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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Multi-Frequenzband-Antenne gemäß dem Einführungsteil
des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Multi-Frequenzband-Antenne
mit einem Zuführ-
bzw. Einspeise-Netzwerk (feeding network), die vorsieht, dass eines
der Antennenelemente mit der Hochfrequenzquelle/dem Hochfrequenzempfänger über ein
kapazitives Element verbunden ist.
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Ein
allgemeines Problem, wenn zwei Antennenstrahler nahe beieinander
angeordnet sind, ist die starke Interkopplung (inter-coupling) zwischen
ihnen, und dieses Problem wird weiter verstärkt, wenn die Strahler elektrisch
direkt miteinander verbunden sind. Diese Interkopplung reduziert
die Effizienz und die Bandbreite der Antennenelemente. Da eine Reduzierung
der Größe nur eines
Antennenelements zu einer Reduzierung der relativen Bandbreite führt, ist das
Problem für
eine Mehrfachbandantenne, die aus kleinen Antennenelementen besteht,
die nahe zusammen angeordnet sind, schwerwiegend. Ein Vorsehen jedes
Antennenelements mit getrennten externen Schaltungen zur Verbindung
der Hochfrequenzquelle/des Hochfrequenzempfängers ist eine mögliche Lösung, fügt aber
zusätzliche
Komponenten zu dem System hinzu und die Notwendigkeit derer getrennten
Handhabung, was die Kosten der Mehrfachbandantenne steigen lässt. Ein
Verfahren zum Integrieren eines Zuführ-Netzwerks, einschließlich eines kapazitiven
Elements, das das Antennenelement, das an dem höheren Frequenzband betriebsfähig ist, mit
der Hochfrequenzquelle/dem Hochfrequenzempfänger verbindet, mit den Antennenelementen
ohne zusätzliche
Komponenten oder Schritte in dem Herstellungsprozess zu benötigen, hat
gefehlt.
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Eine
kapazitive oder induktive Kopplung zwischen Antennenelementen in
einer Multibandantenne wurde in mehreren Patentdokumenten beschrieben,
wobei ein neueres Beispiel davon WO 99/26314 (Moteco AB, P.O. Box
910, 5-391 29 Kalmar, Schweden) ist. Dieses Dokument offenbart eine
Dualbandantenne mit zwei festen Antennenelementen für die Stand-By-Position
und zwei erweiterbaren bzw. ausziehbaren Antennenelementen für die Sprech-Positionen.
Jedes der Antennenelemente für
die Stand-By-Position und jedes der Antennenelemente für die Sprech-Position
sind jeweils kapazitiv/induktiv miteinander verbunden. Diese Kopplung
wird realisiert durch teilweises oder vollständiges Überlappen des Antennenelements
mit größerem Durchmesser um
das Antennenelement mit kleinerem Durchmesser. Die Kopplung findet
entlang der Antennenelemente oder einem Teil davon statt und die
kapazitive Kopplung kann nicht getrennt als ein unabhängiger Parameter
dimensioniert werden, aber ein Ändern des
Ausmaßes
der kapazitiven Kopplung durch Ändern
des Ausmaßes
der Überlappung
zwischen den Antennenelementen oder ein Ändern der Gestaltung der Antennenelemente
beeinflusst auch die Hochfrequenzeigenschaften der Antennenelemente.
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WO
98/49747 (Galtronics Ltd, P.O. Box 1589, 14115 Tiberias, Israel)
offenbart eine Dualbandantenne, die aus zwei Antennenelementen besteht, wobei
die beiden Antennenelemente auf zwei getrennten Frequenzen betriebsfähig sind.
