[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung für mobile Kommunikationsendgeräte,
mit einer Schaltkreisplatine, auf der eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer aktiven
Antennenfläche vorgesehen ist, wobei die aktive Antennenfläche in einem Abstand zu
der Schaltkreisplatine angeordnet und mit der Schaltungsanordnung zur Verwirklichung
wenigstens eines Masseanschlusses und eines HF-Zuführungsanschlusses verbunden ist.
[0002] Eine Ausführungsform solcher bekannter Antennenanordnungen wird als sog. "PIFA"-Antenne
bezeichnet, wobei die Abkürzung "PIFA" für "Planer Inverted F-Antenna" steht. PIFA-Antennen
werden gerade für einen Einsatz bei mobilen Kommunikationsendgeräten, wie Mobiltelefonen
usw., vielfach eingesetzt. Die PIFA-Antenne hat eine ebene Antennenfläche, die im
wesentlichen parallel zu der zugehörigen Schaltkreisplatine verläuft. Ein Beispiel
einer PIFA-Antenne ist anhand der Figuren 1 und 2 erläutert.
[0003] In einem Abstand zu einer Schaltkreisplatine BD1 ist eine Antennenfläche PP1 vorgesehen,
die über einen Masseanschluss G1 und einen HF-Zuführungsanschluss S1 mit einer hier
nicht dargestellten, zugehörigen Schaltungsanordnung auf der Schaltkreisplatine BD1
verbunden ist. Wie insbesondere aus der Figur 2 hervor geht, benötigt die PIFA-Antenne
einen erheblichen Raum über der Schaltkreisplatine, um ein geeignetes Antennenvolumen
EV1 bereit zu stellen, das für einen zufriedenstellenden Betrieb der PIFA-Antenne
erforderlich ist.
[0004] Dabei ist das Antennenvolumen der PIFA-Antenne der Figuren 1 und 2 durch den Raum
definiert, der zwischen der Antennenfläche PP1 und der Schaltkreisplatine BD1 liegt.
[0005] Bei der herkömmlichen PIFA-Antenne wird es als nachteilig angesehen, dass ein erheblicher
Raum über der Schaltkreisplatine eingenommen wird.
[0006] Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antennenanordnung
der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass sie sich platzsparender
realisieren lässt.
[0007] Diese Aufgabe wird bei der oben erläuterten, bekannten Antennenanordnung dadurch
gelöst, dass die aktive Antennenfläche im wesentlichen senkrecht zu einer von der
Schaltkreisplatine definierten Ebene verläuft.
[0008] Dabei ist hervorzuheben, dass die vorgesehene vertikale Anordnung der aktiven Antennenfläche,
d. h. die Anordnung im wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Schaltkreisplatine,
unter anderem völlig verschiedene Eigenschaften hinsichtlich einer elektromagnetischen
Kopplung der Antennenfläche mit der Schaltkreisplatine im Vergleich zu der bekannten
PIFA-Antenne aufweist.
[0009] Untersuchungen der Erfinder haben jedoch gezeigt, dass auch die senkrechte Anordnung
der aktiven Antennenfläche zu günstigen Sende-/Empfangseigenschaften der Antennenfläche
führt. Dabei bietet die senkrechte Anordnung der aktiven Antennenfläche im wesentlichen
zwei Hauptvorteile. Zum einen wird der benötigte Raum über der Schaltkreisplatine
gegenüber dem Stand der Technik in Form der PIFA-Antenne wesentlich vermindert. Hinzu
kommt, dass die senkrechte Anordnung zu einer erheblichen Erhöhung des bereitgestellten
Antennenvolumens führt, denn sämtlicher Raum um die aktive Antennenfläche herum kann
zu dem Antennenvolumen beitragen.
[0010] Die aktive Antennenfläche ist vorzugsweise im wesentlichen rechteckförmig ausgebildet,
wobei auch eine unregelmäßige Rechteckform denkbar ist. Dabei kann insbesondere eine
Anpassung der äußeren Form der aktiven Antennenfläche an bestehende Verhältnisse bei
einem Mobiltelefon erfolgen, wenn die Antennenanordnung als interne Anordnung einzusetzen
ist.
[0011] Alternativ kann vorgesehen sein, dass die aktive Antennenfläche streifenförmige ausgebildet
ist und wenigstens einen Knick aufweist, der im wesentlichen senkrecht zu der von
der Schaltkreisplatine definierten Ebene verläuft. Selbstverständlich können auch
mehrere Knicke vorgesehen sein. Deren Zweck besteht darin, eine möglichst effektive
Raumnutzung beispielsweise innerhalb eines Gehäuses eines Mobiltelefons für die aktive
Antennenfläche zu gewährleisten. So kann die streifenförmig ausgebildete aktive Antennenfläche
um Bauteile, die von der Schaltkreisplatine aus vorstehen, herumgeführt werden.
