DE69734803T2

DE69734803T2 - Antenne

Info

Publication number: DE69734803T2
Application number: DE69734803T
Authority: DE
Inventors: Harufumi Nagaokakyo-shi Mandai; Teruhisa Nagaokakyo-shi Tsuru
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2017-08-23
Also published as: DE69734803D1; JP3146994B2; EP0825668A3; US6329961B1; EP0825668A2; EP0825668B1; JPH1065426A

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Antennen und Resonanzfrequenzeinstellungsverfahren für dieselben und insbesondere auf eine Antenne und ein Resonanzfrequenzeinstellungsverfahren für dieselbe, die für eine Verwendung bei einem tragbaren Radio vorgesehen sind.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Peitschenantennen werden herkömmlicherweise für tragbare Radiogeräte, wie beispielsweise Flüssigkristallfernsehgeräte (90–800 MHz) und FM-Radios (75–90 MHz) (in den USA 88–108 MHz) (hierin im Folgenden allgemein als „tragbare Radios" bezeichnet) verwendet. Schleifenantennen werden für Rufanlagen (Pager) verwendet.
Eine herkömmliche Peitschenantenne muss für eine Verwendung ausgefahren sein. Bei einem Frequenzband kleiner oder gleich 1 GHz muss die Länge der Peitschenantenne 7,5 cm oder länger sein, was dieselbe bei einem Einrichten eines tragbaren Radios instabil macht und ein Problem darstellt, wenn das Radio hinunterfällt.
Die JP-A-59017705 offenbart eine Mehrschichtantenne, die ein Spulenmuster aufweist, das aus einer Mehrzahl von gegenseitig überlappenden Spulenabschnitten besteht, die auf den jeweiligen Schichten eines Mehrschichtlaminats gedruckt sind.
Die WO-A1-9300721 offenbart eine planare Zick-Zack-Antenne, die eine Streifenleiteranordnung auf der Vorderseite und auf der Rückseite eines dielektrischen Substrats aufweist. Die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Substrats ist größer als 10, vorzugsweise in etwa 25.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Aufgabe eines Schaffens einer Antenne kleiner Größe, die mit Bezug auf die Resonanzfrequenz derselben eine relativ breitere relative Bandbreite aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Antenne gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Antennen genügen dem folgenden numerischen Ausdruck: 1,3 ≤ l/a·n ≤ 4, wobei l die Spulenlänge des Leiters; a: den Durchmesser des Leiters; und n: die Anzahl von Wicklungen des Leiters darstellt.
Bei jeder Antenne kann ein Ende des Leiters mit einem Eingang/Ausgang-Anschluss verbunden sein, der auf der Oberfläche des Abdeckmaterials gebildet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die vorstehende Aufgabe durch eine Bereitstellung eines Verfahrens zum Einstellen der Resonanzfrequenz der Antenne gelöst werden, wobei das Verfahren entweder den Schritt eines Veränderns eines Windungsintervalls für einen Teil des Leiters, der nicht mit dem Abdeckmaterial bedeckt ist, oder den Schritt eines Abdeckens eines Teils des Leiters, der nicht mit dem Abdeckmaterial bedeckt ist, mit einer Mischung aus einem Harz und einem Füllstoff vorsieht.
Gemäß den vorstehenden Aspekten der vorliegenden Erfindung ist ein Wendelleiter mit einem Abdeckmaterial bedeckt, das aus einem Harz oder einer Mischung aus dem Harz und einem Füllstoff gebildet ist, wobei das Abdeckmaterial eine Dielektrizitätskonstante ε aufweist, die als 1 < ε ≤ 10 ausge drückt ist. Das Abdeckmaterial weist eine Wellenlängenverkürzungswirkung auf, die die Spulenlänge des Leiters elektrisch verkürzen kann. Folglich sind die erwünschten Charakteristika einer Antenne erfüllt und verglichen mit einer herkömmlichen Peitschenantenne kann die Antenne größenmäßig auf 1/9 oder weniger eines Volumens einer herkömmlichen Peitschenantenne bei einem Frequenzband bei oder unter 1 GHz reduziert werden und kann in die Verkleidung eines tragbaren Radios eingebaut werden.
