WO2009065810A1 - Externes mehrbandiges funkantennenmodul - Google Patents

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WO2009065810A1
WO2009065810A1 PCT/EP2008/065715 EP2008065715W WO2009065810A1 WO 2009065810 A1 WO2009065810 A1 WO 2009065810A1 EP 2008065715 W EP2008065715 W EP 2008065715W WO 2009065810 A1 WO2009065810 A1 WO 2009065810A1
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WO
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antenna module
radio antenna
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radiating element
base
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Application number
PCT/EP2008/065715
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English (en)
French (fr)
Inventor
Guy-Aymar Chakam
Original Assignee
Continental Automotive 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.)
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/30—Combinations of separate antenna units operating in different wavebands and connected to a common feeder system
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/325—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle
    • H01Q1/3275—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle mounted on a horizontal surface of the vehicle, e.g. on roof, hood, trunk
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01Q5/371—Branching current paths
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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
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/32—Vertical arrangement of element
    • H01Q9/36—Vertical arrangement of element with top loading
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01Q9/30—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

  • the invention relates to an external multi-band radio antenna module with an electrically conductive base as mass and counterweight, are arranged on the radiating elements.
  • a first radiating element with a first resonant frequency and a second radiating element with a second resonant frequency are electrically connected via a first connecting web in the region of their base points. There is a frequency band gap between the first and second resonant frequencies.
  • a multiband internal radio for radio operation is known, which is a result of the development of small antennas for mobile phones due to the downsizing of the handsets.
  • Such radio antenna modules are intended to function in several systems, such as a GSM 850 and a GSM 900 system, which, due to the overlapping of their frequency ranges, can be transmitted and received together in a first resonant frequency band of a first radiating element.
  • the telephone systems GSM 1800, GSM 1900 and UMTS can be transmitted and received via a second radiating element of an antenna module, since these systems also overlap in their frequency ranges. Between the first resonant frequency band and the second resonant frequency band thus results in a frequency band gap, which is nearly 1 GHz in the said systems.
  • truncated planar antennas such as “shorted patch antennas” or planar inverted F antennas have been used to provide two or more resonant frequencies as described above.
  • an antenna structure is known which is suitable for both UMTS frequencies and also works for GSM frequencies, but for the UMTS frequencies a separate radiating element is provided, while GSM frequencies are radiated or received via a dual-band planar array structure. Consequently, the known antenna structure for UMTS and GSM frequencies has two separate feed points and additionally operates with switching elements which selectively connect one or the other radiating element to ground.
  • the object of the invention is to provide an external multi-band radio antenna module that can be mounted on or on a vehicle, is inexpensive to manufacture and can be installed in a fin of a vehicle, so that radios, such as a mobile cell phone, carried in the vehicle and with an external Outdoor antenna can interact on or on the vehicle.
  • an external multiband radio antenna module having an electrically conductive base area as ground and counterweight, above which radiating elements are arranged.
  • a first radiating element with a first resonant frequency and a second radiating element with a second resonant frequency are electrically connected via a first connecting web in the region of their base points.
  • the radio antenna module has a common for both radiating elements isolated from the base feed point, which is mechanically connected via a second connecting web with the base of the first radiating element.
  • the radiating elements and the connecting webs have metal plate structures of a single metal plate, wherein the metal plate is arranged orthogonal to the base surface.
  • This vertically standing two-armed multiband radio antenna module thus consists of a single structured metal plate, which in turn is made of a larger metal plate. Due to the special structure of the two-armed multi-band radio antenna generation and control of two parallel resonances is possible. At the same time unwanted parallel resonances are suppressed for improved selection.
  • a radiating element can be tuned by a capacitive load of the radio antenna in the form of a roof capacity to a lower resonant frequency band.
  • the antenna module can be held and connected with only three pins. Each pin supports or contacts a radiating element. A third pin is connected directly below the radiating first element to a single feed point.
  • Such a radio antenna module has the advantage that no matching network and no matching structures are required by a suitable choice of the position of feed and ground connection point. The choice, location, and location of these feed points across the aforementioned pins is determined based on an analysis of the current distribution as well as the sizing of such pins.
  • the following advantages are associated with this antenna module for two separate resonant frequency bands:
  • the first radiating element has at its head point a capacitive load in the form of a roofing capacity.
  • This roof capacity is formed by a transverse bar, which is arranged transversely to the first radiating element at its head.
  • the effect of the roofing capacity can be enhanced and thus the capacitive load increased when the roofing capacity has two legs, one leg forming the crossbar and a second leg extending parallel to the radiating element.
  • this capacitive load may be an integral structural element of the metal plate structure, so that in the production of the first radiating element, the roofing capacity is punched out the same.
  • the foot of the first radiating element is connected via the second connecting web to the feed point.
  • a coupling web contacts, with its first end, the second connecting web below the root of the first emitting element and above the feeding point. The second end, however, is electrically connected to the ground plane to a ground terminal point.
  • the real value of the impedance can be set via the cross section and length of this coupling bar.
  • the length of the coupling web is significantly less than ⁇ / 4 of the mean frequency of the first resonant frequency band.
  • the distance between the base surface and the coupling web is also small, so that a capacitive interaction can occur.
  • the inductive component of the impedance for the first resonant frequency band is adjusted so that the roof capacitance of the first radiating antenna element and the inductance of the coupling web allow adaptation to a 50 ⁇ line network in the feed point.
  • the second radiating element is with its foot point over the first connecting web with the foot point of the first ab- connected radiating element.
