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Gegenstand der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft generell Antennen für Funkkommunikationsgeräte und speziell
kompakte eingebaute Antennen, erdacht, um in tragbaren Geräten beherbergt
zu werden, und eine breite Bandbreite zu haben, um den Betrieb des
tragbaren Gerätes
innerhalb verschiedener Frequenzbänder zu verbessern.
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Stand der
Technik
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Seit
dem Ende des 20-ten Jahrhunderts hat die Cellular-Telefon-Industrie
eine enorme Entwicklung in der Welt gehabt. Von den anfänglichen
analogen Systemen, solchen wie jene, die durch die AMPS-Standards
(Advanced Mobile Phone System) und NMT (Nordic Mobile Telephone)
definiert sind, wurde in den vergangenen Jahren die Entwicklung
exklusiv auf die Standards für
digitale Lösungen
für cellulare Funknetzwerksysteme
fokussiert, solche wie D-AMPS (z.B. wie in EIA/TIA-IS54-B und IS-136
spezifiziert) und GSM (Global System for Mobile Communications).
Verschiedene digitale Übertragungsschemas
werden in verschiedenen Systemen verwendet, z.B. Zeitmultiplex-Multizugang
(TDMA) oder Kode-Multiplex-Multizugang
(CDMA). Momentan tritt die celllulare Technologie in die so genannte
3-te Generation
ein, die einige Vorteile gegenüber
der vorherigen 2-ten Generation liefert, von den oben gemeinten
digitalen Systemen. Unter diesen Vorteilen wird eine erweiterte
Bandbreite bereitgestellt, die eine effektive Kommunikation von
mehr Daten ermöglicht. Die
dritte Generation der mobilen Systeme wurde in Europa als UMTS (Universal
Mobile Telephony System) und als CDMA2000 in den USA bezeichnet
und ist bereits in Japan bis zu einem gewissen Ausmaß realisiert.
Außerdem
wird weitgehend angenommen, dass die erste Generation der Personal
Kommunikation Networks (PCN's),
der die niedrigen Kosten umsetztender, Taschenformat kleiner, drahtloser
Telefone, die komfortabel getragen und zum Tätigen oder Empfangen von Anrufen
im Haus, Büro,
auf der Strasse, im Auto usw. benutzt werden können, beispielsweise durch
cellulare Träger
umgesetzt werden, die die nächste
Generation der digitalen cellularen System-Infrastruktur verwenden.
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Eine
Fortentwicklung der cellularen Kommunikationsdienste bringt die
Verwendung zusätzlicher Frequenzbänder zum
Benutzen bei der Handhabung der mobilen Kommunikation mit sich,
z.B. für
die Personal Communication Services (PCS) Dienste. Wenn man die
USA als Beispiel nimmt, sind dem cellularen Hyperband zwei Freguenzbänder zugeteilt
(allgemein als Frequenzband A und Frequenzband B bezeichnet) zum
Tragen und Steuern der Kommunikation in dem 800 MHz Bereich. Das
PCS-Hyperband ist andererseits in den Vereinigten Staaten spezifiziert, um
sechs verschiedene Frequenzbänder
(A, B, C, D, E und F) in dem 1900-MHz-Bereich aufzunehmen. Somit
sind nun acht verschiedene Frequenzbänder in beliebigen Servicegebieten
der USA verfügbar,
um die Kommunikationsdienste zu verbessern. Bestimmte Standards
wurden für
das PCS-Hyperband freigegeben (z.B. PCSI900 (J-STD-007)), während andere für das Cellular-Hyperband
freigegeben worden sind (z.B. D-AMPS (IS-136)). Andere Frequenzbänder, in
welchen diese Vorrichtungen betrieben werden, beinhalten GPS (das
im 1,5 GHz-Bereich betrieben wird) und UMTS (betrieben im 2,0 GHz-Bereich).
