DE69622131T2 - Chip-Antenne mit Mehrfach-Resonanzfrequenzen - Google Patents

Chip-Antenne mit Mehrfach-Resonanzfrequenzen

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Chip-Antennen und insbesondere auf eine Chip-Antenne, die für Mobilkommunikations- und lokale Netze (LAN) verwendet wird.
  • Herkömmliche Antennen umfassen beispielsweise Monopolantennen und Chip-Antennen.
  • Fig. 9 zeigt eine typische Monopolantenne 1 des Standes der Technik. Die Monopolantenne 1 weist einen Leiter 2 auf, der senkrecht zu einem Plattenerder 1 (in der Figur nicht gezeigt) in der Luft ist (Dielektrizitätskonstante e = 1 und relative Permeabilität m = 1), wobei das eine Ende 3 des Leiters 2 einen Zuführabschnitt bildet und das andere Ende 4 ein freies Ende ist.
  • Fig. 10 ist eine Seitenansicht einer typischen Chip-Antenne 5 des Standes der Technik. Die Chip-Antenne 5 weist einen Isolator 6, einen Spulenleiter 7, ein magnetisches Bauglied 8 und externe Verbindungsanschlüsse 9a und 9b auf.
  • Jede der oben dargelegten Monopolantenne und Chip-Antenne des Standes der Technik weist lediglich einen Zuführabschnitt und Leiter auf und weist somit lediglich eine Resonanzfrequenz auf. Somit ist eine Mehrzahl von Monopolantennen oder Chip-Antennen erforderlich, um auf zwei oder mehrere unterschiedliche Resonanzfrequenzen anzusprechen, und aufgrund ihrer Größen sind sie nicht auf Verwendungszwecke anwendbar, die kompakte Antennen erfordern, wie z. B. die Mobilkommunikation.
  • Die EP 0 759 646, die ein Dokument des Standes der Technik gemäß Artikel 54(3) EPÜ ist, bezieht sich auf eine Chip- Antenne. Sie weist ein Substrat, das ein dielektrisches Material und/oder ein magnetisches Material und eine Mehrzahl von Schichten aufweist, die aufeinander gestapelt sind, wobei sie eine zu den gestapelten Schichten normale Richtung herstellen, und spiralförmig gewendelte Leiter auf, die zumindest entweder auf einer Oberfläche des Substrats oder in dem Substrat angeordnet sind und eine Spiral-Achse aufweisen, die sich senkrecht zu der Richtung, die normal zu den gestapelten Schichten verläuft, erstreckt.
  • In der EP 0 427 654 A1 ist eine Antenne offenbart, die zwei spiralförmige Leiter aufweist, die koaxial zueinander angeordnet sind und sich entlang einer Longitudinalachse eines Substrats erstrecken.
  • In der WO94/17565 ist eine Antennenanordnung für eine Funkschaltung offenbart, die einen ersten Antennenabschnitt, der aus einer Halbwellenlängenhelixwicklung gebildet ist, und einen zweiten Antennenabschnitt aufweist, der aus einer Helixwicklung besteht. Der erste Antennenabschnitt ist an einer distalen Seite eines nichtleitenden Stabs positioniert, und die zweite Helixwicklung wird an einer proximalen Seite des nichtleitenden Stabs getragen.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine kompakte Chip-Antenne zu schaffen, die auf eine Mehrzahl von Resonanzfrequenzen ansprechen und somit für Mobilkommunikation und dergleichen verwendet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Chip-Antenne gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Da die Chip-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Leitern aufweist, kann die einzelne Chip- Antenne auf eine Mehrzahl von Resonanzfrequenzen ansprechen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Erfindung, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine isometrische Ansicht, die eine Chip-Antenne veranschaulicht;
  • Fig. 2 eine auseinandergenommene isometrische Ansicht der Chip-Antenne in Fig. 1;
  • Fig. 3 einen Graphen, der Reflexionsverlustcharakteristika der Chip-Antenne in Fig. 1 veranschaulicht;
  • Fig. 4 eine isometrische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel einer Chip-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • Fig. 5 eine auseinandergenommene isometrische Ansicht der Chip-Antenne in Fig. 4;
  • Fig. 6 einen Graphen, der Reflexionsverlustcharakteristika der Chip-Antenne in Fig. 4 veranschaulicht;
  • Fig. 7 eine isometrische Ansicht, die eine Chip-Antenne veranschaulicht;
  • Fig. 8 einen Graphen, der Reflexionsverlustcharakteristika der Chip-Antenne in Fig. 7 veranschaulicht;
  • Fig. 9 eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Monopolantenne; und
  • Fig. 10 eine Seitenansicht einer herkömmlichen Chip- Antenne.
  • Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf Zeichnungen erläutert.
  • Fig. 1 ist eine isometrische Ansicht, die eine Chip-Antenne veranschaulicht, und Fig. 2 ist eine auseinandergenommene isometrische Ansicht der Chip-Antenne, wie sie in der EP 0 759 646 offenbart ist.
  • Die Chip-Antenne 10 weist Mäanderleiter 12a und 12b auf, die jeweils eine Mehrzahl von Ecken in einem rechteckigen Parallelepipedsubstrat 11 aufweisen. Das Substrat 11 ist durch Laminieren von rechteckigen dielektrischen Lageschichten 13a bis 13e gebildet, die jeweils ein dielektrisches Material (Dielektrizitätskonstante = ca. 6,1) aufweisen, das hauptsächlich Bariumoxid, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid enthält. Die Mäanderleiter 12a und 12b, die Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweisen, sind durch Drucken, Aufdampfen, Adhäsion oder Plattieren auf den Oberflächen der Lageschichten 13b und 13d vorgesehen. Ein Durchgangsloch 14 ist an dem einen Ende des Leiters 12b an der Lageschicht 13d und durch die Schicht 13c vorgesehen. Zwei Mäanderleiter 12a und 12b sind durch Laminieren der Lageschichten 13a bis 13e in dem Substrat 11 gebildet, wo sich das eine Ende des Leiters 12a und das eine Ende des Leiters 12b durch das Durchgangsloch 14 in dem Substrat 11 miteinander verbinden.
  • Das andere Ende des Leiters 12a ist zu der Oberfläche des Substrats 11 hin herausgezogen, um einen Zuführabschnitt 16 zu bilden, der mit einem Zuführanschluß 15, der auf der Oberfläche des Substrats 11 gebildet ist, um eine Spannung an die Leiter 12a und 12b anzulegen, verbunden ist. Das andere Ende des Leiters 12b bildet ein freies Ende 17 in dem Substrat 11. In diesem Fall sind die Leiter 12a und 12b durch das Durchgangsloch 14, das sich in Reihe mit dem Zuführanschluß 15 befindet, miteinander verbunden.
  • Fig. 3 ist ein Graph, der die Reflexionsverlustcharakteristika der Antenne 10 veranschaulicht. Die Antenne 10, bei der die Leiter 12a und 12b miteinander in Reihe verbunden sind, weist eine Resonanzfrequenz auf, die dem Leiter 12a bei ungefähr 2,17 [GHz](b1 in Fig. 3) entspricht, eine Resonanzfrequenz, die dem Leiter 12b bei etwa 2,27 [GHz](c1 in Fig. 3) entspricht, und eine Resonanzfrequenz, die auf das Koppeln der Leiter 12a und 12b bei ungefähr 1,56 [GHz](a1 in Fig. 3) zurückzuführen ist. Dementsprechend kann die Antenne in dem oben dargelegten Ausführungsbeispiel auf drei unterschiedliche Resonanzfrequenzen, d. h. 1,56 [GHz], 2,17 [GHz] und 2,27 [GHz] ansprechen.
