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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft kompakte Antennensysteme, insbesondere Antennenbauten,
die auf mehreren Frequenzbändern
arbeiten. Die Erfindung ist auf eine Antenne gemäß Anspruch 1 gerichtet.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Eine
herkömmliche
Mikrostreifenantenne umfasst eine Masseplatte und einen Strahler,
der durch eine dielektrische Schicht davon isoliert ist. Die Resonanzfrequenz
der Mikrostreifenantenne hängt von
den Dimensionen des Strahlers und den Abständen zwischen dem Strahler
und der Masseplatte ab. Mikrostreifenbauten sind allgemein beispielsweise
im „Handbook
of Microstrip Antennas" von
J.R. James und P.S. Hall (Hrsg.), Ausgabe 1, Peter Peregrinus Ltd,
London 1989 und in „Analysis,
Design, and Measurement of Small and Low-Profile Antennas" von K. Hirasawa
und M. Haneishi, Artech House, Boston 1992, beschrieben. Aus dem
Stand der Technik sind Mikrostreifenantennenbauten bekannt, bei denen
eine Kante des Strahlers mit der Masseplatte kurzgeschlossen ist.
Bei Nutzung einer derartigen Anordnung kann eine vorgegebene Resonanzfrequenz
mit erheblich kleineren physischen Dimensionen als die einfachste,
oben beschriebene Mikrostreifenantenne erzielt werden. 1 zeigt
eine derartige Mikrostreifenantenne im Querschnitt. 1 zeigt eine
Masseplatte 20, einen Strahler 10 und eine Zuleitung 30.
Der Strahler 10 ist an seinem ersten Ende mit der Masseplatte 20 über ein
Kurzschlussteil 11 kurzgeschlossen. Das zweite Ende des
Strahlers ist offen. 1 zeigt nicht spezifisch das
dielektrische Medium, das beispielsweise Luft sein kann. Mikrostreifenantennen
sind häufig
auf Leiterplatten implementiert, in welchem Falle sich das übliche Leiterplattenmaterial
zwischen dem Strahler 10 und der Masseplatte 20 befindet.
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Ein
typisches Problem bei planen Antennenbauten gemäß dem Stand der Technik ist
ihre Stärke und
ihr schmales Band. Antennen, die in persönlichen Mobilkommunikationsgeräten Anwendung
finden, müssen
klein sein. Eine dünnere
Herstellung der Mikrostreifenantenne macht jedoch das nutzbare Frequenzband
der Antenne schmaler. Zahlreiche Mobilkommunikationssysteme erfordern
ein verhältnismäßig breites
Frequenzband, z.B. erfordert das DCS-1800-System ungefähr ein 10%-Frequenzband bezüglich der
Mittenfrequenz.
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Eine
PIFA-Antenne gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1 ist in der Patentschrift 5,764,190 von Murch und Ray
beschrieben. Die Antenne sieht eine kapazitive Belastung vor, die
es ermöglicht,
die Dimensionen der Antenne von λ/4
auf λ/8
zu verringern. In der Patentschrift ist die Nutzung einer kapazitiven Einspeisung
zum Beibehalten einer guten Bandbreite und Impedanzanpassung trotz
des Vorhandenseins der kapazitiven Belastung als solcher beschrieben.
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Eine
andere PIFA-Antenne ist in einer Bezugsveröffentlichung von Virga und
Rahmat-Samii, (1997): Low-Profile Enhanced-Bandwidth PIFA Antennas
for Wireless Communication Packaging, in IEEE Transactions on Microwave
Theory and Techniques, Ausgabe 45, Nr. 10, Oktober, S. 1879 bis
1888 beschrieben. In der Bezugsveröffentlichung ist der Bedarf
an einer kompakten und effizienten Antenne zum Gebrauch über einen
breiten Frequenzbereich, wenn die Schaltungen in hohem Maße gepackt
und integriert sind, angezeigt. Für drahtlose Kommunikationssysteme
richten sie den Gegenstand der Bezugsveröffentlichung auf die Entwicklung
und Charakterisierung mehrerer integrierter Antennen mit niedrigem
Profil mit erweiterter Bandbreite. In dieser Bezugsveröffentlichung
ist eine Antennenanordnung mit einem Strahler gezeigt, das durch
Hinzufügen von
parasitären
Elementen oder Abstimmungsgeräten
zu einer bekannten integrierten Antenne, wie einer PIFA-Antenne,
entwickelt ist.
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Im
GSM-System beispielsweise liegen die Übertragungs- und Empfangsbänder in
einem Abstand von 45 MHz zueinander, wobei das Übertragungsband 890 bis 915
MHz und das Empfangsband 935 bis 960 MHz beträgt. Bei einer Antenne mit Einzelresonanz
sollte das Frequenzband beträchtlich breit
sein, zumindest 890 bis 960 MHz im Falle von GSM. Wegen Fertigungstoleranzen
und Objekten nahe der Antenne, wie beispielsweise der Hand des Benutzers,
die die Resonanzfrequenz beeinflussen, muss die Bandbreite sogar
noch breiter als im Idealfall sein.