Die zwei Antennenelemente werden in jedem der Ausführungsbeispiele
als lineare Antennenelemente beschrieben, entweder in Form einer
Stange oder in Form einer Helix, und die zwei Antennenelemente sind
in einer Linie zueinander angeordnet, eines auf dem anderen. Die
zwei Antennenelemente sind kapazitiv miteinander verbunden und in
jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele
wird dies erreicht durch Positionieren des oberen Endes des unteren
Elements nahe an dem unteren Ende des oberen Elements oder durch
teilweises Überlappen
des oberen Abschnitts des unteren Elements mit dem unteren Abschnitt
des oberen Elements. Das Verfahren ist geeignet, wenn die Höhe der Dualbandantenne
keine große Wichtigkeit
hat und es ist somit für
Antennenmittel geringer Größe nicht
gut geeignet.
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JP06069715
offenbart eine umgekehrte F-Form-Antenne parallel zu einem induktiven
dielektrischen Element.
US 5
828 342 offenbart eine gedruckte Monopolantenne mit zwei
abstrahlenden Elementen, die jeweils resonant sind in einem ersten und
zweiten Frequenzband.
GB 2 322
478 offenbart eine Multibandantenne mit zwei verschachtelten
Helix-Antennenelementen. WO 97/49141 offenbart ein Antennenmittel
mit zwei Mäander-Antennenelementen.
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Ein
Ziel der Erfindung ist, ein Zuführ-Netzwerk
für Multibandantennen
vorzusehen, das die Probleme vermeidet, die das Koppeln zwischen
einzelnen Antennenelementen betreffen, die direkt elektrisch miteinander
verbunden sind. Weitere Ziele sind, ein Zuführ-Netzwerk vorzusehen, das
eine Kopplung zu der Hochfrequenzquelle/dem Hochfrequenzempfänger vorsieht
und das mit der Antenne integriert werden kann und das deswegen
ohne zusätzliche
Herstellungsschritte hergestellt werden kann, außer den, die erforderlich sind
zur Erzeugung der Antennenelemente und der diese unterstützenden
Struktur, wodurch ein Zuführ-Netzwerk vorgesehen
wird, das geringe Kosten hat und fest ist.
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Diese
und andere Ziele werden durch ein Antennenmittel mit einem Zuführ-Netzwerk gemäß dem charakteristischen
Abschnitt des Anspruchs 1 erlangt. Das Zuführ-Netzwerk vermeidet die Probleme, die
auftreten, wenn die Antennenelemente direkt elektrisch miteinander
verbunden sind, durch Vorsehen einer kapazitiven Kopplung zu dem
zweiten Antennenelement und durch Auswahl der Kapazität des kapazitiven
Elements derart, dass an der Frequenz, an der das unterste Frequenzband
betriebsfähig
ist, die Impedanz der Kapazität
hoch ist. Dies entkoppelt effektiv das höhere Bandelement von dem unteren Bandelement,
wodurch Probleme reduziert werden, die als ein Ergebnis der Kopplung
zwischen den Ele menten auftreten. Dies vereinfacht die Konstruktion einer
Antenne mit zwei kleinen Antennenelementen, die nahe beieinander
angeordnet sind, wobei das Problem der Kopplung zwischen den Elementen
aufgrund elektromagnetischer Effekte bereits vorhanden ist. Das
Zuführ-Netzwerk
ist selbstverständlich
auch vorteilhaft, wenn die Elemente nicht klein und nah beieinander
liegend sind, obwohl das Zuführ-Netzwerk
insbesondere für
kleine Antennen derart vorteilhaft ist, dass an der Frequenz, an
der das niedrigste Bandelement betriebsfähig ist, die Impedanz der kapazitiven
Kopplung hoch ist. Demgemäß folgt,
dass ein Koppeln des zweiten Antennenelements kapazitiv mit dem
Zuführ-Netzwerk,
wie von der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, die Bandbreite
des unteren Frequenzbands erhöht
und es kann auch die gesamte Effizienz der Multibandantenne erhöhen.
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Bei
der Dimensionierung der Kapazität
des kapazitiven Elements kann auch der Aspekt der Impedanzanpassung
zu der Hochfrequenzquelle/dem Hochfrequenzempfänger in Betracht gezogen werden.
