EP1286417A2 - Antenne für funkbetriebene Kommunikationsgeräte - Google Patents

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EP1286417A2
EP1286417A2 EP02017326A EP02017326A EP1286417A2 EP 1286417 A2 EP1286417 A2 EP 1286417A2 EP 02017326 A EP02017326 A EP 02017326A EP 02017326 A EP02017326 A EP 02017326A EP 1286417 A2 EP1286417 A2 EP 1286417A2
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EP
European Patent Office
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antenna
antenna body
antenna according
detour lines
area
Prior art date
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Withdrawn
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EP02017326A
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English (en)
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EP1286417A3 (de
Inventor
Stefan Huber
Ralf Dr. Scholz
Edwin Schenk
Michael Dr. Schreiber
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/242—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
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to an antenna for radio-operated Communication terminals.
  • the development goes to ever smaller devices, which should be able to work in multiple frequency bands to work optionally.
  • the market always demands smaller and cheaper mobile devices.
  • the devices must be equipped with antennas, which meet these requirements, which means that they take up little space have, for a function in several frequency bands or a broadband frequency range and are inexpensive to manufacture.
  • the required minimum total electrical length of the Antenna - a quarter of a wavelength or a multiple of which with the intended frequency bands - with the previous ones known structures at the given volume no longer can be realized.
  • EP 0997 974 A1 Examples of the prior art are EP 0997 974 A1 and called EP 102 774 A2.
  • a planar antenna is described in EP 0997 974 A1, the antenna body slotted in such a way in a certain way is that the top of the slot has a direction which are more than 90 ° from the direction of the other end of the Slot deviates.
  • This slot in the sense of invention described there can be carried out.
  • the other The effective antenna length increases with the The teaching of this document also sets limits.
  • EP 102 677 A2 there is one planar inverted-F antenna described in its overall dimensions the size determining the antenna for a given Emission frequency is designed, and that in the longitudinal direction has one or more indentations or gradations, by means of which one or more geometric Routes result from several straight or curved Put together individual sections, and those from the feed point or another corner or end point to one of the endpoints created by the indentations or gradations run, and over the course of which there is an emittable Wave with a higher frequency than the given lower one Frequency.
  • the present invention is based on the object also for radio-operated communication terminals increasingly smaller dimensions an antenna with larger effective electrical length to create the largest possible Frequency ranges suitable and inexpensive to manufacture.
  • the one according to the invention is particularly advantageous Antenna, because at given volumes through the novel Detour lines the area between the patch area and better use of the ground area and thus the broadband the antenna is raised.
  • the new detour lines also enable a reduced space requirement of the patch antennas. Further advantageous configurations of the antenna result from the dependent claims and from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings.
  • FIG. 1 schematically shows a patch antenna 1 with an antenna body 1 a, which is shown above a printed circuit board 2 is arranged, which forms a ground plane.
  • a feed contact 3 For electrical Connection between the antenna body 1a and circuit board 2 serve a feed contact 3 and a ground contact 4.
  • detour lines 9 and 10 Extend in the outer regions 5 and 6 of the antenna body 1a along its edges 7 and 8 detour lines 9 and 10, which resulted from multiple flanges of the edges 7 and 8 are. These detour lines 9 and 10 are caused by Flanging or folding the edges 7 and 8 once from the outside areas 5 and 6 facing inwards and another sometimes directed outwards.
  • FIG. 2 shows a variant of a patch antenna 11, in which the detour lines 12 and 13 are not exclusive lie in the outer areas of the patch antenna 11, but additional detour lines 13 within the antenna body 11a are arranged. Electrical connections will be analogous to the embodiment according to FIG. 1 by at least a feed contact 14 and a ground contact 15 are made.
  • a printed circuit board 16 assigned to the patch antenna 11 lies opposite the patch antenna 11 and points in each case between the detour lines 12 and 13 shield covers 17 and 18 on.
  • the shield covers 17 and 18 belong to shield chambers, such as for example one - provided with the reference number 25 - in Figure 3 is shown schematically. In shield chambers 25 are components not shown here, which are electromagnetic must be shielded.
  • These umbrella chambers 25 can be closed at the top open to be able to access the components. To they can be provided with screen covers 17 and 18, by which can open the screen chambers 25, and with which the shielding chambers 25 can be closed again in a radiation-tight manner are.
