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    Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung, umfassend eine erste Antenne für einen ersten Frequenzbereich, insbesondere für einen GSM-Frequenzbereich, und mindestens eine für einen zweiten Frequenzbereich bestimmte zweite Antenne (2), insbesondere für ein WLAN-Band, wobei die Länge der zweiten Antenne (2) kompatibel mit dem ersten Frequenzbereich ist und wobei die zweite Antenne (2) einen Frequenzfilter (6) aufweist; sowie eine Sende- und/oder Empfangseinheit, insbesondere eine PC-Karte für Funkverbindungen, mit einem Gehäuse (15), aus dem eine erfindungsgemäße Antennenanordnung hervorsteht. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Antennenanordnung für mehrere Frequenzbänder auf geringstem Raum ohne eine unerwünschte Verkopplung der einzelnen Antennen ermöglicht wird.
    公开号:DE102004026267A1
    申请号:DE200410026267
    申请日:2004-05-28
    公开日:2005-12-29
    发明作者:Matthias Dr. Geissler；Oliver Dr. Litschke
    申请人:IMST GmbH；
    IPC主号:H01Q9-42
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Antennenanordnung, umfassend eine ersteAntenne füreinen ersten Frequenzbereich, insbesondere für einen GSM-Frequenzbereich,und mindestens eine füreinen zweiten Frequenzbereich bestimmte zweite Antenne, insbesonderefür einWLAN-Band.
    [0002] DerBedarf an Antennenanordnungen, die für unterschiedliche Frequenzbereichegeeignet sind, ist in den letzten Jahren stetig gestiegen. Beispielsweisewerden derzeit PC-Karten mit einer Funkverbindung angeboten, dieeine Datenübertragungvom Laptop zu einem GSM-Netz (GSM 900/GSM 1800/GSM 1900) oder zueinem lokalen WLAN-Netz ermöglichen.Diese Kombinationskarten stellen technologisch eine besondere Herausforderungdar, da die Antennen in der Lage sein müssen, sowohl für das eineals auch fürdas andere Frequenzband angepasst zu sein. Neben der grundsätzlichenSchwierigkeit, eine Mehrbandantenne zu konzipieren, die für verschiedeneFrequenzbereiche geeignet ist, besteht in vielen Fällen dasweitere Problem, dass die Antenne aufgrund baulicher Gegebenheitender Sende- und/oder Empfangseinheit in ihrer Abstrahlcharakteristikbeeinträchtigtwird. Beispielsweise wird die Antenne einer Funk-PC-Karte, die ineinen PCMCIA-Slot eines Computers wie z.B. eines Laptops eingestecktwerden muss, im Betrieb teilweise durch das metallische Gehäuse desComputers bzw. der PC-Karteelektromagnetisch abschirmt; um einen guten Empfang zu gewährleisten,muss die Antenne im Betrieb weit genug aus dem PCMCIA-Slot bzw aus demComputer herausragen. Sowohl das Gehäuse des Computers als auchdas Gehäuseder PC-Karte schirmen die von der Antenne abzugebende bzw. aufzunehmendeStrahlung erheblich ab. Bekannte PC-Karten besitzen aus diesem Grundeinen Ausleger, auf dem die Antenne montiert ist, der aus dem Gehäuse derPC-Karte bzw. des Laptops herausragt. Damit ein derartiger Auslegerden Nutzer in seiner Mobilitätnicht einschränkt,sind Ausleger mit Antennenkonstruktionen bekannt, die aus dem Standard-PCMCIA-Gehäuse ausgeklapptwerden können,wenn die Antenne verwendet werden soll und die für den Transport innerhalb derPCMCIA-Karte arretiert und somit geschützt werden. Die Antenne wirdhierbei im Wesentlichen mit Hilfe eines in der PC-Karte liegendenSchlitten heraus bzw. hinein geschoben.
    [0003] Einweiteres Problem besteht darin, dass für die erwähnten Anwendungsfälle einbesonders geringer Raumbedarf gefordert ist. Typischerweise stehen für die Antennenanordnungca. 1,5 cm2 für eine Dualmode Struktur für die Bänder GSM900 /GSM 1800/GSM 1900 übereinen ersten und fürdas WLAN-Band übereinen zweiten Anschluss zur Verfügung.Bei einer Eingangsimpedanz von 50 Ohm müssen möglichst hohe Wirkungsgradeder Teilstrahler erzielt werden.
    [0004] Esist somit Aufgabe einer Antennenanordnung bzw. eine Sende- und/oderEmpfangseinheit anzugeben, die fürmindestens zwei Frequenzbereiche geeignet ist, möglichst klein konzipierbarist und besonders gute Sende- und Empfangseigenschaften besitzt.
    [0005] EinSchritt in Richtung zur erfindungsgemäßen Lösung war, zu erkennen, dassdie aufgrund der restriktiven Flächenvorgabeunmittelbar benachbarten Teilstrahler stark miteinander elektromagnetisch koppeln,wodurch einerseits Strahlungsenergie von der einen Antenne in dieHF-Schaltung der anderen Antenne übertragen wird, andererseitsein großerTeil der von der einen Antenne abgestrahlten Leistung direkt inWärme dissipiert.Neben den Energieverlusten, die insbesondere bei mobilen Anwendungen grundsätzlich unerwünscht sind,werden auch die die Sende- und Empfangseigenschaften der Mehrbandantennebeeinträchtigt.
    [0006] DieseAufgabe wird gelöstdurch die erfindungsgemäße Antennenanordnungund die erfindungsgemäße Sende-und/oder Empfangseinheit wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben. VorteilhafteAusgestaltungen und Weiterentwicklungen, die jeweils einzeln angewandtoder beliebig miteinander kombiniert werden können, sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
    [0007] Dieerfindungsgemäße Antennenanordnung umfassteine erste Antenne füreinen ersten Frequenzbereich, insbesondere für einen GSM-Frequenzbereich,und mindestens eine füreinen zweiten Frequenzbereich bestimmte zweite Antenne, insbesonderefür einWLAN-Band, wobei die Längeder zweiten Antenne kompatibel mit dem ersten Frequenzbereich ist,wobei die zweite Antenne einen Frequenzfilter aufweist.
