antenna gain and bandwidth values. required for cellular network data transmission. Accordingly, attempts have been made to reduce the size of the monopole antenna without compromising antenna gain and bandwidth.
Beispielsweise offenbart Yokohama (US 4,791,423) eine Streifenleitungsantenne, welche zur Verwendung bei einem Mobiltelefon geeignet ist. Die Streifenleitungsantenne umfaßt eine erste rechteckige leitende Erdelektrode, eine rechteckige leitende Strahlerplatte, welche parallel zu der leitenden Erdelektrode verläuft, einen Speisestift, welcher in dem Substrat zwischen der ersten leitenden Erdelektrode und der leitenden Strahlerplatte angeordnet ist, und eine erste und eine dritte leitende Erdelektrode, welche an gegenüberliegenden Enden der ersten leitenden Erdelektrode angeordnet sind und lotrecht zu der ersten leitenden Erdelektrode und der Hülle der leitenden Strahlerplatte verlaufen, um die Strahlneigungswerte der Antenne zu verbessern. Die zweite leitende Erdelektrode dient als leitende Verbindungsplatte, welche die erste leitende Erdelektrode mit der leitenden Strahlerplatte verbindet. Bei einer Abwandlung, welche in Fig. 4a des vorliegenden Patents dargestellt ist, umfaßt die Schaltantenne ein ebenes passives Element, welches über und in enger Nähe zu der leitenden Strahlerplatte angeordnet ist, um die Impedanzanpassung der Antenne zu ermöglichen.For example, Yokohama (US 4,791,423) discloses a stripline antenna suitable for use in a mobile phone. The stripline antenna comprises a first rectangular conductive ground electrode, a rectangular conductive radiating plate extending parallel to the conductive ground electrode, a feed pin disposed in the substrate between the first conductive ground electrode and the conductive radiating plate, and first and third conductive ground electrodes disposed at opposite ends of the first conductive ground electrode and perpendicular to the first conductive ground electrode and the shell of the conductive radiating plate to improve the beam tilt characteristics of the antenna. The second conductive ground electrode serves as a conductive connection plate connecting the first conductive ground electrode to the conductive radiating plate. In a variation shown in Figure 4a of the present patent, the switching antenna includes a planar passive element disposed above and in close proximity to the conductive radiator plate to enable impedance matching of the antenna.
Nakase (US 5,061,939) offenbart eine Flachplattenantenne, welche zur Verwendung bei einem Mobiltelefon geeignet ist. Die Flachplattenantenne umfaßt eine rechteckige leitende Erdelektrode, eine ovale leitende obere Strahlerplatte, welche parallel zu der Erdelektrode verläuft, eine Vielzahl länglicher Verbindungselemente, welche zwischen der Erdelektrode und der oberen Platte angeordnet sind, um die obere Platte elektrisch mit der Erdelektrode zu verbinden, und einen Streifenleitungsresonator, welcher zwischen der Erdelektrode und der oberen Platte angeordnet ist. Der Streifenleitungsresonator umfaßt eine Speiseleitung und eine Kondensatorelektrode, welche bei der Mitte unter der oberen Platte angeordnet ist, um die Resonanzfrequenz der Antenne einzustellen.Nakase (US 5,061,939) discloses a flat plate antenna suitable for use in a mobile telephone. The flat plate antenna comprises a rectangular conductive ground electrode, an oval conductive upper radiating plate extending parallel to the ground electrode, a plurality of elongated connecting elements disposed between the ground electrode and the upper plate to electrically connect the upper plate to the ground electrode, and a stripline resonator disposed between the ground electrode and the upper plate. The stripline resonator comprises a feed line and a capacitor electrode which is arranged at the center under the upper plate to adjust the resonance frequency of the antenna.