  • Fig. 4 und Fig. 5 sind eine isometrische Ansicht bzw. eine auseinandergenommene isometrische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel einer Chip-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
  • Die Chip-Antenne 20 ist mit zwei Leitern 22a und 22b versehen, die in der Longitudinalrichtung des Substrats 21 in einem rechteckigen Parallelepipedsubstrat 21 spiralförmig gewickelt sind. Das Substrat 21 weist rechteckige Lageschichten 23a bis 23e auf, die ein dielektrisches Material aufweisen, das z. B. eine Dielektrizitätskonstante von etwa 6,1 aufweist und hauptsächlich Bariumoxid, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid enthält. Die Lageschichten 23a bis 23d sind durch Drucken, Aufdampfen, Adhäsion und Plattieren mit L-förmigen oder linearen leitfähigen Strukturen 24a bis 24h und 25a bis 25 h versehen, die jeweils z. B. Kupfer oder eine Kupferlegierung auf den Oberflächen ihrer jeweiligen Lageschichten aufweisen. Überdies sind an beiden Enden der Leiter 24e bis 24g und 25e bis 25 g und an dem einen Ende (26b) der Leiter 24h, 25a und 25h an der Lageschicht 23b bis 23d entlang der vertikalen Richtung Durchgangslöcher 26a vorgesehen. Wenn die Lageschichten 23a bis 23e gestapelt sind, und die leitfähigen Strukturen 24a bis 24h und 25a bis 25h durch die Durchgangslöcher 26 miteinander verbunden sind, werden spiralförmig gewickelte Leiter 22a und 22b, die jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, gebildet. Das eine Ende des Leiters 22a und das eine Ende des Leiters 22b sind durch ein Durchgangsloch 26b miteinander verbunden.
  • Des weiteren ist das eine der Enden der Leiter 22a und 22b (eines der Enden der leitfähigen Strukturen 24a und 25a) an der Oberfläche des Substrats 21 herausgezogen, um einen Zuführabschnitt 27 zu bilden, der mit dem Zuführanschluß 15 auf der Oberfläche des Substrats 21 verbunden ist. Die anderen Enden der Leiter 22a und 22b (die anderen Enden der leitfähigen Strukturen 24h und 25h) bilden freie Enden 28a bzw. 28b in dem Substrat 21. In diesem Fall sind die Leiter 22a und 22b durch das Durchgangsloch 26b parallel zu dem Zuführanschluß 15 miteinander verbunden.
  • Fig. 6 ist ein Graph, der Reflexionsverlustcharakteristika der Antenne 20 veranschaulicht. Fig. 6 demonstriert, daß eine Resonanzfrequenz für den Leiter 22a nahe 1,50 [GHz](a2 in der Figur) auftritt, eine Resonanzfrequenz für den Leiter 22b nahe 2,09 [GHz](b2 in der Figur) auftritt und eine Resonanzfrequenz aufgrund einer Kopplung der Leiter 22a und 22b nahe 2,66 [GHz](c2 in der Figur) auftritt.
  • Wie oben dargelegt ist, kann diese Antenne auf drei unterschiedliche Resonanzfrequenzen, d. h. 1,50 [GHz], 2,09 [GHz] und 2,66 [GHz] ansprechen.
  • Fig. 7 ist eine isometrische Ansicht einer Chip-Antenne.
  • Die Chip-Antenne 30 weist ein rechteckiges Parallelepipedsubstrat 31 auf, das beispielsweise ein dielektrisches Material aufweist, das über eine Dielektrizitätskonstante verfügt: ca. 6,1, und das hauptsächlich Bariumoxid, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid enthält; Leiter 32a und 32b, die z. B. Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweisen, und das in dem Substrat 31 entlang der Longitudinalrichtung spiralförmig gewickelt ist; und Zuführanschlüsse 33a und 33b, die an der Seite, der oberen Fläche und der unteren Fläche vorgesehen sind, zum Anlegen einer Spannung an die Leiter 32a und 32b. Die einen Enden der Leiter 32a und 32b bilden Zuführabschnitte 34a und 34b, die mit Zuführanschlüssen 33a bzw. 33b verbunden sind. Die anderen Enden der Leiter 32a und 32b bilden freie Enden 35a und 35 in dem Substrat 31. In diesem Fall sind die Leiter 32a und 32b unabhängig in dem Substrat 31 gebildet.