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Ein
zweiter Ansatz ist, eine Antenne mit zwei Frequenzbändern zu
verwirklichen, so dass das erste Frequenzband dem Übertragungsband
und das zweite Frequenzband dem Empfangsband entspricht. In diesem
Fall müssen
die Frequenzbänder der
Antenne nicht so breit wie jene der Einzelbandantenne sein. Solche
Zweibandantennen können
zwei Wendelantennen, die auf verschiedene Frequenzen abgestimmt
sind, oder eine Kombination einer Stabantenne und einer Wendelantenne
umfassen, wobei Stab und Wendel auf verschiedene Frequenzbereiche
abgestimmt sind. Solche Bauweisen sind beispielsweise in der finnischen
Patentanmeldung Nr. 952780, veröffentlicht
unter EP0747990A, beschrieben. Solche Wendelantennenbauten sind
jedoch innerhalb des Gehäuses
eines Mobilkommunikationsgeräts
schwer zu verwirklichen.
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Zudem
arbeiten diese Anordnungen nur auf zwei Frequenzbändern. Künftige Multimode-Mobilkommunikationsgeräte, die
in mehr als einem Mobilkommunikationssystem betrieben sind, erfordern
jedoch Antennenbauten, die auf mehr als zwei separaten Frequenzbändern arbeiten.
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Mikrostreifenbauweisen
können
zum Verwirklichen zahlreicher unterschiedlicher Antennenlösungen genutzt
sein, etwa Bauweisen mit mehr als einem Betriebsband. 2 zeigt
ein Beispiel einer solchen Bauweise. 2 zeigt
eine Masseplatte 20, einen Strahler 10 und eine
Zuleitung 30. Ein Spalt 15 teilt den Strahler 10 in
zwei Teile mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen. Der Strahler
kann außerdem
mehr Spalte und mehr Teile aufweisen, in welchem Fall auch mehrere
Resonanzfrequenzen bestehen.
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Plane
Zweibandantennenbauten sind beispielsweise in der US-Patentschrift
Nr. 5,124,733 offenbart. Die Patentschrift offenbart einen Mikrostreifenantennenbau,
der zusätzlich
zu einer Masseplatte ein aktives Strahlungselement und ein zweites
passives Element aufweist. Die Elemente sind Viertelwellenelemente,
die mit der Masseplatte über
eine Kante kurzgeschlossen sind. Diese Elemente weisen unterschiedliche
Resonanzfrequenzen auf, so dass der Antennenbau zwei separate Betriebsfrequenzbänder aufweist.
Ein Nachteil einer solchen Lösung
ist die Stärke
der zwei geschichteten Antennenelemente. Zudem ermöglicht diese
Lösung
gleichfalls nur einen Betrieb auf zwei Frequenzbändern.
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2 zeigt
nur eine Zuleitung 30. Es ist außerdem bekannt, mehr als einen
Einspeisungspunkt und eine Zuleitung zu benutzen, so dass die Eigenschaften
der Antenne, wie beispielsweise die Resonanzfrequenz, Richtwirkung
und Diversity-Kennzeichen, durch Wählen des genutzten Einspeisungspunkts
beeinflusst sein kann. Die Kennzeichen des Antennenbaus können außerdem beispielsweise durch
die Form und Größe des Strahlers
in dem Antennenbau und durch den Größenunterschied und den Abstand
zwischen dem Strahler und der Masseplatte beeinflusst sein.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Antennenbau bereitzustellen,
der auf zahlreiche Weisen verwendbar und modifizierbar ist. Es ist
eine weitere Aufgabe der Erfindung, den Antennenbau bereitzustellen,
welcher außerdem
einfach herstellbar ist. Es ist außerdem eine Aufgabe der Erfindung,
einen Antennenbau bereitzustellen, dessen Kennzeichen während des
Betriebs elektronisch gesteuert sein können.
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Die
Aufgaben der Erfindung werden durch Verwirklichen eines Mikrostreifenantennenbaus
mit einem Anpassungselement, das kapazitiv an die Masseplatte gekoppelt
ist, gelöst.
Die Kennzeichen des Antennenbaus können auf sehr vielseitige Art und
Weise durch Steuern der Stärke
der kapazitiven Kopplung des Anpassungselements und der Position des
Anpassungselements gesteuert sein.
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Der
Antennenbau gemäß der Erfindung
ist durch die Darlegung im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs
gekennzeichnet, der auf den Antennenbau gerichtet ist. Das Mobilkommunikationsgerät gemäß der Erfindung
ist durch die Darlegung im kennzeichnenden Teil des Anspruchs, der auf
das Mobilkommunikationsgerät gerichtet
ist, gekennzeichnet. Andere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
sind in den abhängigen
Ansprüchen
offenbart.
