DE69602810T2 - Chip Antenne - Google Patents

Chip Antenne

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    • H01Q1/36Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
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  • Details Of Aerials (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Chipantennen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Chipantenne, die für den Mobilfunk und lokale Netze (LAN; LAN = local area networks) verwendet wird.
  • Fig. 3 zeigt eine im Stand der Technik bekannte Monopol-Antenne 50. Die Monopol-Antenne 50 weist einen Leiter 51 auf, wobei ein Ende 52 des Leiters 51 ein Speisepunkt und das andere Ende 53 ein freies Ende in der Luft (Dielektrizitätskonstante ε = 1 und relative Permeabilität u = 1) ist.
  • Da sich bei linearen Antennen (Stabantennen), wie z. B. der im Stand der Technik bekannten Monopol-Antenne 50, der Leiter der Antenne in der Luft befindet, wird die Größe des Antennenleiters größer. Wenn beispielsweise die Vakuumwellenlänge der Monopolantenne 50 λ&sub0; beträgt, muß die Länge des Leiters 51 λ&sub0;/4 betragen. Eine solche Antenne kann folglich nicht ohne weiteres für den Mobilfunk oder dergleichen verwendet werden, wenn eine kompakte Antenne erforderlich ist.
  • Patent Abstracts of Japan, Bd. 018, Nr. 311 (E-1561), 14. Juni 1994 & JP-A-06 069057 bezieht sich auf einen laminierten Chipinduktor. Lagen, die mit Durchführungslöchern und einer Spulenleiterstruktur versehen sind, sind laminiert, um einen Spulenleiter zu bilden. Der Spulenleiter ist nicht senkrecht zu der Laminierungsrichtung in dem dielektrischen Substrat spiralförmig angeordnet. Der Chipleiter ist ein Oberflächen-befestigbares Bauelement, das an gegenüberliegenden Rändern externe Anschlußelektroden aufweist, die mit den Spulenanschlüssen verbunden sind, die aus dem Chipkörper herausgeführt sind, mittels der der Chipleiter beispielsweise an eine gedruckte Schaltungsplatine gelötet wird, um einen Abschnitt einer Schaltung, die auf der Platine vorgesehen ist, zu bilden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine kompakte Chipantenne zu schaffen, die für den Mobilfunk verwendet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Chipantenne gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Der Leiter weist ein Metall auf, das hauptsächlich entweder aus Kupfer, Nickel, Silber, Palladium, Platin oder Gold besteht.
  • Die Chipantenne gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist einen Wellenlängenverkürzungseffekt auf, da das Basisbauglied entweder aus einem Material mit einer Dielektrizitätskonstante &epsi; von 1 < &epsi; < 130 oder aus einem Material mit einer relativen Permeabilität u von 1 < u < 7 gebildet ist.
  • Ferner ermöglicht die Chipantenne gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein monolithisches Sintern der leitfähigen Struktur, die aus einem Basisbauglied und einem Leiter zusammengesetzt ist, da die leitfähige Struktur aus einem Metall gebildet ist, das hauptsächlich entweder Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Silber (Ag), Palladium (Pd), Platin (Pt) oder Gold (Au) enthält.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine isometrische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel einer Chipantenne gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • Fig. 2 ist eine isometrische Explosionsansicht von Fig. 1; und
  • Fig. 3 ist eine im Stand der Technik bekannte Monopol-Antenne.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
  • Die Fig. 1 und 2 sind eine isometrische Ansicht und eine isometrische Explosionsansicht, die ein Ausführungsbeispiel einer Chipantenne 10 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • Die Chipantenne 10 weist einen Leiter 12 auf, der entlang der Längsrichtung in einem rechteckigen dielektrischen Basisbauglied 10 spiralförmig angeordnet ist. Das dielektrische Basisbauglied ist durch Laminieren rechteckiger Lagen 13a-13e gebildet, die jeweils eine Dielektrizitätskonstante von 2 bis 130 oder jeweils eine relative Permeabilität von 2 bis 7 aufweisen, wie es in den Tabellen 1 und 2 dargestellt ist. Tabelle 1 Tabelle 2
  • In den Tabellen 1 und 2 ist die Probe, die eine Dielektrizitätskonstante von 1 und eine relative Permeabilität von 1 aufweist, nicht ausgewählt, da die Probe mit der im Stand der Technik bekannten Antenne identisch ist.