[0012] Allgemein kann die aktive Antennenfläche in ihrer Ausdehnung senkrecht zu der Ebene
der Schaltkreisplatine variieren, was ebenfalls die Anpassbarkeit an bestehende Raumverhältnisse
zum Zweck hat, wie sie beispielsweise innerhalb eines Gehäuses eines Mobiltelefons
vorliegen.
[0013] Eine diagonale Länge der aktiven Antennenfläche kann im wesentlichen einem Wert von
λ/4 einer gewünschten Wellenlänge zum Betrieb der Antennenanordnung entsprechen. Dabei
entspricht eine diagonale Länge der aktiven Antennenfläche einer Projektion derselben
auf die Ebene der Schaltkreisplatine.
[0014] Die Antennenanordnung kann grundsätzlich für eine Vielzahl von Betriebsfrequenzen
eingesetzt werden. Bisherige Ergebnisse der Erfinder zeigen, dass jedenfalls eine
Auslegung für das Bluetooth-Frequenzband und Frequenzbänder für WLAN und GPS und A-GPS
ohne weiteres möglich erscheint.
[0015] Die Antennenanordnung kann mit einem einzigen HF-Zuführungsanschluss und einem einzigen
Masseanschluss für die aktive Antennenfläche vorgesehen sein, wobei ein Abstand zwischen
dem HF-Zuführungsanschluss und dem Masseanschluss im Bereich zwischen dem 0,001- bis
0,1-fachen einer gewünschten Betriebswellenlänge der aktiven Antennefläche liegt.
Der besagte Abstand wird allgemein von der äußeren Form der aktiven Antennenfläche,
insbesondere ihrer Höhe aber auch ihrer Umgebung bestimmt und es liegt innerhalb des
Wissensbereichs des Fachmanns, diesen Abstand geeignet zu wählen, sofern die allgemeinen
Abmessungen der aktiven Antennenfläche vorgegeben sind.
[0016] Die Erfindung wird beispielshalber anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es
zeigen:
- Figur 1
- eine Draufsicht auf eine Antennenanordnung nach dem Stand der Technik, bei der eine
PIFA-Antenne über einer Schaltkreisplatine angeordnet ist,
- Figur 2
- eine Seitenansicht der Antennenanordnung von Figur 1,
- Figur 3
- eine Draufsicht einer Antennenanordnung nach der Erfindung,
- Figur 4
- eine Seitenansicht der Antennenanordnung von Figur 3,
- Figuren 5 - 8
- perspektivische Ansichten weiterer Ausführungsformen von Antennenanordnungen nach
der Erfindung und
- Figur 9
- eine Frequenzcharakteristik der Ausführungsform einer Antennenanordnung nach Figur
8.
[0017] Wie in Figur 3 dargestellt ist, umfasst eine Antennenanordnung eine Schaltkreisplatine
BD2 und eine Antennenfläche VP1, die im wesentlichen senkrecht zu einer von der Schaltkreisplatine
BD2 definierten Ebene verläuft und in einem Abstand zu der Schaltkreisplatine BD2
angeordnet ist.
[0018] Die aktive Antennenfläche VP1 weist die allgemeine Form eines Rechtecks auf. Ein
der Schaltkreisplatine BD2 zugewandter Rand der aktiven Antennenfläche VP1 zeigt einen
Masseanschluss G2 sowie einen HF-Zuführungsanschluss S2, wobei letzterer sowohl zum
Einleiten von Empfangssignalen in eine zum Betrieb der aktiven Antennenfläche VP1
vorgesehene Schaltungsanordnung als auch zum Übertragen von Sendesignalen von dieser
Schaltungsanordnung zu der aktiven Antennenfläche VP1 vorgesehen ist. Die zum Betrieb
der Antennenfläche VP1 vorgesehene Schaltungsanordnung, die auf der Schaltkreisplatine
BD2 realisiert ist, kann Bestandteil eines bei Mobiltelefonen eingesetzten HF-Chips
sein.
[0019] Im dargestellten Ausführungsbeispiel, vergleiche Figur 4, ist die aktive Antennenfläche
VP1 als Metallstreifen vorgesehen, dessen Breite sich senkrecht zu der Ebene der Schaltkreisplatine
BD2 erstreckt, während eine Länge der aktiven Antennenfläche VP1 entlang der Schaltkreisplatine
BD2 definiert ist. Dabei übertrifft die Länge der aktiven Antennenfläche VP1 deren
Breite. Um die aktive Antennenfläche VP1 herum ist ein zugehöriges Antennenvolumen
EV2 ausgeprägt.
