EP0985245A1 - Funkgerät mit integrierter antenne - Google Patents

Funkgerät mit integrierter antenne

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Publication number
EP0985245A1
EP0985245A1 EP98933454A EP98933454A EP0985245A1 EP 0985245 A1 EP0985245 A1 EP 0985245A1 EP 98933454 A EP98933454 A EP 98933454A EP 98933454 A EP98933454 A EP 98933454A EP 0985245 A1 EP0985245 A1 EP 0985245A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radio
resonator element
antenna
antenna resonator
reference potential
Prior art date
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Ceased
Application number
EP98933454A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg GRUNEWALD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0985245A1 publication Critical patent/EP0985245A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/3827—Portable transceivers
    • H04B1/3833—Hand-held transceivers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/10—Resonant antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point
    • H01Q5/364—Creating multiple current paths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0428—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
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    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H01Q9/0457—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line

Definitions

  • the invention is based on a radio according to the preamble of the main claim.
  • a transmitting and / or receiving handset is already known from WO 95/24746, which has an extended housing, an electrical circuit inside the housing, a hearing device on one side and at one end of the housing, and an electrical ground plane on the other side of the housing opposite the hearing device, an antenna resonator element which is arranged approximately parallel to the ground plane and has a first free and a second end which is electrically connected to the ground plane by a ground connector and comprises means for connecting the ground plane and the resonator element to the electrical circuit. The free end of the resonator element points towards the end of the housing.
  • the antenna resonator element is electrically conductively connected to the ground surface at one end, the strength of the electric field is less at this end than at the free end of the resonator element.
  • the resonator element can only resonate in one direction due to the electrically conductive connection to the ground surface.
  • the radio device according to the invention with the features of the main claim has the advantage that the antenna resonator element is better utilized by being able to be excited in two mutually perpendicular axes, that is to say having two resonators. In this way, the radio can be used in two frequency ranges with good adaptation instead of only one frequency range. This is particularly advantageous if there is a separate transmission and reception band, such as according to the GSM standard (Global System for Mobile Communications).
  • GSM Global System for Mobile Communications
  • Another advantage is that the two resonators of the antenna resonator element can also be fed 90 ° out of phase. This then leads to a circular polarization of the signals emitted by the antenna resonator element. Circular polarization has the advantage that the field strength does not decrease when the antenna is tilted, as is the case with linear polarization.
  • Another advantage is that the electric field strength at opposite ends of each resonator of the antenna resonator element is approximately the same size, so that the shading of one end of the
  • a further advantage when the transmission power is distributed over two resonators is that significantly less detuning of the antenna is caused by external influences.
  • the antenna resonator element comprises contacts which are electrically conductively connected to contact areas on a first side of a circuit board and that the electrical reference potential area is arranged on a second side of the circuit board opposite the first side, so that between the contact areas and the Reference potential surface each has a capacitive coupling.
  • This provides a particularly simple and low-cost possibility of closing the two electrical resonance circuits, so that two mutually perpendicular dipoles are realized.
  • Conventional manufacturing processes can be used in which the circuit board is etched, the antenna resonator element is punched and the circuit board is equipped with the antenna resonator element and soldered.
  • Another advantage is that the contacts are bent away from the antenna resonator element.
  • the use of air as a dielectric reduces the influence of manufacturing tolerances on the dielectric constant.
  • the influence of such manufacturing tolerances on the resonance frequency in the frequency range of interest is considerably reduced as a result, so that an adjustment of the resonance frequency is not necessary.
  • air there are also lower signal losses. By using air as Dielectric thus gives the antenna a significantly higher efficiency.
  • Another advantage is that two contact surfaces are electrically conductively connected via a coupling line.
  • the coupling line couples the two resonators together.
  • the coupling of the two resonators is necessary in order to achieve adaptation at the feed point of the antenna over the largest possible frequency range.
  • an electrically conductive shield is provided which is electrically conductively connected to the reference potential surface and that a hearing device of the radio is arranged on a side of the shield which faces away from the antenna resonator element.
  • Antenna resonator element is arranged in an end region of the radio. In this way, the antenna resonator element is located in an area of the radio which is not held by the hand of the user, so that the radiation into the hand of the user is reduced.