Dies liefert einen zusätzlichen
Grad an Freiheit bei der Gestaltung eines Multibandantennenelements.
Wenn das Zuführ-Netzwerk mit dem
kapazitiven Element als ein integraler Teil des Antennenmittels
hergestellt wird, kann dies die Anzahl zusätzlicher Komponenten reduzieren,
die in der Hochfrequenzquelle/dem Hochfrequenzempfänger für eine Impedanzanpassung
erforderlich sind, während
die Herstellungskosten für
das Zuführ-Netzwerk niedrig gehalten
werden.
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Ein
Erweitern des Zuführ-Netzwerks
auf ein Ausführungsbeispiel
mit mehr als zwei Antennenelementen erfordert eine sorgfältige Dimensionierung der
kapazitiven Elemente des Zuführ-Netzwerks. Beim
Betrieb der Antenne an einer bestimmten Frequenz, an der ein bestimmtes
Antennenelement betriebsfähig
ist, sollte die Impedanz der Kondensatoren, die alle Antennenelemente
höherer
Frequenz mit dem Zuführ-Netzwerk
verbinden, so hoch sein, dass sie diese effektiv von dem Zuführ-Netzwerk trennt.
Das Verhältnis
der Kapazitäten
von zwei kapazitiven Elementen, die zwei Antennenelemente verbinden,
die an zwei aufeinan der folgenden Frequenzen betriebsfähig sind,
sollte vorzugsweise in dem Bereich von eins zu zehn sein. Selbstverständlich variiert
das optimale Verhältnis
für eine
bestimmte Gestaltung einer Antenne von Fall zu Fall.
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Das
Zuführ-Netzwerk
sieht auch eine elektrische Verbindung zu der Hochfrequenzquelle/dem Hochfrequenzempfänger über einen
Zuführ-Endabschnitt
des bestimmten Antennenelements vor. Das Zuführ-Netzwerk ist ausgebildet
für eine
optimale elektrische Verbindung zu der Hochfrequenzquelle/dem Hochfrequenzempfänger für optimale
Hochfrequenzeigenschaften, die ein Berücksichtigen einer Impedanzanpassung
zu der Hochfrequenzquelle/dem Hochfrequenzempfänger und eine mechanische Beständigkeit
und Festigkeit umfassen können. Wenn
der Zuführ-Abschnitt
des Zuführ-Netzwerks und
der Rest des Zuführ-Netzwerks
als ein integraler Teil des Antennenmittels hergestellt werden können, ist
dies ein weiterer Vorteil.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Seitenansicht einer Antenne mit zwei Helix-Antennenelementen
und einem Zuführ-Netzwerk;
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2 ist
eine Draufsicht auf ein zweites Element der Antenne mit zwei Mäander-Antennenelementen
und ein Zuführ-Netzwerk;
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3 ist
eine Draufsicht auf eine Antenne, ebenfalls mit zwei Mäander-Antennenelementen, und
ein Zuführ-Netzwerk;
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4 ist
eine Seitenansicht der Antennenelemente und des Zuführ-Netzwerks,
wie in 3 dargestellt;
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5 ist
eine Draufsicht auf eine Antenne mit ersten und zweiten Antennenelementen,
die sich an beiden Seiten eines Substrats befinden;
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6 ist
eine Draufsicht auf eine Antenne mit einem mehrschichtigen Substrat
und drei Mäander-Antennenelementen;
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7 zeigt
eine Antenne mit zwei Antennenelementen gemäß der Erfindung;
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8 zeigt
das Ausführungsbeispiel
von 7 von oben, in seinem gefalteten Zustand;
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9 zeigt
eine Antenne mit zwei Antennenelementen, wobei die kapazitive Kopplung
mit einem diskreten Kondensator realisiert ist.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Die
in 1 gezeigte Antenne umfasst zwei Helix-Antennenelemente 10, 11,
die ineinander verschachtelt sind, wobei das Zuführ-Netzwerk durch die Spulenansätze 12, 13 der
zwei Elemente gebildet wird. Der Spulenansatz 13 mit geringerem
Durchmesser befindet sich innerhalb des größeren Spulenansatzes 12 und
die beiden Spulenansätze 12, 13 sind
zueinander mechanisch fest mittels einer dielektrischen Substanz 14,
die ebenso eine kapazitive Kopplung zwischen den beiden Spulenansätzen 12, 13 vorsieht
und sich in dem Raum zwischen den beiden Spu lenansätzen 12, 13 befindet.
