PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69933085T2 12.04.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000961344
Titel Funkkommunikationseinrichtung und eine Schlitz-Schleifenantenne
Anmelder Alcatel, Paris, FR
Erfinder Grangeat, Christophe, 92310 Sevres, FR;
Ngounou Kouam, Charles, 91940 Les Ulis, FR
Vertreter Patentanwälte U. Knecht und Kollegen, 70435 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 69933085
Vertragsstaaten AT, DE, ES, GB, IT, SE
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 06.05.1999
EP-Aktenzeichen 994011104
EP-Offenlegungsdatum 01.12.1999
EP date of grant 06.09.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse H01Q 13/10(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Funkkommunikationseinrichtungen allgemein, insbesondere Handys, und sie bezieht sich insbesondere auf die Antennen, die in solche Einrichtungen eingeschlossen sein können.

Eine derartige Antenne wird vorteilhafterweise gemäß einer Planartechnik ausgeführt, die gleichzeitig auf die Ausführung von Signalen übertragenden Leitungen und die Ausführung von Antennen angewandt wird, die eine Kopplung zwischen solchen Leitungen und abgestrahlten Wellen durchführen. Gebildet wird sie durch Ätzen einer leitenden Schicht, die auf der Oberfläche eines dielektrischen Substrats aufgetragen wird.

Eine Einrichtung gemäß der Erfindung schließt speziell eine planare Antenne ein, die einen Resonanzschlitz in Schleifenform aufweist. Eine derartige Antenne enthält eine Pastille, die aus einem Anteil dieser leitenden Schicht besteht. Dieser Schlitz trennt diese Pastille von einem leitenden Bereich, der aus einem anderen Anteil der gleichen leitenden Schicht besteht. Dieser Bereich bildet eine Masse der Antenne. Sie umgibt diese Pastille fast vollständig, so dass der Resonanzschlitz eine offene Schleife um die Pastille herum bildet.

Die gemäß dieser Technik hergestellten Antennen stellen Resonanzstrukturen dar, die geeignet sind, der Sitz stehender elektromagnetischer Wellen zu sein. Vermittels dieser stehenden Wellen gewährleistet die Antenne ihre Funktion, die darin besteht, eine Kopplung mit den elektromagnetischen Wellen herzustellen, die in den Raum abgestrahlt werden. Diese stehenden Wellen können verschiedene Formen annehmen und entsprechen jeweils verschiedenen Resonanzweisen dieser Strukturen. Jeder Resonanzmodus kann beschrieben werden als resultierend aus der Überlagerung von zwei Wellen, die sich auf dem gleichen Weg in den beiden entgegen gesetzten Richtungen ausbreiten und an den beiden Enden dieses Wegs abwechselnd reflektiert werden. Dieser Weg wird durch die Bestandteile der Antenne definiert. Nachstehend wird er als „Resonanzweg" bezeichnet. Beim normalen Resonanzmodus der vorstehend genannten Antennen folgt er der Länge des Schlitzes in Schleifenform. Aber er kann auch geradlinig sein, beispielsweise im Falle von anderen Resonanzweisen dieser Antennen oder im Falle anderer Antennen. In allen Fällen ist die Resonanzfrequenz bei jedem Modus umgekehrt proportional zu der Zeit, während der eine oben betrachtete fortschreitende Welle diesen Resonanzweg durchläuft.

Auf ein und demselben Resonanzweg können mehrere Resonanzweisen aufgebaut werden und folglich mehrere Resonanzfrequenzen erzeugt werden, die jeweils diesen Weisen entsprechen. Eine solche Weise kann definiert werden durch eine nachstehend als „Wellenzahl" bezeichnete Zahl, wobei es sich um die Zahl der Wellenlängen einer Welle handelt, deren Frequenz gleich der Resonanzfrequenz ist, die dieser Weise entspricht, wobei diese Wellenlängenzahl diejenige ist, die in der Länge dieses Wegs enthalten ist. Bei jedem Resonanzweg ist die Resonanzfrequenz also proportional zu dieser Zahl. Diese Zahl liegt typischerweise in der Nähe einer kleinen ganzen Zahl oder eines Bruchs, dessen Nenner zwei oder vier ist. Der Ausdruck „Resonanzweise" wird nachstehend bisweilen durch den Begriff „Resonanz" ersetzt.

Die Kopplung einer Antenne an ein Organ zur Signalverarbeitung, das heißt einen Sender oder einen Empfänger, wird vermittels einer Anschlusseinheit gewährleistet, die typischerweise eine Außenanschlussleitung an diese Antenne beinhaltet und diese an dieses Organ anschließt. Ein Ende dieser Leitung bildet eine Kopplungsvorrichtung, welche in diese Antenne eingeschlossen ist.

Bei einer Sendeantenne mit Resonanzstruktur sind die jeweiligen Funktionen der Kopplungsvorrichtung, der Anschlussleitung und der Antenne folgende: die Funktion der Anschlussleitung besteht darin, ein Funkfrequenz- oder Ultrahochfrequenzsignal vom Sender bis zu den Anschlüssen der Antenne zu transportieren. Auf der ganzen Leitung breitet sich das Signal in Form einer fortschreitenden Welle aus, ohne zumindest im Prinzip eine wesentliche Änderung seiner Charakteristika zu erfahren.

