DE19909071A1 - DECT-Funkmodul - Google Patents

Abstract

Ein DECT-Funkmodul umfaßt eine Platine, eine aktive Schaltungsanordnung, die auf der Platine angeordnet ist, eine integrierte Planarantenne, die als Metallisierungsstruktur auf und/oder in der Platine ausgeführt ist und mit der elektrischen Schaltungsanordnung koppelbar ist und eine Abschirmung zum Abschirmen der aktiven Schaltungsanordnung. Eine Antennenbuchse ist optimal vorgesehen, um alternativ zu der integrierten Planarantenne auch eine externe Antenne anschließen zu können. Die Antenne wird über eine reversibel trennbare Brücke zwischen einem Signalabschnitt der Antennenbuchse und einem Speisungspunkt der Planarantenne gespeist. Die Antenne ist vorzugsweise als Inverted-F-Antenne ausgeführt. Damit kann ein preisgünstiges und zuverlässiges DECT-Funkmodul hergestellt werden, das lediglich einem einzigen DECT-Konformitätstest unterzogen werden muß, ohne daß Nachtests für jeweilige spätere Antennenausführungen erforderlich sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf DECT-Komponenten und insbesondere auf ein DECT-Funkmodul.

Ein DECT-Funkmodul erlaubt die drahtlose Datenkommunikation zwischen einer Basis- und einer oder mehreren Mobilstatio­ nen. Die Übertragung erfolgt konform zu dem ETSI DECT-Stan­ dard. Durch den vorgeschriebenen Zugriffsmechanismus auf das Funkmedium werden gegenseitige Störungen weitgehend ausge­ schlossen. Eine sichere Datenübertragung kann durch den Ein­ satz eines Fehlersicherungsprotokolls erreicht werden. Für die Abstrahlung sowie den Empfang des hochfrequenten Signals eines DECT-Funkmoduls werden Antennen eingesetzt, die für den Frequenzbereich von 1880 MHz bis 1900 MHz geeignet sind.

Bekannte DECT-Funkmodule sind mit einer oder zwei Antennen bzw. Antennenanschlüssen ausgestattet. Der Einsatz einer zweiten Antenne ermöglicht einen Diversity-Empfang. Bisheri­ ge DECT-Kommunikationseinrichtungen bieten entweder nur die Möglichkeit, mittels eines hochfrequenztauglichen Steckver­ binders direkt oder über ein Verbindungskabel Antennen an­ zuschließen, oder sie sind mit dielektrischen Chipantennen ausgestattet. Diese dielektrischen Chipantennen sind spe­ zielle Bauteile, die direkt auf der Leiterplatte durch Löten angebracht werden. Außerdem können Antennen direkt am DECT- Funkmodul mittels separater Draht- oder Koaxialkabelanord­ nungen realisiert werden. Die Verbindung einer separaten An­ tenne mit der Hauptplatine des DECT-Funkmoduls erfolgt über eine Lötverbindung oder über eine Klemmverbindung, bei der ein Ende einer separaten Antenne auf einen Bereich der Lei­ terplatte gepreßt wird, an dem das Hochfrequenzsignal an­ liegt, derart, daß eine leitfähige Verbindung zwischen der Antenne und dem Hochfrequenz-Ausgang der Hauptplatine er­ reicht wird.

Solche bekannten DECT-Funkmodule haben allesamt den Nach­ teil, daß der Aufbau insbesondere aufgrund der Befestigung der separaten Antenne aufwendig und fehleranfällig ist. Dar­ überhinaus muß berücksichtigt werden, daß DECT-Funkmodule üblicherweise bei Benutzern zum Einsatz kommen, von denen im allgemeinen kein allzu großer hochfrequenztechnischer Sach­ verstand erwartet werden kann. Daher sind separate Antennen­ konstruktionen nachteilhaft, da sie einerseits relativ leicht zugänglich sind und andererseits empfindlich sind. Außerdem muß ein Anwender eines DECT-Funkmoduls mit separa­ ter Antenne nach dem Kauf des Moduls zunächst einige Zusam­ menbauoperationen ausführen, was für viele Benutzer uner­ freulich ist, da sie den Anspruch haben, ein Gerät einzu­ schalten und zu betreiben, ohne daß es erforderlich ist, un­ ter Umständen lange komplizierte Gebrauchsanleitungen stu­ dieren zu müssen, um anschließend Einzelteile korrekt zu­ sammenbauen zu können.

