DE60318813T2 - Kompakte Diversity-Antenne - Google Patents

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DE60318813T2
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    • H01Q21/245Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction provided with means for varying the polarisation 

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Antennen für Funkkommunikationsendgeräte, insbesondere auf kompakte Antennen, welche ausgebildet sind, in tragbaren Endgeräten eingebaut zu werden und welche zur Übertragungs- und Empfangs-Diversity in der Lage sind.
  • Hintergrund
  • Seit dem Ende des 20igsten Jahrhunderts hat die Zellulartelefonindustrie eine enorme Entwicklung in der Welt erlebt. Von den anfänglichen Analogsystemen hat beispielsweise die, welche durch Standards AMPS (fortschrittliches mobiles Telefonsystem) und NMT (Nordic Mobile Telephone) gebildet wurden, hat die Entwicklung während der vergangenen Jahre sich fast ausschließlich auf Standards digitaler Lösungen für das zellulare Funknetzwerk fokussiert, beispielsweise D-AMPS (beispielsweise, wie in EIA/TIA-IS-54-B und IS-136 spezifiziert) und GSM (globales System für Mobilkommunikationen). Unterschiedliche digitale Übertragungsverfahren werden bei verschiedenen Systemen verwendet, beispielsweise Zeitmultiplexzugriff (TDMA) oder Codemultiplexzugriff (CDMA). Gleichzeitig damit tritt die zellulare Technologie in die sogenannte dritte Generation ein, welche mehrere Vorteile gegenüber der früheren zweiten Generation liefert, auf die sich digitale Systeme oben bezogen. Unter diesen Vorteilen wird eine vergrößerte Bandbreite bereitgestellt, wodurch eine effektive Kommunikation von komplexeren Daten zugelassen wird. Die dritte Generation von Mobilsystemen wurde als UMTS (Universal Mobile Telephony System) in Europa bezeichnet und als CDMA2000 in den USA, und ist bis zu einem gewissen Ausmaß in Japan schon eingeführt. Außerdem wird allgemein angenommen, dass die erste Generation von persönlichen Kommunikationsnetzwerken (PCNs), bei denen preiswerte taschenförmige Schnurlostelefone verwendet werden, welche komfortabel getragen werden können und welche verwendet werden, Gespräche zuhause, im Büro auf der Straße, im Auto usw. zu tätigen oder zu empfangen, beispielsweise durch zellulare Träger bereitstellt, welche die nächste Generation digitaler zellularer Systeminfrastruktur nutzen.
  • Es wurden große Anstrengungen gemacht, kleinere Endgeräte zu bauen, mit großer Hilfe aus der Miniaturisierung elektrischer Komponenten und der Entwicklung effizienterer Batterien. In lediglich wenigen Dekaden sind die Kommunikationssysteme von analogen Kommunikationssystemen zu digitalen geworden, und im gleichen Zeitpunkt sind heute die Abmessungen der Kommunikationsgeräte von einer Briefkastengröße zur Endgeräten, die taschengroß sind, geworden. Heutzutage bieten zahlreiche Hersteller von taschengroßen Endgeräten eine breite Vielzahl von Fähigkeiten und Diensten, beispielsweise paketorientierter Übertragung und Mehrfachfunk-Bandausbreitung an. Um die Größe tragbarer Funkendgeräte zu reduzieren, sind Einbauantennen über die letzten Jahre eingeführt worden. Der allgemeine Wunsch heutzutage ist der, eine Antenne zu haben, welche für den Kunden nicht sichtbar ist. Heutzutage werden unterschiedliche Arten von Fleckantennen verwendet, mit oder ohne parasitären Elementen. Die am meisten üblichen Einbauantennen, die aktuell in Verwendung bei Mobiltelefonen sind, umfassen die sogenannten Planaren invertierten F-Antennen (PIFA). Dieser Name wurde aufgrund der Tatsache eingeführt, dass die Antenne wie der Buchstabe F aussieht, der um 90° im Profil geneigt ist. Eine derartige Antenne benötigt einen Speisepunkt sowie eine Masseverbindung. Wenn eine oder mehrere parasitäre Elemente in der Nähe angeordnet sind, können sie entweder geerdet werden oder dielektrisch von Masse getrennt werden.