  • Fig. 8 ist ein Graph, der Reflexionsverlustcharakteristika der Antenne 30 veranschaulicht, die die Leiter 32a und 32b aufweist, die unabhängig gebildet sind. Fig. 8 demonstriert, daß eine Resonanzfrequenz für den Leiter 32a nahe 0,85 [GHz] (a3 in der Figur) auftritt, eine Resonanzfrequenz für den Leiter 32b nahe 1,50 [GHz](b3 in der Figur) auftritt und eine Resonanzfrequenz, die der zweiten Harmonischen des Leiters 32a entspricht, nahe 1,55 [GHz](c3 in der Figur) auftritt.
  • Wie oben dargelegt wurde, kann die Antenne auf zwei unterschiedliche Resonanzfrequenzen bei 0,85 [GHz] und 1,50 [GHz] ansprechen. Überdies kann die Bandbreite nahe 1,50 [GHz] durch die zweite Harmonische ausgedehnt werden.
  • In diesem Fall, wenn die Leiter 32a und 32b vorgesehen sind, so daß die Wicklungsachse des Leiters 32a zu der des Leiters 32b senkrecht ist, kann ein Koppeln zwischen zwei Leitern unterdrückt werden, und somit kann die Resonanzfrequenz ohne weiteres gesteuert werden.
  • Obwohl das Substrat jeder Chip-Antenne bei dem oben dargelegten Ausführungsbeispiel ein dielektrisches Material aufweist, das hauptsächlich Bariumoxid, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid enthält, können andere dielektrische Materialien, die hauptsächlich Titanoxid und/oder Neodymoxid enthalten, magnetische Materialien, die hauptsächlich Nickel, Kobalt und/oder Eisen enthalten, und Kombinationen aus dielektrischen Materialien und magnetischen Materialien als das Substrat verwendet werden.
  • Obwohl bei dem oben dargelegten Ausführungsbeispiel jede Antenne zwei Leiter aufweist, kann die Antenne drei oder mehr Leiter zum Bereitstellen mehrerer Resonanzfrequenzen aufweisen. Beispielsweise kann die Antenne, die drei Leiter aufweist, auf vier unterschiedliche Resonanzfrequenzen ansprechen.
  • Die Leiter können statt im Inneren des Substrats, wie bei jedem Ausführungsbeispiel dargelegt, auch an mindestens einer Seite der Oberfläche des Substrats und in dem Substrat vorgesehen sein.
  • Überdies kann der Zuführanschluß an jeder beliebigen geeigneten Position des Substrats vorgesehen sein und ist nicht auf die gezeigten Positionen beschränkt.
  • Da die Chip-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Mehrzahl von Leitern aufweist, auf eine Mehrzahl von Resonanzfrequenzen ansprechen kann, kann ein Mehrfachband- Antennensystem erreicht werden. Zudem kann durch Angrenzen einer Mehrzahl von Resonanzfrequenzen aneinander die Bandbreite ausgedehnt werden.