Yokohama (US 5,148,181) offenbart eine mobile Funkdatenübertragungsvorrichtung mit einer geeigneten Antenne, um zu verhindern, daß der Antennengewinn bei der Bedienung der Datenübertragungsvorrichtung durch den Kopf und/oder die Hände des Verwenders vermindert wird. Die Antenne ist an der oberen Fläche des Gehäuses der Datenübertragungsvorrichtung angebracht und umfaßt eine rechteckige erste leitende Platte, eine rechteckige zweite leitende Platte, welche unter der ersten leitenden Platte angeordnet ist und parallel zu dieser verläuft, und eine rechteckige dritte leitende Platte, welche lotrecht von der ersten und der zweiten leitenden Platte ausgehend verläuft. Die erste leitende Platte ist in einem Abstand von der oberen Fläche des Gehäuses der Datenübertragungsvorrichtung angeordnet. Die Antenne umfaßt ferner eine Kurzschlußplatte, welche lotrecht zu der ersten leitenden Platte verläuft und mit der oberen Fläche des Gehäuses in der Nähe des Ortes des Ohrstücks und des Mundstücks verbunden ist.Yokohama (US 5,148,181) discloses a mobile radio data transmission device with an antenna suitable for preventing the antenna gain from being reduced by the user's head and/or hands when operating the data transmission device. The antenna is mounted on the upper surface of the housing of the data transmission device and comprises a rectangular first conductive plate, a rectangular second conductive plate arranged below and parallel to the first conductive plate, and a rectangular third conductive plate extending perpendicularly from the first and second conductive plates. The first conductive plate is arranged at a distance from the upper surface of the housing of the data transmission device. The antenna further comprises a shorting plate extending perpendicularly to the first conductive plate and connected to the upper surface of the housing near the location of the earpiece and mouthpiece.
Boubouleix (US 4,491,843) offenbart eine Dipolantenne, welche einen parallelepipedförmigen Metallkasten, einen Verstärker, welcher in dem Metallkasten angeordnet ist, eine Metallplatte, welche in der Nähe der oberen Endfläche des Metallkastens angeordnet ist, und eine Induktionsspule, welche durch die obere Endfläche verläuft, umfaßt. Die Induktionsspule ist an einem Ende mit der Metallplatte und an dem gegenüberliegenden Ende mit dem Verstärker verbunden.Boubouleix (US 4,491,843) discloses a dipole antenna comprising a parallelepiped-shaped metal box, an amplifier disposed in the metal box, a metal plate disposed near the upper end face of the metal box, and an induction coil passing through the upper end face. The induction coil is connected at one end to the metal plate and at the opposite end to the amplifier.
Delaveaud ("Small-sized Low-profile Antenna to Replace Monopole Antennas", Electronics Letters, Bd. 34, Nr. 8, GB, IEE Stevenage, 16. April 1998) offenbart eine Monopolantenne, welche einen parallelepipedförmigen Metallkasten, eine Metallplatte und eine koaxiale Speisesonde umfaßt. Der Metallkasten weist eine obere ebene Erdungsfläche auf, und die Metallplatte ist in der Nähe der Erdungsfläche angeordnet. Die koaxiale Speisesonde verläuft durch die Erdungsfläche des Metallkastens. Der Leiter in der Mitte der Sonde ist an einem Ende mit der Mitte der Metallplatte verbunden. Der äußere Leiter der Sonde ist an einem Ende mit der Metallplatte und an dem gegenüberliegenden Ende mit der Erdungsfläche verbunden.Delaveaud ("Small-sized Low-profile Antenna to Replace Monopole Antennas", Electronics Letters, Vol. 34, No. 8, GB, IEE Stevenage, April 16, 1998) discloses a monopole antenna, which comprises a parallelepiped-shaped metal box, a metal plate and a coaxial feed probe. The metal box has an upper flat grounding surface and the metal plate is arranged near the grounding surface. The coaxial feed probe passes through the grounding surface of the metal box. The conductor in the middle of the probe is connected at one end to the center of the metal plate. The outer conductor of the probe is connected at one end to the metal plate and at the opposite end to the ground surface.
Yokohama, Nakase, Boubouliex und Delaveaud schaffen eine Antenne, welche wesentlich kleiner als die Teleskop- Monopolantenne ist. In jedem Fall werden jedoch die Bandbreiten-, Resonanzfrequenz- und Eingangsimpedanzwerte der Antenne durch feste Parameter bestimmt, wie etwa die Maße der leitenden Platten und die Entfernung zwischen den leitenden Platten. Infolgedessen müssen Herstellungstoleranzen aufmerksam beachtet werden, um die geeigneten Arbeitskennwerte für die Antenne zu erreichen. Daher verbleibt ein Bedarf an einer Monopolantenne, welche wesentlich kleiner als die herkömmliche Monopol- Teleskopantenne ist und deren Arbeitskennwerte nicht durch Abweichungen von Herstellungstoleranzen beeinträchtigt werden.Yokohama, Nakase, Boubouliex and Delaveaud create an antenna that is much smaller than the telescopic monopole antenna. In each case, however, the bandwidth, resonant frequency and input impedance values of the antenna are determined by fixed parameters such as the dimensions of the conductive plates and the distance between the conductive plates. As a result, manufacturing tolerances must be carefully considered in order to achieve the appropriate operating characteristics for the antenna. Therefore, there remains a need for a monopole antenna that is much smaller than the conventional telescopic monopole antenna and whose operating characteristics are not affected by variations in manufacturing tolerances.
