-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antennenstruktur gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Erweiterungskarte
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 10. Außerdem
betrifft die Erfindung ein Verfahren in der Herstellung einer Antennenstruktur
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 13.
-
Gemäß dem Stand
der Technik sind verschiedene elektronische Einheiten, wie portable
Personalcomputer (PC), häufig
mit einer Erweiterungskartenverbindung ausgerüstet, an die eine Standarderweiterungskarte
angeschlossen werden kann. Die Erweiterungskarte kann die Funkteile
einer kabellosen Kommunikationseinheit mit einer Antenne umfassen,
wobei der PC mittels dieser kartenähnlichen kabellosen Kommunikationseinheit
mit einem Kommunikationsnetz kommunizieren kann. Die Erweiterungskarte
kann ebenfalls einen Netzadapter zum Beispiel für ein kabelloses lokales Funknetz
(WLAN) bilden, wobei die Karte die notwendigen elektrischen Kreise
umfasst, zum Beispiel zur Signalverarbeitung und für den Sender-Empfänger. Die
Antennen werden zum Senden und Empfangen von Funkfrequenzsignalen
eingesetzt, und die Signale werden anhand von Leitern und Verbindern
zwischen dem Funkteil und der Antenne übertragen.
-
Die
US-Patentschrift 5,966,097 zeigt eine Doppelantenne mit einem aktiven
Antennenleiter, der eine lineare inverted-F Antenne (IFA) ist, und
einem parasitären
geraden Antennenleiter. Jeder Antennenleiter umfasst Leiter, die
parallel auf einer Horizontalebene angeordnet sind und an einem
Ende an dieser Horizontalebene verbunden sind. Der aktive Antennenleiter
ist ferner mit einem Funkfrequenz-(RF)-Einspeisepunkt an einem bestimmten Punkt
verbunden. Die drahtähnlichen
Antennenelemente können
an der gedruckten Leiterplatte (PCB) befestigt und getragen werden,
die auf verschiedene Arten als die Horizontalebene eingesetzt wird,
wobei diese Beispiele in den US-Patentschriften 4,646,101 und 4,584,585
gezeigt werden. Die plattenähnlichen Elemente
können
ebenfalls mit Teilen realisiert werden, die aus einem leitenden
Metallblech geschnitten und gebogen sind, die an der Leiterplatte
befestigt sind, wo die Horizontalebene zum Beispiel mit einer stark
leitenden Beschichtung gebildet ist. Ein Befestigungsverfahren wird
ebenfalls in der US-Patentschrift 5,550,554 gezeigt.
-
Im
Aufbau sind die verschiedenen Antennenleiter der Doppelantenne getrennt
auf der Leiterplatte angebracht, wobei die Elemente zumindest zum
Sortieren voneinander getrennt sein müssen. Außerdem muss es möglich sein,
die Antennenleiter in der richtigen Richtung auf der Leiterplatte
anzubringen. Überdies
muss es möglich
sein, die Antennenleiter in einer korrekten Position anzubringen,
um das Ende des Leiters, das an die Horizontalebene angeschlossen
ist, in die gewünschte
Richtung zu richten. Wenn die Doppelantenne in einer Diversity-Antenne
eingesetzt ist, sind zumindest zwei Teile von jedem Antennenleiter
notwendig. In der Diversity-Antenne werden häufig identische Antennen als
gegenseitige Spiegelbilder eingesetzt, wobei die möglichen
Positionen von jedem Leiter variieren.
-
Ein
Problem ist häufig
die Tatsache, dass sich Antennenleiter eines ähnlichen Typs in der Weise,
wie sie auf die Leiterplatte befestigt werden, voneinander unterscheiden.
