Die Erfindung bezieht sich auf eine Mobilfunkantenne für
mindestens vier getrennte Mobilfunk-Standardfrequenzbereiche.
Zu diesem Thema finden im Bereich der Mobilfunktechnik
derzeit umfangreiche Entwicklungstätigkeiten statt. Dem liegt
zu Grunde, dass im europäischen Raum die Mobilfunk-Standardfrequenzbereiche
EGSM900 und PCN1800 definiert sind,
während im nordamerikanischen Raum die Mobilfunk-Standardfrequenzbereiche
GSM850 und PCS1900 benutzt werden.
Die im europäischen Raum genutzten Mobilfunk-Standardfrequenzbereiche
sind auch in vielen weiteren
Regionen der Welt im Einsatz.
Für die Hersteller und Anbieter von Mobilfunkgeräten ist es
wünschenswert, die Mobilfunkgeräte mit Mobilfunkantennen
auszustatten, die weltweit ohne weitere technische Anpassung
einsetzbar sind. Dies führt zu einem Bedarf an
Mobilfunkantennen, die mindestens vier getrennte Mobilfunk-Standardfrequenzbereiche
bedienen können.
Bereits in den Markt eingeführt sind sogenannte "Triband-Mobilfunkantennen",
die drei der oben genannten Mobilfunk-Standardfrequenzbereiche
unterstützen. Interne Triband-Mobilfunkantennen
sind innerhalb eines Gehäuses des
Mobilfunkgerätes angeordnet und können als sogenannte "PIFA-Antenne"
ausgebildet sein. Solche Mobilfunkantennen können
die Standardfrequenzbereiche EGSM900, PSC1800 und PCS1900
unterstützen, während das Standardfrequenzband bei GSM850
nicht erfasst wird.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde,
eine Mobilfunkantenne für mindestens vier getrennte
Mobilfunk-Standardfrequenzbereiche zu schaffen, die durch
möglichst geringe technische Änderung einer bekannten
Triband-Antenne herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Mobilfunkantenne für
mindestens vier getrennte Mobilfunk-Standardfrequenzbereiche,
die eine Triband-Antenne aufweist, die für drei der
mindestens vier Standardfrequenzbereiche ausgelegt ist und
einen Hochfrequenzzuführungspunkt sowie mindestens einen
Massepunkt aufweist, die einen Eingangsanschluss der Triband-Antenne
bilden, und
an den Eingangsanschluss der Triband-Antenne ein Schwingkreis
mit Hochpassfiltereigenschaften angeschlossen ist, der derart
ausgelegt ist, dass eine Kombination aus der Triband-Antenne
und dem Schwingkreis für die mindestens vier
Standardfrequenzbereiche angepasst ist.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, eine
Triband-Antenne mit einem Schwingkreis zu kombinieren, der so
ausgelegt ist, dass die entstehende Mobilfunkantenne für
mindestens vier getrennte Mobilfunk- Standardfrequenzbereiche
einsetzbar ist. Eine Gesamt-Antennenstruktur der
Mobilfunkantenne ergibt sich somit aus der Kombination einer
Triband-Antenne und des Schwingkreises.
Auf diese Weise ergibt sich der Vorteil, dass
Mobilfunkgeräte, die auf mindestens vier getrennten
Mobilfunk- Standardfrequenzbereichen arbeiten sollen,
grundsätzlich mit Antennen ausgestattet werden können, die
beispielsweise bereits in dem Markt eingeführt sind und für
die insbesondere Werkzeuge für ihre Herstellung bereits
vorhanden sind. Die erforderliche Nachrüstung mit dem
beschriebenen Schwingkreis ist als volumensparende Lösung
anzusehen, da sich die Schaltung des Schwingkreises auf der
standardmäßig in einem Mobilfunkgerät vorhandenen gedruckten
Schaltkreisplatine verwirklichen lässt.
Bevorzugt ist die Triband-Antenne eine interne PIFA-Antenne,
die für die Standardfrequenzbereiche EGSM900, PCN1800 und
PCS1900 angepasst ist und Komponenten des Schwingkreises sind
derart gewählt, dass die Kombination aus der Triband-Antenne
und dem Schwingkreis für die Standardfrequenzbereiche bei
ESGM900, PCN1800,PCS1900 und GSM850 angepasst ist. In der
Praxis wird der Verlauf eines Reflexionskoeffizienten der
Triband-Antenne durch den Einsatz des Schwingkreises mit
Hochpassfiltereigenschaften derart modifiziert, dass auch ein
Einsatz der Mobilfunkantenne bei GSM850 ermöglicht wird.