    [0008] Einederartige Antennenanordnung ist eine Mehrbandantenne für mindestenszwei Frequenzbereiche. Der erste Frequenzbereich ist beispielsweise einGSM 900-Band, i.e.880-960 MHz, ein GSM 1800 und/oder GSM 1900-Band, d.h. 1710-1990 MHz, und derzweite Frequenzbereich umfasst beispielsweise Frequenzen des WLAN-Bandes,d.h. 2,4 GHz bis 2,48 GHz. mit Mittenfrequenz 2,44 GHz.
    [0009] Einehohe Sende- und Empfangseffizienz wird erreicht, wenn die Länge einerAntenne kompatibel mit dem fürsie bestimmten Frequenzband ist. Bei einem lang ausgestreckten Drahtheißteine Längekompatibel, wenn sie im Betrieb des Strahlers als Viertelwellenlängenstrahlerungefährein Viertel der von ihm abgestrahlten Lichtwellenlänge oderim Betrieb als Halbwellenlängenstrahlerdie Hälfteder von ihm abgestrahlten Lichtwellenlänge beträgt. Die Länge der Antenne ist kompatibelmit einer Frequenz, wenn sich die Antenne bei dieser Länge undFrequenz in Resonanz befindet, d.h. bei dieser Frequenz ein Maximumin der Absorptions- bzw.Transmissionskurve der Antenne vorliegt. Im Resonanzfall ist dieAnkopplung zwischen der Antenne und dem freien Raum besonders effizient,und es kann Leistung von der Antenne effizient abgestrahlt bzw.aufgenommen werden. Bei nicht geradlinigen Strahlern, insbesonderewenn die Strahler gefaltet, gewickelt oder mäanderförmig ausgebildet sind oderzusätzliche Verdickungen,Aussparungen, angekoppelte parasitäre Strahlerelemente oder weitereStrahlerarme aufweisen, entspricht die Länge der Antenne nicht mehr einemeinfachen Bruchteil der Wellenlängeder Resonanzfrequenz, d.h. entspricht nicht mehr der Hälfte, desViertels, des Dreiachtels der Wellenlänge (je nach Betriebsmodusder Antenne) der Frequenz, bei der ein Maximum in der Absorptions-bzw. Transmissionskurve der Antenne erreicht wird: Aufgrund der durchdie von der gradlinigen Form abweichenden Strukturen verursachtenInduktivitätenbzw. Kapazitätenan der Antenne wird das Schwingungs- bzw. Resonanzverhalten derAntenne maßgeblichbeeinflusst. Zum Beispiel führteine Stauchung einer Antenne durch eine mäanderförmige Antennenstruktur tendenziellzu einer Verschiebung der Resonanzkurve zu tieferen Frequenzen.
    [0010] UnterLänge derAntenne, ist die Längezu verstehen, die man ihr unabhängigvon einem an ihr vorgesehenen Frequenzfilter zuordnen würde, insbesondereunabhängigvon einem an ihr befindlichen schmalen Schlitz bzw. Spalt wie z.B.einen Schlitz bzw. Spalt mit einer Breite in Längsrichtung der Antenne kleinerals 1/20, vorzugsweise kleiner als 1/100, der Wellenlänge. DieLänge derAntenne entspricht somit der Gesamtlänge der Antenne, wenn die Maßnahme desFrequenzfilters, insbesondere schmale Schlitze, weggedacht wird.Ist die Längeder zweiten Antenne kompatibel mit dem ersten Frequenzbereich, soist bei Abwesenheit eines Frequenzfilters die zweite Antenne resonantmit dem ersten Frequenzbereich, d.h. es liegt eine besonders effektiveKopplung vor.
    [0011] Durchdas Merkmal, dass die zweite Antenne einen Frequenzfilter aufweist,wird die Sende- bzw. Abstrahlcharakteristik der Antenne zusätzlich beeinflusst.Insbesondere könnendurch den Frequenzfilter Resonanzmaxima unterdrückt oder ver schoben werden.Mit Hilfe des Frequenzfilters könnendie Sende- und Empfangseigenschaften der Antennenanordnung positivbeeinflusst werden.
    [0012] Durchden Frequenzfilter wird neben der Sende- und Empfangseigenschaftder zweiten Antenne eine zusätzlicheHF-Funktionalitätin die Antenne integriert. Die eigentliche Hochfrequenzschaltungbefindet sich wie üblichseparat von der Antenne. Der Frequenzfilter kann insbesondere einpassives Element sein. Er kann beispielsweise durch eine besondereLeiterstruktur der zweiten Antenne gebildet werden.
    [0013] Vorteilhafterweiseist der Frequenzfilter geeignet, die elektromagnetische Kopplungzwischen der zweiten Antenne und der ersten Antenne zu verringern,insbesondere die von der ersten Antenne abgegebene und von der zweitenAntenne aufgenommene Leistung um einen Faktor 2, vorzugsweise um einenFaktor 10, besonders bevorzugt um einen Faktor 100, zu verringern.Durch diese Maßnahmewird ein HF-Modul der zweiten Antenne von einer von der ersten Antenneabgegebenen und von der zweiten Antenne aufgenommenen Leistung geschützt. Darüber hinauswird die Abstrahleffizienz der ersten Antenne gesteigert, da nurein geringerer Teil der abgestrahlten Leistung von der zweiten Antenneaufgenommen wird. Hierdurch wird der Anteil der von der ersten Antenneabgestrahlten und gleich wieder von der zweiten Antenne aufgenommenenund dissipierten Strahlung verringert. Damit wird einerseits ein Schadender HF-Endstufen der zweiten Antenne sowie eine unnötige Dissipationvon Energie vermieden.
