DE69910561T2

DE69910561T2 - Mehrfrequenzband-antenna

Info

Publication number: DE69910561T2
Application number: DE69910561T
Authority: DE
Inventors: M. John SPALL
Original assignee: Ericsson Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1998-06-03
Filing date: 1999-05-06
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2019-05-07
Also published as: AU3888199A; AU750257B2; EP1076919A1; EP1076919B1; KR20010052509A; WO1999063618A1; DE69910561D1; JP2002517923A; AU750257C; CN1304563A; IL140014A; IL140014A0; TW461146B; US5986609A; HK1038834A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Antennen und insbesondere Antennen, die in Kommunikationsvorrichtungen verwendet werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Antennen für persönliche Kommunikationsvorrichtungen wie beispielsweise Funktelefone funktionieren möglicherweise nicht ausreichend während eines Betriebs in großer Nähe zu einem Nutzer, oder wenn sich ein Nutzer während eines Betriebs einer Vorrichtung bewegt. Ein große Nähe zu Objekten oder eine Bewegung eines Nutzers während eines Betriebs eines Funktelefons kann eine verschlechterte Signalqualität oder Fluktuationen einer Signalstärke ergeben, als Multipfadfading (Schwund) bekannt. Diversity-Antennen wurden dazu ausgelegt, in Verbindung mit einer primären Antenne eines Funktelefons zu arbeiten, um einen Signalempfang zu verbessern, und ein Multipfadfading zu überwinden.
Viele der populären handgehaltenen Funktelefone werden einer Miniaturisierung unterzogen. Tatsächlich sind viele der heutigen Modelle nur 11 bis 12 cm lang. Leider wird mit einer Verringerung der Größe von Funktelefonen auch die Größe eines darin vorhandenen internen Raumes entsprechend reduziert werden. Eine reduzierte Größe eines internen Raumes macht es für existierende Arten von Diversity-Antennen schwierig, die Bandbreite und Antennengewinnanforderungen zu erzielen, die für einen Funktelefonbetrieb notwendig sind, da deren Größe entsprechend reduziert werden müsste.
Darüber hinaus kann es wünschenswert sein, dass eine Funktelefonantenne über multiplen Frequenzbändern mitschwingen kann. Beispielsweise verwendet das Japanese Personal Digital Cellular (PDC)-System zwei "Empfangs-" Frequenzbänder und zwei "Übertragungs-" Frequenzbänder. Demzufolge sollten sowohl eine primäre als auch Diversity-Antennen der in dem japanischen PDC-System verwendeten Funktelefone vorzugsweise in jedem der zwei Empfangsfrequenzbänder schwingen können. Leider kann die Fähigkeit zur Bereitstellung von Diversity-Antennen mit adäquatem Gewinn über multiplen Frequenzbändern gegenwärtig aufgrund von Größenbeschränkungen begrenzt sein, die durch eine Funktelefonminiaturisierung auferlegt sind.
Die Hinzufügung von Global Positioning System (GPS)-Merkmalen zu Funktelefonen könnten es erforderlich machen, noch eine weitere Diversity- und primäre Antennenresonanz zu erfordern. Leider sind Diversity-Antennen oft zu klein, und weisen ungeeigneten Gewinn und Bandbreite für zufrieden stellenden Betrieb in GPS-Frequenzbändern auf. Darüber hinaus sind bekannte Dual-Bandfunktelefonprimärantennen allgemein nicht zufriedenstellend bei einem Betrieb in GPS-Frequenzbändern.
Die GB Patentanmeldung GE-A-2,330,951 beschreibt eine Antenne für tragbare Funkvorrichtungen, die ein sich verjüngendes leitfähiges Serpentinenelement aufweist, das in einer Längsrichtung der sich verjüngenden Konfiguration in röhrenförmige Form ausgebildet ist. Der schmale Teil des Elements kann als ein Hochstromdichtezuführungspunkt dienen. Die röhrenförmige Antenne kann hohl sein oder kann einen Kern eines Materials mit einer dielektrischen Konstante enthalten, die groß ist am breiten Teil des sich verjüngenden Elements und niedriger am schmalen Teil des Elements. Das Element kann eine mäandernde, Sägezahn oder mit Zinnen versehene Konfiguration aufweisen. Der Querschnitt der röhrenförmigen Antenne kann zirkular sein, oval, rechtwinklig oder quadratisch sein. Die Antenne kann eine Bajonettverbindung mit Rasten aufweisen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Antennen bereitzustellen, die in multiplen Frequenzbändern schwingen können, einschliefllich GPS-Frequenzbändern, mit ausreichender Verstärkung zur Verwendung mit persönlichen Kommunikationsvorrichtungen, wie beispielsweise Funktelefonen.