Die Funktion der Kopplungsvorrichtung besteht darin, das von der Anschlussleitung gelieferte Signal umzuwandeln, so dass dieses Signal eine Resonanz der Antenne anregt, das heißt, dass die Energie der fortschreitenden Welle, die dieses Signal trägt, übertragen wird auf eine stehende Nutzwelle, die in der Antenne mit Charakteristika aufgebaut wird, die von letzterer definiert werden. Die Effektivität einer solchen Übertragung hängt zusammen mit einer Impedanzanpassung, die zwischen der Anschlussleitung und der Resonanzstruktur vorzunehmen ist. Diese Anpassung ist im Allgemeinen unvollkommen, das heißt die Kopplungsvorrichtung reflektiert einen Teil der Energie hin zur Anschlussleitung, was in letzterer eine störende stehende Welle auslöst. Die Amplitude dieser störenden Welle definiert ein Stehwellenverhältnis. Dieses Verhältnis ändert sich je nach Frequenz und das Diagramm dieser Änderung, definiert den oder die Durchlassbereich/e der Antenne.

Was die Antenne betrifft, so überträgt sie die Energie von der stehenden Nutzwelle an eine in den Raum abgestrahlte Welle. Das vom Sender gelieferte Signal erfährt somit eine erste Umwandlung, und geht von der Form einer fortschreitenden Welle auf die Form einer stehenden Welle über, dann eine zweite Umwandlung, die ihr die Form einer abgestrahlten Welle verleiht. Bei einer Empfangsantenne nimmt das Signal die gleichen Formen in den gleichen Organen an, jedoch in umgekehrter Reihenfolge.

Bei einer planaren Antenne mit Resonanzschlitz in Form einer offenen Schleife weist die Kopplungsvorrichtung typischerweise die Form einer koplanaren Leitung auf, die in der gleichen leitenden Schicht wie die Antenne gebildet wird. Diese Leitung enthält einen Hauptleiter, der an die Pastille angeschlossen wird, und dieser ist umgeben von zwei Erdleitern, die zu beiden Seiten der Öffnung der Schleife an die Masse der Antenne angeschlossen werden.

Dem Fall der Sendeantennen entsprechend wird die Anschlusseinheit einer Antenne häufig als eine Speiseleitung dieser Antenne bildend bezeichnet.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Ausführung verschiedener Gerätearten. Bei diesen Geräten handelt es sich insbesondere um Handys, Basisstationen für selbige, Fahrzeuge und Flugzeuge oder Luftraketen. Im Falle von Fahrzeugen und insbesondere bei Flugzeugen oder Raketen, deren Außenfläche ein gebogenes Profil aufweist, das es gestattet, einen geringen Luftwiderstand zu erzielen, kann die in eine solche Vorrichtung eingeschlossene Antenne entsprechend diesem Profil gestaltet sein, so dass kein störender zusätzlicher Luftwiderstand erzeugt wird. Es bleibt jedoch wünschenswert, dass die Sende- oder Empfangskeulen der Antenne an die Außenseite der Vorrichtung gerichtet werden. Bei einem Handy ist es insbesondere wünschenswert, die Strahlungsleistung zu begrenzen, die vom Körper des Nutzers des Geräts abgefangen wird, wenn dieses Gerät zum Senden benutzt wird.

Deshalb wurde für die Sendeleistung und die Empfangsempfindlichkeit solcher Antennen eine asymmetrische Raumverteilung angestrebt. Zu diesem Zweck wurden leitende Hilfsschichten mit zahlreichen bekannten planaren Antennen verknüpft, die Resonanzschlitze in Schleifenform aufweisen. Eine solche Schicht wird typischerweise auf der unteren Fläche des Substrats der Antenne gebildet. Sie bewirkt dann, dass die von der Antenne gesendeten Wellen in den Raumwinkel geleitet werden, der sich über der Antennenebene erstreckt.

Eine bekannte erste solche Antenne wird im Patentdokument US-A 4.063.246 (Greiser) beschrieben. Sie enthält eine Pastille in rechteckiger Form. Sie weist einen schleifenförmigen Resonanzschlitz auf, der diese Pastille umgibt. Dieser Schlitz ist der Sitz einer Resonanzweise, die gemäß seiner Länge errichtet wird und einer Wellenzahl entspricht, die annähernd die Zahl eins ist. Die leitende Hilfsschicht dieser Antenne bildet eine untere Masse, denn sie ist durch das Substrat mit der oberen Masse verbunden, die auf der Ebene der Pastille liegt. Die Kopplung mit abgestrahlten Wellen erfolgt ausgehend vom Resonanzschlitz. Dieser Schlitz wird dann als „strahlend" bezeichnet. Die Masse der Antenne erstreckt sich auf einer großen Breite ab dem Resonanzschlitz. Dieser Antennentyp wird üblicherweise unter der Bezeichnung „koplanare Antenne" geführt.