    [0014] Ineiner vorteilhaften Ausgestaltung der Antennenanordnung umfasstder Frequenzfilter wenigstens einen Schlitz, insbesondere einenzweiseitig offenen, einseitig offenen und/oder geschlossenen Schlitz,an der zweiten Antenne. Der Schlitz kann als Spalt ausgebildet sein.Mit Hilfe des Schlitzes wird eine Fehlanpassung der zweiten Antennefür den erstenFrequenzbereich erzielt. Obwohl die Länge der zweiten Antenne kompatibelmit dem ersten Frequenzbereich ist, so dass eine besonders guteKopplung zwischen dem ersten Frequenzbereich und der zweiten Antennezu erwarten wäre,wird durch Einbringen des Frequenzfilters, der hier als Schlitzbzw. Teilschlitz an einer bestimmten Stelle der zweiten Antennegegeben ist, die zweite Antenne in Bezug auf den ersten Frequenzbereichfehlangepasst, weshalb sich auf der zweiten Antenne keine Resonanzbei Frequenzen des ersten Frequenzbereiches ausbilden kann. DerSchlitz bzw. Teilschlitz stellt somit eine Unterteilung der zweitenAntenne dar, die inkompatibel mit dem ersten Frequenzbereich ist.Hierdurch wird eine Kopplung zwischen der zweiten Antenne und derersten Antenne verringert. Vorteilhafterweise wird die Unterteilungso gewählt,dass die zweite Antenne kompatibel mit dem zweiten Frequenzbereich bleibt.
    [0015] Untereinem zweiseitig offenen Schlitz wird ein Schlitz verstanden, derdie Antenne in zwei separate, galvanisch nicht miteinander verbundeneTeilstrahler unterteilt. Bei einem einseitig offenen Strahler bestehtzwischen diesen Teilstrahlern noch eine galvanisch leitende Verbindung.Bei einem geschlossenen Schlitz ist die Antenne nur im Inneren geschlitzt.Vorteilhafterweise wird die Position des Schlitzes so gewählt, dassdie zweite Antenne für denersten Frequenzbereich fehlangepasst ist und für den zweiten Frequenzbereichresonant ist.
    [0016] Ineiner vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung unterteilt der wenigstenseine Schlitz die zweite Antenne in einen ersten Antennenteil undeinen an den ersten Antennenteil gekoppelten zweiten Antennenteil,und der zweite Antennenteil ist resonant mit dem zweiten Frequenzbereichjedoch nicht resonant mit dem ersten Frequenzbereich. Der zweiteAntennenteil ist zweckmäßiger Weiseals Halbwellenlängenstrahlerfür denzweiten Frequenzbereich ausgebildet. Seine Länge ist inkompatibel mit dem erstenFrequenzbereich.
    [0017] Vorteilhafterweiseist der erste Antennenteil nicht resonant mit dem zweiten Frequenzbereich. Hierdurchwird eine Fehlanpassung des ersten Antennenteils für den zweitenFrequenzbereich erzielt, woraus eine Leiterwirkung des ersten Antennenteils inBezug auf Frequenzen des zweiten Frequenzbereiches resultiert. Diesesist vorteilhaft, wenn mit dem ersten Antennenteil Distanzen überbrückt werden sollen,damit die beim Senden bzw. Empfangen relevanten Abschnitte der zweitenAntenne ungestört durchbenachbarte metallische Gegenständewie z.B. ein Gehäusedes HF-Moduls oder ein Gehäuse einesLaptops senden bzw. empfangen können.Hierdurch kann erreicht werden, dass die Gesamtlänge der zweiten Antenne, insbesondereeines WLAN-Strahlers, selbst bei hohen Frequenzen d.h. kleinen Wellenlängen hinreichendgroß ist,so dass der strahlungswirksame Bereich der Antenne hinreichend weitaußend.h. hinreichend weit beabstandet von strahlungsabschirmenden Bauteilenwie z.B. ein Computer- oder PC-Kartengehäuse liegt.Hierdurch wird ein effizientes Senden und Empfangen auch in Verbindungmit PCMCIA-Karte ermöglicht.Durch die Verstimmung des ersten Antennenteils der zweiten Antennewird dem ersten Antennenteil eine verstärkte Leitungswirkung verliehenund es wird seine Strahlungswirksamkeit reduziert.
    [0018] Vorteilhafterweiseist der erste Antennenteil ein aktiver Strahler und der zweite Antennenteilein parasitärerStrahler. Ein aktiver Strahler zeichnet sich dadurch aus, dass ereinen Speisepunkt einhält, durchden Energie aus einer HF-Schaltung auf die Antenne eingespeist werdenkann. ParasitäreStrahler werden nicht durch eine galvanische Kontaktierung angekoppelt,sondern nur überelektromagnetische Feldkopplung.
    [0019] Durchbesondere Ausgestaltungen des wenigstens einen Schlitzes können dieImpedanz und die Gesamteffizienz der zweiten Antenne eingestellt werden.Beispielsweise führteine Vergrößerung der Schlitzbreitezu einer Reduzierung der von dem ersten Antennenteil auf den zweitenAntennenteil eingekoppelten Lei tung. Eine Reduzierung der Spaltbreite hingegenführt zueiner festeren Kopplung, die bei verschwindender Spaltbreite einergalvanischen Bindung gleicht. Eine Verlängerung des Schlitzes, z.B. durchein zumindest teilweises paralleles oder schräges Führen des Schlitzes relativzur Längsseiteder zweiten Antenne wird eine Kopplung intensiviert.
    [0020] Vorteilhafterweiseweist der mindestens eine Schlitz Knicke oder Krümmungen auf und/oder verläuft lokalzumindest teilweise parallel oder schräg zur zweiten Antenne. Wirdein Schlitz durch Knicke oder Krümmungenoder lokal zumindest teilweise paralleles oder schräges Anordnenin seiner Gesamtlängeverlängert,kann bei konstant gehaltener Kopplungsstärke die Schlitzbreite vergrößert werden. HierdurchkönnenSchlitzbreiten realisiert werden, die fertigungstechnisch einfachzu erreichen sind, so dass eine präzise Vorgabe der Kopplungsstärke selbstbei mäßigen Fertigungstoleranzenerzielbar sind. Hierdurch werden Fertigungskosten verringert.