Es ist weiter eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Antennen mit reduzierter Größe bereitzustellen, die in multiplen Frequenzbändern schwingen können, einschließlich GPS-Frequenzbändern, mit ausreichender Verstärkung, und die in dem kleinen inneren Raum von Miniaturfunktelefonen installiert werden können.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch kleine, Planare Antennen bereitgestellt, die so ausgebildet sind, dass sie in Kommunikationsvorrichtungen untergebracht werden können, wie beispielsweise Funktelefonen, und die in drei Frequenzbändern schwingen können. Antennen gemäß der vorliegenden Erfindung können entweder als Diversity- oder primäre Funktelefonantennen verwendet werden.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst ein dielektrisches Substrat eine erste und zweite Oberfläche, die einander gegenüberliegen, und ein erstes und zweites Ende, die einander gegenüberliegen. Ein erstes Abstrahlelement ist auf der ersten Oberfläche benachbart zum ersten Ende angeordnet, und ein zweites Abstrahlelement ist auf der zweiten Oberfläche des dielektrischen Elements benachbart zum zweiten Ende angeordnet. Die ersten und zweiten Abstrahlelemente schwingen gemeinsam in drei Frequenzbändern.
Jedes Abstrahlelement verjüngt sich von einem jeweiligen Ende des Substrats zu einem Mittelabschnitt der jeweiligen Oberfläche. Jedes Abstrahlelement enthält weiter einen jeweiligen mäandernden elektrisch leitfähigen Pfad. Die Abstrahlelemente können verschiedene Konfigurationen und Formen aufweisen und können mäandernde elektrisch leitfähige Pfade von unterschiedlichen elektrischen Längen enthalten. Weiter können elektrische Spuren verwendet werden, um eine elektrische Länge zu jedem Abstrahlelement hinzuzufügen.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann eine für eine Resonanz in drei Frequenzbändern ausgebildete kleine Antenne ein dielektrisches Substrat und ein Abstrahlelement enthalten, angeordnet auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats, benachbart zu einem Ende davon. Das Abstrahlelement verjüngt sich von einem Ende des dielektrischen Substrats zu einem mittleren Abschnitt auf der Oberfläche und enthält einen mäandernden elektrisch leitfähigen Pfad.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine für eine Resonanz in drei Frequenzbändern ausgebildete Antennenanordnung bereitgestellt. Ein dielektrisches Substrat enthält eine erste und eine zweite Oberfläche, die einander gegenüberliegen, und ein erstes und ein zweites Ende, die einander gegenüberliegen. Ein erstes Abstrahlelement ist auf der ersten Oberfläche benachbart zum ersten Ende angeordnet, und das zweite Abstrahlelement ist auf der zweiten Oberfläche des dielektrischen Substrats benachbart zum zweiten Ende angeordnet. Jedes Abstrahlelement verjüngt sich von einem jeweiligen Ende des Substrats zu einem mittleren Abschnitt einer jeweiligen Oberfläche und enthält einen jeweiligen mäandernden elektrisch leitfähigen Pfad. Eine Öffnung ist durch das dielektrische Substrat benachbart zu den mittleren Abschnitten der ersten und zweiten Oberflächen ausgebildet. Ein erster Leiter einer Antennenzuführung ist elektrisch mit dem ersten Abstrahlelement über die Öffnung in dem dielektrischen Substrat verbunden. Ein zweiter Leiter der Antennenzuführung ist elektrisch mit dem zweiten Abstrahlelement verbunden.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält ein Funktelefon ein Gehäuse, eine Klappabdeckung, die daran angelenkt ist, und eine für eine Resonanz in drei Frequenzbändern konfigurierte Antennenanordnung, die in der Klappabdeckung angeordnet ist. Ein dielektrisches Substrat enthält eine erste und zweite Oberfläche, die einander gegenüberliegen, und ein erstes und zweites Ende, die einander gegenüberliegen. Ein erstes Abstrahlelement ist auf der ersten Oberfläche benachbart zum ersten Ende angeordnet, und ein zweites Abstrahlelement ist auf der zweiten Oberfläche des dielektrischen Substrats benachbart zum zweiten Ende angeordnet. Das erste und zweite Abstrahlelement schwingt gemeinsam in drei Frequenzbändern.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält ein Funktelefon eine für eine Resonanz in drei Frequenzbändern ausgebildete Antennenanordnung, die darin angeordnet ist. Eine Antenne enthält ein dielektrisches Substrat und ein auf einer Oberfläche des dielektrischen Substrats benachbart zu einem Ende davon angeordnetes Abstrahlelement. Das Abstrahlelement verjüngt sich von einem Ende des dielektrischen Substrats zu einem mittleren Abschnitt der Oberfläche.
Antennen gemäß der vorliegenden Erfindung, ob sie als Diversity- oder Primärantennen verwendet werden, können vorteilhaft sein, da deren dünne, planare Konfigurationen es ihnen ermöglichen, in eine Klappabdeckung eines Funktelefons eingepasst zu sein, während eine adäquate Verstärkung und Bandbreite über drei Frequenzbändern bereitgestellt wird. Eine Tribandfunktionalität von Antennen gemäß der vorliegenden Erfindung kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn ein Funktelefon GPS-Merkmale mit anderen Frequenzbandbetriebsvorgängen integriert. Eine Antenne, die Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung verwirklicht, kann in verschiedenen Mobiltelefonfrequenzbändern verwendet werden, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt: Advanced Mobile Phone System (AMPS), Digital Advanced Mobile Phone System (DAMPS), Global System for Global Communications (GSM), Personal Digital Cellular (PDC), Digital Communikation System (DCS), Personal Communication System (PCS), und auch GPS.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht eine beispielhafte Klappabdeckung für Funktelefone, in der eine Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet werden kann.
