WO1993012559A1 - Antennenanordnung, insbesondere für kommunikationsendgeräte - Google Patents

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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • 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

Definitions

  • Antenna arrangement in particular for communication terminals
  • the invention relates to an antenna arrangement with an approximately L-shaped antenna conductor, the short section of which is connected at its free end to a base plate and the long section of which is provided with a feed point at a certain distance from the kink point of the antenna conductor.
  • Inverted-F antennas Such antennas, which are also referred to as “inverted-F antennas", are known from "Research Studies Press Ltd., Small Ante ⁇ nas", pages 116-151. Inverted-F antennas have proven to be particularly suitable for use in portable mobile radio devices. However, their dimensions, which essentially result from the predetermined resonance frequency, do not allow complete integration of the antenna into the housing of particularly compact communication terminals, such as Cordless phones.
  • the invention is based on the object of improving the possibility of integrating an inverted-F antenna while the electrical properties remain essentially the same.
  • This antenna arrangement has a length extension significantly shorter than that of a conventional inverted-F antenna. This enables the integration of such an antenna, for example, into a particularly compact cordless telephone. Due to the complete integration into the housing and the avoidance of outstanding ones Antenna components, the antenna is better protected against damage.
  • the antenna conductor is made of wire.
  • a wire construction known per se is particularly suitable for small production quantities, since the assembly can be carried out quickly and easily.
  • the antenna conductor is made from sheet metal in a manner known per se.
  • a sheet metal antenna can be punched by machine and then bent. This solution is particularly advantageous for large quantities and high manufacturing automation.
  • the antenna conductor consists of plastic with a conductive coating, as a result of which the antenna can be manufactured in one operation with the plastic housing.
  • the antenna conductor is designed in a known manner using printed circuit technology. This favors the automated production of large quantities.
  • Another advantageous embodiment of the invention is that the antenna conductor and the base plate are inserted into the housing of a communication terminal. This enables particularly compact communication terminals without protruding antenna parts.
  • the invention is illustrated by three figures. Show it:
  • FIG. 1 shows an example of an antenna made from sheet brass
  • FIG. 2 shows the input impedance of an antenna according to FIG. 1 as a function of the frequency
  • FIG. 3 shows the field distribution in the far field with an antenna according to FIG. 1.
  • the exemplary antenna shown in Figure 1 consists of 0.3 mm thick sheet brass, which is shaped according to the representation A of the figure and bent according to the representations B and C.
  • the length of the antenna according to the invention is only 56.5 cm, which makes it possible to install it in the plastic housing of a very compact cordless telephone.
  • FIG. 2 shows the calculated input impedance of the antenna according to FIG. 1 between a start frequency f of 850 MHz and an end frequency f of 1300 MHz with measured values in the stood at 25 MHz each.
  • the form of representation is a Smith diagram as it is found, for example, in the Telefunken Laborbuch, Volume 2; 2nd edition, 1962.
  • the impedance values were normalized to 50 ohms.
  • the impedance values for frequencies from approx. 940 MHz to 990 MHz lie within this circle.
  • the relative dielectric constant causes the antenna to be effectively lengthened by reducing the speed of light, as a result of which a range of approximately 910 MHz to 960 MHz lies within the circle K.
  • the antenna thus meets the requirements for an antenna for a cordless telephone described above.
  • FIG. 3 shows the radiation characteristics of an antenna according to FIG. 1 in three diagrams.
  • the position of the three display planes yz, zx, xy relative to the antenna is identified in representations B and C of FIG.
  • the values of the two components E f and E ⁇ _ of the electric field strength vector are shown at one point on a spherical surface.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung, insbesondere für Kommunikationsendgeräte. Die Forderung nach einem kompakten Aufbau der Kommunikationsendgeräte erschwert die Integration von Antennen in das Gehäuse der Geräte. Die erfindungsgemäße Antennenanordnung weist gegenüber herkömmlichen Antennen deutlich geringere Längenabmessungen auf und ist deshalb besonders vorteilhaft zu integrieren. Dies wird durch annähernd mäanderförmige Faltung des langen Abschnittes einer sogenannten 'Inverted-F-Antenne' erzielt.

