DE10138265A1 - Antenna for radio-operated communication terminals - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Eine Antenne (1) für ein funkbetriebenes Kommunikationsendgerät weist einen Antennenkörper (1a) auf, der mehrfach so gefaltet ist, dass der Bereich zwischen dem Antennenkörper (1a) und einer diesem zugeordneten Massefläche (2) mehrfach für Umwegleitungen (9, 10) genutzt wird.An antenna (1) for a radio-operated communication terminal has an antenna body (1a) which is folded several times so that the area between the antenna body (1a) and a ground surface (2) assigned to it is used several times for detour lines (9, 10) ,

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antenne für funkbetriebene Kommunikationsendgeräte. Im Bereich der Mobilfunktechnik geht die Entwicklung zu immer kleiner werdenden Geräten, welche in der Lage sein sollen, in mehreren Frequenzbändern wahlweise zu arbeiten. Außerdem verlangt der Markt nach immer kleineren und billigeren Mobilfunkgeräten. Aus diesem Grund müssen die Geräte mit Antennen ausgestattet werden, welche diesen Anforderungen genügen, die also einen geringen Platzbedarf haben, problemlos für eine Funktion in mehreren Frequenzbändern oder einem breitbandigen Frequenzbereich auslegbar und kostengünstig herstellbar sind. Dies hat zur Folge, dass die erforderliche minimale elektrische Gesamtlänge der Antenne - jeweils ein viertel Wellenlänge bzw. ein Vielfaches davon bei den vorgesehenen Frequenzbändern - mit den bisher bekannten Strukturen bei dem vorgegebenen Volumen nicht mehr realisiert werden kann.The invention relates to an antenna forradio-operated communication terminals. In the field of mobile radio technologythe development goes to smaller and smaller devices,which should be able to be in multiple frequency bandsto work optionally. In addition, the market always demandssmaller and cheaper mobile devices. For this reasonthe devices must be equipped with antennas, whichmeet these requirements, which are lowHave space, easily for one function in severalFrequency bands or a broadband frequency rangeare interpretable and inexpensive to manufacture. As a consequence,that the required minimum total electrical length of theAntenna - a quarter of a wavelength or a multipleof which with the intended frequency bands - with the previous onesknown structures at the given volume no longercan be realized.

Zum Stand der Technik seien beispielhaft die EP 0997 974 A1 und die EP 102 774 A2 genannt.Examples of the prior art are EP 0997 974 A1and called EP 102 774 A2.

In der EP 0997 974 A1 ist eine Planar-Antenne beschrieben, deren Antennenkörper in bestimmter Weise derart geschlitzt ist, dass das Kopfende des Schlitzes eine Richtung aufweist, die mehr als 90° von der Richtung des anderen Endes des Schlitzes abweicht. Dort ist mit Hilfe einer Reihe von Ausführungsbeispielen gezeigt, wie dieser Schlitz im Sinne der dort beschriebenen Erfindung ausgeführt werden kann. Der weiteren Vergrößerung der wirksamen Antennenlänge sind mit der Lehre dieser Druckschrift allerdings auch Grenzen gesetzt.A planar antenna is described in EP 0997 974 A1,the antenna body slotted in such a way in a certain wayis that the top of the slot has a directionwhich are more than 90 ° from the direction of the other end of theSlot deviates. There is a number ofEmbodiments shown how this slot in the sense ofinvention described there can be carried out. Thefurther increase the effective antenna length are with theThe teaching of this document also sets limits.