  • Die Entwicklung auf dem Gebiet der Elektronik hat es nicht nur ermöglicht, die Komponenten der Endgeräte zu miniaturisieren, sondern dass die Komplexität und die Vielfalt fortgeschrittener Funktionen und Dienste, welche die Endgeräte ausführen können, ebenfalls ansteigt. Die Entwicklung neuer Übertragungsverfahren, wobei die dritte Generation mobiler Systeme bevorsteht, und der vierten Generation, von der erwartet wird, in den nächsten 10 Jahren ausgeführt zu werden, liefert die Möglichkeit, weiter verbesserte Daten zu drahtlosen Kommunikationsendgeräte zu befördern, beispielsweise Realzeitvideo. Um eine gute Übertragungs- und Empfangsleistung in einer Mehrfachtransportumgebung bereitzustellen, ist ein Diversity-Antennensystem oder MIMO-Antennensystem (Multiple Input Multiple Output) erforderlich. Dies wird beispielsweise für WLAN (wireless local area network) und 3G- und 4G-Zellularmobilendgeräte wichtig.
  • Für zirkular-polarisierte Funkwellen wird häufig eine Grundschwingungs-Fleckantenne als Flachantenne verwendet. Eine Antenne dieses Aufbaus umfasst ein Keramiksubstrat und ein Fleckantennenelement, welches auf der Fläche des Keramiksubstrats vorgesehen ist. Außerdem wurde ein Masseleiter, der auf der Seite des Keramiksubstrats abgewandt zur Seite angeordnet ist, wo das Fleckantennenelemente angeordnet ist, vorgesehen. Ein Speisestift ist mit einem Speiseabschnitt, der auf der umgekehrten Seite des Fleckantennenelements vorgesehen ist, über ein Durchgangsloch, welches im Keramiksubstrat gebildet ist und durch den Masseleiter verbunden. Im Prinzip müssen bei der Grundschwingungs-Fleckantenne zwei Seiten, welche orthogonal zueinander innerhalb einer Ebene sind, zu einer elektrischen Länge von im Wesentlichen der halben Wellenlänge gebildet sein. Um die Grundschwingungs-Fleckantenne kompakt auszubilden, muss ein dielektrisches Substrat, welches eine große dielektrische Konstante hat, als dielektrisches Substrat verwendet werden. Beispielsweise wurde die Länge der Seite der Antenne in einem GPS-Empfangsgerät, welches in einem Fahrzeug montiert ist, auf ungefähr 1/5 der Größe eines Empfangsendgeräts reduziert, welches ohne Verwendung eines Substrats einer hohen dielektrischen Konstante ausgebildet wurde. Dies bedeutet noch eine Seitenlänge von ungefähr 20 bis 25 mm, welche bei Anwendungen unter Verwendung einer kleinen Kommunikationseinrichtung, beispielsweise eines tragbaren Empfangsendgeräts, mehr Volumen und Gewicht dem Endgerät hinfügt. Die oben erwähnte PIFA wird einfacher miniaturisiert, ist jedoch für linear polarisierte Funkwellen ausgebildet.
  • Die US-PS 6 369 762 (Yanagisawa et al, zugeteilt für Yokowo Co.) zielt auf die Nachteile der Antenne nach dem Stand der Technik, wobei insbesondere die Grundschwingungs-Fleckantennen herausgestellt und beschrieben werden, und schlägt eine Antenne für zirkular-polarisierte Wellen vor, welche zwei Elektroden hat, um eine linear polarisierte Welle abzustrahlen, welche im Wesentlichen parallel mit einer Masseleiterebene sind, wobei eine Erregungselektrode dazwischen angeordnet ist. Ein Speiseabschnitt ist elektrisch mit der Erregungselektrode verbunden, wobei erste Enden der jeweiligen Abstrahlungselektroden der Erregungselektrode gegenüber sind, wodurch kapazitive Kopplung gebildet wird. Zweite Enden der jeweiligen Abstrahlungselektroden sind mit der Masseleiterebene verbunden, so dass die Richtungen, in denen elektrische Felder zur erregen sind, im Wesentlichen orthogonal zueinander werden. Die Struktur der Antennen ist in etwa L-förmig, wobei jeder der beiden orthogonalen Schenkel eine elektrische Länge von 1/4 einer bestimmten Funkwellenlänge hat.
  • In der US 4 367 474 ist eine versenkbar befestigte Mikrostreifenantenne offenbart, die frequenz-beweglich ist und Polarisations-Diversity hat. Die Frequenz und Polarisation der Antenne kann durch Auswählen des Ortes von Abkürzungsposten in der Antenne ausgewählt werden. Die Verwendung von Schaltdioden anstelle der Abkürzungsposten liefert eine Einrichtung, um die Frequenz und die Polarisationskenndaten der Antenne elektronisch umzuschalten. Die Frequenzbeweglichkeit liefert eine frequenz-abtastbare Mikrostreifenantennenbaugruppe, welche auch Polarisations-Diversity hat. Die Frequenzbeweglichkeit, die Polarisations-Diversity und die frequenz-abtastbaren Baugruppen werden durch eine digitale Einrichtung, beispielsweise einen Computer, gesteuert.