  • the arrangement and design of umbrella chambers is not decisive and is at the discretion of the expert.
  • the patch antenna 19 shown there has an antenna body 19a, in which the outer regions 20 and 21 in several Directions are folded several times. Through additional slots S3 in several directions becomes the slotted and folded Antenna body 19a optimally the required radiation conditions customized.
  • an umbrella chamber 25 is advantageously arranged again.
  • the embodiment shown in Figure 4 shows one Patch antenna 26, in which the antenna body 26a on its Outer areas 27 and 28 are folded several times such that its folds in several levels within the area lie between antenna body 26a and a ground surface 29, these outer regions 27 and 28 via the ground surface 29 protrude, which is embodied here by a circuit board 29 becomes.
  • too electrical radiation properties of the patch antenna 26 still optimize if, for example, the detour lines in several Directions are realized, and / or the antenna body 26a slotted in at least one direction in a manner becomes, as is the case with the previously described exemplary embodiments has already been shown.
  • An expansion of the patch area over the edges of the ground plane 29 also allows for reduced size Ground areas or enlarged for given ground areas Patch surfaces.
  • FIG. 5 shows a further variant of an inventive one Patch antenna 30 shown.
  • An antenna body 30a is spatial structured wavy.
  • the wavy spatial Structure of the antenna body 30a can be the required adjust electrical properties by wavy spatial structure uniform or partially non-uniform is trained.
  • the waveform can be both harmonious as well as being inharmonic, of course also Mixed forms are feasible. Even spatially from the waveform different surface structures, such as spatial meanders with uniform but also non-uniform Meandering is conceivable.
  • this embodiment is not shown how an electrical connection between the antenna body 30a and an assigned ground plane 31 is produced, but this is based on the above Embodiments easily for the expert understandable and requires no special explanation.
  • the ground area 2, 16, 22, 29, 31 can be of any shape, and not necessarily to the Adapted shape of the antenna body 1a, 11a, 19a, 26a, 30a have to be.
  • the individual areas of the antenna body 1a, 11a, 19a, 26a, 30a and the ground surface 2, 16, 22, 29, 31 can have different heights in several directions, caused by folding, flanging, cranking and / or Waveform so that at least the covered area between the antenna body 1a, 11a, 19a, 26a, 30a and the ground plane 2, 16, 22, 29, 31 spatially used in several levels becomes.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Eine Antenne (1) für ein funkbetriebenes Kommunikationsendgerät weist einen Antennenkörper (1a) auf, der mehrfach so gefaltet ist, dass der Bereich zwischen dem Antennenkörper (1a) und einer diesem zugeordneten Massefläche (2) mehrfach für Umwegleitungen (9, 10) genutzt wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antenne für funkbetriebene Kommunikationsendgeräte. Im Bereich der Mobilfunktechnik geht die Entwicklung zu immer kleiner werdenden Geräten, welche in der Lage sein sollen, in mehreren Frequenzbändern wahlweise zu arbeiten. Außerdem verlangt der Markt nach immer kleineren und billigeren Mobilfunkgeräten. Aus diesem Grund müssen die Geräte mit Antennen ausgestattet werden, welche diesen Anforderungen genügen, die also einen geringen Platzbedarf haben, problemlos für eine Funktion in mehreren Frequenzbändern oder einem breitbandigen Frequenzbereich auslegbar und kostengünstig herstellbar sind. Dies hat zur Folge, dass die erforderliche minimale elektrische Gesamtlänge der Antenne - jeweils ein viertel Wellenlänge bzw. ein Vielfaches davon bei den vorgesehenen Frequenzbändern - mit den bisher bekannten Strukturen bei dem vorgegebenen Volumen nicht mehr realisiert werden kann.
Zum Stand der Technik seien beispielhaft die EP 0997 974 A1 und die EP 102 774 A2 genannt.
In der EP 0997 974 A1 ist eine Planar-Antenne beschrieben, deren Antennenkörper in bestimmter Weise derart geschlitzt ist, dass das Kopfende des Schlitzes eine Richtung aufweist, die mehr als 90° von der Richtung des anderen Endes des Schlitzes abweicht. Dort ist mit Hilfe einer Reihe von Ausführungsbeispielen gezeigt, wie dieser Schlitz im Sinne der dort beschriebenen Erfindung ausgeführt werden kann. Der weiteren Vergrößerung der wirksamen Antennenlänge sind mit der Lehre dieser Druckschrift allerdings auch Grenzen gesetzt.