Folgendermaßen
umfasst eine Diversity- Antenne,
die aus zwei Doppelantennen besteht, insgesamt vier verschiedene
Antennenleiter, deren Anbringung an der richtigen Stelle und Handhabung
sorgfältig
ausgeführt
werden müssen. Die
US-Patentschrift 5,966,097 zeigt eine Alternative vom Stand der
Technik, in der die Antennenleiter im selben Tragelement untergebracht
sind. Die Anbringung von diesem Tragelement muss ebenfalls, wie weiter
oben dargelegt, sorgfältig
ausgeführt
werden, besonders in einer Diversity-Antenne, aber die Antennenleiter
befinden sich leicht in der korrekten Position zueinander.
-
Wenn
die Antennenelemente getrennt installiert sind, rufen Änderungen
und Fehler in der Anordnung Abweichungen in den Dimensionen der
Antennenstruktur hervor, was sich ebenfalls nachteilig auf den elektrischen
Betrieb auswirkt.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, die vorstehenden Nachteile in Bezug
auf die Kompliziertheit des Aufbaus und Befestigens der Antennenleiter,
die Langsamkeit der Aufbauschritte, und die große Anzahl an verschiedenen
Antennenelementen zu beseitigen. Die Erfindung betrifft eine Doppelantenne,
deren elektrischer Betrieb der Lösung
von der US-Patentschrift 5,966,097 entspricht, und eine optimierte Diversity-Antenne,
die aus zwei der Doppelantennen besteht.
-
Die
erfindungsgemäße Antennenstruktur
ist durch das gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil von Anspruch
1 dargelegt wird. Die Erweiterungskarte ist durch das gekennzeichnet,
was im kennzeichnenden Teil von Anspruch 10 dargelegt ist. Das Verfahren
ist durch das gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil von Anspruch
13 dargelegt ist.
-
Das
Hauptprinzip der Erfindung ist die Symmetrie der Antennenstruktur
und der Leiter im Hinblick auf den Aufbau, wobei die verschiedenen
Positionsalternativen reduziert oder vollkommen beseitigt sind und
der Aufbau leichter und schneller wird. Eine wesentliche Idee besteht
ebenfalls darin, die symmetrischen Leiter der Doppelantenne in einem
gemeinsamen Tragrahmen unterzubringen, der ferner an der Leiterplatte
einer kabellosen Kommunikationseinheit, einer Erweiterungskarte,
befestigt ist. Die gesamte Herstellungsdauer der Erweiterungskarte
kann reduziert werden, da die Antennenleiter nicht getrennt installiert
werden müssen,
und die Installationsweise gleicht der Zusammenbauweise der anderen
Komponenten, die an der Fläche
der Leiterplatte zu befestigen sind. Die Integration der antennenbezogenen Leiter
in denselben Tragrahmen stellt Vorteile bereit, und dies besonders
in Antennen, wie Diversity-Antennen, die mehrere Antennen oder Antennenleiter umfassen,
die in verschiedenen Positionen zu installieren sind.
-
Wenn
das Tragelement zum Beispiel eine mehrschichtige oder zweiseitige
Leiterplatte ist, kann die Antenne durch als solche bekannte Verfahren hergestellt
werden, durch den Einsatz des Leiterplattematerials als ein Dielektrikum,
und Leiterbahnen. Ein besonderer Vorteil wird erreicht, indem Abweichungen
in den Dimensionen, die durch den Aufbau der Antennenelemente hervorgerufen
werden, reduziert werden können
durch das Messen der Genauigkeit der Leiterplatten, wodurch der
Betrieb der Antenne zuverlässiger
ist.
-
Außerdem besteht
ein wesentliches Prinzip der Erfindung darin, die Diversity-Antenne
Karte auf eine optimierte Weise in einem Gehäuse für die Erweiterung unterzubringen.
Störsignale,
die durch Prozessoren und elektrische Kreise in elektronischen Einheiten
ausgesendet werden, interferieren mit dem Betrieb der Antenne. Wenn
sie in einem Teil untergebracht ist, das als eine Verlängerung
der Erweiterungskarte eingesetzt wird, kann die Antennenstruktur
aus der Verbindung und ferner aus der Einheit genommen werden.