Diese erste bekannte Antenne weist hauptsächlich die folgenden Nachteile auf:

  • – die Notwendigkeit, Verbindungsmittel zwischen der unteren Masse und der oberen Masse vorzusehen, verkompliziert die Ausführung.
  • – Die Abmessungen der Antenne sind bei einigen der oben genannten Anwendungsfälle größer als die gewünschten Werte.

Um die Abmessungen einer solchen Antenne zu verringern unterscheidet sich eine zweite bekannte Antenne von der vorhergehenden durch die Verwendung einer anderen Resonanzweise. Sie wird in einem Artikel beschrieben: Microwave and Optical Technology Letters/Band 6, Nr. 5. April 1993, Seite 292-294, A COMPACT SLOT LOOP ANTENNA, M. Cal, P.S. Kooi und M.S. Leong. Bei dieser zweiten bekannten Antenne ist die Wellenzahl der verwendeten Resonanzweise annähernd S, das heißt, dass der Umfang der Pastille sich über eine halbe Wellenlänge der Welle dieses Modus erstreckt, dieser Modus kann als „Halbwellen-Resonanz" bezeichnet werden. Der Strahlungsbereich besteht dann hauptsächlich aus den Außenrändern der oberen Masse, welche die Pastille umgibt, und hierfür muss die Breite dieser oberen Masse begrenzt werden. Mit der Wahl dieser Breite kann man die von der Antenne aufgewiesene Impedanz für die Anschlusseinheit einstellen. Die untere Masseschicht ist günstigerweise ausgedehnter als die obere Masse, um das Auftreten von großen seitlichen Keulen bei der Sende-Empfangs-Raumverteilung zu verhindern. Dieser Antennentyp wird international auf Englisch „slot loop antenna" genannt, was für „Schlitz-Schleifenantenne" steht.

Diese zweite bekannte Antenne weist vor allem einen Nachteil auf, der ihr und der ersten bekannten Antenne gemeinsam sein kann, nämlich dass nur ein Anteil der in die Antenne injizierten Leistung in bestimmten Fällen nutzbar ist, das heißt, dass lediglich dieser Anteil in diesen Fällen an die gewünschte Halbwellenresonanz übertragen wird. Ein anderer Anteil dieser injizierten Leistung kann ein Störanteil sein, der an Störresonanzweisen übertragen wird. Während diese Halbwellenresonanz auf einem Weg errichtet wird, der von der Schlitz-Schleife mit elektrischen Feldlinien, die sich zwischen der Pastille und der oberen Masse erstrecken, gebildet wird, handelt es sich bei den Störmodi um Modi, die im Englischen mit „parallel plate modes" für „parallele Plattenmodi" bezeichnet werden. Sie sind insbesondere gekennzeichnet durch elektrische Feldlinien, die sich durch das Substrat zwischen zum einen der oberen leitenden Schicht einschließlich Pastille und obere Masse, und zum anderen der unteren Masse erstrecken. Außerdem unterscheiden sich ihre Resonanzwege von dem Weg der gewünschten Halbwegresonanz. Das Vorhandensein dieses Störanteils bewirkt eine Abnahme der Nutzleistung, die von der Antenne mit der gewünschten Frequenz gesendet wird. Außerdem können Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Resonanzweisen auftreten. Sie können kaum vorhersehbare Änderungen der Frequenz der gewünschten Halbwellenresonanz nach sich ziehen.

Das Ausmaß dieses Störleistungsanteils hängt von den verschiedenen Ausbreitungsgeschwindigkeiten der verschiedenen Wellen ab, die jeweils die verschiedenen Resonanzweisen hervorbringen. Es ist bekannt, dass diese Geschwindigkeiten von den Dielektrizitätskonstanten der Werkstoffe abhängen, in denen sich diese Wellen ausbreiten. Deshalb und zwecks Vermeidung von durch Störresonanzen ausgelösten Leistungsverlusten und/oder Frequenzänderungen unterscheiden sich eine dritte und eine vierte bekannte Antenne von den vorhergehenden durch den Einsatz mehrerer Materialien mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten.

Diese dritte bekannte Antenne wird in einem Artikel beschrieben: ELECTRONICS LETTERS, Band 32, Nr. 18, 29. August 1996, S. 1633-1635 Forma et al. „Compact Oscillating slot loop antenna with conductor backing". Neben ihrem dielektrischen Substrat, das zum Tragen der oberen leitenden Schicht und der unteren Masse verwendet wird, enthält sie eine weitere dielektrische Schicht, die die obere leitende Schicht überzieht und die eine höhere Dielektrizitätskonstante aufweist als diejenige dieses Substrats. Diese weitere dielektrische Schicht wird aus zwei Gründen hinzugefügt: zum einen, um die fortschreitenden Nutzwellen zu verlangsamen, die sich entlang der Schlitzschleife in geringem Abstand ober- und unterhalb der Antennenebene ausbreiten. Zum anderen, um die Wellen, die sich in der gesamten Dicke des Substrats ausbreiten und Störmodi hervorbringen können, nicht zu bremsen. Die Wirkung der so erzeugten Geschwindigkeitsdifferenz ist die Förderung der gewünschten Halbwellenresonanz.