  • Der (Q · f)-Wert in der Tabelle 1 stellt das Produkt des Q- Werts und einer Meßfrequenz dar und ist eine Funktion des Materials. Die Schwellenfrequenz in Fig. 2 stellt die Frequenz dar, bei der der Q-Wert um die Hälfte auf einen nahezu konstanten Q-Wert in einer Niederfrequenzregion reduziert ist, und stellt die obere Grenze der Frequenz dar, die auf das Material anwendbar ist.
  • An der Oberfläche der dünnen Schichten 13b und 13d der dünnen Schichten 13a bis 13e, von denen jede eine Dielektrizitätskonstante &epsi; von 1 < &epsi; < 130 oder eine relative Permeabilität u von 1 < u < 7 aufweist, sind lineare leitfähige Strukturen 14a bis 14h, die ein Metall aufweisen, das haupt sächlich Cu, Ni, Ag, Pd, Pt oder Au aufweist, durch Drucken, Aufdampfen, Laminieren oder Plattieren vorgesehen, wie es in der Tabelle 3 dargestellt ist. In der dünnen Schicht 13d ist ein Durchführungsloch 15a an beiden Enden der leitfähigen Strukturen 14e bis 14g und an einem Ende der leitfähigen Struktur 14h gebildet. Ferner ist in der dünnen Schicht 13c ein Durchführungsloch 15b an der Position, die dem Durchführungsloch 15a entspricht, vorgesehen, d. h. mit anderen Worten, an einem Ende der leitfähigen Struktur 14a und an beiden Enden der leitfähigen Strukturen 14b bis 14d. Ein spiralförmiger Leiter 12 mit einem rechteckigem Querschnitt ist durch Laminieren der dünnen Lagen 13a bis 13e gebildet, so daß die leitfähigen Strukturen 14a bis 14h in Kontakt mit den Durchführungslöchern 15a, 15b kommen. Bei den Materialien Nr. 1 bis 8 und Nr. 11 bis 13 wird die Chipantenne 10 durch monolithisches Sintern des Basisbauglieds 11 und der leitfähigen Strukturen 14a bis 14h unter den in Fig. 3 gezeigten Bedingungen hergestellt. Dagegen wird ein solcher Sinter-Prozeß nicht bei den Materialien Nr. 9, 10 und 14, die jeweils ein Harzmaterial enthalten, verwendet. Tabelle 3
  • Jede Material-Nummer in Tabelle 3 ist zu der in den Tabellen 1 und 2 identisch.
  • Ein Ende des Leiters 12, d. h. das andere Ende der leitfähigen Struktur 14a, ist zu der Oberfläche des dielektrischen Basisbauglieds 11 gebracht, um ein Speiseende 17 zu bilden, das mit einem Speiseanschluß 16 verbunden ist, um eine Spannung an den Leiter 12 anzulegen, wobei das andere Ende, d. h. das andere der leitfähigen Struktur 14h, ein freies Ende 18 in dem dielektrischen Bauglied 10 bildet.
  • Tabelle 4 zeigt die relative Bandbreite an dem Resonanzpunkt der Chipantenne 10, wenn verschiedene Materialien als die dünnen Schichten 13a bis 13e verwendet werden, die das Basisbauglied 11 aufweisen. Die relative Bandbreite wird durch die folgende Gleichung bestimmt: relative Bandbreite [%] = (Bandbreite [GHz]/Mittenfrequenz [GHz]) 100. Die Chipantennen 10 für 0,24 GHz und 0,82 GHz werden durch Einstellen der Windungsanzahl und der Länge des Leiters 12 hergestellt. Tabelle 4
  • Jede Material-Nummer in Tabelle 4 ist zu der in den Tabellen 1 und 2 identisch. In Tabelle 4 bedeutet "Nicht meßbar" eine relative Bandbreite von 0,5 [%] oder weniger oder eine für eine Messung zu geringe Resonanz.
  • Die Ergebnisse in Tabelle 4 verdeutlichen, daß die Chipantennen, die ein Material mit einer Dielektrizitätskonstante von 130 (Nr. 1 in Tabelle 1) und ein Material mit einer relativen Permeabilität von 7 (Nr. 11 in Tabelle 2) keine Antennencharakteristika zeigen, wobei dies als "Nicht meßbar" dargestellt ist. Wenn dagegen die Dielektrizitätskonstante 1 oder die relative Permeabilität 1 beträgt, wird durch den Wellenlängenverkürzungseffekt aufgrund desselben Wertes wie für Luft keine kompakte Chipantenne erreicht. Folglich weisen geeignete Materialien eine Dielektrizitätskonstante &epsi; von 1 < &epsi; < 130 oder eine relative Permeabilität u von 1 < u < 7 auf.