  • the antenna resonator element forms a square metallic surface. In this way, the manufacturing costs are further reduced, since the antenna resonator element can be stamped out of a metal sheet in a simple manner.
  • a housing of the radio in the area of the antenna resonator element is formed from electrically insulating material. To this This prevents signals to be emitted or received by the antenna from being shielded by the housing.
  • FIG. 1 shows a front and a back of a circuit board
  • Figure 2 shows a front and a
  • FIG. 3 shows an antenna resonator element attached to the circuit board in a top view and in a side view
  • FIG. 4 shows a radio device according to the invention in a side view.
  • a first side 30 of a printed circuit board 1 is shown in FIG.
  • the circuit board 1 is approximately square.
  • the first side 30 points in the four
  • Corners of the circuit board 1 each have a square contact surface 25, ..., 28.
  • the four contact surfaces 25, ..., 28 each have approximately the same area.
  • the first side 30 thus has a first contact area 25 in the upper left corner, a second contact area 26 in the upper right corner, a third contact area 27 in the lower left corner and a fourth contact area 28 in the lower right corner.
  • the four contact surfaces 25, ..., 28 are each applied to the printed circuit board 1 as a metal layer.
  • the first contact surface 25 is electrically conductively connected to the third contact surface 27 via a coupling line 3.
  • FIG. 1b shows a second side 35 of the printed circuit board 1 opposite the first side 30.
  • the second side 35 of the circuit board 1 is almost completely metallized. This metallization forms a reference potential surface 4.
  • a feed point 5 is also provided as a likewise approximately square metallic surface, which is electrically insulated from the surrounding reference potential surface 4. The feed point 5 lies directly opposite the second contact surface 26 and is therefore capacitively coupled to the second contact surface 26.
  • FIG. 2a A top view of an antenna resonator element 6 is shown in FIG. 2a).
  • the antenna resonator element 6 consists of an approximately square piece of sheet metal and therefore has a double-symmetrical geometry with two mutually perpendicular axes of symmetry 15, 20.
  • a first axis of symmetry 15 runs horizontally through the antenna resonator element 6 and divides it into two mutually mirror-image rectangles.
  • a second axis of symmetry 20 runs vertically through the antenna resonator element 6 and also divides it into two rectangles that are mirror images of one another.
  • the antenna resonator element 6 has a contact 7, so that in each corner of the antenna resonator element 6 two mutually perpendicular contacts 7 and thus a total of eight contacts 7 are provided.
  • the contacts 7 are all bent away from the antenna resonator element 6 in the same direction, as can be seen in the side view of the antenna resonator element 6 according to FIG. 2b).
  • FIG. 3a the attachment of the antenna resonator element 6 on the first side 30 of the printed circuit board 1 is shown in a top view.
  • the contacts 7 located in a corner of the antenna resonator element 6 contact one of the contact surfaces 25,... 28 of a coordinate system, the directions of the axes of symmetry 15, 20 are indicated in FIG. 3a).
  • the first axis 15 runs in the x direction and the second axis 20 in the y direction.
  • the z-axis is perpendicular to the plane of the antenna resonator element 6 and points away from it in the direction facing away from the printed circuit board 1, as can also be seen from the associated side view according to FIG. 3b).
  • the contacts 7 are electrically conductively connected to the contact surfaces 25,... 28 by means of soldered connections.
  • the circuit board 1 and the antenna resonator element 6 form an antenna. Due to its double symmetry, the antenna resonator element 6 is capable of resonance in the x and y directions and enables the formation of two electrical resonance circuits.
  • the contact surfaces 25,..., 28 form capacitors against the reference potential surface 4 and thus close the two electrical resonance circuits. The result is two dipoles that are perpendicular to each other.
  • the coupling line 3 on the circuit board 1 couples the two electrical resonance circuits to one another. The coupling of the two electrical resonance circuits is necessary in order to match the antennas at the feed point 5 over the largest possible frequency range.
  • a two-circuit coupling filter is obtained by coupling the two electrical resonance circuits. This gives the antenna the cheapest
  • the two frequency ranges can each be placed on a transmit and a receive band with good adaptation at the feed point 5.
  • the antenna can thus be used for both transmit and receive operations.
  • the transmission and reception bands are separated according to the GSM standard (Global System for Mobile Communications), and there is one between the two frequency bands unused frequency range. This is also the case with other radio systems.
