EP0818847A2 - Antenna construction - Google Patents
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- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
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- H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength
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- H01Q1/243—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use with built-in antennas
Definitions
- the invention relates to an antenna construction, in particular for handheld radios, and a handheld radio with such an antenna construction.
- the cell phones currently available on the market have the GSM standard predominantly an external antenna, which mostly functions as a ⁇ / 4 monopole. It is known that the space required for the antenna (in particular the length) is reduced can be, if the antenna is wound into a helix. In combination with an extendable monopole antenna is capable of this construction in purely electrical View of the big requirements of the GSM standard regarding bandwidth and Efficiency enough. To increase comfort, reduce the risk of damage and improving the design options, it is desirable that the antenna can be completely housed in the housing. For applications with low bandwidth and radiated power requirements (e.g. for cordless phones according to the DECT standard) antennas already exist are integrated in the housing. However, these known antenna designs are for GSM specifications not suitable.
- the object of the invention is to provide an antenna construction that is small Has space requirements (and can therefore be integrated into flat housings) and which is suitable for higher bandwidths and services (such as those used by GSM are prescribed).
- the antenna is essentially replaced by one serving as a base plate Metal surface and an L-shaped plate acting as a resonator element educated.
- the L-shaped plate is guided at a distance around an edge of the metal surface. That is, a short leg of the plate ends at a predetermined first distance A1 with respect to a direction "beyond" the edge lying in the plane of the metal surface.
- a long leg of the plate is at a predetermined second (middle) distance A2 held “over” the metal surface. The said second leg typically runs more or less parallel to the metal surface.
- the transition between the long and the short leg can be angular or round be trained.
- the distance A2 between the resonator element and the metal surface need not be the same at every point.
- Resonator element and Metal surface can e.g. B. slightly curved or at a small angle to each other stand.
- the distance mentioned can vary locally. Overall, he is moving within a given range or varies around a certain mean around.
- the resonator element can therefore be an inside of a device housing be formally adapted. It also does not bother when electronic components are removed from the Protrude metal surface.
- the inventive design and placement of the resonator element does it possible, the height (in a direction perpendicular to the metal surface) - without essential Loss of bandwidth - to minimize. In this sense, the distance A2 becomes smaller chosen as the distance A1.
- a short-circuit element provided between the metal surface and the resonator element is essentially in the direction defined by the extension of the metal surface Level led. It can e.g. B. run straight in an extension of the metal surface. But it can also - especially with the variant explained below with the "Box" volume - thanks to a connecting tab that is perpendicular to the metal surface be educated.
- the supply runs essentially parallel to the short-circuit element from the metal surface out to the resonator element.
- the exact starting point (location) of the feed and in particular their distance from the short-circuit element can be varied in order to achieve the desired adaptation of the antenna according to the invention. Starting point and distance are to be determined in individual cases and can be optimized as required will.
- the metal surface defines box-shaped volume.
- the resonator element according to the invention is at a distance from one (preferably face) edge of the box-shaped volume. Its mechanical support can u. U. alone by the asymmetrically arranged Short circuit element take place. Depending on the type of supply, this may also be possible contribute to stabilization.
- the construction becomes particularly stable when using a dielectric support body or when attaching the resonator element to a plastic housing surrounding the antenna.
- the metal surface can also be formed by the metallization of a printed circuit board. On this circuit board are also the electronic components of the circuit (transmitter, receiver, Control, data processing).
- the short-circuit element is z. B. formed by a soldered or clamped tab (which in the by the PCB defined level can be). It can also be preferably by a printed, flat metallization can be formed directly on the circuit board. The feed is then z. B. as a microstrip line on the circuit board from the circuit to Resonator element performed on the board.
- the box-shaped volume is preferably enclosed on all sides by the metal surface.
- a circuit located in the volume is efficiently shielded.
- the volume is as flat as possible sought.
- applications are also conceivable in which it is not primarily based on a volume of low height arrives. It is of course not mandatory that the volume is enclosed on all sides. Narrow and end faces can be partial or be fully open.
- any more or less cuboid volume can be understood as a box-shaped volume be (cigarette box shape).
- the edges can be square or rounded be.
- the different side surfaces do not have to be parallel to each other.
- You can e.g. B. designed according to the formal specifications of the design Outer housing of the radio telephone may be inclined or curved.
- the surface formed by the metal surface comprises e.g. B. two oblong rectangular Main areas (in - a small mutual in relation to the transverse dimension Distance) and at least one short connecting face.
- the resonator element covers the named end face and an adjacent area of one Main area (of course, while maintaining a certain distance).
- the antenna is e.g. B. an inner conductor of a coaxial line (or a microstrip line) led through the metal surface to the edge of the resonator element.
- the short leg of the resonator plate can be connected to the metal surface angled) tab are fed.
- the short-circuit element can be a connecting strip be in an extension of a narrow side of the box-shaped Volume lies. In order for the resonance condition to be met, the short-circuit element must be arranged in the region of a corner of the resonator plate.
- Supply and short circuit can be in the same or different (e.g. perpendicular to each other standing) levels.
- the resonator element should be at a smaller distance from the main surface than from short connecting face. While the first mentioned distance also determines for the overall height of the (to be designed as flat as possible for design reasons) Handheld radio, the second distance only goes into the (not particularly critical) longitudinal dimension.
- the body can e.g. B. an L-shaped angled substrate with a selectively applied metal coating (to form the resonator plate, supply and short circuit).
- the antenna according to the invention can also be designed such that the resonator element with the short-circuit element and five flat pieces of the box-shaped Metal surface consists of a piece of partially metallized plastic.
- the plastic part need not be completely metallized.
- the non-metallized parts can contribute to mechanical strength.
- the attached circuit board with the electronic Components and the printed die form complete the metal surface on the one hand to a closed surface of a box and on the other hand closes it Resonator element to the supply voltage.
- Another advantageous embodiment variant is that the resonator element on the inside of the plastic housing of the mobile phone or on one flexible film or a thin circuit board substrate is applied.
- the mechanical Support then of course does not have to be taken over by the short-circuit element will.
- the resonator element has a circumference corresponding to half a wavelength ⁇ of the resonance vibration. Since the resonance-active length of the resonator element should be approximately ⁇ / 4 (resonance condition), the short-circuit element should therefore be placed in the corner if possible.
- the box-shaped volume can e.g. B. have a dimension of 0.33 x 0.15 x 0.015 ⁇ 3 .
- the distance between the connecting end face and the angled part of the resonator element can e.g. B. 0.03 ⁇ .
- the distance to the main surface is z. B. just about 0.01 ⁇ .
- Fig. 1a shows a box-shaped metal surface 1 with two parallel to each other at a short distance arranged main surfaces 1.1, 1.2, an upper and a lower short End face 1.3 or 1.4 and two long narrow side faces 1.5, 1.6.
- the shape is comparable to that of an elongated flat cigarette box.
- an L-shaped angled resonator element 5 is held. At a certain distance from edge 2 (which between main surface 1.2 and End face 1.3 is formed) an L-shaped angled resonator element 5 is held. To support a short-circuit element 4 and - depending on the mechanical Execution - possibly serve a feed.
- the width of the resonator element corresponds to that of the main surface 1.2.
- a angled short side 5.1 is slightly larger than the end face 1.3 (accordingly the distance A2 between resonator element 5 and main surface 1.2).
- the said short side 5.1 has a distance A1 from the end face 1.3 and ends approximately in the Extension of a geometric plane defined by the main surface 1.1.
- the Long side 5.2 preferably angled by 90 ° covers the uppermost area the main area 1.2.
- the short-circuit element 4 is, for. B. a strip-shaped extension of the side surface 1.5. It can be as wide as the mentioned side surface 1.5 or narrower.
