EP1972029A1 - Mehrfachresonante antenneneinheit, zugehörige leiterplatine sowie funkkommunikationsgerät - Google Patents

Mehrfachresonante antenneneinheit, zugehörige leiterplatine sowie funkkommunikationsgerät

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EP1972029A1
EP1972029A1 EP06819092A EP06819092A EP1972029A1 EP 1972029 A1 EP1972029 A1 EP 1972029A1 EP 06819092 A EP06819092 A EP 06819092A EP 06819092 A EP06819092 A EP 06819092A EP 1972029 A1 EP1972029 A1 EP 1972029A1
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EP
European Patent Office
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spiral
antenna unit
resonant antenna
frequency range
branch
Prior art date
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EP06819092A
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English (en)
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EP1972029B1 (de
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Stefan Huber
Michael Schreiber
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Qualcomm Inc
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BenQ Mobile GmbH and Co OHG
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength

Definitions

  • Multi-resonant antenna unit associated printed circuit board and radio communication device
  • stub antennas that protrude beyond the housing, i. are arranged outside the housing.
  • Such outwardly projecting stub antennas can render the respective radio communication device unwieldy, bend or even break off if the mechanical loads are too high. Furthermore, they affect the visual appearance for some desired geometry or for some design of the housing of the radio communication device.
  • patch antennas i. Flat antennas used. These typically have at least two power feeds across which are spatially separated, i. separate patch zones are excited electromagnetically, which are assigned to at least two different frequency ranges. Under certain circumstances, such patch antennas may require too much space in the respective radio communication device. In addition, their power supply via their at least two separate contacts can be too expensive. In addition, unwanted electromagnetic coupling effects between their two power supply contacts are possible.
  • the invention has for its object to provide a multi-resonant antenna unit for transmitting and / or receiving radio radiation fields in at least two frequency ranges with further reduced dimensions, which can be fed in a simple manner with electric current. This problem is solved by the following multi-resonant antenna unit:
  • the second antenna structure is an integral part within the overall course of the first antenna structure.
  • the second antenna structure forms only a partial length of the overall course of the first antenna structure.
  • the invention further relates to a printed circuit board and a radio communication device with at least one multi-resonant antenna unit according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic and enlarged representation of an antenna unit with two separate antenna branches for two different frequency bands
  • FIG. 2 shows a schematic and enlarged representation of a first embodiment of a multi-resonant antenna unit according to the invention
  • Figure 3 is a schematic representation of a printed circuit board inside the housing of a radio communication device to which the antenna of Figure 2 is coupled, and
  • FIGS. 4 to 6 three further embodiments of a multi-resonant antenna unit according to the invention.
  • FIG. 1 shows, in a schematic and enlarged representation, an antenna structure AT1 used in radio communication devices by way of example with two separate antenna branches or antenna branches AA1, AA2 for two different frequency bands.
  • Each Antenennzweig AAl or AA2 is formed by an electrically conductive, strip-shaped conductor track and / or an electrically conductive wire.
  • the first antenna branch AAl and the second antenna branch AA2 have a common base FP, ie their input-side end faces are connected to each other via a common electrical contact line CLl with electric current ECL of a power supply SPl to feed.
  • This current feeding area SP1 can be formed both flat and punctiform.
  • the current supply region SP1 is shown in a punctiform manner by way of example. It represents the point of supply for the electric current EC1 and is therefore representative of a power source.
  • the two antenna branches AAl, AA2 extend spatially separated from each other in different spatial directions. In other words, the two antenna branches AA1, AA2 are free in mutually different space regions or - zones.
  • the runlength LIl of the first antenna branch AAl is selected to be smaller than the runlength L12 of the second antenna branch AA2.
  • the run length L12 of the longer antenna branch AA2 is substantially preferably ⁇ / 4, i. a quarter of the resonance wavelength of the lower frequency range, or multiples of ⁇ / 4 for the formation of standing electromagnetic waves and concomitantly selected for decoupling and / or coupling electromagnetic radio waves.
  • the run length LIl of the shorter antenna branch AAl substantially corresponds to ⁇ / 4 of
  • Resonant wavelength ⁇ of the higher frequency range or multiples of ⁇ / 4 of the higher frequency range Resonant wavelength ⁇ of the higher frequency range or multiples of ⁇ / 4 of the higher frequency range.
  • the longer antenna branch AA2 in the first approximation in the form of an open loop or loop as a geometry.
  • the longer antenna branch AA2 in the first approximation has the shape of the lower case letter 1 in its upper portion.
  • the shorter antenna branch AAl has a semicircular or semi-oval geometry shape.
  • the two antenna branches AAl, AA2 of the known antenna structure ATl act as two separate stub antennas.
  • Such an antenna structure with two separate antenna branches may in practice require too much space under some circumstances. This is especially true when the antenna structure is to be housed inside the housing of a radio communication device, which already has a multiplicity of other electrical components there.
  • FIG. 2 schematically shows, in an enlarged illustration, a first multi-resonant antenna unit AT2 with an antenna structure which is made more compact than the antenna structure AT1 of FIG.
  • This multi-resonant antenna unit AT2 has only a single current feeding area SP1. This may be flat or punctiform. It is powered by an electrical power source, which has been omitted in the figure 2 for the sake of clarity. Starting from this single, i. only one
  • This patch element PAl ie electrically conductive surface element.
  • This patch element PAl is only a single antenna branch AZl, which is formed spirally.
  • This spiral-type antenna branch AZ1 is composed of subsections SEI1, SE12, SE13, SE14 and SE15 arranged at right angles to one another. In this case, the sections SEI1 to SE15 are formed by strip-shaped conductor tracks and / or electrically conductive wires.
