DE19909071A1 - DECT-Funkmodul - Google Patents
DECT-FunkmodulInfo
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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).
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.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Applications Claiming Priority (1)
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DE19909071C2 DE19909071C2 (de) | 2001-03-29 |
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