DE60121103T2

DE60121103T2 - Antenne

Info

Publication number: DE60121103T2
Application number: DE60121103T
Authority: DE
Inventors: Mitsubishi Materials Corporation Takao Kichijyoji Musashino-shi Yokoshima; Mitsubishi Materials Corporation Yasushige Bunkyo-ku Ueoka; Hideki Kanazawaa-shi Kobayashi; Shiro Kanazawaa-shi Sugimura; Mitsubishi Materials Corporation Toshiyuki Bunkyo-ku Chiba
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp; FEC Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp; FEC Co Ltd
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2021-08-04
Also published as: CN1347169A; KR20020011886A; TW527751B; EP1178561B1; HK1044634B; SG99935A1; HK1044634A1; ATE332018T1; MY118635A; CN1213514C; US20020044102A1; DE60121103D1; KR100860281B1; US6597315B2; EP1178561A2; EP1178561A3

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antenne, die dazu geeignet ist, in verschiedene Geräte mit Möglichkeiten zur Bearbeitung von Funksignalen eingefügt zu werden, so wie bei elektrischen Haushaltsgeräten, bei Büro-Anlagen, bei kabellosen LAN, bei telemetrischen Systemen, die Mobilfunk-Kommunikationsgeräte beinhalten, die Funksignale übertragen und empfangen können.
Beschreibung verwandter Techniken
In den letzten Jahren ist die Nutzung von Antennen angestiegen, die für Frequenzbänder im Bereich von einigen hundert MHz bis zu einigen zehn GHz genutzt werden können, aufgrund der Nachfrage nach Geräten mit Möglichkeiten zur Übertragung und zum Empfang von Funksignalen und mit Einbezug von verschiedenen Kommunikationsgeräten für die Bearbeitung von Funksignalen. Der offensichtliche Gebrauch derartiger Antennen umfasst Mobilfunk-Kommunikationssysteme, die nächste Generation von Verkehrs-Management-Systemen, Arten von nicht Kontaktierungskarten für automatische Gebührensammelsysteme und außerdem kabellose Bediensysteme, die wegen des Trends kabellose Daten-Bediensystemen zu Nutzen, es ermöglichen, Daten ohne den Gebrauch von unhandlichen langen Kabeln zu verarbeiten, wie es bei der schnurlosen Bedienung von Haushaltsanwendungen durch das Internet, Intranet Funk-LAN, Bluetooth u. ä. der Fall ist, und es wird vorhergesehen, dass in gleichartigen Anwendungsfeldern der Gebaruch derartiger Antennen ebenfalls weit verbreitet sein wird. Außerdem werden derartige Antennen in verschiedenen Systemen für kabellose Datenbearbeitung von verschiedenen Terminals genutzt, und der Bedarf ist im Bereich der Fernmessung zur Darstellung von Informationen in Wasserröhren, natürlichen Gas-Rohrleitungen und anderen Sicherheits-Management-Systemen sowie in POS-Terminals (System zum bargeldlosen Zahlen) in Finanzsystemen angestiegen. Andere Anwendungen aus dem weiten Feld des Handels sind im Begriff hervorzutreten, einschließlich Haushaltsanwendungen wie z.B. Fernseher, die durch Satellitenausstrahlung portable gemacht werden können, ebenso wie Verkaufsautomaten.
Derzeit werden derartige Antennen, wie oben beschrieben, in verschiedenen Geräten genutzt, die Möglichkeiten zum Empfang und zur Übersendung von Funksignalen haben, wobei diese hauptsächlich Monopol-Antennen sind, die dem Gehäuse des Gerätes beigefügt werden. Ebenfalls bekannt sind spiralförmige Antennen, die seitlich von der Außenwand des Gehäuses hervorstehen.
Hingegen ist es im Falle von Monopol-Antennen notwendig, die Struktur jedes Gerätes zu verlängern, was die Bedienung mühsam macht und zu dem weiteren Problem führt, dass die Erweiterung abbruchanfällig ist. Dies ist im Falle der spiralförmigen Antennen ebenso gegeben, da ein spiralförmiger Hohlraum, der als Antennenhauptkörper dient, in einem Abdeckungsmaterial aus Polymer-Harz eingebettet ist, welches zum Schutz dient und die Größe des Gerätes tendenziell größer werden lässt, wenn es außen am Gehäuse befestigt wird, ebenso wie es schwierig ist, das Problem zu vermeiden, hierbei die Ästhetik leiden zu lassen. Dennoch führt die Reduzierung der Antennengröße nur dazu, dass die Signalverstärkung verringert wird, welche unvermeidlich dazu führt, dass die Größe der Schaltung zur Verarbeitung der Funksignale ansteigt, was als Ergebnis liefert, dass der Leistungsverbrauch signifikant höher wird, ein Bedarf zur Vergrößerung der Batterien entsteht und letztendlich zum Problem zurückführt, das die Gesamtgröße des Gerätes nicht reduziert werden kann.
Genauer wurde dies in einem Versuch um die Verstärkung zu steigern untersucht, in dem die Antenne aus einer Vielzahl von kompakten Antennenelementen in einem kleinen Bereich gruppiert wurde. Dies führte zu dem Problem, das falls Antennenelemente in unmittelbarer Nähe zueinander platziert werden, die Gesamtverstärkung aufgrund wechselseitiger Interferenz von elektromagnetischer Wellen, die von einem Antennenelement zum Nachbarelement emittiert werden, nicht effektiv vergrößert werden können.
Um wechselseitige Interferenz zwischen Antennenelementen zu vermeiden, ist es notwendig, die Antennenelemente zu separieren, wie z.B. in konventionellen Antennenarrays, ideal mit einer Distanz von mehr als einer halben Wellenlänge. Jedoch erzielt eine derartige Herangehensweise nicht das originale Ziel der Reduzierung der Antennengröße, zumindest im MHz-Frequenzband-Bereich. Aus diesem Grund existierte der Bedarf eine neue Technologie zu entwickeln, mit der die Signalverstärkung vergrößert werden konnte mit wechselseitiger Interferenz bei nah zueinander platzierten Antennenelementen.
BG-A-2 326 529 diskutiert eine Antenne zur Nutzung in Identifizierungssystemen. Der Schaltkreis der Antenne umfasst zwei parallel abgestimmte Schaltkreise, die in Serie liegen. In jedem parallel abgestimmten Schaltkreis, sind eine Induktivität mit einem Kondensator parallel geschaltet angeordnet.
EP-A-0 878 864 diskutiert eine Chip-Antenne, die einen Stromleiter und einen parallelen LC-Resonanzschwingkreis umfasst, was zusammen einen Anti-Resonanzschwingkreis bildet, der zwischen Teile des Stromleiters eingefügt wurde und elektrisch in Serie mit dem Stromleiter verbunden wurde. Der Stromleiter ist aufgeteilt in einen ersten und in einen zweiten Stromleiter durch den parallel geschalteten LC-Resonanzschwingkreis. Der parallel geschaltete LC-Resonanzschwingkreis ist durch eine Spule, die das induktive Element darstellt und durch einen parallel geschalteten Kondensator, der das kapazitive Element darstellt, aufgebaut. Die Chip-Antenne besitzt durch die Resonanzfrequenz eine Frequenz, die erstens von der Gesamtlänge des Stromleiters und zweitens von der Länge des ersten Stromleiter abhängt.
EP-A-0 863 570 diskutiert eine Chip-Antenne, die eine Frequenzeinstellsektion besitzt. Eine Elektrode, die sich verkürzen lässt, ist in einem Substrat oder auf einer Oberfläche des genannten Substrates angeordnet und mit einem Ende des Stromleiters verbunden, der ebenfalls in dem genannten Substrat angeordnet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die gegenwärtige Erfindung wird durch die obigen beschriebenen Hintergrundinformationen unterstützt, und sie liefert ein Objekt mit einer hoch verstärkenden Kompakt-Antenne, das die Gesamtabmessungen eines Gerätes durch die Größenreduzierung der Außenabmessungen der Antenne reduziert, so als wenn es gestattet ist, die Antenne aus Einzelgeräten zusammenzubauen, die Funksignale verarbeiten können; sie liefert gefällige Ästhetik; sie eliminiert die Not die Antenne verlängern zu müssen, um sie vor dem Abbrechen zu schützen; und sie eliminiert den Bedarf an einer größer ausgelegten Schaltkreis-Struktur und an einer größeren Batterie.
Die gegenwärtige Erfindung wird aus Sicht der obigen beschriebenen Informationen dargestellt, wobei noch ein weiterer Gegenstand dargestellt wird, der eine hoch verstärkende Kompakt-Antenne liefert, die es ermöglicht hohe Verstärkung zu erzielen durch Reduzierung der wechselseitigen Interferenz, die durch eine Vielzahl von Antennenelementen verursacht wird.
Weiterhin wird die gegenwärtige Erfindung aus Sicht der obigen beschriebenen Informationen dargestellt, und es wird ein weiterer Gegenstand dargestellt, der eine hoch verstärkende Kompakt-Antenne liefert, die es erlaubt, die Verstärkung durch eine Struktur zu erhöhen, in der mehr als ein Antennenelement miteinander verbunden sind.
Eine erste Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung bezieht sich auf eine Antenne, die nicht weniger als zwei Antennenelemente besitzt, in der eine Vielzahl von Antennenelementen in Serie miteinander verbunden sind und jedes Antennenelement eine Induktivitätssektion umfasst, die parallel mit einer Kapazitätssektion verbunden ist.
Die gegenwärtige Erfindung umfasst ein Antennenelement, das durch ein Resonanzsystem dargestellt wird, das durch eine Induktivitätssektion, der parallel mit einer Kapazitätssektion geschaltet ist, aufgebaut ist, und wenn mehr als zwei solcher Antennensysteme in Serie miteinander verbunden sind, funktioniert der Zusammenbau als eine Antenne. Verglichen mit dem Fall, in dem man ein einzelnes Antennenelement besitzt, kann die Antennenverstärkung und die Bandweite bequemer durch eine Anordnung mit einer Vielzahl derartiger Antennenelemente eingestellt werden. Weiterhin ist die Antenne durch Schaltkreise konstruiert, deren Induktivitäts- und Kapazitätssektionen so aufgebaut sind, effektiv variierende elektrische und magnetische Feldkomponenten zu erfassen, so dass die Antennengröße durch die Optimierung der Werte von Kapazität und Induktivität reduziert werden kann.
Weiterhin bezieht sich die gegenwärtige Erfindung auf eine Antenne, in der die Induktivitätssektion eine Spulensektion besitzt, die durch einen spiralförmigen Stromleiter geformt ist oder durch eine kantige Form, die durch eine Spirale angenähert werden kann, die eine Spulensachse umkreist; und in der die Vielzahl der Antennenelemente so angeordnet sind, dass die jeweiligen Achsen der benachbarten Spulensektionen auf einer Geraden ausgerichtet sind.
Durch die Übernahme einer solchen Struktur, werden die Spulenachsen so angeordnet, dass sich die Gesamtgröße der Antenne reduziert, sich die Richtwirkung für den Empfang und die Übertragen von Funkwellen reduziert und die Verstärkung vergrößert wird.