  • This first connecting web influences with its length and its cross section the real value for the impedance of the second radiating element.
  • the area between the base of the antenna module and the first connecting land additionally influences the induction value of the impedance of the second radiating element. While the first connecting web and the second connecting web can be arranged in one plane, in a further embodiment of the invention the coupling web is angled relative to the alignment of the emitting elements.
  • a support web can contribute, which contacts the bottom of the second radiating element with its first end and is insulated with its second end against the base surface on an insulating substrate.
  • This support bar additionally has the function that the length of the second radiating element can be increased and thus ⁇ / 4 can be approximated to the mean frequency of the second resonant frequency band.
  • the area between the support rib and the base area influences the induction value of the impedance of at least the second radiating element.
  • this support bar can be arranged angled to the radiating elements.
  • the electrically conductive base area comprises a metal foil, which is laminated, for example, to an insulating substrate and forms the bottom area of a fin on or on a vehicle.
  • the electrically conductive base can also be achieved by a coating on a PCB (printed circuit board) substrate.
  • the outer contour of such a substrate and thus also the base surface is preferably trapezoidal.
  • the metal plate structure from which the radiating elements are punched is set up on a broad side of the trapezoidal outer contour.
  • the first radiating element has resonance frequencies of a frequency band GSM 850 having resonance frequencies fg 5 o between 824 MHz ⁇ f 850 ⁇ 894 MHz and the frequency band GSM 900 having resonance frequencies fgoo between 890 MHz ⁇ fgoo - 960 MHz radiating from the first radiating element and can be received.
  • the resonant frequency band of the second radiating element is adapted such that resonant frequencies of the frequency band GSM 1800 with resonant frequencies fi.8 between 1.71 GHz ⁇ fi. 8 ⁇ 1.88 GHz and the frequency band GSM 1900 with resonance frequencies fi . g between 1.85 GHz ⁇ fi.g ⁇ 1.99 GHz and the frequency band UMTS with frequencies f2.o between 1.92 GHz ⁇ f2.o - 2.17 GHz.
  • the relatively slender metal plate structure may preferably be accommodated in a vehicle fin, wherein the trapezoidal ground plan of the base or the mass supports the fin shape.
  • the base with a
  • the radio antenna module has a double-coated substrate, so that on the back of the substrate there is a microstrip printed circuit having at least one ground line electrically connected to the base on top of the substrate, and wherein a central microstrip line contacts the feed point of the radio antenna module.
  • the radio antenna module is adapted to a 50 ⁇ line network.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a radio antenna module according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of the radio antenna module according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic perspective view of a radio antenna module according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic perspective view of a fin with built-in radio antenna module according to FIG. 4
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a radio antenna module 1 according to a first embodiment of the invention.
  • the antenna module 1 has two radiating elements 4 and 5, wherein the first radiating element 4 covers a first resonant frequency band, the frequencies of the GSM 850 systems with the resonance frequencies f 850 between 824 MHz ⁇ f 850 ⁇ 894 MHz and GSM 900 with resonance frequencies fgoo radiates and receives between 890 MHz ⁇ fgoo ⁇ 960 MHz.
  • the height h F is well below a ⁇ / 4 - antenna rod, so that this first radiating antenna element 4 fits for these bands in a fin of only 60 mm height.
  • This low height h F of the first radiating element 4 is achieved by arranging a roofing capacitor 15 in the form of a rectangular angle at the top 12.
  • This roof capacity 15 has a transverse bar 16 as the first leg 17.
  • a second leg 18 is arranged parallel to the first radiating element 4 and thus forms a high capacitive load 14.
  • the impedance is compensated by an inductance formed by a coupling ridge 19.
  • the coupling web 19 contacts with its first end 20 a second connecting web 10 between a foot point 7 of the first radiating element 4 and a feed point 9 of the radio antenna module 1 End 21 of the coupling web 19 forms a ground connection point
  • Another high-frequency resonant frequency band is provided by a second radiating element 5, which is electrically connected via a first connecting web 6 to the base 7 of the first radiating element 4.
  • This second radiating element 5 has resonance frequencies of the systems GSM 1800 with resonance frequencies fi . between
  • the real part of the impedance can be adapted by the cross section and length of the first connecting web 6 in order to tune the width of the resonant frequency band such that all three radio frequency bands can receive and transmit from this one radiating element 5.
  • the rod height h E between the head 13 and foot 8 of the radiating element 5 is smaller than ⁇ / 4, but this can be done by a support bar
  • This support web contacts with its first end 24 the foot point 8 of the second radiating element 5. With its second end 25, this support web 23 does not contact the electrically conductive base 2, but rests on the insulating substrate 26.
  • the feed point 9 can be achieved by means of a passage contact 37 through the substrate 26 by the ground conductor of a coaxial cable 31 is connected to the ground 3 on the upper side 36 of the substrate and a central Koaxiallei- ter 32 is connected to the feed point 9 in connection.
  • the coaxial cable 31 can be introduced from the rear side 35 of the substrate 26 into a corresponding through contact 37.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of the radio antenna module 1 according to FIG. 1.
  • the two radiating antenna elements 4 and 5 as well as the capacitive load 14 and the connecting webs 6 and 10 are formed from a single metal plate structure 11.
  • This metal plate structure 11 is connected to the second connecting web 10 at a feed point 9, which is arranged isolated from the electrically conductive base 2.
  • Both the coupling web 19 and the support web 23 are arranged at right angles to the metal plate structure 11 here.
