DE60125182T2

DE60125182T2 - Antennenanordnung und tragbares funkkommunikationsgerät

Info

Publication number: DE60125182T2
Application number: DE60125182T
Authority: DE
Inventors: Tomas Rutfors; Christian Braun; Henrik Falken; Lennart Hakansson; Liu Donghui
Original assignee: AMC Centurion AB
Current assignee: Laird Technologies AB
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: EP1305844A1; CN1457528A; AU2001269666A1; ATE348412T1; KR20020027637A; KR100771582B1; DE60125182D1; SE0002600L; SE0002600D0; US20040051669A1; WO2002005382A1; CN100349324C; EP1305844B1; SE516842C2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Antennen-Anordnungen und insbesondere eine Kopplung zwischen nah beieinander angeordneten Antennen in tragbaren Funkkommunikationsvorrichtungen.
HINTERGRUND
In einer tragbaren Funkkommunikationsvorrichtung ist der Raum für eine interne Antennenanordnung begrenzt. Mit dem steigenden Bedürfnis nach einer größeren Funktionalität und einer besseren Funkkanalqualität ist es oft erforderlich, mehr als ein Antennenelement in einer tragbaren Funkkommunikationsvorrichtung, wie einem mobilen Telefon, zu benutzen. Da der Raum in einer tragbaren Funkkommunikationsvorrichtung begrenzt ist, sind interne Antennen in der Regel nah beieinander angeordnet. Bei nah beieinander liegenden Antennenelementen kann eine unerwünschte Kopplung zwischen den Antennen entstehen.
In WO 9013152 wird offenbart, dass getrennte Sende- und Empfangsantennen verwendet werden, um die Notwendigkeit für einen Diplexer zu eliminieren. Die Antennen sind erhöht über eine Erdungsfläche und durch einen leitfähigen Sockel getrennt, wobei der Sockel zwischen den Antennen platziert ist und die Antennen elektrisch isoliert. WO 9013152 erwähnt nur den Fall von zwei Antennen desselben Typs (zwei ähnliche Patches).
Das oben beschriebene Dokument beschreibt nur eine reduzierte Kopplung zwischen getrennten Sende- und Empfangsantennen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Antennenanordnung vorzusehen, die eine verbesserte Isolierung, d.h. eine verringerte Kopplung, zwischen Antennen in einer tragbaren Funkkommunikationsvorrichtung bietet, wie einem mobilen Telefon.
Dieses Ziel wird erreicht durch eine Anordnung, wie in Anspruch 1 beansprucht wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine tragbare Funkkommunikationsvorrichtung vorzusehen, wie ein mobiles Telefon, die eine verbesserte Isolierung zwischen Antennen in der Vorrichtung bietet.
Dieses Ziel wird erreicht durch eine Vorrichtung, wie in Anspruch 14 beansprucht wird.
Zwei Antennen unterschiedlichen Typs, wie eine PIFA- und eine Mäander-Antenne, haben eine niedrige Kopplung untereinander und können nahe beieinander angeordnet werden. Nah zusammen angeordnete Antennen mit geringer Kopplung können für verschiedene Anwendungen verwendet werden. Diese können zum Beispiel sein: getrennte Empfangs- und Sende-Antennensysteme, welche den Bedarf für einen Diplexer eliminieren, Antennen-Diversity-Systeme (sowohl Empfänger- als auch Sender-Diversity) und Antennen für unterschiedliche Systeme (z.B. GSM-Bluetooth).
Mit einer Abschirmung (shield) zwischen internen Antennen in einer tragbaren Funkkommunikationsvorrichtung wird die Kopplung zwischen den Antennen reduziert und somit ist es möglich, die Antennen nahe zusammen zu platzieren. Ferner ist bei internen Antennen unterschiedlicher Typen, wie eine Mäander-Antenne und PIFA, die Kopplung zwischen den Antennen geringer als bei zwei Antennen desselben Typs, wie PIFA und PIFA. Somit können zwei Antennen unterschiedlicher Typen und getrennt durch eine Abschirmung näher zusammen positioniert werden als zwei Antennen desselben Typs, die durch eine Abschirmung getrennt sind, und liefern weiterhin denselben Grad einer Isolierung.