    [0021] Nebendem Vorsehen eines Schlitzes an einer bestimmten Stelle der zweitenAntenne als Maßnahmezur Vorgabe eines Frequenzfilters ist es möglich, eine Frequenzselektivität mit Hilfeeiner an der bzw. in unmittelbarer Nähe der zweiten Antenne angeordnetendielektischen Struktur zu erzeugen. Vorteilhafterweise umfasst derFrequenzfilter eine an der bzw. in unmittelbarer Nähe der zweitenAntenne angeordnete dielektische Struktur. Die Frequenzselektivität wird hierbeinicht durch eine Veränderungder Längeeines Strahlers oder durch eine elektrische Unterteilung des Strahlersbewirkt, sondern durch Vorgabe eines räumlich inhomogenen Profilsder relativen Dielektrizitätszahlund/oder durch eine frequenzabhängigerelative Dielektrizitätszahlerreicht. Hierbei kann einerseits ausgenützt werden, dass bestimmteMaterialien frequenzabhängigedielektrische Eigenschaften haben, die dann unterschiedliche effektiveLängender zweiten Antenne fürdie jeweiligen Frequenzbereiche implizieren. Andererseits kann durch Vorgabeeiner dielektrischen Struktur auf der Antenne ein resonanzfähiges Systemerzeugt werden, welches resonant mit Frequenzen des zweiten Frequenzbereichesund nicht resonant mit Frequenzen des ersten Frequenzbereiches sind.In diesem Fall kann beispielsweise die sich in unmittelbarer Nähe der dielektrischenStruktur auf der zweiten Antenne ausbildende Schwingung zwar kompatibelmit dem zweiten Frequenzbereich sein, aber inkompatibel mit demersten Frequenzbereich, so dass wiederum eine Fehlanpassung für Frequenzendes ersten Frequenzbereiches erzielt wird, wodurch eine Kopplungzwischen der ersten und der zweiten Antenne verringert wird. DasAufbringen einer dielektrischen Struktur auf einen Teil der zweitenAntenne entspricht einer Induzierung eines Hohlraumresonators für diesenBereich, der bei geeigneten Abmaßen kompatibel mit dem zweitenFrequenzbereich, aber inkompatibel mit dem ersten Frequenzbereichist.
    [0022] Nebender Maßnahmeeiner elektrischen Unterteilung der zweiten Antenne, der Maßnahme einerAnordnung einer dielektrischen Struktur mit einem räumlich veränderlichenDielektrizitätsprofil und/odereines frequenzselektiven Dielektrizitätsprofils kann ein Frequenzfilterauch durch eine an der bzw. in unmittelbarer Nähe der zweiten Antenne angeordnetefrequenzselektiv absorbierende Struktur gebildet werden. Zweckmäßigerweiseumfasst der Frequenzfilter somit eine an der bzw. in unmittelbarer Nähe der zweitenAntenne angeordnete frequenzselektiv absorbierende Struktur. DieFrequenz selektiv absorbierende Struktur stellt sicher, dass einevon der ersten Antenne abgestrahlte und von der zweiten Antenneaufgenommene Energie an der bzw. in unmittelbarer Nähe der zweitenAntenne absorbiert wird und somit nicht in die HF-Endstufe der zweitenAntenne gelangt, wodurch die Gefahr einer Beschädigung dieser HF-Endstufe verringertwird.
    [0023] Vorteilhafterweiseist die zweite Antenne von der ersten Antenne beabstandet angeordnet.Hierdurch wird sicher gestellt, dass die erste Antenne von der zweitenAntenne elektrisch unabhängigist. Grundsätzlichist es jedoch aber auch möglich, die beidenAntennen miteinander galvanisch zu kontaktieren: Die Funktionalität des Frequenzfilterszur Unterdrückungeiner Kopplung zwischen der ersten Antenne und der zweiten Antennebleibt dem Sinn erhalten, dass eine auf der ersten Antenne befindliche Schwingungsich nicht auf der zweiten Antenne ausbilden kann. Somit kann dasKonzept einer zusätzlichenHF-Funktionalitätder Antenne durch einen Frequenzfilter sowohl für separate Antennen als auchfür komplexePatch-Antennen wie beispielsweise F-Antennen angewandt werden. Dieseskann insbesondere dann von Bedeutung sein, wenn mit Hilfe von integralenPatch-Antennen wohldefinierte Polarisationsrichtungen bei den unterschiedlichenFrequenzen vorgegeben werden sollen, deren Eigenschaften nicht durchdie jeweils andere Antenne beeinträchtigt werden sollen.
    [0024] Vorteilhafterweisetrifft füreine Antennenanordnung mindestens eines der folgenden Merkmale (a1)bis (a3) zu: (a1) die Antennen, insbesondere die erste und die zweiteAntenne, sind nah beieinander, insbesondere näher als ein Viertel, vorzugsweisenäher alsein Achtel, besonderes bevorzugt näher als ein Sechszehntel dermittleren Wellenlängedes ersten Frequenzbandes, beabstandet; (a2) die Antennen, insbesonderedie erste und die zweite Antenne, sind galvanisch miteinander verbunden;(a3) wenigstens eine der Antennen, insbesondere die erste und diezweite Antenne, ist gefaltet oder mäanderförmig.
    [0025] Durchdie Maßnahmender Merkmale (a1) und (a3) wird ein besonders kompakter Aufbau der Antennenanordnungermöglicht,der jedoch besondere Herausforderungen an die genannten Probleme des Übersprechensbzw. von Ankopplungen zwischen den Antennen stellt. Eine Miniaturisierungder Antennenanordnung ist jedoch in der beschriebenen Weise möglich.