  • the outer contour 29 of the base 2 is trapezoidal, wherein the radio antenna module is arranged on the broad side 28 of the base 2 and the width b to
  • Narrow side 30 of the trapezoidal electrically conductive base 2 tapers.
  • Such a radio antenna structure can easily be incorporated in a fin on or on a vehicle. be brought so that, for example, corresponding mobile devices can be used within the vehicle.
  • FIG. 3 shows a schematic perspective view of a radio antenna module 40 according to a second embodiment of the invention.
  • Components having the same functions as in the previous figures are identified by the same reference numerals and will not be discussed separately.
  • the difference of the radio antenna module 40 from the radio antenna module 1, as can be seen in Figure 2, is that both the
  • Coupling web 19 to the ground terminal point 22 out and the support bar 23 to the insulating substrate 26 toward not perpendicular to the two radiating elements 4 and 5 are arranged as in the example of Figure 2, but lie in the same plane as the radiating elements 4 and 5.
  • the fin can be made significantly narrower or it can be arranged next to the radio antenna module next to this radio antenna module more modules.
  • FIG. 4 shows a schematic perspective view of a fin 34 made of plastic with built-in radio antenna module 40 according to FIG. 3.
  • the contours of the fin 34 are marked by the dashed lines 38 and 39.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein externes mehrbändiges Funkantennenmodul (1) mit einer elektrisch leitenden Grundfläche (2) als Masse (3) und Gegengewicht, über der abstrahlende Elemente (4, 5) angeordnet sind. Ein erstes abstrahlendes Element (4) mit einer ersten Resonanzfrequenz und ein zweites abstrahlendes Element (5) mit einer zweiten Resonanzfrequenz sind über einen ersten Verbindungssteg (6) im Bereich ihrer Fußpunkte (7, 8) elektrisch verbunden. Zwischen der ersten und der zweiten Resonanzfrequenz besteht eine Frequenzbandlücke. Das Funkantennenmodul (1) weist einen für beide abstrahlenden Elemente (4, 5) gemeinsamen von der Grundfläche (2) isolierten Einspeisepunkt (9) auf, der über einen zweiten Verbindungssteg (10) mit dem Fußpunkt (7) des ersten abstrahlenden Elements (4) verbunden ist. Die abstrahlenden Elemente (4, 5) und die Verbindungsstege (6, 10) weisen Metallplattenstrukturen (11) einer einzigen Metallplatte auf, wobei die Metallplatte orthogonal zu der Grundfläche (2) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Externes mehrbändiges Funkantennenmodul
Die Erfindung betrifft ein externes mehrbändiges Funkantennenmodul mit einer elektrisch leitenden Grundfläche als Masse und Gegengewicht, über der abstrahlende Elemente angeordnet sind. Ein erstes abstrahlendes Element mit einer ersten Resonanzfrequenz und ein zweites abstrahlendes Element mit einer zweiten Resonanzfrequenz sind über einen ersten Verbindungssteg im Bereich ihrer Fußpunkte elektrisch verbunden. Zwischen der ersten und der zweiten Resonanzfrequenz besteht eine Frequenzbandlücke.
Aus der Druckschrift DE 602 00 508 T2 ist eine interne Mehrbandantenne für den Funkbetrieb bekannt, die ein Ergebnis der Entwicklung kleiner Antennen für Mobiltelefone aufgrund der Verkleinerung der Handapparate ist. Dabei sollen derartige Funkantennenmodule in mehreren Systemen funktionieren, wie beispielsweise einem GSM 850 und einem GSM 900 System, die aufgrund der Überlappung ihrer Frequenzbereiche gemeinsam in einem ersten Resonanzfrequenzband eines ersten abstrahlenden Elements gesendet und empfangen werden können.
Mit einem zweiten Resonanzfrequenzband können die Telefonsysteme GSM 1800, GSM 1900 und UMTS über ein zweites abstrahlendes Element eines Antennenmoduls gesendet und empfangen werden, da auch diese Systeme in ihren Frequenzbereichen einander überlappen. Zwischen dem ersten Resonanzfrequenzband und dem zweiten Resonanzfrequenzband ergibt sich somit eine Frequenzbandlücke, die bei den genannten Systemen nahezu 1 GHz beträgt .
Bisher werden verkürzte Planarantennen z.B. „shorted patch antennas" oder planare invertierte F-Antennen verwendet, um zwei oder mehrere Resonanzfrequenzen wie oben beschrieben bereitzustellen. Aus der Druckschrift DE 602 00 508 T2 ist eine Antennenstruktur bekannt, die sowohl für UMTS Frequenzen als auch für GSM Frequenzen funktioniert, wobei jedoch für die UMTS Frequenzen ein separates Abstrahlungselement vorgesehen wird, während GSM Frequenzen über eine dualbandige Planaran- tennenstruktur abgestrahlt bzw. empfangen werden. Demzufolge hat die bekannte Antennenstruktur für UMTS und GSM Frequenzen zwei getrennte Einspeisepunkte und arbeitet zusätzlich mit Schaltelementen, die wahlweise das eine oder das andere abstrahlende Element mit Masse verbinden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein externes mehrbändiges Funkantennenmodul zu schaffen, das auf oder an einem Fahrzeug angebracht werden kann, kostengünstig herstellbar ist und in eine Finne eines Fahrzeugs einbaubar ist, sodass Funkgeräte, wie ein mobiles Handy, im Fahrzeug mitgeführt und mit einer externen Außenantenne auf oder an dem Fahrzeug zusammenwirken können .