Die vierte bekannte Antenne wird in einem Artikel beschrieben: IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, Band 43, Nr. 10, Oktober 1995, S. 1143-1148, Liu et al. „Radiation of Printed Antennas with a Coplanar Waveguide Feed". Der Zweck der Verwendung von zwei dielektrischen Schichten ist der gleiche wie bei der dritten bekannten Antenne, mit dem Unterschied, dass die beiden Schichten mit unterschiedlichen Dielektriziätskonstanten alle beide zwischen der oberen leitenden Schicht und der unteren Masse eingefügt sind. Das heißt, dass es sich bei dem Substrat dann um ein Verbundsubstrat handelt.

Diese dritte und vierte bekannte Antennen weisen insbesondere den Nachteil auf, dass die Tatsache, dass es notwendig ist, zwei dielektrische Schichten zu benutzen, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, die Ausführung der Antenne schwieriger macht.

Die vorliegende Erfindung hat insbesondere folgenden Zweck:

  • – sie soll die wirtschaftliche Herstellung einer kompakten und effektiven Funkkommunikationseinrichtung ermöglichen und insbesondere ein mobiles Endgerät, das die Strahlungsleistung begrenzt, die vom Körper des Nutzers dieses Endgeräts absorbiert werden kann,
  • – sie soll es hierfür ermöglichen, eine effektive Schlitz-Schleifenantenne herzustellen, die einen begrenzten Sende-Empfangs-Raumwinkel hat,
  • – mindestens die Amplitude von Störresonanzmodi begrenzen, die sich in einer solchen Antenne aufbauen können,
  • – sie soll eine einfache und präzise Anpassung einer Resonanzfrequenz dieser Antenne ermöglichen, und
  • – die Maße dieser Antenne begrenzen.

Zu diesen Zwecken hat sie insbesondere eine Schlitz-Schleifenantenne zum Gegenstand, wobei diese Antenne folgendes enthält:

  • – ein dielektrisches Substrat, das eine untere und eine obere Fläche hat,
  • – eine leitende Hilfsschicht, die sich auf dieser unteren Fläche des Substrats erstreckt und auf dieser unteren Fläche einen Bereich hat,
  • – eine obere leitende Schicht, die sich auf dieser oberen Fläche des Substrats erstreckt und folgendes bildet:
  • – eine Pastille, wobei diese leitende Hilfsschicht von dieser Pastille getrennt ist, und
  • – eine Antennenmasse, welche diese Pastille umgibt, wobei sie von dieser Pastille durch einen Schlitz getrennt ist und dieser Schlitz einen Resonanzschlitz bildet,
wobei diese Pastille, dieser Schlitz und diese Masse eine Resonanzstruktur bilden, und diese Struktur einen Bereich auf dieser oberen Fläche des Substrats hat, und dieser Bereich etwa eingeschlossen ist in diesen Bereich der leitenden Hilfsschicht, wobei diese leitende Hilfsschicht außerdem von dieser Antennenmasse isoliert ist, so dass ein Wellenreflektor für abgestrahlte elektromagnetische Wellen gebildet wird, die von dieser Resonanzstruktur gesendet oder empfangen werden;

diese Antenne enthält außerdem eine Kopplungsvorrichtung, die aus dieser oberen leitenden Schicht gebildet wird, wobei diese Kopplungsvorrichtung die Form einer koplanaren Leitung aufweist, die einen Bereich auf diese oberen Fläche des Substrats hat, wobei diese Kopplungsvorrichtung folgendes beinhaltet:
  • – ein Kopplungsband, das an diese Pastille angeschlossen wird, und
  • – einen Erdleiter, der an diese Antennenmasse angeschlossen wird und sich zu beiden Seiten dieses Kopplungsbandes erstreckt, wobei er gleichzeitig von diesem Band durch einen Schlitz von jeder dieser genannten Seiten dieses Bandes getrennt ist;
wobei diese Schlitz-Schleifenantenne dadurch gekennzeichnet ist, dass dieser Bereich des Wellenreflektors diesen Bereich der Kopplungsvorrichtung ausschließt.

Die vorliegende Erfindung hat ebenfalls eine Funkkommunikationseinrichtung zum Gegenstand, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine solche Antenne enthält. Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung lassen sich mit Hilfe der nachstehenden Beschreibung und der beigefügten schematischen Figuren besser verstehen.

Wenn ein und dasselbe Element auf mehreren dieser Figuren dargestellt ist, so wird es durch die gleichen Referenz-Ziffern und/oder -Buchstaben bezeichnet.

1 stellt eine Ansicht einer gemäß der Erfindung ausgeführten Funkkommunikationseinrichtung dar, wobei eine Antenne dieser Einrichtung in der Perspektivansicht betrachtet wird.

2 stellt eine Draufsicht der Antenne der Einrichtung aus 1 dar.

3 stellt eine Schnittansicht der gleichen Antenne durch eine senkrechte Ebene III-III der 2 dar.

4 stellt ein Diagramm der Schwankung eines Reflexionskoeffizienten dar, ausgedrückt in Dezibel und gemessen am Eingang eben dieser Antenne, in Abhängigkeit von der Frequenz eines Signals, das diese Antenne speist, wobei diese Frequenz in MHz zum Ausdruck gebracht wird.