In der weiteren Druckschrift, der EP 102 677 A2, ist eine planare Inverted-F-Antenne beschrieben, die in ihrer Gesamtabmessung der die Antenne bestimmenden Größe für eine vorgegebene Abstrahlfrequenz ausgelegt ist, und die in Längsrichtung eine oder mehrere Einkerbungen oder Abstufungen aufweist, mittels derer sich eine oder mehrere geometrische Strecken ergeben, die sich aus mehreren geradlinigen oder gekrümmten Einzelstrecken zusammensetzen, und die vom Speisepunkt oder einem anderen Eck- oder Endpunkt zu einem der durch die Einkerbungen oder Abstufungen geschaffenen Endpunkte verlaufen, und über deren Verlauf sich eine abstrahlbare Welle mit einer höheren Frequenz als die vorgegeben untere Frequenz ausbildet.In the further publication, EP 102 677 A2, there is oneplanar inverted-F antenna described in itsOverall dimension of the size determining the antenna for apredetermined radiation frequency is designed, and the inOne or more notches or gradations in the longitudinal directionhas, by means of which one or more geometricRoutes result from several straight orassemble curved single sections, and those ofFeed point or another corner or end point to one of thecreated by the notches or gradationsEnd points run, and over the course of which there is a radiatableWave with a higher frequency than the given lower oneFrequency.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, darüber hinaus für funkbetriebene Kommunikationsendgeräte bei immer kleineren Abmessungen eine Antenne mit größerer wirksamer elektrischer Länge zu schaffen, die für möglichst große Frequenzbereiche geeignet und kostengünstig herstellbar ist.The present invention is based on the objectalso for radio-operated communication terminalsincreasingly smaller dimensions an antenna with largereffective electrical length to create the largest possibleFrequency ranges suitable and inexpensive to manufacture.

Diese Aufgabe wird mit einer Antenne für funkbetriebene Kommunikationsendgeräte gelöst, welche die Merkmale des Anspruches 1 aufweist. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Antenne, weil bei gegebenen Volumina durch die neuartigen Umwegleitungen der Bereich zwischen der Patchfläche und der Massefläche besser genutzt und somit die Breitbandigkeit der Antenne erhöht wird. Ferner ermöglichen die neuen Umwegleitungen einen verringerten Flächenbedarf der Patchantennen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Antenne ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.This task is done with an antenna for radio operatedCommunication terminals solved which the characteristics ofClaim 1 has. This is particularly advantageousantenna according to the invention, because at given volumes by theinnovative detours the area between the patch area andbetter use of the ground area and thus the broadbandthe antenna is raised. Furthermore, the newDetour lines a reduced space requirement of the patch antennas.Further advantageous configurations of the antenna resultfrom the dependent claims and from the followingDescription of exemplary embodiments with reference to the drawings.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 eine Patchantenne deren Außenbereiche mehrfach genutzte Randbereiche aufweist;Fig. 1 is a patch antenna whose outer regions has multiple use edge portions;

Fig. 2 eine Patchantenne mit mehrfach gefalteten Teilflächen;FIG. 2shows a patch antenna with multi-folded part surfaces;

Fig. 3 eine Patchantenne mit in mehrere Richtungen gefalteten Flächenbereichen;Figure 3shows a patch antenna with folded in several directions surfaceareas.

Fig. 4 eine Patchantenne mit gefaltetem Außenbereich, welcher über die Massefläche hinausragt undFig. 4 is a patch antenna with a folded outer area, which projects beyond the ground surface and

Fig. 5 eine Patchantenne mit räumlicher Wellenstruktur über einer Massefläche.Fig. 5 shows a patch antenna with spatial wave structure over a ground plane.