-
Weiter
unten wird die Erfindung näher
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es
zeigen:
-
1 eine
Antennenstruktur nach dem Stand der Technik in einer Prinzipansicht,
-
2 eine vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung in einer Prinzipansicht,
-
3 eine zweite vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung in einer Prinzipansicht,
-
4 eine Erweiterungskarte, in der die erfindungsgemäße Antennenstruktur
angewandt ist, in einer Perspektivansicht,
-
5 in einer Perspektivansicht eine Leiterplatte,
die in einer Erweiterungskarte von 4 untergebracht
werden soll, die mit einer erfindungsgemäßen Diversity-Antenne ausgerüstet ist,
und
-
6 eine dritte vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung in einer Perspektivansicht.
-
Unter
Bezugnahme auf 1 umfasst eine Antennenstruktur
A nach dem Stand der Technik einen linearen Antennenleiter 1,
der in diesem Fall als ein aktiver Antennenleiter eingesetzt ist
und eine IFA-Element. Die Länge
des Leiters beträgt
etwa 1/4 der eingesetzten Wellenlänge. Der Leiter 1 ist
im Wesentlichen parallel mit einer ebenen Horizontalebene 2,
zu der er in einem gewünschten
Abstand angeordnet ist. Die Aufgabe besteht darin, den Abstand zu maximieren,
um den eingesetzten Frequenzbereich, den Wirkungsgrad und den Antennengewinn
zu erhöhen.
Der Leiter 1 ist an seinem ersten Ende 1a mit einem
Leiter 3 an der Horizontalebene 2 kurz geschlossen,
und er umfasst ebenfalls ein zweites Ende 1b, das frei
ist. Ferner ist ein erster Leiter 4 mit dem Leiter 1 an
einem gewünschten
Punkt zwischen den Enden 1a, 1b verbunden. Der
erste Leiter 4 ist ebenfalls mit einem Versorgungspunkt 5 verbunden,
der normalerweise an der Leiterplatte und auf derselben Ebene mit
der Horizontalebene 2 angebracht ist. Der Leiter 4 ist
eingesetzt, um die Antenne mit Funkfrequenzleistung zu versorgen.
-
Die
Antennenstruktur A umfasst ferner einen angrenzenden linearen Antennenleiter 6,
der in diesem Fall als ein parasitärer Antennenleiter eingesetzt ist.
Eine elektrische Kopplung ist zwischen den Antennenleitern 1 und 6 gebildet,
wenn der Leiter 1 mit Funkfrequenzenergie versorgt ist.
Um eine optimale Kopplung zu erreicht, ist der Leiter 6 mit
einem Leiter 7 an der Horizontalebene 2 an seinem
erste Ende 6a kurz geschlossen, das dem Ende 1a gegenüber liegt. Das
zweite Ende 6b ist frei.
-
2 veranschaulicht die erfindungsgemäße Antennenstruktur
A. Die Antennenstruktur A muss auf eine entsprechende Weise elektrisch
funktionieren, wenn die Position der Leiter 1, 3, 4, 6,
und 7 180° gedreht
ist. Folgendermaßen
bleibt zum Beispiel das Strahlungsbild der Antenne entsprechend
diagonal aufwärts
gerichtet. In der Drehung sind die Funktionen der Antennenleiter 1 und 6 umgekehrt.
Die Drehung erfolgt um eine derartige X-Achse, die sich zwischen
den Leitern 1 und 6 in eine Richtung senkrecht zur
Horizontalebene 2 erstreckt. In der Drehung tauschen die
Leiter 3 und 7 ihren Kontaktpunkt zur Horizontalebene 2 aus.