  • the feed point 5 is connected to an electronic circuit which feeds the antenna in transmission mode via the capacitive coupling with the second contact surface 26 with transmission signals to be emitted and in reception mode via the capacitive coupling between the second contact surface 26 and the feed point 5 signals received.
  • Circular polarization has the advantage that the field strength does not decrease when the antenna is tilted, as is the case with linear polarization.
  • a suitable dimensioning of the coupling line 3 is again the
  • 10 denotes a radio in which an electrically conductive shield 8 is integrated.
  • a housing 9 of the radio is made of electrically insulating material.
  • the radio device 10 has an end region 50 in an upper part, into which the antenna formed from the printed circuit board 1 and the antenna resonator element 6 is integrated.
  • the reference potential area 4 is connected to the shield 8 in an electrically conductive manner.
  • On a side 45 of the shield 8 facing away from the antenna a hearing device 40 and a microphone 55 are arranged on the housing 9 of the radio 10. The arrangement according to FIG.
  • the z direction being perpendicular to the antenna resonator element 6 and thus to the printed circuit board 1 or to the shield 8 and from the shield 8 in the hearing device 40 according to FIG. 4 points away in the opposite direction. Since the main beam direction thus points away from the user's head, the radiation into the user's head is reduced.
  • the fact that the antenna is integrated in the end region 50 of the radio 10 ensures that the hand of the user is not above the surface of the antenna resonator element 6, so that the radiation into the hand of the user is also reduced.
  • the housing 9 of the radio 10 must not be electrically conductive, particularly in the area of the antenna resonator element 6, in order not to prevent the transmission of transmission signals or the reception of radio signals by shielding.
  • the antenna resonator element 6 arranged approximately parallel to the reference potential surface 4 is in capacitive coupling with the latter.
  • Antenna resonator element 6 from the reference potential surface 4 results in approximately the same electric field strength on opposite sides of the square antenna resonator element 6 in the transmission mode, so that in the event that shading by total reflection occurs on one side, for example by covering with one hand, the other side always sufficient radiation power is still available so that a resulting failure of the antenna can be almost excluded.
  • the shield 8 can be designed as a shield housing and include the electronic components belonging to the electronic circuit, so that none
  • the handling of the radio 10 is considerably improved since there is no longer any need for an external antenna which could get caught on clothes which could easily be damaged and which could lead to injuries .
  • the arrangement described also avoids the omnidirectional characteristic which is usually present in external antennas and leads to the irradiation of the user's head.
  • the antenna integrated into the housing 9 of the radio 10 according to the invention can radiate away from the user's head and thus significantly reduce the radiation into the user's body.
  • a shape other than a square shape is also possible for the antenna and especially the antenna resonator element 6, if it has a double-symmetrical geometry with two mutually perpendicular axes of symmetry.
  • another dielectric can be chosen between the antenna resonator element 6 and the reference potential area 4, in which case the disadvantages described which arise in the case of inhomogeneity of the dielectric may have to be accepted and a special adjustment of the resonance frequency may be necessary.

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Funkgerät (10) vorgeschlagen, das eine geringere Einstrahlung in den Körper und einen hohen Wirkungsgrad ermöglicht. Das Funkgerät (10) umfaßt eine elektrische Bezugspotentialfläche (4) und ein Antennenresonatorelement (6), das etwa parallel zur elektrischen Bezugspotentialfläche (4) angeordnet ist und mit dieser in kapazitiver Kopplung steht. Das Antennenresonatorelement (6) ist galvanisch von der Bezugspotentialfläche (4) getrennt und weist eine doppelsymmetrische Geometrie auf, so daß es in Richtung zweier aufeinander senkrecht stehender Symmetrieachsen (15, 20) resonanzfähig ist.

Description

FUNKGERÄT MIT INTEGRIERTER ANTENNE
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Funkgerät nach der Gattung des Hauptanspruchs aus .