Für die Hersteller von DECT-Funkmodulen ergibt sich ferner der Nachteil, daß, wie es bereits erwähnt wurde, das Her­ stellungsverfahren aufwendiger wird, da die Antenne separat behandelt werden muß, und daß neben einem DECT-Konformi­ tätstest des Funkmoduls ferner Nachtests für die jeweilige spätere Antennenausführung durchgeführt werden müssen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges und zuverlässiges DECT-Funkmodul zu schaf­ fen.

Diese Aufgabe wird durch ein DECT-Funkmodul nach Patentan­ spruch 1 gelöst.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der wesentliche Nachteil bestehender DECT-Funkmodule in der separaten Antennenanordnung liegt, die zu den bereits beschriebenen Nachteilen führt. Erfindungsgemäß wird daher diese hybride Ansatz verlassen und ein integrierter Aufbau eingesetzt. Bei diesem integrierten Aufbau wird die Antenne direkt auf bzw., falls eine Mehrschichtplatine verwendet wird, in der Platine als Planarantenne realisiert. Damit ist es möglich, auf sehr kostengünstige und konstruktiv einfache Art DECT-Funkmodule mit Antennen auszustatten. Solche DECT- Funkmodule sind als universell verwendbare Module insbeson­ dere zum Einbau in mobile Endgeräte konzipiert. Aufgrund der Tatsache, daß der Markt für Geräte gemäß dem ETSI DECT-Stan­ dard ein Consumer-Markt ist, besteht für DECT-Funkmodule ein starker Kostendruck einerseits und ein starker Qualitäts­ druck andererseits. Nur kostengünstige und qualitativ hoch­ wertige Produkte können sich gerade auf diesem Markt durch­ setzen.

Ein DECT-Funkmodul gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Platine, eine aktive Schaltungsanordnung, die auf der Platine angeordnet ist, eine integrierte Planarantenne, die als Metallisierungsstruktur auf und/oder in der Platine aus­ geführt ist und mit der aktiven Schaltungsanordnung koppel­ bar ist, und eine Abschirmung zum Abschirmen der aktiven Schaltungsanordnung.

Damit entfallen die Einbauschritte zum Anbringen der sepa­ raten Antennenanordnung auf der Hauptplatine. Dies führt zu folgenden Vorteilen:

• - Das DECT-Modul ist beim Anwender schnell einsatzfähig, da keine Kabel oder Antennen mehr montiert werden müs­ sen. Der Anwender benötigt daher keinerlei Sachverstand, um das einmal gekaufte DECT-Modul gewissermaßen fertig­ zustellen.
• - Das DECT-Modul ist für den Anwender und für den Herstel­ ler kostengünstig, da keine externen Komponenten, wie z. B. Kabel, Steckverbinder, Antennen, etc., beschafft wer­ den müssen.
• - Das DECT-Modul ist mechanisch stabil herstellbar, da keine Drähte oder ähnliches als Antennen verwendet wer­ den müssen. Die als Metallisierungsstruktur auf der Pla­ tine hergestellte Planarantenne ist mechanisch robust und bietet auch für relativ hochfrequenztechnisch uner­ fahrene Anwender nahezu keinen Angriffspunkt, der zu ei­ ner unbeabsichtigten mechanischen Beschädigung oder Zer­ störung der Planarantenne führen könnte.
• - Das DECT-Modul ist schneller und vor allem kostengün­ stiger zu fertigen, da keine zusätzlichen Bauteile, wie z. B. Chipantennen, Antennensteckverbinder oder externe Antennen, zugekauft und bestückt werden müssen.
• - Das DECT-Modul kann einem einzigen DECT-Konformitätstest unterzogen werden, ohne daß Nachtests für eine jeweilige spätere Antennenausführung durchgeführt werden müssen.
• - Planarantennen sind bezüglich ihrer Eigenschaften, wie z. B. Impedanz, Antennengewinn und Abstrahlverhalten, in sehr großen Grenzen variierbar, derart, daß ein Optimum für jeden beliebigen Anwendungsbereich gefunden werden kann, ohne daß dies zu einer wesentlichen Veränderung bzw. Verteuerung des Herstellungsverfahrens führen wür­ de. Darüberhinaus sind Planarantennen platzsparend.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen detailliert erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes DECT- Funkmodul;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines DECT- Funkmoduls, bei dem wahlweise eine externe Antenne oder eine integrierte Planarantenne angeschlossen werden kann; und

Fig. 3 eine zu Fig. 2 ähnliche Ansicht, bei der jedoch keine externe Antenne sondern lediglich die inte­ grierte Planarantenne angeschlossen ist.