Erfindungsgemäß umfasst
die Antennenstruktur A jetzt ebenfalls einen zweiten Leiter 8,
der zwischen dem Leiter 6 und der Horizontalebene 2 symmetrisch
an einem Punkt verbunden ist, der dem Leiter 4 entspricht.
Der Punkt befindet sich zwischen den Enden 6a, 6b.
In der Drehung tauschen die Leiter 4 und 8 ihre
Kontaktpunkte an der Horizontalebene 2 und am Punkt 5 aus.
Die Leiter 4 oder 8, die mit der Horizontalebene 2 verbunden sind,
koppeln den Antennenleiter stets an derselben Seite an die Horizontalebene 2 an.
-
2 veranschaulicht mit gebrochenen Linien
ein Rahmenteil 9, in dem die verschiedenen Leiter für den Aufbau
befestigt oder gebildet sind. Der Rahmenteil 9 ist zum
Beispiel eine gedruckte Leiterplatte, in der die verschiedenen Leiter
durch bahn-ähnliche Kupferleiter
durch als solche bekannte Verfahren gebildet sind. In der vorgestellten
Ausführungsform
sind die Leiter 1 und 6 gerade Leiter, es wird
jedoch eine physikalisch kürzere
Antennenstruktur durch eine Mäanderform
der Leiter erreicht, wobei die elektrische Länge des Antennenleiters einem
Viertel der eingesetzten Wellenlänge
entspricht. Die Mäanderform
ist eine als solche bekannte Leiterstruktur, die einer Rechteckwelle
gleicht. Die physikalische Länge des
geraden Leiters entspricht im Wesentlichen einem Viertel der Wellenlänge. Es
sind ebenfalls andere Formen der Antennenleiter möglich, zum
Beispiel Knierohre, solange die Formen der Leiter 1 und 6 symmetrisch
miteinander übereinstimmen,
wobei die Drehposition in Verbindung mit dem Aufbau unbedeutend
ist. Die Horizontalebene 2 ist normalerweise auf der Oberfläche der
Leiterplatte implementiert, wo die Antennenstruktur durch als solche
bekannte automatische Mittel zusammengesetzt und befestigt ist. Um
die Herstellung zu optimieren, ist die Leiterplatte vorzugsweise
eine SMD-Platte, in der die Oberflächenmontagetechnik (SMT) von
Komponenten angewandt ist. Die Antennenstruktur kann ebenfalls mit der
Technik der dreidimensional spritzgegossenen Schaltungsträger (MID)
implementiert sein, die Hochtemperatur-Thermoplastkunststoffe anwendet, die mit
Leiterflächen
und Leiterbildern durch Metallbeschichtungen integriert werden.
-
3 zeigt eine Diversity-Antenne mit zwei Antennenstrukturen
A und B gemäß 2. Die Leiter der Antennenstruktur A sind
in einem Rahmenteil 9 untergebracht, und die Leiter der
Antennenstruktur B sind durch eine entsprechende Technik an einem Rahmenteil 10 angebracht.
Die Antennenstrukturen A und B sind abgestimmt, um mit derselben
Frequenz zu funktionieren. Beim Empfangen ist es möglich, elektrisch
die Antenne, die einzusetzen ist, zu wählen, wobei es möglich ist,
die Dämpfung
des empfangenen Signals zu verhindern, die durch Mehrwegefading
hervorgerufen wird. Zwecks Optimierung sind die Antennenstrukturen
A und B soweit wie möglich
voneinander entfernt angebracht, wodurch die Funktionseigenschaften
verbessert sind. Die Funktionen, die sich auf die Diversity beziehen,
sind dem Fachmann als solche bekannt, wodurch sich deren nähere Beschreibung
als unnotwendig erweist.
-
3 zeigt die Antennenstrukturen A und B, die
eine nach der anderen in einer optimalen Position angesichts Isolierung
und Antennengewinn angebracht sind, wenn die ersten Leiter 4 und 11 ebenfalls näher an den
Enden 1a und 12a der Leiter 1 und 12 sind,
die am nächsten
aneinander sind. Die Antennen sind folgendermaßen schwächer miteinander verbunden.