Durch ein Erfüllen der Beziehung 1,3 ≤ l/a·n ≤ 4 können die Charakteristika einer Antenne verbessert werden, ohne die Größe der Antenne zu vergrößern.
Da ein Wendelleiter auf der Oberfläche eines Basisbauglieds gewickelt ist, können Veränderungen bei der Querschnittsform der Windung senkrecht zu der Windungsachse und Veränderungen bei dem Windungsabstand desselben vermieden werden. Damit können unerwünschte Veränderungen bei den Antennencharakteristika reduziert werden.
Falls die Oberfläche eines Abdeckmaterials mit einem Eingang-/Ausgang-Anschluss versehen ist, kann die Antenne ohne weiteres oberflächenbefestigt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Antenne gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Antenne gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Antenne gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
4A 4B und 4C sind perspektivische Ansichten, die jeweilige Modifikationen eines Basisbauglieds darstellen, das bei der in 2 gezeigten Antenne enthalten ist.
5 ist eine perspektivische Ansicht einer Antenne gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Antenne gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Antenne 10 umfasst einen spiralförmig gewickelten Leiter 11, der aus einem Kupferdraht oder einem bedeckten Kupferdraht und einem Abdeckmaterial 12 gebildet ist, das aus einem Harz oder einer Mischung des Harzes und eines Füllstoffs gebildet ist. Der ganze Leiter 11 ist mit dem Abdeckmaterial 12 bedeckt. Ein Ende des Leiters 11 führt zu der Außenseite des Abdeckmaterials 12, um einen externen Anschluss 13 zu bilden. Ein anderes Ende des Leiters 11 bildet ein freies Ende 14 im Inneren des Abdeckmaterials 12.
Die folgende Tabelle 1 zeigt die Resonanzfrequenz (f0) und relative Bandbreite (BW/f0: Bandbreite/Resonanzfrequenz) der Antenne 10, die erhalten werden, wenn Materialien mit einer Dielektrizitätskonstante (ε) von 1 bis 14 als das Abdeckmaterial 12 verwendet werden. Die Materialien, die als das Abdeckmaterial 12 verwendet werden, sind ein Fluorharz (ε: 2), ein Epoxydharz (ε: 4) und eine Mischung (ε: 6 bis 14) des Epoxydharzes und eines Füllstoffs, der hauptsächlich aus Titan gebildet ist.
Tabelle 1
Aus den Ergebnissen von Tabelle 1 ist klar, das eine Antenne, die die Materialien mit Dielektrizitätskonstanten von 1 bis 10 aufweist, eine kleine Veränderung bei dem Verhältnis zwischen der relativen Bandbreite und der Resonanzfrequenz gemäß einer Veränderung bei der Resonanzfrequenz zeigt. Die Materialien jedoch, die Dielektrizitätskonstanten größer 10 aufweisen, zeigen eine große Veränderung bei dem Verhältnis zwischen der relativen Bandbreite und der Resonanzfrequenz gemäß einer Veränderung bei der Resonanzfrequenz. Folglich ist festzustellen, dass ein Harz oder eine Mischung des Harzes und eines Füllstoffs mit 1 < Dielektrizitätskonstante ≤ 10 für das Abdeckmaterial 12 geeignet ist. Die Dielektrizitätskonstante = 1 stellt einen Zustand ohne das Abdeckmaterial 12 dar und ist folglich weggelassen.