  • the input-side subsection SEI1 of the spiral-like antenna branch AZ1 extends, starting from the upper edge of the rectangular patch element PA1, along its imaginary rectilinear extension. Relative to this offset by 90 °, the second subsection SE12 closes thereon at. Opposite its rectilinear course of the third, rectilinear section SE13 is offset by 90 °.
  • the subsequent, fourth subsection SE14 and the fifth subsection SE15 In this case, this end-side section SE15 is free in the room. It runs essentially parallel to the first section SEIl.
  • the fourth and the second subsection SE12, SE14 likewise run essentially parallel to one another.
  • subsections rope to SE14 are set one behind the other in such a way that, starting from the patch element PA1, they form an inwardly wound spiral turn.
  • this has, in particular, rectangular bending corners at those points where two partial sections collide.
  • the individual antenna branch it is also possible to choose a different geometry for the individual antenna branch. So it can be e.g. be expedient to provide for the individual antenna branch an elliptical or circular, spiraling inward spiral shape. Alternatively, it may be expedient to provide an outwardly spiraling spiral as an antenna branch, whose end portion protrudes freely.
  • the first antenna unit AT2 i. in detail, the point-like current feeding area SP1, the contact line CL1, the patch element PA1 as well as the subsections SE1 to SE14 of the antenna branch AZ1 essentially in the same positional plane, so that a plane-planar antenna structure is formed in the first approximation.
  • the overall course of the spiral antenna branch AZ1 has an overall length L22. This overall course of the spiral antenna branch AZ1 forms a first resonant antenna structure for a first frequency range.
  • the freely projecting, end-side end section SE15 of this spiral-type antenna branch AZ1 acts as a second resonant antenna structure for a second Frequency range. Since the end-side end portion SE15 constitutes only a partial length L21 of the total length L22 of the entire spiral-type antenna branch AZ1, the end-side portion SE15 is assigned a higher frequency range than the overall profile of the spiral-type antenna branch AZ1.
  • the end-face end section SE15 For electromagnetic excitation of the end-face end section SE15, this is arranged in such a way relative to the input-side patch element PA1 that it can be inductively and / or capacitively connected thereto, i. generally printed electromagnetically coupled.
  • the electromagnetic Uberkoppel Complex is indicated in the figure 2 by a dash-dotted frame and denoted by CZl.
  • the partial length L21 of the end-side subsection SE15 to the total length L22 of the spiral-type antenna branch AZ1 is substantially in the same ratio as the assigned higher frequency range to the assigned low frequency range.
  • the total length L22 of the spiral antenna branch AZ1 is preferably selected between 70 and 90 mm.
  • the end-side section SE15 of the spiral-like antenna branch AZ1 preferably has a partial length L21 of between 10 and 25 mm.
  • the partial length L21 of the front end section SE15 is preferably selected in about one quarter of the resonance wavelength of the higher frequency range, ie approximately ⁇ / 4, where ⁇ is the resonance wavelength of the higher frequency range. Expediently, multiples of ⁇ / 4 may be for the partial length L21.
  • the total length L22 of the spiral antenna branch is selected to be substantially one quarter of the resonance wavelength of the lower frequency range or multiples of ⁇ / 4.
  • a uniaxial helical antenna structure is provided, the overall shape of which forms a first resonant antenna structure for a lower frequency range, and whose frontally free end portion serves simultaneously as a second resonant antenna structure for a higher frequency range.
  • the single, spiral-like antenna branch alone takes over the function and operation of two separate antenna branches such as AAl, AA2 of the antenna structure ATl of Figure 1.
  • the multi-resonant antenna unit occupies the only single, spiral antenna branch, the overall course of a first resonant Antenna structure for a lower frequency range forms and its front end portion of a second resonant antenna structure for a higher
  • Frequency range provides less space than the known antenna structure ATl of Figure 1, which has two spatially separate antenna branches AAl, AA2.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a detail of a printed circuit board LP of a radio communication device MP, the outer housing GH is indicated by dash-dotted lines.
  • the lower part of the display or the display device DP of the radio communication device MP is additionally shown with.
  • the multi-resonant antenna unit AT2 of Figure 2 is coupled. It is so compact that besides it there is an input / output
  • the multi-resonant antenna unit according to the invention is characterized in particular by the fact that it occupies less space within the housing GH, so that there more interior space for the plurality of further electrical components for Is available and overall the radio communication device MP can be made very compact in terms of its dimensions. In particular, further miniaturization is possible.
  • Figure 4 shows in schematic and in an enlarged
  • a meander-shaped track MA is additionally interposed between the spiral-type antenna branch AZ1 and the input-side patch element PA1. This makes it possible, along a relatively short rectilinear section, to extend the run length of the spiral antenna branch AZ1 by the meandering LL2 *.
  • the input-side patch element PA1 has, in particular, the function of widening the bandwidth of the lower frequency range. This bandwidth broadening is particularly advantageous for the 900 MHz GSM frequency band.
  • FIG. 5 shows, in a schematic and enlarged representation, a third multi-resonant antenna unit according to the invention, which is modified relative to the first antenna unit AT2 according to the invention of FIG.
  • Figure 2 is the single, spiral-like
  • Antenna branch AZl supplemented by an input-side section SE21.
  • This input-side subsection SE21 is offset from the rectilinear course of the subsection SEI1 by 270 ° and terminates the helical antenna branch AZ1 laterally. It runs essentially parallel to the section SE12. This results in an increased overall length L32 for the modified, spiral-like antenna branch AZ1 * of the third multiple-resonant antenna unit AT4 by the partial length L22 ** relative to the antenna branch AZ1.