- Power is supplied from the shielded volume.
- a microstrip 3.1 (or an inner conductor of a coaxial line) through the End face 1.3 led to the short side 5.1.
- the supply is in the range of Main surface 1.1 or the side surface 1.5 arranged (the distance from the short-circuit element 3.1 is determined by the required adjustment).
- the circuit for Control of the antenna is in the flat formed within the metal surface 1 Volume housed. The metal surface 1 thus forms the shield housing Circuit electronics.
- the supply (microstrip line 3.1) is more or in the example shown less in the geometric plane and formed by the main surface 1.1 closes at the edge or near the edge of the angled short side 5.1 of the resonator element 5.
- the variant shown in FIG. 1b differs from FIG. 1a with regard to the feed and the positioning of the short-circuit element 4.
- the microstrip line 3.1 (or an inner conductor of a coaxial line) is connected to a tab 3.2, which is essentially perpendicular to the short side 5.1 and protrudes towards the end face 1.3.
- the short-circuit element 4 is not in the extension of the side surface 1.5, but in the extension of the main area 1.1.
- the feed (tab 3.2 and microstrip line 3.1) and the short-circuit element 4 are in one spaced from each other by the desired adjustment.
- 1c shows a further alternative in which the resonator element is rounded is.
- the transition between the long side 5.2 and the short side 5.1 is not here by a pronounced edge, but by a continuously curved or curved transition formed.
- the radius of curvature is of the order of magnitude the distances A1 and A2.
- round transitions to one can lead to a wider range. Is the bandwidth - by replacing the square resonator element by a round - too large, it can by a reduction in the distance A1 or A2 can be reduced again.
- the thickness (or Overall height) of the entire antenna construction can be achieved by using rounded Resonator elements are advantageously kept small.
- FIG. 1c the short circuit 4 is positioned similar to that in FIG. 1b.
- FIGS. 1a to 1c are therefore different variants for the Placement of short circuit and supply can be seen. Of course, too other arrangements possible according to the required distance between these two elements.
- the distance between the end face 1.3 and the short side 5.1 is z. B. 0.03 ⁇ , that between the long side 5.2 and the main surface 1.2 about 0.01 ⁇ . The second distance is therefore a multiple (e.g. 3 times) smaller than the former.
- the width of the resonator element 5.1 is essentially same as the width B of the metal box.
- the length X1 of the short side 5.1 is z. B. 0.025 ⁇ , while the length X2 of the long side 5.2 measures 0.07 ⁇ .
- the long side is e.g. B. more than twice as long as the short side 5.1.
- the distance between the supply and the short-circuit element 4 can be adjusted the antenna can be varied to the required 50 ⁇ input impedance.
- the dimensioning mentioned above as an example was 0.037 ⁇ .
- the wavelength is in the range of 30 cm.
- the resonator element 5 is angled in the manner shown in FIG. 1a or is bent round, the height in the critical environment of the To feed and the short-circuit element 4 in the longitudinal axis of the housing, where there is more space.
- the resonator element can have a low height above the radiation-side metal surface (i.e. the main surface 1.2).
- the box-shaped metal surface 1 carries as a counterweight to the radiation and also ensures a good radiation, when the antenna element by the hand of the cellular phone user is covered.
- the input impedance of the antenna according to the invention is approximately 50 ⁇ real. In terms of the condition that the reflection loss should be less than 10 dB achieved a bandwidth of 20%. This value lies - with good efficiency and more compact Dimension - above the corresponding requirements of the GSM standard. Outstanding is the low detunability of the antenna by the hand or the head of the Phone user. As an antenna in the medium of air, it has exceptional efficiency of over 90% and largely independent of the radiated power (up to 2 watts for GSM). Nevertheless, the geometric dimensions are small and optimally adapted for integration into a handheld device. The radiation diagram points a predominantly omnidirectional characteristic. The following are some simple ones and inexpensive antenna designs are described.
- Fig. 2 shows a dielectric body 6 with two perpendicular to each other Share 6.1, 6.2.
- an all-over Metal coating 7.1, 7.2 attached, which the resonator element 5 in Fig. 1a corresponds.
- On a side of the part opposite the metal coating 7.1 6.2 is a narrow strip-shaped metal coating 7.3 which the Supply (microstrip line 3.1 / tab 3.2) in Fig. 1a, 1b corresponds.
- a metal coating 7.4 On the L-shaped The side surface in the area of part 6.2 is a metal coating 7.4 as a short-circuit element attached (cf. short-circuit element 4 in Fig. 1 a).
- the resonator construction shown in FIG. 2 can be placed on the outside of a suitably dimensioned shielding housing.
- the dimensions are such that the end result is a structure comparable to that of FIG. 1a (metal coating 7.3 aligned with a main surface of the shielding housing and metal coating 7.4 aligned with a side surface of the same).
- the body 6 forms a dielectric medium ( ⁇ r > 1) and can lead to a reduction in the antenna dimensions.
- the resonator construction shown in FIG. 2 is mechanically stable and can also define the distances between the resonator element and the shielding housing in a defined manner without any special assembly effort.
- the antenna With the same resonance frequency, the antenna can be made smaller. However, the bandwidth decreases with increasing dielectric constant ⁇ r . Conversely, the bandwidth and the size of the antenna can be adjusted by the appropriate choice of the material properties of the substrate.
- Fig. 3 shows how the resonator element from a piece of sheet 8, which has two tabs 12, 13 for the supply or the short circuit, can be produced.
- the essentially rectangular sheet 8 has a bending line 9 at a suitable point, so that the sheet 8 can be bent L-shaped.
- the tabs 12, 13 also have over bending lines 10, 11 for right-angled turning. That so shaped Sheet metal is on the tabs 12 and 13 with the corresponding contacts on the shield housing soldered.
- On the soldering z. B. be dispensed with if the bent Sheet metal when assembling the mobile device between the plastic housing and the shielding housing arranged therein is clamped. Short circuit element and supply are then connected to the corresponding contacts on the shield housing pressed.
- the embodiment shown in Fig. 4 represents a structurally simple variant without Shield housing.
- the starting point is a circuit board 14 with a metallization 15 on the back and equipped with various electronic components 16 on the front side.
- various electronic components 16 on the front side.
- On a front edge 19 (which runs perpendicular to the plane of the drawing in the chosen representation) is over a short-circuit tab 18 is connected to a resonator plate 17 according to the invention.
- the feed runs in the same plane as the short-circuit tab 18 (and is therefore not visible in the representation according to FIG. 4).
- the short leg 17.1 So ends at a certain distance "beyond" the edge 19.
- the long second Leg 17.2 runs as close as possible above the (dielectric) Printed circuit board 14.
- the antenna is controlled by the circuit board 14 implemented circuit.
- the embodiment shown in Fig. 4 can additionally by a shield housing the electronic circuit can be expanded. Then preferably resonator element and shield housing made of a metallized piece of plastic, the electrically conductive parts being formed by the partial metallization will. By folding this plastic part with the circuit board in one Process a) assembles the antenna, b) creates a contact and c) the electronic Shielded circuit.
- FIGS. 5a to 5c shows a circuit board 20 in plan view.
- the contact strip 22 is interrupted so that the microstrip conductor 24 is out of the range 21 can be brought out.
- the contact strip 22 is with the electrical Ground of the circuit board connected (which is e.g. on the back of the insulating Carrier is located).
- Contact strips are e.g. B. holes 25.1 to 25.4 are provided.
- Fig. 5b shows a lid-like second part, the shield 26 and the resonator element 27 includes.
- This second part is e.g. B. by a selectively metallized Plastic molding formed.
- the shield 26 has four narrow sides 26.1 to 26.4 and a main surface 26.5.
- the main area 26.5 is approximately the same size as the area 21.