In der weiteren Druckschrift, der EP 102 677 A2, ist eine planare Inverted-F-Antenne beschrieben, die in ihrer Gesamtabmessung der die Antenne bestimmenden Größe für eine vorgegebene Abstrahlfrequenz ausgelegt ist, und die in Längsrichtung eine oder mehrere Einkerbungen oder Abstufungen aufweist, mittels derer sich eine oder mehrere geometrische Strecken ergeben, die sich aus mehreren geradlinigen oder gekrümmten Einzelstrecken zusammensetzen, und die vom Speisepunkt oder einem anderen Eck- oder Endpunkt zu einem der durch die Einkerbungen oder Abstufungen geschaffenen Endpunkte verlaufen, und über deren Verlauf sich eine abstrahlbare Welle mit einer höheren Frequenz als die vorgegeben untere Frequenz ausbildet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, darüber hinaus für funkbetriebene Kommunikationsendgeräte bei immer kleineren Abmessungen eine Antenne mit größerer wirksamer elektrischer Länge zu schaffen, die für möglichst große Frequenzbereiche geeignet und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Antenne für funkbetriebene Kommunikationsendgeräte gelöst, welche die Merkmale des Anspruches 1 aufweist. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Antenne, weil bei gegebenen Volumina durch die neuartigen Umwegleitungen der Bereich zwischen der Patchfläche und der Massefläche besser genutzt und somit die Breitbandigkeit der Antenne erhöht wird. Ferner ermöglichen die neuen Umwegleitungen einen verringerten Flächenbedarf der Patchantennen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Antenne ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.
Es zeigt
  • Figur 1 eine Patchantenne deren Außenbereiche mehrfach genutzte Randbereiche aufweist;
  • Figur 2 eine Patchantenne mit mehrfach gefalteten Teilflächen;
  • Figur 3 eine Patchantenne mit in mehrere Richtungen gefalteten Flächenbereichen;
  • Figur 4 eine Patchantenne mit gefaltetem Außenbereich, welcher über die Massefläche hinausragt und
  • Figur 5 eine Patchantenne mit räumlicher Wellenstruktur über einer Massefläche.
    • In Figur 1 ist schematisch eine Patchantenne 1 mit einem Antennenkörper 1a dargestellt, der über einer Leiterplatte 2 angeordnet ist, welche eine Massefläche bildet. Zur elektrischen Verbindung zwischen dem Antennenkörper 1a und Leiterplatte 2 dienen ein Speisekontakt 3 und ein Massekontakt 4. In den Außenbereichen 5 und 6 des Antennenkörpers 1a erstrecken sich längs seiner Kanten 7 und 8 Umwegleitungen 9 und 10, die durch mehrfache Bördelungen der Kanten 7 und 8 entstanden sind. Diese Umwegleitungen 9 und 10 entstehen durch Bördelung bzw. Faltung der Kanten 7 und 8 einmal von den Außenbereichen 5 und 6 nach innen gerichtet und ein weiteres mal nach außen gerichtet. Auf diese Weise entseht eine Art räumliches Mäander, wodurch die Gesamtfläche des Antennenkörpers 1a der Patchantenne 1 zwar deutlich vergrößert wird, aber der von dem Antennenkörper 1a überdeckte Flächenbereich und damit das Volumen nicht vergrößert wird. Der von dem Antennenkörper 1a überdeckte Flächenbereich wird vielmehr in dem Bereich zwischen Patchantenne 1 und Leiterplatte 2 in mehreren Ebenen mehrfach genutzt. Dies vergrößert die minimale elektrische Gesamtlänge der Patchantenne 1 bei gegebener Fläche des Antennenkörpers 1a, oder verringert den Flächenbedarf bei gegebener minimaler elektrischer Gesamtlänge der Patchantenne 1. Die elektrischen Eigenschaften der Patchantenne 1 können noch optimiert werden, wenn die Abstrahlfläche des Antennenkörpers 1a in wenigstens einer Richtung geschlitzt ist. Ein derartiger, in einem rechten Winkel verlaufender Schlitz S ist in der Oberfläche des Antennenkörpers 1a eingearbeitet.