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Der
Antennenbau gemäß der Erfindung weist
einen Strahler, eine Masseplatte und zumindest ein Anpassungselement
auf. Das Anpassungselement ist kapazitiv an ein Massepotential gekoppelt. Die
Kennzeichen des Antennenbaus, wie die Anzahl der Resonanzfrequenzen,
Resonanzfrequenzen und die Strahlerimpedanz am Einspeisungspunkt,
können
auf sehr vielseitige Art und Weise durch Steuern der Zahl und Position
und der Stärke
der kapazitiven Kopplung der Anpassungselemente gesteuert sein.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen,
die als Beispiel dargestellt sind, und die beiliegenden Zeichnungen
detaillierter beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
Mikrostreifenantenne gemäß dem Stand
der Technik,
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2 eine
zweite Mikrostreifenantenne gemäß dem Stand
der Technik,
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3 technischen
Hintergrund für
einen Antennenbau,
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4 technischen
Hintergrund für
einen Antennenbau,
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5a und 5b bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung, wobei ein Anpassungselement über ein separates, leitfähiges Füllstück kapazitiv
an die Masseplatte gekoppelt ist,
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6 eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung, die Anpassungsleitungen einsetzt,
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7 eine
zweite bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung, die Anpassungsleitungen einsetzt,
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8 eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung, in der das Anpassungselement mehrfache Teile umfasst,
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9 die
Anordnung eines Anpassungselements gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung,
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10 andere
Anpassungselementanordnungen gemäß verschiedenen
Ausführungsformen der
Erfindung,
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11 andere
Anpassungselementanordnungen gemäß verschiedenen
Ausführungsformen der
Erfindung, und
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12a, 12b und 12c verschiedene Ausführungsformen der Erfindung,
wobei zumindest ein Teil des Antennenbaus gemäß der Erfindung in das Batteriemodul
des Mobilkommunikationsgeräts
eingefügt
ist.
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Gleiche
Elemente in den Zeichnungen sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. 1 und 2 wurden
bereits in Verbindung mit der Beschreibung des Stands der Technik
besprochen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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3 stellt
einen Antennenbau dar. 3 zeigt eine Masseplatte 20,
einen Strahler 10, ein Kurzschlussteil 11, das
den Strahler mit der Masseplatte kurzschließt, und eine Zuleitung 30.
In 3 ist ein Anpassungselement 100 am freien
Ende des Strahlers angeordnet. Das Anpassungselement kann beispielsweise
durch Biegen eines Abschnitts des Strahlers 10, in diesem
Falle das offene Ende, zur Masseplatte hin erzeugt sein, wobei die
kapazitive Kopplung zwischen dem Anpassungselement und der Masseplatte
stärker
als in anderen Teilen des Strahlers ist. Diese Art kapazitive Kopplung
zwischen dem Anpassungselement und der Masseplatte kann beispielsweise
durch Verändern
des Abstands zwischen dem Anpassungselement und der Masseplatte und
durch Verändern
der Anpassungselementfläche reguliert
sein. Durch die Benutzung dieser Art Anpassungselement können die
Kennzeichen des Strahlers und somit des gesamten Antennenbaus auf
zahlreiche verschiedene Weisen verändert werden. Die Kapazität des Anpassungselements
kann beispielsweise durch Experimentieren gewählt werden, so dass die Resonanzfrequenz
oder Bandbreite oder eine andere Eigenschaft des Antennenbaus, wie
die Strahlerimpedanz am Einspeisungspunkt, wie gewünscht sind.
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Das
Anpassungselement kann so ausgelegt sein, dass der Strahler ein
Spannungsmaximum an dem Anpassungselement aufweist, wobei das Anpassungselement
einem offenen Ende oder einer Kante des Strahlers entspricht. Dies
ist in 3 dargestellt. Ein Anpassungselement 100 am
offenen Ende des Strahlers erhöht
die Kapazität
am offenen Ende der Antenne, wodurch die Resonanzfrequenz der Antenne
herabgesetzt ist. Die Kapazität
des Anpassungselements 100, das am offenen Ende des Strahlers
angeordnet ist, beeinflusst die Resonanzfrequenz der Antenne stark,
so dass die Resonanzfrequenz der Antenne vorteilhafterweise durch
Verwendung, zusätzlich
zu dem Anpassungselement, eines kapazitiven Elements, wie beispielsweise
einer Kapazitätsdiode,
das an das Anpassungselement gekoppelt ist, gesteuert ist, wobei
das kapazitive Element einen geringen Kapazitätsregulierungsbereich aufweist,
jedoch einen erheblichen Resonanzfrequenzregulierungsbereich erzielt.