Jedem der Frequenzbänder,
die für
die Cellular- und PCS-Hyperbänder
spezifiziert sind, ist einer Vielzahl von Übertragungskanälen und
zumindest ein Zugang- oder Steuerkanal zugeordnet. Der Steuerkanal
ist verwendet, um den Betrieb der mobilen Stationen mittels der
zu mobilen Stationen übertragenen oder
empfangenen Informationen zu steuern oder zu überwachen. Solche Information
kann eingehende Anrufsignale, ausgehende Anrufsignale, Seiten-Signale,
Seiten-Antwortsignale, Positions-Registrierungs-Signale, Sprachkanal-Zuordnungen, Service-Anleitungen,
Hand-Off und Zellen-Auswahl- oder
Abwahl-Anweisungen enthalten, da eine mobile Station aus dem Funkabdeckbereich
einer Zelle heraus und in den Funkabdeckbereich einer anderen Zelle
einwandert. Die Steuerung und Sprachkanäle können unter Verwendung entweder
einer analogen Modulation oder einer digitalen Modulation betrieben werden.
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Die
durch eine Basisstation in den Downlink/Abwärtsstrecke über den Datenverkehr und Steuerkanäle übertragenen
Signale werden durch mobile oder tragbare Geräte empfangen, jedes von welchen
zumindest eine Antenne hat. Historisch haben tragbare Geräte eine
Anzahl verschiedener Typen von Antennen verwendet, um Signale über die atmosphärische Schnittstelle
zu empfangen und zu übertragen.
Zum Beispiel wurde für
die Monopolantennen, die senkrecht zu einer leitenden Oberfläche angeordnet
werden, herausgefunden, dass sie gute Strahlungscharakteristiken,
eine wählbare
Ansteuerpunktimpedanz und einen relativ einfachen Aufbau aufweisen.
Die Monopolantennen können
in verschiedenen physikalischen Formen kreiert werden. Zum Beispiel,
wurden Stab- oder Peitschen-Antennen oft in Verbindung mit tragbaren
Geräten
verwendet. Für
die Hochfrequenzanwendungen, wo eine Antennenlänge zu minimieren ist, eine
andere Wahl ist die spiralförmige
Antenne. Zusätzlich
begegnen die Hersteller der mobilen Geräte einem konstanten Bedarf
auf immer kleinere und kleinere Geräte. Dieser Nachfrage nach Miniaturisierung
ist mit dem Wunsch nach zusätzlicher
Funktionalität
kombiniert, solcher wie die Fähigkeit
zu haben, das Gerät
in verschiedenen Frequenzbändern
und verschiedenen cellularen Systemen zu benutzen.
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Es
ist wirtschaftlich wünschenswert
tragbare Geräte
anzubieten, welche zum Betrieb in breiten verschiedenen Frequenzbändern befähigt sind,
z.B. in Bändern,
die in 1500 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz, 2,0 GHz und 2,45 GHz Bereichen
lokalisiert sind. Dementsprechend werden Antennen, welche eine adäquate Verfärbung; und
die Bandbreite in einer Vielzahl dieser Frequenzbänder bieten,
in tragbaren Geräten
verwendet werden müssen.
Einige Versuche wurden unternommen, solche Antennen zu kreieren.
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Um
die Größe der tragbaren
Funkgeräte
zu reduzieren wurden in den letzten paar Jahren eingebaute Antennen
realisiert. Der generelle Wunsch heute, ist eine Antenne zu haben,
die für
den Kunden unsichtbar ist. Heute werden verschiedene Typen von Patchs
mit oder ohne Parasit-Elemente benutzt. Die meist verwendeten eingebauten
Antennen, die momentan in mobilen Telefonen benutzt werden, sind
die so genannten Planaren invertierten F-Antennen (PIFA). Diese
Bezeichnung wurde infolge des Fakts angewendet, dass die Antenne
wie der Buchstabe F aussieht, der um 90 Grad im Profil geneigt ist. Eine
derartige Antenne braucht sowohl einen Einspeisungspunkt, wie auch
eine Masseverbindung. Wenn ein oder einige Parasit-Elemente in der
Nähe vorhanden
sind, können
sie entweder geerdet oder von der Masse dielektrisch getrennt werden.
