EP1972029B1 - Mehrfachresonante antenneneinheit, zugehörige leiterplatine sowie funkkommunikationsgerät - Google Patents

Mehrfachresonante antenneneinheit, zugehörige leiterplatine sowie funkkommunikationsgerät Download PDF

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EP1972029B1
EP1972029B1 EP06819092.5A EP06819092A EP1972029B1 EP 1972029 B1 EP1972029 B1 EP 1972029B1 EP 06819092 A EP06819092 A EP 06819092A EP 1972029 B1 EP1972029 B1 EP 1972029B1
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EP
European Patent Office
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antenna unit
multiple resonant
spiral
resonant antenna
branch
Prior art date
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Not-in-force
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EP06819092.5A
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English (en)
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EP1972029A1 (de
Inventor
Stefan Huber
Michael Schreiber
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Qualcomm Inc
Original Assignee
Qualcomm Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Qualcomm Inc filed Critical Qualcomm Inc
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Publication of EP1972029B1 publication Critical patent/EP1972029B1/de
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/242—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/50—Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • 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

  • stub antennas are used, which protrude beyond the housing, i. are arranged outside the housing.
  • Such outwardly projecting stub antennas can make the respective radio communication device too unwieldy, bend or even break off at high mechanical loads. 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.
  • FIGS. 1 with 6 each provided with the same reference numerals.
  • 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 antenna branch AA1 or AA2 is formed by an electrically conductive, strip-shaped conductor track and / or an electrically conductive wire.
  • the first antenna branch AA1 and the second antenna branch AA2 have a common base FP, ie their input-side end faces are connected to each other via a to feed common electric contact line CL1 with electric current EC1 of a power supply SP1.
  • This power supply SP1 can be formed both flat and punctiform.
  • the power supply SP1 example punctiform drawn is the power supply SP1 example punctiform drawn. It represents the entry point for the electric current EC1 and thus stands for a power source.
  • the two antenna branches AA1, 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 run length L11 of the first antenna branch AA1 is selected smaller than the run length L12 of the second antenna branch AA2.
  • the run length L12 of the longer antenna branch AA2 is substantially preferably ⁇ / 4, ie 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 L11 of the shorter antenna branch AA1 substantially corresponds to ⁇ / 4 of the resonance wavelength ⁇ of the higher frequency range or multiples of ⁇ / 4 of the higher frequency range.
  • the longer antenna branch AA2 has the shape of an open loop or loop in the form of a geometry.
  • the longer antenna branch AA2 has, in first approximation, the shape of the lower case letter l in its upper portion.
  • the shorter antenna branch AA1 has a semicircular or semi-oval geometry shape.
  • the two antenna branches AA1, AA2 of the known antenna structure AT1 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 applies in particular if the antenna structure is to be accommodated in the interior of the housing of a radio communication device which already has a multiplicity of other electrical components there.
  • FIG. 2 schematically shows in an enlarged view a first multi-resonant antenna unit AT2 with an antenna structure, which is opposite to the antenna structure AT1 of FIG. 1 is made more compact.
  • This multi-resonant antenna unit AT2 has only a single current feeding area SP1. This can be flat or punctiform. It is powered by an electrical power source that is in the FIG. 2 has been omitted for the sake of clarity of drawing.
  • a so-called patch element PA1 ie electrically conductive area element.
  • This is here in the embodiment of FIG. 2 formed substantially rectangular.
  • this patch element PA1 is only a single antenna branch AZ1, which is formed spirally.
  • This spiral-type antenna branch AZ1 is composed of subsections SE11, SE12, SE13, SE14 and SE15 arranged at right angles to one another.
  • the sections SE11 to SE15 are formed by strip-shaped conductor tracks and / or electrically conductive wires.
  • the input-side section SE11 of the spiral-like antenna branch AZ1 extends 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 is free in the room. It runs essentially parallel to the first section SE11.
  • the fourth and the second subsection SE12, SE14 likewise run essentially parallel to one another.
  • the sections Se11 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.
  • 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.
  • all components of the first antenna unit AT2 i. in detail, the point-like current feeding area SP1, the contact line CL1, the patch element PA1 and the subsections SE11 to SE14 of the antenna branch AZ1 substantially in the same positional plane, so that an antenna plane planar surface in the first approximation is formed.
  • 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 functions 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 course 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 relation to the input-side patch element PA1 such that it is inductively and / or capacitively, ie in general terms, electromagnetically coupled thereto.