Der äußere Spulenansatz 12 ist
direkt mit der Hochfrequenzquelle/dem Hochfrequenzempfänger elektrisch
verbunden.
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Die
zweite Antenne (2) weist zwei Mäander-Antennenelemente 20, 21 auf,
die sich auf einer oberen Oberfläche
eines Substrats befinden. Das Zuführ-Netzwerk ist mit einem Mittel in der
Form einer Zunge oder einer Feder 23 für eine elektrische Verbindung
zu der Hochfrequenzquelle/dem Hochfrequenzempfänger vorgesehen und das kapazitive Element 24,
das zur kapazitiven Kopplung zu dem zweiten Antennenelement verwendet
wird, befindet sich auf derselben Oberfläche wie die Antennenelemente 20, 21.
In diesem Fall wird das kapazitive Kopplungsmittel 24 des
Zuführ-Netzwerks
von zwei Abschnitten des Zuführ-Netzwerks vorgesehen,
die sich nahe beieinander parallel erstrecken.
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In
der dritten Antenne, die in 3 gezeigt wird,
befinden sich erste 20 und zweite 21 Mäander-Antennenelemente
ebenfalls auf der oberen Oberfläche
eines Substrats, während
das Zuführ-Netzwerk
Abschnitte hat, die sich sowohl auf der oberen als auch der unteren
Oberfläche
befinden, und hat Mittel zur kapazitiven Kopplung 24 durch
das Substrat zu einem Zuführ-Endabschnitt
des zweiten Antennenelements, Mittel für eine direkte elektrische Verbindung
zu einem Zuführ-Endabschnitt des
ersten Antennenelements und Mittel für eine elektrische Verbindung
zu der Hochfrequenzquelle/dem Hochfrequenzempfänger. Die oberen und unteren
Abschnitte des Zuführ-Netzwerks
sind mit einem leitfähigen
Abschnitt 41 elektrisch verbunden, der sich durch das Substrat
erstreckt.
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4 ist
eine Seitenansicht der dritten Antenne, die in 3 dargestellt
wird, wobei das zweite Antennenelement 21, das mit dem
Mittel für
eine kapazitive Kopplung 24 zu dem Zuführ-Netzwerk durch das Substrat 40 verbunden
ist, auf der Oberseite des Substrats 40 gezeigt wird. Nur
das Zuführ-Ende
des ersten An tennenelements 20 wird in dieser Figur gezeigt.
Ebenso wird ein leitfähiger
Abschnitt 41 des Zuführ-Netzwerks
gezeigt, der sich durch das Substrat erstreckt.
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5 zeigt
eine Antenne, wobei sich das erste Mäander-Antennenelement 20 auf
der oberen Oberfläche
eines Substrats befindet und sich das zweite Antennenelement 21 auf
der Unterseite befindet. Das Zuführ-Netzwerk
erstreckt sich auf beiden Seiten des Substrats und ein oberer leitfähiger Schichtabschnitt
des Zuführ-Netzwerks und ein
unterer leitfähiger
Schichtabschnitt des Zuführ-Netzwerks sind
miteinander elektrisch verbunden über ein kapazitives Element 24.
Der obere leitfähige
Schichtabschnitt des Zuführ-Netzwerks
weist auch einen Zuführ-Endabschnitt 50 auf.