[0020] Die Figuren 5 bis 8 zeigen alternative Ausführungsformen der Antennenfläche VP1 und
sind mit den jeweiligen Bezugszeichen "VP2", ..., "VP5" bezeichnet. Aus Gründen der
Übersichtlichkeit ist in den Figuren 5 bis 8 auf eine Darstellung einer zugehörigen
Schaltkreisplatine verzichtet worden. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die
jeweiligen Masseanschlüsse G3, ..., G6 bzw. HF-Zuführungsanschlüsse S3, ..., S6 an
einer zugehörigen Schaltkreisplatine zu kontaktieren wären.
[0021] Für die Dimensionierung der nachfolgend erläuterten aktiven Antennenflächen VP2,
..., VP5 gelten folgende allgemeine Überlegungen. Eine Resonanzsequenz einer der aktiven
Antennenflächen VP1, ..., VP5 wird abnehmen, wenn eine Breite der betreffenden aktiven
Antennenfläche zunimmt. Für eine gegebene Breite einer der aktiven Antennenflächen
VP2, ..., VP5 kann eine Länge der aktiven Antennenfläche im Hinblick auf eine gewünschte
Frequenzbandbreite optimiert werden. Wenn ein der zugehörigen Schaltkreisplatine zugewandter
Rand einer der aktiven Antennenflächen VP2, ..., VP5 der Schaltkreisplatine zu nahe
liegt, wird eine Bandbreite abnehmen. Allgemein sollte eine Länge der aktiven Antennenflächen
VP2, ..., VP5 etwa einem 0,1 bis 0,8-fachen einer Breite der betreffenden Antennenflächen
VP2, ..., VP5 entsprechen.
[0022] Eine diagonale Länge der aktiven Antennenflächen VP2, ..., VP5 sollte etwa einem
Wert von λ/4 einer gewünschten Wellenlänge entsprechen. Ein Abstand zwischen einem
der HF-Zuführungsanschlüsse und einem zugeordneten Masseanschluss sollte einem 0,001
bis 0,1-fachen einer gewünschten Wellenlänge entsprechen. Die vorstehenden Aussagen
gelten sinngemäß ebenso für die bereits erläuterte Antennenfläche VP1.
[0023] Die Ausführungsform der aktiven Antennenfläche VP2 nach Figur 5 zeichnet sich dadurch
aus, dass ein einer Schaltkreisplatine abgewandter Rand der aktiven Antennenfläche
VP2 eine Stufe aufweist, so dass eine Breite der aktiven Antennenfläche VP2 mit deren
Länge variiert. Der Einsatz der aktiven Antennenfläche VP2 kann dann von Vorteil sein,
wenn eine Umgebung, in die die aktive Antennenfläche VP2 zu integrieren ist, räumliche
Randbedingungen schafft, die erst durch das Vorsehen der variablen Breite der aktiven
Antennenfläche VP2 zu erfüllen sind.
[0024] Auch die äußere Form der aktiven Antennenfläche VP3, die anhand von Figur 6 veranschaulicht
ist, dient dem Zweck, etwaigen räumlichen Randbedingungen für den Einbau der aktiven
Antennenfläche VP3 Rechnung zu tragen. Dazu weist die Antennenfläche VP3 etwa auch
halbem Wege ihrer Länge einen Winkel von im wesentlichen 90° auf, so dass an der besagten
Stelle ein Knick K vorgesehen ist, der senkrecht zu einer Ebene einer hier nicht dargestellten
Schaltkreisplatine verläuft. Im Vergleich zu der aktiven Antennenfläche VP3 ist die
anhand von Figur 7 veranschaulichte aktive Antennenfläche VP4 komplexer ausgebildet
und zeigt insgesamt vier jeweils senkrecht zu einer Ebene einer zugehörigen Schaltkreisplatine
verlaufende Knicke K1, K2, K3, K4. Insgesamt ist die aktive Antennenfläche VP4 streifenförmig
ausgebildet und hält im wesentlichen einen gleichen Abstand zu einer darunter liegenden
Schaltkreisplatine ein. Freie räume zwischen Abschnitten der aktiven Antennenfläche
VP4 können zur Aufnahme von Bauelementen eines Gerätes genutzt werden, in das die
aktive Antennenfläche VP4 einzubauen ist.
[0025] Die in Figur 8 dargestellte aktive Antennenfläche VP5 weist Gemeinsamkeiten mit der
oben erläuterten aktiven Antennenfläche VP3 auf, und zwar dahingehend, dass ein Knick
K5 vorgesehen ist, der die aktive Antennenfläche VP5 in zwei Flächenabschnitte, die
elektrisch leitend miteinander verbunden sind, aufteilt. Ein erster Flächenabschnitt
F1 trägt einen Masseanschluss G6 und einen HF-Zuführungsanschluss S6. Der Abschnitt
F1 ist im wesentlichen von einer Rechteckform, wobei der Masseanschluss G6 an einer
äußeren Ecke des Rechtecks und der Schaltkreisplatine zugewandt angeordnet ist. Demgegenüber
befindet sich der HF-Zuführungsanschluss S6 im Bereich des Knickes K5, ebenfalls an
einer Ecke des Rechteckes. Bei anderen Ausführungsformen kann der HF-Zuführungsanschluss
auch näher an dem Masseanschluss G6 liegen. Auch eine größere Entfernung zwischen
dem HF-Zuführungsanschluss S6 und dem Masseanschluss G6 ist möglich, d. h. es besteht
keine Notwendigkeit, bei der aktiven Antennenfläche VP5 den HF-Zuführungsanschluss
gerade in den Knick K5 zu legen, wenn äußere Abmessungen der beiden Flächenabschnitte
F1, F2 angepasst werden.