Weiterhin bezieht sich die gegenwärtige Erfindung in ihrer dritten Ausführungsform auf eine Antenne, in der die Spulensektion mit einem ersten Leitermuster, das in einer ersten Ebene gebildet ist, einem zweiten Leitermuster, das in einer zweiten Ebene parallel zur ersten Ebene gebildet ist, und auf eine Spulenleitersektion zum elektrischen Verbinden des ersten Leitermusters mit dem zweiten Leitermuster; und die Kapazitätssektion weist eine Kondensatorsektion auf, die ein drittes Kondensatormuster aufweist, das in einer dritten Ebene gebildet ist und ein viertes Kondensatormuster, das in einer vierten Ebene parallel zur dritten Ebene geformt ist; so dass die erste Ebene, die zweite Ebene, die dritte Ebene und die vierte Ebene parallel zueinander sind.
Durch die Übernahme einer derartigen Struktur werden die Spulen- und Kondensatorsektion in drei Dimensionen zusammengesetzt, so dass der benötigte Bereich zur Konstruktion der Antenne reduziert wird, verglichen mit dem Fall, in dem die Spulen- und Kondensatorsektion auf einer einzigen Substratplattform angeordnet sind, und die Antenne kann miniaturisiert werden.
Weiterhin bezieht sich die zweite Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung auf die Antenne der ersten Ausführungsform, in der die Vielzahl der in Serie verbundenen Antennenelemente in einer solchen Art angeordnet sind, dass sich die Richtungen der Magnetfelder, die durch einen Strom generiert werden, der in jeder Induktionssektion fließt, überschneiden.
Durch die Übernahme einer derartigen Struktur wird die wechselseitige Interferenz zwischen den Antennenelementen optimiert, so dass verglichen mit dem Fall, in dem die Antennenelemente einfach in Serie verbunden sind, ohne darauf zu achten, in welche Richtung die magnetischen Felder weisen, die durch einen Strom generiert werden, der in jeder Induktionssektion fließt, die Richtwirkung für Signalempfang und Signalübertragung reduziert wird und die Verstärkung vergrößert wird.
Die gegenwärtige Erfindung bezieht sich die erste Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung, in der die Induktivitätssektion eine Spulensektion besitzt, und in der eine Vielzahl in Serie verbundenen Antennenelemente in einer solchen Art angeordnet sind, dass sich die Richtungen der Magnetfelder, die durch einen Strom generiert werden, der in jeder Induktionssektion fließt, überschneiden.
Durch die Übernahme einer derartigen Struktur wird die wechselseitige Interferenz zwischen den Antennenelementen optimiert, so dass verglichen mit dem Fall, in dem die Antennenelemente einfach in Serie verbunden sind, ohne darauf zu achten, in welche Richtung die magnetischen Felder weisen, die durch einen Strom generiert werden, der in jeder Induktionssektion fließt, die Richtwirkung für Signalempfang und Übertragung reduziert wird und die Verstärkung vergrößert wird.
Weiterhin ist mindestens ein Anteil der Anteile des Leiters, die die Spulenachse umkreisen, in einer Ebene liegend um einen Winkel zur Spulenachse geneigt.
Durch die Übernahme einer derartigen Struktur wird die wechselseitige Interferenz zwischen den benachbarten axial orientierten Antennenelementen reduziert und die Gesamtverstärkung der Antenne wird vergrößert.
In dem Fall, in dem ein Antennenelement eine Spulensektion besitzt, die durch eine Leiter enthalten ist, der eine Spulenachse umkreist, sind mehrere mögliche Kombinationen zur Anordnung jedes benachbarten Antennenelements möglich. Bei den möglichen Kombinationen haben Experimente bewiesen, dass höhere Verstärkungen möglich sind, wenn die Antennenelemente so verbunden sind, dass die jeweiligen Achsen der Spulensektionen auf einer Geraden ausgerichtet sind, als wenn die Antennenelemente parallel verbunden sind. Zusätzlich wird die wechselseitige Interferenz reduziert, wenn die benachbarten Antennenelemente so angeordnet werden, dass sich die Spulenachsen überschneiden. In der gegenwärtigen Erfindung, wird Priorität gelegt auf die Reduzierung des Bereiches, der für die Befestigung der Antenne benötigt wird und ebenso auf die Vereinfachung der Befestigung.
Der Stromleiter ist durch das Verbinden des Anteils, das die Spulenachse in axialer Richtung umkreist, geformt. wenn Zylinderkoordinaten genutzt werden und die Spulenachse mit z gekennzeichnet wird, beschreibt die Position jeder Sektion des Stromleiters eine typische Spirale, die eine monotone Änderung in der z-Koordinate zeigt, wenn die Winkelkoordinate θ variiert wird. Wenn man dann weiter einen spiralförmigen Stromleiter betrachtet, der die Spulenachse über einen Winkelbereich von θ = 360° umkreist, eine Ebene, die die z-Achse schneidet und die rechtwinkelig zum Startpunkt liegt und eine weitere Ebene, die die z-Achse schneidet und am Endpunkt einer derartigen Spirale liegt, dann schneidet diese Spirale außer am Start- und am Endpunkt der Stromleiterspirale nicht die Ebenen. Wenn für jede komplette Umdrehung (oder Rotationsanteil) der Stromleiterspirale eine solche Ebene angenommen wird, dann wird der Stromleiter durch eine Serie solcher Ebenen, die rechtwinkelig zur Spulenachse liegen, unterteilt. Wenn dieses Argument auf allgemeine Spiralen übertragen wird, wie z.B. Stromleiter oder Stromleiter, die durch eine Spirale angenähert werden können, dann kann eine Gruppe derartiger Ebenen visualisiert werden, die den Stromleiter unterteilen, wobei die Rotationsanteile (Schleifen) des Stromleiters, außer am Start- und am Endpunkt jeder Umdrehung, nicht die Ebenen schneiden. Somit kann jede Stromleiterwicklung mit einer benachbarten imaginären Ebene assoziiert werden, wenn der Ausdruck „ein Anteil des Stromleiters, der die Spulenachse umkreist, ist in einer Ebene enthalten" (hierbei werden imaginäre Ebenen, die den Stromleiter unterteilen, der Einfachheit halber als Ebenen bezeichnet) genutzt wird.
In so einem Fall, wenn mindestens ein Anteil der Anteile, die die Spulenachse umkreisen, in einer Ebene enthalten ist, die um einen Winkel zur Achse geneigt ist, dann tendiert die Richtung des magnetischen Felds, das durch einen Stromfluss in diesem Anteil generiert wurde, rechtwinkelig zur Ebene zu verlaufen. Betrachtet man die gesamte Antenne, dann werden die Richtungen der magnetischen Felder, die durch den Stromfluss in den Spulensektionen generiert werden, asymmetrisch in der Spulenachse, so dass das magnetische Feld, das durch einen Stromfluss in einer Spulensektion generiert wird, durch andere Spulensektionen derart geschwächt wird, dass wechselseitige Interferenz zwischen den Antennenelementen reduziert wird.
Ebenso können jene Anteile des Stromleiters, die die Achse umkreisen, parallel zueinander gebildet sein.
Durch die Übernahme einer derartigen Struktur werden die Magnetfelder, die durch einen Strom, der in den Spulensektionen fließt, stärker im Achsenbereich asymmetrisch, so dass das Magnetfeld, das durch einen Strom, der in einer Spulensektion fließt, durch andere Spulensektionen geschwächt wird, so dass die wechselseitige Interferenz der Antennenelemente reduziert wird. Dementsprechend kann die Gesamtverstärkung aller Antennen effektiver vergrößert werden.
Weiterhin ist es vorzuziehen, dass die Ebenen in zwei benachbarten Spulensektionen um unterschiedliche Winkel zur Spulenachse geneigt sind.
Durch die Übernahme einer derartigen Struktur werden die Richtungen der Magnetfelder, die durch einen Strom generiert werden, der in der Spulensektion fließt, in den benachbarten Spulensektionen, deren Achsen im Wesentlichen auf einer Geraden angeordnet sind, im Achsenbereich asymmetrisch, und das generierte magnetische Feld, das durch den Strom generiert wird, der in einer Spulensektion fließt, wird in anderen Spulensektionen geschwächt, und die Richtungen der Magnetfelder, die in zwei Spulensektionen generiert werden, überschneiden sich derart, dass die wechselseitige Interferenz der Antennenelemente reduziert wird und die Gesamtverstärkung aller Antennen vergrößert wird.
Eine weitere Ausführungsform der Antenne ist in der gegenwärtigen Erfindung durch nicht weniger als zwei Antennenelemente umfasst, die in Serie verbunden sind und in der jedes Antennenelement eine Induktivitäts- und Kapazitätssektion besitzt, die elektrisch parallel verbunden sind, und worin eine Leitungssektion zwischen Induktivitätssektionen von mindestens zwei benachbarten Antennenelementen angeordnet ist.
Durch die Übernahme einer derartigen Struktur beschafft die Leitungssektion Schutz gegen elektromagnetische Wellen, die durch die Antennenelemente teilweise generiert wurden, so dass wechselseitige Interferenz zwischen den benachbarten Antennenelementen reduziert wird, und die Verstärkung der Antenne vergrößert wird.
Es ist vorzuziehen, dass die erste Ebene und die zweite Ebene durch zwei gegenüberliegende Ebenen von einer ersten Substratplatte dargestellt werden; die dritte Ebene und die vierte Ebene durch zwei gegenüberliegende Ebenen von einer zweiten Substratplatte dargestellt werden; und die erste Substratplatte und die zweite Substratplatte mit einer dazwischen liegenden Isolierungsschicht zu einem ganzheitlichen Gerät laminiert sind.
Durch die Übernahme einer derartigen Struktur, ist die Antenne in zwei Substratplatten mit einer dazwischen liegenden Isolierungsschicht enthalten, so dass die Handhabung erleichtert ist.
Weiterhin sind in der Antenne, in der ersten Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung, die Vielzahl der Antennenelemente in Serie zu einer einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion verbunden.
Durch die Übernahme einer derartigen Struktur, kann die Resonanzfrequenz (es kann manchmal in der Beschreibung ebenso auf Mittenfrequenz verwiesen worden sein), bei der die Antenne mit maximaler Verstärkung schwingt, verändert werden.
Es ist vorzuziehen, dass die Vielzahl der Antennenelemente von einem Antennenhauptkörper umfasst werden und dass die einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion als ein separater Körper vom Antennenhauptkörper vorgesehen ist, so dass der Antennenhauptkörper und die einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion ein Antennenmodul zusammenstellen.
Durch die Übernahme einer derartigen Struktur ist die Kapazität der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion in einem anderen Komponentenkörper vorgesehen, so dass die Resonanzfrequenz unanhängig vom Antennenhauptkörper eingestellt werden kann. Dies ist zum einen der Antennenhauptkörper, der so geformt ist, um eine einzelne Frequenz anzupassen und anschließendes Einstellen der Frequenz das durch das Einstellen der Kapazität der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion erfolgt, die als ein separater Körper vom Antennenhauptkörper dargestellt ist. So wie ein Antennenmodul von einem Antennenhauptkörper und einer separat einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion umfasst ist, die eine flexible Frequenzeinstellung ermöglicht.