  • Überblick über die Erfindung
  • Die Ausbildung, welche durch Yanagisawa et al vorgeschlagen wird, liefert eine miniaturisierte Antenne für zirkular-polarisierte Wellen, wobei jedoch noch eine Notwendigkeit für eine Diversity bei Antennensystemen für Funkkommunikationsendgeräte besteht. Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kompakte Diversity-Antenne zur Funkkommunikation bereitzustellen, welches die Mängel des bekannten Standes der Technik überwindet.
  • Gemäß einem ersten Merkmal wird diese Aufgabe durch eine Diversity-Funkantenne nach Anspruch 1 gelöst.
  • Gemäß einem zweiten Merkmal wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Funkkommunikationsendgerät gelöst, welches eine Diversity-Funkantenne aufweist, welche die Merkmale von Patentanspruch 2 hat.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen deutlicher, in denen:
  • 1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer kompakten Diversity-Antenne gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 die Antenne von 1 von einer anderen Ansicht schematisch zeigt;
  • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Diversity-Antenne gemäß der Erfindung schematisch zeigt,
  • 4 eine dritte Ausführungsform einer Diversity-Antenne nach der Erfindung schematisch zeigt;
  • 57 unterschiedliche Zustände von Masseverbinder-Schalteinrichtungen bei einer Diversity-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigen; und
  • 8 ein Beispiel eines Kommunikationsendgeräts schematisch zeigt, bei dem eine Antennenkonstruktion gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf Funkendgeräte, beispielsweise eine Einrichtung, bei der eine Funkantennenkonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird. Der Ausdruck Funkendgerät umfasst alle mobilen Geräte, welche für Funkkommunikation mit einer Funkstation bestimmt sind, wobei die Funkstation auch ein mobiles Endgerät oder beispielsweise eine stationäre Basisstation sein kann. Folglich umfasst der Ausdruck Funkendgerät Mobiltelefone, Personenrufempfänger, Kommunikatoren, elektronische Organisierer, Kartentelefone, PDAs (persönliche digitale Assistenten), in einem Fahrzeug befestigte Funkkommunikationseinrichtungen oder dgl., sowie tragbare Laptop-Computer, welche zur drahtlosen Kommunikation in beispielsweise in einem WLAN (Wireless Local Area Network) bestimmt sind. Da weiter die Antenne als solches geeignet jedoch nicht auf mobile Nutzung beschränkt ist, sollte der Ausdruck Funkendgerät auch dazu verstanden sein, jegliche stationäre Einrichtung zu umfassen, welche zur Funkkommunikation eingerichtet ist, beispielsweise Desktop-Computer, Drucker, Faxgeräte usw., die eingerichtet sind, mit Funkkommunikation miteinander oder mit einer anderen Funkstation zu arbeiten. Folglich soll, obwohl der Aufbau und die Kenndaten der Antennenkonstruktion nach der Erfindung hauptsächlich hier beschrieben ist, beispielsweise bei der Durchführung bei einem Mobiltelefon, die dies nicht interpretiert werden, die Durchführung der erfinderischen Antennenkonstruktion bei anderen Arten von Funkendgeräten auszuschließen, beispielsweise die, die oben aufgelistet sind. Außerdem sollte betont werden, dass der Ausdruck aufweisen oder aufweisend, wenn dieser in dieser Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, anzeigen sollte, dass er Merkmale, Elemente oder Schritte umfasst, in keiner Weise dazu interpretiert werden, dass Vorhandensein anderer Merkmalselemente oder Schritte als die, die ausdrücklich festgelegt sind, auszuschließen.