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird vollständiger zu verstehen sein aus der unten angeführten detaillierten Beschreibung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und der beigefügten Figuren, die nur zur Illustration vorgesehen sind und somit die vorliegende Erfindung nicht einschränken, wobei:
1 eine tragbare Terminal-PCB zeigt, die eine PIFA-Antenne oben und eine Mäander-Antenne unten trägt, und
2 eine tragbare Terminal-PCB zeigt, die eine PIFA-Antenne rechts und eine Mäander-Antenne links trägt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In der folgenden Beschreibung werden zum Zweck einer Erläuterung und nicht zur Einschränkung spezifische Details dargelegt, wie bestimmte Techniken und Anwendungen, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung zu bieten. Es ist jedoch für Fachleute offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung in anderen Ausführungsbeispielen praktiziert werden kann, die von diesen spezifischen Details abweichen. In anderen Fällen werden detaillierte Beschreibungen von weithin bekannten Verfahren und Vorrichtungen weggelassen, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht mit unnötigen Details zu verdecken.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Ein erstes und ein zweites Antennenelement 1, 2 sind mit einer flächigen Masse-Vorrichtung bzw. Masse-Fläche-Anordnung (ground plane device) 3 verbunden, d.h. die PCB einer tragbaren Funkkommunikationsvorrichtung, wie ein mobiles Telefon. Das erste Antennenelement 1 wird hier als eine PIFA (Planar Inverted F Antenna) und das zweite Antennenelement 2 als eine Mäander-Antenne gezeigt. Die PIFA ist weiter mit Sende-/Empfangs-Schaltungen (nicht gezeigt) der tragbaren Funkkommunikationsvorrichtung verbunden 5, 6. Auch die Mäander-Antenne ist mit Sende-/Empfangs-Schaltungen (nicht gezeigt) der tragbaren Funkkommunikationsvorrichtung verbunden, wobei aber ein Abstand zwischen ihren Verbindungen 7, 8 und den Verbindungen 5, 6 der PIFA besteht.
Die PIFA 1- und Mäander 2-Antennenelemente sind nahe beieinander positioniert, um so wenig Raum wie möglich in der tragbaren Funkkommunikationsvor richtung einzunehmen. Eine leitfähige Abschirmung 4, die sich von der flächigen Masse-Vorrichtung 3 erstreckt, ist zwischen den Antennen 1, 2 positioniert. Die Abschirmung 4 liefert eine zusätzliche Isolierung und reduziert dadurch die Kopplung zwischen den Antennen 1, 2, die normalerweise zwischen nah zusammenliegenden Antennen vorhanden ist. Da die Kopplung reduziert ist, ist es möglich, die Antennen 1, 2 näher zusammenzulegen, als ohne die Abschirmung 4.
Die PIFA-Antenne 1 und die Mäander-Antenne 2 sind unterschiedliche Typen, so dass die Feldverteilungen oder äquivalent Stromverteilungen unterschiedlich sind. Bei der Mäander-Antenne 2 konzentrieren sich ihre Ströme im Wesentlichen um das tatsächliche Antennenelement, während die PIFA-Ströme mehr auf der flächigen Masse-Vorrichtung 3 verteilt sind. Dieser Unterschied hat den Effekt, dass die Kopplung zwischen den Antennen gering ist und die Antennen nahe beieinander positioniert werden können. Die Abschirmung 4 ist geerdet und über der flächigen Masse-Vorrichtung 3 erhöht, wodurch die hindurchfließenden Ströme gezwungen werden, die Richtung zu ändern (nach oben auf die Abschirmung). Dies reduziert zusätzlich die Menge an Strom, die auf der PCB von einer Antenne zu der anderen fließt, wodurch die Kopplung zwischen den Antennen reduziert wird.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel, aber die Antennen 1, 2 sind nebeneinander statt oben und unten angeordnet. Die Abschirmung 4 befindet sich weiterhin zwischen den Antennen 1, 2. Die Zufuhr des PIFA-Antennenelements 1 ist oben an der PCB 3 positioniert, während das Mäander-Antennenelement 2 an seinem unteren Ende versorgt wird. Die Trennung der Zufuhrpunkte hat den Effekt, dass die Stromverteilung von jeder Antenne anders ist, was eine Isolierung zwischen den Antennen liefert. Dieser Effekt wird weiter verstärkt durch die Abschirmung 4 zwischen den Antennen.