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4 stellt
eine Masseplatte 20, einen Strahler 10 und eine
Zuleitung 30 dar. In 4 ist ein Anpassungselement 100 am
geschlossenen Ende des Strahlers angeordnet. Das Teil 11,
das das geschlossene Ende des Strahlers mit der Masseplatte verbindet,
ist über
das Anpassungselement 100 mit der Masseplatte verbunden.
Wie in 4 dargestellt, ermöglicht das Anpassungselement 100 eine
Abzweigkopplung an die Masseplatte, d.h. ein Strommaximum kann an
dem Anpassungselement erzeugt werden. Ein Anpassungselement 100,
das am geschlossenen Ende des Strahlers angeordnet ist, erhöht die Induktivität des Strahlers,
so dass der Strahler auf Wellenlänge
statt auf ½ Wellenlänge in Resonanz
tritt.
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Der
Antennenbau kann mehr als ein Anpassungselement 100 aufweisen.
Anpassungselemente können
an allen Seiten des Strahlers angeordnet sein. Eine vorgegebene
Seite kann außerdem
mehr als ein Anpassungselement aufweisen.
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5a stellt
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung dar, in der ein Strahler 10 über ein Anpassungselement
an ein separates, leitfähiges Füllstück 25 gekoppelt
ist, das kapazitiv an die eigentliche Masseplatte 20 gekoppelt
ist. Die Kopplung des separaten, leitfähigen Füllstücks an die Masseplatte kann
durch Verwendung eines starren Kapazitätselements oder variablen Kapazitätselements 26, wie
einem Varactor, verwirklicht sein. Das Kapazitätselement 26 kann
außerdem
mithilfe einer Kombination von einem oder mehreren starren und einem oder
mehreren variablen kapazitiven Elementen, wie beispielsweise einem
starren Kondensator und einem Varactor, verwirklicht sein. Das separate,
leitfähige
Füllstück kann
beispielsweise als elektrisch leitfähiges Muster auf einer Leiterplatte
verwirklicht sein. Ein derartiges leitfähiges Füllstück ermöglicht es, die Kopplung des
Anpassungselements an die Masseplatte auf vielseitige Weise zu steuern.
In dieser Ausführungsform
ist die Stärke
der Kopplung zwischen dem Anpassungselement und der Masseplatte
durch die kapazitive Kopplung zwischen dem Anpassungselement 100 und
dem separaten, leitfähigen
Füllstück 25 sowie
durch die Kapazität
des Kapazitätselements 26 beeinflusst. 5a zeigt
außerdem
eine Zuleitung 30.
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In
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung können
die Masseplatte 20 und das separate, leitfähige Füllstück 25 mithilfe
eines Schaltelements, wie einer PIN-Diode oder einem FET-Transistor,
zusätzlich
zu oder anstelle von Kapazitätselementen
aneinandergekoppelt sein. Auf diese Weise ist es möglich, die
Kopplung zwischen dem Anpassungselement 100 und der Masseplatte 20 mithilfe
des Schalters verhältnismäßig stark
zu beeinflussen.
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5b stellt
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung dar, in der ein Strahler 10 über ein Anpassungselement 100 sowohl
an die Masseplatte 20 als auch an das separate, leitfähige Füllstück 25 gekoppelt
ist, das seinerseits über
ein Kapazitätselement 26 an
die Masseplatte 20 gekoppelt ist. Ein und dasselbe Anpassungselement
kann somit sowohl an die Masseplatte als auch an das separate, leitfähige Füllstück gekoppelt
sein. In verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung kann ein und dasselbe Anpassungselement an mehr als
ein separates, leitfähiges
Füllstück gekoppelt
sein. 5b zeigt außerdem eine Zuleitung 30.
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6 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung, die Anpassungsleitungen 120 nutzt. In dieser
Ausführungsform
sind Anpassungsleitungen 120 zum galvanischen Verbinden
eines Anpassungselements 100 mit einem separaten, leitfähigen Füllstück 25 benutzt,
das seinerseits über
ein kapazitives Element 26 mit der Masseplatte verbunden ist.
In diesem Beispiel erstreckt sich das Anpassungselement 100 ebenfalls
zwischen dem Strahler 10 und der Masseplatte 20,
wobei das Anpassungselement 100 zweifach an die Masseplatte 20 gekoppelt
ist: kapazitiv direkt vom Anpassungselement an die Masseplatte und über Anpassungsleitungen 120, separates,
leitfähiges
Füllstück 25 und
kapazitives Element 26. Bei einer derartigen Bauweise sind
die Kennzeichen des Antennenbaus beispielsweise durch die Abmessungen
der Anpassungsleitungen 120 und des kapazitiven Elements 26 sowie
durch den Abstand zwischen dem Anpassungselement 100 und
der Masseplatte beeinflusst. 6 zeigt
außerdem
eine Zuleitung 30.