  • Das oben erwähnte US-Patent 6 368 762 offenbart die Funktion einer L-förmigen dielektrischen Resonatorantenne (DRA) für eine zirkular-polarisierte Welle, wobei diese Offenbarung hiermit durch Referenz einbezogen wird. DRAs sind als miniaturisierte Antennen aus Keramik oder einem anderen dielektrischen Medium für Mikrowellenfrequenzen bekannt. Ein dielektrischer Resonator, dessen dielektrisches Medium, welches eine relative Durchlassfähigkeit von ε1 >> 1 hat, ist durch Luft umgeben, hat ein diskretes Spektrum von Eigenfrequenzen und Eigenmoden aufgrund elektro-magnetischer Begrenzungszustände auf den Grenzflächen des dielektrischen Mediums. Diese Zustände sind durch eine Speziallösung der elektro-magnetischen Gleichungen für das dielektrische Medium mit den vorgegebenen Begrenzungsbedingungen hinsichtlich von Grenzflächen definiert. Im Gegensatz zu einem Resonator, der eine sehr hohe Qualität hat, wenn Strahlungsverluste vermieden werden, ist die Strahlung der Hauptleistung der Hauptposten in einer Resonantorantenne. Da keine Leitstrukturen als Strahlungselement verwendet werden, kann der Scanneffekt nicht schädlich sein. Daher hat diese Antenne niedrige ohmsche Verluste bei hohen Frequenzen. Wenn Materialien verwendet werden, welche eine relativ hohe Durchlassfähigkeit haben, kann eine kompakte miniaturisierte Struktur erzielt werden, da die Dimensionen für eine vorausgewählte Eigenfrequenz (Übertragung und Empfangsfrequenz) durch Vergrößern von ετ reduziert werden. Die Abmessungen einer DRA einer bestimmten Frequenz sind im Wesentlichen umgekehrt proportional zu √ετ. Ein Anstieg von ετ um einen Faktor α wird somit eine Verminderung aller Abmessungen um den Faktor √α und somit des Volumens um einen Faktor α3/2, wobei die Resonanzfrequenz gleich gehalten wird, verursachen. Außerdem ist ein Material für eine DRA zur Verwendung bei hohen Frequenzen geeignet, hat kleine dielektrische Verluste und Temperaturstabilität. Dies schränkt stark die Materialien ein, welche verwendet werden können. Geeignete Materialien haben ετ Werte von üblicherweise maximal 120. Neben dieser Begrenzung der Möglichkeit der Miniaturisierung vermindern die Strahlungseigenschaften einer DRA sich mit einem Anstieg von ετ.
  • 1 zeigt schematisch eine kompakte Diversity-Funkantenne nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2 zeigt die gleiche Ausführungsform mit Sicht von einem dazu abgewandten Winkel. Die Antenne ist auf einer Lagerstruktur beispielsweise einer gedruckten Schaltungsplatte (PCB) angeordnet, welche vorzugsweise eine in etwa ebene Lagerfläche begrenzt. Die Lagerstruktur umfasst ein elektrisches Massesubstrat 1, welches einen Hauptbereich der Lagerstruktur überdecken kann. Alternativ kann das Massesubstrat 1 auf einen Bereich der Lagerstruktur begrenzt sein, über welchem die Antenne angeordnet ist. Das Massesubstrat 1 wird vorzugsweise als eine Materialebene auf einer äußeren Seite oder einer Zwischenebene einer PCB realisiert. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Massesubstrat unmittelbar auf einer Bodenseite der Antenne gebildet sein. In 1 ist das Massesubstrat 1 als ein flaches Substrat gezeigt, welches sich unterhalb der Antenne erstreckt.
  • Die Antenne ist auf dem Massesubstrat 1 angeordnet oder benachbart dazu angeordnet und umfasst ein im Wesentlichen L-förmiges dielektrisches Teil 11, welches zwei im Wesentlichen senkrechte Schenkel hat, welche sich parallel zum Massesubstrat 1 erstrecken. Das dielektrische Teil 11 besteht aus einem Material, welches eine hohe Dielektrizitätskonstante hat, vorzugsweise aus Keramik. Nicht ausschließliche Beispiele dieser Materialien umfassen BaO-TiO2-SnO2 und MgO-CaO-TiO2, welche eine relative Dielektrizitätskonstante von ungefähr 30 oder mehr haben. Das dielektrische Teil 11 hat eine erste Fläche, wobei die obere Fläche so ist, wie in der Zeichnung gezeigt ist, welche von dem Massesubstrat 1 abgewandt ist, und eine zweite Fläche, welche abgewandt zur ersten Fläche und parallel dazu ist. Die zweite Fläche ist zumindest benachbart zum Massesubstrat 1 angeordnet, und bezüglich des Potentials im unmittelbaren Kontakt mit dem Massesubstrat 1, während die erste Fläche eine Ebene begrenzt, welche parallel zum Massesubstrat 1 ist und davon beabstandet ist. Außerdem hat das dielektrische Teil vorzugsweise gerade Seitenflächen, welche sich zwischen und senkrecht zu den ersten und zweiten Flächen erstrecken.