    In Figur 2 ist eine Variante einer Patchantenne 11 dargestellt, bei welcher die Umwegleitungen 12 und 13 nicht ausschließlich in den Außenbereichen der Patchantenne 11 liegen, sondern zusätzliche Umwegleitungen 13 innerhalb des Antennenkörpers 11a angeordnet sind. Elektrische Verbindungen werden analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 durch wenigstens einen Speisekontakt 14 und einen Massekontakt 15 hergestellt. Eine der Patchantenne 11 zugeordnete Leiterplatte 16 liegt der Patchantenne 11 gegenüber und weist jeweils zwischen den Umwegleitungen 12 und 13 Schirmdeckel 17 und 18 auf. Die Schirmdeckel 17 und 18 gehören zu Schirmkammern, wie beispielsweise eine - mit dem Bezugszeichen 25 versehen - in Figur 3 schematisch dargestellt ist. In Schirmkammern 25 sind hier nichtdargestellte Bauelemente untergebracht, welche elektromagnetisch abgeschirmt sein müssen. In eine derartige Schirmkammer 25 soll nicht eingestrahlt werden können, aber die in ihr angeordneten Bauelemente sollen auch nicht nach außen abstrahlen. Diese Schirmkammern 25 können nach oben zu öffnen sein, um auf die Bauelemente zugreifen zu können. Dazu können sie mit Schirmdeckeln 17 und 18 versehen sein, durch welche sich die Schirmkammern 25 öffnen lassen, und mit denen die Schirmkammern 25 wieder strahlungsdicht verschließbar sind. Die Anordnung und Ausführung von Schirmkammern ist nicht entscheidend und unterliegt dem Belieben des Fachmanns.
    Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Figur 3 dargestellt. Die dort gezeigte Patchantenne 19 weist einen Antennenkörper 19a auf, bei welchem die Außenbereiche 20 und 21 in mehreren Richtungen mehrfach gefaltet sind. Durch zusätzliche Schlitze S3 in mehreren Richtungen wird der geschlitzte und gefaltete Antennenkörper 19a den geforderten Abstrahlbedingungen optimal angepasst. Auch hier dienen zum elektrischen Anschluss des Antennenkörpers 19a an eine zugeordnete Leiterplatte 22 wenigstens ein Speisekontakt 23 und ein Massekontakt 24. Im Bereich zwischen dem Antennenkörper 19a und der Leiterplatte 22 ist Vorteilhafterweise wieder eine Schirmkammer 25 angeordnet.
    Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Patchantenne 26, bei welcher der Antennenkörper 26a an seinen Außenbereichen 27 und 28 mehrfach derart gefaltet ist, dass seine Faltungen in mehreren Ebenen innerhalb des Bereiches zwischen Antennenkörper 26a und einer Massefläche 29 liegen, wobei diese Außenbereiche 27 und 28 über die Massefläche 29 hinausragen, welche hier durch eine Leiterplatte 29 verkörpert wird. Auch bei dieser Bauform lassen sich zusätzlich die elektrischen Abstrahleigenschaften der Patchantenne 26 noch optimieren, wenn beispielsweise die Umwegleitungen in mehreren Richtungen realisiert werden, und/oder der Antennenkörper 26a in wenigstens einer Richtung in einer Weise geschlitzt wird, wie es zu den vorausbeschriebenen Ausführungsbeispielen bereits gezeigt wurde. Eine Erweiterung der Patchfläche über die Kanten der Massefläche 29 hinaus ermöglicht verkleinerte Masseflächen bzw. bei vorgegebenen Masseflächen vergrößerte Patchflächen.
    In Figur 5 ist eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Patchantenne 30 dargestellt. Ein Antennenkörper 30a ist räumlich wellenförmig strukturiert. Die wellenförmig räumliche Struktur des Antennenkörpers 30a lässt sich den geforderten elektrischen Eigenschaften anpassen, indem die wellenförmig räumliche Struktur gleichförmig oder partiell ungleichförmig ausgebildet wird. Dabei kann die Wellenform sowohl harmonisch als auch unharmonisch sein, wobei selbstverständlich auch Mischformen realisierbar sind. Selbst räumlich von der Wellenform abweichende Oberflächenstrukturierungen, wie etwa räumliche Mäander mit gleichförmigen aber auch ungleichförmigen Mäandern sind vorstellbar. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist nicht dargestellt, wie eine elektrische Verbindung zwischen dem Antennenkörper 30a und einer zugeordneten Massefläche 31 hergestellt wird, dies ist jedoch anhand der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele für den Fachmann leicht nachvollziehbar und bedarf keiner besonderen Erläuterung.