Die Geometrie einer konventionellen PIFA-Antenne beinhaltet ein
Funkelement, einen Einspeisungspin für das Funkelement, einen Massepin
für das
Funkelement und ein Massesubstrat, die gemeinsam auf einer gedruckten
Schaltung (PCB) angeordnet ist. Beide, der Einspeisungspin und der
Massepin, sind senkrecht zur Masseebene angeordnet, und das Funkelement ist über der
Masseebene in einer solchen Weise aufgehängt, dass die Masseebene den
Bereich unter dem Funkelement abdeckt. Dieser Typ von Antennen,
hat jedoch generell eine ziemlich kleine Bandbreite in der Größenordnung
von 100 MHz. Um die Bandbreite für
die Antennen von diesem Aufbau auszuweiten muss die vertikale Distanz
zwischen dem Funkelement und der PCB-Masse ausgeweitet werden, d.h.
die Höhe,
mit der das Funkelement über dem
PCB platziert ist, wird vergrößert. Eine
andere Lösung
dieses Problems ist ein dielektrisches Element zwischen der Antenne
und dem PCB hinzuzufügen,
um die dielektrische Distanz länger
als die physikalische Distanz zu machen.
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US 6,326,921 von Ying u.
a. offenbart eine eingebaute, niedrig profilierte Antenne mit einer
invertierten planaren F-Typ (PIFA) Antenne und einem meanderförmigen Parasit-Element
und die eine breite Bandbreite hat, um die Kommunikation in einer Vielzahl
von Frequenzbändern
zu verbessern. Ein Hauptelement ist in einer vorbestimmten Höhe über einem
Substrat eines Kommunikationsgerätes
platziert, und das Parasit-Element ist auf dem gleichen Substrat
als das Hauptantennenelement platziert und ist an einem Ende geerdet.
Der Einspeisungspunkt des PIFA ist dem Massepin des Parasit-Elementes nahe.
Die Kopplung des meanderförmigen
Parasit-Elementes
an die Hauptantenne resultiert in zwei Resonanzen. Diese zwei Resonanzen
sind justiert, zueinander benachbart zu sein, um eine breitere Resonanz
zu realisieren, die das DCS (Digital Cellular System), PCS und UMTS
Frequenzbereiche umfasst.
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Die
US 2002/0070902 offenbart einen kompakten Einzel- oder Mehrband-Antennenaufbau für drahtlose
Kommunikationsgeräte.
Eine Mehrband-Ausführung
beinhaltet einen Hochfrequenz-Abschnitt und einen Tieffrequenz-Abschnitt,
beide eingespeist an einem gemeinsamen Punkt durch eine einzelne
Einspeisungsleitung. Beide Abschnitte können als ein einzelnes Metallstanzteil
oder als ein metallbeschichtetes Kunststoffteil ausgebildet werden. Die
Baugröße ist geeignet
für den
Einbau in ein drahtloses Gerät,
wie ein Cell-Telefon. Der Tieffrequenz-Abschnitt besteht aus zwei
reonanten Abschnitten, welche gestaffelt abgestimmt sind, um eine breite
Resonanzbreite zu errechen.
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Heutzutage
ist das Konzept der eingebauten Antennen bei den Herstellern der
mobilen Telefone gut bekannt und extensiv benutzt. Jedoch ist es
ein ziemlich neues Konzept und die Leistungsfähigkeit solcher Antennen ist
noch ein Problem, wenn noch breitere Bandkapazitäten gewünscht werden. Folglich werden
Antennenanordnungen nach dem Stand der Technik ein einschränkender
Faktor, wenn Funkgeräte
mit adäquater
Bandbreite entwickelt werden, um mehrere Bänder abzudecken, solche wie
zum Beispiel AMPS, EGSM (Extended GSM), DCS und PCS. Ein noch allgemeineres
Problem mit den eingebauten Antennen ist nicht nur die kleine Bandbreite, sondern
auch die wesentlich schlechtere Verstärkungs- bzw. Gewinn-Leistung,
als die einer traditionellen externen Antenne, d.h. einiger Arten
von Stabantennen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Deshalb
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben identifizierten
Defizite des Standes der Technik zu überwinden und, noch spezieller,
einen Antennenaufbau bereitzustellen, der geeignet für eingebaute
Antennen ist, gleichzeitig eine breite Bandbreite hat, die es ermöglicht die
Antennen in einer Vielzahl von Frequenzbändern zu betreiben.