In diesen Ausführungsbeispielen sind die Antennen 1, 2 für einen Dualband-Betrieb geeignet. Es ist möglich, die Anzahl von Frequenzbändern der Antennen zu reduzieren oder zu erweitern durch Ändern des Designs der Antennenmuster.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die PIFA-Antenne 1 vorzugsweise optimiert als eine Empfänger-Antenne und die Mäander-Antenne 2 als eine Sende-Antenne. Jedoch können mit geringfügig veränderten Gestaltungen beide Antennen für ein Senden oder einen Empfang optimiert werden, wodurch jeweils ein Sender- oder ein Empfänger-Antennen-Diversity-System geliefert wird.
Die Antennen können weiter individuell in unterschiedlichen Frequenzbändern, wie GSM900 und GSM1800, oder in unterschiedlichen Kommunikationssystemen, wie GSM und Bluetooth, optimiert werden.
Es wird oben beschrieben, dass die Antennen 1, 2 und die Abschirmung 4 mit der PCB der tragbaren Funkkommunikationsvorrichtung verbunden sind, was der Fall ist, wenn die Antennen 1, 2 und die Abschirmung 4 in der tragbaren Funkkommunikationsvorrichtung befestigt sind, ansonsten können die Antennen 1, 2 und die Abschirmung 4 mit einer flächigen Masse-Vorrichtung verbunden werden. Alternativ können die Antennen 1, 2 und die Abschirmung 4 auf einer getrennten flächigen Masse-Vorrichtung befestigt werden, die mit der PCB verbunden werden kann, wenn sie in der tragbaren Funkkommunikationsvorrichtung befestigt wird.
Die Kopplung zwischen zwei Antennen ist abhängig von den Feldern, die von den Antennen ausgestrahlt werden. Wenn die Felder unterschiedlich sind, z.B. unter schiedliches Ausstrahlungsmuster, unterschiedliche Polarisation, unterschiedliche Phase, usw., ist die Kopplung gering. Ein Maß der Kopplung zwischen zwei Antennen ist, das Skalarprodukt der ausgestrahlten Felder von jeder Antenne über eine Sphäre zu integrieren, die beide Antennen umfasst. Dieses Maß kann als ein orthogonaler Faktor zwischen den Antennen betrachtet werden. Das ausgestrahlte Feld von einer Antenne besteht aus den Strömen, die auf den leitenden Teilen der Antenne und ihrer Umgebungen fließen, z.B. Masse. Deswegen ist, je unterschiedlicher die zu jeder Antenne gehörenden Ströme sind, desto geringer ist die Kopplung zwischen ihnen.
Die Antennen in der obigen Beschreibung können genauso andere Antennentypen sein, als beschrieben wurden. Die Antennen können z.B. PIFA-, Mäander-, modifizierte PIFA-, Mäander-PIFA-, Schleife-, Dipol-, Patch- und Schlitz-Antennen sein. Der wichtige Teil ist, dass die Antennen etwas unterschiedlich sind, mit unterschiedlichen Stromverteilungen auf der flächigen Masse-Vorrichtung, z.B. der PCB, so dass die Kopplung zwischen den Antennen gering ist. Die leitfähige Abschirmung hilft, die Stromverteilung zu verändern, was die Kopplung noch geringer werden lässt.
Die oben beschriebenen Antennen können auf Arten angeglichen und angepasst werden, die Fachleuten bekannt sind.
