WO2001003238A1 - Integrierbare dualband-antenne - Google Patents

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    • H01Q9/0421—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with a shorting wall or a shorting pin at one end of the element

Definitions

  • the present invention relates to an integrable dual-band antenna.
  • the object of the present invention is to provide an antenna of the type mentioned at the outset which has no stub, can be integrated in the communication terminal and has the required dual-band capability.
  • the antenna mentioned at the outset consists of a substantially rectangular overall surface lying above a ground plane, which consists of an L-shaped PIFA antenna and a rectangular PIFA antenna for radiating two independent frequencies, the PIFA antennas have three or four connections which are connected via lines to two contact points.
  • an antenna which consists of a spatial interleaving of two PIFA (Planar Inverted F-Antenna) antenna structures which are formed by special line structures are interconnected.
  • PIFA Planar Inverted F-Antenna
  • the antenna can in particular also be operated in the vicinity, ie, a few millimeters away, of inevitable metal surfaces which usually form the metallic shielding of the electronics.
  • the standard technology of stamping and bending sheet metal parts that can be used for the production permits extremely high production speeds and thus results in low production costs.
  • the manufacturing costs of the antenna contact spring, which establish the contact between the antenna and the electronics of the device can also be saved, since the antenna spring can be produced as an integrated part of the antenna in a production process.
  • optimization enables the antenna to be used for one of the target frequency bands (eg GSM) close to its first resonance frequency and to work so broadband near the second resonance frequency that use with another frequency band is possible (eg PCN or PCS ).
  • GSM target frequency bands
  • PCN broadband near the second resonance frequency that use with another frequency band
  • PCS PCS
  • the inventive step is to take into account the inevitable coupling of the two sections so that the overall system can be operated in several frequency bands.
  • a special antenna feed is used for this, in which three or four contacts on the radiating surfaces are mapped to two contact points. More practical refinements of the inventive An ⁇ antenna result from the dependent claims and the nachfol ⁇ constricting description of an exemplary embodiment of the inventive antenna.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a second embodiment of the present invention
  • FIGS 3 to 4 perspective views of concrete embodiments of the antenna according to the invention.
  • the two substructures S1 and S2 shown are each connected to one another by a line L1 at defined connection points P1 and P2.
  • the substructure S1 is essentially L-shaped, while the substructure S2 is essentially rectangular.
  • connection points P3 and P4 are connected to one another by means of a second line L2.
  • the two contacts K1 and K2 are implemented on these lines at two specified points.
  • the result is an antenna made up of two parallel sections with a two-pole connection contact.
  • the antenna consists of two different flat structures or patches.
  • the L-shaped patch works mainly factually in the GSM band and the roughly rectangular patch works primarily in the PCN band.
  • the entire system can therefore be operated in two or more bands through the line connections of the two patches.
  • the two antenna patches S1 and S2 are connected to one another by the lines L1 and L2.
  • the line L1 can also be formed by a short and wide metal strip and from parts of the patches (see Fig. 2).
  • connection points P1 and P2 are normally m opposite corners of the two patches S1 and S2.
  • the distances between the connection points P4 and Pl on the patch S1 and between the connection points P2 and P3 on the patch S2 essentially determine the input impedance of the antenna.
  • Kl and K2 are determined, among other things, by the input impedance of the antenna and mainly by the layout of the circuit board.
  • One contact is connected to the ground of the circuit board and the other contact is connected to the input of the transmitter or the receiver of the electronics of the mobile radio device.
  • the impedance is due to the electronics of the mobile radio device
  • connection points P3 and P4 are defined.
  • the positions of the connection points P3 and P4 are selected on the basis of calculations so that the impedance of the electronics and the antenna are conjointly complex to one another.
  • FIGS. 3 to 5 show specific embodiments of the present invention, such as can be installed in a mobile radio device, for example.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierbare Dualband-Antenne. Die Antenne besteht aus einer über einer Massefläche liegenden und im Wesentlichen rechteckförmigen Gesamtfläche, welche zur Abstrahlung zweier unabhängiger Frequenzen aus einer L-förmigen PIFA-Antenne und einer rechteckförmigen PIFA-Antenne besteht, wobei die PIFA-Antennen drei oder vier Anschlüsse aufweisen, die über Leitungen mit zwei Kontaktpunkten verbunden sind.