Weiterhin werden in der Antenne, entsprechend der ersten Ausführungsform, die Vielzahl der Antennenelemente und eine erste Elektrode, die elektrisch mit den Antennenelementen verbunden ist, in dem Antennenhauptkörper vorgesehen; und der auf einer Substratplatte befestigte Antennenhauptkörper weist eine zweite Elektrode auf, um eine einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode zu bilden.
In der gegenwärtigen Erfindung ist eine erste Elektrode auf dem Antennenhauptkörper dargestellt, die in Verbindung mit einer zweiten Elektrode wirkt, die auf einer Substratplatte dargestellt ist, die mit der Antenne befestigt ist, z.B. ist die Erdungsplatte der Leiterplatine mit der Antenne befestigt, um die einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion zu formen. Durch die Übernahme einer derartigen Struktur ist es möglich, z.B. die Kapazität der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion durch Modifizieren des Bereichs der zweiten Elektrode, die auf der Substratplatte dargestellt ist oder durch Einstellen der Position der Substratplatte, auf der die Antenne befestigt ist, einzustellen. Noch genauer ausgedrückt, kann der Kapazitätswert der einstellbaren Kapazitätssektion eingestellt werden, wenn die Antenne auf der Substratplatte befestigt ist und die Größe des Bereiches, der sich gegenüberliegend der Erdungsplatte auf der Leiterplatine befindet, verändert wird. Wenn die Antenne zu einem Produkt zusammengebaut ist, kann der Versatz in der Antennenfrequenz, der durch den Einfluss des Gehäuses und ähnlichem verursacht wird, durch Einstellen der Befestigungsposition der Antenne korrigiert werden, so als wenn die Kapazität der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion verändert wird. Oder es ist ebenfalls möglich, absichtlich die Frequenz der Antenne um einen großen Betrag zu ändern.
Weiterhin sind die Vielzahl der Antennenelemente und eine erste Elektrode, die auf einer fünften Ebene gebildet ist, die parallel zur ersten bis vierten Ebene ist, in einem Antennenhauptkörper enthalten; und der Antennenhauptkörper ist auf einer Substratplatte montiert, die eine zweite Elektrode aufweist, um eine Frequenzeinstellungs-Kapazitätssektion zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode zu bilden.
In der gegenwärtigen Erfindung ist eine erste Elektrode auf dem Antennenhauptkörper dargestellt, die in Verbindung mit einer zweiten Elektrode wirkt, die auf einer Substratplatte dargestellt ist, die mit der Antenne befestigt ist, z.B. ist die Erdungsplatte der Leiterplatine mit der Antenne befestigt, um die einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion zu formen. Durch die Übernahme einer derartigen Struktur ist es möglich, z.B. die Kapazität der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion durch Modifizieren des Bereichs der zweiten Elektrode, die auf der Substratplatte dargestellt ist oder durch Einstellen der Position der Substratplatte, auf der die Antenne befestigt ist, einzustellen. Noch genauer ausgedrückt, kann der Kapazitätswert der einstellbaren Kapazitätssektion eingestellt werden, wenn die Antenne auf der Substratplatte befestigt ist und die Größe des Bereiches, der sich gegenüberliegend der Erdungsplatte auf der Leiterplatine befindet, verändert wird. Wenn die Antenne zu einem Produkt zusammengebaut wird, kann der Versatz in der Antennenfrequenz, der durch den Einfluss des Gehäuses und ähnlichem verursacht wird, durch Einstellen der Befestigungsposition der Antenne korrigiert werden, so als wenn die Kapazität der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion verändert wird. Oder es ist ebenfalls möglich, absichtlich die Frequenz der Antenne um einen großen Betrag zu ändern.
Weiterhin sind die Vielzahl der Antennenelemente und die einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion in drei Dimensionen miteinander verbunden, so dass die Antenne keinen großen Raum in Anspruch nimmt, wenn diese zu einem Gerät verbunden werden, um die Miniaturisierung des Gerätes zu ermöglichen.
Es ist in dem obigen Fall vorzuziehen, dass die erste Ebene und die zweite Ebene durch zwei gegenüberliegende Ebenen von einer ersten Substratplatte festgelegt sind; die dritte Ebene und die vierte Ebene sind durch zwei gegenüberliegende Ebenen von einer zweiten Substratplatte festgelegt sind; die fünfte Ebene durch eine Ebene einer Frequenzeinstellungs-Substartplatte festgelegt ist; und der Antennenhauptkörper durch Laminieren der ersten Substartplatte, der zweiten Substratplatte und der Frequenzeinstellungs-Substartplatte zusammen mit den jeweiligen dazwischen liegenden Isolierungsschichten zu einer integralen Einheit gebildet ist.
Durch die Übernahme einer derartigen Struktur kann die Antenne als eine integrale Einheit auf der Substratplatte gebildet werden, um die Bedienung zu vereinfachen.
Weiterhin bezieht sich die gegenwärtige Erfindung auf die Antenne in der ersten Ausführungsform, in der der Induktivitätsbereich einen Spulenbereich besitzt, der durch einen spiralförmigen Stromleiter geformt ist oder durch eine kantige Form, die durch eine Spirale angenähert werden kann, die eine Spulenachse umkreist; und in der die Vielzahl der Antennenelemente so angeordnet sind, dass die jeweiligen Achsen der benachbarten Spulensektionen auf einer Geraden ausgerichtet sind.
Durch die Übernahme dieser Struktur, werden die Spulenachsen so angeordnet, dass sich die Gesamtgröße der Antenne reduziert, sich die Richtwirkung für den Empfang und die Übertragen von Funkwellen reduziert und die Verstärkung vergrößert wird.
Weiterhin ist mindestens ein Anteil der Anteile des Leiters, die die Spulenachse umkreisen, in einer Ebene liegend um einen Winkel zur Spulenachse geneigt.
Durch die Übernahme einer derartigen Struktur wird die wechselseitige Interferenz zwischen den benachbarten axial orientierten Antennenelementen reduziert und die Gesamtverstärkung der Antenne wird vergrößert.
Weiterhin ist es vorzuziehen, dass die Ebenen in zwei benachbarten Spulensektionen um unterschiedliche Winkel zur Spulenachse geneigt sind.
Durch die Übernahme einer derartigen Struktur wird die wechselseitige Interferenz der Antennenelemente effektiver reduziert, und die Gesamtverstärkung der Antenne wird vergrößert.
Die gesamten Auswirkungen auf die Antenne durch die gegenwärtige Erfindung sind untenstehend zusammengefasst.
Übereinstimmend mit der gegenwärtigen Erfindung wird die Verstärkung vergrößert, weil in jedem Antennenelement eine Induktivitätssektion und eine Kapazitätssektion parallel verbunden sind, und eine Vielzahl dieser Antennenelemente in Serie verbunden ist. Weiterhin kann im Gegensatz zu den Monopol- und spiralförmigen Antennen, die Größe der Antenne reduziert werden, weil die Antenne aus Festkörperschaltkreisen aufgebaut ist. Dementsprechend besteht kein Bedarf die Antenne manuell auszufahren, da die Antenne in verschiedene Geräte eingebunden werden kann, um Funksignale weiter zu verarbeiten, so dass die Gefahr des Zerbrechens der Antenne eliminiert ist und das Gesamterscheinungsbild des Gerätes verbessert ist.
Weiterhin wird übereinstimmend mit der gegenwärtigen Erfindung, da die Vielzahl der Antennenelemente so angeordnet ist, dass sich die Richtungen der Magnetfelder, die durch einen Strom generiert werden, der in jeder Induktionssektion fließt, überschneiden, bei der Weiterverarbeitung von Funkwellen die Richtwirkung für Funkwellen homogener, wenn man dies mit dem Fall vergleicht, in dem die Antennenelemente einfach in Serie angeordnet sind und die Verstärkung kann vergrößert werden.
Weiterhin kann übereinstimmend mit der gegenwärtigen Erfindung, da die Induktivitätssektion eine Spulensektion besitzt, da der Wert der Induktivitätssektion vergrößert werden kann, und weil die Vielzahl der Antennenelemente so angeordnet sind, dass sich die Richtungen der Magnetfelder, die durch Spulensektionen generiert werden, überschneiden, bei der Weiterverarbeitung von Funkwellen die Richtwirkung für Funkwellen reduziert werden, wenn man dies mit dem Fall vergleicht, in dem die Antennenelemente einfach in Serie angeordnet sind und die Verstärkung kann vergrößert werden.
Weiterhin kann übereinstimmend mit der gegenwärtigen Erfindung, da die Induktivitätssektion eine Spulensektion besitzt, da der Wert der Induktivitätssektion signifikant vergrößert werden kann, wenn man dies mit dem Fall vergleicht, in dem einfache Linien-Kapazitäten oder ähnliches vorliegen und weil die benachbarten Antennenelemente so angeordnet sind, dass die Spulenachsen der Spulensektionen auf einer Geraden liegen, die Gesamtgröße der Antenne verkleinert, die Richtwirkung zum Signalempfang homogener gemacht und die Verstärkung vergrößert werden.
Weiterhin wird übereinstimmend mit der gegenwärtigen Erfindung, da die Spulensektionen in den benachbarten Antennenelementen in Wirklichkeit auf einer Geraden angeordnet sind, und die Anteile (Drehbereich), die die Spulenachse umkreisen in zugehörigen Ebenen gebildet sind, die in einem Winkel zur Spulenachse orientiert sind, die wechselseitige Interferenz zwischen den Antennenelementen reduziert, so dass die Konstruktion einer kompakten stark verstärkende Antenne möglich ist.
Weiterhin wird übereinstimmend mit der gegenwärtigen Erfindung, da die Anteile, die die Spulenachse umkreisen in zugehörigen Ebenen gebildet sind, die in einem Winkel zur Spulenachse orientiert sind und parallel zueinander angeordnet sind, die wechselseitige Interferenz zwischen den Antennenelementen weiter reduziert, so dass die Konstruktion einer kompakten stark verstärkende Antenne möglich ist.
Weiterhin wird übereinstimmend mit der gegenwärtigen Erfindung, da die Ebenen, die in Wirklichkeit die Anteile enthalten, die die Spulenachse des Stromleiters umkreisen, in benachbarten Spulensektionen in unterschiedlichen Winkeln orientiert sind, die wechselseitige Interferenz zwischen den Antennenelementen reduziert, so dass die Konstruktion einer kompakten stark verstärkende Antenne möglich ist.
Weiterhin wird übereinstimmend mit der gegenwärtigen Erfindung, da eine Leitersektion zwischen den benachbarten Antennenelementen angeordnet ist, die wechselseitige Interferenz zwischen den Antennenelementen reduziert, so dass die Konstruktion einer kompakten stark verstärkende Antenne möglich ist.
Weiterhin ist übereinstimmend mit der gegenwärtigen Erfindung, da die Spulensektion und die Kondensatorsektion aus einer Laminierung aufgebaut sind, in der das erste bis einschließlich vierte Leitermuster durch gegenüberliegende Ebenen in einer dreidimensionalen Struktur so dargestellt sind, dass verglichen mit dem Fall, in dem die Spulensektion und die Kapazitätssektion auf einem einzigen Stück Substratplattform angeordnet sind, die Antenne in einem kleineren Raum enthalten. Somit ist die Antenne miniaturisiert, um ihre Vereinigung innerhalb des Gerätes zur Weiterverarbeitung von Funksignalen zu ermöglichen.