2 zeigt eine schematische Veranschaulichung einer bekannten Anordnung von elektronischen Komponenten, die es einem Funktelefon ermöglichen Telekommunikationssignale zu übermitteln und zu empfangen.
Die 3A–3D veranschaulichen Gesichtspunkte in einer Multifrequenzband 1/2 Wellenantenne gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4A veranschaulicht eine beispielhafte Koaxialantennenzuführung zur Verwendung mit einer Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung.
4B veranschaulicht die koaxiale Antennenzuführung von 4a, die elektrisch mit der Antenne der 3a–3d verbunden ist.
5 veranschaulicht eine Antenne mit fünf Schlitzen von ungefähr 1 mm Breite, in jedem entsprechenden Abstrahlelement.
6A–6E veranschaulichen verschiedene alternative Ausführungen von Antennen, die Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung verwirklichen.
7 veranschaulicht eine beispielhafte Resonanzkurve, die durch die Antenne von 3a–3d erzielt werden kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nun vollständiger im folgenden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen verwirklicht werden und sollte nicht als auf die im folgenden ausgeführten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden; vielmehr sind diese Ausführungsbeispiele dafür bereitgestellt, dass die Offenbarung gründlich und vollständig ist und vollständig den Umfang der Erfindung dem Fachmann übermitteln wird. Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen entsprechende Elemente.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Funktelefon 10 vom "Klapp-Telefon"-Typ veranschaulicht. Das veranschaulichte Funktelefon 10 enthält ein oberes Handgerätegehäuse 12 und ein unteres Handgerätegehäuse 14, damit verbunden, um eine Höhlung dazwischen zu bilden. Das obere und untere Handgerätegehäuse 12 und 14 beinhalten eine Tastatur 22 einschliefllich einer Vielzahl von Tasten 24, eine Anzeige 26, und elektronische Komponenten (nicht gezeigt), die es dem Funktelefon 10 ermöglichen, Telekommunikationssignale zu übermitteln und zu empfangen. Eine Klappabdeckung 16 ist an einem Ende des oberen Gehäuses 12 angelenkt, wie veranschaulicht.
Beim Betrieb kann die Klappabdeckung 16 durch einen Nutzer um eine Achse A zwischen einer geschlossenen und einer offenen Position geklappt werden. In einer geschlossenen Position kann die Klappabdeckung 16 die Tastatur 22, die in dem oberen Handgerätegehäuse 12 angeordnet ist, hinsichtlich ungewollter Aktivierung oder vor Umwelteinwirkungen schützen. In der offenen Position kann die Klappabdeckung 16 eine bequeme Erweiterung des Funktelefons 10 bereitstellen, und, wenn mit einem Telefon ausgestattet, kann sie vorteilhaft angeordnet werden, um eine Audioeingabe von einem Nutzer zu empfangen. Zusätzlich zu diesen greifbaren Vorteilen gibt es auch eine unqualifizierte Konsumentenvorliebe für Klappabdeckungen. Gemäß der vorliegenden Erfindung können Diversity- und/oder Primärantennen in die Klappabdeckung 16 einbezogen werden.
Eine bekannte Anordnung von elektronischen Komponenten, die es einem Funktelefon ermöglicht, Telekommunikationssignale zu übermitteln und zu empfangen, ist schematisch in 2 gezeigt, und versteht sich für den Fachmann im Bereich von Funktelefonkommunikation. Ein primäre Antenne 13 (ebenso in 1 sichtbar) zum Empfangen und Übermitteln von Telekommunikationssignalen, ist elektrisch mit einem Funkfrequenztransceiver 18 verbunden, der weiter elektrisch mit einem Controller 19 verbunden ist, wie beispielsweise eine Mikroprozessor. Der Controller 19 ist elektrisch mit einem Lautsprecher 20 verbunden, der ein Fern-Signal von dem Controller 19 zu einem Nutzer eines Funktelefons übermittelt. Der Controller 19 ist weiter elektrisch mit einem Mikrofon 17 gekoppelt, das ein Sprachsignal von einem Nutzer empfängt und das Sprachsignal durch den Controller 19 und Transceiver 18 zu einer fern abgelegenen Vorrichtung übermittelt. Der Controller 19 ist elektrisch mit einer Tastatur 22 und Anzeige 26 verbunden, die einen Funktelefonbetrieb unterstützen.
Unter Bezugnahme auf 1 können Schlitze 11 an einem Ende des Funktelefons 10 bereitgestellt werde, um es einem Benutzer zu erlauben, Audiokommunikation über einen Lautsprecher zu hören, der in dem oberen und unteren Handgerätegehäuse 12, 14 enthalten ist. Einer oder mehrere Schlitze 15 können weiter an gegenüberliegenden Enden des Funktelefons 10 bereitgestellt sein, um es einem Nutzer zu erlauben, in einem in dem oberen und unteren Handgerätegehäuse 12, 14 enthaltenes Mikrofon zu sprechen. Wenn geöffnet, kann die Klappabdeckung 16 Schallwellen von einem Nutzer in Richtung des Mikrofonschlitzes 15 richten. Wenn die Klappabdeckung 16 geschlossen ist, können Schallwellen von einem Benutzer einen Schlitz (nicht gezeigt) zwischen der Klappabdeckung und dem oberen Handgerätegehäuse 12 hindurchtreten, und dies ist dem Fachmann bekannt. Demzufolge kann ein Nutzer ein Funktelefon mit einer Klappabdeckung entweder in einer offenen oder einer geschlossenen Position bedienen.
