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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Open-loop-Antenne mit niedrigem
Profil zur Verwendung in mobilen Berechnungsvorrichtungen und ganz
besonders auf eine Antenne mit einer mäanderförmigen Konfiguration.
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Für in mobilen
Berechnungsvorrichtungen verwendete Antennen wurden verschiedene
Konfigurationen vorgeschlagen.
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1 zeigt
einen Abschnitt einer Personal Computer Memory Card International
Association (PCMCIA)-Karte mit einem drahtlosen Modem. Das
US-Patent Nr. 5,373,149 ,
das AT&T Bell
Laboratories zugeordnet ist, zeigt die Schaltkreiskarte
76 mit
der darauf angeordneten Batterie
80, der Antenne
82, dem
Infrarot-Sender-Empfänger
84,
der Übertragungs-Empfangs-Elektronik
86 und
den elektrischen Kontakten
92. Die Antenne
82 hängt von
der Schaltkreiskarte
76 zum Ausstrahlen ab. Da der mit
dem drahtlosen Modem verwendete Personal Computer ebenfalls ganz
selbstverständlich
Energie abstrahlt, kommt es zwischen dem Personal Computer und dem
drahtlosen Modem zu Interferenzen.
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2 zeigt
ein Ende eines drahtlosen PCMCIA-Modem-Pakets gegenüber dem
Ende, das in einen PCMCIA-Slot einer Berechnungsvorrichtung eingefügt ist.
Das
US-Patent Nr. 5,583,521 ,
das GEC Plessey Semiconductors, Inc. zugeordnet ist, zeigt das PCMCIA-Paket
3 mit
der transparenten Eingrenzung
5 (in der Phantomzeichnung
angedeutet), das ein paariges, L-förmiges Antennensystem mit niedrigem
Profil mit den vertikalen Füßen
6a',
6b' und den horizontalen
Füßen
6a'',
6b'' aus
Kupferdraht zeigt, welches in ein Diversitätsmuster unterteilt ist. Die
horizontalen Füße
6a'',
6b'' erstrecken
sich mäanderförmig innerhalb
der transparenten Eingrenzung
5. Das Antennensystem verhindert
die Verwendung einer konventionellen Monopol-Peitschen-Antenne,
die nicht problemlos in eine Einfassung mit niedrigem Profil eingepasst
werden kann. Das abgeschirmte Paket
3 wirkt als Grundebenenplatte
für das
Antennensystem.
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3 zeigt
eine ausziehbare Peitschenantenne zur Verwendung in einem schnurlosen
Telefon mit einem ausstrahlenden Element mit einer mäanderförmigen und
zylindrischen Konfiguration. Das
US-Patent
Nr. 6,351,241 , das Allgon AB zugeordnet ist, zeigt den
länglichen
dielektrischen Abschnitt
30 mit einer Länge, die im Wesentlichen gleich
der Länge
des zylindrisch konfigurierten Mäanderelements
35 ist.
Das Impedanz-Abgleich-Mittel
32 wird mit einem Zugangspunkt
des Mäanderelements
35 verbunden,
ist auf dem dielektrischen Träger
33 integriert
und umfasst an seiner Basis Kontakte zum Anschluss an Signal- und
Erdungs-Buchsen des Telefons. Im Vergleich zu einer spiralförmigen Antenne liefert
die Mäanderantenne
eine größere Bandbreite, verbesserte
Produktionstoleranzen, die zu weniger Ausschuss führen, einen
geringeren Grad an Kopplung an jegliche anliegenden Radiatoren,
was die Multiband-Betriebsfähigkeit
und die Integration eines Abgleichsnetzes unter wenigstens teilweiser
Hinzuziehung derselben Herstellungstechnik erheblich verbessert.
Wie erwähnt,
kann die Peitschenantenne leider nicht in ein Paket mit niedrigem
Profil eingepasst werden.