Aus der WO 95/24746 ist bereits ein Sende- und/oder Empfangshandapparat bekannt, der ein verlängertes Gehäuse, einen elektrischen Schaltkreis innerhalb des Gehäuses, eine Hörvorrichtung an einer Seite und an einem Ende des Gehäuses, eine elektrische Massefläche auf der anderen Seite des Gehäuses gegenüber der Hörvorrichtung, ein Antennenresonatorelement, das näherungsweise der Massefläche parallel angeordnet ist und ein erstes freies und ein zweites Ende aufweist, das elektrisch durch einen Masseverbinder mit der Massefläche verbunden ist und Mittel zur Verbindung der Massefläche und des Resonatorelementes mit dem elektrischen Schaltkreis umfaßt. Das freie Ende des Resonatorelementes weist in Richtung zum Ende des Gehäuses.
Da das Antennenresonatorelement an einem Ende elektrisch leitend mit der Massefläche verbunden ist, ist an diesem Ende die Stärke des elektrischen Feldes geringer als am freien Ende des Resonatorelementes. Außerdem ist das Resonatorelement durch die elektrisch leitfähige Verbindung mit der Massefläche nur in einer Richtung resonanzfähig.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Funkgerät mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Antennenresonatorelement besser ausgenutzt wird, indem es in zwei aufeinander senkrecht stehenden Achsen angeregt werden kann, also zwei Resonatoren aufweist. Auf diese Weise kann das Funkgerät in zwei Frequenzbereichen mit guter Anpassung statt in nur einem Frequenzbereich eingesetzt werden. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn es ein getrenntes Sende- und Empfangsband gibt, wie beispielsweise nach dem GSM-Standard (Global System for Mobile Communications) .
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die beiden Resonatoren des Antennenresonatorelementes auch 90° phasenverschoben gespeist werden können. Dies führt dann zu einer zirkulären Polarisation der vom Antennenresonatorelement abgestrahlten Signale. Die zirkuläre Polarisation hat den Vorteil, daß sich beim Kippen der Antenne die Feldstärke nicht verringert, wie es bei der linearen Polarisation der Fall ist.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die elektrische Feldstärke an einander gegenüberliegenden Enden eines jeden Resonators des Antennenresonatorelementes ungefähr gleich groß ist, so daß die Abschattung des einen Endes des
Resonators durch Abdeckung beispielsweise mit der Hand nicht gleich zum Ausfall der Antenne aufgrund von Totalreflexion führt, da an dem gegenüberliegenden Ende des Resonators noch eine genügend hohe elektrische Feldstärke für die Abstrahlung des Sendesignals zur Verfügung steht.
Ein weiterer Vorteil bei Verteilung der Sendeleistung auf zwei Resonatoren besteht darin, daß durch Außeneinflüsse deutlich geringere Verstimmungen der Antenne verursacht werden. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Funkgerätes möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, daß das Antennenresonatorelement Kontakte umfaßt, die mit Kontaktflächen auf einer ersten Seite einer Leiterplatte elektrisch leitend verbunden sind und daß auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte die elektrische Bezugspotentialfläche angeordnet ist, so daß zwischen den Kontaktflächen und der Bezugspotentialfläche jeweils eine kapazitive Kopplung besteht. Somit ist eine besonders einfache und geringe Herstellungskosten erfordernde Möglichkeit gegeben, die beiden elektrischen Resonanzkreise zu schließen, so daß zwei aufeinander senkrecht stehende Dipole realisiert werden. Dabei können übliche Fertigungsverfahren genutzt werden, bei denen die Leiterplatte geätzt, das Antennenresonatorelement gestanzt und die Leiterplatte mit dem Antennenresonatorelement bestückt und verlötet wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Kontakte vom Antennenresonatorelement weggebogen sind. Auf diese Weise befindet sich zwischen dem Antennenresonatorelement und der Bezugspotentialfläche ein Dielektrikum aus Leiterplattenmaterial und Luft. Durch die Verwendung von Luft als Dielektrikum wird der Einfluß von Fertigungstoleranzen auf die Dielektrizitätskonstante reduziert. Der Einfluß solcher Fertigungstoleranzen auf die Resonanzfrequenz im interessierenden Frequenzbereich wird dadurch erheblich verringert, ein Abgleich der Resonanzfrequenz ist somit nicht erforderlich. Bei der Verwendung von Luft als Dielektrikum ergeben sich außerdem geringere Signalverluste. Durch die Verwendung von Luft als Dielektrikum erhält man somit einen deutlich höheren Wirkungsgrad der Antenne .