  • a transverse web VTIl projecting inwards into the structure of the spiral antenna branch AZ1 * is provided transversely to its longitudinal extension. It is used for bandwidth broadening for the lower frequency range, the overall course of the modified spiral-like
  • Antenna branch AZl * is assigned.
  • the transverse web VTI1 is substantially perpendicular to the axial longitudinal extent of the input-side subsection SE21.
  • the input-side subsection SE21 represents in particular the left-side frame of an imaginary rectangle, which forms the outer border of the multi-resonant antenna unit AT4.
  • the partial section SE12 has a transverse strip CT3 projecting into the interior of the spiral of the antenna branch AZ1 * and extending substantially at right angles to the axial longitudinal extent of the section SE12. It serves to electromagnetically excite the inwardly projecting end section SE15 of the spiral antenna branch AZ1 *.
  • FIG. 6 shows a further advantageous, multi-resonant antenna unit AT5.
  • the antenna branch AZ2 is composed in detail of mutually perpendicular sections SE31 to SE38.
  • the electrical connection between the current feed area SP1 and the input-side section SE31 takes place via the electrical contact line CL1.
  • the input-side section SE31 has transverse to its axial longitudinal extent two transverse strips VT21, VT22, which serve the bandwidth broadening of the lower frequency range.
  • the subsections SE31 to SE38 are arranged in a rough approximation such that their imaginary outer border as viewed overall has a substantially right-angled shape.
  • the input-side, first section SE31 forms approximately the left broad side and the section SE37 the right broad side of this imaginary right-side.
  • the sections SE32, SE36 run along the lower longitudinal edge of this imaginary right-hand corner, while the freely projecting, front-side end section SE38 of the spiral antenna branch AZ2 extends along the upper longitudinal side of this imaginary right-hand corner.
  • the sections SE33, SE34, SE35 form a protuberance into the interior of the spiral of the antenna branch AZ2, ie a bulge in the straight longitudinal course of the sections SE32, SE36 into the interior of the spiral of the antenna branch AZ2.
  • the subsection SE34 and the end-side end section SE38 This results in an inductive and / or capacitive coupling between the subsection SE34 and the end-side end section SE38, as a result of which it is electromagnetically excited along its partial length L41 for the higher frequency range.
  • the overall course of the antenna branch AZ2 along its entire length L42 serves as a resonant antenna structure for the lower frequency range.
  • Radio beams of a lower frequency range acts, with the sub-section, which is associated with the higher frequency range, in particular its end free-standing end portion such. SE15, to couple such inductively and / or capacitively that this acts as a second antenna branch for a higher frequency range.
  • This second antenna branch is integrated in the total run length of the first antenna branch, i. it forms a partial length of the total length of the first antenna branch and is therefore an integral part of the first antenna branch.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Eine mehrf achresonante Antenneneinheit (AT2) weist einen Stromspeisungsbereich (SPl) auf, von dem lediglich ein einzelner, spiralartiger Antennenzweig (AZl) ausgeht. Der Gesamtverlauf dieses spiralartigen Antennenzweigs (AZl) bildet eine erste resonante Antennenstruktur für einen niedrigeren Frequenzbereich und mindestens ein Teilabschnitt (SE15) innerhalb des Gesamtverlaufs dieser spiralartigen Antennenstruktur (AZl) eine zweite resonante Antennenstruktur für einen höheren Frequenzbereich.

Description

Mehrfachresonante Antenneneinheit, zugehörige Leiterplatine sowie Funkkommunikationsgerät
Für Funkkommunikationsgeräte werden zum einen Stummelantennen verwendet, die über dessen Gehäuse hinausragen, d.h. außerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Solche nach außen abstehenden Stummelantennen können das jeweilige Funkkommunikationsgerät zu unhandlich machen, verbiegen oder bei zu hohen mechanischen Belastungen gar abbrechen. Weiterhin beeinträchtigen sie das optische Erscheinungsbild für manche gewünschte Geometrieform bzw. für manches Design des Gehäuses des Funkkommunikationsgeräts.
Daneben sind zum anderen in Funkkommunikationsgeräten sogenannte Patchantennen, d.h. Flachantennen verwendet. Diese weisen üblicherweise mindestens zwei Stromspeisungskontakte auf, über die räumlich getrennte d.h. separate Patchzonen elektromagnetisch angeregt werden, die mindestens zwei verschiedenen Frequenzbereichen zugeordnet sind. Derartige Patchantennen können unter manchen Gegebenheiten zu viel Platz im jeweiligen Funkkommunikationsgerät benötigen. Außerdem kann ihre Stromspeisung über ihre mindestens zwei separaten Kontakte zu aufwendig sein. Darüber hinaus sind auch unerwünschte elektromagnetische Koppeleffekte zwischen ihren beiden Stromspeisungskontakten möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mehrfachresonante Antenneneinheit zum Senden und/oder Empfangen von Funkstrahlungsfeldern in mindestens zwei Frequenzbereichen mit weiter reduzierten Abmessungen bereitzustellen, die in einfacher Weise mit elektrischem Strom speisbar ist. Diese Aufgabe wird durch folgende mehrfachresonante Antenneneinheit gelöst:
Mehrfachresonante Antenneneinheit mit einem
Stromspeisungsbereich, von dem lediglich ein einzelner, spiralartiger Antennenzweig ausgeht, wobei der Gesamtverlauf des spiralartigen Antennenzweigs eine erste resonante Antennenstruktur für einen niedrigeren Frequenzbereich, und mindestens ein Teilabschnitt innerhalb des Gesamtverlaufs dieses spiralartigen Antennenzweigs eine zweite resonante Antennenstruktur für einen höheren Frequenzbereich bildet.