InFig. 1 ist schematisch eine Patchantenne1 mit einem Antennenkörper1a dargestellt, der über einer Leiterplatte2 angeordnet ist, welche eine Massefläche bildet. Zur elektrischen Verbindung zwischen dem Antennenkörper1a und Leiterplatte2 dienen ein Speisekontakt3 und ein Massekontakt4. In den Außenbereichen5 und6 des Antennenkörpers1a erstrecken sich längs seiner Kanten7 und8 Umwegleitungen9 und10, die durch mehrfache Bördelungen der Kanten7 und8 entstanden sind. Diese Umwegleitungen9 und10 entstehen durch Bördelung bzw. Faltung der Kanten7 und8 einmal von den Außenbereichen5 und6 nach innen gerichtet und ein weiteres mal nach außen gerichtet. Auf diese Weise entseht eine Art räumliches Mäander, wodurch die Gesamtfläche des Antennenkörpers1a der Patchantenne1 zwar deutlich vergrößert wird, aber der von dem Antennenkörper1a überdeckte Flächenbereich und damit das Volumen nicht vergrößert wird. Der von dem Antennenkörper1a überdeckte Flächenbereich wird vielmehr in dem Bereich zwischen Patchantenne1 und Leiterplatte2 in mehreren Ebenen mehrfach genutzt. Dies vergrößert die minimale elektrische Gesamtlänge der Patchantenne1 bei gegebener Fläche des Antennenkörpers1a, oder verringert den Flächenbedarf bei gegebener minimaler elektrischer Gesamtlänge der Patchantenne1. Die elektrischen Eigenschaften der Patchantenne1 können noch optimiert werden, wenn die Abstrahlfläche des Antennenkörpers1a in wenigstens einer Richtung geschlitzt ist. Ein derartiger, in einem rechten Winkel verlaufender Schlitz S ist in der Oberfläche des Antennenkörpers1a eingearbeitet.InFig. 1, a patch antenna1 having an antenna body1 a is shown schematically, which is arranged on a printed circuit board2, which forms a ground plane. A feed contact3 and a ground contact4 serve for the electrical connection between the antenna body1 a and the printed circuit board2 . In the outer areas5 and6 of the antenna body1 a extend along its edges7 and8 bypass lines9 and10 , which have arisen from multiple flanges of the edges7 and8 . These detour lines9 and10 are formed by flanging or folding the edges7 and8 once from the outer regions5 and6 inwards and once again outwards. In this way, a kind of spatial meander emerges, whereby the total area of the antenna body1 a of the patch antenna1 is significantly increased, but the area covered by the antenna body1 a and thus the volume is not increased. The area covered by the antenna body1 a is rather used several times in several areas in the area between the patch antenna1 and the printed circuit board2 . This increases the minimum total electrical length of the patch antenna1 for a given area of the antenna body1 a, or reduces the area requirement for a given minimum total electrical length of the patch antenna1 . The electrical properties of the patch antenna1 can still be optimized if the radiation surface of the antenna body1 a is slotted in at least one direction. Such a slot S, which runs at a right angle, is incorporated in the surface of the antenna body1 a.