- the edges of the narrow sides 26.1 to 26.4 come on the contact strip 22 to lie when the plastic molded part according to FIG. 5b on the printed circuit board 20 according to Fig. 5a is placed. So a closed, box-shaped volume is formed, in which the components 23 can be accommodated.
- the resonator element 27 is by the short-circuit element 28, which is on a Extension of the narrow side 26.3 lies, and optionally by an additional support element 30, which is mirror-symmetrical to the short-circuit element 28 in one Extension of the narrow side 26.1 is formed, worn.
- a support element can be provided at the end 31 thereof be carried by the main surface 26.5.
- a contact element 29 is formed on the resonator element 27 at the desired location. It can e.g. B. is a small feather.
- the contact element 29 sits on the contact point 24.1 at the outer end of the Microstrip conductor 24.
- a recess 33 in the narrow side 26.4 forms an opening for the microstrip line in the shield.
- posts 32.1 to 32.4 are provided, which with the holes 25.1 to 25.4 correlate and allow the two parts to be screwed together so that the in Fig. 5c shown structure arises.
- circuit board If the circuit board is equipped with components on both sides, it is natural shield the "back" with a lid. The effective one for the antenna The metal surface is then this second cover (and not the mass of the circuit board). Of the said second cover is indicated in Fig. 5c by a dashed line.
- the antenna designs described above can be used in various ways can be varied. So z. B. rounded the shape of the resonator element instead be rectangular or have various small indentations and tabs to to enclose or envelop protruding components. There may also be holes in the resonator element be provided, for example, larger circuit elements To make room. It is also easily conceivable that a larger number of holes is present. The diameter of a hole is usually not greater than the distance A1 or A2 mentioned above. This allows a kind Grid structure arise. Further cuts can be made in places that do not have high current flows show be provided. The angle between the smaller and the larger Part of the L-shaped resonator element can deviate from 90 ° and advantageously be rounded. For fine tuning, you can use the resonator element Extensions are formed, the length of which influence the resonance frequency.
- the short-circuit element can be the same width, wider or narrower than the side surface. It even takes not even necessarily lying in the plane of the side surface. It can e.g. B. to the Edge of one of the two main surfaces.
- Is z. B the resonator element through a copper layer on a flexible film formed (flexible circuit board), then a rounded bend is created.
- the foil is inserted into the plastic housing and in the correct shape held.
- the contacts can in turn be ensured by soldering or pressing will.
- the copper layer can be coated in a manner known per se with a photochemical Procedures can be printed on the film.
- the antenna according to the invention is proportional has a high bandwidth of around 20% with a comparatively low overall height of a few millimeters.
- the antenna is not very sensitive to nearby ones Body parts (such as the hand or head of the phone user). It fulfills that Requirements of the GSM standard and allows full integration in the Plastic housing.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Antennenkonstruktion, insbesondere für Handfunkgeräte, sowie ein Handfunkgerät mit einer solchen Antennenkonstruktion. The invention relates to an antenna construction, in particular for handheld radios, and a handheld radio with such an antenna construction.
Zurzeit besitzen die auf dem Markt erhältlichen Mobilfunktelefone des GSM-Standards überwiegend eine externe Antenne, welche meist als λ/4-Monopol funktioniert. Es ist bekannt, dass der für die Antenne benötigte Platz (insbesondere die Länge) reduziert werden kann, wenn die Antenne zu einer Helix aufgewickelt wird. In Kombination mit einer ausziehbaren Monopolantenne vermag diese Konstruktion in rein elektrischer Sicht den grossen Anforderungen des GSM-Standards hinsichtlich Bandbreite und Effizienz zu genügen. Zur Erhöhung des Tragkomforts, der Verringerung der Beschädigungsgefahr und der Verbesserung der Designmöglichkeiten ist es wünschenswert, dass die Antenne vollständig im Gehäuse untergebracht werden kann. Bei Anwendungen mit geringen Anforderungen an die Bandbreite und die abgestrahlte Leistung (z. B. bei schnurlosen Telefonen gemäss der DECT-Norm) existieren bereits Antennen, die im Gehäuse integriert sind. Diese bekannten Antennenkonstruktionen sind jedoch für GSM-Spezifikationen nicht geeignet.The cell phones currently available on the market have the GSM standard predominantly an external antenna, which mostly functions as a λ / 4 monopole. It is known that the space required for the antenna (in particular the length) is reduced can be, if the antenna is wound into a helix. In combination with an extendable monopole antenna is capable of this construction in purely electrical View of the big requirements of the GSM standard regarding bandwidth and Efficiency enough. To increase comfort, reduce the risk of damage and improving the design options, it is desirable that the antenna can be completely housed in the housing. For applications with low bandwidth and radiated power requirements (e.g. for cordless phones according to the DECT standard) antennas already exist are integrated in the housing. However, these known antenna designs are for GSM specifications not suitable.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antennenkonstruktion anzugeben, die einen geringen Platzbedarf hat (und sich somit namentlich in flachen Gehäusen integrieren lässt) und die für höhere Bandbreiten und Leistungen geeignet ist (wie sie z. B. durch GSM vorgeschrieben sind).The object of the invention is to provide an antenna construction that is small Has space requirements (and can therefore be integrated into flat housings) and which is suitable for higher bandwidths and services (such as those used by GSM are prescribed).
Die erfindungsgemässe Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert.
Demzufolge wird die Antenne im wesentlichen durch eine als Grundplatte dienende
Metallfläche und eine als Resonatorelement wirkende L-förmig abgewinkelte Platte
gebildet. Die L-förmige Platte ist im Abstand um eine Kante der Metallfläche geführt.
D. h. ein kurzer Schenkel der Platte endet in einem vorgegebenen ersten Abstand A1
bezüglich einer in der Ebene der Metallfläche liegenden Richtung "jenseits" der Kante.
Ein langer Schenkel der Platte ist in einem vorgegebenen zweiten (mittleren) Abstand
A2 "über" der Metallfläche gehalten. Der genannte zweite Schenkel verläuft typischerweise
mehr oder weniger parallel zur Metallfläche.The solution according to the invention is defined by the features of
Der Übergang zwischen dem langen und dem kurzen Schenkel kann eckig oder rund ausgebildet sein. Der Abstand A2 zwischen dem Resonatorelement und der Metallfläche braucht allerdings nicht an jedem Punkt gleich zu sein. Resonatorelement und Metallfläche können z. B. leicht gekrümmt oder in einem kleinen Winkel zueinander stehen. Ferner kann der genannte Abstand lokal variieren. Insgesamt bewegt er sich innerhalb eines gegebenen Bereiches bzw. variiert um einen bestimmten Mittelwert herum. Das Resonatorelement kann also einer Innenseite eines Gerätegehäuses formmässig angepasst sein. Es stört auch nicht, wenn elektronische Bauteile aus der Metallfläche herausragen.The transition between the long and the short leg can be angular or round be trained. The distance A2 between the resonator element and the metal surface however, need not be the same at every point. Resonator element and Metal surface can e.g. B. slightly curved or at a small angle to each other stand. Furthermore, the distance mentioned can vary locally. Overall, he is moving within a given range or varies around a certain mean around. The resonator element can therefore be an inside of a device housing be formally adapted. It also does not bother when electronic components are removed from the Protrude metal surface.
Die erfindungsgemässe Konstruktion und Plazierung des Resonatorelements macht es möglich, die Bauhöhe (in einer Richtung senkrecht zur Metallfläche) - ohne wesentlichen Verlust an Bandbreite - zu minimieren. In diesem Sinn wird der Abstand A2 kleiner gewählt als der Abstand A1.The inventive design and placement of the resonator element does it possible, the height (in a direction perpendicular to the metal surface) - without essential Loss of bandwidth - to minimize. In this sense, the distance A2 becomes smaller chosen as the distance A1.