Wie es dem Fachmann im Bereich von Kommunikationsvorrichtungen bekannt ist, ist eine Antenne eine Vorrichtung zum Übermitteln und/oder Empfangen von elektrischen Signalen. Eine übertragende Antenne enthält typischerweise eine Zuführanordnung, die eine Apertur oder reflektierende Oberfläche induziert oder dazu anregt, ein elektromagnetisches Feld abzustrahlen. Ein Empfangsantenne enthält typischerweise eine Apertur oder Oberfläche, die ein auftreffendes Strahlungsfeld auf eine Sammelführung fokussiert, was ein elektronisches Signal proportional zur auftreffenden Strahlung erzeugt. Die Größe einer durch eine Antenne abgestrahlten oder empfangenen Leistung hängt von ihrem Aperturbereich ab und wird mit Gewinn bezeichnet. Abstrahlmuster für Antennen werden oft unter Verwendung von polaren Koordinaten dargestellt. Ein Voltallte Standing Wave Ratio (VSWR, Spannungsverhältnis stehender Wellen) betrifft die Impedanzanpassung eines Antennenzufuhrpunktes mit einer Zufuhrleitung oder Übertragungsleitung einer Kommunikationsvorrichtung wie beispielsweise einem Funktelefon. Um eine Hochfrequenz (RF)-Energie mit minimalen Verlust abzustrahlen, oder um empfangene Hochfrequenzenergie zu einem Funktelefonempfänger mit minimalem Verlust zu führen, sollte die Impedanz einer Funktelefonantenne mit der Impedanz einer Übertragungsleitung oder Zuführung angepasst sein.
Bekannte Funktelefone verwenden eine primäre Antenne, die elektrisch mit einem Transceiver gekoppelt ist, der betriebsmäßig einer Signalverarbeitungsschaltung zugeordnet ist, die auf einer intern angeordneten bedruckten Schaltungsplatine positioniert ist. Um einen Leistungstransfer zwischen einer primären Antenne und einem Transceiver zu maximieren, sind der Transceiver und die Antenne vorzugsweise so miteinander verbunden, dass ihre jeweiligen Impedanzen im wesentlichen "angepasst sind", d.h. elektrisch eingestellt sind, unerwünschte Antennenimpedanzkomponenten herauszufiltern oder zu kompensieren, um einen 50 Ohm (Ω) (oder erwünschte) Impedanzwert an der Schaltungszuführung bereitzustellen. Wie es dem Fachmann im Bereich von Funktelefonen wohlbekannt ist, kann eine Diversity-Antenne in Verbindung mit einer Primärantenne in einem Funktelefon verwendet werden, um zu verhindern, dass Gespräche verloren gehen aufgrund von Fluktuationen einer Signalstärke. Eine Signalstärke kann sich als eine Folge davon ändern, dass sich ein Nutzer zwischen Zellen in einem Zellulartelefonnetzwerk bewegt, dass sich ein Nutzer zwischen Gebäuden bewegt, als eine Folge einer Interferenz von stationären Objekten und ähnlichem. Diversity-Antennen sind dazu ausgelegt, Signale aufzunehmen, die eine Hauptantenne nicht aufnehmen kann, aufgrund einer räumlichen, Struktur- und Bandbreiten oder Gewinndiversity. Diversity-Antennen können auch dazu verwendet werden, ein Rayleighfading zu verschieben, das plötzliche tiefe Schwunde oder Verluste einer Signalstärke aufgrund Multipfadphasenauslöschung enthalten kann.
Unter Bezugnahme auf 3A–3D ist eine Multifrequenzband 1/2 Wellenantenne 30 in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die veranschaulichte Antenne 30 kann als eine Diversity-Antenne oder als eine Primärantenne für eine Kommunikationsvorrichtung verwendet werden, wie beispielsweise ein Funktelefon. Vorzugsweise weist die veranschaulichte Antenne 30 eine Dipolstruktur mit einer allgemeinen rechtwinkligen Konfiguration auf. Vorzugsweise hat die Antenne 30 eine Dicke T, eine Breite W und eine Länge L, so dass die Antenne 30 in der Klappabdeckung einer Kommunikationsvorrichtung untergebracht werden kann, wie beispielsweise der Klappabdeckung 16 des Funktelefons 10 aus 1. Es können jedoch Antennen, die Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung verwirklichen, verschiedene Konfigurationen und Formen aufweisen, und sind nicht auf die veranschaulichten rechtwinkligen Konfigurationen beschränkt.