    [0026] Vorteilhafterweiseumfasst die Antennenanordnung weiterhin eine für einen dritten Frequenzbereichbestimmte dritte Antenne, die einen zweiten Frequenzfilter umfasst.Der zweite Frequenzfilter ist in analoger Weise wie der zuvor genanntenFrequenzfilter in Bezugs auf den ersten und/oder den zweiten Frequenzbereichfür dendritten Frequenzbereich angepasst und erzeugt eine Fehlanpassungfür mindestenseinen der anderen beiden Frequenzbereiche. Ein dritter Frequenzbereichist vorteilhaft, um drei Frequenzbereiche mit derselben Antennenanordnungnutzen zu können.Selbstverständlichkönnenauch noch mehr als drei Antennen verwendet werden mit möglicherweisemehr als drei Frequenzfiltern. Die Strukturen dieser zusätzlichenFrequenzfilter ähnelnder Struktur des oben beschriebenen Frequenzfilters.
    [0027] Vorteilhafterweiseist der erste und der zweite Frequenzbereich verschieden, insbesondereder erste Frequenzbereich niedriger als der zweite Frequenzbereich.Beispielsweise wird der erste Frequenzbereich durch ein GSM 900-Bandund/oder ein GSM 1800/1900-Band gegeben und der zweite Frequenzbereichdurch ein WLAN-Band.
    [0028] Dieerste Antenne ist vorteilhafterweise ein Viertelwellenlängenstrahlerund kann einen Speisepunkt und/oder einen Massepunkt halten. Siekann als Monopolantenne ausgebildet sein. Viertelwellenlängenstrahlerhaben den Vorteil, eine hohe Abstrahleffizienz bei geringen räumlichenAbmaßenzu besitzen. Vorteilhafterweise weist die Antennenanordnung mindestenszwei Speisepunkte auf, wobei vorzugsweise jede Antenne einen eignenSpeisepunkt hat. Hierdurch könnenbeide Antennen separat aktiv angesteuert werden, welches den Vorteileiner elektrischen Entkopplung der beiden Antennen bewirkt, so dassdie jeweiligen HF-Endstufenunabhängig voneinanderarbeiten können.
    [0029] Ineiner besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Anordnung aufeinem biegsamen Träger angeordnet.Die Antennenanordnung ist somit eine flexibele, die ihr eine Vielzahlvon Anwendungsmöglichkeiteneröffnet.Beispielsweise kann eine derartige Antennenanordnung auf einfacheWeise in Verbindung mit ausklappbaren Antennen verwendet werden.
    [0030] Dieerfindungsgemäße Sende-und/oder Empfangseinheit, insbesondere eine PC-Karte für Funkverbindungen, weist einGehäuseauf, aus dem die erfindungsgemäße Antennenanordnunghervorsteht. Die vorteilhaften Sende- und Empfangseigenschaftender Antennenanordnung übertragensich somit auf besonders vorteilhafte Sende- und Empfangseigenschaftender Sende- und/oder Empfangseinheit. Insbesondere können HF-Endverstärker kleinerdimensioniert werden bzw. Maßnahmenzum Schutz der HF-Endstufen einfacher und damit preisgünstigererfolgen.
    [0031] Vorteilhafterweiseist bei der Sende- und/oder Empfangseinheit die Antennenanordnung ausdem Gehäuseder Send- und/oder Empfangseinheit herausziehbar oder ausklappbar.Dieses ist insbesondere fürdie Verwendung der Einheit im mobilen Bereich vorteilhaft, wo hervorstehendeAntennen als lästigempfunden werden oder ungeeignet sind.
    [0032] MitHilfe der erfindungsgemäßen Antennenanordnungund der erfindungsgemäßen Sende- und/oderEmpfangseinheit gelingt es, kompakte, effiziente Teilstrahler für zwei unterschiedlicheFrequenzbereiche, insbesondere fürGSM und WLAN-Bänder, miteiner vergleichsweise geringen Verkopplung zu konzipieren, ohnedass der mechanische Aufwand bzw. die Herstellungskosten erhöht werdenmüssen.Hierdurch wird eine Realisierung einer vergleichsweise leistungsfähigen undkostengünstigenAntenne fürPC-Karten erzielt.
    [0033] WeitereVorteile und besondere Ausgestaltungen werden anhand der folgendenZeichnung dargestellt. Hierbei soll die Zeichnung den Geist derErfindung nicht einschränken,sondern lediglich den Kern der Erfindung exemplarisch illustrieren.
    [0034] Eszeigen schematisch:
    [0035] 1 eineerfindungsgemäße Antennenanordnungmit einem beidseitig offenen Schlitz;
    [0036] 2 eineweitere erfindungsgemäße Antennenanordnungmit zwei einseitig offenen Schlitzen;
    [0037] 3 eineerfindungsgemäße Antennenanordnungmit einer Frequenz selektiv absorbierenden Struktur als Frequenzfilter;
    [0038] 4 eineerfindungsgemäße Antennenanordnungmit einer dielektrischen Struktur als Frequenzfilter;
    [0039] 5 eineerfindungsgemäße Sende- und/oderEmpfangseinheit mit einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung;
    [0040] 6a–6d zeigenunterschiedliche Ausgestaltungen von Schlitzen eines Frequenzfilters; und
    [0041] 7 eineerfindungsgemäße Antennenanordnungmit drei Antennen und einer Frequenz selektiv absorbierenden Strukturals Frequenzfilter.