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7 zeigt
ein zweites Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die
Anpassungsleitungen 120 benutzt. In dieser Ausführungsform
verbinden die Anpassungsleitungen 120 ein Anpassungselement 100 galvanisch
mit einem separaten, leitfähigen
Füllstück 25,
das seinerseits über
ein kapazitives Element 26 mit der Masseplatte verbunden
ist. In diesem Beispiel ist das Anpassungselement 100 zweifach
an die Masseplatte 20 gekoppelt: über Anpassungsleitungen 120,
separates, leitfähiges
Füllstück 25 und
kapazitives Element 26 sowie über ein zweites separates,
leitfähiges
Füllstück 25b und
kapazitives Element 26b. In dieser Ausführungsform sind die Kennzeichen
des Antennenbaus beispielsweise durch die Abmessungen der Anpassungsleitungen 120 und
kapazitiven Elemente 26, 26b sowie durch den Abstand
zwischen dem Anpassungselement 100 und dem zweiten separaten,
leitfähigen
Füllstück 25b beeinflusst. 7 zeigt
außerdem
eine Zuleitung 30 und einen Strahler 10. Wie durch
das Beispiel von 7 veranschaulicht, können verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung mehr als ein separates, leitfähiges Füllstück 25, 25b nutzen,
etwa zwei oder mehr separate, leitfähige Füllstücke.
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In
einigen bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung kann das Anpassungselement 100 außerdem mehrere
Teile umfassen. 8 stellt eine derartige Ausführungsform
dar. In der Ausführungsform
von 8 ist das Anpassungselement 100, 100b aus
zwei Teilen gebildet, die durch ein Schaltelement 130 verbunden
sind. Die Kopplung zwischen den Anpassungselementteilen 100, 100b kann
außerdem
beispielsweise mithilfe einer Feder-, Reibungs- oder Crimpkopplung anstelle eines separaten Schaltelements 130 verwirklicht
sein. Das Anpassungselementteil 100b, das von der eigentlichen
Antenne 100, 10 getrennt ist, kann an verschiedenen Positionen
an dem Mobilkommunikationsgerät,
etwa an Gehäuse,
Leiterplatte oder Batteriemodul des Mobilkommunikationsgeräts, angeordnet
sein. Eine derartige Ausführungsform
gestattet verschiedene strukturelle Lösungen, da die verschiedenen
Teile des Antennenbaus an verschiedenen strukturellen Einheiten
angebracht sein können.
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Ein
Anpassungselement kann außerdem mehr
als zwei Teile umfassen, die über
ein Schaltelement miteinander verbunden sind. In einer derartigen Ausführungsform
ist die Stärke
der kapazitiven Kopplung zwischen dem Anpassungselement und der Masseplatte
außerdem
durch die Menge von Anpassungselementteilen beeinflusst, die jeweils
miteinander verbunden sind. Eine derartige Ausführungsform nutzt vorteilhafterweise
ein elektronisches Schaltelement, wie beispielsweise einen FET-Transistor,
als das Schaltelement 130, wobei die Kennzeichen des Antennenbaus
durch Software, etwa die Steuereinheit des Mobilkommunikationsgeräts, gesteuert
sein können.
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9 stellt
die Anordnung eines Anpassungselements 100 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dar. In dieser Ausführungsform ist das Anpassungselement 100 dem
separaten, leitfähigen
Füllstück 25 nur
an einem bestimmten Punkt zugekehrt, so dass die kapazitive Kopplung
zwischen dem Anpassungselement und dem leitfähigen Füllstück 25 nur an diesem
Punkt verwirklicht ist. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann
das Anpassungselement außerdem über der
Masseplatte 20 an einem bestimmten Punkt liegen. 9 stellt
außerdem
eine Gestaltung des Anpassungselements 100 parallel zur
Masseplatte und eine Gestaltung senkrecht zur Masseplatte dar. 9 zeigt
außerdem
einen Strahler 10, eine Masseplatte 20, eine Zuleitung 30 und
ein kapazitives Element 26, das das separate, leitfähige Füllstück an die
Masseplatte koppelt.
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Das
Anpassungselement 100 kann außerdem auf zahlreiche andere
Weisen als in den obenstehenden Beispielen beschrieben gestaltet
sein. 10 zeigt Beispiele von Anpassungselementformen
gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der
Erfindung. Das Anpassungselement kann beispielsweise rechteckig
oder viereckig, wie in Beispiel A und B in 10, oder
gekrümmt
oder halbkreisförmig
sein, wie in Beispiel C und D. Das Anpassungselement kann außerdem dreieckig
sein, wie in Beispiel E. Außerdem
sind komplexere Kombinationen verschieden geformter Streifen, Rechtecke
und Krümmungen
vorteilhaft, wie in Beispiel F, G und H in 10 gezeigt.