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Entsprechend
einem ersten Gesichtspunkt ist diese Aufgabe durch eine Mehrband-Antennenanordnung
für ein
Funkkommunikationsgerät
erfüllt, das
ein flaches Massesubstrat und ein in einer zum Massesubstrat parallelen
Ebene angeordnetes flaches Parasit-Element und ein flaches Antennenelement
mit einem Einspeisungspunkt aufweist, wobei das Antennenelement
ein erstes Längselement,
ein erstes Querelement, das von dem ersten Endbereich des ersten
Längselementes
wegragt, hat und ein zweites Querelement aufweist, das von dem Zentralabschnitt
des ersten Längselementes
in gleicher Richtung, wie das erste Querelement wegragt, wobei das
Parasit-Element sich benachbart zu einem Außenbereich und parallel zu
dem zweiten Querelement erstreckt.
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Vorzugsweise
ist der Einspeisungspunkt in einem zentralen Teilbereich des Querelementes
positioniert.
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In
der einen Ausführung
hat das Parasit-Element eine erste Masseverbindung, die benachbart zum
Einspeisungspunkt angeordnet ist.
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Außerdem kann
eine zweite Masseverbindung an einem Endbereich des zweiten Querelementes
gegenüber
dem ersten Längselement
angeordnet werden.
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In
einer bevorzugten Ausführung
wird eine dritte Masseverbindung ferner in einem zentralen Teilbereich
des ersten Querelementes positioniert.
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Vorzugsweise
hat das Antennenelement ein zweites Längselement, das von dem Endbereich
des zweiten Querelementes, weg von dem ersten Querelement, wegragt.
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In
einer Ausführung
hat das Antennenelement ein drittes Querelement, das von einem Endbereich
des zweiten Längselementes,
gegenüber
dem zweiten Querelement, zum ersten Längselement hin wegragt.
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Vorzugsweise
hat das Antennenelement ein viertes Querelement, welches von dem
ersten Längselement
zwischen dem zweiten und dritten Querelementen wegragt.
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In
einer bevorzugten Ausführung
ist der Einspeisungspunkt auf einem vorstehenden Teilelement im
zentralen Teilbereich des zweiten Querelementes zu dem ersten Querelement
hin vorspringend angeordnet. Das vorstehende Teilelement ist vorzugsweise
zum ersten Querelement hin verjüngt.
In einer vorteilhaften Variante dieser Ausführung hat das Parasit-Element
ein Beinelement, das sich parallel zu einer Seite des sich verjüngenden
vorstehenden Teilelementes, weg von dem ersten Querelement zeigend,
erstreckt.
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In
einer Ausführung
hat ein Außenbereich, der
von dem zentralen Bereich des ersten Querelementes wegragt, einen
Seitenrand, der dem zweiten Querelement zugewandt ist, wobei der
Seitenrand sich unter einem Winkel zum zweiten Querelement hin derart
erstreckt, dass das erste Querelement sich zu seinem äußeren Ende
hin erweitert.
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In
einer bevorzugten Ausführung
hat das Parasit-Element eine Masseverbindung, während das Antennenelement zwei
Masseverbindungen hat.
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Vorzugsweise
hat die Masseebene eine Längserstreckung
von einem Drittel eines ausgewählten
Basisbands.
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Entsprechend
einem zweiten Gesichtspunkt ist diese Aufgabe durch ein Funkkommunikationsgerät erfüllt, das
eine Mehrband-Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
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Die
detaillierte Beschreibung zeigt spezifische Merkmale verschiedener
Ausführungen
betreffend die obigen Gesichtspunkte.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die
folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
offenkundiger, in welchen
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1 schematisch
eine Mehrband-Antenne nach einer Ausführung der Erfindung darstellt;
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2 eine
Vollansicht der Mehrband-Antennenanordnung nach 1 zeigt;
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3 schematisch
eine Querschnittansicht einer Seitenansicht eines Funkkommunikationsgerätes einschließlich der
Antennenanordnung nach 2 darstellt;
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4 schematisch
eine Frontansicht des Gerätes
nach 3 darstellt; und
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5 die
Spannungs-Stehwellen-Rate-(VSWR)-Charakteristiken für den Antennenaufbau
der vorliegenden Erfindung beim Betrieb im freien Raum darstellt.