    Grundsätzlich gilt, dass auch die Massefläche 2, 16, 22, 29, 31 beliebig ausgeformt sein kann, und nicht zwingend an die Form des Antennenkörpers 1a, 11a, 19a, 26a, 30a angepasst sein muss. Die einzelnen Bereiche des Antennenkörpers 1a, 11a, 19a, 26a, 30a und der Massefläche 2, 16, 22, 29, 31 können unterschiedliche Höhen in mehreren Richtungen aufweisen, hervorgerufen durch Faltung, Bördelung, Kröpfung und/oder Wellenform, so dass wenigstens der überdeckte Bereich zwischen dem Antennenkörper 1a, 11a, 19a, 26a, 30a und der Massefläche 2, 16, 22, 29, 31 in mehreren Ebenen räumlich genutzt wird.
    Die in den Ausführungsbeispielen gezeigte elektrische Verbindung mittels jeweils einem Speise- und einem Massekontakt ist nicht einschränkend, selbstverständlich können die gezeigten Antennen auch über mehrere Kontakte mit ihren zugeordneten Masseflächen verbunden sein.

    Claims (10)

    1. Antenne für funkbetriebene Kommunikationsendgeräte, mit wenigstens einem Antennenkörper und einer zugeordneten Massefläche, wobei durch die Ausgestaltung des Antennenkörpers die wirksame elektrische Gesamtlänge bestimmt wird,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne als Patchantenne (1, 11, 19, 26, 30) ausgebildet ist und durch einen flächigen Antennenkörper (1a, 11a, 19a, 26a, 30a) realisiert wird, dessen Oberfläche dreidimensionale Umwegleitungen (9, 10; 12, 13) derart bildet, dass die vom Antennenkörper (1a, 11a, 19a, 26a, 30a) abgedeckte Fläche in mehreren Ebenen genutzt wird.
    2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet,dass die Umwegleitungen (9, 10; 12, 13) in Form räumlicher Mäander gebildet werden.
    3. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Umwegleitungen (9, 10; 12, 13) durch einwärts gefaltete Kanten (9a, 10a) in einer ersten Ebene und durch wieder nach außen gefaltete Kanten (9b, 10b) in einer zweiten Ebene gebildet werden.
    4. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet,dass die Umwegleitungen durch Außenbereiche (20, 21) gebildet werden, die wenigstens einmal gefaltet sind, und sich in verschiedene Richtungen erstrecken.
    5. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Antennenkörper (1a, 11a, 19a, 26a, 30a) wenigstens in einer Richtung geschlitzt ist.
    6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, dass der Schlitz (S, S3) sich in verschiedene Richtungen erstreckt.
    7. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass sich die Umwegleitungen (12, 13) bildenden mehrfachen Faltungen sowohl an den Außenbereichen (12a) des Antennenkörpers (1a, 11a, 19a, 26a, 30a) als auch in dessen Innenbereich (13a) befinden.
    8. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Umwegleitungen durch räumlich wellenförmige Strukturierung der Oberfläche des Antennenkörpers (30a) gebildet werden.
    9. Antenne nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, die räumlich wellenförmige Struktur des Antennenkörpers (30a) gleichmäßig und/oder ungleichmäßig ausgeführt ist.
    10. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die von dem Antennenkörper (1a, 11a, 19a, 26a, 30a) abgedeckte Fläche zumindest die zugeordnete Massefläche (2, 16, 22, 29, 31) überdeckt.
    EP02017326A 2001-08-03 2002-08-01 Antenne für funkbetriebene Kommunikationsgeräte Withdrawn EP1286417A3 (de)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE10138265A DE10138265A1 (de) 2001-08-03 2001-08-03 Antenne für funkbetriebene Kommunikationsendgeräte
    DE10138265 2001-08-03

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP1286417A2 true EP1286417A2 (de) 2003-02-26
    EP1286417A3 EP1286417A3 (de) 2004-03-17

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    ID=7694364

    Family Applications (1)

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    EP02017326A Withdrawn EP1286417A3 (de) 2001-08-03 2002-08-01 Antenne für funkbetriebene Kommunikationsgeräte

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