Beispiel F in 10 ist beispielsweise für eine Ausführungsform
gut geeignet, in dem ein und dasselbe Anpassungselement zum Koppeln
an zwei verschiedene Ziele genutzt ist, wie beispielsweise zwei
separate, leitfähige
Füllstücke oder
Masseplatte und ein separates, leitfähiges Füllstück. Einige Beispiele von 10 zeigen
in gestrichelten Linien Seiten des Anpassungselements, die zum Anbringen des
Anpassungselements an den Strahler besonders geeignet sind.
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11 stellt
senkrecht zur Masseplatte stehend Querschnitte von Anpassungselementen
gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung dar. Das Anpassungselement 100 kann gemäß Beispiel
A in 11 parallel zur Masseplatte 20 oder dem
separaten, leitfähigen
Füllstück 25 liegen,
oder, wie in Beispiel B, divergierend. Das Anpassungselement 100 kann
außerdem
gekrümmt
gestaltet sein, wobei die konvexe Seite der Masseplatte 20 oder dem
separaten, leitfähigen
Füllstück 25 zugekehrt
ist, wie in Beispiel C, oder wobei die konkave Seite der Masseplatte 20 oder
dem separaten, leitfähigen
Füllstück 25 zugekehrt
ist, wie in Beispiel D. Kombinationen der Grundformen sind außerdem möglich, wie durch
Beispiel E veranschaulicht. Beispiel F und G in 11 stellen
eine Situation dar, in der das Anpassungselement galvanisch mit
der Masseplatte 20 oder dem separaten, leitfähigen Füllstück 25 verbunden
ist. Die Verbindung kann unter Verwendung einer Anpassungsleitung
verwirklicht sein, wie in Beispiel F dargestellt, oder das Anpassungselement 100 kann ohne
eine separate Anpassungsleitung zur Masseplatte 20 oder
dem separaten, leitfähigen
Füllstück 25 verlaufen,
wie in Beispiel G dargestellt. Das Anpassungselement 100 kann
auch gemäß Beispiel
H aus mehreren Teilen gebildet sein. Mithilfe der beispielhaften
Alternativen, die in 11 gezeigt sind, ist es möglich, die
Kennzeichen des Anpassungselements und somit den gesamten Antennenbau
auf zahlreiche Weisen zu steuern.
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Der
Antennenbau gemäß der Erfindung
ist besonders bei Mobilkommunikationsgeräten von Nutzen. Der Antennenbau
kann auf zahlreiche verschiedene Weisen in einem Mobilkommunikationsgerät angeordnet
sein. Im Folgenden sind einige Beispiele der Anordnung des Antennenbaus
gemäß der Erfindung
in einem Mobilkommunikationsgerät
beschrieben. Es ist zu beachten, dass diese Ausführungsformen nur veranschaulichende
Beispiele sind und die verschiedenen Implementierungen des Antennenbaus
gemäß der Erfindung
in keiner Weise beschränken.
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Ein
Problem bei Mobilkommunikationsgeräten ist der Mangel an verfügbarem Platz.
Dies wirkt sich besonders auf die Gestaltung von Antennenbauten
in Mobilkommunikationsgeräten
aus. Die Antenne eines Mobilkommunikationsgeräts ist typischerweise auf der
Rückseite
des Geräts,
vom Benutzer weg angeordnet. Typischerweise ist die Batterie des Mobilkommunikationsgeräts ebenfalls
auf der Rückseite
des Geräts
angeordnet, da die Vorderseite zum Verwirklichen einer Benutzeroberfläche, d.h.
einer Tastatur und einem Display, gebraucht ist. Die Batterie ist
typischerweise als abnehmbares Batteriemodul verwirklicht, so dass
der Benutzer die Batterie leicht austauschen kann. Das Batteriemodul
beschränkt
den hinteren Bereich, der für
die Antenne des Mobilkommunikationsgeräts verfügbar ist. In einigen bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung ist zumindest ein Teil des Antennenbaus des Mobilkommunikationsgeräts im Batteriemodul
des Mobilkommunikationsgeräts
angeordnet. Eine derartige Ausführungsform
ermöglicht
eine größere Optimierung
der Platznutzung. Die Ausführungsform
ist insbesondere vorteilhaft in Verbindung mit Antennenbauten gemäß der Erfindung
für zahlreiche
verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung bei denen die Anpassungselemente zu dem Bereich zugeben werden,
der von dem Antennenbau erfordert ist.
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12a stellt die Anordnung eines Batteriemoduls 350 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dar. Das Batteriemodul umfasst Batteriezellen 360 und
Bauteile, wie elektronische Steuerelemente und Anschlussteile 355,
die mit den Batteriemodulfunktionen zusammenhängen. In dieser Ausführungsform
umfasst das Batteriemodul außerdem
einen Strahler 10 und ein Anpassungselement 100.