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6 zeigt
eine Antenne mit einem Mehrschichtensubstrat mit drei Mäander-Antennenelemente 20, 60, 21,
die auf der oberen Oberfläche
eines oberen Substrats, zwischen den oberen und unteren Substraten
und auf der unteren Oberfläche
des unteren Substrats angebracht sind. Wie in der Zeichnung gezeigt,
unterscheiden sich die Größe der kapazitiven
Elemente 61, 62 und die entsprechenden Werte der
Kapazitäten
zwischen den zwei Antennenelementen 60, 21, die
kapazitiv mit dem Zuführ-Netzwerk
gekoppelt sind. Das Verhältnis
der Kapazitäten kann
somit gesetzt werden durch Auswahl der Größe jedes kapazitiven Elements 61, 62 und
diese Kapazitäten
sollten vorzugsweise derart gesetzt werden, dass nur jeweils eines
der Elemente fest mit der Quelle gekoppelt ist. Als eine grobe Schätzung ist
ein Verhältnis
von 1:10 ausreichend, aber dieses Verhältnis und die absoluten Werte
der Kapazitäten
können
variieren abhängig
von der tatsächlichen
Gestaltung des Multibandantennenelements. Dies sollte derart gesetzt
werden, dass an der Frequenz, an der das Element 20 mit
dem niedrigsten Band betriebsfähig
ist, die Impedanz beider Kapazitäten
hoch ist. An der Frequenz, an der das Mittelbandelement 60 betriebsfähig ist,
ist die Impedanz des kapazitiven Elements, das das Element 21 koppelt,
das auf der höchsten
Frequenz betriebsfähig
ist, hoch.
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7 zeigt
die Antenne der Erfindung mit zwei Antennenelementen 20, 21,
die sich an einer Seite eines flexiblen Substrats befinden, die
vorgesehen ist zum Erreichen einer kapazitiven Kopplung von dem
Zuführ-Netzwerk
durch das Substrat zu dem zweiten Antennenelement durch Falten des
Substrats derart, dass das Substrat sich mehr als einmal im Umfang
erstreckt und die beiden sich erstreckenden leitfähigen Bereiche 24 aufeinander
positioniert sind, wobei sich eine Schicht des Substrats dazwischen befindet.
Das Antennenelement, das vorzugsweise flach ist während des
anfänglichen
Herstellungsprozesses, kann in einem zweiten Verarbeitungsschritt um
einen geeigneten Rahmen 80 (in der 8 gezeigt)
herum gefaltet werden oder es kann unter Verwendung eines anderen
Verfahrens gefaltet werden, das eine hohe Präzision bei der Positionierung
der zwei leitfähigen
Bereiche 24 hinsichtlich zueinander garantiert. Ein besonderer
Vorteil dieses Ausführungsbeispiels
ist, dass nur eine leitfähige
Schicht für das
Mäander-Antennenelement und
das Zuführ-Netzwerk
erforderlich ist und keine weiteren Komponenten oder Schritte in
dem Herstellungsprozess erforderlich sind. Die Antenne hat bei Beendigung
eine geringe Größe. 8 zeigt
die Antenne von 7 von oben in ihrem gefalteten
Zustand.
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Die
Antenne, die in 9 gezeigt wird, weist zwei Mäander-Antennenelemente 20, 21 auf,
die wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel
auf einer oberen Oberfläche
eines Substrats angebracht sind. Das kapazitive Element, das in
den obigen Ausführungsbeispielen
als ein integraler Teil des Zuführ-Netzwerks realisiert
ist, wird in diesem Ausführungsbeispiel durch
einen getrennten diskreten Kondensator 90 vorgesehen. Ein
Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist,
dass die Kapazität
auf jeden gewünschten
Wert gesetzt werden kann, ohne einen disproportional großen Teil
der Substratoberfläche
zu verwenden. Ein Nachteil dieses Ausführungsbeispiels im Vergleich zu
den vorherigen Ausführungsbeispielen
ist jedoch die Notwendigkeit für
zusätzliche
Schritte in dem Herstellungsprozess.