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein DECT- Funkmodul 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das DECT- Funkmodul umfaßt eine Platine 12, die mit einer aktiven Schaltungsanordnung 14 bestückt ist. Die aktive Schaltungs­ anordnung ist einerseits mit einem Eingangs/Ausgangs-An­ schluß 16 über einen Datenbus 18 verbunden, der in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet ist. Die aktive Schaltungsanord­ nung 14 ist andererseits über eine Leitung 20 mit einer Pla­ narantenne 22 über eine Anschlußstelle 24 verbindbar.

Zur Abschirmung der aktiven Schaltungsanordnung 14 von der Planarantenne 22 ist ein Masserahmen 26 auf der Platine 12 vorgesehen, auf den ein Gehäuse (in Fig. 1 nicht gezeigt) aufgesetzt und verlötet wird, um das DECT-Funkmodul 10 fer­ tigzustellen. In Fig. 1 ist die Verbindungsleitung 20 zwi­ schen aktiver Schaltungsanordnung 14 und Antenne 22 als ge­ strichelte Linie gezeigt, um anzudeuten, daß bei einem be­ vorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Platine 12 eine Mehrschichtplatine ist, die Streifenleitung 20 in einer anderen Ebene der Mehrschicht­ platine 12 als der Masserahmen 26 und die Antenne 22 ver­ läuft. In diesem Fall würde die aktive Schaltungsanordnung 14 mittels einer Durchkontaktierung oder direkt mittels ei­ nes Anschlußstiftes mit der Streifenleitung 20 verbunden sein, während die Planarantenne 22 an dem Anschlußpunkt 24 ebenfalls über eine Durchkontaktierung mit der Streifenlei­ tung 20 verbunden ist.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung ist die Planarantenne 22 als Inverted-F- Antenne ausgeführt, die einen ersten Abschnitt 22a in einer ersten Richtung und einen zweiten Abschnitt 22b sowie einen dritten Abschnitt 22c aufweist, wobei der zweite und der dritte Abschnitt 22b und 22c im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Abschnitt 22a der Antenne sind. Inverted-F-An­ tennen sind in K. Hirasawa und M. Haiishi, "Analysis, Design and Measurement of Small and Low Profile Antennas", Artech House, Boston, London, 1992, beschrieben. Grundsätzlich können Planarantennen als Streifenleitungsresonatoren mit Strahlungsverlusten aufgefaßt werden, wobei die Strahlungs­ verluste des Resonators das abgestrahlte Signal darstellen.