Weiterhin kann übereinstimmend mit der gegenwärtigen Erfindung, eine modularisierte Antenne zu einem Gerät zusammengebaut werden, das Funksignale weiterverarbeiten kann, so dass seine Handhabung erleichtert wird.
Weiterhin kann übereinstimmend mit der gegenwärtigen Erfindung, da eine einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion mit der Antenne verbunden ist, eine Frequenz bei der eine maximale Verstärkung erreicht wird, variiert und geändert werden.
Weiterhin kann übereinstimmend mit der gegenwärtigen Erfindung, da die Vielzahl der Antennenelemente von einem Antennenhauptkörper umfasst ist und die einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion als ein separater Körper vom Antennenhauptkörper vorgesehen ist, so dass der Antennenhauptkörper und die einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion ein Antennenmodul zusammenstellen, dass nachdem der Antennenhauptkörper gebildet wurde, eine Anpassung einer einzelnen Frequenz ermöglicht, das nachfolgende Justieren durch das Justieren der Kapazität von der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion erfolgen, die in einem separaten Körper vom Antennenhauptkörper bereitgestellt ist, um einen flexiblen Frequenz-Einstellungs-Betrieb zu ermöglichen.
Weiterhin ist es möglich, übereinstimmend mit der gegenwärtigen Erfindung, da die Vielzahl der Antennenelemente und eine erste Elektrode, die elektrisch mit den Antennenelementen verbunden ist, in dem Antennenhauptgehäuse vorgesehen sind; und der auf einer Substratplatte befestigte Antennenhauptkörper eine zweite Elektrode aufweist, um eine einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode zu bilden, die Kapazität der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion durch Verändern des Bereiches von Elektrode zwei einzustellen, die auf der Substratplattform dargestellt ist, oder durch Veränderung der Befestigungsposition der Antenne auf der Substratplattform. Wenn die Antenne zu einem Produkt zusammengebaut wird, kann der Versatz in der Antennenfrequenz, der durch den Einfluss des Gehäuses und ähnlichem verursacht wird, durch Einstellen der Befestigungsposition der Antenne korrigiert werden, so als wenn die Kapazität der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion verändert wird. Oder es ist ebenfalls möglich, absichtlich die Frequenz der Antenne um einen großen Betrag zu ändern.
Weiterhin ist es möglich, übereinstimmend mit der gegenwärtigen Erfindung, da die Vielzahl der Antennenelemente und eine erste Elektrode, die auf einer fünften Ebene gebildet ist, die parallel zur ersten bis vierten Ebene ist, in einem Antennenhauptkörper enthalten sind; und der Antennenhauptkörper auf einer Substratplatte montiert ist, die eine zweite Elektrode aufweist, um eine Frequenzeinstellungs-Kapazitätssektion zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode zu bilden, die Kapazität der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion durch Verändern des Bereichs von Elektrode zwei Einzustellen, die auf der Substratplattform dargestellt ist, oder durch Einstellen der Befestigungsposition der Antenne auf der Substratplattform. Wenn die Antenne zu einem Produkt zusammengebaut ist, kann der Versatz in der Antennenfrequenz, der durch den Einfluss des Gehäuses und ähnlichem verursacht wird, durch Einstellen der Befestigungsposition der Antenne korrigiert werden, so als wenn die Kapazität der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion verändert wird. Oder es ist ebenfalls möglich, absichtlich die Frequenz der Antenne um einen großen Betrag zu ändern. Weiterhin sind die Vielzahl der Antennenelemente und die einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion in drei Dimensionen miteinander verbunden, so dass die Antenne keinen großen Raum in Anspruch nimmt, wenn diese zu einem Gerät verbunden sind, um die Miniaturisierung des Gerätes zu ermöglichen.
Weiterhin wird die Antenne, übereinstimmend mit der gegenwärtigen Erfindung, da die erste Ebene und die zweite Ebene durch zwei gegenüberliegende Ebenen von einer ersten Substratplatte festgelegt sind; die dritte Ebene und die vierte Ebene durch zwei gegenüberliegende Ebenen von einer zweiten Substratplatte festgelegt sind; die fünfte Ebene durch eine Ebene einer Frequenzeinstellungs-Substartplatte festgelegt ist; und die erste Substratplatte, die zweite Substratplatte und die Frequenzeinstellungs-Substartplatte zusammen mit den jeweiligen dazwischen liegenden Isolierungsschichten zu einer integralen Einheit laminiert sind, zu einer Einheit und die Bedienung wird vereinfacht, wenn die Antenne auf der Substratplatte befestigt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Antenne, die in Ausführungsform 1 von der gegenwärtigen Erfindung realisiert ist.
2 ist eine Draufsicht des Beispiels der Antenne in Ausführungsform 1 der gegenwärtigen Erfindung.
3 ist ein Aufbauplan, der die laminierte Struktur der Antenne in Ausführungsform 1 der gegenwärtigen Erfindung zeigt.
4 ist ein äquivalentes Schaltkreisdiagramm von der Antenne in Ausführungsform 1 der gegenwärtigen Erfindung.
5 ist ein Diagramm, das ein Strahlungsmuster einer Antenne der gegenwärtigen Erfindung zeigt.
6 ist ein Diagramm, das ein Strahlungsmuster einer Antenne der gegenwärtigen Erfindung zeigt.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels von der Antenne in Ausführungsform 1 der gegenwärtigen Erfindung.
8 ist ein äquivalentes Schaltkreisdiagramm von der Antenne, die in 7 dargestellt ist.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels von der Antenne in Ausführungsform 2 der gegenwärtigen Erfindung.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels von der Antenne in Ausführungsform 2 der gegenwärtigen Erfindung.
11 ist ein äquivalentes Schaltkreisdiagramm von den Antennen aus 9 und 10 mit einer einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion zum Einstellen der Frequenz.
12 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels von einer Antenne in Ausführungsform 3 der gegenwärtigen Erfindung.
13 ist eine Draufsicht eines Beispiels von der Antenne in Ausführungsform 3 der gegenwärtigen Erfindung.
14 ist ein Aufbauplan, der die laminierte Struktur der Antenne in Ausführungsform 3 der gegenwärtigen Erfindung zeigt.
15 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels von der Antenne in Ausführungsform 4 der gegenwärtigen Erfindung.
16 ist eine vergrößerte Draufsicht von der Spulensektion der Antenne, die in 15 dargestellt ist.
17 ist eine vergrößerte Draufsicht von der Spulensektion eines weiteren Beispiels von der Antenne in Ausführungsform 4 der gegenwärtigen Erfindung.
18 ist ein äquivalentes Schaltkreisdiagramm von einer Antenne einer weiteren Ausführungsform.
Beschreibung der bevorzugtes Ausführungsformen
Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen der gegenwärtigen Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt.
1–4 zeigt die Antennen nach Ausführungsform 1 der gegenwärtigen Erfindung. In den Diagrammen besitzt Antenne A1 zwei Antennenelemente E1, E2, wobei diese Antennenelemente E1, E2 elektrisch in Serie verbunden sind. Die Antennenelemente E1, E2 werden jeweils durch eine Induktivitätssektion 1 und eine Kapazitätssektion 2 dargestellt, die parallel verbunden sind. 4 zeigt ein äquivalentes Schaltkreisdiagramm dieser Verbindungen.
Ein Anschlusspunkt P1, dessen Klemmen zur Antenne E1 gehören und das das Ende repräsentiert, das nicht mit der Antenne E2 verbunden ist, ist mit dem Einspeisungspunkt 3 verbunden, von dem Leistung zu den Antennenelementen E1, E2 bereitgestellt wird. Eine Impedanzanpassungssektion 4 ist als eine externe Abstimmungsschaltung mit dem Einspeisungspunkt 3 verbunden, um die Eingangsimpedanz von Antenne A1 anzupassen (s. 4).
Weiterhin ist ein Anschlusspunkt P3, dessen Klemmen zur Antenne E2 gehören und das das Ende repräsentiert, das nicht mit der Antenne E1 verbunden ist, elektrisch in Serie mit einer einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion 5 verbunden und die andere Klemme der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion 5 ist geerdet (s. 4).
Jede Induktivitätssektion 1 besitzt eine jeweilige Spulensektion 1a oder 1b.
Die Spulensektion 1a wird durch einen Leitungskörper dargestellt, der durch eine quadratisch geformte Spule angenähert wird, die eine Spulenachse L1 umkreist, und wie in 3 gezeigt ist, weist dieser Leitungskörper ein Leitungsmuster 11a (erstes Leitungsmuster) und ein Leitungsmuster 12a (zweites Leitungsmuster) auf, ist aus Silber hergestellt und besitzt Dimensionen von 5 mm Länge, 0,5 mm Breite und 0,01 mm Dicke, ist jeweils geformt auf einer Ebene 10a (erste Ebene) und einer Ebene 10b (zweite Ebene), die parallel zur Substratplatte 10 (erste Substratplatte) orientiert sind; und Spulenleitungssektion 13a von 1,5 mm Länge zum elektrischen Verbinden der Leitungsmuster 11a und 12a durch Mittel von Metallleitern, die Löcher füllen, die durch die Substratplatte 10 in der Dickenrichtung gestanzt wurden.
Die Spulensektion 1b wird durch einen Leitungskörper dargestellt, der durch eine quadratisch geformte Spule angenähert wird, die eine Spulenachse L2 umkreist, und dieser Leitungskörper weist ein Leitungsmuster 11b (erstes Leitungsmuster) und ein Leitungsmuster 12b (zweites Leitungsmuster) auf, ist aus Silber hergestellt und besitzt Dimensionen von 5 mm Länge, 0,5 mm Breite und 0,01 mm Dicke, ist jeweils geformt auf einer Ebene 10a (erste Ebene) und einer Ebene 10b (zweite Ebene), die parallel zur Substratplatte 10 (erste Substratplatte) orientiert sind; und Spulenleitungssektion 13b von 1,5 mm Länge zum elektrischen Verbinden der Leitungsmuster 11a und 12a durch Mittel von Metallleitern, die Löcher füllen, die durch die Substratplatte 10 in der Dickenrichtung gestanzt wurden.
Der Leitungskörper, der die Spulensektionen 1a und 1b umfasst, ist für eine gewisse Anzahl von Umdrehungen (fünf Umdrehungen in dieser Ausführungsform) in der selben Richtung (in dieser Ausführungsform im Uhrzeigersinn) um die Spulenachsen L1, L2 wie eine Spirale konstruiert.
Die Spulensektionen 1a, 1b sind so miteinander verbunden, dass sie im Wesentlichen kollinear durch den Anschlusspunkt P2 verlaufen, und die äußeren Abmessungen der Antenne A1 in der Gesamtlänge 26 mm und in der Gesamtbreite 5 mm betragen. Hierbei beträgt der Induktivitätswert von Induktivitätssektion 1 in dieser Ausführungsform 250 nH bei 460 MHz.
