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Gebiet der Erfindung
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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.
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Hintergrund
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Überblick über die
Erfindung
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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.
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Gemäß einem
ersten Merkmal wird diese Aufgabe durch eine Diversity-Funkantenne nach
Anspruch 1 gelöst.
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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.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die
beiliegenden Zeichnungen deutlicher, in denen:
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1 schematisch
eine perspektivische Ansicht einer kompakten Diversity-Antenne gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 die
Antenne von 1 von einer anderen Ansicht
schematisch zeigt;
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Diversity-Antenne gemäß der Erfindung
schematisch zeigt,
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4 eine
dritte Ausführungsform
einer Diversity-Antenne nach der Erfindung schematisch zeigt;
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5–7 unterschiedliche
Zustände
von Masseverbinder-Schalteinrichtungen
bei einer Diversity-Antenne gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung schematisch zeigen; und
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8 ein
Beispiel eines Kommunikationsendgeräts schematisch zeigt, bei dem
eine Antennenkonstruktion gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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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.
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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 ε
1 >> 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 ε
τ reduziert
werden. Die Abmessungen einer DRA einer bestimmten Frequenz sind
im Wesentlichen umgekehrt proportional zu √ε
τ. Ein
Anstieg von ε
τ um
einen Faktor α wird
somit eine Verminderung aller Abmessungen um den Faktor √α und somit
des Volumens um einen Faktor α
3/2, 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 ε
τ Werte
von üblicherweise
maximal 120. Neben dieser Begrenzung der Möglichkeit der Miniaturisierung
vermindern die Strahlungseigenschaften einer DRA sich mit einem
Anstieg von ε
τ.
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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.
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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.
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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.
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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 2–4 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.