  • Der Aufbau der Antenne ist vorherrschend auf der ersten Fläche des dielektrischen Teils 11 angeordnet. Eine Erregungselektrode 4 ist am Schnittpunkt der Schenkel des dielektrischen Teils 11 angeordnet. Die Erregungselektrode ist mit einem Speisefleck 13 auf der zweiten Seite des dielektrischen Teils 11 mittels eines Speiseleiters 12 verbunden, der sich längs einer der Seitenflächen des dielektrischen Teils 11 erstreckt. Der Speisefleck 13 ist lediglich schematisch in der Zeichnung gezeigt, welche zeigt, dass ein leitfähiger Fleck, der mit dem Speiseleiter 12 verbunden ist, unter der markierten Ecke des dielektrischen Teils 11 angeordnet ist. Der Speisefleck ist mit einer Funkfrequenzschaltung verbindbar, welche vorzugsweise durch eine PCB getragen wird, welche als Lagerstruktur dient. Die Antenne weist außerdem zwei im Wesentlichen langgestreckte Antennenelemente 2, 3 auf, welche sich in der Ebene erstrecken, welche durch die erste Fläche des dielektrischen Teils 11 begrenzt ist. Ein erstes Antennenelement 2 erstreckt sich längs eines ersten Schenkels des dielektrischen Teils 11 von einem ersten Ende 5 beabstandet durch einen Spalt 14 von der Erregungselektrode 4 zu einem zweiten Ende 7. Der Spalt 4 liefert eine kapazitive Kopplung zwischen der Erregungselektrode 4 und dem Antennenelement 2 zum Übertragen und zum Empfang von Funkwellen. Ein zweites Antennenelement 3 erstreckt sich längs eines zweiten Schenkels des dielektrischen Teils 11 von einem ersten Ende 6 beabstandet durch einen Spalt 15 von der Erregungselektrode 4 zu einem zweiten Ende B. Entsprechend liefert der Spalt 15 eine kapazitive Kopplung zwischen der Erregungselektrode 4 und dem Antennenelement 3 zum Übertragen und zum Empfang von Funkwellen. Jedes der beiden Antennenelemente 2, 3 hat vorzugsweise eine elektrische Länge von 1/4 einer mittleren Wellenlänge für ein vorgegebenes Funkfrequenzband. Die physikalische Länge ist jedoch von der Dielektrizitätskonstante ετ abhängig.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Antennenstruktur einschließlich der Erregungselektrode 4 und die Antennenelemente 2, 3 durch erste Beschichtung der ersten Flächen des dielektrischen Teils 11 mit einem leitfähigen Material mittels eines geeigneten Prozesses geformt. Zweitens sind separate Elemente 24 und Spalte 14, 15 durch Trocken- oder Nassätzen des Überzugsmaterials von der ersten Fläche gebildet. Der Speiseleiter 12 kann bei diesem Prozess ebenfalls gebildet werden. Bei der speziellen Ausführungsform von 1 und 2 sind die Antennenelemente 2, 3 rechteckig, und die Erregungselektrode 4 erstreckt sich um einen kurzen Bereich in jeden der Schenkel der ersten Fläche des dielektrischen Teils 11. Es sollte jedoch angemerkt sein, dass dies lediglich eine bestimmte Ausführungsform ist und dass andere Formen möglich sind.
  • 3 zeigt eine zweite Ausführungsform, welche lediglich die Antennenelemente 2, 3 und die Erregungselektrode 4 zeigt. In diesem Beispiel ist die Erregungselektrode 4 rechteckig oder sogar quadratisch und erstreckt sich nicht in die Schenkel der ersten Fläche des dielektrischen Teils 11.
  • 4 zeigt ein drittes Beispiel einer Ausführungsform, bei der sich die Erregungselektrode 4 im Wesentlichen diagonal über den Schnittpunkt der Schenkel des dielektrischen Teils 11 erstreckt. Außerdem sind die ersten Enden 5 und entsprechend die Antennenelemente 2, 3 so abgewinkelt, dass die Spalte 14, 15 konstante Breiten haben. Andere spezielle Ausführungsformen des Musters der Antennenstruktur sind natürlich möglich, und die Antennenelemente können beispielsweise bezüglich ihrer Ausdehnung zwischen den ersten Enden 5, 6 und den zweiten Enden 7, 8 mäanderförmig ausgebildet sein.
  • Die Antennenelemente 2, 3 sind selektiv mit dem Massesubstrat 1 über eine Masseverbinder-Schalteinrichtung 9, 10 verbunden. Die Masseverbinder-Schalteinrichtung 9, 10 ist vorzugsweise ausgebildet, die Antennenelemente bei ihren jeweiligen zweiten oder äußeren Enden 7, 8 mit dem Massesubstrat 1 zu verbinden. Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Masseverbinder-Schalteinrichtung 9, 10 ausgebildet, die Antennenelemente an deren anderen Bereichen mit dem Massesubstrat 1 zu verbinden, beispielsweise bei entsprechenden Seitenrändern der langgestreckten Antennenelemente 2, 3.