Die Anordnung der Teile des Antennenbaus in dem Batteriemodul ermöglicht es,
die Optimierungsmöglichkeiten
zu nutzen, die mithilfe von Änderungen
in der inneren Anordnung des Batteriemoduls erzielt sind. Die Batteriezellen
sind verhältnismäßig große Bauteile,
so dass leicht Raum zwischen dem Antennenbau und einer Batteriezelle
verbleibt, der zur Anordnung von anderen Bauteilen 355 in
dem Batteriemodul genutzt werden kann. Die innere Anordnung des
Batteriemoduls ermöglicht
daher zahlreiche, verschiedene Modifikationen. Die Anordnung von 12a ist nur ein Beispiel einer möglichen
Anordnung und beschränkt
die verschiedenen Implementierungen der Erfindung in keiner Weise.
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12b stellt eine zweite bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung dar, wobei sich ein Teil des Antennenbaus in dem Batteriemodul
befindet. 12b zeigt ein Mobilkommunikationsgerät 300, das
eine Benutzerschnittstelle, in diesem Beispiel ein Display 306 und
eine Tastatur 307, auf der Vorderseite des Mobilkommunikationsgeräts umfasst.
Das Mobilkommunikationsgerät
umfasst außerdem
eine Leiterplatte 330, die eine Masseplatte 20 und
ein separates, leitfähiges
Füllstück 25 aufweist,
welche mithilfe elektrisch leitfähiger
Muster verwirklicht sind. Typischerweise umfasst das Mobilkommunikationsgerät auch andere
Bauteile, die jedoch der Einfachheit halber nicht in 12b gezeigt sind. In 12b beinhaltet
das Mobilkommunikationsgerät
ein Batteriemodul 350, das in diesem Beispiel eine Batteriezelle 360,
einen Strahler 10 und ein Anpassungselement 100 beinhaltet,
das an dem Strahler angebracht ist. Die Antennenzuleitung ist über ein
Anschlussstück 351 vom
Mobilkommunikationsgerät
zum Batteriemodul und weiter zum Strahler verwirklicht. In dieser
Ausführungsform
befindet sich die Masseplatte 20 des Antennenbaus auf der
Mobilkommunikationsgerätseite
auf seiner Leiterplatte 330. Das Anpassungselement 100 ist
auf solche Art und Weise verwirklicht, dass sein Abstand von dem
separaten, leitfähigen
Füllstück 25 kleiner
als der Abstand zwischen dem Strahler 10 und der Masseplatte 20 ist,
wodurch die kapazitive Kopplung zwischen dem Anpassungselement und
dem separaten, leitfähigen
Füllstück schwächer als
die zwischen dem Strahler und der Masseplatte ist.
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12c stellt eine dritte bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung dar, wobei sich ein Teil des Antennenbaus in dem Batteriemodul 350 befindet.
In dem Beispiel von 12c sind die Masseplatte 20, der
Strahler 10 und das separate, leitfähige Füllstück 25 des Antennenbaus
auf der Seite des Mobilkommunikationsgeräts und das Anpassungselement 100 auf
der Seite des Batteriemoduls 350 angeordnet. In der Ausführung von 12c sind der Strahler 10 und das Anpassungselement über den
Kontakt 101 galvanisch miteinander verbunden. 12c zeigt außerdem
eine Leiterplatte 330 und eine Batteriezelle 360 in
dem Mobilkommunikationsgerät.
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Der
Antennenbau gemäß der Erfindung
ist in Mobilstationen zahlreicher verschiedener Zellularsysteme
und in kleinen Basisstationen von Nutzen. Insbesondere ist der Antennenbau
gemäß der Erfindung
in Mobilkommunikationsgeräten
des GSM- und UMTS-Systems einsetzbar. Der Antennenbau gemäß der Erfindung
ist besonders bei Anwendungen von Nutzen, bei denen das Mobilkommunikationsgerät imstande
sein muss, mehr als einen Frequenzbereich zu überwachen, wie beispielsweise
Mobilkommunikationsgeräte,
die sowohl im GSM 900 System als auch im GSM 1800 System betrieben
werden. Der Antennenbau gemäß der Erfindung
ist außerdem auf
andere kompakte Funkvorrichtungen anwendbar, wie Basisstationen
von drahtlosen Gegensprechsystemen und Mobilkommunikationssystemen,
die sich auf Mikro- und Picofunkzellennetze stützen. Die Steuerbarkeit des
Antennenbaus gemäß der Erfindung
sowie die große
Anzahl von Frequenzbereichsoptionen, die der Antennenbau vorsieht,
macht die Benutzung des Antennenbaus gemäß der Erfindung insbesondere
auch in kommenden Softwarefunksystemen vorteilhaft, bei denen die
Frequenzbereiche und Funkschnittstellenfunktionen wie verwendete Modulationen
durch Software ausgewählt
werden, so dass die Mobilstation einfach durch Ändern der Software an der Mobilstation
an ein anderes Mobilkommunikationssystem angepasst sein kann.