Description

Beschreibung
Integrierbare Dualband-Antenne
Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierbare Dualband-Antenne .
Bei Mobilfunkgeraten gibt es aus Designgrunden spezielle An¬ forderungen an die Antenne. Insbesondere soll es möglich sein, die Antenne in das Gehäuse nach außen unsichtbar inte¬ grieren zu können. Gleichzeitig soll diese in mindestens zwei verschiedenen Frequenzbereichen nutzbar und kostengünstig herstellbar sein.
Bisher sind die meisten Antennen von Mobilfunkgeraten Stabantennen, d.h. von außen sichtbare Antennen. Eine integrierte Antenne ist z.B. aus WO 95/24745 bekannt. Jedoch ist diese bekannte Technologie sehr teuer und die Antenne ist so groß, daß sie m den aktuellen Geraten keinen Platz finden wurde.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antenne der eingangs genannten Art anzugeben, welche keinen Stummel aufweist, m Kommunikationsendgerategehause integrierbar ist und die geforderte Dualbandfahigkeit besitzt.
Zur Losung dieser Aufgabe besteht die eingangs genannte Antenne aus einer über einer Masseflache liegenden und im wesentlichen rechteckförmigen Gesamtflache, welche zur Abstrah- lung zweier unabhängiger Frequenzen aus einer L-formigen PIFA-Antenne und einer rechteckförmigen PIFA-Antenne besteht, wobei die PIFA-Antennen drei oder vier Anschlüsse aufweisen, die über Leitungen mit zwei Kontaktpunkten verbunden sind.
Das oben angesprochene Problem wird erfmdungsgemaß durch den Einsatz einer Antenne gelost, die aus einer räumlichen Ver- schachtelung von zwei PIFA (Planar Inverted F-Antenna) Antennenstrukturen besteht, die durch spezielle Leitungsstrukturen miteinander verbunden sind. Dadurch entsteht eine kleine räumliche Struktur, die für Dualbandanwendungen geeignet ist und sich an ein aus nicht ebenen Flachen bzw. abgerundeten Kanten bestehenden Gehäuse anpassen kann. Die Antenne laßt sich insbesondere auch m der Nahe, d.h. m einigen Millimeter Abstand, von unvermeidlichen Metallflachen, welche üblicherweise die metallische Abschirmung der Elektronik bilden, betreiben.
Die für die Herstellung verwendbare Standardtechnologie des Stanzens und Biegens von Blechteilen laßt extrem hohe Fertigungsgeschwindigkeiten zu und es ergeben sich somit geringe Herstellungskosten. Außerdem können daruberhmaus auch die Herstellungskosten der Antennenkontaktfeder, die den Kontakt zwischen Antenne und Elektronik des Gerätes herstellen, gespart werden, da die Antennenfeder als integrierter Teil der Antenne in einem Produktionsprozeß hergestellt werden kann.
Durch eine Optimierung ist es möglich, daß die Antenne nahe ihrer ersten Resonanzfrequenz für eines der Zielfrequenzban- der (z.B. GSM) einsetzbar ist und nahe der zweiten Resonanzfrequenz so breitbandig arbeitet, daß damit ein Einsatz bei einem weiteren Frequenzband möglich ist (z.B. PCN oder PCS). Darüber hinaus ist es möglich, gleichzeitig eine Nennimpedanz von etwa 50 Ohm zu realisieren, so daß die Antenne ohne Anpaßnetzwerk oder mit einer geringen Anzahl von Anpaßelementen betrieben werden kann. Dies hat wiederum zur Folge, daß die in Anpaßschaltungen immer auftretenden Verluste vermieden werden können.
Der erfinderische Schritt liegt darin, die unvermeidliche Verkopplung der beiden Teilbereiche so zu berücksichtigen, daß das Gesamtsystem m mehreren Frequenzbandern betrieben werden kann. Dazu wird eine spezielle Speisung der Antenne verwendet, bei der drei oder vier Kontakte an den strahlenden Flachen auf zwei Kontaktpunkte abgebildet werden. Weitere zweckmäßige Weiterbildungen der erfmdungsgemaßen An¬ tenne ergeben sich aus den Unteranspruchen sowie der nachfol¬ genden Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels der erfm- dungsgemaßen Antenne.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels naher beschrieben werden.
Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausfuh- rungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausfuh- rungsform der vorliegenden Erfindung, und
Figuren 3 bis 4 perspektivische Ansichten von konkreten Ausfuhrungsformen der erfmdungsgemaßen Antenne.
Bei den m Figur 1 und Figur 2 dargestellten Ausfuhrungsformen sind die beiden dargestellten Teilstrukturen Sl und S2 jeweils durch eine Leitung Ll an definierten Anschlußstellen Pl und P2 miteinander verbunden. Dabei ist die Teilstruktur Sl im wesentlichen L-formig ausgebildet, wahrend die Teil- Struktur S2 im wesentlichen rechteckformig ausgebildet ist.
Zusätzlich sind zwei weitere Anschlußstellen P3 und P4 mittels einer zweiten Leitung L2 miteinander verbunden.
An zwei festgelegten Stellen sind an diesen Leitungen die beiden Kontakte Kl und K2 realisiert.
Es entsteht somit eine Antenne aus zwei parallel geschalteten Teilbereichen mit einem zweipoligen Anschlußkontakt.
Die Antenne besteht aus zwei unterschiedlichen Flachenstrukturen bzw. Patches. Dabei arbeitet das L-formige Patch haupt- sachlich im GSM-Band und das naherungsweise rechteckformige Patch arbeitet vornehmlich im PCN-Band. Daher kann das Gesamtsystem durch die Leitungsverbindungen der zwei Patches in zwei oder mehreren Bandern betrieben werden.
Die beiden Antennenpatches Sl und S2 sind durch die Leitungen Ll und L2 miteinander verbunden. Die Leitung Ll kann auch durch einen kurzen und breiten Metallstreifen und aus Teilen der Patches gebildet werden (siehe hierzu Fig. 2).
Die Anschlußstellen Pl und P2 liegen normalerweise m gegenüberliegenden Ecken der beiden Patches Sl und S2. Die Abstände zwischen den Anschlußstellen P4 und Pl auf dem Patch Sl und zwischen den Anschlußstellen P2 und P3 auf dem Patch S2 legen im wesentlichen Maß die Eingangsimpedanz der Antenne fest.
Kl und K2 sind unter anderem durch die Eingangsimpedanz der Antenne und hauptsächlich durch das Layout der Leiterplatte festgelegt. Ein Kontakt wird mit der Masse der Leiterplatte verbunden und der andere Kontakt wird mit dem Eingang des Senders bzw. des Empfangers der Elektronik des Mobilfunkgerates verbunden.
Durch die Elektronik des Mobilfunkgerates ist die Impedanz
(typisch sind 50 Ohm) definiert. Anhand von Berechnungen werden die Positionen der Anschlußstellen P3 und P4 so gewählt, daß die Impedanz der Elektronik und der Antenne konjungiert komplex zueinander sind.
Die Figuren 3 bis 5 zeigen konkrete Ausfuhrungsformen der vorliegenden Erfindung, wie sie zum Beispiel m ein Mobil- funkgerat einbaubar sind.

Claims

Patentansprüche
1. Integrierbare Dualband-Antenne, gekennzeichnet durch eine über einer Masseflache liegenden und im wesentli¬ chen rechteckförmigen Gesamtflache, welche zur Abstrahlung zweier unabhängiger Frequenzen aus einer L-formigen PIFA- Antenne und einer rechteckförmigen PIFA-Antenne besteht, wobei die PIFA-Antennen drei oder vier Anschlüsse aufweisen, die über Leitungen mit zwei Kontaktpunkten verbunden sind.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß m den flachenhaften Strukturen Locher und Ausnehmungen vorhanden sind.
3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die flachenhaften Strukturen Knicke und Biegungen aufweisen.
4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Leitung Ll und/oder L2 derart in die flachenhafte Struktur integriert sind, daß eine Herstellung aus nur einem Teil möglich ist.
5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Elemente zur Bildung der Kontakte
Kl und K2 derart angeordnet sind, daß eine Herstellung aus nur einem Teil möglich ist.
6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Elemente zur Bildung der Kontakte und Leitungen derart angeordnet sind, daß eine Herstellung m einem gemeinsamen Prozeß möglich ist.
7. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Punkte Pl bis P4 an unterschiedlichen Kanten der flachenhaften Strukturen liegen.
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