InFig. 2 ist eine Variante einer Patchantenne11 dargestellt, bei welcher die Umwegleitungen12 und13 nicht ausschließlich in den Außenbereichen der Patchantenne11 liegen, sondern zusätzliche Umwegleitungen13 innerhalb des Antennenkörpers11a angeordnet sind. Elektrische Verbindungen werden analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäßFig. 1 durch wenigstens einen Speisekontakt14 und einen Massekontakt15 hergestellt. Eine der Patchantenne11 zugeordnete Leiterplatte16 liegt der Patchantenne11 gegenüber und weist jeweils zwischen den Umwegleitungen12 und13 Schirmdeckel17 und18 auf. Die Schirmdeckel17 und18 gehören zu Schirmkammern, wie beispielsweise eine - mit dem Bezugszeichen25 versehen - inFig. 3 schematisch dargestellt ist. In Schirmkammern25 sind hier nichtdargestellte Bauelemente untergebracht, welche elektromagnetisch abgeschirmt sein müssen. In eine derartige Schirmkammer25 soll nicht eingestrahlt werden können, aber die in ihr angeordneten Bauelemente sollen auch nicht nach außen abstrahlen. Diese Schirmkammern25 können nach oben zu öffnen sein, um auf die Bauelemente zugreifen zu können. Dazu können sie mit Schirmdeckeln17 und18 versehen sein, durch welche sich die Schirmkammern25 öffnen lassen, und mit denen die Schirmkammern25 wieder strahlungsdicht verschließbar sind. Die Anordnung und Ausführung von Schirmkammern ist nicht entscheidend und unterliegt dem Belieben des Fachmanns.InFig. 2 shows a variant of a patch antenna11 is shown, in which the phasing lines12 and13 do not lie exclusively in the outer areas of the patch antenna11, but additional phasing lines13 within the antenna body11 a are arranged. Electrical connections are made analogously to the exemplary embodiment according toFIG. 1 by at least one supply contact14 and one ground contact15 . A printed circuit board16 assigned to the patch antenna11 lies opposite the patch antenna11 and has shield covers17 and18 between the detour lines12 and13 . The shield covers17 and18 belong to shield chambers, such as one - provided with the reference symbol25 - is shown schematically inFIG. 3. Components, not shown, are accommodated in shield chambers25 , which must be shielded electromagnetically. It should not be possible to radiate into such a shielding chamber25 , but the components arranged in it should also not radiate outwards. These shielding chambers25 can be opened upwards in order to be able to access the components. For this purpose, they can be provided with shield covers17 and18 , through which the shield chambers25 can be opened and with which the shield chambers25 can be closed again in a radiation-tight manner. The arrangement and design of shield chambers is not critical and is at the discretion of the person skilled in the art.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist inFig. 3 dargestellt. Die dort gezeigte Patchantenne19 weist einen Antennenkörper19a auf, bei welchem die Außenbereiche20 und21 in mehreren Richtungen mehrfach gefaltet sind. Durch zusätzliche Schlitze S3 in mehreren Richtungen wird der geschlitzte und gefaltete Antennenkörper19a den geforderten Abstrahlbedingungen optimal angepasst. Auch hier dienen zum elektrischen Anschluss des Antennenkörpers19a an eine zugeordnete Leiterplatte22 wenigstens ein Speisekontakt23 und ein Massekontakt24. Im Bereich zwischen dem Antennenkörper19a und der Leiterplatte22 ist Vorteilhafterweise wieder eine Schirmkammer25 angeordnet.Another embodiment is shown inFIG. 3. The patch antenna19 shown there has an antenna body19 a, in which the outer regions20 and21 are folded several times in several directions. Additional slots S3 in several directions optimally adapt the slotted and folded antenna body19 a to the required radiation conditions. Here, too, at least one feed contact23 and one ground contact24 are used for the electrical connection of the antenna body19 a to an assigned printed circuit board22 . A shielding chamber25 is advantageously arranged again in the area between the antenna body19a and the printed circuit board22 .

Das inFig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Patchantenne26, bei welcher der Antennenkörper26a an seinen Außenbereichen27 und28 mehrfach derart gefaltet ist, dass seine Faltungen in mehreren Ebenen innerhalb des Bereiches zwischen Antennenkörper26a und einer Massefläche29 liegen, wobei diese Außenbereiche27 und28 über die Massefläche29 hinausragen, welche hier durch eine Leiterplatte29 verkörpert wird. Auch bei dieser Bauform lassen sich zusätzlich die elektrischen Abstrahleigenschaften der Patchantenne26 noch optimieren, wenn beispielsweise die Umwegleitungen in mehreren Richtungen realisiert werden, und/oder der Antennenkörper26a in wenigstens einer Richtung in einer Weise geschlitzt wird, wie es zu den vorausbeschriebenen Ausführungsbeispielen bereits gezeigt wurde. Eine Erweiterung der Patchfläche über die Kanten der Massefläche29 hinaus ermöglicht verkleinerte Masseflächen bzw. bei vorgegebenen Masseflächen vergrößerte Patchflächen.The embodiment shown inFIG. 4 shows a patch antenna26 , in which the antenna body26 a is folded several times on its outer regions27 and28 in such a way that its folds lie in several planes within the area between antenna body26 a and a ground plane29 , these being Outer areas27 and28 protrude beyond the ground surface29 , which is embodied here by a printed circuit board29 . Also in this construction, the electric emission properties of the patch antenna26 can be additionally optimize, for example, if the phasing lines can be realized in a plurality of directions, and / or the antenna body26 is a slit in at least one direction in a manner as already one of the preceding embodiments described was shown. An expansion of the patch surface beyond the edges of the ground surface29 enables smaller ground surfaces or, given predetermined ground surfaces, enlarged patch surfaces.