Gemäß 1, 2 und 3 und in an sich bekannter Weise beinhaltet eine Schlitz-Schleifenantenne gemäß der vorliegenden Erfindung zunächst eine Resonanzstruktur, die wiederum die folgenden Elemente enthält:

  • – Ein dielektrisches Substrat 2, das zwei Hauptflächen aufweist, die einander entgegengesetzt sind. Diese beiden Hauptflächen bilden eine untere beziehungsweise eine obere Fläche. Sie erstrecken sich entsprechend waagerechten Richtungen, die in dieser Antenne definiert sind, und genauer gesagt gemäß einer Längsrichtung DL und gemäß einer senkrechten Richtung DT, wobei diese beiden Richtungen auf 2 dargestellt sind. Dieses Substrat hat typischerweise die Form einer planen rechteckigen Folie mit gleichmäßigem Aufbau und gleichmäßiger Dicke. Aber dieses ist keineswegs Pflicht. Insbesondere können diese Flächen gebogen sein und Beschaffenheit und Dicke des Substrats können variieren.
  • – Eine untere leitende Schicht 4, die sich beispielsweise auf einem Anteil dieser unteren Fläche des Substrats erstreckt und die vorhin genannte leitende Hilfsschicht bildet. Diese Schicht hat eine obere Fläche, die in Berührung mit dem Substrat steht, und eine untere Fläche, die dieser oberen Fläche entgegengesetzt ist.
  • – Ein erster Anteil einer oberen leitenden Schicht erstreckt sich auf dieser oberen Fläche über der Schicht 4 und bildet eine Pastille 6, des Typs, der international durch das englische Wort „patch" bezeichnet wird. Diese Pastille hat eine Länge und eine Breite, die sich gemäß der Längsrichtung DL beziehungsweise der Querrichtung DT erstrecken, und ihre Peripherie besteht aus vier Rändern, die sich paarweise etwa gemäß diesen beiden Richtungen erstrecken. Obwohl die Worte Länge und Breite üblicherweise auf die beiden Dimensionen eines rechteckigen Gegenstands Anwendung finden, die senkrecht zueinander stehen, wobei die Länge größer ist als die Breite, muss es so verstanden werden, dass die Pastille 6 von der Form eines solchen Rechtecks abweichen kann, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können die Richtungen DL und DT einen anderen Winkel als 90 Grad bilden, die Ränder dieser Pastille brauchen nicht geradlinig zu sein und durch kantige Spitzen getrennt zu werden und die Form der Pastille kann auch rund oder elliptisch sein. Einer der Ränder der dargestellten Pastille erstreckt sich gemäß der Querrichtung DT und bildet einen rückwärtigen Rand 50. Ein vorderer Rand 52 liegt diesem rückwärtigen Rand gegenüber. Zwei seitliche Ränder 54 und 56 verbinden diesen rückwärtigen Rand mit dem vorderen Rand. Die kumulierte Länge dieser vier Seiten bildet einen Umfang P der Pastille.
  • – Ein zweiter Anteil dieser oberen leitenden Schicht umgibt die Pastille 6. Er bildet eine Antennenmasse 8. Er wird von dieser Pastille durch einen Schlitz getrennt, der einen Resonanzschlitz 10 bildet. Er erstreckt sich auf einer begrenzten Entfernung ab diesem Schlitz. Dieses Substrat, diese Pastille und diese Antennenmasse definieren Ausbreitungsgeschwindigkeiten für elektromagnetische Wellen, die sich in dieser Antenne entlang dieses Schlitzes ausbreiten. Typischerweise ist die Breite des Resonanzschlitzes gleichmäßig. Aber das ist nicht erforderlich. In dem Fall, wo sie einheitlich ist und es mit den Charakteristika des Substrats und der Umgebung über dem Substrat ebenso ist, ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle entlang des Resonanzschlitzes konstant. Diese Geschwindigkeit hängt dann nur von der Frequenz dieser Welle ab. Die Pastille und die Antennenmasse bilden diese Resonanzstruktur. Diese Masse weist typischerweise die Form eines Bandes auf, dessen Breite zum Beispiel konstant ist. Ein solches Band bildet ein Masseband. Seine Breite ist begrenzt, damit die Kopplung der Antennen an abgestrahlte Wellen ausgehend von einem Außenrand dieses Bandes erfolgen kann.

Außerdem beinhaltet die Antenne eine Kopplungsvorrichtung. Wie bei dieser Art von Antennen bekannt, weist diese Vorrichtung die Form einer Übertragungsleitung des koplanaren Typs auf. Zum einen enthält sie einen Hauptleiter, der aus einem Längskopplungsband 18 besteht, das sich über die obere Fläche des Substrats erstreckt. Dieses Band wird in der Mitte dieses rückwärtigen Randes 50 an die Pastille 6 angeschlossen. Diese Vorrichtung beinhaltet zum anderen einen Erdleiter 20, der gebildet wird aus einem dritten Anteil und einem vierten Anteil der oberen leitenden Schicht, wobei diese beiden Anteile zu beiden Seiten des Bandes 18 liegen. Die elektrischen Feldlinien der fortschreitenden Wellen, die durch diese Übertragungsleitung geführt werden, werden durch zwei Längsschlitze aufgebaut, die dieses Band von diesen zwei Anteilen trennen.