  • Bei einer Resonanzfrequenz von 0,82 GHz weist die Chipantenne 10 eine Breite von 5 mm, eine Tiefe von 8 mm und eine Höhe von 2,5 mm auf, wobei dies etwa 1/10 der Größe der Monopol-Antenne 50 mit einer Größe von etwa 90 mm ist.
  • Bei dem im vorhergehenden dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Größe der Chipantenne auf etwa 1/10 der im Stand der Technik bekannten Monopol-Antenne verringert werden, während die Antennencharakteristika erfüllt werden, indem entweder ein Material mit einer Dielektrizitätskonstante zwischen 1 und 130 oder mit einer relativen Permeabilität zwischen 1 und 7 verwendet wird. Folglich kann eine kompakte Antenne mit ausreichenden und zufriedenstellenden Antennencharakteristika hergestellt werden. Da ferner die leitfähige Struktur, die aus dem Basisbauglied und dem Leiter zusammengesetzt ist, monolithisch gesintert werden kann, kann der Herstellungsprozeß vereinfacht und eine Kostenverringerung erreicht werden.
  • Bei dem im vorhergehenden dargestellten Ausführungsbeispiel werden mehrere Materialien beispielhaft verwendet, wobei jedoch das Ausführungsbeispiel nicht auf diese Materialien begrenzt ist.
  • Obwohl das im vorhergehenden dargestellte Ausführungsbeispiel eine Antenne mit genau einem Leiter darstellt, können ferner zwei oder mehr Leiter verfügbar sein.
  • Der Speiseanschluß ist für die praktische Verwendung des Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung wesentlich.

Claims (5)

1. Eine Chipantenne (10) mit:
einem rechteckigen Basisbauglied (11),
zumindest einem Leiter (12), der an dem Basisbauglied (11) befestigt ist, und
zumindest einem Speiseanschluß (16), der auf der Oberfläche des Basisbauglieds (11) vorgesehen ist und mit einem Ende (14a) des Leiters (12) verbunden ist, zum Anlegen einer Spannung an den Leiter (12), wobei ein zweites Ende (14h) des Leiters (12) ein freies Ende (18) des Antennenchips bildet,
dadurch gekennzeichnet, daß
das rechteckige Basisbauglied (11) eine Mehrzahl von rechteckigen dünnen Lagen (11a-11e) aufweist, die miteinander laminiert sind,
eine Mehrzahl von leitfähigen Strukturen (14a-14h) auf der Oberfläche der rechteckigen dünnen Lagen (13a-13e) vorgesehen ist,
der Leiter (12) durch Laminieren der rechteckigen dünnen Lagen (13a-13e) gebildet ist, so daß die leitfähigen Strukturen (14a-14h) in Kontakt mit Durchführungslöchern (15a, 15b) kommen,
der Leiter (12) senkrecht zu der Laminierungsrichtung in dem rechteckigen Basisbauglied (11) spiralförmig angeordnet ist, und das rechteckige Basisbauglied (11) entweder ein Material mit einer Dielektrizitätskonstante &epsi; von 1 < &epsi; < 130 oder ein Material mit einer relativen Permeabilität u von 1 < u < 7 aufweist.
2. Eine Chipantenne (10) gemäß Anspruch 1, bei der der Leiter (12) ein Metall aufweist, das hauptsächlich entweder Kupfer, Nickel, Silber, Palladium, Platin oder Gold aufweist.
3. Eine Chipantenne (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der sich der Leiter (12) in der Längsrichtung des Basisbauglieds (11) erstreckt.
4. Eine Chipantenne (10) gemäß Anspruch 3, bei der sich der Leiter (12) spiralförmig in der Längsrichtung erstreckt.
5. Eine Chipantenne (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der jede der Lagen (13a-13e) aus einem Material zusammengesetzt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Bc-Pb-Ba-Nd-Ti, Pb-Ba-Nd-Ti-O, Ba-Nd-Ti-O, Nd- Ti-O, Mg-Ca-Ti-O, Mg-Si-O, Bc-Al-Si-O, (Ba-Al-Si-O) + Polytetrafluorethylen-Harz und Polytetrafluorethylen- Harz besteht.
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