  • the electromagnetic coupling region is in the FIG. 2 indicated by a dash-dotted frame and denoted by CZ1.
  • 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 section SE15 of the spiral antenna branch AZ1 preferably has a partial length L21 of between 10 and 25 mm.
  • the partial length L21 of the end-face end section SE15 is preferably chosen to be approximately one quarter of the resonance wavelength of the higher frequency range, ie approximately ⁇ / 4, where ⁇ is the resonance wavelength of the higher frequency range. Suitably can also be multiples of ⁇ / 4 for the partial length L21.
  • the total length L22 of the spiral antenna branch is selected to be substantially one quarter of the resonant 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 mode of operation of two separate antenna branches, such as AA1, AA2 of the antenna structure AT1 FIG. 1 .
  • the multi-resonant antenna unit with the single, spiral-like antenna branch whose overall shape forms a first resonant antenna structure for a lower frequency range and whose front end section provides a second resonant antenna structure for a higher frequency range occupies less space than the known antenna structure AT1 of FIG FIG. 1 which has two spatially separate antenna branches AA1, 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 FIG. 2 coupled. It is designed so compact that next to it still finds an input / output port, a microphone, a speaker IO or other electrical and / or mechanical component on the PCB LP place.
  • 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.
  • FIG. 4 shows in schematic and in an enlarged view a third advantageous, multi-resonant antenna unit AT3, which consists of a modification of the second multi-resonant antenna unit AT2 of FIG. 2 evident.
  • the third antenna unit AT3 between the spiral antenna branch AZ1 and the input-side patch element PA1 additionally interposed a meandering conductor MA. This makes it possible, along a relatively short rectilinear section, to extend the run length of the spiral antenna branch AZ1 by the meandering course LL2 *.
  • the input-side patch element PA1 has the function of widening the bandwidth of the lower frequency range. This bandwidth broadening is particularly advantageous for the 900 MHz GSM frequency band.
  • the input-side patch element PA1 may also be sufficient to omit the input-side patch element PA1 and to connect the current supply region SP1 directly to the input-side end of the one-piece spiral antenna branch AZ1 via the electrical contact line CL1 or to interpose only the meandering conductor MA.
  • end-face end section SE15 of the antenna unit AT3 of FIG. 4 this is arranged with respect to the input-side meander section MA such that an inductive and / or capacitive coupling zone CZ2, ie in general terms an electromagnetic coupling, is formed between them.
  • FIG. 5 shows a schematic and enlarged view of a third, inventive multi-resonant antenna unit, compared to the first inventive antenna unit AT2 of FIG. 2 is modified.
  • the single, spiral-like antenna branch AZ1 supplemented by an input-side section SE21.
  • This input-side subsection SE21 is offset from the rectilinear course of the subsection SE11 by 270 ° and terminates the helical antenna branch AZ1 laterally. It runs essentially parallel to the section SE12. This results in an enlarged overall length L32 for the modified, spiral-type antenna branch AZ1 * of the third multiple-resonant antenna unit AT4 by the partial length L22 ** with respect to the antenna branch AZ1.
  • a transverse web VT11 projecting inwards into the structure of the spiral antenna branch AZ1 * is provided transversely to its longitudinal extent. It is used for the bandwidth broadening for the lower frequency range, which is associated with the overall course of the modified spiral antenna branch AZ1 *.
  • the transverse web VT11 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, which projects into the interior of the spiral of the antenna branch AZ1 * and extends 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 *.
  • the transverse strip CT3 is inductively and / or capacitively coupled to the frontally projecting end section SE15.
  • FIG. 6 shows a further advantageous, multi-resonant antenna unit AT5.
  • the antenna branch AZ2 which, in contrast to the antenna branches of the antenna units AT2, AT3, AT4, opens outwards in a spiral shape.
  • the antenna branch AZ2 is composed in detail of mutually perpendicular sections SE31 to SE38.
  • the electrical coupling between the current supply 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.
  • At least one preceding branching branch or subsection e.g. CT3 of the entire portion of the respective single antenna branch, e.g. AZ1 *, AZ2, which acts as a first antenna branch for emitting and / or receiving radio beams of a lower frequency range, with the subarea assigned to the higher frequency range, in particular its end free-standing end portion, e.g. 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)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)

Description

  • Für Funkkommunikationsgerate 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 Funkkommunikationsgerat 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 Funkkommunikationsgeraten 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 Funkkommunikationsgerat 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.