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß zwei Kontaktflächen über eine Koppelleitung elektrisch leitend verbunden sind. Die Koppelleitung verkoppelt die beiden Resonatoren miteinander. Die Verkoppelung der beiden Resonatoren ist notwendig, um über einen möglichst großen Frequenzbereich Anpassung am Speisepunkt der Antenne zu erreichen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine elektrisch leitfähige Abschirmung vorgesehen ist, die mit der Bezugspotentialfläche elektrisch leitend verbunden ist und daß eine Hörvorrichtung des Funkgerätes auf einer dem Antennenresonatorelement abgewandten Seite der Abschirmung angeordnet ist. Dadurch weist die Hauptstrahlrichtung der Antenne vom Kopf des Benutzers weg, so daß die Einstrahlung in den Kopf des Benutzers verringert wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das
Antennenresonatorelement in einem Endbereich des Funkgerätes angeordnet ist. Auf diese Weise befindet sich das Antennenresonatorelement in einem Bereich des Funkgerätes, der nicht von der Hand des Benutzers gehalten wird, so daß die Einstrahlung in die Hand des Benutzers verringert wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Antennenresonatorelement eine quadratische metallische Fläche bildet. Auf diese Weise werden die Herstellkosten weiter reduziert, da das Antennenresonatorelement auf einfache Weise aus einem Metallblech gestanzt werden kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein Gehäuse des Funkgerätes im Bereich des Antennenresonatorelementes aus elektrisch isolierendem Material gebildet ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß von der Antenne abzustrahlende bzw. zu empfangende Signale durch das Gehäuse abgeschirmt werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Vorder- und eine Rückseite einer Leiterplatte, Figur 2 eine Vorder- und eine
Seitenansicht eines Antennenresonatorelementes, Figur 3 ein auf die Leiterplatte angebrachtes Antennenresonatorelement in einer Aufsicht und in einer Seitenansicht und Figur 4 ein erfindungsgemäßes Funkgerät in einer Seitenansicht.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur la) ist eine erste Seite 30 einer Leiterplatte 1 dargestellt. Die Leiterplatte 1 ist etwa quadratisch ausgebildet. Dabei weist die erste Seite 30 in den vier
Ecken der Leiterplatte 1 jeweils eine ebenfalls quadratische Kontaktfläche 25,..., 28 auf. Die vier Kontaktflächen 25,..., 28 haben dabei ungefähr jeweils die gleiche Fläche. Die erste Seite 30 weist somit in der linken oberen Ecke eine erste Kontaktfläche 25, in der rechten oberen Ecke eine zweite Kontaktfläche 26, in der linken unteren Ecke eine dritte Kontaktfläche 27 und in der rechten unteren Ecke eine vierte Kontaktfläche 28 auf. Die vier Kontaktflächen 25,..., 28 sind jeweils als Metallschicht auf die Leiterplatte 1 aufgebracht. Die erste Kontaktfläche 25 ist mit der dritten Kontaktfläche 27 über eine Koppelleitung 3 elektrisch leitend verbunden.
In Figur lb) ist eine zweite, der ersten Seite 30 gegenüberliegende Seite 35 der Leiterplatte 1 dargestellt. Die zweite Seite 35 der Leiterplatte 1 ist fast vollständig metallisiert. Diese Metallisierung bildet eine Bezugspotentialfläche 4. Auf der zweiten Seite 35 der Leiterplatte 1 ist außerdem ein Speisepunkt 5 als ebenfalls etwa quadratische metallische Fläche vorgesehen, die von der umgebenden Bezugspotentialfläche 4 elektrisch isoliert ist. Der Speisepunkt 5 liegt der zweiten Kontaktfläche 26 direkt gegenüber und ist deshalb mit der zweiten Kontaktfläche 26 kapazitiv verkoppelt.