Description

Antennenanordnung, insbesondere für Kommunikationsendgerä¬ te
Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung mit einem annähernd L-förmigen Antennenleiter, dessen kurzer Ab¬ schnitt an seinem freien Ende mit einer Grundplatte ver¬ bunden ist und dessen langer Abschnitt in einem bestimmten Abstand vom Knickpunkt des Antennenleiters mit einer Spei¬ sestelle versehen ist.
Derartige Antennen, die auch als "Inverted-F-Antennen" be¬ zeichnet werden, sind aus "Research Studies Press Ltd., Small Anteπnas", Seiten 116 - 151, bekannt. Inverted-F-An¬ tennen haben sich als besonders geeignet für den Einsatz in tragbaren Mobilfunkgeräten erwiesen. Ihre Abmessungen, die sich im wesentlichen aus der vorgegebenen Resonanzfre¬ quenz ergeben, erlauben jedoch keine vollständige Integra¬ tion der Antenne in das Gehäuse von besonders kompakten Kommunikationsendgeräten, wie z.B. Schnurlostelefonen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Integra¬ tionsmöglichkeit einer Inverted-F-Antenne bei im wesentli¬ chen gleichbleibenden elektrischen Eigenschaften zu ver¬ bessern.
Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß der lange Ab¬ schnitt des Antennenleiters zwischen der Speisestelle und dem freien Ende zumindest annähernd maanderformig gefaltet ist.
Diese Antenπenanordnung weist eine gegenüber einer her¬ kömmlichen Inverted-F-Antenne deutlich verkürzte Längen¬ ausdehnung auf. Dadurch ist die Integration einer derarti¬ gen Antenne beispielsweise in ein besonders kompaktes Schnurlostelefon möglich. Durch die vollständige Integra¬ tion in das Gehäuse und die Vermeidung von herausragenden Antennenkomponenten ist die Antenne besser vor Beschädi¬ gung geschützt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung in der Weise, daß die Ebene, in welcher der mäanderförmige Teil des Antennenlei¬ ters verläuft, zumindest annähernd parallel zur Grundplat¬ te verläuft, ermöglicht die besonders einfache Dimensio¬ nierung der Antenne für einen bestimmten Einsatzfall.
Vorteilhaft ist es, wenn der Aπtennenleiter aus Draht ge¬ fertigt ist. Ein an sich bekannter Aufbau aus Draht bietet sich besonders bei kleinen Fertigungsstückzahlen an, da der Aufbau schnell und einfach erfolgen kann.
Günstig ist es, wenn der Antennenleiter in an sich bekann¬ ter Weise aus Blech gefertigt ist. Eine Antenne aus Blech kann maschinell gestanzt und anschließend gebogen werden. Diese Lösung ist besonders bei hohen Stückzahlen und hoher Automatisierung der Fertigung vorteilhaft.
Günstig ist es ferner, wenn der Anteπnenleiter aus leitend beschichtetem Kunststoff besteht, wodurch die Fertigung der Antenne in einem Arbeitsgang mit dem Kunststoffgehäuse ermöglicht wird.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der Antennenleiter in an sich bekannter Weise in gedruckter Schaltungstechnik ausgeführt ist. Dadurch wird die automatisierte Fertigung hoher Stückzahlen begünstigt.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß der Antennenleiter und die Grundplatte in das Gehäuse eines Kommunikationsendgerätes eingefügt sind. Da¬ durch werden besonders kompakte Kommunikationsendgeräte ohne herausragende Antenπenteile ermöglicht. Die Erfindung wird anhand von drei Figuren näher erläu¬ tert. Es zeigen:
Figur 1 ein Beispiel einer aus Messingblech gefertigten Antenne,
Figur 2 die Eingangsimpedanz einer Antenne nach Figur 1 in Abhängigkeit von der Frequenz und
Figur 3 die Feldverteilung im Fernfeld bei einer Antenne nach Figur 1.
Die in Figur 1 dargestellte beispielhafte Antenne besteht aus 0,3 mm dickem Messingblech, das gemäß der Darstellung A der Figur geformt ist und gemäß den Darstellungen B und C gebogen ist.
Die dargestellte Antenne wurde für den Einsatz in einem Schnurlostelefon bemessen. Dazu ist eine Mittenfrequenz von ca. 932 MHz und eine Bandbreite von 45 MHz notwendig. Die Bandbreite ist definiert für ein Stehwellenverhält¬ nis von VSWR = 2. Für die Frequenz von 932 MHz beträgt /4 = 80 mm. Bei einer Bauhöhe der Antenne von 4 mm be¬ trägt die Längenausdehnung L einer herkömmlichen Inverted- F-Antenne