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Da
das drahtlose Modem sowie der Personal Computer, der mit dem drahtlosen
Modem verwendet wird, selbstverständlich Energie abstrahlen,
kommt es zwischen dem Personal Computer und der drahtlosen Modemschnittstelle
zu Interferenzen. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein drahtloses
Modem in einem Paket mit niedrigem Profil vorzusehen, das gegenüber Interferenzen
aus der Berechnungsvorrichtung, mit welcher das drahtlose Modem
verwendet wird, eher immun ist.
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Die
europäische Patentanmeldung 1 189 304 beschreibt
eine An tennenvorrichtung und eine Funkkommunikationskarte. Die Antenne
hat ein umgekehrtes F-ähnliches
Antennenmuster und ein mäanderförmiges,
auf einer Oberfläche
gebildetes Muster. Das
US-Patent
Nr. 6,147,655 beschreibt ein flaches Schleifenantennenmuster.
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Gemäß einem
Aspekt dieser Erfindung wird eine Antenne gemäß Definition in den Ansprüchen vorgesehen.
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Die
Antenne weist eine Open-loop-Konfiguration und ein Abgleichsnetz,
das mit dem zweiten und dritten Abschnitt gekoppelt ist, auf. Als
ein Beispiel, das für
das Verständnis
der Erfindung als sinnvoll genannt wird, können derartige Antennen stattdessen
eine Closed-loop bzw. geschlossene Schleife aufweisen. Die Antenne
weist im typischen Fall eine Konfiguration mit einem niedrigen Profil
auf, wobei der erste Abschnitt horizontal ist und der zweite und dritte
Abschnitt vertikal sind. Die Antenne besitzt einen Durchschnittsgewinn
von –2,5
dBi oder höher und
einen Spitzengewinn von 0,1 dBi oder höher.
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In
einigen Fällen
weist die Antenne auch einen vierten und fünften Abschnitt auf, wobei
jeder von ihnen einen mäanderförmigen Weg
aufweist, der vierte Abschnitt mit dem zweiten Abschnitt verbunden
ist und der fünfte
Abschnitt mit dem dritten Abschnitt verbunden ist, so dass der erste,
zweite, dritte, vierte und fünfte
Abschnitt in Reihe angeordnet sind.
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Gemäß einem
anderen Aspekt dieser Erfindung ist eine Open-loop-Antenne vorgesehen,
die einen seriell verbundenen ersten, zweiten, dritten, vierten
und fünften
Abschnitt umfasst. Der erste, dritte und fünfte Abschnitt haben mäanderförmige Wege und
der fünfte
Abschnitt ist an eine Stromquelle oder einen Sender-Empfänger angeschlossen.
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Als
ein Beispiel, das für
das Verständnis
der Erfindung als sinnvoll genannt wird, ist eine Closed-loop-Antenne
vorgesehen, die ein Abgleichsnetz, welches an eine Stromquelle oder
einen Sender-Empfänger
angeschlossen ist, und einen ersten, zweiten, dritten, vierten und
fünften
Abschnitt, die seriell angeschlossen sind, umfasst. Der erste, dritte und
fünfte
Abschnitt haben mäanderförmige Wege und
der erste sowie fünfte
Abschnitt sind mit dem Abgleichsnetz verbunden.
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Merkmale,
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung und
Zeichnungen weiter erläutert
oder gehen daraus hervor.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Diagramm einer PCMCIA-Karte mit einem Antennenelement, das von
der Ausstrahlung der Schaltkreiskarte abhängt,
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2 ist
ein Diagramm, das eine PCMCIA-Karte mit einer mäanderförmigen Antenne zeigt, die vom
Ende des PCMCIA-Pakets
hervorsteht und die von der Ausstrahlung der Schaltkreiskarte abhängt,
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3 ist
ein Diagramm, das eine Peitschenantenne mit einem Ausstrahlungselement
mit einer mäanderförmigen und
zylindrischen Konfiguration zeigt,
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4A und 4B sind
Diagramme, die eine Open-loop-Antenne zeigen,
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5A–5C sind
Diagramme, die unterschiedliche mäanderförmige Konfigurationen zeigen, und
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6A und 6B sind
Diagramme, die eine Closed-loop-Antenne
zeigen,
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7A–7C sind
Antennengewinnmuster für
die Open-loop-Antenne
jeweils in den Ebenen XY, XZ und YZ,
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8A–8C sind
Antennengewinnmuster für
die Closed- loop-Antenne
jeweils in den Ebenen XY, XZ und YZ,
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9 zeigt
den Rücklaufverlust
für die Open-loop-Antenne,
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10 zeigt
den Rücklaufverlust
für die Closed-loop-Antenne,
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11 zeigt
die Impedanz für
die Open-loop-Antenne, und
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12 zeigt
die Impedanz für
die Closed-loop-Antenne.