Erfindungsgemäß werden eine drahtlose Datenübertragungsvorrichtung und eine Monopolantenne geschaffen, welche Unzulänglichkeiten der Monopolantenne des Stands der Technik betreffen.According to the invention, a wireless data transmission device and a monopole antenna are provided which address shortcomings of the prior art monopole antenna.
Die erfindungsgemäße Monopolantenne umfaßt eine leitende Masseebene, eine leitende Strahlerplatte, einen Antennenkopplungsanschluß und ein Schwingkreisnetz zum Definieren von Arbeitskennwerten der Antenne. Die leitende Strahlerplatte ist in Abstand von der Masseebene angeordnet und definiert gemeinsam mit der Masseebene einen Hohlraum dazwischen. Der Antennenkopplungsanschluß befindet sich in Verbindung mit dem Hohlraum und ist gegen die Masseebene und die Strahlerplatte elektrisch isoliert. Das Schwingkreisnetz umfaßt ein induktives Element, welches zwischen dem Kopplungsanschluß und der Strahlerplatte elektrisch angekoppelt ist.The monopole antenna according to the invention comprises a conductive ground plane, a conductive radiator plate, an antenna coupling connection and a resonant circuit network for defining operating characteristics of the antenna. The conductive radiator plate is arranged at a distance from the ground plane and together defines with the ground plane and a cavity in between. The antenna coupling terminal is connected to the cavity and is electrically insulated from the ground plane and the radiator plate. The resonant circuit network comprises an inductive element which is electrically coupled between the coupling terminal and the radiator plate.
Die erfindungsgemäße drahtlose Datenübertragungsvorrichtung umfaßt ein leitendes Gehäuse zum Aufnehmen von Hardware zur drahtlosen Datenübertragung darin; eine leitende Strahlerplatte, welche in Abstand von dem Gehäuse angeordnet ist und gemeinsam mit der Masseebene eine Antenne definiert; und ein Schwingkreisnetz zum Definieren von Arbeitskennwerten der Antenne. Das leitende Gehäuse umfaßt einen Antennenübertragungskanal zum Verbinden mit der Datenübertragungshardware. Das Schwingkreisnetz umfaßt ein induktives Element, welches zwischen dem Übertragungskanal und der Strahlerplatte elektrisch angekoppelt ist.The wireless data transmission device according to the invention comprises a conductive housing for receiving hardware for wireless data transmission therein; a conductive radiating plate which is arranged at a distance from the housing and together with the ground plane defines an antenna; and a resonant circuit network for defining operating characteristics of the antenna. The conductive housing comprises an antenna transmission channel for connecting to the data transmission hardware. The resonant circuit network comprises an inductive element which is electrically coupled between the transmission channel and the radiating plate.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das induktive Element in dem Hohlraum angeordnet und umfaßt einen ersten Luftkernwicklungs-Drahtinduktionsspulenabschnitt, welcher zwischen der Strahlerplatte und dem Kopplungsanschluß elektrisch angekoppelt ist, und einen zweiten Luftkernwicklungs-Drahtinduktionsspulenabschnitt, welcher zwischen dem Kopplungsanschluß und der Masseebene elektrisch angekoppelt ist. Jeder Induktionsspulenabschnitt weist eine Anzahl von Drahtwindungen auf, und das Schwingkreisnetz versorgt die Antenne mit einer Resonanzfrequenz, welche entsprechend der Anzahl der Drahtwindungen festgelegt ist.In a preferred embodiment of the invention, the inductive element is disposed in the cavity and comprises a first air core wound wire induction coil section electrically coupled between the radiator plate and the coupling terminal and a second air core wound wire induction coil section electrically coupled between the coupling terminal and the ground plane. Each induction coil section has a number of turns of wire and the resonant circuit network provides the antenna with a resonant frequency determined according to the number of turns of wire.