Dadurch, dass ausgehend von einem einzigen
Stromspeisungsbereich lediglich ein einzelner spiralartiger Antennenzweig ausgeht, dessen Gesamtverlauf eine erste resonante Antennenstruktur für einen niedrigeren Frequenzbereich bildet und von dem gleichzeitig mindestens ein Teilabschnitt innerhalb seines Gesamtverlaufs als eine zweite resonante Antennenstruktur für einen höheren Frequenzbereich fungiert, wird der Platzbedarf für diese Antennenstruktur weiter reduziert. Mit anderen Worten ausgedrückt ist also die zweite Antennenstruktur integrativer Bestandteil innerhalb des Gesamtverlaufs der ersten Antennenstruktur. Insbesondere bildet die zweite Antennenstruktur lediglich eine Teillänge des Gesamtverlaufs der ersten Antennenstruktur. Auf diese Weise lässt sich eine derartige mehrfachresonante Antenneneinheit in vorteilhafter Weise insbesondere in Inneren des Gehäuses eines Funkkommunikationsgeräts unterbringen, ohne den Platzbedarf für die Vielzahl von dort unterzubringenden elektrischen Komponenten wie zum Beispiel Leiterplatine, Tastaturansteuerung, Display usw. zu stark zu beeinträchtigen .
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Leiterplatine sowie ein Funkkommunikationsgerät mit mindesten einer erfindungsgemäßen mehrfachresonanten Antenneneinheit.
Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 in schematischer sowie vergrößerter Darstellung eine Antenneneinheit mit zwei separaten Antennenzweigen für zwei verschiedene Frequenzbänder,
Figur 2 in schematischer sowie vergrößerter Darstellung eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mehrfachresonanten Antenneneinheit,
Figur 3 in schematischer Darstellung eine Leiterplatine im Inneren des Gehäuses eines Funkkommunikationsgeräts, an die die Antenne von Figur 2 angekoppelt ist, und
Figuren 4 bis 6 drei weitere Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen mehrfachresonanten Antenneneinheit .
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 mit 6 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Für Funkkommunikationsgeräte, die in mehreren Frequenzbändern arbeiten, können so viele separate Sende-/Empfangsantennen wie gewünschte Frequenzbänder vorgesehen sein. Figur 1 zeigt in schematischer sowie vergrößerter Darstellung eine in Funkkommunikationsgeräten verwendete Antennenstruktur ATl beispielhaft mit zwei separaten Antennenzweigen bzw. Antennenästen AAl, AA2 für zwei verschiedene Frequenzbänder. Jeder Antenennzweig AAl bzw. AA2 ist durch eine elektrisch leitfähige, streifenförmige Leiterbahn und/oder einen elektrisch leitfähigen Draht gebildet. Der erste Antennenzweig AAl sowie der zweite Antennenzweig AA2 weisen einen gemeinsamen Fußpunkt FP auf, d.h. ihre eingangsseitigen Stirnseiten sind miteinander verbunden, um sie über eine gemeinsame elektrische Kontaktleitung CLl mit elektrischem Strom ECl eines Stromspeisungsbereichs SPl zu speisen. Dieser Stromspeisungsbereich SPl kann sowohl flächig als auch punktförmig ausgebildet sein. In der Figur 1 ist der Stromspeisungsbereich SPl beispielhaft punktförmig eingezeichnet. Er repräsentiert den Einspeisungsort für den elektrischen Strom ECl und steht damit stellvertretend für eine Stromquelle. Ausgehend vom gemeinsamen Fußpunkt FP erstrecken sich die beiden Antennenzweige AAl, AA2 räumlich voneinander getrennt in unterschiedliche Raumrichtungen. Mit anderen Worten ausgedrückt stehen die beiden Antennenzweige AAl, AA2 frei in voneinander verschiedene Raumregionen bzw. - zonen ab. Dabei ist die Lauflänge LIl des ersten Antennenzweigs AAl kleiner als die Lauflänge L12 des zweiten Antennenzweigs AA2 gewählt. Dadurch können mit Hilfe des kürzeren Antennenzweigs AAl Funkstrahlungsfelder in einem höheren Frequenzbereich als mit Hilfe des längeren Antennenzweigs AA2 abgestrahlt und/oder empfangen werden. Mit Hilfe des längeren Antennenzweigs AA2 ist also das Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischen
Funkstrahlungsfeldern in einem niedrigeren Frequenzbereich als mit dem kürzeren Antennenzweig AAl möglich. Die Lauflänge L12 des längeren Antennenzweigs AA2 ist im wesentlichen vorzugsweise λ/4, d.h. einem Viertel der Resonanzwellenlänge des niedrigeren Frequenzbereichs, oder Vielfachen von λ/4 zur Ausbildung von stehenden elektromagnetischen Wellen und damit einhergehend zur Abkopplung und/oder Einkopplung elektromagnetischer Funkwellen gewählt. In entsprechender Weise entspricht die Lauflänge LIl des kürzeren Antennenzweigs AAl im Wesentlichen λ/4 der
Resonanzwellenlänge λ des höheren Frequenzbereichs oder Vielfachen von λ/4 des höheren Frequenzbereichs. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel von Figur 1 weist der längere Antennenzweig AA2 in erster Annäherung die Form einer offenen Schleife bzw. Schlaufe als Geometrieform auf.