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Bevorzugte Ausführungen
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Die
vorliegende Beschreibung betrifft Funkgeräte als eine Vorrichtung, in
welcher ein Funkantennenaufbau nach vorliegender Erfindung zu realisieren
ist. Der Begriff Funkgeräte
schließt
jede mobile Ausrüstung
ein, die für
die Funkkommunikation mit einer Funkstation erdacht worden ist,
wobei die Funkstation auch ein mobiles Gerät oder z.B. eine stationäre Basisstation
sein kann. Folglich schließt
der Begriff Funkgeräte
die mobilen Telefone, Pager, Kommunikatoren, elektronische Organisatoren,
Smarttelefone, PDA's
(Personal Digital Assistants), im Fahrzeug eingebaute Kommunikationsvorrichtungen
oder dergleichen, als auch tragbare Laptop-Computer, die für die drahtlose Kommunikation
z.B. in einem WLAN (Wireless Local Area Network) erdacht wurden,
ein. Außerdem,
da die Antenne als solche geeignet, aber nicht auf den mobilen Einsatz
eingeschränkt
ist, sollte der Begriff Funkgerät
auch verstanden werden beliebige stationäre Vorrichtungen einzuschließen, die
für die
Funkkommunikation eingerichtet sind, solche wie z.B. Tisch-Computer,
Drucker, Faxgeräte
und so weiter, die ausgedacht worden sind mit einer Funkkommunikation
mit einander oder beliebigen anderen Funkstationen betrieben zu
werden. Deshalb, obwohl der Aufbau und die Charakteristiken der
Antennenanordnung entsprechend der Erfindung hauptsächlich in
der Realisierung in einem mobilen Telefon hierin beschrieben worden
ist, anhand von Beispielen, ist es nicht als die Umsetzung der erfindungsgemäßen Antennenanordnung
in anderen Typen von Funkgeräten
ausschließend
auszulegen, solchen wie oben aufgelistet. Außerdem soll hervorgehoben werden, dass
der Begriff aufweisend oder weist auf, wenn in dieser Beschreibung
und in den beigefügten
Ansprüchen
zum Bezeichnen von enthaltenen Merkmalen, Elementen oder Schritten
verwendet, in keiner Weise als das Vorhandensein anderer Merkmale,
Elemente oder Schritte ausschließend auszulegen ist, als der ausdrücklich angegebenen.
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Einige
der größeren Hersteller
mobiler Telefone, z.B. Ericsson® und
Nokia® haben
mobile Telefone für
cellulare Kommunikationsnetzwerke auf den Markt gebracht und realisierten
eingebaute Antennen für
beide, den Dualband- und den Dreiband-Betrieb. Mit „eingebaut" ist hier gemeint,
dass die Antennen im Inneren oder benachbart zum Gehäuse oder
zum Unterbaugestell des mobilen Telefons ohne herausragende Elemente
platziert ist. Das Prinzip der planaren invertierten F-Antenne wurde
oben kurz diskutiert. Obwohl es auf verschiedenen Weise verkörpert werden
kann, ist es hauptsächlich
durch folgende Merkmale definiert:
- – Dual-
oder Dreiband-Fähigkeit;
- – Patch
parallel zur gedruckten Schaltung (PCB), d.h. zur Masseebene;
- – Luft
oder beliebiges dielektrisches Material zwischen der Antenne und
PCB;
- – die
Abmessungen sind in Nähe
von L·B·H = 40·18·8 mm;
- – der
Abstand (H) zwischen der Antenne und PCB ist kritisch für gute VSWR
und den Gewinn, und normaler Abstand ist 7–10 mm zwischen diesen zwei
Ebenen;
- – die
Antenne braucht beides, Einspeisung und Erdung, wobei eines von
jedem gemeinsam ist.
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Die
vorliegende Erfindung liefert eine Antennenanordnung mit einer komplexen
Struktur und drei Massepunkten. Es wurden Computer-Simulationen mit überraschend
guten Ergebnissen ausgeführt. Diese
Simulationen wurden mit dem Werkzeug IE3D ausgeführt, das durch Zeland Inc.