In Figur 2a) ist ein Antennenresonatorelement 6 in einer Aufsicht dargestellt. Das Antennenresonatorelement 6 besteht dabei aus einem etwa quadratischen Stück Metallblech und weist daher eine doppelsymmetrische Geometrie mit zwei aufeinander senkrecht stehenden Symmetrieachsen 15, 20 auf. Eine erste Symmetrieachse 15 verläuft dabei horizontal durch das Antennenresonatorelement 6 und teilt dieses in zwei zueinander spiegelbildliche Rechtecke auf. Eine zweite Symmetrieachse 20 verläuft vertikal durch das Antennenresonatorelement 6 und teilt dieses ebenfalls in zwei zueinander spiegelbildliche Rechtecke auf. An jedem Kantenende weist das Antennenresonatorelement 6 einen Kontakt 7 auf, so daß in jeder Ecke des Antennenresonatorelementes 6 zwei zueinander senkrecht liegende Kontakte 7 und somit insgesamt acht Kontakte 7 vorgesehen sind. Die Kontakte 7 sind dabei alle in gleicher Richtung vom Antennenresonatorelement 6 weggebogen, wie in der Seitenansicht des Antennenresonatorelementes 6 gemäß Figur 2b) zu erkennen ist.
In Figur 3a) ist in einer Aufsicht die Befestigung des Antennenresonatorelementes 6 auf der ersten Seite 30 der Leiterplatte 1 dargestellt. Dabei kontaktieren die jeweils in einer Ecke des Antennenresonatorelementes 6 befindlichen Kontakte 7 mit einer der Kontaktflächen 25,..., 28. Mittels eines Koordinatensystems sind in Figur 3a) die Richtungen der Symmetrieachsen 15, 20 angedeutet. So verläuft die erste Achse 15 in x-Richtung und die zweite Achse 20 in y-Richtung. Die z-Achse steht dabei senkrecht auf der Ebene des Antennenresonatorelementes 6 und weist von diesem in der Leiterplatte 1 abgewandter Richtung weg, wie auch der zugehörigen Seitenansicht gemäß Figur 3b) entnommen werden kann. Die Kontakte 7 sind mit den Kontaktflächen 25, ..., 28 mittels Lötverbindungen elektrisch leitend verbunden.
Die Leiterplatte 1 und das Antennenresonatorelement 6 bilden eine Antenne. Das Antennenresonatorelement 6 ist durch seine Doppelsymmetrie in x- und in y-Richtung resonanzfähig und ermöglicht die Bildung zweier elektrischer Resonanzkreise. Die Kontaktflächen 25,..., 28 bilden Kapazitäten gegen die Bezugspotentialfläche 4 und schließen damit die beiden elektrischen Resonanzkreise. Das Ergebnis sind zwei Dipole, die senkrecht aufeinander stehen. Die Koppelleitung 3 auf der Leiterplatte 1 verkoppelt die beiden elektrischen Resonanzkreise miteinander. Die Verkopplung der beiden elektrischen Resonanzkreise ist notwendig, um über einen möglichst großen Frequenzbereich eine Anpassung der Antennen am Speisepunkt 5 zu erreichen. Durch Verkopplung der beiden elektrischen Resonanzkreise erhält man ein zweikreisiges Koppelfilter. Die Antenne erhält hierdurch die günstige
Eigenschaft, in zwei Frequenzbereichen eine gute Anpassung am Speisepunkt 5 zu haben. Durch geeignete Dimensionierung der Koppelleitung 3, der Kontaktflächen 25,..., 28 und des Speisepunktes 5 können die beiden Frequenzbereiche mit guter Anpassung am Speisepunkt 5 jeweils auf ein Sende- und ein Empfangsband gelegt werden. Die Antenne kann somit sowohl für Sende- als auch für Empfangsbetrieb verwendet werden. Sende- und Empfangsband sind beispielsweise nach dem GSM-Standard (Global System for Mobile Communications) getrennt, und zwischen beiden Frequenzbändern gibt es einen nicht genutzten Frequenzbereich. Dies ist auch bei anderen Funksystemen der Fall.
Der Speisepunkt 5 ist mit einer elektronischen Schaltung verbunden, die die Antenne im Sendebetrieb über die kapazitive Kopplung mit der zweiten Kontaktfläche 26 mit abzustrahlenden Sendesignalen speist und im Ξmpfangsbetrieb über die kapazitive Kopplung zwischen der zweiten Kontaktfläche 26 und dem Speisepunkt 5 empfangene Signale weiterverarbeitet.