2 ist eine Draufsicht von der Antenne, die in 1 abgebildet ist und repräsentiert eine vergrößerte Ansicht der Spulensektionen 1a, 1b, wobei die Betrachtungsrichtung vertikal zu den Richtungen von Achse L1 und L2 liegt. Wie in 2 gezeigt wurde, sind das Leitermuster 11a und Leitermuster 12a von Antennenelement E1 und das Leitermuster 11b und Leitermuster 12b von Antennenelement E2 so geformt, dass ihre Orientierungswinkel in Bezug auf die Achsen L1, L2 unterschiedlich sind. Damit sind die einstellbaren Spulen 1a, 1b so ausgerichtet, dass der Hauptwinkel zwischen der Achse L1 und der Leitermuster 11a, 12a von dem Antennenelement E1 α beträgt, während der Hauptwinkel zwischen der Achse L2 und den Leitermustern 11b, 12b von Antennenelement E2 β beträgt, so dass die Winkel α und β unterschiedlich für die Antennenelemente E1 und E2 sind. Außerdem sind diese Winkel α und β ausgewählte Winkel, die einen Wert von ungleich 90° besitzen.
Stärker detailliert ausgedrückt, ist die Spulensektion 1a derart konstruiert, dass der Leiter so geformt ist, dass der Wicklungsbereich 15a (der Anteil der die Achse eins umkreist), der die Achse L1 in der Reihenfolge von Leitermuster 12a, Spulenleitersektion 13a, Leitermuster 11a und Spulenleitersektion 13a umkreist, in Richtung von Achse L1 verbunden ist, so dass hierbei der Winkel α ein Durchschnittswinkel ist, den die Wicklungssektion 15a mit der Achse L1 beschreibt, wenn von oben aus betrachtet wird. Ähnlich ist die die Spulensektion 1b derart umfasst, dass der Leiter so geformt ist, dass der Wicklungsbereich 15b (der Anteil der die Achse eins umkreist), der die Achse L2 in der Reihenfolge von Leitermuster 12b, Spulenleitersektion 13b, Leitermuster 11b und Spulenleitersektion 13b umkreist, in Richtung von Achse L2 verbunden ist, so dass hierbei der Winkel β ein Durchschnittswinkel ist, den die Wicklungssektion 15b mit der Achse L2 beschreibt, wenn von oben aus betrachtet wird.
Der Leiter von Spulensektion 1a ist um einen Winkel α geneigt und ist teilbar durch die Ebenen H1, die rechtwinkelig zur Papierebene aus 2 und schräg um einen Winkel zu L1 liegen, und die Wicklungssektionen 15a sind so hergestellt, dass die Wicklungssektionen 15a außer am Start- und Endpunkt nicht die Ebenen H1 schneiden. In diesem Fall könnte man sagen, dass die Wicklungssektionen 15a im Wesentlichen in den Ebenen H1 enthalten sind. Ebenfalls sind die Wicklungssektionen 15a parallel zueinander geformt, solange die Leitermuster 11a und 12a parallel zueinander liegen.
Ähnlich ist der Leiterkörper von Spulensektion 1b um einen Winkel β geneigt und ist teilbar durch die Ebenen H2, die rechtwinkelig zur Papierebene aus 2 und schräg um einen Winkel zu L2 liegen, und die Wicklungssektionen 15b sind so hergestellt, dass die Wicklungssektionen 15b außer am Start- und Endpunkt nicht die Ebenen H1, H2 schneiden. In diesem Fall könnte man sagen, dass die Wicklungssektionen 15b im Wesentlichen in den Ebenen H2 enthalten sind. Ebenfalls sind die Wicklungssektionen 15b parallel zueinander geformt, solange die Leitermuster 11b und 12b parallel zueinander liegen.
Weiterhin formen das Leitermuster 12a von Spulensektion 1a des Antennenelements E1 und das Leitermuster 11b von Spulensektion 1b des Antennenelements E2 einen Winkel zwischen ca. 90° und einem spitzen Winkel von ungefähr γ° am Anschlusspunkt P2, wenn von oben aus betrachtet wird, wie in 2 abgebildet ist. Dementsprechend sind die Spulensektionen 1a, 1b derart konstruiert, dass diese unter unterschiedlichen Neigungswinkeln gewickelt sind. Als Ergebnis überschneiden sich in einem Winkel, nahe des Anschlusspunktes P2, in jeder Spulensektion 1a, 1b die Richtung der Magnetfelder, die durch einen Strom generiert werden, der in jeder Spulensektion 1a, 1b fließt.
Die Kapazitätssektion 2 besitzt eine jeweilige Kondensatorsektion 2a oder 2b.
Die Kondensatorsektionen 2a, 2b werden durch ein Leitungsmuster 21a, 21b und durch ein Leitungsmuster 22a, 22b dargestellt, das im Groben eine quadratisch Form von 0,01 mm Dicke besitzt, aus Silber hergestellt ist und jeweils auf einer Ebene 20a (dritte Ebene) und einer Ebene 20b (vierte Ebene) geformt ist, die parallel zur Substratplatte 20 (zweite Substratplatte) orientiert sind, die die gleichen Längen- und Breitendimensionen wie die erste Substratplatte 10 besitzen, so dass die Leitermuster 21a, 21b und Leitermuster 22a, 22b sich gegenüber liegen. Erstes Leitermuster 21a von Antennenelement E1 ist elektrisch mit dem Fußpunkt 3 verbunden, während das andere Leitermuster 22a elektrisch mit dem Anschlusspunkt P2 verbunden ist.
Weiterhin ist erstes Leitermuster 21b von Antennenelement E2 elektrisch mit Anschlusspunkt P2 verbunden, während das andere Leitermuster 22b elektrisch mit dem Anschlusspunkt P3 verbunden ist. Der Kapazitätswert von Kapazitätssektion 2 ist in dieser Ausführungsform 80 pF bei 400 MHz.
Hier sind die Substratplatte 10 und die Substratplatte 20 zu einer Einheit mit einer Mittelschicht, welche die Substratplatte 30 (Isolierungsschicht) ist, die primär aus Aluminium besteht, laminiert.
Die Impedanzanpassungssektion 4, zum Anpassen der Eingangsimpedanz von Antenne A1, ist mit dem Fußpunkt 3 verbunden und als ein äquivalentes Schaltkreisdiagramm in 4 dargestellt.
Weiterhin ist eine Elektrode 51 (erste Elektrode) elektrisch mit dem Anschlusspunkt P3 verbunden. Die Elektrode 51 besteht aus Silber in 0,01 mm Dicke, ist oben auf der Fläche 50a (fünfte Ebene) von Substratplatte 50 (einstellbare Frequenz-Substratplatte) geformt und besitzt die gleichen Längen- und Breitendimensionen wie die Substrate 10, 20. Die Substratplatte 50 ist so angeordnet, dass sich die Elektrode 51 gegenüber der Induktivitätssektion 1 und der Kapazitätssektion 2 befindet und ist parallel zur Substratplatte 20 gestapelt, so als wenn man Substratplatte 40 festklemmen möchte, die primär aus Aluminium besteht und als Isolierungsschicht dient. Auf diese Art und Weise wird der Antennenhauptkörper B1 durch Laminieren von Substratplatte 10, 20 und 30, in denen die Antennenelemente E1, E2 geformt sind und durch weiteres Laminieren der Substratplatte 40 und 50 an den laminierten Körper, dargestellt.
Die Antenne A1 ist so konstruiert, dass durch den Zusammenbau des Antennenhauptkörpers B1 auf einer Leiterplatine X, die einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion 5, die elektrisch mit dem Antennenelement E2 in Serie verbunden ist, zwischen der Elektrode 51 und der Elektrode 52 (zweite Elektrode) sowie auf der Leiterplatine geformt ist. Dies ist der Antennenhauptkörper B1, der auf der Leiterplatine X befestigt ist, so dass die Elektrode 51 und die Elektrode 52 sich gegenüber liegen und dass der Kapazitätswert durch den Bereich von Elektrode 51, 52 oder durch die Distanz zwischen den Elektrodenplatten und die Beschaffenheit des dazwischen liegenden Materials bestimmt wird. Weiterhin wird durch die Erdung der Elektrode 52 das andere Ende der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion 5 geerdet.
Die Antenne A1, entsprechend dieser Ausführungsform, ist so geformt, dass ein Antennenelement die Induktivitätssektion 1 besitzt, die parallel mit der Kapazitätssektion 2 verbunden ist und als Resonatorsektion dient, und zwei dieser Antennenelemente elektrisch in Serie miteinander verbunden sind, um als Resonatorsystem zu dienen, so dass der vollständige Aufbau im Ganzen die Funktion zum Senden und Empfangen von Funkwellen anbietet. Im Gegensatz zu dem Fall, in dem nur ein Antennenelement genutzt wird, ist es möglich durch Anordnen von nicht weniger als zwei Antennenelementen wie oben beschrieben, die Signalverstärkung einzustellen. Da die Antenne einen Schaltkreis umfasst, der aus einer Induktivitätssektion 1 und einer Kapazitätssektion 2 besteht, um verändernde magnetische und elektrische Feldkomponenten von Funkwellen zu erfassen, kann die Antenne durch Optimierung des Kapazitäts- und Induktivitätswertes kompakter gestaltet werden.
An dieser Stelle wird vermerkt, dass es viel mehr Kombinationen von Anordnungsmöglichkeiten von den einstellbaren Antennenelementen E1, E2 gibt, als jene, die in dieser Ausführungsform dargestellt sind. Jedoch wurde experimentell bewiesen, dass höhere Verstärkungen erzeugt werden, wenn die Antennenelemente E1, E2 so verbunden werden, dass die Achsen L1, L2 im Wesentlichen auf einer Geraden angeordnet sind, als wenn die Spulensektionen 1a, 1b parallel verbunden sind.
Zusätzlich ist bekannt, dass beispielsweise die wechselseitige Interferenz durch Anordnen der Antennenelemente E1, E2 verringert wird, wenn sich die Achsen L1, L2 überschneiden. Jedoch ist in dieser Ausführungsform die Struktur zum Ausrichteten der Achsen L1, L2 übernommen worden, um den benötigten Bereich zur Befestigung zu verringern, und um den Komfort der Befestigung des Gerätes zu steigern.
Genauso wie in dieser Ausführungsform demonstriert wurde, wird die wechselseitige Interferenz zwischen den Antennenelementen E1, E2 durch unterschiedliches Wickeln der Spulensektionen 1a, 1b der Antennenelemente E1, E2 optimiert, so dass sich die magnetischen Felder, die durch den Strom generiert werden, der in den Spulensektionen 1a, 1b fließt, überschneiden und somit die Richtwirkung für Signalübertragung und -empfang reduziert und die Signalverstärkung gesteigert wird, verglichen mit der Anordnung, das auf einfaches lineares Anordnen der Spulensektionen ohne unterschiedliche Wicklungen beruht.