Der Schwingkreis kann aus einer Mehrzahl Induktivitäten und
Kapazitäten aufgebaut sein, deren Werte aufgrund einer
Eingangsimpedanz des Eingangsanschlusses der Triband-Antenne
mittels Simulation ermittelbar sind. Es ist hervorzuheben,
dass die Auslegung des Schwingkreises mit
Hochpassfiltereigenschaften insbesondere von der
Eingangsimpedanz der Triband-Antenne abhängig ist, die im
wesentlichen durch die räumlichen Abmessungen der Triband-Antenne
bestimmt wird. Allerdings existiert kein einfacherer
Zusammenhang zwischen den räumlichen Abmessungen der Triband-Antenne
und ihrer Eingangimpedanz zwischen dem
Hochfrequenzzuführungspunkt und dem Massepunkt. Insofern wird
es häufig erforderlich sein, die Eingangimpedanz entweder
empirisch zu bestimmen oder mittels Simulationsrechnungen zu
ermitteln.
Zum Auffinden geeigneter Werte für die Induktivitäten und
Kapazitäten kann, ausgehend von dem ermittelten Wert für die
Eingangimpedanz, empirisch vorgegangen werden oder aber es
wird ein linearer Schaltkreissimulator eingesetzt, mit dessen
Hilfe ein zu erwartender Verlauf des Reflexionskoeffizienten
der Kombination aus der Triband-Antenne und dem Schwingkreis
abgeschätzt werden kann.
In praktischen Versuchen hat sich gezeigt, dass der
Schwingkreis mit Hochpassfiltereigenschaften bevorzugt von
dem π-Typ ist. Insbesondere kann der Schwingkreis aus drei
Induktivitäten und zwei Kapazitäten aufgebaut sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- Ein Übersichtsschema einer
Mobilfunkantenne für mindestens vier
getrennte Mobilfunk-Standardfrequenzbereiche,
- Fig. 2
- ein Ausführungsbeispiel einer Kombination
aus einer Triband-Antenne und einem
Schwingkreis mit
Hochpassfiltereigenschaften und
- Fig. 3
- einen Verlauf eines
Reflexionskoeffizienten S11 der
Kombination von Fig. 2 im Frequenzbereich
zwischen 800 und 2000 MHz.
Aus dem Übersichtsschema der Fig. 1 geht hervor, dass eine
Antenne für mindestens vier getrennte Mobilfunk-Standardfrequenzbereiche
kombiniert ist aus einer Triband-Antenne
A, die einen Eingangsanschluss mit einem
Hochfrequenzzuführungspunkt S1 und einen Massepunkt P1
aufweist, und einem an dem Eingangsanschluss angeschlossenen
Schwingkreis S, der Hochpassfiltereigenschaften aufweist. Als
Eingangssignal für die Gesamt-Antennenstruktur aus
Schwingkreis S und Triband-Antenne A dient ein
Hochfrequenzsignal, das von einer Sendendstufe (nicht
dargestellt) eines Mobilfunkgerätes stammt.
Aus der Fig. 2 geht mehr im Detail der Aufbau eines
Ausführungsbeispiels einer Mobilfunkantenne für mindestens
vier getrennte Mobilfunk-Standardfrequenzbereiche hervor. Auf
der rechten Seite der Fig. 2 ist die Triband-Antenne A
dargestellt, die für die Mobilfunk-Standardfrequenzbereiche
EGSM900, PCN1800 und PpCS1900 angepasst ist. Die Triband-Antenne
A zeigt eine erste Antennenfläche P1, die im
wesentlichen eine Rechtecklinie beschreibt, jedoch eine
Öffnung an einer Ecke der Rechtecklinie aufweist, und eine
zweite Antennenfläche P2 im wesentlichen umschließt. Die
zweite Antennenfläche P2 wird bei der vorliegenden
Ausführungsform der Triband-Antenne A auch als "parasitäres
Element" bezeichnet und ist an die Antennenfläche P1
kapazitiv gekoppelt. Die Antennenfläche P2 weist einen
gesonderten Massepunkt G2 auf.
Der Hochfrequenzzuführungspunkt S1 befindet sich an einer
Außenseite der Antennenfläche P1, und zwar etwa gegenüber der
in der ersten Antennenfläche P1 vorgesehenen Öffnung.