Ein zwischen Metallfläche und Resonatorelement vorgesehenes Kurzschlusselement ist im wesentlichen in Richtung der durch die Verlängerung der Metallfläche definierten Ebene geführt. Es kann z. B. gerade in einer Verlängerung der Metallfläche verlaufen. Es kann aber auch - namentlich bei der weiter unten erläuterten Variante mit dem "Box"-Volumen - durch eine lokal senkrecht zur Metallfläche stehende Verbindungslasche gebildet sein.A short-circuit element provided between the metal surface and the resonator element is essentially in the direction defined by the extension of the metal surface Level led. It can e.g. B. run straight in an extension of the metal surface. But it can also - especially with the variant explained below with the "Box" volume - thanks to a connecting tab that is perpendicular to the metal surface be educated.
Die Speisung verläuft im wesentlichen parallel zum Kurzschlusselement aus der Metallfläche heraus zum Resonatorelement. Der genaue Ansatzpunkt (Ort) der Speisung und insbesondere deren Abstand zum Kurzschlusselement kann variiert werden, um die gewünschte Anpassung der erfindungsgemässen Antenne zu erzielen. Ansatzpunkt und Abstand sind im Einzelfall festzulegen und können nach Bedarf optimiert werden.The supply runs essentially parallel to the short-circuit element from the metal surface out to the resonator element. The exact starting point (location) of the feed and in particular their distance from the short-circuit element can be varied in order to achieve the desired adaptation of the antenna according to the invention. Starting point and distance are to be determined in individual cases and can be optimized as required will.
Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform definiert die Metallfläche ein boxförmiges Volumen. Das erfindungsgemässe Resonatorelement ist im Abstand zu einer (vorzugsweise stirnseitigen) Kante des boxförmigen Volumens angeordnet. Seine mechanische Abstützung kann u. U. allein durch das asymmetrisch angeordnete Kurzschlusselement erfolgen. Je nach Ausführung der Speisung kann evtl. auch diese zur Stabilisierung beitragen. Besonders stabil wird die Konstruktion bei Benutzung eines dielektrischen Stützkörpers oder bei Befestigung des Resonatorelements an einem die Antenne umgebenden Kunststoffgehäuse.According to a particularly preferred embodiment, the metal surface defines box-shaped volume. The resonator element according to the invention is at a distance from one (preferably face) edge of the box-shaped volume. Its mechanical support can u. U. alone by the asymmetrically arranged Short circuit element take place. Depending on the type of supply, this may also be possible contribute to stabilization. The construction becomes particularly stable when using a dielectric support body or when attaching the resonator element to a plastic housing surrounding the antenna.
Die Metallfläche kann auch durch die Metallisierung einer Leiterplatte gebildet sein. Auf dieser Leiterplatte sind auch die elektronischen Bauteile der Schaltung (Sender, Empfänger, Steuerung, Datenverarbeitung) aufgebaut. Das Kurzschlusselement wird z. B. durch eine angelötete oder angeklemmte Lasche gebildet (welche in der durch die Leiterplatte definierten Ebene liegen kann). Es kann auch vorzugsweise durch eine aufgedruckte, flächige Metallisierung direkt auf der Leiterplatte gebildet sein. Die Speisung ist dann z. B. als Mikrostreifenleiter auf der Leiterplatte von der Schaltung zum Resonatorelement auf der Platine geführt.The metal surface can also be formed by the metallization of a printed circuit board. On this circuit board are also the electronic components of the circuit (transmitter, receiver, Control, data processing). The short-circuit element is z. B. formed by a soldered or clamped tab (which in the by the PCB defined level can be). It can also be preferably by a printed, flat metallization can be formed directly on the circuit board. The feed is then z. B. as a microstrip line on the circuit board from the circuit to Resonator element performed on the board.
Vorzugsweise ist das boxförmige Volumen durch die Metallfläche allseitig umschlossen. Eine im Volumen befindliche Schaltung wird so effizient abgeschirmt. Für die Anwendung bei Mobilfunktelefonen wird ein möglichst flaches, schichtförmiges Volumen angestrebt. Es sind aber auch Anwendungen denkbar, bei denen es nicht primär auf ein Volumen geringer Bauhöhe ankommt. Es ist natürlich auch nicht zwingend, dass das Volumen allseitig umschlossen ist. Schmal- und Stirnseiten können teilweise oder ganz geöffnet sein.The box-shaped volume is preferably enclosed on all sides by the metal surface. A circuit located in the volume is efficiently shielded. For the application for cellular phones, the volume is as flat as possible sought. However, applications are also conceivable in which it is not primarily based on a volume of low height arrives. It is of course not mandatory that the volume is enclosed on all sides. Narrow and end faces can be partial or be fully open.
Als boxförmiges Volumen kann jedes mehr oder weniger quaderförmige Volumen verstanden werden (Zigarettenschachtelform). Die Kanten können eckig oder abgerundet sein. Die verschiedenen Seitenflächen brauchen nicht parallel zueinander zu stehen. Sie können z. B. entsprechend den Formvorgaben des designmässig gestalteten Aussengehäuses des Funktelefons geneigt oder gekrümmt sein.Any more or less cuboid volume can be understood as a box-shaped volume be (cigarette box shape). The edges can be square or rounded be. The different side surfaces do not have to be parallel to each other. You can e.g. B. designed according to the formal specifications of the design Outer housing of the radio telephone may be inclined or curved.
Die durch die Metallfläche gebildete Oberfläche umfasst z. B. zwei länglich rechteckige Hauptflächen (in - einem im Verhältnis zur Querabmessung - geringen gegenseitigen Abstand) und mindestens eine kurze verbindende Stirnfläche. Das Resonatorelement überdeckt die genannte Stirnfläche und einen angrenzenden Bereich der einen Hauptfläche (selbstverständlich unter Wahrung eines bestimmten Abstandes). Zur Speisung der Antenne ist z. B. ein Innenleiter einer Koaxialleitung (oder ein Mikrostreifenleiter) durch die Metallfläche hindurch zum Rand des Resonatorelements geführt. Der kurze Schenkel der Resonatorplatte kann über eine (zur Metallfläche hin abgewinkelte) Lasche gespeist werden. Das Kurzschlusselement kann ein Verbindungsstreifen sein, welcher in einer Verlängerung einer Schmalseite des boxförmigen Volumens liegt. Damit die Resonanzbedingung erfüllt ist, muss das Kurzschlusselement im Bereich einer Ecke der Resonatorplatte angeordnet sein. Speisung und Kurzschluss können in der gleichen oder in verschiedenen (z. B. senkrecht zueinander stehenden) Ebenen liegen.The surface formed by the metal surface comprises e.g. B. two oblong rectangular Main areas (in - a small mutual in relation to the transverse dimension Distance) and at least one short connecting face. The resonator element covers the named end face and an adjacent area of one Main area (of course, while maintaining a certain distance). For Feeding the antenna is e.g. B. an inner conductor of a coaxial line (or a microstrip line) led through the metal surface to the edge of the resonator element. The short leg of the resonator plate can be connected to the metal surface angled) tab are fed. The short-circuit element can be a connecting strip be in an extension of a narrow side of the box-shaped Volume lies. In order for the resonance condition to be met, the short-circuit element must be be arranged in the region of a corner of the resonator plate. Supply and short circuit can be in the same or different (e.g. perpendicular to each other standing) levels.