Der Grund dafür, warum eine Erhöhung bei der Dielektrizitätskonstante eine Veränderung bei dem Verhältnis zwischen einer relativen Bandbreite und der Resonanzfrequenz mit Bezug auf eine Veränderung bei der Resonanzfrequenz erhöht, besteht darin, dass eine kapazitive Komponente parallel zu dem Wendelleiter 11 hinzugefügt ist, der bei der Antenne 10 enthalten ist, und die kapazitive Komponente und die induk tive Komponente des Leiters 11 einen Antiresonanzpunkt bilden, der die Bandbreite verschmälert. Folglich kann eine geeignete Bandbreite für die Antenne durch ein Einstellen der Dielektrizitätskonstante des Abdeckmaterials 12 geliefert werden.
Die folgende Tabelle 2 zeigt die Resonanzfrequenz (f0) und relative Bandbreite (BW/f0: Bandbreite/Resonanzfrequenz) der Antenne 10, die erhalten werden, wenn l/a·n (wobei l: die Spulenlänge eines Leiters; a: der Durchmesser des Leiters; und n: die Anzahl von Wicklungen des Leiters) von 1,1 bis 6,0 gesetzt ist. Konstante Werte bei diesem Beispiel sind a: 0,3 (mm), n: 22 (Wicklungen).
Tabelle 2
Aus den Ergebnissen in Tabelle 2 ist klar, dass, wenn sich l/a·n auf weniger als 1,3 verringert, die relative Bandbreite (BW/f0) sich verringert, um die Bandbreite stark zu verschmälern. Der Grund dafür ist, dass eine Erhöhung bei der schwebenden bzw. floatenden Kapazität des Wendelleiters 12 bewirkt, dass sich der Antiresonanzpunkt dem Resonanzpunkt nähert. Wenn zusätzlich l/a·n auf mehr als 4 ansteigt, gibt es wenig zusätzliche Veränderung bei dem Verhältnis zwischen der relativen Bandbreite und der Resonanzfrequenz. Mit anderen Worten, es ist klar, dass, selbst falls die Spulenlänge durch ein Vergrößern der Form der An tenne erhöht ist, es schwierig ist, die Antennencharakteristika weiter zu verbessern.
Wenn genauer gesagt ein Vergleich bei einer Größe zwischen einer Peitschenantenne, die eine Resonanzfrequenz von 47,2 MHz aufweist, und der Antenne 10, die die gleiche Frequenz aufweist und bei der der Leiter 11 mit dem Abdeckmaterial 12 bedeckt ist, das im Wesentlichen aus einer Mischung eines Epoxydharzes, das eine Dielektrizitätskonstante von 6 aufweist, und einem Füllstoff besteht, der hauptsächlich aus Titan gebildet ist, vorgenommen wird, wird herausgefunden, dass die Peitschenantenne näherungsweise 158 cm lang ist, während die Antenne 10 5 mm breit, 8 mm tief und 2,5 mm hoch ist, was näherungsweise 1/200 eines Volumens einer herkömmlichen Peitschenantenne ist.
Auch bei einer Frequenzbandbreite bei oder unter 1 GHz, bei der die Länge der Peitschenantenne 7,5 cm oder mehr betragen muss, ist die Antenne 10 größenmäßig 1/9 oder weniger.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind durch ein Verwenden eines Materials mit 1 < Dielektrizitätskonstante ≤ 10 die erwünschten Charakteristika einer Antenne erfüllt und verglichen mit einer herkömmlichen Peitschenantenne kann die Größe der Antenne bei einem Frequenzband kleiner oder gleich 1 GHz auf 1/9 reduziert werden. Folglich kann die Antenne in die Verkleidung eines tragbaren Radios eingebaut sein.