Vertrieben wird. Dieses Werkzeug verwendet das Momentverfahren als
ein mathematisches Lösungsmittel
und die erhaltenen Simulationsergebnisse stimmen gut mit den Testmessungen
an den Prototypen überein,
solchen wie jene in 5 offenbarten, was weiter unten
erklärt
wird.
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Ein
Antennenkonzept oder ein Aufbau wird hierin beschrieben, das die
Antennenanordnung, ihren Bezug auf die Masse und ihre Realisierung
in einem Funkgerät
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen aufweist.
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1 offenbart
eine vergrößerte Ansicht
einer Antennenanordnung 1 entsprechend der Erfindung. Die
Antennenanordnung 1 weist ein Antennenelement 3,
ein Parasit-Element 7 und
eine Masseebene oder Substrat 2 auf. Wie durch die Bruchlinie
im unteren Bereich der Zeichnung gezeigt, ist nur ein Ausschnitt
der Masseebene 2 in 1 dargestellt. Die
wirkliche Länge
der Masseebene 2, das ist die Höhe in 1, ist vorzugsweise
ungefähr
einem Drittel der Wellenlänge
des niedrigeren Frequenzbandes gleich, für den die Mehrband-Antenne 3 eingerichtet ist.
In einem Beispiel ist der niedrigere Frequenzband 900 MHz, wobei
die Masseebenen-Länge
mit ungefähr
11 cm berechnet werden kann.
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Die
Ausführung
der Masseebene 2 mit einer Länge von ungefähr einem
Drittel der niedrigeren Bandwellenlänge verwirklicht eine bevorzugte
Ausführung,
aber es ist zu beachten, dass andere Längen ebenso verwendet werden
können.
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Die
Antenne 3 hat in ihrer bevorzugten Ausführung einen ziemlich komplexen
Aufbau, wie in 1 dargestellt, und die mit diesem
Aufbau ausgeführte
Messungen haben exzellente Ergebnisse gezeigt. Der Aufbau weist
grundsätzlich
eine Anzahl von Antennenelementen auf, die im Wesentlichen in einer
Längsrichtung
oder in einer Querrichtung, senkrecht zur Längsrichtung, erstreckt sind.
Unter Längsrichtung
wird hierbei eine Richtung gemeint, in welcher sich die Masseebene 2 erstreckt,
d.h. vertikal in 1, wohingegen die Querrichtung
sich von links nach rechts oder vice versa erstreckt. Die Antenne weist
ein integriertes Antennenelement 3 und ein Parasit-Element 7 auf,
die elektrisch von dem Antennenelement 3 getrennt sind.
Wie in der Zeichnung dargestellt, weist das Antennenelement ein
erstes Längselement 4 auf,
welches sich in der Längsrichtung
in einem Abstand von einem Seitenrand der Masseebene 2 erstreckt.
An einem ersten Ende eines ersten Längselementes 4, dem
oberen Ende in der Zeichnung, erstreckt sich ein erstes Querelement 5 senkrecht
zum ersten Längselement
entlang des Rands der Masseebene 2. Das erste Querelement hat
einen oberen geraden Rand und einen unteren Rand, welcher zunächst dem
oberen Rand parallel ist. Von dem zentralen Bereich des ersten Querelementes
an ist der untere Rand leicht abwärts geneigt, derart dass das
erste Querelement 5 sich von diesem zentralen Bereich an
zum Endbereich gegenüber dem
ersten Längselement 4 aufweitet.
Von einem zentralen Bereich des ersten Längselementes 4 an erstreckt
sich in gleicher Weise ein zweites Querelement 6 senkrecht
zum ersten Längselement 4,
folglich hauptsächlich
parallel zum ersten Querelement 5. Das Parasit-Element 7 ist
benachbart zu einem Außenbereich
des zweiten Querelementes 6 positioniert und erstreckt
sich im Wesentlichen parallel zum zweiten Querelement 6.