Die Spulensektion 1a, 1b sind derart konstruiert, dass in den einstellbaren Spulensektion 1a, 1b die Achsen L1, L2 annähernd kollinear angeordnet sind, dass die Wicklungssektion 15a und die Wicklungssektion 15b, die die Leiterkörper der jeweiligen Spulensektionen 1a, 1b darstellen und in Bezug auf die Achsen L1, L2 durchschnittlich durch die Winkel α und β orientiert sind, die ungleich 90° sind, so dass die Richtung der Magnetfelder, die durch den Strom generiert werden, der in den Spulensektionen 1a, 1b fließt, nahezu senkrecht zu den geneigten Ebenen H1, H2 liegt, die die Wicklungssektionen 15a, 15b umfassen und besonders am Ende der Spulensektionen 1a, 1b diese Eigenschaft aufweisen und über den Achsen L1, L2 asymmetrisch werden. Daher wird die magnetische Feldstärke, die in der Spulensektion 1b, durch den Strom generiert wird, der in der Spulensektionen 1a fließt, schwächer, und die magnetische Feldstärke, die in der Spulensektionen 1a, durch den Strom generiert wird, der in der Spulensektionen 1b fließt, schwächer, wodurch die wechselseitige Interferenz zwischen den Spulensektionen 1a, 1b reduziert wird. Weiterhin sind die Winkel α und β unterschiedlich gestaltet, und das Leitermuster 12a der Spulensektion 1a von Antennenelement E1 sowie das Leitermuster 11b der Spulensektion 1b von Antennenelement E2 sind unter einem Winkel γ von ca. 90° in der Draufsicht orientiert, so dass sich die Magnetfelder, die durch die Ströme generiert werden, die in den Spulensektionen 1a, 1b fließen, sich unter einem Winkel nahe 90° in der Region nahe des Anschlusspunktes P2 überschneiden und dadurch die wechselseitige Interferenz zwischen den Antennenelementen E1, E2 reduzieren und die Gesamtverstärkung von Antenne A1 vergrößern.
Weiterhin werden durch Laminieren von Substratplatte 10, Substratplatte 20 und Substratplatte 50 die Schaltkreise in den Spulensektionen 1a, 1b, in den Kondensatorsektionen 2a, 2b und der einstellbarer Frequenz-Kapazitätssektion 5 in drei Dimensionen zusammengestellt, so dass verglichen mit dem Fall, in dem der Schaltkreis auf einer Substartplatte zusammengestellt ist, der benötigte Bereich verringert wird, wodurch es möglicht ist, die Größe der Antenne zu reduzieren. Weiterhin wird durch das Integrieren der Substrate 10, 20 und 50 mit den jeweiligen Isolierungsschichten 30, 40 zu einer Einheit in einem Antennenhauptkörper B1, die Bedienung vereinfacht.
Zusätzlich wird abhängig vom Kapazitätswert der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion 5, die Resonanzfrequenz von Antennenelement A1 verändert, so dass die Frequenz eingestellt wird, die die maximale Verstärkung erzeugt.
Weiterhin wird durch die Wirkung von Impedanzanpassungssektion 4, die Impedanz in dem Übertragungspfad von der Hochfrequenzleistungsquelle des Hochfrequenzschaltkreises, der mit dem Fußpunkt 3 verbunden ist und die Eingangsimpedanz von Antennenelement A1 angepasst, so dass die Minimierung der Übertragungsverluste möglich ist.
Wie oben beschrieben wurde, übereinstimmend mit dieser Ausführungsform, da die Achsen L1, L2 der Spulensektionen 1a, 1b von den Antennenelementen E1, E2 im Wesentlichen kollinear angeordnet sind, und weil die Wicklungssektion 15a, 15b der Spulensektionen 1a, 1b innerhalb der Ebenen H1, H2 enthalten sind, die unter einem Winkel zur den Achsen L1, L2 orientiert sind und weil die Antennenelemente E1, E2 in Serie angeordnet sind, so dass sich die Richtungen der Magnetfelder in der Induktivitätssektion 1 überschneiden, kann ein einheitliches Strahlungsmuster erzielt werden und weiterhin wird die wechselseitige Interferenz zwischen den Antennenelementen E1, E2 reduziert und die Verstärkung erhöht.
Als Beispiel zeigt 5 die Richtwirkung der Antennenelemente E1, E2, entsprechend dieser Ausführungsform, zum Übertragen und Empfangen von Funkwellen in Form eines Leistungsmusters innerhalb der Y-Z-Ebene. Der Graph zeigt, dass es keine signifikante Richtwirkung innerhalb des Leistungsmusters gibt und dass das Muster annähernd in allen Richtungen einheitlich ist. Die absolute erzielte Verstärkung war bei einer Frequenz von 560 MHz 2,16 dB_i, Wegen der hohen Verstärkung besteht keine Notwendigkeit, große Schaltkreise und Batterien zu nutzen, so dass das Gerät somit kompakt realisiert werden kann.
Weiterhin zeigt beispielsweise 6 ein Strahlungsmuster innerhalb der Y-Z-Ebene in Form der Leistungsverteilung von Antennenelement E1, E2, deren Induktivität in der Induktivitätssektion 1 bei 1 MHz 69 nH beträgt, und deren Kapazität in der Kapazitätssektion 2 bei 1 MHz 30 pF beträgt. Die maximale Verstärkung betrug bei 478 MHz 1,63 dB_i. Wenn die beiden Winkel α und β auf 90° festgelegt werden, dann reduzierte sich die absolute Verstärkung um 0,5 dB_i auf 1,12 dB_i. Aus diesem Ergebnis wird deutlich, dass die Antenne, entsprechend der gegenwärtigen Erfindung, die Verstärkung vergrößert.
Weiterhin ist es möglich, da das Leitermuster 12a des Antennenelements E1 und das Leitermuster 11b des Antennenelements E2 sich unter einem Winkel γ von 90° am Anschlusspunkt P2 schneiden und exakt die horizontal polarisierten Wellen und die vertikal polarisierten Wellen übereinstimmen, ein einheitliches Strahlungsmuster zu erzielen. 5 und 6 zeigen, dass solche Antennen keine Richtwirkung für Strahlungen von Funksignalen aufweisen.
In diesen Fällen werden die Verstärkungen in 5 und 6 erzielt, die durch das Aufbereiten einer in Kupfer überzogenen Glas-Epoxy-Substratplatte von 300 mm² und die durch das Entfernen des Kupfermantels von einer Ecke, um einen Isolierungsbereich von 50 × 150 mm² zu erzeugen, und die durch das Anordnen einer Antenne A1 auf einer Ecke erzeugt wurden, wobei die äußeren Abmessungen der Antenne 26 mm Länge, 5 mm Breite und 2 mm Dicke betragen. Ein Hochfrequenzeingangskabel wurde an der Fußpunktseite befestigt, um durch die Impedanzanpassungssektion 4 eine Anpassungsimpedanz von 50 Ω zu erhalten, und ein Ende der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion 5 wurde auf der Abschlussseite durch einen 10 mm langes Leitungskabel, das am Kupfermantel auf der Substartplatte befestigt wurde, geerdet.
Übereinstimmend mit dieser Ausführungsform, da die Antenne einen Kreislauf umfasst, kann die Antenne im Gegensatz zu den Monopol- oder den spiralförmigen Antennen durch Optimierung der Kapazitäten und Induktivitäten miniaturisiert werden. Und weil die Antenne in das Interieur von verschiedenen Geräten für das Übertragen und Empfangen von Funksignalen eingefügt werden kann, ist der Bedarf am physischen Ausfahren der Antenne beseitigt, genauso wie die Gefahr des Zerbrechens beseitigt ist und das äußere Erscheinungsbild ist verbessert.
Die Antenne kann innerhalb eines kleinen dreidimensionalen Raumes geformt werden, um noch mehr Annehmlichkeit während des Bedienens zu erhalten, da die Induktivitätssektion 1, die Kapazitätssektion 2 und die einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion 5 von einer Einheit umfasst werden, wenn die Substratplatten 10, 20 und 50 laminiert werden.
Weiterhin kann die Kapazität der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion durch Variieren der Einbaulage oder durch andere Mittel, die das Einstellung und Anpassen der Frequenz von Antenne A1 flexibel ermöglichen, eingestellt werden, wenn der Antennenhauptkörper B1 auf der Leiterplatine X befestigt ist.
Die einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion 5 kann separat vom Antennenhauptkörper B1 vorgesehen werden, um das Einstellen der Kapazität zu erleichtern. Zum Beispiel ist es möglich derart zu entwerfen, dass die einstellbare Frequenz-Substratplatte 50 nicht integral mit den Substraten 10–30 dargestellt wird, sondern als ein externer Kondensator, der elektrisch in Serie verbunden ist. Weiterhin kann ein Antennenmodul so konstruiert wird, dass es von dem Antennenhauptkörper umfasst wird und eine extern verbundene Kondensatorsektion die Funktion der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion liefert, so dass der Antennenhauptkörper und die Kondensatorsektion abgetrennt werden können und verschiedene Kondensatoren, die unterschiedliche Kapazitätswerte besitzen, einfach umgeschaltet werden können. Ein derartiger Entwurf verbessert weiter die Handhabung, da der Wechsel von Kondensatorsektionen ermöglicht wird. Eine derartige Konstruktion ermöglicht flexibleres Einstellen der Antennenresonanzfrequenz.
Die Antenne A2, die in 7 und 8 dargestellt ist, umfasst im Wesentlichen den Antennenhauptkörper B2 und die einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion C3, die zum Einstellen der Mittenfrequenz von Antenne A2 benötigt wird und separat vom Antennenhauptkörper B2 dargestellt ist sowie extern elektrisch in Serie mit dem Antennenhauptkörper B2 verbunden ist.
Tabelle 1 zeigt Mittenfrequenzen der Antenne A2 für verschiedene Kapazitätswerte in der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion C3 und die zugehörigen Werte für maximale Verstärkung.
Tabelle 1
Hier wurde durch das Aufbereiten einer in Kupfer überzogenen Glas-Epoxy-Substratplatte von 300 mm² und durch das Entfernen des Kupfermantels von einer Ecke, um einen Isolierungsbereich von 50 × 150 mm² zu erzeugen, und durch das Anordnen einer Antenne A2 auf einer Ecke, wobei die äußeren Abmessungen der Antenne 26 mm Länge, 5 mm Breite und 2 mm Dicke betragen, die Verstärkung erzielt. Ein Hochfrequenzeingangskabel wurde an der Fußpunktseite befestigt, um durch die Impedanzanpassungssektion 4 eine Anpassungsimpedanz von 50 Ω zu erhalten, und das andere Ende der Antenne A2 wurde durch ein 10 mm langes Leitungskabel geerdet, das am Kupfermantel auf der Substartplatte befestigt wurde und die einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion 5 darstellt.
Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, kann nachvollzogen werden, dass die Mittenfrequenz im Bereich von 380–510 MHz durch Verändern des Kapazitätswertes von der einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion C3 variiert werden kann. Abhängig von der Voraussetzung, kann es ebenfalls nützlich sein, dass die Antenne bei der Frequenz von 533 MHz arbeitet, obwohl hier die Verstärkung geringer ist, als bei anderen Frequenzen.
Ebenfalls werden, entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform, fünf Umdrehungen in jeder Spule dargestellt, wobei die Anzahl der Windungen verändert werden kann. 9–11 zeigen Ausführungsform 2 von den Antennen der gegenwärtigen Erfindung. Die dargestellten Antennen in diesen Diagrammen sind mit unterschiedlichen Windungsanzahlen konstruiert. In diesen Zeichnungen bezieht man sich bei jenen Teilen, die den Teilen in den 1–8 entsprechen, durch die gleichen Bezugsnummern, so dass ihre Erklärungen wegfallen.