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden lediglich beispielhaft unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei:The preferred embodiment of the invention is described below by way of example only with reference to the drawing, in which:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen drahtlosen Datenübertragungsvorrichtung ist, welche das leitende Gehäuse (Antennenmasseebene), die Strahlerplatte und das Schwingkreisnetz darstellt;Fig. 1 is a perspective view of the wireless data transmission device according to the invention, showing the conductive housing (antenna ground plane), the radiator plate and the resonant circuit network;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des oberen Endes der in Fig. 1 dargestellten drahtlosen Datenübertragungsvorrichtung ist, welche die Luftkernwicklungs- Drahtinduktionsspulenabschnitte des Schwingkreisnetzes darstellt;Fig. 2 is an enlarged view of the upper end of the wireless data transmission device shown in Fig. 1, showing the air core wound wire induction coil sections of the resonant circuit network;
Fig. 3 eine Längsschnittsansicht einer Abwandlung der drahtlosen Datenübertragungsvorrichtung ist, wobei diese eine gekrümmt gestaltete Strahlerplatte umfaßt;Fig. 3 is a longitudinal sectional view of a modification of the wireless data transmission device, comprising a curved shaped radiator plate;
Fig. 4 eine seitliche Ansicht einer weiteren Abwandlung der drahtlosen Datenübertragungsvorrichtung ist, wobei diese eine Strahlerplatte umfaßt, welche gegen das leitende Gehäuse geneigt ist;Fig. 4 is a side view of another variation of the wireless data transmission device, comprising a radiator plate inclined against the conductive housing;
Fig. 5a eine schematische Ansicht der drahtlosen Datenübertragungsvorrichtung ist, welche Maßsymbole gemäß Verwendung in der vorliegenden Schrift umfaßt; undFig. 5a is a schematic view of the wireless data transmission device including dimensional symbols as used in the present specification; and
Fig. 5b eine vergrößerte schematische Ansicht des oberen Endes der drahtlosen Datenübertragungsvorrichtung ist, welche weitere Maßsymbole gemäß Verwendung in der vorliegenden Schrift umfaßt.Fig. 5b is an enlarged schematic view of the upper end of the wireless data transmission device, including further dimensional symbols as used in the present specification.
In Fig. 1 ist eine drahtlose Datenübertragungsvorrichtung, generell mit 100 bezeichnet, dargestellt, welche ein leitendes Gehäuse 102, eine leitende Strahlerplatte 104, welche in Abstand von dem Gehäuse 102 angeordnet ist, und einen Hohlraum 106, welcher zwischen dem Gehäuse 102 und der Strahlerplatte 104 definiert ist, umfaßt. Vorzugsweise weist das Gehäuse 102 eine generell rechteckige parallelepipedförmige Gestalt auf, welche geeignet aufgebaut ist, um eine Schaltungsanordnung zur drahtlosen Datenübertragung darin aufzunehmen, und umfaßt ein Paar gegenüberliegender Stirnflächen 108a, 108b, ein Paar gegenüberliegender Seiten 110a, 110b und ein Paar gegenüberliegender Enden 112a, 112b. Ferner ist das Gehäuse 102 vorzugsweise als drahtloses Telefonhandgerät gestaltet, und die Schaltungsanordnung zur drahtlosen Datenübertragung, welche in dem Gehäuse 102 aufgenommen ist, arbeitet als drahtloses Telefon. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß das Gehäuse 102 entsprechend den Anforderungen der Anwendung andere Gestalten annehmen kann und die Schaltungsanordnung zur drahtlosen Datenübertragung eine andere Funktion als die eines drahtlosen Telefons erfüllen kann.In Fig. 1, a wireless data transmission device, generally designated 100, is shown comprising a conductive housing 102, a conductive radiating plate 104 spaced from the housing 102, and a cavity 106 defined between the housing 102 and the radiating plate 104. Preferably, the housing 102 has a generally rectangular parallelepiped shape adapted to receive wireless data transmission circuitry therein, and includes a pair of opposed faces 108a, 108b, a pair of opposed sides 110a, 110b, and a pair of opposed ends 112a, 112b. Furthermore, the housing 102 is preferably designed as a wireless telephone handset and the wireless data transmission circuitry housed in the housing 102 functions as a wireless telephone. However, it should be noted that the housing 102 may take on other shapes and the wireless data transmission circuitry may perform a function other than that of a wireless telephone, depending on the requirements of the application.