Es ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auf eine Vielzahl von Arten variiert werden kann. Derartige Variationen sollen nicht als eine Abweichung von dem Umfang der Erfindung betrachtet werden. Alle derartigen Modifikationen sind, wie für Fachleute offensichtlich ist, vorgesehen, in den Umfang der angehängten Ansprüche aufgenommen zu werden.

Claims

Eine Antennen-Anordnung für ein tragbares Funk-Kommunikations-Gerät, umfassend: – eine erste (1) und eine zweite (2) Antenne und – eine leitende Abschirmung (4), welches mit einer Masse-Fläche-Anordnung verbindbar ist, wobei die erste (1) und die zweite (2) Antenne auf gegenüber liegenden Seiten der Abschirmung (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste (1) und die zweite (2) Antenne von unterschiedlichem Typ sind, wobei die erste (1) Antenne von einem der folgenden Typen ist: PIFA, Meander, Schleife, Patch, Dipol, Schlitz, modifizierte PIFA, Meander-PIFA; und die zweite (2) Antenne von einem der folgenden Typen ist: PIFA, Meander, Schleife, Patch, Dipol, Schlitz, modifizierte PIFA, Meander-PIFA; aber nicht von dem gleichen Typ wie die erste Antenne.
Die Antennen-Anordnung wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die Antennen-Anordnung in dem tragbaren Funk-Kommunikations-Gerät derartig anbringbar ist, dass die Abschirmung (4) im Wesentlichen senkrecht zu der Masse-Fläche-Anordnung (3) ist.
Die Antennen-Anordnung wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei das erste (1) und das zweite (2) Antennen-Element jeweils darauf angepasst sind, Funk-Signale senden und empfangen zu können.
Die Antennen-Anordnung wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei die erste (1) Antenne darauf angepasst ist, Funk-Signale senden zu können, und die zweite (2) Antenne darauf angepasst ist, Funk-Signale empfangen zu können.
Die Antennen-Anordnung wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei die erste (1) Antenne darauf angepasst ist, Funk-Signale empfangen und senden zu können, und die zweite (2) Antenne darauf angepasst ist, Funk-Signale zu empfangen.
Die Antennen-Anordnung wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei die erste (1) Antenne darauf angepasst ist, Funk-Signale empfangen und senden zu können, und die zweite (2) Antenne darauf angepasst ist, Funk-Signale zu senden.
Die Antennen-Anordnung wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei die erste (1) Antenne darauf angepasst ist, Funk-Signale senden zu können, und die zweite (2) Antenne darauf angepasst ist, Funk-Signale empfangen und senden zu können.
Die Antennen-Anordnung wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei die erste (1) und die zweite (2) Antenne jeweils darauf angepasst sind, Funk-Signale senden zu können.
Die Antennen-Anordnung wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei die erste (1) und die zweite (2) Antenne jeweils darauf angepasst sind, Funk-Signale empfangen zu können.
Die Antennen-Anordnung wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei die erste (1) Antenne darauf angepasst ist, Funk-Signale empfangen zu können, und die zweite (2) Antenne darauf angepasst ist, Funk-Signale empfangen und senden zu können.
Die Antennen-Anordnung wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei die erste (1) Antenne darauf angepasst ist, Funk-Signale empfangen zu können, und die zweite (2) Antenne darauf angepasst ist, Funk-Signale senden zu können.
Die Antennen-Anordnung wie in einem der Ansprüche 1–11 beansprucht, wobei die erste (1) und die zweite (2) Antenne innerhalb des tragbaren Funk-Kommunikations-Geräts anbringbar sind.
Ein tragbares Funk-Kommunikations-Gerät, welches eine Antennen-Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche umfasst.
Das tragbare Funk-Kommunikations-Gerät wie in Anspruch 13 beansprucht, wobei die Masse-Flächen-Anordnung (3) das PCB des tragbaren Funk-Kommunikations-Geräts ist.