Die veranschaulichte Antenne 30 aus 3A enthält ein dielektrisches Substrat 32, wie beispielsweise eine Fiberglasschaltungsplatte mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche 33a und 33b, die einander gegenüberliegen, und einem ersten und zweiten Ende 34A und 34B, die einander gegenüberliegen. Das dielektrische Substrat 32 kann aus einer FR4-Platine gebildet sein, was dem Fachmann im Bereich von Kommunikationsvorrichtungen wohlbekannt ist. Es können jedoch verschiedene dielektrische Materialien für das dielektrische Substrat 32 verwendet werden, ohne Beschränkung. Vorzugsweise weist das dielektrische Substrat 32 eine dielektrische Konstante zwischen ungefähr 4,4 und ungefähr 4,8 auf, im veranschaulichten Ausführungsbeispiel. Es versteht sich jedoch, dass dielektrische Substrate mit unterschiedlichen dielektrischen Konstanten verwendet werden können, ohne vom Geiste und dem Zweck der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Dimensionen des veranschaulichten dielektrischen Substrats 32 können in Abhängigkeit von den Raumbegrenzungen einer Klappabdeckung eines Funktelefons oder einer anderen Kommunikationsvorrichtung, in der die Antenne 30 einzubauen ist, sich ändern. Typischerweise wird das dielektrische Substrat 32 eine Dicke T von zwischen 0,7 und 1,0 Millimeter (mm) aufweisen; eine Breite W zwischen 35 und 45 mm; und eine Länge zwischen 45 und 55 mm. Beispielhafte Dimensionen für ein dielektrisches Substrat, das ausgebildet ist, in einer Klappabdeckung eines Funktelefons untergebracht zu sein, sind ungefähr 50 mm in Länge L, 40 mm hinsichtlich Breite W und 0,787 mm in der Dicke T. Antennen gemäß Ausführungen der vorliegenden Erfindung können jedoch ohne Beschränkung andere Dimensionen aufweisen.
Immer noch unter Bezugnahme auf 3A ist eine Schicht von "dreieckig-geformten" Kupfer oder anderem leitfähigen Material auf der ersten und zweiten Substratoberfläche 33a und 33b befestigt, an gegenüberliegenden Enden 34a und 34b, wie es veranschaulicht ist, und als 36a beziehungsweise 36b bezeichnet. 3B veranschaulicht die leitfähige Schicht 36a auf der ersten Oberfläche 32a des dielektrischen Substrats. 3c veranschaulicht die leitfähige Schicht 6b auf der ersten Oberfläche 33b des dielektrischen Substrats.
Eine jeweilige Schicht von leitfähigem Material 36a, 36b ist auf einer jeweiligen Oberfläche 33a, 33b positioniert, so dass die "Basis" jedes Dreiecks benachbart zu einem jeweiligen Substratende 34A, 34B ist, wie dies veranschaulicht ist. Jede leitfähige Schicht verjüngt sich von einem jeweiligen Ende 34a, 34b zu einem jeweiligen Mittelbereich 37a, 37b auf jeder Oberfläche 33a, 33b. Die veranschaulichte Konfiguration wird als "Fliege"-Konfiguration bezeichnet, da die Schichten aus leitfähigem Material 36a, 36b auf gegenüberliegenden Seiten 33a, 33b des Substrats 32 das Aussehen einer Fliege haben, wenn das dielektrische Substrat 32 ins Licht gehalten wird.
Es versteht sich, dass die Schichten des leitfähigen Materials 36a, 36b andere Konfigurationen aufweisen können und nicht auf die veranschaulichten dreieckförmigen Konfigurationen beschränkt sind. Beispielsweise können sich die Schichten von leitfähigem Material 36a, 36b von einem jeweiligen Substratende 34a, 34b in einer allgemein gerundeten Konfiguration verjüngen. Weiter kann die Schicht aus leitfähigem Material 36a auf der ersten Oberfläche 33a größer oder kleiner als die Schicht von leitfähigem Material 36b auf der zweiten Oberfläche 33b sein.
Ein bevorzugtes leitfähiges Material zum Ausbilden der veranschaulichten Schichten aus leitfähigem Material 36a, 36b ist Kupferbande. Kupferband erlaubt es, dass Abschnitte davon während einer Einstellung der Antenne einfach entfernt werden können. Typischerweise ist die Dicke der Schichten von leitfähigem Material 36a, 36b auf einer jeden Substratoberfläche 33a, 33b zwischen ungefähr 0,5 Unzen (oz) und ungefähr 1,0 Unzen Kupfer.
Wie es unterhalb beschrieben wird, arbeitet die erste und zweite dielektrische Substratoberfläche 33a, 33b und die jeweiligen Schichten aus leitfähigem Material 36a, 36b darauf als ein jeweiliges erstes und zweites Abstrahlelement, mit 40a und 40b bezeichnet. Wie es unterhalb beschrieben wird ermöglichen es die Abstrahlelemente 40a, 40b, dass die Antenne 30 so eingestellt wird, dass sie mindestens in drei oder mehr Frequenzbändern schwingt.
Unter Bezugnahme auf 3D ist nunmehr eine vergrößerte Aufsicht der Antenne 30a aus 3A veranschaulicht. Wie dies veranschaulicht ist, wurden Abschnitte oder Schlitze 42a, 42b einer jeden leitfähigen Schicht 36a beziehungsweise 36b entfernt, um mäandernde elektrisch leitfähige Muster zum Abstrahlen von Hochfrequenzenergie zu erzeugen, mit 44a beziehungsweise 44b bezeichnet. Die Länge eines jeden mäandernden elektrisch leitfähigem Musters 44a, 44b ist ein Einstellparameter, wie es dem Fachmann bekannt ist. Das erste und das zweite Abstrahlelement 40a, 40b erlaubt es, dass die Antenne 30 in drei unterschiedlichen Frequenzbändern schwingt.