  • Separat betrachtet arbeitet jedes der Antennenelemente 2, 3 kapazitiv mit der Erregungselektrode 4 funktionsmäßig zusammen, um Antennen zu bilden, welche für die Übertragung und dem Empfang einer linear-polarisierten Welle angepasst sind. Die Resonanzfrequenz einer jeden der Antennenelemente 2 und 3 kann frei eingestellt werden, indem die elektrische Länge eines jeden der Antennenelemente 2 und 3 geändert wird. Solange die Resonanzfrequenz von jedem der Antennenelemente 2 und 3 nach oben in Bezug auf die Mittenfrequenz verschoben ist, die zu verwenden ist, und die Resonanzfrequenz des verbleibenden Antennenelements nach unten in Bezug auf dieses verschoben ist, wenn erforderlich, kann die Phase der elektro-magnetischen Welle, welche von einem der Antennenelemente herstammt, von der Phase der elektromagnetischen Welle verschoben werden, welche vom anderen Antennenelement herstammt. Die Resonanzfrequenzen der Antennenelemente 2, 3 werden so eingestellt, dass eine Phasenverschiebung von 90° zwischen den elektro-magnetischen Wellen auftritt. Insbesondere kann eine zirkular-polarisierte Welle durch Verwendung der Antennenelemente 2 und 3 für eine linear-polarisierte Welle übertragen und empfangen werden und ohne Verwendung einer speziellen Speiseschaltung, indem die Länge der Antennenelemente 2 und 3 und der Kopplungsgrad zwischen den Antennenelementen 2 und 3 eingestellt wird, was durch Einstellen der Breite der Spalte 14, 15 zwischen den Antennenelementen 2 und 3 und der Erregungselektrode 4 erreicht wird.
  • 5 bis 7 zeigen die Funktion der anpassbaren Antenne nach der vorliegenden Erfindung, wobei die gleichen Bezugszeichen wie in den vorherigen Zeichnungen entsprechende Elemente zeigen. Das erste Antennenelement 2 hat eine erste Masseverbinder-Schalteinrichtung 9, welche selektiv das Antennenelement 2 mit Masse verbindet, und das zweite Antennenelement 3 hat eine zweite Masseverbinder-Schalteinrichtung 10, welche selektiv das Antennenelement 3 mit Masse verbindet.
  • 5 zeigt einen Zustand, bei dem beide Masseverbinder-Schalteinrichtungen 9, 10 eingeschaltet sind, was bedeutet, dass beide Antennenelemente 2, 3 mit Masse verbunden sind. Wie in dem Zeichnungsbeispiel gezeigt ist, läuft jede Masseverbindung über eine Impedanz 16 bzw. 17 bei dieser spezifischen Ausführungsform. Vorzugsweise ist die Impedanz durch ein induktives Element 16, 17 gebildet, beispielsweise eine Spule, Bei einer alternativen Ausführungsform umfasst das induktive Element 16, 17 eine kapazitive Komponente. Der Schaltbetrieb wird vorzugsweise durch eine Mikroelektro-Mechaniksystem-Schaltung gesteuert, beispielsweise einen MEMS-Schalter. Ein solcher MEMS hat einen niedrigen Einfügungsverlust und niedrigen Leistungsverbrauch, wodurch ein vorteilhafter Leistungsspareffekt in Bezug auf die Antenne geliefert wird. In dem in 5 gezeigten Zustand ist die Antenne für zirkulare Polarisation angepasst.
  • 6 zeigt einen Zustand, bei dem die erste Masseverbinder-Schalteinrichtung 9 eingeschaltet ist, während die zweite Masseverbinder-Schalteinrichtung 10 ausgeschaltet ist. Dies bedeutet, dass in diesem Zustand lediglich das Antennenelement 2 mit Masse verbunden ist, während das Antennenelement 3 elektrisch schwebend gehalten wird. Lediglich oder vorherrschend wird in diesem Fall das erste Antennenelement 2 für die Antenne übertragen oder empfangen, wodurch ihr eine lineare Polarisation verliehen wird. Unter Bezug auf 1 und 2 hat die Antenne in diesem Zustand horizontale Polarisation.