Durch ein Setzen von l/a·n in dem Bereich von 1,3 bis 4 können zusätzlich die Charakteristika der Antenne verbessert werden, ohne die Größe der Antenne zu vergrößern. Beispielsweise kann die Bandbreite derselben verbreitert werden. Die erwähnten Vorteile können ausreichend erhalten werden, wenn die Anzahl n von Wicklungen 5 bis 100 beträgt.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Antenne gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Antenne 20 umfasst: ein Basisbauglied 22, das ein dielektrisches Material aufweist, das hauptsächlich aus Bariumoxid, Aluminiumoxid und Silika gebildet ist und einen gewundenen Leiter 21, der aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet ist, auf der Oberfläche desselben aufweist; und ein Abdeckmaterial 23, das eine Mischung aus einem Epoxydharz und einem Füllstoff aufweist, der hauptsächlich aus Titan gebildet ist. Der gesamte Leiter 21 und das Basisbauglied 22 sind mit dem Abdeckmaterial 23 bedeckt. Ein Ende des Leiters 21 führt zu der Außenseite des Abdeckmaterials 23, um einen externen Anschluss 24 zu bilden. Ein anderes Ende des Leiters 21 bildet ein freies Ende 25 im Inneren des Abdeckmaterials 23.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel vermeidet ein spiralförmiges Winden eines Leiters auf der Oberfläche eines Basisbauglieds unbeabsichtigte Veränderungen bei der Querschnittsform des gewundenen Leiters senkrecht zu der Windungsachse und bei dem Windungsabstand. Damit sind unbeabsichtigte Veränderungen bei den Antennencharakteristika vermieden.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Antenne gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Verglichen mit der Antenne 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die Antenne 30 darin, dass ein Ende eines Leiters 31 zu der Oberfläche eines Abdeckmaterials 32 führt und mit einem Signaleingangs-/-ausgangsanschluss 33 zum Verbinden des Leiters 31 mit einer externen Sender- und/oder Empfängerschaltung verbunden ist.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist der Eingangs-/Ausgangsanschluss auf der Oberfläche des Abdeckmaterials 32 gebildet. Somit kann das Oberflächenbefestigen der Antenne ohne weiteres durchgeführt werden.
Bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel sind ein Wendelleiter, oder ein Leiter und ein Basisbauglied, auf dem dieser Leiter spiralförmig gewunden ist, ganz mit einem Abdeckmaterial bedeckt, das eine Dielektrizitätskonstante ε aufweist, die als 1 < ε ≤ 10 ausgedrückt ist. Das Abdeckmaterial bedeckt jedoch den Wendelleiter oder den Leiter und das Basisbauglied, auf dem der Leiter spiralförmig gewunden ist, eventuell lediglich teilweise. Bei einer derartigen Anordnung kann die Resonanzfrequenz einer Antenne durch ein Verändern eines Windungsintervalls eines Teils des Leiters, der nicht mit dem Abdeckmaterial bedeckt ist, oder durch ein Abdecken eines Teils des Leiters, der nicht mit dem Abdeckmaterial bedeckt ist, mit einem Harz oder einer Mischung aus einem Harz und einem Füllstoff oder beidem eingestellt werden. Eine derartige Einstellung kann durchgeführt werden, wobei die Antenne an einer Befestigungsplatine befestigt ist.
Ebenfalls haben das erste bis dritte Ausführungsbeispiel Fälle beschrieben, bei denen ein Füllstoff, der hauptsächlich aus Titan gebildet ist, als ein Füllstoff verwendet wird, der in einem Abdeckmaterial enthalten ist. Es können jedoch Füllstoffe, die hauptsächlich aus Aluminiumoxid, Bariumtitanat usw. gebildet sind, verwendet werden.
Zusätzlich wurden Fälle beschrieben, bei denen ein Leiter verwendet wird. Es kann jedoch eine Mehrzahl von Leitern, die parallel angeordnet sind, enthalten sein. Dies ermöglicht, dass eine Antenne eine Mehrzahl von Resonanzfrequenzen gemäß der Anzahl von Leitern aufweist. Somit kann eine Antenne bei einer Mehrzahl von Bändern verwendet werden.