Insbesondere hat der längere Antennenzweig AA2 in erster Annäherung die Form des Kleinbuchstaben 1 in dessen oberem Abschnitt. Der kürzere Antennezweig AAl weist eine halbrunde bzw. halbovale Geometrieform auf. Auf diese Weise wirken die beiden Antennenzweige AAl, AA2 der bekannten Antennenstruktur ATl wie zwei separate Stummelantennen. Eine derartige Antennenstruktur mit zwei separaten Antennenzweigen kann in der Praxis unter manchen Gegebenheiten zu viel Platz benotigen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Antennenstruktur im Inneren des Gehäuses eines Funkkommunikationsgerats untergebracht werden soll, das dort bereits eine Vielzahl von anderen elektrischen Komponenten aufweist.
Figur 2 zeigt schematisch in vergrößerter Darstellung eine erste mehrfachresonante Antenneneinheit AT2 mit einer Antennenstruktur, die gegenüber der Antennenstruktur ATl von Figur 1 kompakter ausgebildet ist. Diese mehrfachresonante Antenneneinheit AT2 weist nur einen einzigen Stromspeisungsbereich SPl auf. Dieser kann flachig oder punktförmig ausgebildet sein. Er wird von einer elektrischen Stromquelle versorgt, die in der Figur 2 der zeichnerischen Übersichtlichkeit halber weggelassen worden ist. Ausgehend von diesem einzigen, d.h. lediglich einem
Stromspeisungsbereich SPl fließt dessen elektrischer Strom ECl über eine elektrische Kontaktleitung CLl an ein sogenanntes Patchelement PAl, d.h. elektrisch leitfahiges Flachenelement. Dieses ist hier im Ausfuhrungsbeispiel von Figur 2 im Wesentlichen rechteckformig ausgebildet. Von diesem Patchelement PAl geht lediglich ein einzelner Antennenzweig AZl aus, der spiralartig ausgebildet ist. Dieser spiralartige Antennenzweig AZl setzt sich aus rechtwinklig zueinander angeordneten Teilabschnitten SEIl, SE12, SE13, SE14 und SE15 zusammen. Dabei sind die Teilabschnitte SEIl bis SE15 durch streifenförmige Leiterbahnen und/oder elektrisch leitfahige Drahte gebildet. Der eingangsseitige Teilabschnitt SEIl des spiralartigen Antennenzweigs AZl erstreckt sich ausgehend von der Oberkante des rechteckformigen Patchelements PAl entlang deren gedachten geradlinigen Verlängerung. Bezogen auf diese um 90° versetzt schließt sich daran der zweite Teilabschnitt SE12 an. Gegenüber dessen geradlinigen Verlauf ist der dritte, geradlinige Teilabschnitt SE13 um 90° versetzt. Gleiches gilt für den sich anschließenden, vierten Teilabschnitt SE14 sowie den fünften Teilabschnitt SE15. Dabei steht dieser endseitige Teilabschnitt SE15 frei in den Raum ab. Er verläuft im Wesentlichen parallel zum ersten Teilabschnitt SEIl. Der vierte und der zweite Teilabschnitt SE12, SE14 verlaufen ebenfalls im Wesentlichen parallel zueinander.
Zusammenfassend ausgedrückt sind die Teilabschnitte Seil bis SE14 derart hintereinander gesetzt, dass sie ausgehend vom Patchelement PAl eine nach innen gewundene Spiralwindung bilden. Diese weist hier im Ausführungsbeispiel insbesondere rechteckförmige Abknickecken an denjenigen Stellen auf, an denen je zwei Teilabschnitte zusammenstoßen.
Selbstverständlich ist es auch möglich, für den einzelnen Antennenzweig eine andersartige Geometrieform zu wählen. So kann es z.B. zweckmäßig sein, für den einzelnen Antennenzweig eine ellipsenförmige oder kreisförmige, sich nach innen windende Spiralform vorzusehen. Alternativ kann es zweckmäßig sein, eine sich nach außen aufwindende Spirale als Antennenzweig vorzusehen, deren Endabschnitt frei absteht.
Vorzugsweise liegen alle Komponenten der ersten Antenneneinheit AT2, d.h. im einzelnen der punktartige Stromspeisungsbereich SPl, die Kontaktleitung CLl, das Patchelement PAl sowie die Teilabschnitte SEIl bis SE14 des Antennenzweigs AZl im Wesentlichen in derselben Lageebene, so dass eine in erster Annäherung planflächige Antennenstruktur gebildet ist.
Der Gesamtverlauf des spiralartigen Antennenzweigs AZl weist eine Gesamtlänge L22 auf. Dieser Gesamtverlauf des spiralartigen Antennenzweigs AZl bildet eine erste resonante Antennenstruktur für einen ersten Frequenzbereich.
Gleichzeitig fungiert der frei abstehende, stirnseitige Endabschnitt SE15 dieses spiralartigen Antennenzweigs AZl als zweite resonante Antennenstruktur für einen zweiten Frequenzbereich. Da der stirnseitige Endabschnitt SE15 lediglich eine Teillange L21 der Gesamtlange L22 des gesamten spiralartigen Antennenzweigs AZl ausmacht, ist dem endseitigen Teilabschnitt SE15 ein höherer Frequenzbereich als dem Gesamtverlauf des spiralartigen Antennenzweigs AZl zugeordnet .