Als Variante besteht auch die Möglichkeit, die beiden elektrischen Resonanzkreise um 90° phasenverschoben über den Speisepunkt 5 mit abzustrahlenden Signalen zu speisen. Dies führt dann zu einer zirkulären Polarisation der Antenne. Die zirkuläre Polarisation hat den Vorteil, daß sich beim Kippen der Antenne die Feldstärke nicht verringert, wie es bei der linearen Polarisation der Fall ist. Für die Abstrahlung zirkularpolarisierter Signale von der Antenne ist wiederum eine geeignete Dimensionierung der Koppelleitung 3, der
Kontaktflächen 25,..., 28 und des Speisepunktes 5 notwendig. Dabei wird die Breite des Frequenzbereichs bei dennoch guter Anpassung am Speisepunkt 5 reduziert. Außerdem lassen sich keine zwei voneinander getrennten Frequenzbereiche realisieren.
Gemäß Figur 4 kennzeichnet 10 ein Funkgerät, in das eine elektrisch leitfähige Abschirmung 8 integriert ist. Ein Gehäuse 9 des Funkgerätes ist aus elektrisch isolierendem Material gebildet. Das Funkgerät 10 weist in einem oberen Teil einen Endbereich 50 auf, in den die aus der Leiterplatte 1 und dem Antennenresonatorelement 6 gebildete Antenne integriert ist. Dabei ist die Bezugspotentialfläche 4 elektrisch leitend mit der Abschirmung 8 verbunden. Auf einer der Antenne abgewandten Seite 45 der Abschirmung 8 ist eine Hörvorrichtung 40 und ein Mikrophon 55 am Gehäuse 9 des Funkgerätes 10 angeordnet. Durch die Anordnung gemäß Figur 4 wird eine Abstrahlung von Sendesignalen hauptsächlich in z-Richtung bewirkt, wobei gemäß Figur 4 die z-Richtung senkrecht zum Antennenresonatorelement 6 und damit zur Leiterplatte 1 bzw. zur Abschirmung 8 steht und von der Abschirmung 8 in der Hörvorrichtung 40 abgewandter Richtung wegweist. Da die Hauptstrahlrichtung somit vom Kopf des Benutzers wegzeigt, wird die Einstrahlung in den Kopf des Benutzers verringert. Dadurch, daß die Antenne im Endbereich 50 des Funkgerätes 10 integriert ist, ist gewährleistet, daß die Hand des Benutzers sich nicht über der Fläche des Antennenresonatorelementes 6 befindet, so daß die Einstrahlung in die Hand des Benutzers ebenfalls verringert wird. Das Gehäuse 9 des Funkgerätes 10 darf vor allem im Bereich des Antennenresonatorelementes 6 nicht elektrisch leitfähig sein, um nicht die Abstrahlung von Sendesignalen bzw. den Empfang von Funksignalen durch Abschirmung zu verhindern .
Das etwa parallel zur Bezugspotentialfläche 4 angeordnete Antennenresonatorelement 6 steht mit dieser in kapazitiver Kopplung.
Durch die vom Antennenresonatorelement 6 weggebogenen
Kontakte 7 ergibt sich zwischen dem Antennenresonatorelement 6 und der Bezugspotentialfläche 4 ein Dielektrikum aus Leiterplattenmaterial und Luft. Dabei führt die Verwendung von Luft als Dielektrikum zu geringeren Signalverlusten. Weiterhin wird eine geringere Abhängigkeit von
Fertigungstoleranzen bewirkt, durch die die Resonanzfrequenz im interessierenden Frequenzbereich beeinflußt werden können, da die Dielektrizitätskonstante von Luft homogen ist. Somit ist auch kein Abgleichen der Resonanzfrequenz bei der erfindungsgemäßen Antenne erforderlich. Aufgrund der galvanischen Trennung des
Antennenresonatorelementes 6 von der Bezugspotentialfläche 4 ergibt sich an gegenüberliegenden Seiten des quadratischen Antennenresonatorelementes 6 im Sendebetrieb ungefähr die gleiche elektrische Feldstärke, so daß für den Fall, daß an einer Seite beispielsweise durch Abdeckung mit einer Hand eine Abschattung durch Totalreflexion erfolgt, über die andere Seite immer noch genügend Abstrahlleistung verfügbar ist, so daß ein dadurch bedingter Ausfall der Antenne nahezu ausgeschlossen werden kann.