Ein Antennenleiter 17 entspricht dem Antennenleiter 6.
Ein Leiter 13 entspricht dem Leiter 3, ein Leiter 14 entspricht
dem Leiter 7, und ein Leiter 15 entspricht dem
Leiter 8. Ein Kontaktpunkt 16 entspricht dem Punkt 5,
der Punkt 16 ist hier jedoch weiter erweitert. Es ist offensichtlich,
dass die Formen der Kontakte 5 und 16 variieren
können.
-
Erfindungsgemäß ist die
Antennenstruktur B im Rahmenteil 10 untergebracht, das
in seiner Struktur dem Rahmenteil 9 entspricht, wodurch
sie ausgetauscht werden können,
wenn die Position von jedem ebenfalls 180° um eine vertikale Achse gedreht
ist. Folgendermaßen
ist es nur notwendig einen der Rahmenteile 9 oder 10 mit
seiner Antennenstruktur herzustellen, und eine der Drehpositionen
wird angesichts des Aufbaus korrekt sein. Folgendermaßen sind
gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung die Rahmenteile 9 und 10 an denselben
integrierten verlängerten
Rahmenteil angeschlossen, wodurch die Zahl der Rahmenteile, die
zusammengebaut werden müssen,
halbiert ist. Erfindungsgemäß ist in
diesem Fall die Struktur ebenfalls symmetrisch, wodurch die Position
180° um
eine vertikale Y-Achse gedreht werden kann, ohne den elektrischen
Betrieb zu beeinträchtigen.
-
4 zeigt eine Erweiterungskarte gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform,
für die
die Anwendung ganz besonders geeignet ist. Der Kartenteil 18 der
Karte C ist eine PC-Karte, die dem PCMCIA-Standard entspricht. PC-Karten sind ausgestaltet,
um durch eine Bewegung in der Richtung der Längsachse der PC-Karte vollkommen
in einen PC eingefügt
zu werden, aber so genannte erweiterte PC-Karten können sogar 40 mm länger als übliche PC-Karten
sein. Eine PC-Karte ist mit einem 68-Pin-Verbinder P ausgerüstet, der
dem PCMCIA-Standard entspricht. Der Verbinder P ist normalerweise
an einer Leiterplatte 19 befestigt, die in der Karte C
untergebracht ist und in 5 gezeigt
wird, und die ebenfalls mit den Komponenten (wie ein integrierter
Kreis, IC) und Verdrahtungen ausgerüstet ist, die für die Funktionen
der PC-Karte zum Senden von elektrischen Signalen zwischen den Verbindern
und den Komponenten notwendig ist. Die Komponenten umfassen einen
Sender-Empfänger
zum Verarbeiten der Signale, die auf kabellose Weise anhand einer Antenne
auf Funkfrequenz gesendet und empfangen sind. Die Karte C, normalerweise
eine Leiterplatte, ist ebenfalls mit den Verdrahtungen und elektrischen Kreisen
zum Senden von Signalen zwischen dem Sender-Empfänger und der elektronischen
Einheit ausgerüstet.
Der Betrieb der anderen elektrischen Kreise und das Senden von Signalen
sind als solche vom Fachmann bekannt, wodurch sich eine nähere Beschreibung
als unnotwendig erweist.
-
Die
Abdeck- und Unterstrukturen des Kartenteils 18 sind normalerweise
aus einem dünnen Blech
gebildet, das aus Metall besteht und im Wesentlichen eine Standarddicke
aufweist. Der Verbinder P und die Rahmenstruktur der Karte sind
normalerweise zumindest zum Teil aus Kunststoff, wie Polyethylen
(PE). Die Struktur und Dimensionen des Kartenteils können in
einem großen
Ausmaß im
Rahmen der Erfindung variieren.