    [0042] 1 zeigteine erfindungsgemäße Antennenanordnung 14 miteinem beidseitig offenen Schlitz 7 als Frequenzfilter 6,der die zweite Antenne 2 in einen ersten Antennenteil 4 undeinen zweiten Antennenteil 5 unterteilt. Der erste Antennenteil 4 wirdmit Hilfe eines Speisepunktes 8' als aktiver Strahler in Form einesMono polstrahlers ausgestattet, der mit dem zweiten Antennenteil 5 über den Schlitz 7 verkoppeltist. Der zweite Antennenteil 5 ist als parasitärer Strahlerausgestattet. Die zweite Antenne 2 ist mäanderförmig ausgebildetund dient zum Senden und Empfangen von Frequenzen im WLAN-Band.Die Längeder zweiten Antenne, d.h. die Summe der Längen des ersten Antennenteilsund des zweiten Antennenteils (Längeder zweiten Antenne ohne den Schlitz 7) ist kompatibelmit dem Frequenzbereich der ersten Antenne 1. Die ersteAntenne ist fürdie FrequenzbänderGSM 900 und GSM 1800 bzw. 1900 konzipiert und wird über einenSpeisepunkt 8 gespeist. Die erste Antenne 1 istmäanderförmig undumfasst einen längerenTeilstrahler 20 und einen kürzeren Teilstrahler 21.Der längereTeilstrahler 20 ist fürdas GSM 900-Band bestimmt. In Bezug auf das GSM 900-Band ist dieerste Antenne 1 mit dem längeren Teilstrahler 20 einViertelwellenlängenstrahler.Der kürzereTeilstrahler 21 dient mit seiner Verkoppelung mit dem längeren Teilstrahler 20 zurVerstimmung der Resonanzfrequenzen der Oberwellen auf dem längeren Strahler 20.Hierdurch wird ein Ausbilden einer Dreiviertelwellenlängenresonanz ermöglicht,die fürein GSM 1800 bzw. GSM 1900-Band geeignet ist. Eine Entkopplung derersten Antenne 1 von der zweiten Antenne 2 wirddurch die gezeigte Positionierung des Schlitzes 7 bewirkt,die den zweiten Antennenteil 5 der zweiten Antenne 2 zu einemparasitärenHalbwellenstrahler macht, der in Bezug auf die GSM-Bänder fehlangepasstist. Die Längedes ersten Antennenteils 4 der zweiten Antenne 2 istetwas verstimmt in Bezug auf den zweiten Frequenzbereich, um seineEigenschaft als strahlende Antennenkomponente zugunsten der Eigenschaft eineseher abstrahlungsfreien elektrischen Leiter zu beeinflussen. Hierdurchwird der zweite Antennenteil 5 zur im wesentlichen alleinigresonanten Struktur, die eine Abstrahlung in den Raum bewirkt. Hierdurch wirdermöglicht,dass der fürdas Senden und Empfangen relevante Bereich der Antenne vergleichsweiseweit von dem Speisepunkt entfernt liegt, welches vorteilhaft ist,wenn die Antennenanordnung in Verbindung mit in unmittelbarer Nähe befindlichenelektrisch leitenden Komponenten wie z.B. ein Gehäuse einerPC-Karte verwendet werden soll (s. 5). Hierdurchwird sicher gestellt, dass die strahlungstechnisch relevanten Bereichemöglichstweit über dasGehäusenach Außenhervorstehen. Sowohl die erste 1 als auch die zweite 2 Antennesind als Monopolantennen ausgebildet.
    [0043] 2 zeigteine erfindungsgemäße Antennenanordnung,wobei die zweite Antenne 2 nicht durch einen beidseitigoffenen, sondern lediglich durch einseitig offene Schlitze T unterteiltist. Es besteht eine galvanische Verbindung zwischen dem erstenAntennenteil 4 und dem zweiten Antennenteil 5 derzweiten Antenne 2. Durch das Einbringen der Schlitze Twird an der zweiten Antenne 2 eine Reflektivität geschaffen,die zwar kompatibel mit dem zweiten Frequenzbereich aber inkompatibelmit dem ersten Frequenzbereich ist, wodurch eine Frequenzselektivität erzieltwird. Der zweite Antennenteil 5 ist somit vergleichsweisefest an den ersten Antennenteil 4 gekoppelt, stellt jedochin Bezug auf den Frequenzbereich der ersten Antenne 1 einenResonator dar, der an der Stelle des Schlitzes T einen Schwingungsknotenvorsieht. Die Lage dieses Schwingungsknotens ist mit einer Frequenzdes ersten Frequenzbandes inkompatibel, weshalb die Verkopplungzwischen den beiden Antennen 1, 2 reduziert wird.Die erste Antenne 1 wird über den Speisepunkt 8' und die zweiteAntenne 2 überden Speisepunkt 8 gespeist. Die beiden Antennen weisenjeweils einen Massepunkt 9, 9' auf, um hierdurch eine geeigneteImpedanzanpassung der Antennen 1, 2 zu erzielen,insbesondere um einen 50 Ohm Anschluss zu gewährleisten.
    [0044] Dieerfindungsgemäße Antennenanordnung nach 3 weisteine Frequenz selektiv absorbierende Struktur 11 auf, dieunmittelbar unter der zweiten Antenne 2 liegt. Eine Verkopplungder ersten Antenne 1 mit der zweiten Antenne 2 istprinzipiell zwar möglich,jedoch wird die auf der zweiten Antenne 2 auszubildendeSchwingung durch die Frequenz selektiv absorbierende Struktur starkgedämpft,so dass eine überden Speisepunkt 8' mitder zweiten Antenne 2 verbundene HF- Schaltung (nicht dargestellt) vor dereingekoppelten Strahlung geschütztwird. Als frequenzselektiv absorbierende Strukturen kommen Materialieninsbesondere in Frage, die bei Frequenzen des zweiten Frequenzbandesim Wesentlichen absorptionsfrei sind und bei Frequenzen des ersten Frequenzbandesstark absorbieren.