Die Schlitze 42a, 42b in den Abstrahlelementen 40a, 40b verhalten sich bei unterschiedlichen Frequenzen unterschiedlich. Bei niedrigeren Frequenzen (wie beispielsweise in 800 MHz-Bändern, ist die elektrische Länge der Abstrahlelemente 40a, 40b typischerweise die längste. Im Mittenbereichs und Hochfrequenzen, wie beispielsweise 1500 und 1900 MHz-Bändern, wird die elektrische Länge der Abstrahlelemente 40a, 40b kürzer. Bei höheren Frequenzen wird die Wellenlänge kürzer und dieses reduziert den Effekt der Schlitze 42a, 42b, da die Energie über die Schlitze überspringen kann.
Unter Bezugnahme auf 4A ist nunmehr eine beispielhafte Koaxialantennenzuführung 50 zur Verwendung mit einer Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die veranschaulichte koaxiale Antennenzuführung 50 ist ein Koaxialkabel mit einem Zentralleiter 51, einem internen Dielektrikum 52 und einem äußeren Leiter 53, und mit einem SMA-MALE-Verbinder 54.
Die koaxiale Antennenzuführung 50 von 4A ist elektrisch mit der Antenne 30 der 3A–3B verbunden, wie in 4B veranschaulicht. Die mäandernden elektrisch leitfähigen Muster 44a, 44b von jeweiligen Abstrahlelementen 40a, 40b sind in 4B der Klarheit halber nicht gezeigt. Der Zentralleiter 51 ist durch eine Öffnung 55 in einem Mittenbereich des dielektrischen Substrats eingeführt, wie dies veranschaulicht ist. Der Zentralleiter 51 ist elektrisch mit dem ersten Abstrahlelement 40a (durch 57a bezeichnet) verbunden. Der äußere Leiter ist elektrisch mit dem zweiten Abstrahlelement 40b verbunden (durch 57b bezeichnet). Es versteht sich für den Fachmann im Bereich von Antennen dass der Zentralleiter 51 und der äußere Leiter 53 elektrisch mit dem jeweiligen ersten und zweiten Abstrahlelement 40a, 40b unter Verwendung von Lötmitteln, leitfähigen Haftmitteln und ähnlichem verbunden sein kann. Wie es der Fachmann im Bereich von Funktelefonen versteht, liefert die Antennenzuführung 50 einen Pfad für eine Hochfrequenzeingabe und Ausgabe zu und von einem Funktelefontransceiver.
Einstellparameter für eine Antenne 30 gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt: die Länge L der Antenne 30, die Breite W der Antenne 30, die Dicke T des dielektrischen Substrats 32 (3A); die dielektrische Konstante des Substrats; die Länge der mäandernden elektrisch leitfähigen Muster 44a, 44b (3D) eines jeweiligen Abstrahlelements 40a, 40b; den Ort der Öffnung 55 (4B) im dielektrischen Substrat 32; und die Größe eines jeden der jeweiligen Abstrahlelemente 40a, 40b. Das dielektrische Substrat 32 und die Länge der mäandernden elektrisch leitfähigen Muster 44a, 44b definieren eine "elektrische Länge", die für eine Abstrahlung einer Resonanzstruktur notwendig ist.
5 veranschaulicht eine Antenne 30 gemäß der vorliegenden Erfindung mit 5 Schlitzen 42a, 42b mit ungefähr 1 mm Breite in einem jeweiligen Abstrahlelement 40a, 40b. Die veranschaulichte Antenne 30 von 5 kann in drei unterschiedlichen Frequenzbändern schwingen. Die veranschaulichte Antenne 30 kann so eingestellt sein, dass sie die Frequenzbänder ändern, in der die Antenne 30 schwingt, indem die Breite und/oder die Länge der jeweiligen Schlitze 42a, 42b vergrößert oder verkleinert wird, und indem die Anzahl von Schlitzen 42a, 42b vergrößert oder verkleinert wird.
Verschiedene alternative Ausführungen von Antennen, die Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung verwirklichen, sind in den 6A–6E veranschaulicht. In einem jeden der veranschaulichten Ausführungsbeispiele weist das dielektrische Substrat 32 die gleiche allgemeine Konfiguration und Dimensionen wie das dielektrische Substrat der 3A–3D auf. Änderungen gegenüber der Antenne der 3A–3D enthält jedoch unterschiedliche Größen und Formen der Abstrahlelemente 40a, 40b, und die Hinzufügung von internen elektrischen Spuren zum Hinzufügen einer elektrischen Länge zum Abstrahlelement. Es versteht sich, dass jede der veranschaulichten Antennen von 6A–6E als eine Diversity- oder Primärantenne in Kommunikationsvorrichtungen, wie beispielsweise Funktelefonen, dienen kann.