Das Resonatorelement soll zur Hauptfläche einen kleineren Abstand haben als zur kurzen verbindenden Stirnfläche. Während nämlich der erstgenannte Abstand mitbestimmend für die Bauhöhe des (aus designmässigen Gründen möglichst flach zu gestaltenden) Handfunkgeräts sein kann, geht der zweitgenannte Abstand nur in die (nicht besonders kritische) Längsabmessung ein.The resonator element should be at a smaller distance from the main surface than from short connecting face. While the first mentioned distance also determines for the overall height of the (to be designed as flat as possible for design reasons) Handheld radio, the second distance only goes into the (not particularly critical) longitudinal dimension.
Es ist durchaus möglich, zwischen Resonatorelement und Metallfläche einen dielektrischen Körper einzufügen. Er kann insbesondere für die Stabilisierung des Resonatorelements hilfreich sein. Der Körper kann z. B. ein L-förmig abgewinkeltes Substrat mit einer selektiv aufgebrachten Metallbeschichtung (zur Bildung der Resonatorplatte, der Speisung und des Kurzschlusses) sein. It is quite possible to have a dielectric between the resonator element and the metal surface Insert body. It can be used in particular for the stabilization of the resonator element to be helpful. The body can e.g. B. an L-shaped angled substrate with a selectively applied metal coating (to form the resonator plate, supply and short circuit).
Die erfindungsgemässe Antenne kann auch so ausgebildet sein, dass das Resonatorelement mit dem Kurzschlusselement und fünf Flächenstücken der boxförmigen Metallfläche aus einem Stück teilweise metallisierten Kunststoffes besteht. Der Kunststoffteil braucht nicht vollständig metallisiert zu sein. Die nicht-metallisierten Teile können zur mechanischen Festigkeit beitragen. Die angefügte Leiterplatte mit den elektronischen Bauteilen und der aufgedruckten Stanzform vervollständigt einerseits die Metallfläche zu einer geschlossenen Oberfläche einer Box und schliesst andererseits das Resonatorelement an die Speisespannung an.The antenna according to the invention can also be designed such that the resonator element with the short-circuit element and five flat pieces of the box-shaped Metal surface consists of a piece of partially metallized plastic. The plastic part need not be completely metallized. The non-metallized parts can contribute to mechanical strength. The attached circuit board with the electronic Components and the printed die form complete the metal surface on the one hand to a closed surface of a box and on the other hand closes it Resonator element to the supply voltage.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante besteht darin, dass das Resonatorelement an der Innenseite des Kunststoffgehäuses des Mobilfunktelefons oder auf einer flexiblen Folie oder einem dünnen Leiterplattensubstrat aufgebracht ist. Die mechanische Abstützung muss dann natürlich nicht vom Kurzschlusselement übernommen werden.Another advantageous embodiment variant is that the resonator element on the inside of the plastic housing of the mobile phone or on one flexible film or a thin circuit board substrate is applied. The mechanical Support then of course does not have to be taken over by the short-circuit element will.
Das Resonatorelement hat einen Umfang entsprechend einer halben Wellenlänge λ der Resonanzschwingung. Da die resonanzaktive Länge des Resonatorelements etwa λ/4 betragen sollte (Resonanzbedingung), ist also das Kurzschlusselement möglichst in der Ecke zu plazieren. Das boxförmige Volumen kann z. B. eine Abmessung von 0.33 x 0.15 x 0.015 λ3 haben. Der Abstand zwischen der verbindenden Stirnfläche und dem abgewinkelten Teil des Resonatorelements kann z. B. 0.03 λ betragen. Der Abstand zur Hauptfläche beträgt z. B. nur gerade etwa 0.01 λ.The resonator element has a circumference corresponding to half a wavelength λ of the resonance vibration. Since the resonance-active length of the resonator element should be approximately λ / 4 (resonance condition), the short-circuit element should therefore be placed in the corner if possible. The box-shaped volume can e.g. B. have a dimension of 0.33 x 0.15 x 0.015 λ 3 . The distance between the connecting end face and the angled part of the resonator element can e.g. B. 0.03 λ. The distance to the main surface is z. B. just about 0.01 λ.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche. Further advantageous embodiments and combinations of features result from the following detailed description and the entirety of the claims.
Die zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele verwendeten Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1a
- Eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemässen Antenne;
- Fig. 1b
- eine schematische Darstellung einer alternativen Art des Antennenanschlusses;
- Fig. 1c
- eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführung des Resonatorelements;
- Fig. 2
- eine perspektivische Darstellung eines Konstruktionselementes bestehend aus dielektrischem Substrat und Resonatorelement;
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung einer Stanzform zur Herstellung eines Resonatorelements aus einem Stück Blech;
- Fig. 4
- eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Antennenkonstruktion für eine bestückte Leiterplatte in der Seitenansicht;
- Fig. 5a bis c
- eine schematische Darstellung eines möglichen konstruktiven Aufbaus der Ausführungsform gemäss Fig. 1a.
- Fig. 1a
- A schematic perspective view of an antenna according to the invention;
- Fig. 1b
- a schematic representation of an alternative type of antenna connection;
- Fig. 1c
- a schematic representation of an alternative embodiment of the resonator element;
- Fig. 2
- a perspective view of a construction element consisting of a dielectric substrate and resonator element;
- Fig. 3
- a schematic representation of a die for producing a resonator element from a piece of sheet metal;
- Fig. 4
- a schematic representation of an inventive antenna construction for an assembled circuit board in a side view;
- 5a to c
- a schematic representation of a possible structural design of the embodiment according to FIG. 1a.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In principle, the same parts are provided with the same reference symbols in the figures.
Fig. 1a zeigt eine boxförmige Metallfläche 1 mit zwei in geringem Abstand parallel zueinander
angeordneten Hauptflächen 1.1, 1.2, einer oberen und einer unteren kurzen
Stirnfläche 1.3 bzw. 1.4 und zwei langen schmalen Seitenflächen 1.5, 1.6. Die Form ist
vergleichbar mit derjenigen einer länglichen flachen Zigarettenschachtel.Fig. 1a shows a box-shaped
In einem bestimmten Abstand zur Kante 2 (welche zwischen Hauptfläche 1.2 und
Stirnfläche 1.3 gebildet ist) ist ein L-förmig abgewinkeltes Resonatorelement 5 gehalten.
Zur Abstützung können ein Kurzschlusselement 4 und - je nach mechanischer
Ausführung - evtl. eine Speisung dienen.At a certain distance from edge 2 (which between main surface 1.2 and
End face 1.3 is formed) an L-shaped
Die Breite des Resonatorelements entspricht derjenigen der Hauptfläche 1.2. Eine
abgewinkelte kurze Seite 5.1 ist etwas grösser als die Stirnfläche 1.3 (entsprechend
dem Abstand A2 zwischen Resonatorelement 5 und Hauptfläche 1.2). Die genannte
kurze Seite 5.1 hat einen Abstand A1 von der Stirnfläche 1.3 und endet etwa in der
Verlängerung einer durch die Hauptfläche 1.1 definierten geometrischen Ebene. Die
vorzugsweise um 90° abgewinkelte lange Seite 5.2 überdeckt den obersten Bereich
der Hauptfläche 1.2.The width of the resonator element corresponds to that of the main surface 1.2. A
angled short side 5.1 is slightly larger than the end face 1.3 (accordingly
the distance A2 between
Das Kurzschlusselement 4 ist z. B. eine streifenförmige Verlängerung der Seitenfläche
1.5. Es kann so breit wie die genannte Seitenfläche 1.5 oder auch schmaler sein.The short-
Die Speisung erfolgt aus dem abgeschirmten Volumen heraus. Zu diesem Zweck ist
z. B. ein Mikrostreifenleiter 3.1 (oder ein Innenleiter einer Koaxialleitung) durch die
Stirnfläche 1.3 hindurch zur kurzen Seite 5.1 geführt. Die Speisung ist im Bereich der
Hauptfläche 1.1 oder der Seitenfläche 1.5 angeordnet (wobei der Abstand zum Kurzschlusselement
3.1 durch die erforderliche Anpassung bestimmt ist). Die Schaltung zur
Ansteuerung der Antenne wird in dem innerhalb der Metallfläche 1 gebildeten flachen
Volumen untergebracht. Die Metallfläche 1 bildet also das Abschirmgehäuse der
Schaltungselektronik. Power is supplied from the shielded volume. For this purpose
e.g. B. a microstrip 3.1 (or an inner conductor of a coaxial line) through the
End face 1.3 led to the short side 5.1. The supply is in the range of
Main surface 1.1 or the side surface 1.5 arranged (the distance from the short-circuit element
3.1 is determined by the required adjustment). The circuit for
Control of the antenna is in the flat formed within the
Die Speisung (Mikrostreifenleiter 3.1) befindet sich im gezeigten Beispiel mehr oder
weniger in der durch die Hauptfläche 1.1 gebildeten geometrischen Ebene und
schliesst am Rand bzw. in der Nähe des Randes der abgewinkelten kurzen Seite 5.1
des Resonatorelements 5 an.The supply (microstrip line 3.1) is more or in the example shown
less in the geometric plane and formed by the main surface 1.1
closes at the edge or near the edge of the angled short side 5.1
of the
Die in Fig. 1b gezeigte Variante unterscheidet sich von Fig. 1a hinsichtlich der Speisung
und der Positionierung des Kurzschlusselements 4. Der Mikrostreifenleiter 3.1
(bzw. ein Innenleiter einer Koaxialleitung) ist an einer Lasche 3.2 angeschlossen, welche
im wesentlichen senkrecht zur kurzen Seite 5.1 steht und zur Stirnfläche 1.3 hinragt.