Das zweite Ausführungsbeispiel hat einen Fall beschrieben, bei dem ein Basisbauglied, auf dem ein Leiter gewunden ist, plattenförmig ist. Jedoch sind bei modifizierten Ausführungsbeispielen, wie es in 4A und 4B gezeigt ist, Räume 43 in Basisbaugliedern 41 und 42 gebildet. Wenn der Raum in dem Basisbauglied gebildet ist, verringert sich die Dielektrizitätskonstante des Inneren des Basisbauglieds. Somit kann ein Antiresonanzpunkt von einem Resonanzpunkt wegbewegt werden, wodurch eine entsprechende Verringerung bei der Bandbreite reduziert wird.
Wie es in 4B und 4C gezeigt ist, können zusätzlich die Oberflächen des Basisbauglieds 42 und eines Basisbauglieds 44 mit Rillen 45 versehen sein. Wenn Rillen zum Winden des Leiters auf der Oberfläche eines Basisbauglieds gebildet sind, kann die Präzision der Position, bei der der Leiter gewunden ist, verbessert werden. Somit kann eine Veränderung bei Antennencharakteristika unterdrückt werden.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Antenne gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Verglichen mit der Antenne 10, 20 und 30 gemäß dem ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel weist die Antenne 50 eine Mehrzahl von dielektrischen Keramikschichten auf. Ein Leiter 51, der ein freies Ende 54 und ein anderes Ende aufweist, das mit einem Signaleingangs-/-ausgangsanschluss 53 verbunden ist, ist direkt mit einem Harz 52 oder einer Mischung aus einem Harz und einem Füllstoff mit einer Dielektrizitätskonstante ε bedeckt, wobei 1 < ε ≤ 10.
Es ist erwünscht, dass jeder Verbindungsabschnitt (nicht gezeigt) jeder dielektrischen Keramikschicht nicht mit dem Harz oder der Mischung aus dem Harz und dem Füllstoff beschichtet ist, um nicht zu verhindern, dass benachbarte Schichten einander elektrisch verbinden.

Claims

Eine Antenne (10; 30; 50), bei der ein Wendelleiter (11; 31; 51), der aus einem metallischen Draht gebildet ist, zumindest teilweise mit einem Abdeckmaterial (12; 32; 52) bedeckt ist, das ein Harz oder eine Mischung aus einem Harz und einem Füllstoff mit einer Dielektrizitätskonstante ε aufweist, wobei 1 < ε ≤ 10, wobei die Antenne den folgenden numerischen Ausdruck erfüllt: 1,3 ≤ l/a·n ≤ 4, wobei l die Spulenlänge des Leiters darstellt; a den Durchmesser des Leiters darstellt; und n die Anzahl von Wicklungen des Leiters darstellt.
Eine Antenne (20), bei der ein Basisbauglied (22; 41; 42; 44), das aus einem dielektrischen Material gebildet ist, wobei auf der Oberfläche desselben ein Leiter (21) gewunden ist, zumindest teilweise mit einem Abdeckmaterial (23) bedeckt ist, das aus einem Harz oder einer Mischung aus einem Harz und einem Füllstoff mit einer Dielektrizitätskonstante ε gebildet ist, wobei 1 < ε ≤ 10.
Eine Antenne (10; 20; 30; 50) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Anzahl n der Wicklungen des Leiters im Wesentlichen 5 bis 100 beträgt.
Eine Antenne (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der ein Ende des Leiters (31) mit einem Anschluss (33) verbunden ist, der auf der Oberfläche des Abdeckmaterials (32) gebildet ist.
Eine Antenne gemäß Anspruch 2, bei der das Basisbauglied eine Öffnung (43) aufweist, die sich innerhalb des Leiters (41; 42) erstreckt.
Eine Antenne gemäß Anspruch 2 oder 5, bei der das Basisbauglied (42; 44) eine Rille (45) in demselben zum Definieren eines Windungswegs des Bauglieds aufweist.
Eine Antenne (50) gemäß Anspruch 1, wobei die Antenne eine Basis aufweist, die eine Mehrzahl von dielektrischen Keramikschichten aufweist.