  • Beispielsweise offenbaren EP 0 938 158 A1 , WO 00/77884 A1 , EP 1 154 518 A2 und US 2005/007279 A1 mehrfachresonante Antenneneinheiten 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.
  • Allgemeinen Stand der Technik offenbaren beispielsweise DE 103 41 310 A1 und WO 01/08260 A1 .
  • 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 eine mehrfachresonante Antenneneinheit gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst.
  • Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
  • Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen naher 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 AT1 beispielhaft mit zwei separaten Antennenzweigen bzw. Antennenästen AA1, AA2 für zwei verschiedene Frequenzbänder. Jeder Antenennzweig AA1 bzw. AA2 ist durch eine elektrisch leitfähige, streifenförmige Leiterbahn und/oder einen elektrisch leitfähigen Draht gebildet. Der erste Antennenzweig AA1 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 CL1 mit elektrischem Strom EC1 eines Stromspeisungsbereichs SP1 zu speisen. Dieser Stromspeisungsbereich SP1 kann sowohl flächig als auch punktförmig ausgebildet sein. In der Figur 1 ist der Stromspeisungsbereich SP1 beispielhaft punktförmig eingezeichnet. Er repräsentiert den Einspeisungsort für den elektrischen Strom EC1 und steht damit stellvertretend für eine Stromquelle. Ausgehend vom gemeinsamen Fußpunkt FP erstrecken sich die beiden Antennenzweige AA1, AA2 räumlich voneinander getrennt in unterschiedliche Raumrichtungen. Mit anderen Worten ausgedrückt stehen die beiden Antennenzweige AA1, AA2 frei in voneinander verschiedene Raumregionen bzw. - zonen ab. Dabei ist die Lauflänge L11 des ersten Antennenzweigs AA1 kleiner als die Lauflänge L12 des zweiten Antennenzweigs AA2 gewählt. Dadurch können mit Hilfe des kürzeren Antennenzweigs AA1 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 AA1 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 L11 des kürzeren Antennenzweigs AA1 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 l in dessen oberem Abschnitt. Der kürzere Antennezweig AA1 weist eine halbrunde bzw. halbovale Geometrieform auf. Auf diese Weise wirken die beiden Antennenzweige AA1, AA2 der bekannten Antennenstruktur AT1 wie zwei separate Stummelantennen. Eine derartige Antennenstruktur mit zwei separaten Antennenzweigen kann in der Praxis unter manchen.Gegebenheiten zu viel Platz benötigen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Antennenstruktur im Inneren des Gehäuses eines Funkkommunikationsgeräts 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 AT1 von Figur 1 kompakter ausgebildet ist. Diese mehrfachresonante Antenneneinheit AT2 weist nur einen einzigen Stromspeisungsbereich SP1 auf. Dieser kann flächig 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 SP1 fließt dessen elektrischer Strom EC1 über eine elektrische Kontaktleitung CL1 an ein sogenanntes Patchelement PA1, d.h. elektrisch leitfähiges Flächenelement. Dieses ist hier im Ausführungsbeispiel von Figur 2 im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet. Von diesem Patchelement PA1 geht lediglich ein einzelner Antennenzweig AZ1 aus, der spiralartig ausgebildet ist. Dieser spiralartige Antennenzweig AZ1 setzt sich aus rechtwinklig zueinander angeordneten Teilabschnitten SE11, SE12, SE13, SE14 und SE15 zusammen. Dabei sind die Teilabschnitte SE11 bis SE15 durch streifenförmige Leiterbahnen und/oder elektrisch leitfähige Drähte gebildet. Der eingangsseitige Teilabschnitt SE11 des spiralartigen Antennenzweigs AZ1 erstreckt sich ausgehend von der Oberkante des rechteckförmigen Patchelements PA1 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 SE11. Der vierte und der zweite Teilabschnitt SE12, SE14 verlaufen ebenfalls im Wesentlichen parallel zueinander.
  • Zusammenfassend ausgedrückt sind die Teilabschnitte Se11 bis SE14 derart hintereinander gesetzt, dass sie ausgehend vom Patchelement PA1 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 SP1, die Kontaktleitung CL1, das Patchelement PA1 sowie die Teilabschnitte SE11 bis SE14 des Antennenzweigs AZ1 im Wesentlichen in derselben Lageebene, so dass eine in erster Annäherung planflächige Antennenstruktur gebildet ist.