Die mäandernde elektrisch leitfähigen Muster eines jeweiligen Abstrahlelements 40a, 40b sind in den 6A, 6B, 6D oder 6E der Klarheit halber nicht gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass ein jedes jeweiliges Abstrahlelement 40a, 40b der 6A, 6B, 6D und 6E jeweilige mäandernde elektrisch leitfähige Muster aufweist, wie oben beschrieben. Zusätzlich versteht es sich für die 6A, 6B, 6C und 6D, dass ein erster Leiter eine Antennenzuführung elektrisch mit einem ersten Abstrahlelement 40a verbunden ist, und ein zweiter Leiter einer Antennenzuführung elektrisch mit einem zweiten Abstrahlelement 40b verbunden ist, wie oben beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 6A weist das erste und zweite Abstrahlelement 40a, 40b der veranschaulichten Antenne 60 allgemein gerundete verjüngende Abschnitte 62a beziehungsweise 62b auf. Das erste und zweite Abstrahlelement 40a, 40b verjüngt sich von jeweiligen Enden 61a und 61b der Antenne 60 zu jeweiligen Mittenbereichen 63a, 63b der Antenne 60, wie dies veranschaulicht ist.
In 6B weist das erste und zweite Abstrahlelement 40a, 40b der veranschaulichten Antenne 70 unterschiedliche Formen und Konfigurationen auf. Das erste Abstrahlelement 40a ist größer als das zweite Abstrahlelement 40b. Das erste und zweite Abstrahlelement 40a, 40b verjüngt sich von jeweiligen Enden 71a und 71b der Antenne 70 zu jeweiligen Mittenbereichen 73a und 73b der Antenne 70, wie dies veranschaulicht ist. Elektrische Spuren 72 werden dazu verwendet, die elektrische Länge des zweiten Abstrahlelements 40b zu vergrößern. Die elektrischen Spuren 72 sind zwischen den jeweiligen Mittenbereichen 73a und 73b der Antenne positioniert, wie dies veranschaulicht ist.
Unter Bezugnahme auf 6C weisen die mäandernden elektrisch leitfähigen Muster 44a, 44b eines jeweiligen Abstrahlelements 40a, 40b Dimensionen und Konfigurationen auf,. die sich von denen des Antennenausführungsbeispiels von 3A unterscheiden. 6C veranschaulicht die Flexibilität eines Antennenentwicklers hinsichtlich eines Aufbaus einer Diversity- oder Primärantenne, dass diese in ausgewählten mehrfachen Frequenzbändern schwingt.
In 6D weist das erste und zweite Abstrahlelement 40a, 40b der veranschaulichten Antenne 90 eine allgemein dreieckige Form auf, und eine kleinere Größe als die Abstrahlelemente von 3A–3D. Das erste und zweite Abstrahlelement 40a, 40b verjüngt sich von einem jeweiligen Ende 91a und 91b zu einem jeweiligen Mittenbereich 93a und 93b, wie veranschaulicht. Elektrische Spuren 92a, 92b werden dazu verwendet, die elektrische Länge des ersten und zweiten Abstrahlelements 40a beziehungsweise 40b zu vergrößern. Wie dies veranschaulicht ist, sind die elektrischen Spuren 92a, 92b zwischen den zwei Mittenbereichen 93a, 93b der Antenne 90 positioniert.
Unter Bezugnahme auf 6E enthält eine Antenne 100 nunmehr ein einzelnes Abstrahlelement 40a, das sich von einem Ende 101a zu einem Mittenbereich 103 auf der Oberfläche 105 verjüngt. Ein gegenüberliegendes Ende 101b der veranschaulichten Antenne 100 ist mit Masse verbunden (durch 102 bezeichnet), über das Gehäuse eines Funktelefons. Ein Leiter einer Antennenzuführung ist elektrisch mit dem Abstrahlelement 40a verbunden (mit 106 bezeichnet). Vorzugsweise bildet die veranschaulichte Antenne 100 eine ¼ Wellenantenne.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die in den 3A–3D und 6A–6D veranschaulichten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Verschiedene andere Konfigurationen, die Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung verwirklichen, können ohne Beschränkung angewendet werden.
Unter Bezugnahme auf 7 ist eine beispielhafte Resonanzkurve 110 veranschaulicht, die mit der Antenne 30 der 3A–3D erzielbar ist. Ein VSWR ist entlang der "Y"-Achse aufgetragen und mit 120 bezeichnet. Eine Frequenz ist entlang der "X"-Achse aufgetragen und mit 122 bezeichnet. Wie durch die veranschaulichte Resonanzkurve 110 gezeigt, sind die Abstrahlelemente 40a, 40b der Antenne 30 dazu konfiguriert, in drei Frequenzbändern zu schwingen (Band 1), (Band2), und (Band 3). Durch ein Verändern der Konfiguration der Schlitze 42a, 42b in den jeweiligen Abstrahlelementen 40a, 40b der Antenne 30, kann die Antenne 30 dazu gebracht werden, in verschiedenen Bändern zu schwingen.
Wie dies veranschaulicht ist, erstreckt sich das Band 1 von einer Frequenz F₁ bis Frequenz F₂, das Band 2 erstreckt sich von der Frequenz F₃ zur Frequenz F₄, und das Band 3 erstreckt sich von der Frequenz F₅ zur Frequenz F₆. Beispielsweise kann das Band 1 AMPS-Frequenzen enthalten; das Band 2 kann GPS-Frequenzen beinhalten; und das Band 3 kann PCS-Frequenzen beinhalten. Die Bänder 1–3 sind jeweils unter dem 2 : 1 VSWR, um eine Impedanzanpassung zu unterstützen. Die Resonanzkurve 110 zeigt, wo (hinsichtlich Frequenz) eine Anpassung zwischen einer Antenne und der Empfängerschaltung in 0,5 dB oder weniger Verlust resultiert. Die dargestellte Drehbandantenne ist ausgebildet, sich an eine ½ Wellenantenne anzunähern.