Im Rahmen einer Funkkommunikationseinrichtung bildet diese Kopplungsvorrichtung die vollständige Anschlusseinheit oder einen Teil davon, die die Resonanzstruktur der Antenne an ein genanntes Signalverarbeitungssignal anschließt. Bei der als Beispiel genannten Einrichtung enthält diese Einheit außerdem eine Anschlussleitung, die antennenextern ist.

Auf 1 wurde eine solche antennenexterne Anschlussleitung symbolisch in Form von zwei Leitungsdrähten 28 und 30 dargestellt. Diese beiden Drähte schließen das Kopplungsband 18 beziehungsweise den Erdleiter 20 an eine Signalklemme 14 und an eine Masseklemme 16 des Signalverarbeitungssignals 12 an. Aber es muss so verstanden werden, dass eine solche Leitung in der Praxis vorzugsweise in Form einer koplanaren Leitung, einer Mikrostreifenleitung oder einer Koaxialleitung ausgeführt wird.

Das Signalverarbeitungsorgan 12 ist angepasst, um mit festgelegten Betriebsfrequenzen zu funktionieren, die der Nutz-Resonanzfrequenz der Antenne zumindest nahe kommen, das heißt, die in einem Durchlassbereich eingeschlossen sind, der auf diese Resonanzfrequenz zentriert ist. Es kann ein Verbundorgan sein und also ein Element enthalten, das dauerhaft auf jede dieser Betriebsfrequenzen abgestimmt ist. Es kann auch ein Element enthalten, das auf die verschiedenen Betriebsfrequenzen abstimmbar ist. Diese Resonanzfrequenz F ist dergestalt, dass das Produkt P × F dieser Frequenz mit diesem Umfang P der Pastille der Hälfte V/2 einer mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeit V einer elektromagnetischen Welle nahe kommt, die diese Frequenz hat und sich in dieser Antenne entlang dieses Resonanzschlitzes ausbreitet. Das heißt, dass diese Frequenz die Frequenz einer genannten Halbwellen-Resonanz ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die leitende Hilfsschicht von dieser Resonanzstruktur und diesem Signalverarbeitungsorgan entkoppelt, zumindest bei jeglichem Signal, das eine solche Funkfrequenz hat, wobei die genannten Betriebsfrequenzen insbesondere solche Frequenzen darstellen. Diese Entkopplung ermöglicht es dieser Schicht, diese abgestrahlten elektromagnetischen Wellen zu reflektieren, ohne diese Nutz-Resonanzfrequenz, die durch diese Struktur definiert wird, wesentlich zu verändern, so dass diese Schicht einen Wellenreflektor 4 darstellt. Diese Wellenreflektorfunktion unterscheidet sich von der der Masseschichten, die sich auf der unteren Fläche des Substrats der bekannten Schlitz-Schleifenantennen erstrecken. Diese Erfindung profitiert davon, dass wenn eine solche untere Masseschicht der bekannten Antennen die Entwicklung von Störmodi vom Typ parallele Platten erlaubt, es daran liegt, dass diese Schicht mit der Antennenmasse verbunden ist, die durch die obere leitende Schicht gebildet wird.

Vorzugsweise schließt der Bereich, der von dem Wellenreflektor an der unteren Fläche des Substrats eingenommen wird, den Bereich ein, der von der Resonanzstruktur an der oberen Fläche des Substrats eingenommen wird. In einigen Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, dass der Bereich des Reflektors über den Bereich der Resonanzstruktur übersteht, um das Senden von abgestrahlten Störwellen zu den unter der Ebene der Antenne gelegenen Bereichen ganz stark zu begrenzen. In anderen Fällen kann es von Vorteil sein, diese beiden Bereiche etwa zusammenfallen zu lassen, um einer kompaktere Antenne auszuführen, wobei gleichzeitig das Senden solcher Störwellen ausreichend begrenzt wird.

Vorzugsweise schließt der genannte Bereich, der von dem Wellenreflektor eingenommen wird den Bereich aus, der von der genannten Kopplungsvorrichtung an der oberen Fläche des Substrats eingenommen wird. Diese Anordnung verhindert, dass eine Störkopplung zwischen der Resonanzstruktur und dem Wellenreflektor vermittels der Kopplungsvorrichtung auftritt.

Vorzugsweise erfolgt eine elektrische Isolierung zwischen zum einen dem genannten Wellenreflektor und zum anderen:

  • – dieser Pastille,
  • – dieser Antennenmasse,
  • – dieser Signalklemme des Signalverarbeitungsorgans,
  • – dieser Masseklemme dieses Organs,
  • – diesem Hauptleiter der Anschlusseinheit, und
  • – diesem Erdleiter dieser Einheit.

Eine solche Isolierung erfolgt sowohl gegenüber Gleichstrom als auch gegenüber Wechselströmen. Sie trägt dazu bei, das Risiko von Störkopplungen zu begrenzen. Mittel für ihre Ausführung bestehen unter anderem aus dem Substrat 2 und einer Trennschicht 22, die später beschrieben wird.