  • Der Gesamtverlauf des spiralartigen Antennenzweigs AZ1 weist eine Gesamtlänge L22 auf. Dieser Gesamtverlauf des spiralartigen Antennenzweigs AZ1 bildet eine erste resonante Antennenstruktur für einen ersten Frequenzbereich. Gleichzeitig fungiert der frei abstehende, stirnseitige Endabschnitt SE15 dieses spiralartigen Antennenzweigs AZ1 als zweite resonante Antennenstruktur für einen zweiten Frequenzbereich. Da der stirnseitige Endabschnitt SE15 lediglich eine Teillänge L21 der Gesamtlänge L22 des gesamten spiralartigen Antennenzweigs AZ1 ausmacht, ist dem endseitigen Teilabschnitt SE15 ein höherer Frequenzbereich als dem Gesamtverlauf des spiralartigen Antennenzweigs AZ1 zugeordnet.
  • Zur elektromagnetischen Anregung des stirnseitigen Endabschnitts SE15 ist dieser derart bezogen auf das eingangseitige Patchelement PA1 angeordnet, dass er mit diesem induktiv und/oder kapazitiv, d.h. allgemein ausgedrückt 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 Nähe des Patchelements PA1 anzuordnen. Der elektromagnetische Überkoppelbereich ist in der Figur 2 durch eine strichpunktierte Umrahmung angedeutet und mit CZ1 bezeichnet.
  • Zweckmäßigerweise steht die Teillänge L21 des endseitigen Teilabschnitts SE15 zur Gesamtlänge L22 des spiralartigen Antennenzweigs AZ1 im Wesentlichen im gleichen Verhältnis wie der zugeordnete höhere Frequenzbereich zum zugeordneten niedrigen Frequenzbereich. Die Gesamtlänge L22 des spiralartigen Antennenzweigs AZ1 ist vorzugsweise zwischen 70 und 90 mm gewählt. Der endseitige Teilabschnitt SE15 des spiralartigen Antennenzweigs AZ1 weist vorzugsweise eine Teillänge L21 zwischen 10 und 25 mm auf. Die Teillänge L21 des stirnseitigen Endabschnitts SE15 ist dabei vorzugsweise in etwa einem Viertel der Resonanzwellenlänge des höheren Frequenzbereichs gewählt, d.h. in etwa λ/4, wobei λ die Resonanzwellenlänge des höheren Frequenzbereich ist. Zweckmäßig können auch Vielfache von λ/4 für die Teillänge L21 sein. In analoger Weise ist die Gesamtlänge L22 des spiralartigen Antennenzweigs im Wesentlichen einem Viertel der Resonanzwellenlänge 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 AA1, AA2 der Antennenstruktur AT1 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 AT1 von Figur 1, die zwei räumlich separate Antennenzweige AA1, 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 AZ1 und dem eingangsseitigen Patchelement PA1 zusätzlich eine mäanderförmige Leiterbahn MA zwischengeschaltet. Dadurch ist es ermöglicht, entlang einem verhältnismäßig kurzen geradlinigen Teilstück die Lauflänge des spiralartigen Antennenzweigs AZ1 um den Mäanderverlauf LL2* zu verlängern.