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Detaillierte Beschreibung
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Eine
Antenne mit niedrigem Profil weist eine Mäanderlänge auf, die auf der vollständigen elektrischen
Wellenlänge
des zu übertragenden
oder zu empfangenden Signals basiert. Die Antenne weist eine Open-loop-Struktur
mit einem Abgleichsnetz auf.
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In
dem hier gebrauchten Sinne bedeutet "niedriges Profil" mit einer Höhe, die im Allgemeinen geringer
ist als die Höhe
der Vorrichtung, wie beispielsweise ein Personal Computer, an die
die Antenne unter Einschluss der Leiterplatte für die Antenne angeschlossen
wird, sowie ohne eine ausziehbare Peitschenantenne.
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Das
niedrige Profil ermöglicht
die Verwendung der Antenne in einer Karte für eine Vorrichtung, wie beispielsweise
einen Personal Computer, einen persönlichen digitalen Assistenten,
ein schnurloses Telefon usw., mit einem minimalen Risiko, dass die Antenne
abbricht, im Vergleich zu einer Antenne des Standes der Technik
mit einer größeren Höhe und damit
einer größeren Wahrscheinlichkeit,
von ihrer Karte abgebrochen zu werden.
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Die
Antenne mit niedrigem Profil ist sorgfältig konzipiert, so dass die
Verwendung ihrer Karte als Radiator vermieden wird, d.h. ihr Strahlungsmuster basiert
auf der Antenne mit niedrigem Profil und nicht auf damit verbundenen
Strukturen, wie bei spielsweise der Karte oder der Vorrichtung, mit
welcher die Karte verwendet wird.
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4A zeigt
eine Open-loop-Antenne 100 auf einer PCMCIA-Karte 150 mit
Seitenabschnitten 105, 115, einem oberen Abschnitt 110,
einem unteren linken Abschnitt 120 und einem unteren rechten
Abschnitt 130. Die Seitenabschnitte 105, 115 weisen gerade
Wege auf. Die oberen und unteren Abschnitte 110, 120, 130 weisen
mäanderförmige Wege
auf. Der untere linke Abschnitt 120 weist ein schwebendes Ende
auf. Der untere rechte Abschnitt 130 ist mit einer Stromquelle
oder einem Sender-Empfänger
verbunden.
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In
weiteren Ausführungen
haben die Seitenabschnitte 105, 115 mäanderförmige Wege.
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Die
Open-loop-Antenne 100 weist im Allgemeinen eine Breite,
die durch die Breite der PCMCIA-Karte 150 bestimmt wird,
und eine Höhe,
die rund das Anderthalbfache ihrer Breite beträgt, auf. Eine zunehmende Höhe der Open-loop-Antenne 100 reduziert
die Länge
der Mäanderabschnitte,
die zum Erhalt einer vollständigen
Wellenlänge
notwendig sind, wodurch der Durchfluss von mehr Strom in vertikaler
Richtung zugelassen wird und die Effizienz der Antenne erhöht wird.
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4B zeigt
Maße der
Open-loop-Antenne 100 in mm. Ihre Gesamtbreite wird mit
rund 64 mm und ihre Höhe
mit rund 32 mm dargestellt. Die 5A bis 5C zeigen
verschiedene Mäanderkonfigurationen:
Einen romanischen schlüsseltypischen
Mäander,
einen sinusförmigen
Mäander
und einen sägezahnförmigen Mäander. Die
Mäanderabschnitte
sind elektrische Verzögerungsleitungen
und können
jede Form, wie beispielsweise diejenigen, welche in den 5A bis 5C gezeigt
sind, eine umgekehrte Ω-Form
usw. aufweisen.