Die Antenne A3, die in 9 zu sehen ist, ist so konstruiert, dass sie bei einer Mittenfrequenz im GHz-Bereich abreitet, und die Induktivitätssektion 1 wird durch Spulensektion 1a und 1b umfasst, wobei jede Sektion eine Spulenumdrehung besitzt, um den Induktivitätswert zu reduzieren. Eine derartige Antenne A3 arbeitet beispielsweise bei 100 MHz, besitzt eine Induktivität von 4,2 nH in jeder der Induktivitätssektionen 1, und besitzt eine Kapazität von 16 pF in jeder der Kapazitätssektionen 2. Wenn die externen Abmessungen von Antenne A3 7 mm Gesamtlänge, 3 mm Breite und 1 mm Dicke betragen, dann produziert die Antenne A3 die Mittenfrequenz von 2,356 GHz und eine maximale Verstärkung von 0,98 dB_i.
Hierbei wurde die Verstärkung erzielt durch das Aufbereiten einer in Kupfer überzogenen TEFRON^®-Substratplatte von 52 × 30 mm², durch das Entfernen des Kupfermantels von einer Ecke, um einen Isolierungsbereich von 10 x 30 mm² zu erzeugen, und durch das Anordnen einer Antenne A3. Ein Hochfrequenzeingangskabel wurde an der Fußpunktseite befestigt, um durch die Impedanzanpassungssektion 4 eine Anpassungsimpedanz von 50 Ω zu erhalten, und das andere Ende der Antenne A3 wurde durch ein 5 mm langes Leitungskabel geerdet, das als Kapazität dient und in 11 mit C3 bezeichnet ist.
Weiterhin wie in 10 zu sehen ist, arbeitet die Induktivitätssektion 1 von Antenne A4 beispielsweise bei 100 MHz und kann durch Spulensektion 1a und 1b umfasst sein, die zwei Umdrehungen in jeder Spule besitzen. Eine derartige Antenne A4 besitzt eine Induktivität von 8,0 nH in jeder der Induktivitätssektionen 1, und besitzt eine Kapazität von 10 pF in jeder der Kapazitätssektionen 2a, 2b. Wenn die externen Abmessungen von Antenne A4 7 mm Gesamtlänge, 3 mm Breite und 1 mm Dicke betragen, dann produziert die Antenne A4 die Mittenfrequenz von 2,346 GHz und eine maximale Verstärkung von 0,84 dB_i.
Hierbei wurde die Verstärkung erzielt durch das Aufbereiten einer in Kupfer überzogenen TEFRON^®-Substratplatte von 52 × 30 mm² und durch das Entfernen des Kupfermantels von einer Ecke, um einen Isolierungsbereich von 10 × 30 mm² zu erzeugen, und durch das Anordnen einer Antenne A4. Ein Hochfrequenzeingangskabel wurde an der Fußpunktseite befestigt, um durch die Impedanzanpassungssektion 4 eine Anpassungsimpedanz von 50 Ω zu erhalten, und das andere Ende der Antenne A4 wurde durch ein 5 mm langes Leitungskabel geerdet, das als Kapazität dient und in 11 mit C3 bezeichnet ist.
Die Antennen A3 und A4, die in 9 und 10 abgebildet sind, werden separat mit einer einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion dargestellt, um die Mittenfrequenz der jeweiligen Antennen einzustellen, wie es in 11 abgebildet ist, so dass diese extern elektrisch in Serie mit den Antennenhauptkörpern B3 und B4 verbunden werden können. Durch das Verbinden einer einstellbaren Frequenz-Kapazitätssektion C3 wird ein Kapazitätswert von bis zu 0,2 pF erzielt und die Mittenfrequenz kann um bis zu 200 MHz verschoben werden.
12 bis 14 zeigt die Ausführungsform 3, von den Antennen der gegenwärtigen Erfindung. In diesen Diagrammen bezieht man sich bei jenen Teilen, die den Teilen in den 1–8 entsprechen, durch die gleichen Bezugsnummern, so dass ihre Erklärungen wegfallen.
Hierbei sind in dieser Ausführungsform die Substratplatten 10, 20, 30 und 40 Isolationskomponenten, die primär aus Aluminium bestehen und die durch das Zuführen eines Bindemittels, so dass ein flexibler Grünling mit 100 μm Dicke erzeugt wird, sowie durch das Sintern einer Anzahl dieser Grünlinge, miteinander laminiert, einen Isolationskörper formen.
Weiterhin dienen die Leitermuster 11a, 11b, 12a, 12b und Leitermuster 21a, 21b, 22a, 22b als ein Leiterkörper, der auf den Substratplatten 10–40 geformt ist, welche vorher durch einen Schablonendruck eines Leiters geformt wurden, der aus einem Metall wie Silber bei den Grünlingen besteht, die die äußerste Schicht der Substratplatten 10–40 durch Sintern darstellen. Auf der anderen Seite werden die Spulen-Leitersektionen 13a, 13b, die durch das Durchdrücken der Leitermuster, die auf den Substratplatten 10–40 in der laminierten Richtung aufgedruckt sind und elektrische Kontakte besitzen, durch Füllen der Durchgangslöcher mit einem Leiter, so wie mit Metall, geformt. Und durch das Laminieren einer Vielzahl solcher Grünlinge, um eine modularisierte kompakte Isolierung zu erzeugen, werden diese Leitermuster und Leitersektionen in die modularisierte kompakte Isolierung vor dem Sintern eingebettet und formen nach dem Sinterprozess elektrische Schaltkreise innerhalb des Isolationskörpers, die als Antenne funktionieren.
Wie in 14 dargestellt ist, ist die Antenne A5 durch das Laminieren einer Substratplatte 60 mit gesinterten Grünlingen auf einer Seite der Substratplatte 10, die die Induktivitätssektionen 1 besitzen, und auf der Gegenseite von Substratplatte 20 die Kapazitätssektionen 2 besitzen, umfasst. Auf der Substratplatte 60 ist eine Einschubsektionsplatte F geformt, die über den Leitermustern 11a, 11b, 12a, 12b, den Leitermustern 21a, 21b, 22a, 22b und den Spulenleitersektionen 13a, 13b liegt, um ein großes ebenes Muster zu liefern.
Betrachtet man den Antennenhauptkörper B5 von der Laminierungsseite 10–40 aus, so ist die Einlegesektionsplatte F in eine erste Einlegesektionsplatte F1 und in eine zweite Einlegesektionsplatte F2 in der Nähe von Anschlusspunkt P2 aufgeteilt, wo die Antennenelemente E1, E2 voneinander getrennt sind. Dies ist in einer Draufsicht in 13 dargestellt, wo die Einlegesektionsplatte F in eine erste Einlegesektionsplatte F1 und in eine zweite Einlegesektionsplatte F2 aufgeteilt ist, mit einer 1 mm dazwischen liegenden Trennung, um die Antennenelemente E1, E2 in longitudinaler Richtung voneinander zu trennen.
Die Einlegesektionsplatte F ist aus dem gleichen Material hergestellt, wie beim Herstellen der Leitermuster 11a, 11b, 12a, 12b, der Leitermuster 21a, 21b, 22a, 22b und der Spulenleitersektionen 13a, 13b, welche durch Schablonendruck auf den Grünlingen vor dem Sintern aufgedruckt sind und ist eingebettet durch das Laminieren anderer Grünlinge, die die Substratplatte 70 nach dem Sintern darstellen, so dass diese schließlich zwischen den Substraten 60 und 70 festgeklemmt ist. Dementsprechend ist die Einlegesektionsplatte F gegenüberliegend der Kapazitätssektion 2 angeordnet, mit der Induktivitätssektion 1 zwischen den beiden Sektionen liegend.
Die in 12 bis 14 dargestellte Antenne A5 ist durch das Formen interner elektrischer Schaltkreise konstruiert, umfasst durch das Laminieren der Substratplatten 10–70, um den vereinheitlichten Antennenhauptkörper B5 zu formen, um eine Chip-Typ Antenne darzustellen, die eine kompakte Gesamtgröße besitzt und überlegene Handhabungseigenschaften zeigt, so dass diese wie eine Elektronikkomponente in verschiedene Funksignalübertragungs- und Funksignalempfangsgeräte durch die Befestigung auf einer Leiterplatine oder ähnlichem fertig eingebunden werden kann.
Obwohl in den vorangegangenen Ausführungsformen 1–3 das Leitermuster 12a des Antennenelements E1 und das Leitermuster 11b des Antennenelements E2 in unterschiedlichen Winkeln gewickelt wurden, um einen ungefähren Winkel von 90° am Anschlusspunkt P2 zu formen, können auch andere Winkel als Überschneidungswinkel genutzt werden. Wenn beispielsweise das Leitermuster 12 des Antennenelements E1 und das Leitermuster 11 des Antennenelements E2 sich am Anschlusspunkt P2 innerhalb des Bereichs von 45–135° oder vorzugsweise in einem Bereich von 60–120° schneiden, dann kann die wechselseitige Interferenz effizient reduziert werden, und die Verstärkung kann signifikant vergrößert werden, verglichen mit dem Fall, in dem eine Antenne einen einheitlichen Winkel bei den Spulenwindungen besitzt.
15 und 16 zeigen die Antenne in Ausführungsform 4 der gegenwärtigen Erfindung. In diesen Diagrammen ist die Antenne A6 durch zwei Antennenelemente E1, E2 umfasst, welche elektrisch in Serie geschaltet sind. Die Antennenelemente E1, E2 sind so umfasst, dass jede Induktivitätssektion 1 und jede Kapazitätssektion 2 parallel miteinander verbunden ist. Jede Induktivitätssektion 1 besitzt Spulensektionen 1a, 1b und eine Leitersektion 6 zwischen den Spulensektionen 1a, 1b.
In weiteren Betrachtungen bezieht man sich bei jenen Teilen, die den Teilen in den 1–8 entsprechen, durch die gleichen Bezugsnummern, so dass ihre Erklärungen wegfallen.
16 zeigt eine Draufsicht der Antenne aus 15 und zeigt eine vergrößerte Ansicht der Spulensektionen 1a, 1b, aus einer Richtung rechtwinkelig zu den Achsen L1, L2. Wie in 15 dargestellt ist, sind die Achse L1 der Spulensektion 1a und die Achse L2 der Spulensektion 1b im Wesentlichen auf einer Geraden angeordnet. Die Leitermuster 11a, die die Spulensektion 1a umfassen und die Leitermuster 11b, die die Spulensektion 1b umfassen, sind alle parallel zueinander hergestellt, sowie die Leitermuster 12a, die die Spulensektion 1a umfassen und die Leitermuster 12b, die die Spulensektionen 1b umfassen, sind alle parallel zueinander hergestellt. Weiterhin beträgt in der Draufsicht der durchschnittliche Winkel 90°, unter der die Achse L1 von den Leitermustern 11a und den Leitermustern 12a geschnitten ist, und der durchschnittliche Winkel, unter der die Achse L2 von den Leitermustern 11b und den Leitermustern 12b geschnitten ist, beträgt ebenfalls 90°.