In einem zentralen Bereich des zweiten Querelementes 6 ist
ein vorstehendes Teilelement 15 ausgebildet, das zum ersten
Querelement 5 hin vorstehend ist. Das vorstehende Element 15 ist
zum ersten Querelement 5 verjüngt, hat folglich die zu einander
angewinkelte Seitenränder,
aber eine gerade Erfindung, senkrecht zum ersten Längselement 4.
Das Parasit-Element 7 erstreckt sich, wie erwähnt, im
Wesentlichen senkrecht zum ersten Längselement 4, aber
enthält
ferner ein Beinelement 16, das sich unter einem Winkel
zum ersten Querelement und parallel zum benachbarten Seitenrand
des vorstehenden Elementes 15 hin erstreckt. Das Beinglied 16 endet
ungefähr
bei der gleichen Längsposition,
wie vorstehendes Element 15, aber hat vorzugsweise einen
oberen Rand, der abwärts
in Richtung weg von dem ersten Längselement 4 leicht
abfällt.
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Der
Aufbau der Antennenanordnung nach vorliegender Erfindung hat einen
Einspeisungspunkt 8 und drei Masseverbindungen 9, 10, 11.
Der Einspeisungspunkt 8 ist mit dem oberen Rand des vorstehenden
Elementes 15 verbunden und ist in der Zeichnung durch eine
doppelte Linie dargestellt. Eine erste Masseverbindung 9 der
Antennenanordnung ist mit dem oberen Rand des Beins 16 des
Parasit-Elementes 17 verbunden, folglich benachbart zum
Einspeisungspunkt 8. Auch der erste Massepunkt oder die
Verbindung 9 ist in der Zeichnung durch eine doppelte Linie
gekennzeichnet. Ein zweiter Massepunkt oder eine Verbindung 10 ist
an dem äußersten
Ende des zweiten Quer-Antennenelementes 6 positioniert, benachbart
zu einem zweiten Ende des Antennenelementes 7 gegenüber dem
Ende, wo die erste Masseverbindung 9 angeordnet ist. Eine
dritte Masseverbindung 11 ist in einem zentralen Bereich
des ersten Querelementes 5 angeordnet, an einer Stelle,
wo die Ausweitung des ersten Querelementes 5 anfängt. Auch
die erste und dritte Masseverbindungen sind durch doppelte Linien
dargestellt.
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Wie
durch die Zeichnungen nachgewiesen, erstreckt sich das zweite Längselement 12 von
dem Endbereich des zweiten Querelementes in einer Richtung abwärts weg
von dem ersten Querelement 5. Das zweite Längselement 12 ist
deutlich breiter als das erste Längselement 4,
aber auch wesentlich kürzer.
An dem unteren Ende des zweiten Längselementes 12 erstreckt
sich ein drittes Querelement 13 zum ersten Längselement 4 hin,
nur einen kleinen Spalt zwischen dem Endbereich eines dritten Querelementes 13 und
dem ersten Längselement 4 freilassend.
Schließlich
ragt das vierte Querelement 14 von dem ersten Längselement 4 zwischen
dem zweiten 6 und dritten 13 Querelementen und
deutlich näher zum
dritten Querelement 13 hervor. Das vierte Querelement 14 ist
deutlich dünner
als das dritte Querelement 13.
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Übereinstimmend
mit dem eingeführten Stand
der Technik, wenn zwei benachbarte Teile deutlich verschiedene Breiten
haben, wird generell eine Multiresonanz erreicht, die eine breite
Freguenzleistung bewirkt. Mit dem Aufbau der Ausführung, wie
in 1 offenbart, ist beides mit dem Parasit-Element 7 und
dem zweiten Querelement 6 und zwischen dem dritten und
vierten Querelementen 13, 14 jeweils erreicht.
Messungen mit diesem Aufbau haben erstaunlich breite Bandleistung
in mehrfachen Bändern
mit guter Abstimmung ergeben. Die Größe des Antennenaufbaus einschließlich des
Antennenelementes 3 und des Parasit-Elementes 7 ist
etwa 38 mm breit und 37 mm in Längsrichtung.
Vorzugsweise ist er etwa 8 mm über
der Masseebene 2 angebracht. Der Antennenaufbau selbst
ist sehr dünn
und kann beispielsweise aus einer flexiblen Folie hergestellt werden.