Antennen gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn als Diversity-Antennen verwendet, sind insbesondere gut dazu geeignet, sowohl Rayleigh (Sichtverbindung und eine Hauptreflektion) als auch Ricean (multiple Reflektion)-Fading zu bekämpfen. Die vorliegende Erfindung erlaubt es einer Diversity-Antenne, in einer Klappabdeckung eines kleinen Mobilfunktelefons untergebracht zu werden, und hilft dabei, wenn die Primärantenne in einen sehr großen Schwundbereich eindringt, oder wenn es wünschenswert ist, dass das Funktelefon in anderen Frequenzbändern arbeiten soll. Antennen gemäß der vorliegenden Erfindung, entweder als Diversity- oder als Primärantennen verwendet, sind für einen Betrieb in drei Frequenzbändern ausgelegt. Demzufolge sind Antennen gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere gut für einen Betrieb in verschiedenen Kommunikationssystemen geeignet, die multiple Frequenzbänder verwenden.

Claims

Eine Antenne (30), umfassend: ein dielektrisches Substrat (32) mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche (33a, 33b), die einander gegenüberliegen, und einem ersten und einem zweiten Ende (34a, 34b), die einander gegenüberliegen, gekennzeichnet durch: ein erstes Abstrahlelement (40a), auf der ersten Oberfläche (33a) des dielektrischen Substrats benachbart zum ersten Ende (34a) angeordnet, wobei das erste Abstrahlelement (40a) einen ersten mäandernden elektrisch leitfähigen Pfad umfasst, und das erste Abstrahlelement (40a) sich vom ersten Ende (34a) zu einem Mittenbereich (37a) auf der ersten Oberfläche (33a) verjüngt.
Ein Antenne (30) nach Anspruch 1, weiter mit einer Öffnung (55), die durch das dielektrische Substrat (32) am Mittenbereich (37a) auf der ersten Oberfläche (33a) ausgebildet ist.
Eine Antenne (30) nach Anspruch 2, weiter mit einem Leiter (51) einer Antennenzuführung (50), der sich durch die Öffnung (55) erstreckt und elektrisch mit dem ersten Abstrahlelement (40a) verbunden ist.
Eine Antenne (30) nach Anspruch 1, wobei das dielektrische Substrat (32) eine dielektrische Konstante zwischen 4,4 und 4,8 aufweist.
Eine Antenne (30) nach Anspruch 1, wobei das erste Abstrahlelement (40a) in multiplen Frequenzbändern schwingt.
Eine Antenne (30) nach Anspruch 1, weiter mit einem zweiten Abstrahlelement (40b), das auf der zweiten Oberfläche (33b) des dielektrischen Substrats benachbart zum zweiten Ende (34b) angeordnet ist, wobei das zweite Abstrahlelement (40b) einen zweiten mäandernden elektrisch leitfähigen Pfad aufweist, und sich das zweite Abstrahlelement (40b) von dem zweiten Ende (34b) zu einem Mittenbereich (37b) der zweiten Oberfläche (33b) verjüngt.
Eine Antenne (30) nach Anspruch 6, wobei der erste und der zweite mäandernde elektrisch leitfähige Pfad verschiedene elektrische Längen aufweist.
Eine Antenne (30) nach Anspruch 6, wobei das erste und zweite Abstrahlelement (40a, 40b) unterschiedliche Oberflächenbereiche aufweist.
Eine Antenne (30, 90) nach Anspruch 6, weiter mit einer elektrischen Spur (92a), die zum ersten Abstrahlelement (40a) eine elektrische Länge hinzufügt.
Eine Antenne (30, 90) nach Anspruch 6, weiter mit einer elektrischen Spur (92b), die zum zweiten Abstrahlelement (40b) eine elektrische Länge hinzufügt.
Eine Antenne (30) nach Anspruch 6, weiter mit einer Antennenzuführung (50), die einen ersten und zweiten Leiter (51, 53) enthält, wobei der erste Leiter (51) elektrisch mit dem ersten Abstrahlelement (40a) verbunden ist, und der zweite Leiter (53) elektrisch mit dem zweiten Abstrahlelement (40b) verbunden ist.
Eine Antenne nach Anspruch 6, weiter mit einer Öffnung (55), die durch das dielektrische Substrat (32) benachbart zu den Mittenabschnitten (37a, 37b) der ersten und zweiten Oberfläche ausgebildet ist, und wobei der erste Leiter (51) der Antennenzuführung sich durch die Öffnung (55) erstreckt.
Eine Antenne nach Anspruch 6, wobei das erste und zweite Abstrahlelement (40a, 40b) gemeinsam in multiplen Frequenzbändern schwingt.
Eine Antenne nach Anspruch 6, wobei das erste und zweite Abstrahlelement (40a, 40b) gemeinsam in drei Frequenzbändern schwingt.
Verwendung der Antenne nach Anspruch 11 in einer Klappabdeckung eines Funktelefons.
Verwendung der Antenne nach Anspruch 6 in einer Klappabdeckung einer elektronischen Vorrichtung, wobei die Antenne konfiguriert ist, in drei Frequenzbändern zu schwingen.