Claims (16)

1. Eine Chip-Antenne (20), die folgende Merkmale aufweist:
ein Substrat (21), das zumindest entweder ein dielektrisches Material oder ein magnetisches Material sowie eine Mehrzahl von aufeinandergestapelten Schichten (23a-e) aufweist, die eine normal zu den gestapelten Schichten (23a-e) verlaufende Richtung festlegen;
einen ersten spiralförmig gewendelten Leiter (22a), der mindestens entweder auf einer Oberfläche des Substrats (21) oder in dem Substrat angeordnet ist, wobei der erste spiralförmig gewendelte Leiter (22a) eine Spiral-Achse aufweist, die sich senkrecht zu der normal zu den gestapelten Schichten (23a-e) verlaufenden Richtung erstreckt;
einen zweiten spiralförmig gewendelten Leiter (22b), der mindestens entweder auf einer Oberfläche des Substrats (21) oder in dem Substrat angeordnet ist, wobei der zweite spiralförmig gewendelte Leiter (22b) eine Spiral-Achse aufweist, die sich senkrecht zu der normal zu den gestapelten Schichten (23a-e) verlaufenden Richtung erstreckt; und
mindestens einen Zuführanschluß (15), der auf der Oberfläche des Substrats (21) vorgesehen ist und mit einem gemeinsamen Ende der Leiter (22a, 22b) verbunden ist, um eine Spannung an die Leiter anzulegen.
2. Eine Chip-Antenne (20) gemäß Anspruch 1, wobei die Chip-Antenne ferner zumindest einen Befestigungsanschluß aufweist, um das Substrat an einer Befestigungsplatine zu befestigen.
3. Eine Chip-Antenne (20) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der Abschnitte des ersten Leiters (22a) auf mindestens zwei Schichten angeordnet sind, bei der Abschnitte des zweiten Leiters (22b) auf mindestens zwei Schichten angeordnet sind, bei der ein leitfähiges Durchkontaktierungsloch in mindestens einer der Schichten vorgesehen ist, das jeweilige Abschnitte des ersten Leiters (22a) miteinander verbindet, wenn die Schichten miteinander laminiert sind, und bei der ein leitfähiges Durchkontaktierungsloch in mindestens einer der Schichten vorgesehen ist, die jeweilige Abschnitte des zweiten Leiters (22b) miteinander verbinden, wenn die Schichten miteinander laminiert sind.
4. Eine Chip-Antenne (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Chip-Antenne eine Mehrzahl von Resonanzfrequenzen aufweist, die auf die zwei Leiter zurückzuführen sind.
5. Eine Chip-Antenne (20) gemäß Anspruch 1, bei der beide Leiter (22a, 22b) ein freies Ende (28a, 28b) aufweisen.
6. Eine Chip-Antenne (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Leiter (22a, 22b) Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweisen.
7. Eine Chip-Antenne (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Substrat (21) eine Kombination aus einem dielektrischen und einem magnetischen Material aufweist.
8. Eine Chip-Antenne (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das dielektrische Material Bariumoxid, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid aufweist.
9. Eine Chip-Antenne (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das dielektrische Material zumindest entweder Titanoxid oder Neodymoxid aufweist.
10. Eine Chip-Antenne (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der das magnetische Material zumindest entweder Nickel, Kobalt oder Eisen aufweist.
11. Eine Chip-Antenne (20) gemäß Anspruch 1, wobei die Chip-Antenne drei Resonanzfrequenzen aufweist.
12. Eine Chip-Antenne gemäß Anspruch 1, bei der das Substrat an einer Platine angebracht ist, die sich in einer ersten Richtung erstreckt, wobei die Leiter angeordnet sind, um eine longitudinale Erstreckung in die erste Richtung aufzuweisen.
13. Eine Chip-Antenne gemäß Anspruch 1, bei der das Substrat an einer Platine angebracht ist, die sich in einer ersten Richtung erstreckt, wobei die Leiter angeordnet sind, um eine longitudinale Erstreckung in eine zweite Richtung, die im wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung ist, aufzuweisen.
14. Eine Chip-Antenne gemäß Anspruch 11, bei der zumindest zwei der Resonanzfrequenzen nahe beieinander angeordnet sind, so daß ein Bereich einer erweiterten Bandbreite in der Nähe der beiden Resonanzfrequenzen erreicht werden kann.
15. Eine Chip-Antenne (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der das Substrat ein rechteckiges Parallelepiped aufweist.
16. Eine Chip-Antenne (20) gemäß Anspruch 1, bei der der spiralförmige Leiter einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
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