Vorzugsweise beinhaltet die Funkkommunikationseinrichtung außerdem ein Mittel für den Abstand, um einen festgelegten Entkopplungsabstand zwischen diesem Wellenreflektor 4 und einem Gegenstand aufrechtzuerhalten, der sich diesem Reflektor von der Seite dieser unteren Fläche dieses Reflektors nähert.

Vorzugsweise besteht dieses Mittel für den Abstand aus einer elektrisch isolierenden Trennschicht 22, die an der genannten unteren Fläche dieses Reflektors 4 befestigt ist, wobei diese Schicht eine Dicke hat, welche diesen Entkopplungsabstand bildet.

Vorzugsweise besteht diese Trennschicht 22 aus einem Material, das eine relative Dielektrizitätskonstante kleiner 2 hat und vorzugsweise zudem nahe an der Einheit. Im Rahmen dieser Erfindung muss die Dicke dieser Schicht in der Tat ausreichend groß gewählt werden, und ihre Dielektrizitätskonstante, die durch ihre relative Dielektrizitätskonstante dargestellt wird, muss ausreichend klein gewählt werden, um eine kapazitive Störkopplung zwischen dem Reflektor und jedwedem Bauelement oder Leiter, das/der bei einer solchen Funkfrequenz Schwankungen des elektrischen Potenzials unterliegt, zu verhindern oder zumindest zu begrenzen. Eine solche Kopplung ist in dem Fall zu befürchten, wo dieses Bauelement oder dieser Leiter mit dieser Trennschicht in Berührung kommen kann. Solche Bauelemente oder Leiter sind insbesondere in dem Signalverarbeitungsorgan eingeschlossen. Aus diesem Grund wiederum vorzugsweise und zwecks Kompaktheit wird diese Trennschicht 22 zwischen diesem Wellenreflektor 4 und diesem Signalverarbeitungsorgan 12 eingefügt. Sie besteht beispielsweise aus einem organischen Polymer, das die Form eines Hartschaums aufweist oder aus einem massiven Material mit ganz kleiner Dielektrizitätskonstante.

Die Funkkommunikationseinrichtung gemäß der Erfindung kann insbesondere ein mobiles Endgerät für ein Funktelefonienetz bilden. Es enthält dann außerdem mindestens:

  • – ein Mikrofon 24, um ein elektrisches Signal zu modulieren, das von diesem Signalverarbeitungsorgan 12 an diese Schlitz-Schleifenantenne 1 gesendet wird, und
  • – einen Hörer 26, um ein akustisches Signal zu liefern, das für eine Modulation eines elektrischen Signals typisch ist, das von diesem Signalverarbeitungsorgan von dieser Antenne herkommend empfangen wurde.

In diesem Fall wird der genannte Wellenreflektor 4 vorzugsweise zwischen dieser Resonanzstruktur 6, 8, 10 der Antenne und mindestens diesem Hörer eingefügt. Es ist bekannt, dass ein Anteil der von der Antenne eines solchen Endgeräts gesendeten Strahlung vom Kopf eines Nutzers dieses Endgeräts abgefangen werden kann. Diese Position des Wellenreflektors ermöglicht es zumindest, einen solchen Anteil zu begrenzen. Allgemeiner gesagt wird der Wellenreflektor ebenso wie die Trennschicht zwischen dieser Resonanzstruktur und dem Rest einer Funkkommunikationseinrichtung eingefügt.

Im Rahmen einer besonderen Ausführungsart einer Antenne gemäß dieser Erfindung werden nachstehend verschiedene Anordnungen, Zusammensetzungen und Werte angegeben. Die Längen und Breiten werden gemäß der Längsrichtung DL beziehungsweise der Querrichtung DT angegeben. Die Antenne ist symmetrisch bezogen auf eine Achse A. Das Substrat ist rechteckig und hat vier Ränder, wobei es sich um einen rückwärtigen Rand, einen vorderen Rand und zwei Seitenränder handelt, die jeweils gegenüber den gleichnamigen Rändern der Pastille liegen. Die Ränder der oberen leitenden Schicht stimmen überein mit denen des Substrats. Der Wellenreflektor und die Trennschicht haben Vorder- und Seitenränder, die sich mit denjenigen des Substrats decken. Aber mit ihren Vorderrändern ist es nicht so.

  • – Resonanzfrequenz F = 1.180 MHz,
  • – Eingangsimpedanz: 50 Ohm,
  • – Zusammensetzung des Substrats: Epoxidharz mit einer relativen

Dielektrizitätskonstante er gleich 4,3 und einem Verlustfaktor tg d gleich 0,03,

  • – Dicke des Substrats: 2 mm,
  • – Dicke der Trennschicht: 8 mm,
  • – Zusammensetzung der leitenden Schichten: Kupfer,
  • – Dicke dieser Schichten: 17 Mikrometer,
  • – Länge des Substrats: 42 mm,
  • – Breite des Substrats: 50 mm,
  • – Länge der Pastille: 26 mm,
  • – Breite der Pastille: 33 mm,
  • – Länge des Wellenreflektors und der Trennschicht: 40 mm,
  • – Breite des Resonanzschlitzes: 0,8 mm,
  • – Breite des Massebandes: 5 mm,
  • – Breite des Kopplungsbandes: 5 mm,
  • – Breite der Schlitze, die zu beiden Seiten dieses Bandes gelegen sind: 0,8 mm.