  • 7 zeigt einen Zustand, bei dem die erste Masseverbinder-Schalteinrichtung 9 ausgeschaltet ist, während die zweite Masseverbinder-Schalteinrichtung 10 eingeschaltet ist, was bedeutet, dass in diesem Zustand lediglich das Antennenelement 3 mit Masse verbunden ist, während das Antennenelement 2 elektrisch schwebend gehalten wird. Lediglich oder vorherrschend wird in diesem Fall das zweite Antennenelement 3 übertragen oder empfangen für die Antenne, wobei ihr auch eine lineare Polarisation verliehen ist. In Bezug auf 1 und 2 hat in diesem Zustand die Antenne eine vertikale Polarisation.
  • Auf diese Weise wird eine anpassbare Antenne, welche ein Strahlenmuster- und Polarisations-Diversity hat, erreicht, wobei eine feste Funkfrequenz-Speisezuführung beibehalten wird. Die Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorteilhaft als eine kompakte adaptive Antenne für die Diversity oder MIMO-Anwendung in einem Funkkommunikationsendgerät verwendet werden. Bei einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) sind die Antennenelemente 2, 3 selektiv über erste und zweite unterschiedlichen Impedanzen auf Masse geschaltet, bevorzugt auf Masse über eine Impedanz oder an einem freien Raum. Dies wird eine Resonanzverschiebung für die Antennenelemente 2, 3 bewirken, jedoch nicht das Strahlungsmuster und die Polarisation-Diversity bis zu dem gleichen Ausmaß beeinträchtigen.
  • 8 zeigt ein Funkkommunikationsendgerät bei der Ausführungsform eines zellularen Mobiltelefons 30, welches eingerichtet ist, eine Antenne gemäß der Erfindung aufzunehmen. Das Endgerät 30 weist ein Chassis oder Gehäuse 35 auf, welches einen Benutzer-Audioeingang in Form eines Mikrophons 31 und einen Benutzeraudioausgang in Form eines Lautsprechers 32 oder einen Verbinder mit einem Ohrhörer (nicht zeigt) aufweist. Mehrere Tasten, Schalter oder dgl. bilden eine Dateneingangsschnittstelle 33, welche beispielsweise zum Wählen verwendbar sind, gemäß dem Stand der Technik. Eine Datenausgabeschnittstelle, welche eine Anzeigeeinrichtung 34 aufweist, ist ebenfalls enthalten, die eingerichtet ist, Kommunikationsinformation, Adresslisten usw. in bekannter Weise dem Fachmann anzuzeigen. Das Funkkommunikationsendgerät 30 weist Funkübertragungs- und Empfangselektronik (nicht gezeigt) auf, welche mit einer Einbauantenne innerhalb des Gehäuses 35 gekoppelt ist, wobei die Antenne auf einer Lagerstruktur angeordnet ist, welche in der Zeichnung durch die gestrichelte Linie als ein im Wesentlichen flaches Objekt angedeutet ist, vorzugsweise einer PCB. Gemäß der Erfindung weist diese Antenne beispielsweise entsprechend 1 ein Massesubstrat 1, ein erstes und zweites langgestrecktes Antennenelement 2, 3, welches sich jeweils zwischen ersten 5, 6 und zweiten gegenüberliegenden Enden 7, 8 in einer Ebene parallel zu und beabstandet von dem Massesubstrat erstrecken, und eine Erregungselektrode 4, welche zwischen den jeweiligen ersten Enden angeordnet ist, auf. Die Masseverbinder-Schalteinrichtung 9, 10 ist ausgebildet, selektiv das Massesubstrat mit Antennenelementen zu verbinden und zu lösen, um das Abstrahlungsmuster und die Polarisations-Diversity der Antenne zu steuern. Die anderen Merkmale der Antennenausbildung gemäß der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben ist, sind natürlich äquivalent gültig für die Funkendgeräte-Ausführungsform von 8.
  • Es wurden oben die Prinzipien, bevorzugte Ausführungsformen und Betriebsmoden der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Erfindung sollte jedoch nicht so verstanden sein, auf bestimmte oben erläuterte Ausführungsformen begrenzt zu sein. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die Ausführung eines dielektrischen Festkörperelements beschränkt, wobei das dielektrische Element durch Gas, beispielsweise Luft gebildet sein kann. Die oben beschriebenen Ausführungsformen sollten als beispielhaft und nicht als einschränkend angesehen werden, und es sollte gewürdigt werden, dass Variationen bei diesen Ausführungsformen durch den Fachmann ausgeführt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert, zu verlassen.