Das Kurzschlusselement 4 befindet sich nicht in der Verlängerung der Seitenfläche
1.5, sondern in der Verlängerung der Hauptfläche 1.1. Die Speisung (Lasche 3.2
und Mikrostreifenleiter 3.1) und das Kurzschlusselement 4 sind wiederum in einem
durch die angestrebte Anpassung bestimmten Abstand zueinander angeordnet.The variant shown in FIG. 1b differs from FIG. 1a with regard to the feed
and the positioning of the short-
Fig. 1c zeigt eine weitere Alternative, bei welcher das Resonatorelement abgerundet ist. Der Übergang zwischen der langen Seite 5.2 und der kurzen Seite 5.1 ist hier nicht durch eine ausgeprägte Kante, sondern durch einen kontinuierlich gewölbten, bzw. gekrümmten Übergang gebildet. Der Krümmungsradius liegt in der Grössenordnung der Abstände A1 und A2. Versuche haben gezeigt, dass runde Übergänge zu einer grösseren Bandbreite führen können. Ist die Bandbreite - durch das Ersetzen des eckigen Resonatorelements durch ein rundes - zu gross geworden, kann sie durch eine Reduktion des Abstandes A1 bzw. A2 wieder verringert werden. Die Dicke (bzw. Bauhöhe) der ganzen Antennenkonstruktion kann durch die Verwendung von abgerundeten Resonatorelementen vorteilhaft klein gehalten werden.1c shows a further alternative in which the resonator element is rounded is. The transition between the long side 5.2 and the short side 5.1 is not here by a pronounced edge, but by a continuously curved or curved transition formed. The radius of curvature is of the order of magnitude the distances A1 and A2. Experiments have shown that round transitions to one can lead to a wider range. Is the bandwidth - by replacing the square resonator element by a round - too large, it can by a reduction in the distance A1 or A2 can be reduced again. The thickness (or Overall height) of the entire antenna construction can be achieved by using rounded Resonator elements are advantageously kept small.
Im Beispiel gemäss Fig. 1c ist der Kurzschluss 4 ähnlich wie in Fig. 1b positioniert. Die
Speisung erfolgt dagegen durch einen Mikrostreifenleiter 3.1 in einer Verlängerung der
Seitenfläche 1.5. Aus den Figuren 1a bis 1c sind also verschiedene Varianten für die
Plazierung von Kurzschluss und Speisung ersichtlich. Selbstverständlich sind auch
andere Anordnungen möglich entsprechend dem erforderlichen Abstand zwischen
diesen beiden Elementen. In the example according to FIG. 1c, the
Die Abmessungen der Metallbox sind z. B. wie folgt: L = 0.33 λ, B = 0.15 λ und D = 0.015 λ. (Die Dicke D beträgt im vorliegenden Beispiel 1/10 der Breite B bzw. etwa 1/20 der Länge L.) Der Abstand zwischen der Stirnfläche 1.3 und der kurzen Seite 5.1 beträgt z. B. 0.03 λ, derjenige zwischen der langen Seite 5.2 und der Hauptfläche 1.2 etwa 0.01 λ. Der zweitgenannte Abstand ist also um ein Mehrfaches (z. B. 3-faches) kleiner als der erstgenannte. Die Breite des Resonatorelements 5.1 ist im wesentlichen gleich wie die Breite B der Metallbox. Die Länge X1 der kurzen Seite 5.1 beträgt z. B. 0.025 λ, während die Länge X2 der langen Seite 5.2 0.07 λ misst. Mit anderen Worten, die lange Seite ist z. B. mehr als doppelt so lang wie die kurze Seite 5.1.The dimensions of the metal box are e.g. B. as follows: L = 0.33 λ, B = 0.15 λ and D = 0.015 λ. (In the present example, the thickness D is 1/10 of the width B or approximately 1/20 of length L.) The distance between the end face 1.3 and the short side 5.1 is z. B. 0.03 λ, that between the long side 5.2 and the main surface 1.2 about 0.01 λ. The second distance is therefore a multiple (e.g. 3 times) smaller than the former. The width of the resonator element 5.1 is essentially same as the width B of the metal box. The length X1 of the short side 5.1 is z. B. 0.025 λ, while the length X2 of the long side 5.2 measures 0.07 λ. In other words, the long side is e.g. B. more than twice as long as the short side 5.1.
Der Abstand zwischen der Speisung und dem Kurzschlusselement 4 kann zur Anpassung
der Antenne an die geforderten 50 Ω Eingangsimpedanz variiert werden. Bei der
oben beispielhaft erwähnten Dimensionierung betrug er 0.037 λ.The distance between the supply and the short-
Im Anwendungsfall eines GSM-Mobilfunktelefons liegt die Wellenlänge im Bereich von 30 cm.In the application of a GSM mobile phone, the wavelength is in the range of 30 cm.
Dadurch, dass das Resonatorelement 5 in der in Fig. 1a gezeigten Weise abgewinkelt
bzw. rund abgebogen ist, gelingt es, die Bauhöhe in der kritischen Umgebung der
Speisung und des Kurzschlusselements 4 in die Längsachse des Gehäuses zu verlegen,
wo mehr Platz vorhanden ist. Die grössere Seite 5.2 des im wesentlichen rechteckigen
Resonatorelements kann mit geringer Höhe über der abstrahlseitigen Metallfläche
(d. h. der Hauptfläche 1.2) geführt werden. Die boxförmige Metallfläche 1 trägt
als Gegengewicht zur Abstrahlung bei und gewährleistet auch dann eine gute Abstrahlung,
wenn das Antennenelement durch die Hand des Mobilfunktelefonbenutzers
abgedeckt ist.Characterized in that the
Die Eingangsimpedanz der erfindungsgemässen Antenne liegt bei ca. 50 Ω reell. Bezüglich der Bedingung, dass der Reflexionsverlust kleiner als 10 dB sein soll, wurde eine Bandbreite von 20% erzielt. Dieser Wert liegt - bei guter Effizienz und kompakter Abmessung - über den entsprechenden Anforderungen des GSM-Standards. Hervorragend ist die geringe Verstimmbarkeit der Antenne durch die Hand oder den Kopf des Telefonbenutzers. Als Antenne im Medium Luft hat sie eine aussergewöhnliche Effizienz von über 90% und zwar weitgehend unabhängig von der abgestrahlten Leistung (bis zu 2 Watt bei GSM). Trotzdem sind die geometrischen Abmessungen klein und optimal für die Integration in einem Handgerät angepasst. Das Abstrahldiagramm weist eine überwiegend omnidirektionale Charakteristik auf. Im folgenden sollen einige einfache und kostengünstige Antennenkonstruktionen beschrieben werden.The input impedance of the antenna according to the invention is approximately 50 Ω real. In terms of the condition that the reflection loss should be less than 10 dB achieved a bandwidth of 20%. This value lies - with good efficiency and more compact Dimension - above the corresponding requirements of the GSM standard. Outstanding is the low detunability of the antenna by the hand or the head of the Phone user. As an antenna in the medium of air, it has exceptional efficiency of over 90% and largely independent of the radiated power (up to 2 watts for GSM). Nevertheless, the geometric dimensions are small and optimally adapted for integration into a handheld device. The radiation diagram points a predominantly omnidirectional characteristic. The following are some simple ones and inexpensive antenna designs are described.