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Ein
Anpassungselement gemäß der Erfindung
kann zum Steuern zahlreicher verschiedener Eigenschaften eines Antennenbaus
benutzt werden. Das Anpassungselement kann beispielsweise zum Beeinflussen
der Richtwirkung des Antennenbaus oder seiner Diversity-Kennzeichen
sowie seiner Resonanzfrequenz oder -frequenzen und die Menge der Resonanzfrequenzen,
die Bandbreite jedes Resonanzfrequenzbereiches oder beispielsweise
der größten kontinuierlichen
Bandbreite des Antennenbaus benutzt sein. Zudem kann das Anpassungselement
zum Beeinflussen der Impedanz des Einspeisungspunkts benutzt sein.
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Das
Anpassungselement gemäß der Erfindung
kann auf zahlreiche verschiedene Weisen gemäß der jeweiligen Anwendung
verwirklicht sein. Wenn der Strahler aus einer dünnen Metallplatte hergestellt
ist, kann das Anpassungselement beispielsweise durch Aufweisen eines
Vorsprungs mit einer gewünschten
Form in dem Strahler und Biegen des Vorsprungs in die Nachbarschaft
der Masseplatte oder des separaten, leitfähigen Füllstücks implementiert sein. Das
Anpassungselement kann außerdem auf
zahlreiche andere Weisen verwirklicht sein, etwa durch Löten, Crimpen
oder anderweitiges Anbringen des Anpassungselements an den Strahler.
Wenn der Strahler unter Verwendung eines leitfähigen Musters auf einer Leiterplatte
implementiert ist, kann das Anpassungselement auf der anderen Seite
der Leiterplatte oder mithilfe eines leitfähigen Musters, das auf einer
zwischenliegenden Lage einer mehrlagigen Platte ausgebildet ist,
verwirklicht sein. In einer derartigen Ausführungsform kann das Anpassungselement
unter Nutzung herkömmlicher
Leiterplattenherstellungstechniken mit dem Strahler verbunden sein, beispielsweise
mithilfe eines oder mehrerer galvanisierter Durchgangslöcher.
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Der
Antennenbau gemäß der Erfindung weist
zahlreiche Vorteile auf. Der Antennenbau gemäß der Erfindung ist einfach
in der Herstellung, sieht jedoch eine breite Steuerungsreichweite
für die Kennzeichen
des Antennenbaus auf. Anpassungselemente, die an verschiedenen Positionen
des Strahlers angeordnet sind, können
zum Steuern einer großen
Anzahl von Eigenschaften des Antennenbaus benutzt sein. Der Antennenbau
gemäß der Erfindung ermöglicht somit
vielseitige Steueroptionen bei der Herstellung des Antennenbaus.
Zudem ermöglicht
es der Antennenbau gemäß der Erfindung,
die Kennzeichen des Antennenbaus außerdem während der Benutzung des Antennenbaus
zu steuern, beispielsweise durch Nutzung eines Varactors zum Verändern der
Stärke
der kapazitiven Kopplung zwischen dem Anpassungselement und der
Masseplatte. Auf diese Weise kann ein Mobilkommunikationsgerät beispielsweise
die Resonanzfrequenz der Antenne gemäß der benutzten Kommunikationsfrequenz
steuern.
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Ferner
weist der Antennenbau gemäß der Erfindung
den Vorteil auf, dass er imstande ist, die Auswirkung äußerer verlustbehafteter
Materialien, wie andere Teile des Mobilkommunikationsgeräts oder
Materialien außerhalb
des Mobilkommunikationsgeräts,
wie der Hand des Benutzers, auf die Resonanzfrequenz des Antennenbaus
zu reduzieren. Im Allgemeinen kann gesagt sein, dass die Resonanzfrequenz
abnimmt, wenn ein verlustbehaftetes Material den Strahler und die
Masseplatte gleichzeitig beeinflusst. Dies betrifft nahezu alle
Antennenbauten von Mobilkommunikationsgeräten, bei denen der elektrische Bereich
des Mobilkommunikationsgerätkörpers größer als
der Bereich des Antennenbaus ist. Das Anpassungselement 100 oder
die Anpassungselemente 100 des Antennenbaus gemäß der Erfindung
stärken
die Kopplung zwischen dem Strahler und der Masseplatte, wodurch
die Kopplung zwischen dem Mobilkommunikationsgerätgehäuse oder Materialien außerhalb
des Gehäuses
und der Antenne im Verhältnis
schwächer
wird. Somit ist die Auswirkung des Mobilkommunikationsgerätgehäuses oder
von Materialien außerhalb
des Gehäuses
auf die Resonanzfrequenz des Antennenbaus geringer als bei Antennenbauten
gemäß dem Stand
der Technik.
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Es
ist für
den Fachmann offensichtlich, dass die verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt sind,
sondern gemäß den beiliegenden
Ansprüchen
variieren können.