Wie es bekannt ist, werden Inverted-F-Antennen derart ge­ speist, daß das abzustrahlende Hochfrequenzsignal in einen Abschnitt, in Fig. 1 den Abschnitt 22b, eingespeist wird, während der andere Abschnitt (in Fig. 1 22c) mit der Masse verbunden ist. Diese Masseverbindung wird bei dem in Fig. 1 gezeigten DECT-Funkmodul derart realisiert, daß die Planar­ antenne 22 und der Metallisierungsrahmen als eine einzige Metallisierungsstruktur, beispielsweise in Form einer Kup­ fer-Leiterbahn, bei der Platinenherstellung gemeinsam her­ gestellt werden, weshalb die Planarantenne 22 auf der Pla­ tine integriert ist. Die gesamte Antenne besteht somit aus der Kupferbahn in bzw. auf der Platine 12 und dem Massege­ genpol, der durch den Metallisierungsrahmen 26 und ein dar­ auf aufgelötetes Schirmgehäuse beispielsweise aus Blech rea­ lisiert ist, der zusätzlich zur Schirmung der aktiven Bau­ teile des DECT-Funkmoduls vorgesehen ist. Wie es bereits er­ wähnt wurde, kann die integrierte Planarantenne 22 durch geometrischen Entwurf an verschiedene Situationen angepaßt werden. Dazu gehören beispielsweise die Impedanz, der Anten­ nengewinn und das Abstrahlverhalten. Die Verbindung der Pla­ narantenne 22 zu der im Gehäuse liegenden aktiven Schal­ tungsanordnung 14 erfolgt bevorzugterweise über den Strei­ fenleiter 20, der in einer anderen Ebene als die Planaran­ tenne bezüglich der Platine 12 ausgeführt sein kann, wie es bereits erwähnt worden ist. Selbstverständlich könnte der Metallisierungsrahmen 26 dort, wo der Streifenleiter 20 ver­ läuft bzw. wo der Verbindungsbus 18 zum Eingangs/Ausgangs- Anschluß 16 verläuft, unterbrochen sein, derart, daß keine unterschiedlichen Ebenen realisiert werden müssen, wenn kei­ ne Mehrschichtplatine 12 verwendet wird. Alternativ muß der Masserahmen 26 nicht vollständig umlaufend ausgeführt sein, es ist lediglich erforderlich, daß er z. B. zusammen mit einem angelöteten Gehäusedeckel eine gute Abschirmung zwi­ schen der aktiven Schaltungsanordnung 14 und der Planaran­ tenne 22 ermöglicht. Ferner können selbstverständlich belie­ bige andere Planarantennen eingesetzt werden. Inverted-F- Antennen werden jedoch aufgrund ihrer kompakten Bauform und definierten Masseverbindung (Abschnitt 22c) für das erfin­ dungsgemäße DECT-Funkmodul bevorzugt.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt der Platine des DECT-Funkmoduls 10 von Fig. 1. Wieder ist ein in diesem Fall nur hälftig ausgeführter Masserahmen 26 gezeigt. Die Inverted-F-Antenne 22 ist über ihren Abschnitt 22c mit dem Masserahmen 26 verbunden. Der Speiseabschnitt 22b ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung nicht angeschlossen, was durch einen Spalt zwischen dem Abschnitt 22b der Planarantenne 22 und einem Signalleiter 26a einer Antennenbuchse 26 gezeigt ist, die ferner vier Masseabschnitte 26b aufweist. Die beiden oberen Massepunkte 26b sind, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, eben­ falls mit dem Masserahmen 26 verbunden. Das in Fig. 2 ab­ schnittsweise gezeigte DECT-Funkmodul 10 hat eine hohe Fle­ xibilität, da die integrierte Planarantenne 22 angeschlossen werden kann, und/oder über die Antennenbuchse 26 eine exter­ ne Antenne. Ein derart ausgeführtes DECT-Funkmodul kann fle­ xibel eingesetzt werden, wenn beispielsweise daran gedacht wird, daß über die Antennenbuchse 26 eine Außenantenne bei­ spielsweise eines Fahrzeugs angeschlossen werden könnte, wenn das DECT-Funkmodul innerhalb eines im wesentlichen me­ tallischen Fahrzeugs eingesetzt wird und somit ein durch die Planarantenne 22 ausgestrahltes Hochfrequenzsignal kaum aus dem Fahrzeug herausdringen würde.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf das DECT-Funkmodul 10, auf das nun ein Gehäusedeckel 28 aufgesetzt ist, der mit dem Masserahmen 26 verlötet ist, um eine gute Abschirmungswir­ kung zu erreichen. Ferner ist im Gegensatz zu Fig. 2 die Planarantenne 22 über eine Brücke 30 an den Signalabschnitt (in Fig. 2 Bezugszeichen 26a) angeschlossen, derart, daß das abzustrahlende bzw. das zu empfangende Hochfrequenzsignal über die Brücke 30 zu der Antenne geleitet bzw. von der An­ tenne empfangen werden kann. Die Brücke ist derart angeord­ net, daß der in Fig. 2 gezeigte Spalt zwischen dem Abschnitt 22b der Planarantenne 22 und dem Signalabschnitt 26a der Hochfrequenz-Antennenbuchse überbrückt ist. Die Brücke 30 kann auf mehrere Arten und Weisen befestigt werden, wobei es bevorzugt wird, dieselbe zu verlöten. Das Löten stellt eine reversibel trennbare Verbindung dar. Alternativ könnte die Brücke jedoch auf die Antennenbuchse aufgesteckt werden und beispielsweise durch eine Federkraft auf dem Speisungspunkt der Antenne 22 aufliegen, um eine elektrische Verbindung mit derselben herzustellen. Die Planarantenne 22 ist in Fig. 3 somit über die Brücke 30, einen Anschlußstift der Antennen­ buchse 26 und den Streifenleiter 20 (Fig. 1) mit der aktiven Schaltungsanordnung 14 (Fig. 1) verbunden.

