DE69213621T2 - Miniaturantenne - Google Patents

Description

TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Miniaturantenne, vorzugsweise für Taschentelefone, umfassend einen wendelförmigen Fußteil mit einer Längsachse und eine im wesentlichen kreisförmige Kopfschleife, die zu der besagten Achse im wesentlichen senkrecht ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Antennen für Taschentelefone umfassen gewöhnlich einen Antennenstab mit einer Länge von einer halben oder einer viertel Wellenlänge.
• Die Halbwellenantenne weist eine Stromverteilung in Form einer halben Sinuswelle auf, das heißt der Strom ist an den Enden Null und besitzt in der Mitte ein Maximum. Dieser Antennentyp arbeitet von einem technischen Gesichtspunkt aus gut, jedoch weist er den Nachteil auf, daß er sperrig ist. Dies ist so, weil man bei den gewöhnlich verwendeten Radiofrequenzen von 900 MHz eine Wellenlänge von ungefähr 30 cm erhält. Dies bedeutet eine Antennenlänge von ungefähr 15 cm, die von vielen Benutzern als unpraktisch angesehen wird und eine Gefahr bedeutet, daß die Antenne beschädigt wird, wenn das Taschentelefon benutzt wird.
• Eine Viertelwellenantenne ist halb so lang, das heißt 7-8 cm, und ist daher praktischer. Jedoch weist dieser Antennentyp eine ungünstige Stromverteilung in Form einer viertel Sinuswelle auf, wobei der Strom am Kopf der Antenne Null und am Antennenfuß bei einem Maximum ist.
• Eine Antenne gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist in der US-A-3 573 840 beschrieben.
• Außerdem ist eine kreisförmig polarisierte Antenne, umfassend einen langgestreckten Fußteil und eine im wesentlichen kreisförmige Kopfschleife, welche dazu senkrecht ist, aus "Antennas", Fig. P7-6, John D. Kraus, McGraw-Hill, zweite Auflage, 1988, S. 339 an sich bekannt.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine linear polarisierte Miniaturantenne bereitzustellen, die außer daß sie kurz ist auch eine im wesentlichen rechteckige Stromverteilung zwischen der Anschlußstelle am Antennenfuß und dem Antennenkopf liefert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die obige Aufgabe durch eine Miniaturantenne der eingangs genannten Art gelöst, welche die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Die Erfindung läßt sich zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen derselben am besten durch Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung verstehen, welche eine bevorzugte Ausführungsform einer Miniaturantenne gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Die Miniaturantenne gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Fußteil 10 und eine im wesentlichen kreisförmige Kopfschleife 12, welche im wesentlichen senkrecht zum Fußteil 10 ist. Die Kopfschleife 12 umfaßt mindestens eine, vorzugsweise ein wenig mehr als eine Windung.
• Eine U-förmige Last 14 ist zwischen dem Fußteil 10 und der Kopfschleife 12 vorgesehen. Der erste Schenkel 16 der Last 14 ist im wesentlichen senkrecht mit dem Fußteil 10 verbunden, während ihr zweiter Schenkel 18 im wesentlichen tangential mit der Kopfschleife 12 verbunden ist. Die U-förmige Last 14 vergrößert den Stromfluß zur Kopfschleife 12. Dies ergibt die gewünschte rechteckige Stromverteilung.
• Bei der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ebene, in der die U- förmige Last 14 liegt, senkrecht zur Kopfschleife 12. Jedoch ist es auch möglich, die U-förmige Last 14 in einer Ebene vorzusehen, die senkrecht zum Fußteil 10 ist.
• Der Fußteil 10 weist einen wendelförmig gewundenen Mittelteil 20 auf, umfassend zum Beispiel etwa 10 Windungen. In der Zeichnung weist die Wendel einen gleichförmigen Durchmesser auf.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die ganze Antenne von einem einzigen Faden gebildet, der sich vom Fußteil 10 in die U-förmige Last 14 und danach in die Kopfschleife 12 erstreckt.
• Die Miniaturantenne ist zweckmäßig an einen schematisch dargestellten Sender/Empfänger 22 angeschlossen, entweder unmittelbar oder über eine Anpassungsschaltung, die zum Beispiel einen Reihenkondensator 24 und eine Parallelinduktivität 30 umfaßt.
• Außerdem kann zwischen dem Kondensator 24 und dem Sender/Empfänger 22 am Stromeinspeisungspunkt der Antenne ein U-förmiges Metallband 26 vorgesehen sein, das ein die Antennenapertur vergrößerndes und das Gehäuse isolierendes metallisches Gegengewicht bildet. Ein derartiges Band ist besonders geeignet, wenn das Gerätegehäuse einen Metallrahmen umfaßt. Der Zweck des Gegengewichts besteht darin, die Antenne vom Metallrahmen zu entkoppeln und die Antennenapertur zu vergrößern. Dies ist bei kurzen Antennen besonders wichtig. Indem man ein abgestimmtes bandförmiges metallisches Gegengewicht mit einer elektrischen Gesamtlänge von einer halben Wellenlänge der Rahmenstruktur in einem Abstand von einem oder einigen Millimetern folgen läßt, und indem man dieses Band dieselbe oder eine wenige Millimeter größere Breite als den Rahmen aufweisen läßt, und indem man das Band nur an der Antennenanschlußstelle mit dem Rahmen verbindet, ist es möglich, eine Strominduktion im Rahmen zu vermeiden. Um das Band zu verkürzen, kann es übereinandergelegt werden, so daß es eine oder mehrere Taschen bildet, wie im linken Teil der Zeichnung dargestellt. Eine derartige Tasche weist die Funktion einer Verkürzungsreiheninduktivität auf. Da das Band außer am Stromeinspeisungspunkt nicht unmittelbar auf dem Rahmen aufliegt, werden auch zwischen dem Rahmen und den Enden des Bandes entsprechende Taschen gebildet. Diese Taschen sollten eine elektrische Länge aufweisen, die einer viertel Wellenlänge entspricht, bezogen auf die mittlere Frequenz des Arbeitsbereichs der Antenne, d.h. sie sollten eine hohe Eingangsimpedanz aufweisen, um zu verhindern, daß Strom zum Rahmen übertragen wird. Wenn das Band verkürzt wird, wird dies nur dadurch möglich, daß man die Tasche elektrisch verlängert, indem man sie mit einem Dielektrikum füllt, welches die verkürzung ausgleicht.
• Wenn die Antenne wie in der Zeichnung nichtsymmetrisch angeordnet ist, wird die Antennenabstrahlung in Richtung der nächstgelegenen Ecke des Geräterahmens verringert. In diesem Fall kann das Band entlang der nächstgelegenen Rahmenseite mehr verlängert werden, um die Strahlungsminderung auszugleichen.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Miniaturantenne gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Antenne in ein dielektrisches Material, vorzugsweise mit einer Dielektrizitätskonstante von ungefähr 3, zum Beispiel Silikon, eingebettet. Das dielektrische Material kann zum Beispiel die Form eines Kegelstumpfs 28 aufweisen, dessen dickerer Teil den langgestreckten Fußteil 10 umgibt und dessen dünnerer Teil die U-förmige Last 14 und die Kopfschleife 12 umgibt. Durch dieses Einbetten in ein dielektrisches Material kann die Antenne weiter verkürzt und außerdem besser gegen Stöße geschützt werden.
• Bei einer Trägerfrequenz von ungefähr 895 MHz weist die Antenne, wenn sie mit einem Taschentelefon mit üblichen Abmessungen kombiniert ist, vorzugsweise die folgenden Daten auf:
• Antennenlänge 31,5 mm
• Fadenlänge (einschließl. Induktivität 30) 130 mm
• Fadendurchmesser 0,75 mm
• Anzahl der Windungen im Fußteil 11
• Außendurchmesser 3,5 mm
• Länge des gewundenen Teils 15,5 mm
• Anzahl der Windungen in der Kopfschleife 1,5 mm
• Außendurchmesser 8,5 mm
• Länge des Schenkels der U-förmigen Last 7 mm
• Höhe der Last + Kopfschleife 3 mm
• Länge zwischen Last und gewundenem Teil 3 mm
• Länge zwischen gewundenem Teil und Taschentelefon 10 mm
• Fadenmaterial versilbertes Kupfer
• Dielektrisches Material im Kegel Sylgard 170 von DOW CORNING CORP, USA
• Kegeldurchmesser am Kopf 12 mm
• Kegeldurchmesser am Fuß 13 mm
• Kondensator 47 pf, Keramik
• Induktivität 9 Windungen, Außendurchmesser 2,5 mm, Fadendurchm. 0,75 mm
• Für den Fachmann ist klar, daß verschiedene Abwandlungen und Veränderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Geist und ihre Reichweite zu verlassen, die durch die beigefügten Patentansprüche definiert wird. Zum Beispiel können die Abmessungen der Antenne verändert werden, um sie für andere Frequenzen geeignet zu machen, zum Beispiel Frequenzen um 450 MHz oder 1700 MHz