[0026] Der zweite Flächenabschnitt F2 schließt sich in dem Knick K5 an den ersten Flächenabschnitt
F1 an. Ein der Schaltkreisplatine abgewandter Rand der ersten Antennenfläche F1 ist
in Richtung auf dem Knick K5 abgeschrägt und schließt sich unmittelbar an einen zugeordneten
Rand des zweiten Flächenabschnitts F2 an. Ein der Schaltkreisplatine zugewandter Rand
des zweiten Flächenabschnitts F2 liegt in einem größeren Abstand zu der Schaltkreisplatine
als der entsprechende Rand des ersten Flächenabschnitts F1.
[0027] Die äußere Form der aktiven Antennenfläche VP5 lässt sich wie folgt unter Bezugnahme
auf Figur 8 beschreiben:
Breitenmaß W1 = 8 mm,
Breitenmaß W2 = 7 mm,
Breitenmaß W3 = 1 mm,
Längenmaß L1 = 5 mm
Längenmaß L2 = 8 mm,
Längenmaß L3 = 17 mm.
[0028] Eine Frequenzcharakteristik der Antennenfläche VP5 ist in Figur 9 veranschaulicht
und zeigt, dass ein Einsatz der aktiven Antennenfläche VP5 für Bluetooth-Anwendungen
geeignet ist, bei denen ein Betriebsfrequenzband im Bereich von 2,4 bis 2,48 GHz liegt.
[0029] Die Antennenflächen VP5 ist zum Einbau in ein Mobiltelefon bestimmt, und zwar zum
Unterstützen eines Bluetooth-Standards. Dabei liegt der erste Flächenabschnitt F1
vertikal über der zugehörigen Schaltkreisplatine, während der zweite Flächenabschnitt
F2 auf einer Seite des Mobiltelefons angeordnet ist.
1. Antennenanordnung für mobile Kommunikationsendgeräte, mit einer Schaltkreisplatine
(BD2), auf der eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer aktiven Antennenfläche (VP1,
..., VP5) vorgesehen ist, wobei die aktive Antennenfläche (VP1, ..., VP5) in einem
Abstand zu der Schaltkreisplatine (BD2) angeordnet und mit der Schaltungsanordnung
zur Verwirklichung wenigstens eines Masseanschlusses (G2, ..., G5) und eines HF-Zuführungsanschlusses
(S2, ..., S6) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die aktive Antennenfläche (VP1, ..., VP5) im wesentlichen senkrecht zu einer von der
Schaltkreisplatine (BD2) definierten Ebene verläuft.
2. Antennenanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die aktive Antennenfläche (VP1, ..., VP5) im wesentlichen rechteckförmig ist.
3. Antennenanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die aktive Antennenfläche (VP1, ..., VP5) streifenförmig ausgebildet ist und wenigstens
einen Knick (K0, ..., K5) aufweist, der im wesentlichen senkrecht zu der von der Schaltkreisplatine
(BD2) definierten Ebene verläuft.
4. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die aktive Antennenfläche (VP1, ..., VP5) in ihrer Ausdehnung senkrecht zu der Ebene
der Schaltkreisplatine (BD2) variiert.
5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine diagonale Länge der aktiven Antennenfläche (VP1, ..., VP5) im wesentlichen einem
Wert von λ/4 einer gewünschten Wellenlänge entspricht.
6. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die aktive Antennenfläche (VP1, ..., VP5) für ein Frequenzband aus der Gruppe ausgelegt
ist, die das Bluetooth-Frequenzband sowie Frequenzbänder für WLAN, GPS und A-GPS umfasst.
7. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein einziger HF-Zuführungsanschluss (S2, ..., S6) und ein einziger Masseanschluss
(G2, ..., G5) für die aktive Antennenfläche (VP1, ..., VP5) vorgesehen sind, wobei
ein Abstand zwischen dem HF-Zuführungsanschluss (S2, ..., S6) und dem Masseanschluss
(G2, ..., G5) im Bereich zwischen dem 0,001- bis 0,1-fachen einer gewünschten Betriebswellenlänge
der aktiven Antenne liegt.