Antenne für funkbetriebene Kommunikationsgeräte

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.

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] Zum Stand der Technik seien beispielhaft die EP 0997 974 A1 und die EP 102 774 A2 genannt.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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.

[0013] 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.

[0014] 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.

Ansprüche

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.

Zeichnung