Zur elektromagnetischen Anregung des stirnseitigen Endabschnitts SE15 ist dieser derart bezogen auf das eingangseitige Patchelement PAl angeordnet, dass er mit diesem induktiv und/oder kapazitiv, d.h. allgemein ausgedruckt elektromagnetisch gekoppelt ist. Dazu ist es insbesondere zweckmäßig, das eingangsseitige Ende des frei abstehenden Endabschnitts SE15, das an den vorausgehenden Teilschnitt SE14 anschließt, in der Nahe des Patchelements
PAl anzuordnen. Der elektromagnetische Uberkoppelbereich ist in der Figur 2 durch eine strichpunktierte Umrahmung angedeutet und mit CZl bezeichnet.
Zweckmaßigerweise steht die Teillange L21 des endseitigen Teilabschnitts SE15 zur Gesamtlange L22 des spiralartigen Antennenzweigs AZl im Wesentlichen im gleichen Verhältnis wie der zugeordnete höhere Frequenzbereich zum zugeordneten niedrigen Frequenzbereich. Die Gesamtlange L22 des spiralartigen Antennenzweigs AZl ist vorzugsweise zwischen 70 und 90 mm gewählt. Der endseitige Teilabschnitt SE15 des spiralartigen Antennenzweigs AZl weist vorzugsweise eine Teillange L21 zwischen 10 und 25 mm auf. Die Teillange L21 des stirnseitigen Endabschnitts SE15 ist dabei vorzugsweise in etwa einem Viertel der Resonanzwellenlange des höheren Frequenzbereichs gewählt, d.h. in etwa λ/4, wobei λ die Resonanzwellenlange des höheren Frequenzbereich ist. Zweckmäßig können auch Vielfache von λ/4 für die Teillange L21 sein. In analoger Weise ist die Gesamtlange L22 des spiralartigen Antennenzweigs im Wesentlichen einem Viertel der Resonanzwellenlange des niedrigeren Frequenzbereichs oder Vielfachen von λ/4 gewählt. Auf diese Weise ist eine einachsige, spiralartige Antennenstruktur bereitgestellt, deren Gesamtverlauf eine erste resonante Antennenstruktur für einen niedrigeren Frequenzbereich bildet, und dessen stirnseitiger, frei abstehender Endabschnitt gleichzeitig als eine zweite resonante Antennenstruktur für einen höheren Frequenzbereich dient. Damit übernimmt bereits der einzelne, spiralartige Antennenzweig allein die Funktion und Wirkungsweise von zwei separaten Antennenzweigen wie zum Beispiel AAl, AA2 der Antennenstruktur ATl von Figur 1. Auf diese Weise belegt die mehrfachresonante Antenneneinheit mit dem lediglich einzelnen, spiralartigen Antennenzweig, dessen Gesamtverlauf eine erste resonante Antennenstruktur für eine niedrigeren Frequenzbereich bildet und dessen stirnseitiger Endabschnitt eine zweite resonante Antennenstruktur für einen höheren
Frequenzbereich bereitstellt, weniger Platz als die bekannte Antennenstruktur ATl von Figur 1, die zwei räumlich separate Antennenzweige AAl, AA2 aufweist.
Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung ausschnittsweise eine Leiterplatine LP eines Funkkommunikationsgeräts MP, dessen Außengehäuse GH strichpunktiert angedeutet ist. In der oberen Teilhälfte der Leiterplatine LP ist zusätzlich der untere Teil des Displays bzw. der Anzeigevorrichtung DP des Funkkommunikationsgeräts MP mit eingezeichnet. An der unteren Stirnseite STU der Leiterplatine LP, die weiter als die nicht eingezeichnete, obere Stirnseite der Leiterplatine LP vom Display DP entfernt ist, ist die mehrfachresonante Antenneneinheit AT2 von Figur 2 angekoppelt. Sie ist derart kompakt ausgebildet, dass neben ihr noch ein Input/Output
Port, ein Mikrophon, ein Lautsprecher IO oder eine sonstige elektrische und/oder mechanische Komponente an der Leiterplatte LP Platz findet.
Die erfindungsgemäße mehrfachresonate Antenneneinheit zeichnet sich insbesondere dadurch aus, das sie weniger Platz innerhalb des Gehäuses GH belegt, so dass dort mehr Innenraum für die Vielzahl von weiteren elektrischen Komponenten zur Verfügung steht und insgesamt das Funkkommunikationsgerät MP bezüglich seiner Abmessungen sehr kompakt gestaltet werden kann. Insbesondere ist eine weitere Miniaturisierung möglich.
Figur 4 zeigt in schematischer sowie in vergrößerter
Darstellung eine dritte vorteilhafte, mehrfachresonante Antenneneinheit AT3, die aus einer Abwandlung der zweiten mehrfachresonanten Antenneneinheit AT2 von Figur 2 hervorgeht. Im Unterschied zur Figur 2 ist bei der dritten Antenneneinheit AT3 zwischen dem spiralartigen Antennenzweig AZl und dem eingangsseitigen Patchelement PAl zusätzlich eine mäanderförmige Leiterbahn MA zwischengeschaltet. Dadurch ist es ermöglicht, entlang einem verhältnismäßig kurzen geradlinigen Teilstück die Lauflänge des spiralartigen Antennenzweigs AZl um den Mäanderverlauf LL2* zu verlängern.
Für beide Formen von Antenneneinheiten AT2, AT3 der Figuren 2, 4 hat das eingangsseitige Patchelement PAl insbesondere die Funktion, die Bandbreite des unteren Frequenzbereichs zu verbreitern. Diese Bandbreitenverbreiterung ist insbesondere für das GSM Frequenzband von 900 MHz vorteilhaft.