Der Massepunkt G1 ist ebenfalls an der Antennenfläche P1
angeordnet. Seine Position ergibt sich aus dem Erfordernis,
dass in Bezug auf den Massepunkt G1 ein kurzer Arm der
Antennenfläche P1 zusammen mit der zweiten Antennenfläche P2
für die Mobilfunk-Standardfrequenzbereiche PCN1800 und
PCS1900 vorgesehen ist. Demgegenüber wird der lange Arm der
ersten Antennenfläche P1 - bezogen auf den Massepunkt G1 -
für den Standardfrequenzbereich EGSM900 eingesetzt. Dabei ist
hervorzuheben, dass vorstehende Beschreibungen sich genau
genommen auf einen alleinigen Betrieb der Triband-Antenne A
beziehen. Das Zusammenschalten der Triband-Antenne A mit dem
nun zu erläuternden Schwingkreis S hat Einfluss auf einen
Verlauf eines Reflexionskoeffizienten S11.
Auf der linken Seite der Fig. 2 ist der Schwingkreis S im
Detail dargestellt. Der Schwingkreis S ist an den
Eingangsanschluss der Triband-Antenne A angeschlossen, der
durch den Hochfrequenzzuführungspunkt S1 und den Massepunkt
G1 definiert ist. Der Schwingkreis S ist aus drei
Induktivitäten Lp1, Lp2, Lp3 und zwei Kapazitäten Cs1, Cs2
aufgebaut. Dieser Aufbau entspricht einer typischen
Schaltungsanordnung für einen π-Typ-Hochpassfilter, wobei die
Induktivitäten Lp1, Lp2 und Lp3 masseseitig
zusammengeschlossen sind, während sie auf Seiten des
Hochfrequenzzuführungspunktes S1 jeweils eine der Kapazitäten
Cs1, Cs2 zwischengeschaltet haben. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel können die Werte der Induktivitäten Lp1,
Lp2, Lp3 im Bereich von 5 - 35nH liegen, während die
Kapazitäten Cs1, Cs2 Werte im Bereich von 1 - 10 pF annehmen
können.
Konkrete Werte für die Induktivitäten Lp1, Lp2, Lp3 und die
Kapazitäten Cs1, Cs2 werden empirisch oder per Simulation
bestimmt, und zwar ausgehend von einer Eingangsimpedanz der
Triband-Antenne A.
Die Fig. 3 zeigt den Verlauf des Reflexionskoeffizienten S11,
genau genommen seines Betrages, als Funktion der Frequenz
zwischen 800 - 2000 MHz. Eine erste Kurve 1 bezieht sich auf
die Kombination aus der Triband-Antenne A und dem
Schwingkreis S von Fig. 2 für bestimmte Werte für die
Induktivitäten Lp1, Lp2, Lp3 und die Kapazitäten Cs1, Cs2 in
den oben angegebene Intervallen. Eine Betrachtung der Kurve 1
zeigt, dass der Reflexionskoeffizient S11 jeweils für die
Standardfrequenzbereiche EGSM900, GSm850, PCN1800 und PCS1900
lokale Minima aufweist, so dass sie für vier getrennte
Mobilfunk-Standardfrequenzbereiche einsetzbar ist. Ein
weiteres Minimum für den Reflexionskoeffizienten S11 ergibt
sich bei etwa 1550 MHz, das derart ausgeprägt ist, dass die
Mobilfunkantenne auch in diesem Frequenzbereich einsetzbar
wäre, was für eine GPS-Anwendung bei 1575 MHz von praktischer
Bedeutung sein kann. Insgesamt weist die Kombination aus der
Triband-Antenne A und dem Schwingkreis S jedoch fünf
voneinander getrennte lokale Minima für den
Reflexionskoeffizienten S11 auf.
Zum Vergleich ist in der Fig. 3 als Kurve 2 auch der Verlauf
des Reflexionskoeffizienten S11 für die Triband-Antenne A
allein dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Triband-Antenne
A ein vergleichsweise schmales Minimum des
Reflexionskoeffizienten S11 bei 900 MHz zeigt, dass in Kurve
1 durch die Hinzuschaltung des Schwingkreises S weniger stark
ausgeprägt ist, wobei sich jedoch auf der niederfrequenten
Seite für die Kombination aus Triband-Antenne A und
Schwingkreis S ein weiteres Minimum des
Reflexionskoeffizienten S11 ergibt. Für die Triband-Antenne A
allein ergibt sich gegenüber dem Verlauf des
Reflexionskoeffizienten S11 für die Kombination bei etwa 1900
MHz ein breit ausgeprägtes Minimum, so dass auch das
Mobilfunk- Standardfrequenzband bei 1800 MHz mit erfasst
wird.