Fig. 2 zeigt einen dielektrischen Körper 6 mit zwei rechtwinklig zueinander stehenden
Teilen 6.1, 6.2. An der Aussenseite dieses L-förmigen Körpers 6 ist eine ganzflächige
Metallbeschichtung 7.1, 7.2 angebracht, welche dem Resonatorelement 5 in Fig. 1a
entspricht. Auf einer der Metallbeschichtung 7.1 gegenüberliegenden Seite des Teils
6.2 ist eine schmale streifenförmige Metallbeschichtung 7.3 angebracht, welche der
Speisung (Mikrostreifenleiter 3.1/ Lasche 3.2) in Fig. 1a, 1b entspricht. An der L-förmigen
Seitenfläche ist im Bereich des Teils 6.2 eine Metallbeschichtung 7.4 als Kurzschlusselement
angebracht (vgl. Kurzschlusselement 4 in Fig. 1 a).Fig. 2 shows a
Die in Fig. 2 gezeigte Resonatorkonstruktion kann an die Aussenseite eines geeignet
dimensionierten Abschirmgehäuses aufgesetzt werden. Die Abmessungen sind dabei
so, dass im Endeffekt ein zu Fig. 1a vergleichbarer Aufbau entsteht (Metallbeschichtung
7.3 fluchtend mit einer Hauptfläche des Abschirmgehäuses und Metallbeschichtung
7.4 fluchtend mit einer Seitenfläche desselben). Der Körper 6 bildet dabei ein
dielektrisches Medium (εr > 1) und kann zu einer Reduktion der Antennenabmessungen
führen. Die in Fig. 2 gezeigte Resonatorkonstruktion ist mechanisch stabil und
kann auch ohne besonderen Montageaufwand die Abstände zwischen Resonatorelement
und Abschirmgehäuse definiert festlegen.The resonator construction shown in FIG. 2 can be placed on the outside of a suitably dimensioned shielding housing. The dimensions are such that the end result is a structure comparable to that of FIG. 1a (metal coating 7.3 aligned with a main surface of the shielding housing and metal coating 7.4 aligned with a side surface of the same). The
Bei gleicher Resonanzfrequenz kann die Antenne kleiner gebaut werden. Allerdings nimmt mit zunehmender Dielektrizitätskonstante εr die Bandbreite ab. Umgekehrt gesehen, kann die Bandbreite und die Grösse der Antenne durch die geeignete Wahl der Materialeigenschaften des Substrats angepasst werden. With the same resonance frequency, the antenna can be made smaller. However, the bandwidth decreases with increasing dielectric constant ε r . Conversely, the bandwidth and the size of the antenna can be adjusted by the appropriate choice of the material properties of the substrate.
Fig. 3 zeigt, wie das Resonatorelement aus einem Stück Blech 8, welches zwei Laschen
12, 13 für die Speisung bzw. den Kurzschluss hat, hergestellt werden kann. Das
im wesentlichen rechteckige Blech 8 hat an geeigneter Stelle eine Biegelinie 9, so
dass das Blech 8 L-förmig abgebogen werden kann. Auch die Laschen 12, 13 verfügen
über Biegelinien 10, 11 zum rechtwinkligen Abbiegen. Das derart zurechtgeformte
Blech wird über die Laschen 12 und 13 mit den entsprechenden Kontakten am Abschirmgehäuse
verlötet. Auf das Löten kann z. B. verzichtet werden, wenn das gebogene
Blech beim Zusammensetzen des Mobilfunkgerätes zwischen dem Kunststoffgehäuse
und dem darin angeordneten Abschirmgehäuse eingeklemmt wird. Kurzschlusselement
und Speisung werden dann an die entsprechenden Kontakte am Abschirmgehäuse
gepresst.Fig. 3 shows how the resonator element from a piece of
Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform stellt eine konstruktiv einfache Variante ohne
Abschirmgehäuse dar. Ausgangspunkt ist eine Leiterplatte 14 mit einer Metallisierung
15 auf der Rückseite und einer Bestückung mit diversen elektronischen Bauteilen 16
auf der Vorderseite. (Im vorliegenden Beispiel wird der Einfachheit halber nicht auf die
meist üblichen doppelseitigen und mehrschichtigen Leiterplattenaufbauten eingegangen.
Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung ohne weiteres auf derart verdichtete
elektronische Schaltungen angewendet werden kann.) An einer stirnseitigen Kante
19 (welche in der gewählten Darstellung senkrecht zur Zeichenebene verläuft) ist über
eine Kurzschlusslasche 18 eine erfindungsgemässe Resonatorplatte 17 angeschlossen.
Die Speisung verläuft in der gleichen Ebene wie die Kurzschlusslasche 18 (und ist
deshalb in der Darstellung gemäss Fig. 4 nicht sichtbar). Der kurze Schenkel 17.1
endet also in einem bestimmten Abstand "jenseits" der Kante 19. Der lange zweite
Schenkel 17.2 verläuft in einem möglichst geringen Abstand über der (dielektrischen)
Leiterplatte 14. Die Ansteuerung der Antenne erfolgt durch die auf der Leiterplatte 14
implementierte Schaltung.The embodiment shown in Fig. 4 represents a structurally simple variant without
Shield housing. The starting point is a
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform kann zusätzlich durch ein Abschirmgehäuse der elektronischen Schaltung erweitert werden. Vorzugsweise werden dann Resonatorelement und Abschirmgehäuse aus einem metallisierten Stück Kunststoff hergestellt, wobei die elektrisch leitenden Teile durch die partielle Metallisierung gebildet werden. Durch Zusammenlegen dieses Kunststoffteils mit der Leiterplatte wird in einem Vorgang a) die Antenne montiert, b) ein Kontakt erstellt und c) die elektronische Schaltung abgeschirmt.The embodiment shown in Fig. 4 can additionally by a shield housing the electronic circuit can be expanded. Then preferably resonator element and shield housing made of a metallized piece of plastic, the electrically conductive parts being formed by the partial metallization will. By folding this plastic part with the circuit board in one Process a) assembles the antenna, b) creates a contact and c) the electronic Shielded circuit.