Wie genauer in Fig. 2 dargestellt, umfaßt das Gehäuse 102 einen Antennenübertragungskanal 114 und einen Antennenkopplungsanschluß 116, welcher durch den Übertragungskanal 114 verläuft. Der Kopplungsanschluß 116 verläuft in den Hohlraum 106 hinein und ist gegen das Gehäuse 102 und die Strahlerplatte 104 elektrisch isoliert. Ferner ist der Kopplungsanschluß 116 mit der Datenübertragungshardware, welche in dem Gehäuse 102 angeordnet ist, verbunden und ermöglicht es, daß die Datenübertragungs-Hardware Daten als elektromagnetische Wellen überträgt und empfängt.As shown in more detail in Fig. 2, the housing 102 includes an antenna transmission channel 114 and an antenna coupling port 116 extending through the transmission channel 114. The coupling port 116 extends into the cavity 106 and is electrically isolated from the housing 102 and the radiator plate 104. Furthermore, the coupling port 116 is connected to the data transmission hardware disposed in the housing 102 and enables the data transmission hardware to transmit and receive data as electromagnetic waves.
Die Strahlerplatte 104 wirkt mit dem Gehäuse 102 zusammen, um eine Monopolantenne zu definieren, wobei das Gehäuse 102 als leitende Masseebene für die Antenne wirkt. Vorzugsweise umfaßt die Strahlerplatte 104 eine rechteckige ebene leitende Platte, welche aus Kupfer oder Aluminium hergestellt ist. Die Strahlerplatte 104 kann jedoch jede andere Gestalt annehmen, welche für eine ordnungsgemäße Arbeitsweise der Antenne geeignet ist. Beispielsweise ist die Strahlerplatte bei einer Abwandlung, dargestellt in Fig. 3, mit einer gekrümmten Gestalt hergestellt. Ferner kann die Strahlerplatte 104 die gleichen oder verschiedene Maße wie das Gehäuse 102 aufweisen.The radiator plate 104 cooperates with the housing 102 to define a monopole antenna, with the housing 102 acting as a conductive ground plane for the antenna. Preferably the radiating plate 104 comprises a rectangular flat conductive plate made of copper or aluminum. However, the radiating plate 104 may take any other shape suitable for proper operation of the antenna. For example, in a variation shown in Fig. 3, the radiating plate is made with a curved shape. Furthermore, the radiating plate 104 may have the same or different dimensions as the housing 102.
Wie in Fig. 1 dargestellt, wird die Strahlerplatte 104 vorzugsweise im wesentlichen parallel zu den Gehäuseenden 112 und rechtwinklig zu den Gehäusestirnflächen 108 angeordnet. Die Strahlerplatte 104 kann jedoch auch in anderen Winkeln zu den Gehäusestirnflächen 108 geeignet befestigt werden, um das Antennendiagramm der Monopolantenne zu ändern. Beispielsweise ist in Fig. 4 eine drahtlose Datenübertragungsvorrichtung 100' dargestellt, bei welcher das Ende 112a' und die Strahlerplatte 104 gegen die Gehäusestirnflächen 108 geneigt sind. Alternativ kann die Strahlerplatte 104 geringfügig gegen das Gehäuseende 112a geneigt sein.As shown in Fig. 1, the radiator plate 104 is preferably arranged substantially parallel to the housing ends 112 and perpendicular to the housing faces 108. However, the radiator plate 104 can also be mounted at other angles to the housing faces 108 to change the antenna pattern of the monopole antenna. For example, Fig. 4 shows a wireless data transmission device 100' in which the end 112a' and the radiator plate 104 are inclined toward the housing faces 108. Alternatively, the radiator plate 104 can be slightly inclined toward the housing end 112a.
Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, umfaßt die drahtlose Datenübertragungsvorrichtung 100 ferner ein Schwingkreisnetz 118, welches in Verbindung mit den Maßen der Strahlerplatte 104 und des Hohlraums 106 die Arbeitskennwerte der Monopolantenne definiert. Das Schwingkreisnetz 118 ist in dem Hohlraum 106 angeordnet und umfaßt ein induktives Antennenelement, welches mit dem Kopplungsanschluß 116, der Strahlerplatte 104 und dem Gehäuse 102 elektrisch gekoppelt ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß das Schwingkreisnetz 118 nicht darauf begrenzt ist, lediglich ein einziges induktives Antennenelement zu umfassen. Beispielsweise umfaßt das Schwingkreisnetz 118 bei einer (nicht dargestellten) Abwandlung zum Erweitern der Bandbreite der Antenne eine Vielzahl getrennter induktiver Antennenelemente, wobei jedes davon mit dem Kopplungsanschluß 116 und jeweiligen Stellen an der Strahlerplatte 104 und dem Gehäuse 102 elektrisch gekoppelt ist.As shown in Figures 1 and 2, the wireless data transmission device 100 further includes a resonant circuit network 118 which, in conjunction with the dimensions of the radiator plate 104 and the cavity 106, defines the operating characteristics of the monopole antenna. The resonant circuit network 118 is disposed in the cavity 106 and includes an inductive antenna element which is electrically coupled to the coupling terminal 116, the radiator plate 104 and the housing 102. It should be noted, however, that the resonant circuit network 118 is not limited to comprising only a single inductive antenna element. For example, in a variation (not shown) to extend the bandwidth of the antenna, the resonant circuit network 118 includes a plurality of separate inductive antenna elements, each of which is electrically coupled to the coupling terminal 116 and respective locations on the radiator plate 104 and the housing 102.
Das induktive Antennenelement umfaßt einen ersten Induktionsspuleabschnitt 120, welcher zwischen der Strahlerplatte 104 und dem Kopplungsanschluß 116 elektrisch angekoppelt ist, und einen zweiten Induktionsspulenabschnitt 122, welcher zwischen dem Kopplungsanschluß 116 und dem Gehäuse 102 elektrisch angekoppelt ist. Vorzugsweise werden der erste Induktionsspulenabschnitt 120 und der zweite Induktionsspulenabschnitt 122 auf einem gemeinsamen Kern miteinander gekoppelt.The inductive antenna element includes a first induction coil section 120 electrically coupled between the radiator plate 104 and the coupling terminal 116, and a second induction coil section 122 electrically coupled between the coupling terminal 116 and the housing 102. Preferably, the first induction coil section 120 and the second induction coil section 122 are coupled together on a common core.
Das Schwingkreisnetz 118 umfaßt ferner ein kapazitives Antennenelement, welches durch die Maße des Gehäuses 102, der Strahlerplatte 104 und des Hohlraums 106 definiert ist. Das induktive Antennenelement ist parallel zu dem kapazitiven Antennenelement angeordnet, wobei das kapazitive Antennenelement und das induktive Antennenelement zusammen einen Parallelschwingkreis bilden. Wie zu ersehen ist, ist die Resonanzfrequenz der Monopolantenne entsprechend der Kapazität des kapazitiven Antennenelements und der Induktivität des induktiven Antennenelements festgelegt.The resonant circuit network 118 further includes a capacitive antenna element which is defined by the dimensions of the housing 102, the radiator plate 104 and the cavity 106. The inductive antenna element is arranged parallel to the capacitive antenna element, the capacitive antenna element and the inductive antenna element together forming a parallel resonant circuit. As can be seen, the resonant frequency of the monopole antenna is set according to the capacitance of the capacitive antenna element and the inductance of the inductive antenna element.
Vorzugsweise umfaßt der Hohlraum 106 einen Luftraum, und die Induktionsspulenabschnitte 120, 122 umfassen Luftkernwicklungs-Drahtinduktionsspulenabschnitte, welche jeweils eine entsprechende Anzahl von Drahtwindungen aufweisen, so daß die Resonanzfrequenz der Monopolantenne durch die Anzahl der Drahtwindungen jedes Induktionsspulenabschnitts 120, 122 definiert ist. Alternativ kann der Hohlraum 106 eine dielektrische bzw. eine Unterstützungsstruktur, welche die Strahlerplatte 104 unterstützt, umfassen. Ferner umfaßt der bei den Drahtinduktionsspulenabschnitten 120, 122 verwendete Draht einen flexiblen Draht, um es zu ermöglichen, die Entfernung zwischen der Strahlerplatte 104 und dem Ende 112a (und daher die Kapazität des kapazitiven Antennenelements) einzustellen. In dieser Weise kann die Resonanzfrequenz der Monopolantenne eingestellt werden, um Abweichungen bei den Herstellungstoleranzen auszugleichen.Preferably, the cavity 106 includes an air space and the induction coil sections 120, 122 include air core wound wire induction coil sections each having a corresponding number of wire turns such that the resonant frequency of the monopole antenna is defined by the number of wire turns of each induction coil section 120, 122. Alternatively, the cavity 106 may include a dielectric or support structure that supports the radiating plate 104. Further, the wire used in the wire induction coil sections 120, 122 includes a flexible wire to allow the distance between the radiating plate 104 and the end 112a (and hence the capacitance of the capacitive antenna element). In this way, the resonance frequency of the monopole antenna can be adjusted to compensate for variations in manufacturing tolerances.