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein externes mehrbändiges Funkantennenmodul mit einer elektrisch leitenden Grundfläche als Masse und Gegengewicht, über der abstrahlende Elemente angeordnet sind, geschaffen. Ein erstes abstrahlendes Element mit einer ersten Resonanzfrequenz und ein zweites abstrahlendes Element mit einer zweiten Resonanzfrequenz sind über einen ersten Verbindungssteg im Bereich ihrer Fußpunkte elektrisch verbunden. Zwischen der ersten und der zweiten Resonanzfrequenz be- steht eine Frequenzbandlücke. Das Funkantennenmodul weist einen für beide abstrahlenden Elemente gemeinsamen von der Grundfläche isolierten Einspeisepunkt auf, der über einen zweiten Verbindungssteg mit dem Fußpunkt des ersten abstrahlenden Elements mechanisch verbunden ist. Die abstrahlenden Elemente und die Verbindungsstege weisen Metallplattenstrukturen einer einzigen Metallplatte auf, wobei die Metallplatte orthogonal zu der Grundfläche angeordnet ist. Dieses vertikal stehende zweiarmige mehrbändige Funkantennenmodul besteht somit aus einer einzigen strukturierten Metallplatte, die wiederum aus einer größeren Metallplatte herausgearbeitet ist. Durch die besondere Struktur der zweiarmigen Mehrbandfunkantenne ist eine Erzeugung und Steuerung zweier paralleler Resonanzen möglich. Gleichzeitig werden ungewollte paralleler Resonanzen für eine verbesserte Selektion unterdrückt. Dabei kann ein abstrahlendes Element durch eine kapazitive Belastung der Funkantenne in form einer Dachkapazität auf ein unteres Resonanzfrequenzband abgestimmt werden. Außerdem kann das Antennenmodul mit lediglich drei Pins gehalten und angeschlossen werden. Dabei stützt oder kontaktiert je ein Pin ein abstrahlendes Element. Ein dritter Pin ist direkt unterhalb dem abstrahlenden ersten Element mit einem einzigen Einspeisepunkt verbunden.
Ein derartiges Funkantennenmodul hat den Vorteil, dass kein Anpassungsnetzwerk und keine Anpassungsstrukturen durch geeignete Wahl der Position von Einspeisungs- und Massean- Schlusspunkt erforderlich sind. Die Wahl, der Ort und die Anordnung dieser Einspeisungs- bzw. Masseanschlusspunkte über die erwähnten Pins wird aufgrund einer Analyse der Stromverteilung sowie der Dimensionierung derartiger Pins festgelegt. Mit diesem Antennenmodul für zwei separate Resonanzfrequenz- bänder sind die nachfolgenden Vorteile verbunden:
1. eine sehr gute Frequenzselektion, sodass es möglich ist, eine Verkopplung zu anderen Antennen in einer entsprechenden Finne zu verringern; 2. ein Antennenmodul mit minimalen Abmessungen für einen fünfbandigen Sende- und Empfangsbetrieb bereitzustellen;
3. ausgezeichnete Gewinnwerte zu realisieren;
4. eine einfache Herstellung vorzugsweise durch Ausstanzen des Antennenmoduls aus einer Metallplatte bereitzustel- len;
5. keine Anpassungsnetzwerken oder Anpassungsstrukturen vorsehen zu müssen, und
6. unkritische Herstellungstoleranzen zu tolerieren. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erste abstrahlende Element an seinem Kopfpunkt eine kapazitive Last in Form einer Dachkapazität auf. Diese Dachkapazität wird von einem Querbalken gebildet, der quer zum ersten abstrahlenden Element an dessen Kopfpunkt angeordnet ist. Die Wirkung der Dachkapazität kann verstärkt werden und damit die kapazitive Last vergrößert werden, wenn die Dachkapazität zwei Schenkel aufweist, wobei ein Schenkel den Querbalken bildet und ein zweiter Schenkel sich parallel zum abstrahlenden Element erstreckt. Dabei kann diese kapazitive Last ein integrales Strukturelement der Metallplattenstruktur sein, sodass bei der Herstellung des ersten abstrahlenden Elements die Dachkapazität gleich mit ausgestanzt wird.
Der Fußpunkt des ersten abstrahlenden Elements ist über den zweiten Verbindungssteg mit dem Einspeisepunkt verbunden. Zusätzlich kontaktiert ein Kopplungssteg mit seinem ersten Ende den zweiten Verbindungssteg unterhalb des Fußpunktes des ers- ten abstrahlenden Elements und oberhalb des Einspeisepunktes. Das zweite Ende ist dagegen mit der Grundfläche elektrisch zu einem Masseanschlusspunkt verbunden. Über Querschnitt und Länge dieses Kopplungssteges kann der Realwert der Impedanz eingestellt werden. Dabei ist die Länge des Kopplungssteges deutlich geringer als λ/4 der mittleren Frequenz des ersten Resonanzfrequenzbandes .
Auch der Abstand zwischen der Grundfläche und dem Kopplungssteg ist gering, sodass eine kapazitive Wechselwirkung auf- treten kann. Schließlich wird mit diesem Kopplungssteg auch der induktive Anteil der Impedanz für das erste Resonanzfrequenzband angepasst, sodass die Dachkapazität des ersten abstrahlenden Antennenelements und die Induktivität des Kopplungssteges eine Anpassung an ein 50 Ω Leitungsnetzwerk im Einspeisepunkt ermöglichen.