  • Für beide Formen von Antenneneinheiten AT2, AT3 der Figuren 2, 4 hat das eingangsseitige Patchelement PA1 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 PA1 wegzulassen und den Stromspeisungsbereich SP1 über die elektrische Kontaktleitung CL1 direkt mit dem eingangsseitigen Ende des einteiligen spiralartigen Antennenzweigs AZ1 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 AZ1 um einen eingangsseitigen Teilabschnitt SE21 ergänzt. Dieser eingangseitige Teilabschnitt SE21 ist gegenüber dem geradlinigen Verlauf des Teilabschnitts SE11 um 270° versetzt und schließt den spiralartigen Antennenzweig AZ1 seitlich ab. Er verläuft im Wesentlichen parallel zum Teilabschnitt SE12. Dadurch ergibt sich.eine vergrößerte Gesamtlänge L32 für den modifizierten, spiralartigen Antennenzweig AZ1* der dritten mehrfachresonanten Antenneneinheit AT4 um die Teillänge L22** gegenüber dem Antennenzweig AZ1. Am eingangseitigen Teilabschnitt SE21 ist quer zu dessen Längserstreckung ein nach innen in die Struktur des spiralartigen Antennenzweigs AZ1* hineinragender Quersteg VT11 vorgesehen. Er dient der Bandbreitenverbreiterung für den unteren Frequenzbereich, der dem Gesamtverlauf des modifizierten spiralartigen Antennenzweigs AZ1* zugeordnet ist. Insbesondere steht der Quersteg VT11 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 AZ1* 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 AZ1* 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 SP1 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 SP1 und dem eingangsseitigen Teilabschnitt SE31 erfolgt dabei über die elektrische Kontaktleitung CL1. 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. AZ1*, 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 (15)

  1. Mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) mit
    einem elektrisch leitenden Flächenelement (PA1), welches mit einer punktartigen Stromspeisungsstelle gekoppelt ist (SP1),
    einem einzelnen, spiralartigen Antennenzweig (AZ1), der koplanar mit Flächenelement (PA1) ist und sich von diesem ausgehend erstreckt, wobei der spiralartige Antennenzweig (AZ1) ausgehend vom Flächenelement (PA1) bis hin zu einem Ende des spiralartigen Antennenzweiges (AZ1) eine Gesamtlänge (L22) aufweist, wobei
    der spiralartige Antennenzweig (AZ1) insgesamt eine erste resonante Antennenstruktur für einen niedrigeren Frequenzbereich bildet,
    ein endseitiger Teilabschnitt (SE15) des spiralartigen Antennenzweiges (AZ1), der eine Teillänge (L21) der Gesamtlänge (L22) aufweist, eine zweite resonante Antennenstruktur für einen höheren Frequenzbereich bildet,
    der endseitige Teilabschnitt (SE15) koplanar mit dem Flächenelement (PA1) und mit diesem elektromagnetisch gekoppelt ist, und
    das Flächenelement (PA1) zwischen der punktartigen Stromspeisungsstelle (SP1) und dem spiralartigen Antennenzweig (AZ1) eingefügt ist.
  2. Mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) nach Anspruch 1, wobei das Flächenelement (PA1) rechteckförmig ausgebildet ist.
  3. Mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sowohl eine Breite als auch eine Länge des Flächenelementes (PA1) größer als eine Breite des spiralartigen Antennenzweigs (AZ1) ist.
  4. Mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der spiralartige Antennenzweig (AZ1) aus rechtwinklig angeordneten Teilabschnitten (SE11, SE12, SE13, SE14, SE15) zusammengesetzt ist.
  5. Mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der spiralartige Antennenzweig (AZ1) durch streifenförmige Leiterbahnen oder Drähte gebildet ist.
  6. Mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der spiralartige Antennenzweig (AZ1) sich spiralartig nach Innen erstreckend ausgebildet ist, so dass der Endabschnitt (SE15) des spiralartigen Antennenzweigs (AZ1) wenigstens teilweise von anderen Abschnitten des spiralartigen Antennenzweigs (AZ1) umgeben ist.
  7. Mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis der Teillänge (L21) des endseitigen Teilabschnitts (SE15) zur Gesamtlänge (L22) des spiralartigen Antennenzweigs (AZ1) im Wesentlichen gleich einem Verhältnis des höheren Frequenzbereiches zum niedrigeren Frequenzbereich ist.
  8. Mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gesamtlänge (L22) des spiralartigen Antennenzweigs (AZ1) zwischen 70 und 90 mm liegt.
  9. Mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Teillänge (L21) des endseitigen Teilabschnittes (SE15) des spiralartigen Antennenzweigs (AZ1) zwischen 10 und 25 mm liegt.
  10. Mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der spiralartige Antennenzweig (AZ1) ausgehend von dem Flächenelement (PA1) über einen mäanderförmigen Teilabschnitt (MA) weg erstreckt.
  11. Mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der spiralartige Antennenzweig (AZ1) zur Bandbreitenverbreiterung des niedrigeren Frequenzbereichs einen oder mehrere Querzweige (VT11) aufweist.
  12. Mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) mit einer Leiterplatine (LP) gekoppelt ist.
  13. Mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) nach Anspruch 12, wobei die mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) an einer unteren Stirnseite (STU) der Leiterplatine (LP) angebracht ist.
  14. Mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) nach einem der Ansprüche 12 und 13, wobei die mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) eine Komponente eines Funkkommunikationsgerätes (MP) ist.
  15. Mehrfachresonante Antenneneinheit (AT2) nach Anspruch 14, wobei die mehrfachresonante Antenneneinheit (AT) im Inneren eines Gehäuses (GH) des Funkkommunikationsgeräts (MP) an die Leiterplatine (LP) angekoppelt ist.
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