InFig. 5 ist eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Patchantenne30 dargestellt. Ein Antennenkörper30a ist räumlich wellenförmig strukturiert. Die wellenförmig räumliche Struktur des Antennenkörpers30a lässt sich den geforderten elektrischen Eigenschaften anpassen, indem die wellenförmig räumliche Struktur gleichförmig oder partiell ungleichförmig ausgebildet wird. Dabei kann die Wellenform sowohl harmonisch als auch unharmonisch sein, wobei selbstverständlich auch Mischformen realisierbar sind. Selbst räumlich von der Wellenform abweichende Oberflächenstrukturierungen, wie etwa räumliche Mäander mit gleichförmigen aber auch ungleichförmigen Mäandern sind vorstellbar. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist nicht dargestellt, wie eine elektrische Verbindung zwischen dem Antennenkörper30a und einer zugeordneten Massefläche31 hergestellt wird, dies ist jedoch anhand der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele für den Fachmann leicht nachvollziehbar und bedarf keiner besonderen Erläuterung.FIG. 5 shows a further variant of a patch antenna30 according to the invention. An antenna body30 a is spatially structured in a wave shape. The wave-like spatial structure of the antenna body30 a can be adapted to the required electrical properties by the wave-like spatial structure being made uniform or partially non-uniform. The waveform can be both harmonic and inharmonic, although mixed forms are of course also possible. Even surface structuring deviating from the waveform, such as spatial meanders with uniform but also non-uniform meanders, is conceivable. In this embodiment, it is not shown how an electrical connection between the antenna body30 a and an assigned ground surface31 is made, but this is easily understandable for the person skilled in the art on the basis of the above-described embodiments and requires no special explanation.

Grundsätzlich gilt, dass auch die Massefläche2,16,22,29,31 beliebig ausgeformt sein kann, und nicht zwingend an die Form des Antennenkörpers1a,11a,19a,26a,30a angepasst sein muss. Die einzelnen Bereiche des Antennenkörpers1a,11a,19a,26a,30a und der Massefläche2,16,22,29,31 können unterschiedliche Höhen in mehreren Richtungen aufweisen, hervorgerufen durch Faltung, Bördelung, Kröpfung und/oder Wellenform, so dass wenigstens der überdeckte Bereich zwischen dem Antennenkörper1a,11a,19a,26a,30a und der Massefläche2,16,22,29,31 in mehreren Ebenen räumlich genutzt wird.Basically, the ground surface2 ,16 ,22 ,29 ,31 can also be of any shape and does not necessarily have to be adapted to the shape of the antenna body1 a,11 a,19 a,26 a,30 a. The individual areas of the antenna body1 a,11 a,19 a,26 a,30 a and the ground surface2 ,16 ,22 ,29 ,31 can have different heights in several directions, caused by folding, flanging, cranking and / or waveform , so that at least the covered area between the antenna body1 a,11 a,19 a,26 a,30 a and the ground surface2 ,16 ,22 ,29 ,31 is spatially used in several planes.

Die in den Ausführungsbeispielen gezeigte elektrische Verbindung mittels jeweils einem Speise- und einem Massekontakt ist nicht einschränkend, selbstverständlich können die gezeigten Antennen auch über mehrere Kontakte mit ihren zugeordneten Masseflächen verbunden sein.The electrical shown in the exemplary embodimentsConnection by means of a feed and a ground contactnot restrictive, of course the ones shown canAntennas also have multiple contacts with their assignedGround surfaces must be connected.