Claims (14)

  1. Diversity-Funkantenne, welche aufweist: – ein Massesubstrat (1), – ein L-förmiges dielektrisches Teil (11) mit im Wesentlichen senkrechten Schenkeln, welche sich parallel zum Massesubstrat erstrecken, und das eine untere Fläche hat, welche dem Massesubstrat zugewandt ist, und eine obere Fläche, welche dem Massesubstrat abgewandt ist, – ein erstes langgestrecktes Antennenelement (2), welches sich an der oberen Fläche längs des ersten Schenkels zwischen einem ersten (5) und einem zweiten gegenüberliegenden Ende (7) erstreckt, und ein zweites langgestrecktes Antennenelement (3), welches sich an der oberen Fläche längs des zweiten Schenkels zwischen einem ersten (6) und einem zweiten gegenüberliegenden Ende (8) erstreckt, wobei jedes Antennenelement einen Massepunkt hat, der mit dem Massesubstrat verbunden werden kann, und – eine Anregungselektrode (4), welche in einem Spalt, der die beiden Antennenelemente an einem Schnittpunkt der Schenkel trennt, angeordnet ist, welche kapazitive Kopplung mit den Antennenelementen bereitgestellt, so dass jedes Antennenelement zur Übertragung oder zum Empfang einer linear-polarisierten Welle angepasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antennenelement (2) eine erste Masseverbinder-Schalteinrichtung (9) hat, welche zur selektiven Verbindung oder zum Trennen ihres Massepunkts mit Masse angepasst ist, und das zweite Antennenelement (3) eine zweite Masseverbinder-Schalteinrichtung (10) hat, welche zur selektiven Verbindung oder zum Trennen ihres Massepunkts mit Masse angepasst ist, wobei die Masseverbinder-Schalteinrichtungen (9, 10) ausgebildet sind ist, selektiv ein oder beide der Antennenelemente mit dem Massesubstrat zur Auswahl vertikaler, horizontaler oder zirkularer Polarisation zu verbinden, um die Strahlungs-Richtcharakteristik zu steuern und um Polarisations-Diversity der Antenne zu erzielen.
  2. Diversity-Funkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Massepunkte bei den jeweiligen zweiten Enden fern vom Spalt der Antennenelemente angeordnet sind.
  3. Diversity-Funkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine MEMS-Schaltung den Schaltbetrieb einer jeden der Masseverbinder-Schalteinrichtungen steuert.
  4. Diversity-Funkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseverbinder-Schalteinrichtung ausgebildet ist, das erste und das zweite Antennenelement mit Masse zu verbinden, um die Antenne an eine zirkular-polarisierte Funkwelle anzupassen.
  5. Diversity-Funkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseverbinder-Schalteinrichtung ausgebildet ist, eines von erstem und zweitem Antennenelement mit Masse zu verbinden und das andere von erstem und zweitem Antennenelement von Masse zu trennen, um die Antenne an eine linear-polarisierte Funkwelle anzupassen.
  6. Diversity-Funkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseverbinder-Schalteinrichtung ausgebildet ist, das erste und das zweite Antennenelement mit Masse selektiv zu verbinden, um die Antenne an eine zirkular-polarisierte Funkwelle anzupassen, oder eines von erstem und zweitem Antennenelement von Masse zu trennen, um die Antenne an eine linear-polarisierte Funkwelle anzupassen.
  7. Diversity-Funkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseverbinder-Schalteinrichtung ausgebildet ist, das Massesubstrat mit den Antennenelementen über eine vorher festgelegte Impedanz selektiv zu verbinden.
  8. Diversity-Funkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseverbinder-Schalteinrichtung ausgebildet ist, das Massesubstrat mit den Antennenelementen über eine vorher festgelegte induktive Impedanz selektiv zu verbinden.
  9. Diversity-Funkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes von erstem und zweitem Antennenelement eine elektrische Länge eines Viertels einer vorher festgelegten Funkfrequenz-Wellenlange hat.
  10. Diversity-Funkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Teil aus einem Keramikmaterial hergestellt ist.
  11. Diversity-Funkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenelemente und die Anregungselektrode durch einen Überzug aus einem elektrisch-leitfähigen Material gebildet sind, welches auf der oberen Fläche vorgesehen ist, während eine erste und eine zweite Lücke zwischen der Anregungselektrode bzw. erstem und zweitem Antennenelement durch Ätzen des Überzugs gebildet sind.
  12. Diversity-Funkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Funkfrequenz-Speiseleiter sich von der Anregungselektrode längs einer Seitenfläche des dielektrischen Teils zu einem Speisefleck an der unteren Fläche erstreckt.
  13. Diversity-Funkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Massesubstrat als eine Materialschicht in einer gedruckten Schaltungsplatte gebildet ist.
  14. Funkkommunikations-Endgerät (30), gekennzeichnet dadurch, dass dies eine Diversity-Funkantenne nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist.
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