Ggf. kann es auch ausreichend sein, das eingangsseitige Patchelement PAl wegzulassen und den Stromspeisungsbereich SPl über die elektrische Kontaktleitung CLl direkt mit dem eingangsseitigen Ende des einteiligen spiralartigen Antennenzweigs AZl zu verbinden oder nur die mäanderförmige Leiterbahn MA zwischenzuschalten.
Zur elektromagnetischen Anregung des frei abstehenden, stirnseitigen Endabschnitts SE15 der Antenneneinheit AT3 von Figur 4 ist dieser derart bezüglich des eingangsseitigen Mäanderabschnitts MA angeordnet, dass sich zwischen diesen eine induktive und/oder kapazitive Koppelzone CZ2, d.h. allgemein ausgedrückt eine elektromagnetische Kopplung, ausbildet . Figur 5 zeigt in schematischer sowie vergrößerter Darstellung eine dritte, erfindungsgemäße mehrfachresonante Antenneneinheit, die gegenüber der ersten erfindungsgemäßen Antenneneinheit AT2 von Figur 2 modifiziert ist. Im Unterschied zu Figur 2 ist der einzelne, spiralartige
Antennenzweig AZl um einen eingangsseitigen Teilabschnitt SE21 ergänzt. Dieser eingangseitige Teilabschnitt SE21 ist gegenüber dem geradlinigen Verlauf des Teilabschnitts SEIl um 270° versetzt und schließt den spiralartigen Antennenzweig AZl seitlich ab. Er verläuft im Wesentlichen parallel zum Teilabschnitt SE12. Dadurch ergibt sich eine vergrößerte Gesamtlänge L32 für den modifizierten, spiralartigen Antennenzweig AZl* der dritten mehrfachresonanten Antenneneinheit AT4 um die Teillänge L22** gegenüber dem Antennenzweig AZl. Am eingangseitigen Teilabschnitt SE21 ist quer zu dessen Längserstreckung ein nach innen in die Struktur des spiralartigen Antennenzweigs AZl* hineinragender Quersteg VTIl vorgesehen. Er dient der Bandbreitenverbreiterung für den unteren Frequenzbereich, der dem Gesamtverlauf des modifizierten spiralartigen
Antennenzweigs AZl* zugeordnet ist. Insbesondere steht der Quersteg VTIl im Wesentlichen senkrecht zur axialen Längserstreckung des eingangsseitigen Teilabschnitts SE21. Der eingangsseitige Teilabschnitt SE21 stellt insbesondere den linksseitigen Rahmen eines gedachten Rechtecks dar, das die Außenumrahmung der mehrfachresonanten Antenneneinheit AT4 bildet. Auf der gegenüberliegenden Breitseite dieses gedachten Rechtecks weist der Teilschnitt SE12 einen in das Innere der Spirale des Antennenzweigs AZl* hineinragenden Querstreifen CT3 auf, der sich im Wesentlichen rechtwinklig zur axialen Längserstreckung des Teilabschnitts SE12 erstreckt. Er dient dazu, den nach innen frei abstehenden Endabschnitt SE15 des spiralartigen Antennenzweigs AZl* elektromagnetisch anzuregen. Dazu ist der Querstreifen CT3 induktiv und/oder kapazitiv mit dem stirnseitig abstehenden Endabschnitt SE15 gekoppelt. Figur 6 zeigt eine weitere vorteilhafte, mehrfachresonante Antenneneinheit AT5. Sie weist ausgehend vom Stromspeisungsbereich SPl lediglich einen einzigen Antennenzweig AZ2 auf, der sich im Unterschied zu den Antennenzweigen der Antenneneinheiten AT2, AT3, AT4 spiralförmig nach außen öffnet. Der Antennenzweig AZ2 setzt sich im Einzelnen aus rechtwinklig zueinander stehenden Teilabschnitten SE31 bis SE38 zusammen. Die elektrische Ankopplung zwischen dem Stromspeisungsbereich SPl und dem eingangsseitigen Teilabschnitt SE31 erfolgt dabei über die elektrische Kontaktleitung CLl. Der eingangsseitige Teilabschnitt SE31 weist quer zu seiner axialen Längserstreckung zwei Querstreifen VT21, VT22 auf, die der Bandbreitenverbreiterung des unteren Frequenzbereichs dienen. Die Teilabschnitte SE31 mit SE38 sind in grober Annäherung derart angeordnet, dass ihre gedachte Außenumrahmung insgesamt betrachtet im Wesentlichen Rechtsecksform aufweist. Dabei bildet der eingangsseitige, erste Teilabschnitt SE31 annäherungsweise die linke Breitseite sowie der Teilabschnitt SE37 die rechte Breitseite dieses gedachten Rechtsecks. Die Teilabschnitte SE32, SE36 verlaufen entlang der unteren Längskante dieses gedachten Rechtsecks, während der frei abstehende, stirnseitige Endabschnitt SE38 des spiralartigen Antennenzweigs AZ2 entlang der oberen Längsseite dieses gedachten Rechtsecks verläuft. Die Teilabschnitte SE33, SE34, SE35 bilden eine Ausstülpung in den Innenraum der Spirale des Antennenzweigs AZ2 hinein, d.h. eine Ausbuchtung im geradlinigen Längsverlauf der Teilabschnitte SE32, SE36 in das Innere der Spirale des Antennenzweigs AZ2 hinein. Dadurch kommt es zu einer induktiven und/oder kapazitiven Ankopplung zwischen dem Teilabschnitt SE34 und dem stirnseitigen Endabschnitt SE38, wodurch dieser entlang seiner Teillänge L41 für den höheren Frequenzbereich elektromagnetisch angeregt wird. Demgegenüber dient der Gesamtverlauf des Antennenzweigs AZ2 entlang seiner Gesamtlänge L42 als resonante Antennenstruktur für den unteren Frequenzbereich. Allgemein ausgedrückt ist es vorteilhaft, mindestens einen vorausgehenden Verzweigungsast bzw. Teilabschnitt wie z.B. CT3 des Gesamtabschnitts des jeweiligen einzelnen Antennenzweigs wie z.B. AZl*, AZ2, der als erster Antennenzweig zum Abstrahlen und/oder Empfangen von
Funkstrahlen eines niedrigeren Frequenzbereichs wirkt, mit dem Teilabschnitt, der dem höheren Frequenzbereich zugeordnet ist, insbesondere dessen endseitig frei abstehenden Endabschnitt wie z.B. SE15, derart induktiv und/oder kapazitiv zu koppeln, dass dieser als zweiter Antennenzweig für einen höheren Frequenzbereich wirkt. Dieser zweite Antennenzweig ist dabei in die Gesamtlauflänge des ersten Antennenzweigs integriert, d.h. er bildet eine Teillänge der Gesamtlänge des ersten Antennenzweigs und ist damit integrativer Bestandteil des ersten Antennenzweigs.