Das zweite abstrahlende Element ist mit seinem Fußpunkt über den ersten Verbindungssteg mit dem Fußpunkt des ersten ab- strahlenden Elements verbunden. Dieser erste Verbindungssteg beeinflusst mit seiner Länge und seinem Querschnitt den Realwert für die Impedanz des zweiten abstrahlenden Elements. Außerdem wird durch die Fläche zwischen der Grundfläche bzw. Masse des Antennenmoduls und dem ersten Verbindungssteg der Induktionswert der Impedanz des zweiten abstrahlenden Elements zusätzlich beeinflusst. Während der erste Verbindungssteg und der zweite Verbindungssteg in einer Ebene angeordnet sein können, wird in einer weiteren Ausführungsform der Er- findung der Kopplungssteg gegenüber der Ausrichtung der abstrahlenden Elemente abgewinkelt.
Dieses verbessert die mechanische Stabilität im Bereich der Einspeisung bzw. der Fußpunkte des Funkantennenmoduls. Zur weiteren mechanischen Stabilität kann ein Stützsteg beitragen, der mit seinem ersten Ende den Fußpunkt des zweiten abstrahlenden Elements kontaktiert und sich mit seinem zweiten Ende isoliert gegenüber der Grundfläche auf einem isolierenden Substrat abstützt. Dieser Stützsteg hat zusätzlich die Funktion, dass die Länge des zweiten abstrahlenden Elements vergrößert werden kann und damit λ/4 der mittleren Frequenz des zweiten Resonanzfrequenzbandes angenähert werden kann. Außerdem beeinflusst die Fläche zwischen dem Stützsteg und der Grundfläche den Induktionswert der Impedanz mindestens des zweiten abstrahlenden Elements. Auch dieser Stützsteg kann abgewinkelt zu den abstrahlenden Elementen angeordnet sein .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die elektrisch leitende Grundfläche eine Metallfolie auf, die beispielsweise auf ein isolierendes Substrat laminiert ist und den Bodenbereich einer Finne auf oder an einem Fahrzeug bildet. Andererseits kann die elektrisch leitende Grundfläche auch durch eine Beschichtung auf einem PCB- Substrat (printed circuit board) erreicht werden. Die Außenkontur eines derartigen Substrats und damit auch der Grundfläche ist vorzugsweise trapezförmig. Die Metallplattenstruktur, aus der die strahlenden Elemente gestanzt sind, ist da- bei auf einer Breitseite der trapezförmige Außenkontur aufgestellt.
Das erste abstrahlende Element weist Resonanzfrequenzen eines Frequenzbandes GSM 850 mit Resonanzfrequenzen fg5o zwischen 824 MHz < f850 ≤ 894 MHz und des Frequenzbandes GSM 900 mit Resonanzfrequenzen fgoo zwischen 890 MHz ≤ fgoo - 960 MHz auf, die von dem ersten abstrahlenden Element abstrahlt und empfangen werden können. Das Resonanzfrequenzband des zweiten abstrahlenden Elements ist derart angepasst, dass Resonanzfrequenzen des Frequenzbandes GSM 1800 mit Resonanzfrequenzen fi.8 zwischen 1,71 GHz ≤ fi.8 ≤ 1,88 GHz und des Frequenzbandes GSM 1900 mit Resonanzfrequenzen fi.g zwischen 1,85 GHz < fi.g < 1,99 GHz sowie des Frequenzbandes UMTS mit Frequenzen f2.o zwischen 1,92 GHz ≤ f2.o - 2,17 GHz.
Die relativ schlanke Metallplattenstruktur kann vorzugsweise in einer Fahrzeugfinne untergebracht werden, wobei der trapezförmige Grundriss der Grundfläche bzw. die Masse die Fin- nenform unterstützt. Dabei kann die Grundfläche mit einer
Masseleitung eines Koaxialkabels verbunden sein, während ein zentraler Koaxialleiter mit dem Einspeisepunkt elektrisch in Verbindung steht. Andererseits ist es auch möglich, dass das Funkantennenmodul ein doppelseitig beschichtetes Substrat aufweist, sodass auf der Rückseite des Substrats eine gedruckte Schaltung mit Mikrostreifenleitungen vorhanden ist, die mindestens eine Masseleitung aufweist, welche mit der Grundfläche auf der Oberseite des Substrats elektrisch in Verbindung steht, und wobei eine zentrale Mikrostreifenlei- tung den Einspeisepunkt des Funkantennenmoduls kontaktiert.
Außerdem ist es möglich, dass das Funkantennenmodul an ein 50 Ω Leitungsnetzwerk angepasst ist.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Funkantennenmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Figur 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Funkantennenmoduls gemäß Figur 1 ;
Figur 3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Funkantennenmoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht ei- ner Finne mit eingebautem Funkantennenmodul gemäß
Figur 3.
Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Funkantennenmoduls 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Anten- nenmodul 1 weist zwei abstrahlende Elemente 4 und 5 auf, wobei das erste abstrahlende Element 4 ein erstes Resonanzfrequenzband abdeckt, das Frequenzen der Systeme GSM 850 mit den Resonanzfrequenzen f850 zwischen 824 MHz ≤ f850 ≤ 894 MHz und GSM 900 mit Resonanzfrequenzen fgoo zwischen 890 MHz < fgoo ≤ 960 MHz abstrahlt und empfängt. Die Höhe hF liegt dabei weit unter einem λ/4 - Antennenstab, sodass auch dieses erste abstrahlende Antennenelement 4 für diese Bänder in eine Finne von lediglich 60 mm Höhe passt.
