DE19858090A1

DE19858090A1 - Doppelbandantenne und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE19858090A1
Application number: DE19858090A
Authority: DE
Inventors: Scott A Faulkner
Original assignee: Whitaker LLC
Current assignee: Whitaker LLC
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 1999-06-24
Also published as: JPH11234026A; US6232930B1

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit Antennen und betrifft eine Doppelbandantenne gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Die Zellular-Kommunikationsindustrie, die Zellular telefone (Handys) und dergleichen beinhaltet, verwen det einen Frequenzbereich zwischen 800 und 900 MHz. Zellulartelefone, Rufanlagen und dergleichen machen im allgemeinen von einer Peitschen- oder Stichleitungs antenne Gebrauch, die zur Schaffung einer optimalen Leistung in dem genannten Frequenzbereich abgestimmt wird. Mit der Einführung von persönlichen Kommunika tionsdiensten (PCS) für die Schaffung von Dienst leistungen, wie der Datenübertragung, der drahtlosen Sprachpost (voice mail) und dergleichen, hat die nationale Kommunikationskommission (Federal Communications Commission FCC) in den U.S.A. eine Mit tenfrequenz von 1,9 GHz mit einer geeigneten Bandbrei te etabliert, wie dies in der Technik allgemein be kannt ist. Mit der Ausweitung der neuen PCS-Technolo gie besteht ein Bedarf zur Schaffung von Vorrichtun gen, die Kommunikationen sowohl im Frequenzbereich von 800 bis 900 MHz als auch im Frequenzbereich von 1,92 GHz senden und empfangen können. Zellulartelefone und dergleichen benötigen somit eine Antenne, die in jedem der beiden Frequenzbereiche arbeitet. Ein Weg zur Er zielung dieser Funktion besteht in der Schaffung von zwei getrennten Antennen. Es ist jedoch wünschenswer ter und wirtschaftlicher, eine einzige Antenne wenigstens mit Doppelbandeignung zu schaffen.

Die vorliegende Erfindung schafft eine solche Doppel bandantenne, die ein erstes und ein zweites Element beinhaltet. Das erste Element bildet eine Spule mit einem ersten und einem zweiten Ende und einer Mehrzahl von Windungen, die eine erste und eine zweite aus gewählte Windung zwischen den Enden beinhalten, wobei das erste Ende eine Speisestelle bildet. Das zweite Element definiert ein reaktives Element bzw. Blindwi derstandselement, das ein auf einer ersten Oberfläche einer dielektrischen Folie bzw. Schicht angeordnetes leitfähiges Element aufweist. Das leitfähige Element besitzt eine ausgewählte Fläche und Formgebung und erstreckt sich zu einem ersten und einem zweiten Ende, die der ersten bzw. zweiten ausgewählten Windung zu geordnet sind. Das zweite Element ist wenigstens zum Teil um die Spule herumgewickelt, wobei eine zweite Oberfläche der Folie den Windungen benachbart ist und sich wenigstens zwischen der ersten und der zweiten ausgewählten Windung entlang derselben erstreckt, so daß das erste und das zweite Ende des leitfähigen Ele ments der ersten und der zweiten ausgewählten Windung benachbart sind. Die dielektrische Schicht erstreckt sich dabei zwischen dem leitfähigen Element und den Windungen. Bei hohen Frequenzen bildet das zweite Ele ment einen Kurzschluß zwischen der ersten und der zweiten ausgewählten Windung, und bei niedrigen Fre quenzen ist das zweite Element im wesentlichen elek trisch inaktiv.

Eine Abstimmung der Antenne auf gewünschte Frequenzen ist durch Einstellen der Dimensionen und der Anord nungsstellen der verschiedenen Komponenten der Anord nung möglich.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer zusammengebauten Anten ne gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht entlang der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht der Antenne der Fig. 1 im montierten Zustand, wobei die äußere Um mantelung entfernt ist;

Fig. 4 eine Draufsicht auf das in der Antenne verwendete reaktive Element; und

Fig. 5 eine der Fig. 3 ähnliche Ansicht, wobei die Antenne verdreht ist, um die Position des reaktiven Elements zu veranschauli chen.

Zum Zweck der Erläuterung wird die vorliegende Erfin dung im folgenden in bezug auf eine Doppelbandantenne für ein Zellulartelefon beschrieben. Die Antenne ist auch geeignet zur Verwendung bei Rufanlagen, Zwei weg-Kommunikationsvorrichtungen mit einer in der Hand zu haltenden Einheit und einer Basiseinheit, Computer-Netz werksystemen, Transpondern und dergleichen Vor richtungen.

Wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 zu sehen ist, beinhaltet eine Doppelband-Antennenanordnung 10 eine Antenne 12, die in einer dielektrischen Hülle 60 angeordnet ist und mit einem Koaxialverbinder 50 elek trisch verbunden ist. Es versteht sich, daß auch andere in der Technik bekannte Verfahrensweisen zum Anbringen der Antenne an einem elektrischen Gegenstand sowie zur Schaffung einer elektrischen Verbindung da zwischen sowie mit dem Bezugspotential verwendet wer den können.

Die Antenne 12 besitzt ein leitfähiges erstes Element 14, das eine Spule bildet, sowie ein zweites Element 30, das ein reaktives Element bzw. Blindwiderstands element bildet. Die Spule 14 weist ein erstes und ein zweites Ende 16, 18 sowie eine Mehrzahl von Windungen 20 dazwischen auf, wobei dies eine erste und eine zweite ausgewählte Windung 22, 24 beinhaltet, wie dies am besten in den Fig. 2, 3 und 5 zu sehen ist. Das erste Ende 16 bildet die Speisestelle bzw. Kopplungs stelle für die Antenne und ist dazu ausgebildet, mit einem Signalkontakt 52 des Koaxialleiters 50 elek trisch verbunden zu werden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Der Koaxialverbinder 50 beinhaltet ferner einen äußeren oder Erdungskontakt 56, der den Signalkontakt 52 umgibt, wobei er durch dielektrisches Material 54 von diesem beabstandet ist, wie dies in der Technik bekannt ist. Es versteht sich, daß auch andere Wege zur Schaffung des Bezugspotentials für die Antenne verwendet werden können.

Das reaktive Element 30 beinhaltet ein leitfähiges Element 32, das auf einer ersten Oberfläche 42 einer dielektrischen Folie 40 angeordnet ist, wie dies am besten in Fig. 4 zu sehen ist. Das leitfähige Element 32 besitzt eine ausgewählte Fläche und Formgebung und erstreckt sich zu einem ersten und einem zweiten Ende 34, 36, die der ersten bzw. zweiten ausgewählten Win dung 22, 24 zugeordnet sind. Zur Erzielung einer maxi malen Kopplung zwischen dem leitfähigen Element 32 und den ausgewählten Windungen 22, 24 ist es wünschens wert, daß die Enden 34, 36 des leitfähigen Elements 32 möglichst breit sind. Es ist auch wünschenswert, daß die Kopplung zwischen den Enden 34, 36 auf ein Minimum reduziert ist. Es versteht sich, daß die Formgebung des leitfähigen Elements 32 nicht auf die vorliegend dargestellte begrenzt ist. Die dielektrische Folie 40 kann ferner angrenzend an ihre Enden 48 nach außen gerichtete Fortsätze 46 aufweisen, die zur Positionie rung des reaktiven Elements 30 an der Spule 14 verwen det werden können. Es können auch nach innen gerichte te Kerben (nicht gezeigt) oder andere Merkmale in das reaktive Element 30 integriert sein, um eine korrekte Positionierung zu gewährleisten.

Das reaktive Element 30 wird zumindest teilweise um die Spule 14 herumgewickelt, wobei eine zweite Ober fläche 44 der Folie 40 den Windungen 20 benachbart ist und sich zumindest zwischen der ersten und der zweiten ausgewählten Windung 22, 24 diese entlang erstreckt, so daß das erste und das zweite Ende 34, 36 des leit fähigen Elements 32 der ersten und der zweiten aus gewählten Windung 22, 24 benachbart sind, wie dies in den Fig. 2, 3 und 5 gezeigt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind das erste und das zweite Ende 34, 36 des leitfähigen Elements 32 mit der zugehörigen ersten bzw. zweiten ausgewählten Windung 22, 24 im wesentlichen ausgefluchtet, und die dielektrische Folie 40 erstreckt sich nur zum Teil um die Spule 14 herum. Wie in diesen Zeichnungen zu sehen ist, können eine oder mehrere zusätzliche Windungen 26 zwischen der ersten und der zweiten ausgewählten Windung 22, 24 vorhanden sein. Es versteht sich, daß das dielektri sche Element auch um die vollständige Spule herumge wickelt werden kann und daß die Enden des leitfähigen Elements nicht exakt mit den ausgewählten Windungen ausgefluchtet zu sein brauchen. Die dielektrische Schicht 40 erstreckt sich zwischen dem leitfähigen Element 32 und den Windungen 20. Das leitfähige Ele ment 32, die dielektrische Schicht 40 und die Windun gen 20 der Spule 14 unter der Schicht 40 bilden zusam men eine Kapazität.