Claims

Patentansprüche
1. Mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) mit einem Stromspeisungsbereich (SPl), von dem lediglich ein einzelner, spiralartiger Antennenzweig (AZl) ausgeht, wobei der Gesamtverlauf des spiralartigen Antennenzweigs (AZl) eine erste resonante Antennenstruktur für einen niedrigeren Frequenzbereich, und mindestens ein Teilabschnitt (SE15) innerhalb des Gesamtverlaufs dieses spiralartigen
Antennenzweigs (AZl) eine zweite resonante Antennenstruktur für einen höheren Frequenzbereich bildet.
2. Mehrfachresonante Antenneneinheit nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Teilabschnitt (SE15) für den höheren Frequenzbereich zu seiner elektromagnetischen Anregung mit einem ihm vorausgehenden Teilabschnitt (MA) im Gesamtverlauf des spiralartigen Antennenzweigs (AZl) induktiv und/oder kapazitiv gekoppelt ist.
3. Mehrfachresonante Antenneneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Teilabschnitt (SE15) für den höheren Frequenzbereich zu seiner elektromagnetischen Anregung mit einem Flächenelement (PAl) induktiv und/oder kapazitiv gekoppelt ist, das zwischen dem Stromspeisungsbereich (SPl) und dem eingangsseitigen Ende des spiralartigen Antennenzweigs (AZl) eingefügt ist.
4. Mehrfachresonante Antenneneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der spiralartige Antennenzweig (AZl) aus rechtwinklig zueinander angeordneten Teilabschnitten (SEIl, SE12, SE13, SE14, SE15) zusammengesetzt ist.
5. Mehrfachresonante Antenneneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Teilabschnitte (SEIl bis SE15) des spiralartigen Antennenzweigs (AZl) durch streifenförmige Leiterbahnen oder Drähte gebildet sind.
6. Mehrfachresonante Antenneneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Teilabschnitt (SE15) für den höheren Frequenzbereich durch den frei abstehenden, stirnseitigen Endabschnitt des spiralartigen Antennenzweigs (AZl) gebildet ist.
7. Mehrfachresonante Antenneneinheit nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Teillänge (L21) des endseitigen Teilabschnitts (SE15) zur Gesamtlänge (L22) des spiralartigen Antennenzweigs (AZl) im Wesentlichen im gleichen Verhältnis wie der höhere Frequenzbereich zum niedrigeren Frequenzbereich steht.
8. Mehrfachresonante Antenneneinheit nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gesamtlänge (L22) des spiralartigen Antennenzweigs (AZl) zwischen 70 und 90 mm gewählt ist.
9. Mehrfachresonante Antenneneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der frei abstehende, endseitige Teilabschnitt (SE15) des spiralartigen Antennenzweigs (AZl) eine Teillänge (L21) zwischen 10 und 25 mm aufweist.
10. Mehrfachresonante Antenneneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass nach dem Stromspeisungsbereich (SPl) und vor dem eingangsseitigen Teilabschnitt (SEIl) des spiralartigen Antennenzweigs (AZl) an den eingangsseitigen Teilabschnitt (SEIl) ein mäanderförmiger Teilabschnitt (MA) vorangekoppelt ist .
11. Mehrfachresonante Antenneneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der spiralartige Antennenzweig (AZl*) ein oder mehrere Querzweige (VTIl) an seinem eingangsseitigen, längsverlaufenden Teilabschnitt (SE21) zur
Bandbreitenverbreiterung des niedrigeren Frequenzbereichs aufweist .
12. Leiterplatine (LP) mit mindestens einer mehrfachresonanten Antenneneinheit (AT2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Leiterplatine (LP) nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) an der unteren Stirnseite (STU) der Leiterplatine (LP) angebracht ist, die von der Position des Displays (DP) der Leiterplatine (LP) weiter als deren obere Stirnseite entfernt ist.
14. Funkkommunikationsgerät (MP) mit mindestens einer mehrfachresonanten Antenneneinheit (AT2) nach einem der Ansprüche 1 mit 11.
15. Funkkommunikationsgerät nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die mehrfachresonante Antenneneinheit (AT) im Inneren des Gehäuses (GH) des Funkkommunikationsgeräts (MP) an dessen Leiterplatine (LP) angekoppelt ist.
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