Diese niedrige Höhe hF des ersten Abstrahlungselements 4 wird dadurch erreicht, dass am Kopfpunkt 12 eine Dachkapazität 15 in Form eines rechteckigen Winkels angeordnet ist. Diese Dachkapazität 15 weist einen Querbalken 16 als ersten Schenkel 17 auf. Ein zweiter Schenkel 18 ist parallel zu dem ers- ten abstrahlenden Element 4 angeordnet und bildet damit eine hohe kapazitive Last 14.
Zusätzlich wird die Impedanz durch eine Induktivität kompensiert bzw. angepasst, die durch einen Kopplungssteg 19 gebil- det wird. Der Kopplungssteg 19 kontaktiert mit seinem ersten Ende 20 einen zweiten Verbindungssteg 10 zwischen einem Fußpunkt 7 des ersten abstrahlenden Elements 4 und einem Ein- speisungspunkt 9 des Funkantennenmoduls 1. Mit seinem zweiten Ende 21 bildet der Kopplungssteg 19 einen Masseanschlusspunkt
22 zu der Masse 3 der elektrisch leitenden Grundfläche 2, die von einer metallischen Beschichtung 27 auf einem PCB-Substrat 26 gebildet wird. Dabei kann durch den Querschnitt und die Länge des Kopplungssteges 19 auch der Realteil der Impedanz derart angepasst werden, dass ein breites erstes Resonanzfrequenzband mit scharfer Selektion von dem ersten abstrahlenden Element 4 abgestrahlt und empfangen werden kann.
Ein weiteres hochfrequentes Resonanzfrequenzband wird durch ein zweites abstrahlendes Element 5 geschaffen, das über einen ersten Verbindungssteg 6 mit dem Fußpunkt 7 des ersten abstrahlenden Elements 4 elektrisch verbunden ist. Dieses zweite abstrahlende Element 5 weist Resonanzfrequenzen der Systeme GSM 1800 mit Resonanzfrequenzen fi.g zwischen
1,71 GHz < fi.g < 1,88 GHz und GSM 1900 mit Resonanzfrequenzen fi.9 zwischen 1,85 GHz < fλ.9 < 1,99 GHz sowie des Systems UMTS mit Frequenzen f2.o zwischen 1,92 GHz ≤ f2.o - 2,17 GHz auf.
Auch für das zweite abstrahlende Element 5 kann der Realteil der Impedanz durch Querschnitt und Länge des ersten Verbindungssteges 6 angepasst werden, um die Breite des Resonanzfrequenzbandes derart abzustimmen, dass alle drei Funkfrequenzbänder von diesem einen abstrahlenden Element 5 empfan- gen und gesendet werden können. Auch ist die Stabhöhe hE zwischen Kopfpunkt 13 und Fußpunkt 8 des abstrahlenden Elements 5 kleiner als λ/4, jedoch kann dieses durch einen Stützsteg
23 teilweise ausgeglichen werden, der einerseits wiederum einen Real- und einen Induktivitätsanteil liefert, aber auch praktisch die Stablänge vergrößert. Dieser Stützsteg kontak tiert mit seinem ersten Ende 24 den Fußpunkt 8 des zweiten abstrahlenden Elements 5. Mit seinem zweiten Ende 25 kontaktiert dieser Stützsteg 23 nicht die elektrisch leitende Grundfläche 2, sondern stützt sich auf dem isolierenden Sub- strat 26 ab.
Durch die oben geschilderten Maßnahmen ist es mit einem derartigen Funkantennenmodul 1 möglich, eine fünfbandige Antenne zu realisieren mit einer guten Frequenzbandselektion, die es erlaubt weitere Antennen auf der Grundfläche 1 zu installieren, ohne dass eine Verkopplung zu den anderen Antennen auftritt. Ferner sind für dieses Funkantennenmodul 1 keine An- passungsstrukturen auf der tragenden Platine des Substrats 26 erforderlich. Schließlich entfallen somit auch diskrete Komponenten für Anpassungszwecke. Die Gesamtbreite dieser Antennenstruktur ist kleiner als 24 mm und die Gesamthöhe ist kleiner als 52 mm.
Der Einspeisepunkt 9 kann mit Hilfe eines Durchgangskontaktes 37 durch das Substrat 26 erreicht werden, indem der Masseleiter eines Koaxialkabels 31 mit der Masse 3 auf der Oberseite 36 des Substrats verbunden wird und ein zentraler Koaxiallei- ter 32 mit dem Einspeisepunkt 9 in Verbindung gebracht wird. Dazu kann das Koaxialkabel 31 von der Rückseite 35 des Substrats 26 aus in einen entsprechenden Durchgangskontakt 37 eingebracht werden. Andererseits ist es auch möglich, die Rückseite 35 mit gedruckten Mikrostreifenleitungen zu verse- hen und über derartige Mikrostreifenleitungen den Einspeisepunkt 9 zu versorgen.