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6A zeigt
ein als für
das Verständnis
der Erfindung sinnvoll genanntes Beispiel; hier befindet sich eine
Closed-loop-Antenne 200 auf
einer PCMCIA-Karte 250 mit Seitenabschnitten 205, 215,
einem oberen Abschnitt 210, einem unteren linken Abschnitt 220 und
einem unteren rechten Abschnitt 230. Alle Abschnitte 205, 215, 210, 220, 230 weisen
mäanderförmige Wege
auf. Der untere linke Abschnitt 220 und der untere rechte
Abschnitt 230 sind mit dem Abgleichsnetz 240,
das mit einer Stromquelle oder einem Sender-Empfänger gekoppelt ist, verbunden.
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In
weiteren Ausführungsformen
haben die Seitenabschnitte 205, 215 gerade, nicht
mäanderförmige Wege.
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Das
Abgleichsnetz 240 ist konzipiert, um die Antenne 200 mit
einer typischen 50 Ohm-Ladung abzugleichen, die von der Quelle oder
dem Sender-Empfänger
präsentiert
wird, mit denen die Antenne 200 gekoppelt ist. Ein typisches
Abgleichsnetz ist ein T-typisches oder Pi-typisches Netz, das den Fachleuten
im Bereich der Antennenkonzeption bekannt ist. 6B zeigt
Maße der
Closed-loop-Antenne 200 in mm. Ihre gesamte Breite wird
mit rund 42 mm und ihre Höhe
mit rund 30 mm dargestellt.
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Die 7A bis 7C sind
Antennengewinnmuster für
eine Open-loop-Antenne 100 jeweils in
den Ebenen XY, XZ und YZ für
ein Signal bei 915 MHz. Der Spitzenantennengewinn beträgt 0,59
dBi. Der Durchschnittsgewinn beträgt –2,11 dBi. Die X-Ebene entspricht
der langen Abmessung der Karte 150. Die Y-Ebene entspricht
der kurzen Abmessung der Karte 150. Die Z-Ebene entspricht
der Höhe
der Karte 150. Theta und Phi beziehen sich auf die sphärischen
Koordinaten (r, θ, φ) anstelle
der kartesischen Koordinaten (x, y, z). Es wird daran erinnert, dass
ein Gewinn von –3
dBi der Hälfte
der Signalenergie entspricht, die abgeleitet wird, während ein
Gewinn von –2
dBi bedeutet, dass weniger als die Hälfte der Signalenergie abgeleitet
wird.
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Die 8A bis 8C sind
Antennengewinnmuster für
die Closed-loop-Antenne 200 jeweils in
den Ebenen XY, XZ und YZ für
ein Signal bei 915 MHz. Der Antennengewinn beträgt 0,19 dBi. Der Durchschnittsgewinn
beträgt –2.42 dBi.
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9 zeigt
den Rücklaufverlust
bei einer Open-loop-Antenne 100.
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10 zeigt
den Rücklaufverlust
bei einer Closed-loop-Antenne 200.
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11 zeigt
die Impedanz für
eine Open-loop-Antenne 100.
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12 zeigt
die Impedanz für
eine Closed-loop-Antenne 200.
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Obwohl
hier illustrative Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung und verschiedene Abwandlungen hiervon unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen in Einzelheiten beschrieben wurden, versteht es sich
von selbst, dass die Erfindung nicht auf diese präzisen Ausführungsformen und
die beschriebenen Abwandlungen beschränkt ist und dass verschiedene Änderungen
und weitere Abwandlungen daran von einem Fachmann vorgenommen werden
können,
ohne vom Umfang der Erfindung, die in den anliegenden Ansprüchen definiert ist,
abzuweichen.