-
Die
Karte C umfasst ein Abdeckteil 20, das am Ende des Kartenteils 18 befestigt
ist, das ebenfalls mit den Antennenstrukturen ausgerüstet ist.
Das Abdeckteil 20 ist vorzugsweise außerhalb der schlitzähnlichen
Erweiterungskartenverbindung angebracht. Das Abdeckteil 20 umfasst
eine Abdeckstruktur und eine Unterstruktur, seine Form und Dimensionen
können
sich jedoch auch von denen unterscheiden, die präsentiert sind. Die Antennenstrukturen sind
im Abdeckteil 20 untergebracht.
-
Die
Horizontalebene ist vorzugsweise an der Seite der Unterstruktur
angebracht, unter der Antennenstruktur, um das Strahlungsbild der
Antenne in der normalen Einsatzposition der Karte C aufwärts zu einer
Grundstation zu richten, die zum Beispiel an einer Wand befestigt
ist. Im Abdeckteil 20 können
die Antennen erheblich freier und ausgedehnter untergebracht werden.
-
6 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform
der Antennenstruktur. Die Antennenstruktur A umfasst eine Leiterplatte 9,
die als ein Dielektrikum eingesetzt ist, das wie der vorgenannte
Rahmenteil errichtet und eingesetzt ist. Die notwendigen Leiterbilder
auf den vertikalen Flächen
der Leiterplatte sind mittels Leiterbahnen, die aus Kupfer hergestellt
sind, gebildet. Die Leiterplatte kann ebenfalls mehrschichtig sein.
Die Bezugszahlen und Komponenten der 6 entsprechen
denen der 2. Die Leiterplatte 9 ist
länger
als die Antennenleiter, und die gegenüberliegende Fläche des
Rahmenteils 9 weist eine entsprechende Aufmachung auf.
Die Antennenleiter sind nebeneinander befestigt und leicht zueinander in
der Längsrichtung
verschoben, wobei die freien Enden dichter zueinander verschoben
sind. Der elektrische Betrieb der Antenne ist durch Feineinstellung der
Dimensionen abgestimmt, um bei einer gewünschten Frequenz zu funktionieren.
Das Rahmenteil 9 ist oben auf der Leiterplatte gebildet
und durch Löten
mit Kupferbahnen 21, 22 am anderen Ende und der
unteren Kante des Rahmenteils 9 befestigt. Es gibt entsprechende
Bahnen in der diagonalen Ecke des Rahmenteils 9.
-
Der
Erdleiter 3 und der erste Leiter 4 sind an ihrer
fast gesamten Länge
von abwärts
ab angeschlossen, und bilden eine im Wesentlichen uniforme Leiterfläche. Die
Leiter sind an ihren unteren Teilen getrennt, an denen sie an die
entsprechenden Kontakte der Leiterplatte gelötet sind. Die Uniformität der Leiter
ist in der Bestimmung ihrer Verbindungsbreite und in der Optimierung
des elektrischen Betriebs des Antennenleiters berücksichtigt.
Die Antenne ist an den anderen elektrischen Kreisen der Einheit
befestigt, indem der Einspeisepunkt des Versorgungsleiters ausgewählt wird.
-
Die
Symmetrie und Optimierung des Betriebs gemäß der Erfindung können ebenfalls
in eine Dual-Band-Antenneneinheit
implementiert sein. Folgendermaßen
sind die Antennenleiter zu 1/4 der Wellenlänge in zwei Leiter mit verschiedenen
Längen
geteilt, zum Beispiel in einen Mäanderleiter
und einen geraden Leiter.
-
Es
ist offensichtlich, dass die Erfindung nicht nur auf die vorteilhaften
Ausführungsformen,
die vorstehend dargelegt werden, eingeschränkt ist, sondern innerhalb
des Rahmens der Patentansprüche geändert werden
kann.