Figur 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Funkantennenmoduls 1 gemäß Figur 1. Dazu sind bei dieser Aus- führungsform der Erfindung die beiden abstrahlenden Antennenelemente 4 und 5 sowie die kapazitive Last 14 und die Verbindungsstege 6 und 10 aus einer einzigen Metallplattenstruktur 11 gebildet. Diese Metallplattenstruktur 11 steht mit dem zweiten Verbindungssteg 10 auf einem Einspeisepunkt 9, der von der elektrisch leitenden Grundfläche 2 isoliert angeordnet ist. Sowohl der Kopplungssteg 19 als auch der Stützsteg 23 sind hier rechtwinklig zu der Metallplattenstruktur 11 angeordnet. Die Außenkontur 29 der Grundfläche 2 ist dabei trapezförmig, wobei das Funkantennenmodul an der Breitseite 28 der Grundfläche 2 angeordnet ist und sich die Breite b zur
Schmalseite 30 der trapezförmigen elektrisch leitenden Grundfläche 2 verjüngt. Eine derartige Funkantennenstruktur kann ohne weiteres in eine Finne auf oder an einem Fahrzeug unter- gebracht werden, sodass beispielsweise entsprechende Mobilfunkgeräte innerhalb des Fahrzeugs benutzt werden können.
Figur 3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Funkantennenmoduls 40 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Der Unterschied des Funkantennenmoduls 40 gegenüber dem Funkantennenmodul 1, wie es in Figur 2 zu sehen ist, liegt darin, dass sowohl der
Kopplungssteg 19 zum Masseanschlusspunkt 22 hin als auch der Stützsteg 23 zu dem isolierenden Substrat 26 hin nicht wie im Beispiel der Figur 2 rechtwinklig zu den beiden abstrahlenden Elementen 4 und 5 angeordnet sind, sondern in der gleichen Ebene wie die abstrahlenden Elemente 4 und 5 liegen. Damit kann die Finne deutlich schmaler ausgeführt werden oder es können neben diesem Funkantennenmodul weitere Module direkt neben dem Funkantennenmodul angeordnet werden.
Figur 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Finne 34 aus Kunststoff mit eingebautem Funkantennenmodul 40 gemäß Figur 3. Dazu sind die Konturen der Finne 34 durch die gestrichelten Linien 38 und 39 markiert.
Bezugszeichenliste
1 Funkantennenmodul
2 leitende Grundfläche 3 Masse bzw. Gegengewicht
4 erstes abstrahlendes Element
5 zweites abstrahlendes Element
6 erster Verbindungssteg
7 Fußpunkt des ersten abstrahlenden Elements 8 Fußpunkt des zweiten abstrahlenden Elements
9 Einspeisepunkt
10 zweiter Verbindungssteg
11 Metallplattenstruktur
12 Kopfpunkt des ersten abstrahlenden Elements 13 Kopfpunkt des zweiten abstrahlenden Elements
14 kapazitive Last
15 Dachkapazität
16 Querbalken
17 erster Schenkel 18 zweiter Schenkel
19 Kopplungssteg
20 erstes Ende des Kopplungsstegs
21 zweites Ende des Kopplungsstegs
22 Masseanschlusspunkt 23 Stützsteg
24 erstes Ende des Stützstegs
25 zweites Ende des Stützstegs
26 Substrat
27 Beschichtung 28 Breitseite
29 Außenkontur
30 Schmalseite
31 Koaxialkabel
32 zentraler Koaxialleiter 33 Kunststoff
34 Finne
35 Rückseite des Substrats
36 Oberseite des Substrats 37 Durchgangskontakt
38 gestrichelte Linie
39 gestrichelte Linie
40 Funkantennenmodul (2. Ausführungsform)
b Breite der Außenkontur hF Höhe des ersten abstrahlenden Antennenelements hE Höhe des zweiten abstrahlenden Antennenelements

Claims

Patentansprüche
1. Externes mehrbändiges Funkantennenmodul aufweisend:
- eine elektrisch leitende Grundfläche (2) als Masse (3) und Gegengewicht,
- ein erstes abstrahlendes Element (4) mit einer ersten Resonanzfrequenz,
- ein zweites abstrahlendes Element (5) mit einer zweiten Resonanzfrequenz, - einen ersten Verbindungssteg (6) zwischen den abstrahlenden Elementen (4, 5), wobei
- zwischen der ersten und der zweiten Resonanzfrequenz des ersten und des zweiten abstrahlenden Elements (4, 5) eine Frequenzbandlücke besteht, und wobei - die abstrahlenden Elemente (4, 5) über der Grundfläche (2) angeordnet sind, und wobei der erste Verbindungssteg (6) Fußpunkte (7, 8) der abstrahlenden Elemente (4, 5) verbindet, und wobei das Funkantennenmodul (1) für beide abstrahlenden Elemente (4, 5) ei- nen gemeinsamen von der Grundfläche (2) isolierten Einspeisepunkt (9) aufweist, der über einen zweiten Verbindungssteg (10) mit dem Fußpunkt (7) des ersten Abstrahlungselements (4) verbunden ist, und wobei die abstrahlenden Elemente (4, 5) und die Verbindungsstege (6, 10) Metallplattenstrukturen (11) einer einzigen Metallplatte aufweisen, die orthogonal zu der Grundfläche (2) angeordnet ist.
2. Funkantennenmodul nach Anspruch 1, wobei das erste abstrahlende Element (4) an seinem Kopfpunkt (12) eine kapazi- tive Last (14) in Form einer Dachkapazität (15) aufweist.
3. Funkantennenmodul nach Anspruch 2, wobei die kapazitive Last (14) einen Querbalken (16) aufweist, der quer zum ersten abstrahlenden Element (4) an dessen Kopfpunkt (12) angeordnet ist.
4. Funkantennenmodul nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die kapazitive Last (14) einen ersten Schenkel (17) aufweist, der einen Querbalken (16) bildet und einen zweiten Schenkel
(18) aufweist, der sich vom Querbalken (16) aus parallel zum ersten abstrahlenden Element (4) erstreckt.