Wie zu ersehen ist, ist der Eingangswiderstand der Monopolantenne durch die Anzahl der Drahtwindungen (und daher die Induktivitäten) der Drahtinduktionsspulenabschnitte 120, 122 bestimmt. Demgegenüber ist die Kapazität des kapazitiven Antennenelements durch die Größe und die Gestalt der Strahlerplatte 104 und des Gehäuses 102 bestimmt. Dementsprechend bietet die vorliegende Erfindung den wesentlichen Vorteil, es zu ermöglichen, die Eingangsimpedanz der Monopolantenne der der Schaltungsanordnung zur drahtlosen Datenübertragung durch Einstellen der Anzahl der Drahtwindungen anzupassen, während es ferner ermöglicht wird, die Resonanzfrequenz und die Bandbreite der Antenne durch Ändern der Maße der Strahlerplatte 104 und/oder des Gehäuses 102 wunschgemäß einzustellen. In jedem Fall jedoch bleiben die Länge und die Breite der Strahlerplatte 104 und des Endes 112a unter 10% der Arbeitswellenlänge der Antenne bei der Resonanzfrequenz.As can be seen, the input resistance of the monopole antenna is determined by the number of wire turns (and therefore the inductances) of the wire induction coil sections 120, 122. In contrast, the capacitance of the capacitive antenna element is determined by the size and shape of the radiator plate 104 and the housing 102. Accordingly, the present invention offers the significant advantage of enabling the input impedance of the monopole antenna to be matched to that of the wireless data transmission circuitry by adjusting the number of wire turns, while also enabling the resonant frequency and bandwidth of the antenna to be adjusted as desired by changing the dimensions of the radiator plate 104 and/or the housing 102. In any case, however, the length and width of the radiator plate 104 and the end 112a remain less than 10% of the operating wavelength of the antenna at the resonant frequency.
Die folgende Tabelle beschreibt Beispiele von Resonanzfrequenzen, welche durch Verwenden mehrerer verschiedener Maßänderungen der vorliegenden Erfindung erhalten wurden. Beispielsweise sind die Symbole W, L, H, D, N1 und N2 gemäß nachfolgender Verwendung in den Fig. 5a, 5b dargestellt. Bei einer gegebenen Antennenlänge des herkömmlichen Zellularnetz- Telefons von etwa 77 mm (wobei dieses in dem GSM-Band arbeitet), zeigt die folgende Tabelle die wesentlichen Höhenverminderungen auf, welche mit der vorliegenden Erfindung gleichfalls erreichbar sind. The following table describes examples of resonant frequencies obtained by using several different dimensional changes of the present invention. For example, the symbols W, L, H, D, N1 and N2 are shown as used below in Figures 5a, 5b. Given a conventional cellular network phone antenna length of about 77 mm (operating in the GSM band), the following table shows the significant height reductions that are also achievable with the present invention.
* = alle Maße sind in Millimeter (mm) angegeben* = all dimensions are given in millimeters (mm)
Die vorliegende Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert, wobei die vorangehende Beschreibung lediglich das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. Gewöhnlich Fachkundige können bestimmte Ergänzungen, Weglassungen und/oder Abwandlungen des beschriebenen Ausführungsbeispiels entwerfen, welche, obgleich nicht explizit in der vorliegenden Schrift beschrieben, nicht von Prinzip oder Umfang der Erfindung gemäß Definition durch die beigefügten Ansprüche abweichen.The present invention is defined by the appended claims, with the foregoing description representing only the preferred embodiment of the invention. Those of ordinary skill in the art can devise certain additions, omissions and/or modifications to the described embodiment which, although not explicitly described in the present specification, do not depart from the principle or scope of the invention as defined by the appended claims.
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