In der Antenne A6, die in den 15 und 16 dargestellt ist, schirmt die Leitersektion 6 die elektromagnetische Wellen von den Antennenelementen E1, E2 ab, die im Speziellen von den Spulensektionen 1a, 1b irgendwo erzeugt werden, so dass die wechselseitige Interferenz zwischen den einstellbaren Antennenelementen E1, E2 reduziert wird.
Wie oben beschrieben wurde, wird entsprechend dieser Ausführungsform, da die Spulensektionen 1a, 1b der Antennenelemente E1, E2 im Wesentlichen kollinear ausgerichtet sind, und die Leitersektion 6 zwischen der Spulensektion 1a, 1b angeordnet ist, die wechselseitige Interferenz zwischen den Antennenelementen E1, E2 reduziert und eine hohe Verstärkung erzielt.
Hier in dieser Ausführungsform ist die Antenne so konstruiert, dass der durchschnittliche Winkel, unter der die Achsen L1, L2 von den Leitern der Spulensektionen 1a, 1b geschnitten werden, 90° beträgt, wobei wie in 17 dargestellt ist, der Schnittwinkel auch ungleich 90° sein kann. Übereinstimmend mit dieser Struktur wird der Öffnungsbereich an der Anschlusssektion von Spulensektionen 1a, 1b größer, so dass der magnetische Fluss, der den Öffnungsbereich durchströmt, und die Verstärkung vergrößert werden. Und durch eine solche Struktur, in der die Leitersektion 6 zwischen den Spulensektionen 1a, 1b angeordnet ist, ist es ebenfalls möglich, die wechselseitige Interferenz zwischen den Antennenelementen E1, E2 zu reduzieren und eine hohe Verstärkung zu erzielen.
Bis zu diesem Punkt wurden in den Antennenstrukturen der Ausführungsformen, zwei Antennenelemente in Serie verbunden, wobei die in Serie verbundenen Antennenelemente nicht auf zwei limitiert sein müssen und andere Ausführungsformen, wie das dargestellte in 18, übernommen werden können. Die Antenne A7 ist durch drei Antennenelemente E1, E2 und E3 umfasst, die elektrisch in Serie verbunden sind und in welchen jedes Antennenelement durch eine Induktivitätssektion 1 und eine Kapazitätssektion 2, die parallel miteinander verbunden sind, und eine einstellbare Frequenz-Kapazitätssektion C3, die extern mit Antenne A7 verbunden ist, umfasst ist. Ferner können mehr als vier Antennenelemente in Serie verbunden werden, um eine Antenne zu konstruieren. Jedoch gibt es eine Schwierigkeit, wenn es mehr als drei Antennenelemente gibt, in diesem Fall ist die Antenne störanfälliger für wechselseitige Interferenz, so dass sich die Verstärkung reduziert kann.
Umgekehrt ist es offensichtlich, dass nur ein Antennenelement für die Konstruktion einer Antenne genutzt werden kann. Eine derartige Struktur kann hinreichend gut als Antenne funktionieren. In dem Fall, in dem man individuelle Antennenelemente nutzt, wenn die Verstärkung jedes Antennenelements mit -SdB_i angenommen wird, ist es durch das Verbinden zweier dieser Antennenelemente in Serie möglich, wie es in der obigen Ausführung beschrieben wurde, die Verstärkung auf 3dB_i zu vergrößern, so dass die vorgeschlagene Konfiguration in dieser Ausführungsform für das Verbinden einer Vielzahl von Antennenelemente in Serie, ziemlich effektiv in der Vergrößerung der Gesamtverstärkung der Antenne ist.
Es sollte angemerkt werden, dass verschiedene Konstruktionsparameter einer Antenne, wie das Material und die Größe jeder Antennensektion, speziell die Dimensionen der Kondensatorsektion, Abstand des Leiters, der die Induktivitätssektion formt, Verhältnis von Linie zu Abstand, Anzahl der Leitermuster, Windungsanzahl der Spulensektion, nicht durch die angegebenen Werte in den Ausführungsformen limitiert sind, so dass jene Antennen, die unterschiedliche Betriebsfrequenzen besitzen, unterschiedliche Parameterwerte, innerhalb des zulässigen Herstellungstechnologielimits besitzen können.
Weiterhin ist es nicht notwendig, die Antenne durch Laminieren der Substratplatten so lang wie die Struktur des Antennenelements, das durch ein parallel verbundenes Induktivitäts- und Kapazitätssektionspaar umfasst ist, zu konstruieren, so dass die Antenne durch das Nutzen von Leitermustern und Elementen, die auf einer Leiterplatine geformt sind, konstruiert werden kann.

Claims

Eine Antenne, die nicht weniger als zwei Antennenelemente (E1–E3) aufweist, wobei – eine Vielzahl von Antennenelementen (E1–E3) in Serie verbunden sind, und jedes Antennenelement (E1–E3) in einer Induktivitätssektion (1), die parallel mit einer Kapazitätssektion (2) verbunden ist, enthalten ist; und die Induktivitätssektion (1), die eine Spulensektion (1a, 1b) aufweist, die durch einen Leiter umfasst ist, der in einer Spiralenform eine Spulenachse (L1) umkreist oder in einer kantigen Form, die durch eine Spirale angenähert werden kann, die eine Spulenachse (L2) umkreist; dadurch gekennzeichnet, dass: die Vielzahl der Antennenelemente (E1–E3) so angeordnet sind, dass die jeweiligen Achsen (L1, L2) der benachbarten Spulensektionen (1a, 1b) in einer geraden Linie ausgerichtet sind, die Spulensektion (1a, 1b) ist mit einem ersten Leitermuster (11a, 11b), das in einer ersten Ebene (10a) gebildet ist, einem zweiten Leitermuster (12a, 12b), das in einer zweiten Ebene (10b) parallel zur ersten Ebene (10a) gebildet ist, und einer Spulenleitersektion (13a, 13b) zum elektrischen Verbinden des ersten Leitermusters (11a, 11b) mit dem zweiten Litermuster (12a, 12b) bereitgestellt; und die Kapazitätssektion (2) weist eine Kondensatorsektion (2a, 2b) auf, die ein drittes Kondensatormuster (21a, 21b) aufweist, das in einer dritten Ebene (20a) gebildet ist und eine viertes Kondensatormuster (22a, 22b), das in einer vierten Ebene (20b) parallel zur dritten Ebene (20a) geformt ist; so dass die erste Ebene (10a), die zweite Ebene (10b), die dritte Ebene (20a) und die vierte Ebene (20b) parallel zueinander sind.
Eine Antenne gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl der in Serie verbundenen Antennenelemente (E1–E3) in einer solchen Art angeordnet sind, dass sich die Richtungen der Magnetfelder, die durch einen Strom generiert werden, der in jeder Induktionssektion (1) fließt, überschneiden.
Eine Antenne gemäß Anspruch 1, wobei die Induktionssektion (1) eine Spulensektion (1a, 1b) aufweist und die Vielzahl der in Serie verbundenen Antennenelemente (E1–E3) in einer solchen Art angeordnet sind, dass sich die Richtungen der Magnetfelder, die durch einen Strom generiert werden, der in jeder Spulensektion (1a, 1b) fließt, überschneiden.
Eine Antenne gemäß Anspruch 1, wobei mindestens ein Anteil (15a, 15b) der Anteile des Leiters, die die Spulenachse (L1, L2) umkreisen, in einer Ebene (H1, H2) enthalten ist, die um einen Winkel zur Spulenachse (L1, L2) geneigt ist.
Eine Antenne gemäß Anspruch 4, wobei jene Anteile (15a, 15b) des Leiters, die die Spulenachse (L1, L2) umkreisen, parallel zueinander gebildet sind.
Eine Antenne gemäß Anspruch 5, wobei die Ebenen (H1, H2) in zwei benachbarten Spulensektionen (1a, 1b) von zwei benachbarten Antennenelementen (E1, E2) um unterschiedliche Winkel (α, β) zur Spulenachse (L1, L2) geneigt sind.
Eine Antenne gemäß Anspruch 1, wobei eine Leitersektion (6) zwischen Induktionssektionen (1) von mindestens zwei benachbarten Antennenelementen (E1–E3) angeordnet ist.
Eine Antenne gemäß Anspruch 1, wobei die erste Ebene (10a) und die zweite Ebene (10b) durch zwei gegenüberliegende Ebenen von einer ersten Substratplatte (10) festgelegt sind; die dritte Ebene (20a) und die vierte Ebene (20b) sind durch zwei gegenüberliegende Ebenen von einer zweiten Substratplatte (20) festgelegt; und die erste Substratplatte (10) und die zweite Substratplatte (20) sind laminiert mit einer dazwischen liegenden Isolierungsschicht (30) zu einer integralen Einheit.
Eine Antenne gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Antennenelemente (E1–E3) in Serie mit einer Frequenzeinstellungs-Kapazitätssektion (5) verbunden sind.
Eine Antenne gemäß Anspruch 9, wobei die Vielzahl der Antennenelemente (E1–E3) in einem Antennenhauptkörper (B1) enthalten sind, und die Frequenzeinstellungs-Kapazitätssektion (5) als ein separater Körper vom Antennenhauptkörper (B1) bereitgestellt ist, so dass der Antennenhauptkörper (B1) und die Frequenzeinstellungs-Kapazitätssektion (5) ein Antennenmodul (A1) bilden.
Eine Antenne gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Antennenelemente (E1–E3) und eine erste Elektrode (51), die elektrisch mit den Antennenelementen (E1–E3) verbunden ist, in dem Antennenhauptkörper (B1) bereitgestellt sind; und der auf einer Substratplatte (50) befestigte Antennenhauptkörper (B1) eine zweite Elektrode (52) aufweist, um eine Frequenzeinstellungs-Kapazitätssektion (5) zwischen der ersten Elektrode (51) und der zweiten Elektrode (52) zu bilden.
Eine Antenne gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Antennenelemente (E1–E3) und eine erste Elektrode (51), die auf einer fünften Ebene (50a) gebildet ist, die parallel zur ersten bis vierten Ebene (10a, 10b, 20a, 20b) ist, in einem Antennenhauptkörper (B1) enthalten sind; und der Antennenhauptkörper (B1) auf einer Substratplatte (50) montiertist, die eine zweite Elektrode (52) aufweist, um eine Frequenzeinstellungs-Kapazitätssektion (5) zwischen der ersten Elektrode (51) und der zweiten Elektrode (52) zu bilden.
Eine Antenne gemäß Anspruch 12, wobei die erste Ebene (10a) und die zweite Ebene (10b) durch zwei gegenüberliegende Ebenen von einer ersten Substratplatte (10) festgelegt sind; die dritte Ebene (20a) und die vierte Ebene (20b) sind durch zwei gegenüberliegende Ebenen von einer zweiten Substratplatte (20) festgelegt; die fünfte Ebene (50a) ist durch eine Ebene einer Frequenzeinstellungs-Substartplatte (50) festgelegt; und der Antennenhauptkörper (B1) wird durch Laminieren der ersten Substartplatte (10), der zweiten Substratplatte (20) und der Frequenzeinstellungs-Substartplatte (50) zusammen mit der jeweiligen dazwischen liegenden Isolierungsschichten (30, 40) zu einer integralen Einheit gebildet.