Das Diagramm aus 4 wurde gezeichnet ausgehend von Messungen, die an der Antenne erfolgten, deren bezifferte Charakteristika oben angegeben wurden. Auf dieser Figur entspricht der Pegel 0 dB der oberen waagerechten Kennzeichnungslinie. Der Abstand zwischen zwei waagerechten Kennzeichnungslinien steht für 10 dB. Die äußersten Frequenzen der dargestellten Skala sind 700 und 2.000 MHz. Der vom Diagramm gezeigte Resonanzpeak entspricht der zuvor angegebenen Nutz-Resonanzfrequenz F.


Anspruch[de]
Schlitz-Schleifenantenne, wobei diese Antenne folgendes enthält:

– ein dielektrisches Substrat (2), das eine untere und eine obere Fläche hat,

– eine leitende Hilfsschicht (4), die sich auf dieser unteren Fläche des Substrats erstreckt und auf dieser unteren Fläche einen Bereich hat,

– eine obere leitende Schicht (6, 8), die sich auf dieser oberen Fläche des Substrats erstreckt und folgendes bildet:

– eine Pastille (6), wobei diese leitende Hilfsschicht von dieser Pastille getrennt ist, und

– eine Antennenmasse (8), welche diese Pastille umgibt, wobei sie von dieser Pastille durch einen Schlitz getrennt ist und dieser Schlitz einen Resonanzschlitz (10) bildet,

wobei diese Pastille, dieser Schlitz und diese Masse eine Resonanzstruktur bilden, und diese Struktur einen Bereich auf dieser oberen Fläche des Substrats hat, und dieser Bereich etwa eingeschlossen ist in diesen Bereich der leitenden Hilfsschicht, wobei diese leitende Hilfsschicht (4) außerdem von dieser Antennenmasse (8) isoliert ist, so dass ein Wellenreflektor für abgestrahlte elektromagnetische Wellen gebildet wird, die von dieser Resonanzstruktur gesendet oder empfangen werden;

diese Antenne enthält außerdem eine Kopplungsvorrichtung, die aus dieser oberen leitenden Schicht (6, 8) gebildet wird, wobei diese Kopplungsvorrichtung die Form einer koplanaren Leitung aufweist, die einen Bereich auf diese oberen Fläche des Substrats hat, wobei diese Kopplungsvorrichtung folgendes beinhaltet:

– ein Kopplungsband (18), das an diese Pastille angeschlossen wird, und

– einen Erdleiter (20), der an diese Antennenmasse angeschlossen wird und sich zu beiden Seiten dieses Kopplungsbandes erstreckt, wobei er gleichzeitig von diesem Band durch einen Schlitz von jeder dieser genannten Seiten dieses Bandes getrennt ist;

wobei diese Schlitz-Schleifenantenne dadurch gekennzeichnet ist, dass dieser Bereich des Wellenreflektors (4) diesen Bereich der Kopplungsvorrichtung ausschließt.
Schlitz-Schleifenantenne gemäß Anspruch 1, wobei diese Antenne dadurch gekennzeichnet ist, dass der genannte Wellenreflektor (4) eine elektrisch isolierende Trennschicht (22) trägt, auf einer Seite dieses Reflektors, die dem genannten Substrat (2) entgegen gesetzt ist. Schlitz-Schleifenantenne gemäß Anspruch 2, wobei diese Antenne dadurch gekennzeichnet ist, dass diese Trennschicht (22) eine Dicke zwischen 5 und 10 mm hat. Funkkommunikationseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Antenne gemäß einem der vorstehenden Ansprüche enthält. Funkkommunikationseinrichtung gemäß Anspruch 4, wobei diese Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Trennschicht (22) einen festgelegten Entkopplungsabstand zwischen diesem Wellenreflektor (4) und einem Gegenstand aufrechterhält, der sich diesem Reflektor von der Seite dieser unteren Fläche dieses Reflektors nähert. Funkkommunikationseinrichtung gemäß Anspruch 5, wobei diese Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass diese Trennschicht (22) aus einem Material besteht, das eine relative Dielektrizitätskonstante kleiner 2 hat. Funkkommunikationseinrichtung gemäß Anspruch 5, wobei diese Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass diese Trennschicht (22) zwischen diesem Wellenreflektor (4) und diesem Signalverarbeitungsorgan (12) eingefügt ist. Funkkommunikationseinrichtung gemäß Anspruch 5, wobei diese Einrichtung ein mobiles Endgerät für ein Funktelefonienetz bildet und außerdem enthält:

– ein Mikrofon (24), um ein elektrisches Signal zu modulieren, das von diesem Signalverarbeitungsorgan (12) an diese Schlitz-Schleifenantenne (1) gesendet wird, und

– einen Hörer (26), um ein akustisches Signal zu liefern, das für eine Modulation eines elektrischen Signals typisch ist, das von diesem Signalverarbeitungsorgan von dieser Antenne herkommend empfangen wurde,

wobei der genannte Wellenreflektor (4) zwischen dieser Resonanzstruktur (6, 8, 10) der Antenne und mindestens diesem Hörer eingefügt ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com