5. Funkantennenmodul nach Anspruch 2, wobei die kapazitive Last (14) ein Strukturelement der Metallplattenstruktur (11) ist .
6. Funkantennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erstes Ende (20) eines Kopplungsstegs (19) den zweiten Verbindungssteg (10) unterhalb des Fußpunktes (7) des ersten abstrahlenden Elements (4) und oberhalb des Einspeisepunktes (9) kontaktiert, und wobei dessen zweites Ende (21) mit der Grundfläche (2) elektrisch zu einem Masseanschluss- punkt (23) verbunden ist.
7. Funkantennenmodul nach Anspruch 6, wobei der Kopplungssteg
(19) eine induktive und eine ohmsche Last darstellt und auf den Abgleich der Impedanz des Funkantennenmoduls (1) ein- wirkt.
8. Funkantennenmodul nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei die Länge und der Querschnitt des Kopplungsstegs (19) den Realwert und die Fläche (Fi) zwischen Kopplungssteg (19) und Grundfläche (2) den Induktionswert der Impedanz beeinflusst.
9. Funkantennenmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Kopplungssteg (19) über den ersten Verbindungssteg (6) den Impedanzwert des zweiten abstrahlenden Elements mit be- einflusst, und wobei die Länge und der Querschnitt des Verbindungsstegs (6) den Realwert und die Fläche (F2) zwischen Verbindungssteg (6) und Grundfläche (2) den Induktionswert der Impedanz des zweiten abstrahlenden Elements (5) zusätzlich beeinflusst.
10. Funkantennenmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Kopplungssteg (19) ein Strukturelement der Metallplattenstruktur (11) ist.
11. Funkantennenmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Kopplungssteg (19) abgewinkelt, vorzugsweise in einem rechten Winkel zu den abstrahlenden Elementen (4, 5) angeord- net ist.
12. Funkantennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Stützsteg (23) den Fußpunkt (8) des zweiten abstrahlenden Elements (5) mit einem ersten Ende (24) kontak- tiert und sich mit seinem zweiten isoliert gegenüber der
Grundfläche (2) angeordneten Ende (25) auf einem isolierenden Substrat (26) der Grundfläche (2) abstützt.
13. Funkantennenmodul nach Anspruch 12, wobei die Fläche (F3) zwischen dem Stützsteg (23) und der Grundfläche (2) den Induktionswert der Impedanz mindestens des zweiten abstrahlenden Elements (5) zusätzlich beeinflusst.
14. Funkantennenmodul nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wo- bei der Stützsteg (23) ein Strukturelement der Metallplattenstruktur (11) ist.
15. Funkantennenmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Stützsteg (23) abgewinkelt, vorzugsweise in einem rechten Winkel zu den abstrahlenden Elementen (4, 5) angeordnet ist.
16. Funkantennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitende Grundfläche (2) eine Me- tallfolie aufweist.
17. Funkantennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitende Grundfläche (2) eine Fläche einer auf ein PCB-Substrat (26) aufgebrachten Beschich- tung (27) ist.
18. Funkantennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grundfläche (2) eine trapezförmige Außenkontur (29) aufweist, und die Metallplattenstruktur (11) im Bereich einer Breitseite (28) der trapezförmige Außenkontur (29) aufgestellt ist und sich die Breite (b) der trapezförmigen Außenkontur (29) zu einer Schmalseite (30) hin verjüngt, die der Breitseite (28) gegenüberliegend angeordnet ist.
19. Funkantennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste abstrahlende Element (4) Resonanzfrequenzen des Frequenzbandes GSM 850 mit Resonanzfrequenzen fg5o zwischen 824 MHz < f850 ≤ 894 MHz und des Frequenzbandes GSM 900 mit Resonanzfrequenzen fgoo zwischen 890 MHz < fgoo ≤ 960 MHz abstrahlt und empfängt.
20. Funkantennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, wobei das zweite abstrahlende Element (5) Resonanzfrequenzen des Frequenzbandes GSM 1800 mit Resonanzfrequenzen fi.8 zwischen 1,71 GHz ≤ fi.g ≤ 1,88 GHz und des Frequenzbandes GSM 1900 mit Resonanzfrequenzen fi.g zwischen
1,85 GHz < fi.g < 1,99 GHz sowie des Frequenzbandes UMTS mit Frequenzen f2.o zwischen 1,92 GHz < f2.o ≤ 2,17 GHz abstrahlt und empfängt.
21. Funkantennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Funkantennenmodul (1) auf oder an Fahrzeugen angeordnet ist.
22. Funkantennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Funkantennenmodul (1) von einer Kunststoffmasse, die zu einer Finne geformt ist, umhüllt ist.
23. Funkantennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Koaxialkabel (31) mit seiner Masseleitung (3) die Grundfläche (2) kontaktiert und mit seinem zentralen Koaxialleiter (33) mit dem Einspeisepunkt (9) elektrisch in Verbindung steht.
24. Funkantennenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei eine Rückseite (35) des Substrats (26) eine gedruckte Schaltung mit Mikrostreifenleitungen aufweist, die mindestens eine Masseleitung aufweisen, welche mit der Grundfläche (2) auf der Oberseite (36) des Substrats (26) elektrisch in Verbindung steht, und wobei eine zentrale Mikrostreifenleitung mit dem Einspeisepunkt (9) des Funkantennenmoduls (1) elektrisch in Verbindung steht.
25. Funkantennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Funkantennenmodul (1) an ein 50 Ω Anpassungs- netzwerk gekoppelt ist.
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