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2 stellt
die Antennenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung
dar, die die volle Länge
der Masseebene 2 offenbart.
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3 stellt
eine seitliche Querschnittansicht eines Funkkommunikationsgerätes in der
Ausführung
eines cellularen mobilen Telefons 30, vorgesehen für die Mehrband-Funkkommunikation.
Das Gerät 30 weist
ein Untergestell auf, das ein PCB 31 beherbergt, welches
sich länglich
im Gerät 30 ausdehnt.
Das Untergestell trägt
funktionelle Elemente 32 des Gerätes, die die Benutzerschnittstellen
und die Elektroniken, obwohl in der Zeichnung nicht weiter spezifiziert,
enthalten. Eine vorzugsweise abnehmbare Batterie 33 ist
auch an das Gerät
angeschlossen. Im oberen Teil der Zeichnung ist auch die Antenne 3 dargestellt,
im Abstand von dem PCB 31 platziert. Das flache Massesubstrat 2 ist
vorzugsweise als eine leitende Schicht im PCB 31 gedacht,
entweder an seiner äußeren Oberfläche oder
als eine zwischenliegende Schicht. Die drei Masseverbindungen 9, 10 und 11 sind
auch schematisch dargestellt, wie auch der Einspeisungspunkt 8 für den PCB 31. Ein
Gehäuse 34 beherbergt
das gerät,
obwohl z.B. die Batterie 33 und die Benutzerschnittstellen
vorzugsweise nicht durch das Gehäuse 34 abgedeckt werden.
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4 stellt
das Gerät 30 nach 3,
wie zu sehen, von der Frontseite dar, d.h. der Seite von links in 3.
Außer
der in 3 offenbarter Elemente enthält das Gerät 30 ferner eine Benutzerausgabe-, und
möglicherweise
eine Eingabe-, Schnittstelle in Form eines Displays 35.
Eine Benutzer-Eingabeschnittstelle ist ferner in Form einer Tastatur 36 enthalten.
Das Gerät
weist auch eine Benutzer-Audioeingabe in Form eines Mikrofons 37 und
eine Benutzer-Audioausgabe in Form eines Lautsprechers 38 oder einen
Steckverbinder für
einen Kopfhörer
auf (nicht gezeigt). Die Antennenanordnung nach der Erfindung ist
eingebaut und ist deshalb in 4 nicht explizit
gezeigt.
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5 stellt
den VSWR 50 und den Smith-Graphen dar, der an einem Prototyp
der Antenne nach 1 im freien Raum gemessen wurde. Merker 1 bis 4 sind
gleich zu 880 MHz, 960 MHz, 1,710 MHz und 1,990 MHz, d.h. das Frequenzband umfasst
EGSM, DCS und PCS. Wie zu sehen ist, sind die Eckwerte sehr hoch
für jeden
Band, speziell für
GSM. Es ist kein Problem auch AMPS abzudecken. Der VSWR 50 ist
in allen diesen Bändern
unterhalb von 4,0 und für
DCS und PCS ist der VSWR unterhalb von 2,2. Entsprechend dem Smith-Graphen
ist die Antenne generell einwenig induktiv.
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Das
Vorhergehende hat die Prinzipien, bevorzugte Ausführungen
und Betriebsarten der vorliegenden Erfindung beschrieben, sollte
aber nicht als auf die spezifischen oben diskutierten Ausbildungen eingeschränkt ausgelegt
werden. Zum Beispiel, während
die Antenne nach vorliegender Erfindung primär als ein Strahler behandelt
wurde, wird ein Duchschnittsfachmann richtig einschätzen, dass
die Antenne nach vorliegender Erfindung auch als ein Sensor zum
Empfangen von Informationen bei spezifischen Frequenzen verwendet
werden könnte.
In gleicher Weise können
die Abmessungen verschiedener Elemente basierend auf der spezifischen
Anwendung variieren. Somit sollten die oben beschriebenen Ausbildungen
eher anschaulich als restriktiv betrachtet werden, und es sollte
verstanden werden, dass Variationen dieser Ausführungen durch einen Durchschnittsfachmann
gemacht werden können,
ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung, wie in den nachfolgenden
Ansprüchen
definiert, zu verlassen.