Die obere und die untere Frequenz der Doppelbandanten ne 12 sind durch die voneinander abhängige Wechselwir kung zwischen der Spule 14 und dem reaktiven Element 32 definiert. Genauer gesagt überbrückt bei höheren Frequenzen die Admittanz der Kapazität einige der Win dungen 20 der Spule 14. Die Admittanz der Kapazität sinkt proportional zu der Frequenz, wobei die Ge samtlänge der Spule 14 kürzer gemacht wird und dadurch ein Abgleich entsteht. Bei dem reaktiven Element 30 handelt es sich der Wirkung nach um ein parasitäres Element. Bei niedrigeren Frequenzen ist die Admittanz der Kapazität zu hoch, um die Überbrückung bzw. den Kurzschluß zwischen den Windungen 20 zu bilden. Die Antenne 12 arbeitet somit mit der vollen elektrischen Länge der Spule 14. Bei niedrigeren Frequenzen ist das reaktive oder parasitäre Element im wesentlichen elek trisch inaktiv.

Die Antenne 12 kann abgestimmt werden durch Einstellen des Raums zwischen den Windungen der Spule 14, der Länge des bei der Spule 14 verwendeten Drahts und der Formgebung des leitfähigen Elements 32 in dem reakti ven Element 30 einschließlich der Anzahl von Windungen 20 der Spule 14, die von dem reaktiven Element 30 be deckt ist, sowie dessen Position transaxial auf der Spule 14.

Die Antenne 12 wird dadurch zusammengebaut, daß das reaktive Element 30 mit dem leitfähigen Element 32 auf der Folie 40 über dem gewünschten Bereich der Spule 14 angeordnet wird. Das Hochfrequenzband kann durch Ein stellen der Lage des reaktiven Elements 30 auf der Spule 14 abgestimmt werden. Die Folie 40 wird an der Spule 14 durch Klebstoff oder dergleichen Mittel, wie diese in der Technik bekannt sind, an der gewünschten Stelle befestigt, um auf diese Weise die Antenne 12 zu bilden. Das Niedrigfrequenzband der zusammengebauten Antenne 12 kann dann durch Trimmen des zweiten Endes 18 der Spule 14 abgestimmt werden. Das erste Ende 16 der Spule 14 wird mit dem Signalanschluß 52 des Koaxialverbinders 50 elektrisch verbunden, und die dielektrische Hülle 60 wird über der Antenne 12 ange ordnet und an einem Gewinde 58 des Verbinders 50 be festigt. Alternativ hierzu kann die Hülle 60 durch Klebstoff oder andere Verfahrensweisen befestigt wer den, wie diese in der Technik bekannt sind.

Die Spule 14 kann aus geeignetem Drahtmaterial, wie z. B. Phosphorbronze, Stahl, Titan oder dergleichen mit einer ausreichenden Federvergütung hergestellt sein. Das leitfähige Element 32 kann aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Material gebildet sein, das ausrei chend flexibel ist, um um die Spule 14 herumgeformt zu werden, oder alternativ hierzu kann es sich um eine aufgedruckte, leitfähige Farbe handeln, wie dies in der Technik bekannt ist. Die dielektrische Folie kann aus Kapton, Mylar oder dergleichen gebildet sein. Die Hülle 60 kann z. B. aus Polyurethan, Polycarbonat oder ähnlichen Materialien gebildet sein, wie dies in der Technik bekannt ist.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Doppelbandan tenne mit der Fähigkeit, auf zwei verschiedenen Fre quenzen zu senden und zu empfangen. Die erfindungsge mäße Antenne ist kompakt, einfach abstimmbar und kostengünstig herstellbar. Es versteht sich, daß die Antenne der vorliegenden Erfindung auch zur Verwendung bei Vorrichtungen geeignet ist, die von anderen Fre quenzen Gebrauch machen.