In Abweichung vom beschriebenen Ausführungsbeispiel könnte auf die Antennenbuchse 26 in Fig. 3 verzichtet werden, wobei die Brücke 30 in Form eines 0-Ohm-Widerstands dann einerseits an den Speisungspunkt der Planarantenne 22 und andererseits mit einer Anschlußfläche auf der Platine, an der das Hoch­ frequenzsignal von der aktiven Schaltungsanordnung 14 an­ liegt, verlötet ist, ohne daß der "Umweg" über einen An­ schlußstift der Antennenbuchse 26 gewählt wird. Das Bereit­ stellen der Antennenbuchse 26 erlaubt jedoch die Möglich­ keit, statt der Planarantenne 22 eine externe Antenne anzu­ schließen. Selbstverständlich können neben der Antennenbuchse 26 auch weitere Antennenbuchsen vorgesehen werden, um meh­ rere Antennen anzuschließen, falls dies gewünscht wird.

Claims (9)

1. DECT-Funkmodul (10) mit folgenden Merkmalen:
einer Platine (12);
einer aktiven Schaltungsanordnung (14), die auf der Platine (12) angeordnet ist;
einer integrierten Planarantenne (22), die als Metal­ lisierungsstruktur auf und/oder in der Platine (12) ausgeführt ist und mit der Schaltungsanordnung (14) koppelbar ist; und
einer Abschirmung (26, 28) zum Abschirmen der aktiven Schaltungsanordnung (14).

2. DECT-Funkmodul (10) nach Anspruch 1, bei dem die Plati­ ne (12) einen Masserahmen (26) aufweist, mit dem ein metallischer Gehäusedeckel (28) elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei die Planarantenne (22) außerhalb des Masserahmens (26) auf und/oder in der Platine (12) angeordnet ist.

3. DECT-Funkmodul (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Platine (12) ferner eine Streifenleitung (20) aufweist, durch die die Planarantenne (22) und die aktive Schal­ tungsanordnung (14) koppelbar sind.

4. DECT-Funkmodul (10) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, bei dem die Platine (12) ferner eine Antennen­ buchse (26) aufweist, die einen Masseabschnitt (26b) und einen davon isolierten Signalabschnitt (26a) hat, wobei die Antennenbuchse (26) vorgesehen ist, um alter­ nativ zur Planarantenne (22) eine externe Antenne anzu­ schließen.

5. DECT-Funkmodul nach Anspruch 4, bei dem der Masseab­ schnitt (26b) der Antennenbuchse (26) mit der Abschir­ mung (26, 28) elektrisch leitfähig verbunden ist, und bei dem zwischen dem Signalabschnitt (26a) und einem Speisungspunkt (22b) der Planarantenne (22) ein Zwi­ schenraum vorhanden ist, der durch eine Brücke (30) re­ versibel trennbar überbrückbar ist.

6. DECT-Funkmodul (10) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, bei dem die Planarantenne (22) eine Inverted- F-Antenne ist, die einen Abschnitt (22a) in einer Rich­ tung und zwei dazu im wesentlichen senkrechte weitere Abschnitte (22b, 22c) in einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung aufweist, wobei einer (22b) der weiteren Abschnitte einen Speisungspunkt (24) der Antenne aufweist, während der andere (22c) der wei­ teren Abschnitte mit der Abschirmung (26, 28) elek­ trisch leitfähig verbunden ist.

7. DECT-Funkmodul (10) nach Anspruch 6, bei dem die Ab­ schirmung (26, 28) Teil des Gehäuses des DECT-Funkmo­ duls (10) ist, und bei dem die Inverted-F-Antenne (22) derart ausgeführt ist, daß sich der eine Abschnitt (22a) im wesentlichen parallel zu einer Seite des Ge­ häuses erstreckt.

8. DECT-Funkmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die aktive Schaltungsanordnung (14) und die Planarantenne (22) derart ausgeführt sind, daß Funkfre­ quenzen zwischen 1800 MHz und 2000 MHz und insbesondere zwischen 1880 MHz und 1900 MHz nutzbar sind.

9. DECT-Funkmodul (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem die Platine (12) eine Mehrschichtplatine ist, bei dem die Planarantenne (22) auf einer Schicht der Mehrschichtplatine, die eine Hauptoberfläche der Mehr­ schichtplatine (12) bildet, ausgeführt ist, bei dem der Masserahmen (26) ebenfalls auf der Hauptoberfläche der Mehrschichtplatine (12) ausgeführt ist, und bei dem die Streifenleitung (20) auf einer anderen Schicht der Pla­ tine (12) ausgeführt ist und über eine Durchkontaktie­ rung mit einem Speisungspunkt (24) der Antenne (22) koppelbar ist.