    [0045] Dieerfindungsgemäße Antennenanordnung nach 4 umfassteine dielektrische Struktur 10, die unmittelbar auf derzweiten Antenne 2 angeordnet ist. Beispielsweise wird diedielektrische Struktur als Platte auf die zweite Antenne aufgeklebt.Das daraus resultierende räumlichinhomogene Profil der relativen Dielektrizitätszahl impliziert eine bevorzugte Ausbildungvon Schwingungsmoden auf der zweiten Antenne 2, die mitder räumlichinhomogenen Struktur der dielektrischen Struktur kompatibel sind.Insbesondere müssendie Schwingungsmoden an der Diskontinuität 22 der dielektrischenEigenschaften einen Schwingungsknoten aufweisen. Wird die Diskontinuität so gewählt, dasssie kompatibel mit dem zweiten Frequenzbereich aber inkompatibelmit Frequenzen aus dem ersten Frequenzbereich ist, wird einerseits einehohe Abstrahl- bzw. Sendeeffizienz für den zweiten Frequenzbereich,andererseits eine reduzierte Verkopplung zwischen den beiden Antennen 1 und 2 erzielt.Anschaulich betrachtet entspricht die dielektrische Struktur 10 einemHohlraumresonator, der nur bestimmte Frequenzen, wünschenswerter Weisedie des zweiten Frequenzbandes, erlaubt und andere, insbesonderedie des ersten Frequenzbandes, unterdrückt.
    [0046] 5 zeigteine erfindungsgemäße Sende- und/oderEmpfangseinheit 16 mit einem Gehäuse 15, welches alsFaraday'scher Käfig für die inder Sende- und/oder Empfangseinheit 16 befindlichen HF-Elektronikausgestaltet ist. Aus der Sende- und/oderEmpfangseinheit 16 ist eine erfindungsgemäße Antennenanordnung 14 wieoben beschrieben ausklappbar oder ausschwenkbar. Die Antennenanordnung 14 wirdvon einem Träger 17 mechanisch gestützt. Umein Herausklappen bzw. Herausziehen der Antennenanordnung 14 möglichsteinfach zu gestalten, ist die Antennenanordnung 14 biegsamausgestaltet, so dass keine weiteren komplizierten Kontaktierungskonzepteerforderlich sind.
    [0047] 6a bis 6d zeigenverschiedene Ausgestaltungen der Schlitze 7, 7', 7'', wie sie in einem Frequenzfilter 6 verwendetwerden können. 6a zeigteinen geschlossenen Schlitz 7'' inder zweiten Antenne 2. 6b zeigteinen beidseitig offenen Schlitz 7 mit Knicken 12.Hier wird die zweite Antenne in einen aktiven ersten Antennenteil 4 und einenparasitärenzweiten Antennenteil 5 unterteilt. 6c zeigteinen beidseitig offenen Schlitz 7, der lokal schräg zur zweitenAntenne 2 verläuft. 6d zeigteinseitig offenen Schlitze T, die eine Krümmung 13 aufweisen.Durch das Vorsehen von Knicken 12, Krümmungen 13 oder einenschrägenVerlauf wird die Längedes Schlitzes 7, 7', 7'' verlängert, wodurch die Ankoppelungdes zweiten Antennenteils 5 an den ersten Antennenteil 4 vergrößert wird,so dass bei gleicher Kopplungsstärkegrößere Spaltabstände realisiertwerden können.Hierdurch wird eine Fertigung reproduzierbarer Spalte vereinfachtund preiswerter.
    [0048] 7 zeigteine erfindungsgemäße Antennenanordnungmit drei Antennen 1, 2, 3, wobei der Frequenzfilter 6 für die zweiteAntenne 2 wie auch ein zusätzlicher Frequenzfilter 6' für eine dritteAntenne 3 durch eine Frequenz selektiv absorbierende Struktur 11 gebildetwird. Die erste 1, zweite 2, und dritte 3 Antennesind auf einem Träger 17 aufgebracht.
    [0049] DerartigeMehrwandantennen könnenhoch kompakt konzipiert werden, sind für PCMCIA-Karten einsetzbarund sind als Mäanderstrukturauf einem flexiblen Trägermaterialrealisierbar. Die Mehrwandantenne ist als Antennenanordnung mitzwei Antennen mit getrennten Anschlusspunkten für GSM und WLAN ausgestaltet.Die beiden Anschlusspunkte sowie die beiden Antennen sind vorteilhafterWeise unmittelbar benachbart. Durch die Verwendung einer besonderenAnord nung aus Speiseelement und feldgekoppelten Strahlern einerWLAN-Seite kann eine besonders gute Strahlungsleistung bei deutlichverbesserter Isolation zwischen den beiden Antennen realisiert werden.Somit ermöglichtdie Erfindung eine Realisierung von leistungsfähigen Kombinationsantennenauf sehr kleinem Raum.
    [0050] DieErfindung betrifft eine Antennenanordnung umfassend eine erste Antennefür einenersten Frequenzbereich, insbesondere für einen GSM-Frequenzbereich,und mindestens eine füreinen zweiten Frequenzbereich bestimmte zweite Antenne 2,insbesondere fürein WLAN-Band, wobei die Längeder zweiten Antenne 2 kompatibel mit dem ersten Frequenzbereichtist und die zweite Antenne 2 einen Frequenzfilter 6 aufweist;sowie eine Sende- und/oder Empfangseinheit, insbesondere eine PC-Kartefür Funkverbindungen,mit einem Gehäuse 15,aus dem eine erfindungsgemäße Antennenanordnunghervorsteht. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eineAntennenanordnung fürmehrere Frequenzbänderauf geringstem Raum ohne eine unerwünschte Verkopplung der einzelnenAntennen ermöglichtwird, so dass besonders gute Sende- und Empfangseigenschaften realisiertwerden.