Dies soll im folgenden anhand der Figuren 5a bis 5c erläutert werden. Fig. 5a zeigt
eine Leiterplatte 20 in der Draufsicht. Der rechteckige Bereich 21, in welchem die
Bauteile 23 der elektronischen Schaltung angeordnet sind, ist durch einen umlaufenden
Kontaktstreifen 22 gegen den Rand der Leiterplatte 20 abgegrenzt. An einer Stelle
ist der Kontaktstreifen 22 unterbrochen, damit der Mikrostreifenleiter 24 aus dem Bereich
21 herausgeführt werden kann. Der Kontaktstreifen 22 ist mit der elektrischen
Masse der Leiterplatte verbunden (welche sich z. B. auf der Rückseite des isolierenden
Trägers befindet). In den Ecken des (in der Art eines rechteckigen Rahmens ausgebildeten)
Kontaktstreifens sind z. B. Bohrungen 25.1 bis 25.4 vorgesehen.This will be explained below with reference to FIGS. 5a to 5c. 5a shows
a
Fig. 5b zeigt einen deckelartigen zweiten Teil, der die Abschirmung 26 und das Resonatorelement
27 umfasst. Dieser zweite Teil ist z. B. durch einen selektiv metallisierten
Kunststoff-Formteil gebildet. Die Abschirmung 26 weist vier Schmalseiten 26.1 bis 26.4
und eine Hauptfläche 26.5 auf. Die Hauptfläche 26.5 ist etwa gleich gross wie der Bereich
21. Die Kanten der Schmalseiten 26.1 bis 26.4 kommen auf den Kontaktstreifen
22 zu liegen, wenn der Kunststoff-Formteil gemäss Fig. 5b auf die Leiterplatte 20 gemäss
Fig. 5a gelegt wird. Es wird also ein geschlossenes, boxförmiges Volumen gebildet,
in welchem die Bauteile 23 untergebracht werden können.Fig. 5b shows a lid-like second part, the
Das Resonatorelement 27 wird durch das Kurzschlusselement 28, welches auf einer
Verlängerung der Schmalseite 26.3 liegt, und wahlweise durch ein zusätzliches Trägerelement
30, welches spiegelsymmetrisch zum Kurzschlusselement 28 in einer
Verlängerung der Schmalseite 26.1 gebildet ist, getragen. Zur weiteren Stabilisierung
des Resonatorelements 27 kann an dessen Ende 31 ein Stützelement vorgesehen
sein, welches durch die Hauptfläche 26.5 getragen wird. The
Am Resonatorelement 27 ist an der gewünschten Stelle ein Kontaktelement 29 ausgebildet.
Es kann sich z. B. um eine kleine Feder handeln. Beim Befestigen des in Fig. 5b
gezeigten Kunststoff-Formteils auf der in Fig. 5a gezeigten Seite der Leiterplatte 20
setzt sich das Kontaktelement 29 auf den Kontaktpunkt 24.1 am äusseren Ende des
Mikrostreifenleiters 24. Eine Ausnehmung 33 in der Schmalseite 26.4 bildet eine Öffnung
für den Mikrostreifenleiter in der Abschirmung. In den Ecken des kastenförmigen
Deckels (d. h. innenseitig der Kanten zwischen den Schmalseiten 26.1 bis 26.4) sind
beispielsweise Pfosten 32.1 bis 32.4 vorgesehen, welche mit den Bohrungen 25.1 bis
25.4 korrelieren und ein Verschrauben der beiden Teile ermöglichen, so dass der in
Fig. 5c gezeigte Aufbau entsteht.A
Falls die Leiterplatte auf beiden Seiten mit Bauelementen bestückt ist, ist natürlich auch die "Rückseite" mit einem Deckel abzuschirmen. Die für die Antenne wirksame Metallfläche ist dann dieser zweite Deckel (und nicht die Masse der Leiterplatte). Der genannte zweite Deckel ist im Fig. 5c durch eine gestrichelte Linie angedeutet.If the circuit board is equipped with components on both sides, it is natural shield the "back" with a lid. The effective one for the antenna The metal surface is then this second cover (and not the mass of the circuit board). Of the said second cover is indicated in Fig. 5c by a dashed line.
Die oben beschriebenen Antennenkonstruktionen können in verschiedener Hinsicht variiert werden. So kann z. B. die Form des Resonatorelements abgerundet statt rechteckig sein oder verschiedene kleine Einbuchtungen und Laschen haben, um überstehende Bauteile zu umfassen bzw. einzuhüllen. Es können auch Löcher im Resonatorelement vorgesehen sein, um beispielsweise grösseren Schaltungselementen Platz zu machen. Es ist im übrigen ohne weiteres denkbar, dass eine grössere Anzahl von Löchern vorhanden ist. Der Durchmesser eines Loches ist in der Regel nicht grösser als der weiter oben erwähnte Abstand A1 bzw. A2. Dadurch kann eine Art Gitterstruktur entstehen. Weiter können Einschnitte an Stellen, die keine hohen Stromflüsse zeigen, vorgesehen sein. Der Winkel zwischen dem kleineren und dem grösseren Teil des L-förmigen Resonatorelements kann von 90° abweichen und mit Vorteil gerundet ausgeführt werden. Zur Feinabstimmung können am Resonatorelement Fortsätze angeformt sein, deren Länge die Resonanzfrequenz beeinflussen. The antenna designs described above can be used in various ways can be varied. So z. B. rounded the shape of the resonator element instead be rectangular or have various small indentations and tabs to to enclose or envelop protruding components. There may also be holes in the resonator element be provided, for example, larger circuit elements To make room. It is also easily conceivable that a larger number of holes is present. The diameter of a hole is usually not greater than the distance A1 or A2 mentioned above. This allows a kind Grid structure arise. Further cuts can be made in places that do not have high current flows show be provided. The angle between the smaller and the larger Part of the L-shaped resonator element can deviate from 90 ° and advantageously be rounded. For fine tuning, you can use the resonator element Extensions are formed, the length of which influence the resonance frequency.
Auch in der Positionierung des Kurzschlusselementes gibt es gewisse Freiheiten. Es kann gleich breit, breiter oder schmaler als die Seitenfläche sein. Es braucht sogar nicht einmal unbedingt in der Ebene der Seitenfläche zu liegen. Es kann z. B. an den Rand einer der beiden Hauptflächen verlegt werden.There are also certain freedoms in the positioning of the short-circuit element. It can be the same width, wider or narrower than the side surface. It even takes not even necessarily lying in the plane of the side surface. It can e.g. B. to the Edge of one of the two main surfaces.
Wird z. B. das Resonatorelement durch eine Kupferschicht auf einer flexiblen Folie gebildet (flexible Leiterplatte), dann entsteht eine abgerundete Abwinklung. Die Folie wird dabei ins Kunststoffgehäuse eingelegt und von diesem in der richtigen Form gehalten. Die Kontakte können wiederum durch Löten oder Pressen gewährleistet werden. (Die Kupferschicht kann in an sich bekannter Weise mit einem fotochemischen Verfahren auf die Folie aufgedruckt werden.)Is z. B. the resonator element through a copper layer on a flexible film formed (flexible circuit board), then a rounded bend is created. The foil is inserted into the plastic housing and in the correct shape held. The contacts can in turn be ensured by soldering or pressing will. (The copper layer can be coated in a manner known per se with a photochemical Procedures can be printed on the film.)
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die erfindungsgemässe Antenne eine verhältnismässig hohe Bandbreite von etwa 20% hat bei vergleichsweise geringer Bauhöhe von wenigen Millimetern. Die Antenne ist wenig empfindlich auf in der Nähe befindliche Körperteile (wie z. B. Hand oder Kopf der Telefonbenutzers). Sie erfüllt die Anforderungen des GSM-Standards und erlaubt eine vollständige Integration im Kunststoffgehäuse.In summary, it should be noted that the antenna according to the invention is proportional has a high bandwidth of around 20% with a comparatively low overall height of a few millimeters. The antenna is not very sensitive to nearby ones Body parts (such as the hand or head of the phone user). It fulfills that Requirements of the GSM standard and allows full integration in the Plastic housing.
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