L = λ/4 _ h = 80 - 4 = 76 mm.
Im Gegensatz dazu beträgt die Längenausdehnung der erfin- dungsgemäßen Antenne lediglich 56,5 cm, woαurch der Einbau in das Kunststoffgehäuse eines sehr kompakten Schnurloste- lefones möαlich ist.
Figur 2 zeigt die berechnete Eingangsimpedanz der Antenne nach Figur 1 zwischen einer Startfrequenz f von 850 MHz und einer Endfrequenz f von 1300 MHz mit Meßwerten im Ab- stand von jeweils 25 MHz. Die Darstellungsform ist ein Smith-Diagramm wie es beispielsweise im Telefunken-Labor- buch, Band 2; 2. Ausgabe, 1962 beschrieben ist. Die Impe¬ danzwerte wurden auf 50 Ohm normiert. Der Bereich mit ei- ne Stehwellenverhältnis VSWR = 2 ist durch einen Kreis K gekennzeichnet.
Bei dem beschriebenen Beispiel liegen die Impedanzwerte für Frequenzen von ca. 940 MHz bis 990 MHz innerhalb die- ses Kreises. Bei Einbau der Antenne in ein Kunststoffge¬ häuse bewirkt die relative Dielektrizitätskonstante des¬ selben über die Verringerung der Lichtgeschwindigkeit eine effektive Verlängerung der Antenne, wodurch ein Bereich von etwa 910 MHz bis 960 MHz innerhalb des Kreises K liegt. Die Antenne entspricht somit den oben beschriebenen Anforderungen an eine Antenne für ein Schnurlostelefon.
Figur 3 zeigt in drei Diagrammen die Strahlungscharakteri¬ stik einer Antenne nach Figur 1. Die Lage der drei Dar- stellungsebenen yz, zx, xy zur Antenne ist in den Darstel¬ lungen B und C der Figur 1 gekennzeichnet. In den drei, bei Antennen üblichen, Darstellungen werden jeweils die Werte der beiden Komponenten E f und EΛ_ des elektrischen Feldstärkevektors in einem Punkt auf einer Kugeloberfläche dargestellt.
ist der Winkel zwischen der zx-Ebene und der durch die z-Achse und den Punkt auf der Kugeloberfläche bestimmten Ebene, auf welche die Feldkomponente E senkrecht steht. «_. ist der Winkel zwischen der z-Achse und dem Zeiger vom Ursprung des Koordinatensystems zu dem Punkt auf der Ku¬ geloberfläche. Die zweite Feldkomponente E steht senk¬ recht auf diesen Zeiger in der durch Punkt und z-Achse be¬ stimmten Ebene. Die beiden Kurven zeigen dann jeweils die auf den idealen Isotropstrahler bezogenen Feldkomponenten E ¥ und E in den 3 Hauptebenen yz, zx und xy des Koor¬ dinatensystems. Die Ergebnisse zeigen eine relativ gute Isotropieeigen¬ schaft der Antenne, die somit auch in dieser Hinsicht den Anforderungen an Antennen für Schnurlostelefone ent¬ spricht.

Claims

Patentansprüche
1. Antennenanordnung mit einem annähernd L-förmigen Anten¬ nenleiter, dessen kurzer Abschnitt (E) an seinem freien Ende mit einer Grundplatte verbunden ist und dessen langer Abschnitt (F) in einem bestimmten Abstand vom Knickpunkt des Antennenleiters mit einer Speisestelle (S) versehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der lange Abschnitt (F) des Antennenleiters zwischen der Speisestelle (S) und dem freien Ende zumindest annähernd maanderformig gefaltet ist.
2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ebene, in welcher der äanderförmige Teil des Antennenleiters verläuft, zu¬ mindest annähernd parallel zur Grundplatte verläuft.
3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Antennenleiter aus Draht gefertigt ist.
4. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Antennenleiter aus Blech gefertigt ist.
5. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Antennenleiter aus leitend beschichtetem Kunststoff besteht.
6. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Antennenleiter in gedruckter Schaltungstechnik ausgeführt ist.
7 Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Antennenleiter und die Grundplatte in das Gehäuse eines Kommunikationsendgerätes eingefügt sind.
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