Claims (9)

1. Miniaturantenne, umfassend einen wendelförmigen Fußteil (20) mit einer Längsachse und eine im wesentlichen kreisförmige Kopfschleife (12), die im wesentlichen senkrecht zu der besagten Achse angeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine zwischen dem besagten Fußteil (10) und der besagten Kopfschleife (12) vorgesehene U-förmige Last (14), wobei der erste Schenkel (16) der besagten U-förmigen Last mit einem Ende des besagten wendelförmigen Fußteils (20) verbunden ist und sich im wesentlichen senkrecht zu der besagten Achse des besagten Fußteils erstreckt, und der zweite Schenkel (18) der besagten U-förmigen Last mit einem Ende der besagten Kopfschleife verbunden ist und sich im wesentlichen tangential zu der besagten Kopfschleife erstreckt.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Kopfschleife (12) mindestens eine volle Windung, vorzugsweise 1,5 Windungen umfaßt.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Wendel (20) ungefähr 10 Windungen umfaßt.

4. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne in ein dielektrisches Material eingebettet ist.

5. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material eine Dielektrizitätskonstante von ungefähr 3 aufweist.

6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material die Form eines Kegelstumpfs (28) aufweist, dessen dickerer Teil den besagten Fußteil (10) umgibt und dessen dünnerer Teil die besagte Kopfschleife (12) umgibt.

7. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne eine Länge in der Größenordnung von 1/10-Wellenlänge oder weniger aufweist.

8. Antenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne für den Frequenzbereich 825-895 MHz eine Länge von ungefähr 30 mm, vorzugsweise 31,5 mm aufweist.

9. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Fußteil (10) am Stromeinspeisungspunkt der Antenne entweder unmittelbar oder über eine Anpassungsschaltung (24, 30) mit einem die Antennenapertur vergrößernden und das Gestell isolierenden metallischen Gegengewicht (26) verbunden ist.