Claims (10)

Translated fromGerman

1. Antenne für funkbetriebene Kommunikationsendgeräte, mit wenigstens einem Antennenkörper und einer zugeordneten Massefläche, wobei durch die Ausgestaltung des Antennenkörpers die wirksame elektrische Gesamtlänge bestimmt wird,dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne als Patchantenne (1,11,19,26,30) ausgebildet ist und durch einen flächigen Antennenkörper (1a,11a,19a,26a,30a) realisiert wird, dessen Oberfläche dreidimensionale Umwegleitungen (9,10;12,13) derart bildet, dass die vom Antennenkörper (1a,11a,19a,26a,30a) abgedeckte Fläche in mehreren Ebenen genutzt wird.1. Antenna for radio-operated communication terminals, with at least one antenna body and an assigned ground plane, the effective total electrical length being determined by the configuration of the antenna body,characterized in that the antenna is designed as a patch antenna (1 ,11 ,19 ,26 ,30 ) and is realized by a flat antenna body (1 a,11 a,19 a,26 a,30 a), the surface of which forms three-dimensional detour lines (9 ,10 ;12 ,13 ) in such a way that the antenna body (1 a,11 a ,19 a,26 a,30 a) covered area is used in several levels.2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwegleitungen (9,10;12,13) in Form räumlicher Mäander gebildet werden.2. Antenna according to claim 1, characterized in that the detour lines (9 ,10 ;12 ,13 ) are formed in the form of spatial meanders.3. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwegleitungen (9,10;12,13) durch einwärts gefaltete Kanten (9a,10a) in einer ersten Ebene und durch wieder nach außen gefaltete Kanten (9b,10b) in einer zweiten Ebene gebildet werden.3. Antenna according to claim 1, characterized in that the detour lines (9 ,10 ;12 ,13 ) by inwardly folded edges (9 a,10 a) in a first plane and by edges folded outwards again (9 b,10 b ) are formed on a second level.4. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwegleitungen durch Außenbereiche (20,21) gebildet werden, die wenigstens einmal gefaltet sind, und sich in verschiedene Richtungen erstrecken.4. Antenna according to claim 1, characterized in that the detour lines are formed by outer regions (20 ,21 ) which are folded at least once and extend in different directions.5. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenkörper (1a,11a,19a,26a,30a) wenigstens in einer Richtung geschlitzt ist.5. Antenna according to claim 1, characterized in that the antenna body (1 a,11 a,19 a,26 a,30 a) is slotted at least in one direction.6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (S, S3) sich in verschiedene Richtungen erstreckt.6. Antenna according to claim 5, characterizedcharacterized in that the slot (S, S3) inextends in different directions.7. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Umwegleitungen (12,13) bildenden mehrfachen Faltungen sowohl an den Außenbereichen (12a) des Antennenkörpers (1a,11a,19a,26a,30a) als auch in dessen Innenbereich (13a) befinden.7. Antenna according to claim 1, characterized in that the detour lines (12 ,13 ) forming multiple folds both on the outer regions (12 a) of the antenna body (1 a,11 a,19 a,26 a,30 a) and are located in its interior (13 a).8. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwegleitungen durch räumlich wellenförmige Strukturierung der Oberfläche des Antennenkörpers (30a) gebildet werden.8. Antenna according to claim 1, characterized in that the detour lines are formed by spatially wavy structuring of the surface of the antenna body (30 a).9. Antenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, die räumlich wellenförmige Struktur des Antennenkörpers (30a) gleichmäßig und/oder ungleichmäßig ausgeführt ist.9. Antenna according to claim 8, characterized in that the spatially wavy structure of the antenna body (30 a) is made uniform and / or uneven.10. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Antennenkörper (1a,11a,19a,26a,30a) abgedeckte Fläche zumindest die zugeordnete Massefläche (2,16,22,29,31) überdeckt.10. Antenna according to claim 1, characterized in that the area covered by the antenna body (1 a,11 a,19 a,26 a,30 a) covers at least the assigned ground area (2 ,16 ,22 ,29 ,31 ).