    1 ersteAntenne 2 zweiteAntenne 3 dritteAntenne 4 ersterAntennenteil 5 zweiterAntennenteil 6,6' Frequenzfilter 7 beidseitigoffener Schlitz 7' einseitigoffener Schlitz 7'' geschlossenerSchlitz 8,8' Speisepunkt 9,9' Massepunkt 10 dielektrischeStruktur 11 frequenzselektivabsorbierende Struktur 12 Knick 13 Krümmung 14 Antennenanordnung 15 Gehäuse 16 Sende-und/oder Empfangseinheit 17 Träger 18 ersterStrahlerarm 19 zweiterStrahlerarm 20 kürzerer Teilstrahler 21 längerer Teilstrahler 22 Diskontinuität der dielektrischenEigenschaften
    权利要求:
    Claims (18)
    [1] Antennenanordnung (14), umfassend eineerste Antenne (1) füreinen ersten Frequenzbereich, insbesondere für ein GSM Frequenzband, und mindestenseine füreinen zweiten Frequenzbereich bestimmte zweite Antenne (2),insbesondere fürein WLAN Band, wobei die Längeder zweiten Antenne (2) kompatibel mit dem ersten Frequenzbereichist, wobei die zweite Antenne (2) einen Frequenzfilter(6) aufweist.
    [2] Antennenanordnung (14) nach Anspruch 1, wobeider Frequenzfilter (6) geeignet ist die elektromagnetischeKopplung zwischen der zweiten Antenne (2) und der erstenAntenne (1) zu verringern, insbesondere die von der erstenAntenne (1) abgegebene und von der zweiten Antenne (2)aufgenommene Leistung um einen Faktor 2, vorzugsweise um einen Faktor10, besonders bevorzugt um einen Faktor 100, zu verringern.
    [3] Antennenanordnung (14) nach Anspruch 1 oder2, wobei der Frequenzfilter (6) wenigstens einen Schlitz(7, 7', 7''), insbesondere einen zweiseitigoffenen (7) und/oder einseitig offenen (7') und/oder geschlossenen(7'') Schlitz, ander zweiten Antenne (2) umfasst.
    [4] Antennenanordnung (14) nach Anspruch 3, wobeider wenigstens eine Schlitz (7) die zweite Antenne in einenersten Antennenteil (4) und einen an den ersten Antennenteil(4) gekoppelten zweiten Antennenteil (5) unterteilt,und der zweite Antennenteil (5) resonant mit dem zweitenFrequenzbereich jedoch nicht-resonant mit dem ersten Frequenzbereich ist.
    [5] Antennenanordnung (14) nach Anspruch 4, wobeider erste Antennenteil (4) der zweiten Antenne (2)nicht resonant mit dem zweitem Frequenzbereich ist.
    [6] Antennenanordnung (14) nach Anspruch 3,4 oder 5, wobei der erste Antennenteil (4) ein aktiver Strahlerist und der zweite Antennenteil ein parasitärer Strahler ist.
    [7] Antennenanordnung (14) nach einem der Ansprüche 3 bis6, wobei der mindestens eine Schlitz (7, 7', 7'') Knicke (12) oder Krümmungen(13) aufweist und/oder lokal zumindest teilweise paralleloder schrägzur zweiten Antenne (2) verläuft.
    [8] Antennenanordnung (14) nach einem der vorherigenAnsprüche,wobei der Frequenzfilter (6) eine an der bzw. in unmittelbarerNähe derzweiten Antenne (2) angeordnete dielektrische Struktur(10) umfasst.
    [9] Antennenanordnung (14) nach einem der vorherigenAnsprüche,wobei der Frequenzfilter (6) eine an der bzw. in unmittelbarerNähe derzweiten Antenne (2) angeordnete frequenzselektiv absorbierende Struktur(11) umfasst.
    [10] Antennenanordnung (14) nach einem der vorherigenAnsprüche,wobei die zweite Antenne (2) von der ersten Antenne (1)beabstandet angeordnet ist.
    [11] Antennenanordnung (14) nach einem der vorherigenAnsprüche,wobei mindestens eines der folgenden Merkmale (a1) bis (a3) zutrifft: (a1)Die Antennen (1, 2, 3), insbesonderedie erste (1) und zweite (2) Antenne, sind nahbeieinander, insbesondere näherals ein Viertel, vorzugsweise näher alsein Achtel, besonders bevorzugt näher als ein Sechzehntel, dermittleren Wellenlängedes ersten Frequenzbandes, beabstandet; (a2) die Antennen (1, 2, 3),insbesondere die erste (1) und zweite (2) Antenne,sind galvanisch miteinander verbunden; (a3) wenigstens eineder Antennen (1, 2, 3), insbesonderedie erste (1) und die zweite (2) Antenne, ist gefaltetoder mäanderförmig.
    [12] Antennenanordnung (14) nach einem der vorherigenAnsprüche,weiterhin umfassend eine für einendritten Frequenzbereich bestimmte dritte Antenne (3), dieein zweiten Frequenzfilter (6') umfasst.
    [13] Antennenanordnung (14) nach einem der vorherigenAnsprüche,wobei der erste und der zweite Frequenzbereich verschieden sind,insbesondere der erste Frequenzbereich niedriger als der zweite Frequenzbereichist.
    [14] Antennenanordnung (14) nach einem der vorherigenAnsprüche,wobei die erste Antenne (1) ein Viertelwellenlängenstrahlerist.
    [15] Antennenanordnung (14) nach einem der vorherigenAnsprüche,gekennzeichnet durch mindestens zwei Speisepunkte (8, 8'), wobei vorzugsweisejede Antenne (1, 2, 3) einen eigenenSpeisepunkt (8, 8')aufweist.
    [16] Antennenanordnung (14) nach einem der vorherigenAnsprüche,wobei die Anordnung auf einem biegsamen Träger angeordnet ist.
    [17] Sende- und/oder Empfangseinheit (16), insbesondereeine PC-Karte fürFunkverbindungen, mit einem Gehäuse(15), aus dem eine Antennenanordnung (14) wiein den Ansprüchen1 bis 16 definiert hervorsteht.
    [18] Einheit nach Anspruch 17, bei der die Antennenanordnung(14) aus der Einheit herausziehbar oder ausklappbar ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004026267B4|2008-02-21|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-12-29| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2008-08-14| 8364| No opposition during term of opposition|
    2012-03-29| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20111201 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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