Die Abschirmung 8 kann als Schirmgehäuse ausgeführt sein und die zu der elektronischen Schaltung gehörenden elektronischen Bauteile umfassen, so daß keine
Störeinstrahlung in die elektronische Schaltung und keine Auskopplung von Störungen aus der elektronischen Schaltung möglich ist.
Aufgrund der Tatsache, daß die Antenne in das Funkgerät 10 integriert ist, wird die Handhabung des Funkgerätes 10 erheblich verbessert, da keine externe Antenne mehr erforderlich ist, an der sich Kleidungsstücke verhaken könnten, die leicht beschädigt werden könnte, und die zu Verletzungen führen könnte. Durch die beschriebene Anordnung wird außerdem die bei üblicherweise eingesetzten externen Antennen vorhandene Rundstrahlcharakteristik vermieden, die zur Bestrahlung des Kopfes des Benutzers führt. Die in das Gehäuse 9 des erfindungsgemäßen Funkgerätes 10 integrierte Antenne hingegen kann gerichtet vom Kopf des Benutzers wegstrahlen und damit die Einstrahlung in den Körper des Benutzers deutlich verringern.
Für die Antenne und speziell das Antennenresonatorelement 6 ist auch eine andere als die quadratische Form möglich, sofern sie eine doppelsymmetrische Geometrie mit zwei aufeinander senkrecht stehenden Symmetrieachsen aufweist.
Weiterhin kann statt Luft ein anderes Dielektrikum zwischen dem Antennenresonatorelement 6 und der Bezugspotentialfläche 4 gewählt werden, wobei dann gegebenenfalls die bei Inhomogenität des Dielektrikums auftretenden beschriebenen Nachteile in Kauf zu nehmen sind und ein spezieller Abgleich der Resonanzfrequenz nötig sein kann.

Claims

Patentansprüche
1. Funkgerät (10) mit einer elektrischen
Bezugspotentialfläche (4) und einem Antennenresonatorelement (6), das etwa parallel zur elektrischen
Bezugspotentialfläche (4) angeordnet ist und mit dieser in kapazitiver Kopplung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennenresonatorelement (6) galvanisch von der Bezugspotentialfläche (4) getrennt ist und eine doppelsymmetrische Geometrie aufweist, so daß es in Richtung zweier aufeinander senkrecht stehender Symmetrieachsen (15, 20) resonanzfähig ist.
2. Funkgerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennenresonatorelement (6) Kontakte (7) umfaßt, die mit Kontaktflächen (25,..., 28) auf einer ersten Seite
(30) einer Leiterplatte (1) elektrisch leitend verbunden sind, und daß auf einer zweiten, der ersten Seite (30) gegenüberliegenden Seite (35) der Leiterplatte (1) die elektrische Bezugspotentialfläche (4) angeordnet ist, so daß zwischen den Kontaktflächen (25, ... ,28) und der Bezugspotentialfläche (4) jeweils eine kapazitive Kopplung besteht.
3. Funkgerät (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (7) vom Antennenresonatorelement (6) weggebogen sind.
4. Funkgerät (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kontaktflächen (25, 27) über eine Koppelleitung (3) elektrisch leitend verbunden sind.
5. Funkgerät (10) nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zweiten Seite (35) der Leiterplatte (1) ein Speisepunkt (5) angeordnet ist, der mit einer elektronischen Schaltung des Funkgerätes (10) verbunden ist, und daß dem einen Speisepunkt (5) auf der ersten Seite (30) der Leiterplatte (1) eine der
Kontaktflächen (25,..., 28) gegenüberliegt und mit diesem kapazitiv verkoppelt ist.
6. Funkgerät (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch leitfähige
Abschirmung (8) vorgesehen ist, die mit der Bezugspotentialfläche (4) elektrisch leitend verbunden ist und daß eine Hörvorrichtung (40) des Funkgerätes (10) auf einer dem Antennenresonatorelement (6) abgewandten Seite (45) der Abschirmung (8) angeordnet ist.
7. Funkgerät (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennenresonatorelement (6) in einem Endbereich (50) des Funkgerätes (10) angeordnet ist.
8. Funkgerät (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennenresonatorelement (6) eine quadratische metallische Fläche bildet.
9. Funkgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (9) des Funkgerätes (10) im Bereich des Antennenresonatorelementes (6) aus elektrisch isolierendem Material gebildet ist.
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