Claims

1. Doppelbandantenne (12) mit einem ersten Element, das eine Spule (14) mit einem ersten und einem zweiten Ende (16, 18) und einer Mehrzahl von Win dungen (20) aufweist, wobei das erste Ende (16) eine Speisestelle (16) bildet,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Win dungen (20) eine erste und eine zweite Windung (22, 24) aufweist, und daß die Antenne (12) ein zweites Element (30) aufweist, das ein reaktives Element bildet, wobei das zweite Element (30) ein auf einer ersten Oberfläche einer dielektrischen Folie (40) angeordnetes leitfähiges Element (32) beinhaltet, das eine ausgewählte Fläche und Form gebung aufweist und sich zu einem ersten und zu einem zweiten Ende (34, 36) erstreckt, die der ersten bzw. zweiten ausgewählten Windung (22, 24) zugeordnet sind, wobei das zweite Element (30) we nigstens teilweise um die Spule (14) herumge wickelt ist, wobei eine zweite Oberfläche der Folie (40) den Windungen benachbart ist und sich wenigstens zwischen der ersten und der zweiten ausgewählten Windung (22, 24) längs derselben er streckt, so daß das erste und das zweite Ende (34, 36) des leitfähigen Elements (32) der ersten und der zweiten ausgewählten Windung (22, 24) benach bart angeordnet sind und sich die dielektrische Schicht zwischen dem leitfähigen Element (32) und den Windungen (20) befindet, so daß bei hohen Fre quenzen das zweite Element (30) einen Kurzschluß zwischen der ersten und der zweiten ausgewählten Windung (22, 24) bildet und bei niedrigen Frequen zen das zweite Element (30) im wesentlichen elek trisch inaktiv ist.

2. Doppelbandantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende (34) des leitfähigen Elements (32) mit der ersten Win dung (22) teilweise um die Spule (14) herum ausge fluchtet ist.

3. Doppelbandantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende (36) des leitfähigen Elements (32) mit der zweiten Win dung (24) teilweise um die Spule (14) herum ausge fluchtet ist.

4. Doppelbandantenne nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das erste Ende (34) des leitfähigen Elements so breit ist wie eine Breite einer betreffenden Windung der Spule (14).

5. Doppelbandantenne nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Element (32) zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (34, 36) verengt ausgebildet ist.

6. Doppelbandantenne nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (30) von Rändern (48) der Folie (40) wegragende Fortsätze (46) zum Positionieren des zweiten Ele ments (30) relativ zu der Spule (14) aufweist.

7. Doppelbandantenne nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem ersten Element (14) um einen Draht mit konstantem Durch messer handelt.

8. Doppelbandantenne nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (30) an der Spule (14) durch Haftmaterial be festigt ist.

9. Verfahren zum Herstellen einer Doppelbandantenne (12) gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Auswählen eines ersten Elements (14), das eine Spule (14) mit einem ersten und einem zweiten Ende (16, 18) sowie eine Mehrzahl von Windungen (20) aufweist, die eine erste und eine zweite ausge wählte Windung (22, 24) zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (16, 18) beinhalten;
Auswählen eines zweiten Elements (30), das ein auf einer ersten Oberfläche einer dielektrischen Folie (40) angeordnetes leitfähiges Element (32) bein haltet; und durch
Positionieren des zweiten Elements (30) teilweise um die Spule (14) herum, wobei eine zweite Ober fläche der Folie (40) den Windungen (20) benach bart ist und sich zumindest zwischen der ersten und der zweiten ausgewählten Windung (22, 24) ent lang derselben erstreckt, so daß das erste und das zweite Ende (34, 36) des leitfähigen Elements (32) der ersten und der zweiten ausgewählten Windung (22, 24) benachbart sind und die dielektrische Schicht dabei zwischen dem leitfähigen Element (32) und den Windungen (20) angeordnet ist, wo durch die Antenne (12) für eine ausgewählte hohe Frequenz abgestimmt werden kann.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende (18) des ersten Elements (14) zum Abstimmen der Antenne (12) für eine ausgewählte niedrige Frequenz ge trimmt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Posi tionierung ein derartiges Ausrichten des ersten und des zweiten Endes (34, 36) des leitfähigen Elements (32) beinhaltet, daß diese mit der ersten und der zweiten Windung (22, 24) teilweise um die Spule (14) herum ausgefluchtet sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Posi tionierung ein Anbringen des zweiten Elements (30) an der Spule (14) beinhaltet.