DE60018878T2

DE60018878T2 - Antenne für mobile kommunikation und mobiles kommunikationsgerät mit einer derartigen antenne

Info

Publication number: DE60018878T2
Application number: DE60018878T
Authority: DE
Inventors: Akihiko Moriguchi-shi Iguchi; Susumu Osaka-shi Fukushima; Yuki Osaka-shi Satoh; Naoki Hirakata-shi Yuda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2020-05-20
Also published as: US6980158B2; DE60018878D1; WO2000072404A1; EP1098387A1; EP1098387B1; EP1098387A4; US6850779B1; US20040145529A1

Description

Mobile Telekommunikationsgeräte, wie beispielsweise tragbare Telefone oder Pager bzw. Funkrufempfänger, sind schnell kommerzialisiert worden. 35 stellt ein übliches, tragbares Telefon als ein mobiles Telekommunikationsgerät dar.
Wie dargestellt ist, bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein tragbares Telefon und das Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Gehäuse davon. Eine Antenne 5 ist parallel zu der Längsrichtung des Gehäuses 11 angeordnet und erstreckt sich nach außen von dem Gehäuse 11 aus. Die Antenne 5 ist an einem Ende mit einer Energieversorgung 13, befestigt in dem Gehäuse, zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals verbunden. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Mikrofon, das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Betätigungseinheit, das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Anzeige und das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Lautsprecher.
In einem solchen herkömmlichen Aufbau des tragbaren Telefons vermindert die ausgefahrene Antenne die Tragbarkeit als ein tragbares Telefons entsprechend. Auch ist die Antenne brüchig und kann leicht durch einen plötzlichen Stoß, zum Beispiel beim Herabfallen, gebrochen werden.
In dem Herstellvorgang der tragbaren Telefone muss die Antenne in dem Gehäuse durch manuelles Anziehen von Schrauben montiert werden. Der Vorgang kann nur schwer automatisiert werden, was demzufolge die gesamten Herstellkosten erhöht.
Auch fordert der herkömmliche Aufbau eines Telefons, dass die Antenne und eine Hochfrequenzschaltung elektrisch miteinander durch ein dazu zugeordnetes Verbindungsteil verbunden werden, was möglicherweise zu einer Kostenerhöhung führt, einen Energieverlust verursacht und demzufolge in Bezug auf die elektrischen Charakteristika nicht vorteilhaft ist.
Die WO 99/03166 offenbart eine Antenne für ein tragbares Telefon mit zwei Antennenelementen, die auf unterschiedliche Resonanzfrequenzen abgestimmt sind. Die Antennenelemente sind entweder beide mäanderförmig oder beide spiralförmig und sind mit einem gemeinsamen Versorgungspunkt verbunden. In einer anderen Ausführungsform ist das eine Antennenelement mäanderförmig und das andere liegt in der Form einer geraden Linie vor. In allen Ausführungsformen sind die Antennenelemente mit einem gemeinsamen Versorgungspunkt verbunden. Ein Block aus einem modulierten oder dielektrischen Material in der Form eines Parallelepipeds wird vorgeschlagen, um die Antennenelemente zu integrieren oder zu tragen. Dieser Block ist an einem oberen Längsendbereich des Telefongehäuses angeordnet. Eine zusätzliche Peitschenantenne ist mit den Antennenelementen verbunden, die sich außerhalb des Telefongehäuses erstreckt.
Die EP 0 777 293 A1 beschreibt eine Chip-Antenne, die mehrere Resonanzfrequenzen besitzt. Zwei Leiter sind in einem dielektrischen Substrat einer parallelepipeden Form eingebettet. Beide Leiter sind elektrisch miteinander verbunden, entweder dadurch, dass sie parallel mit einem gemeinsamen Versorgungspunkt oder in Reihe miteinander verbunden sind. Die Leiter sind beide entweder mäanderförmig oder beide spiralförmig.
Die EP 0 860 897 A1 schlägt eine Dualbandantenne für eine mobile, drahtlose Vorrichtung vor, die ein Spiralantennenelement und ein Peitschenantennenelement aufweist. Das Spiralantennenelement ist ein parasitäres Element zu dem Peitschenantennenelement.
Die EP 0 71 238 A1 bezieht sich auf Antennenstrukturen, die durch Mikrobänder realisiert sind, die bestimmte Resonanzfrequenzen haben, die nahe aufeinander abgestimmt sind, so dass das Betriebsband im Wesentlichen kontinuierlich ist. Die Bänder besitzen Viertelwellenlängen und sind in der mobilen Einheit in der Längsrichtung angeordnet.
Die EP 0 878 863 A2 schlägt eine Einzelbandantenne in einem mobilen Kommunikationsgerät vor. Das Antennenelement ist eine nicht gerichtete Chip-Antenne, eingebettet in einem verstärkten Kunststoffkörper oder dielektrischen Körper in enger Nähe zu einer geerdeten, reflektierenden Platte, um eine Direktivität zu erreichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein mobiles Telekommunikationsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er aus der WO 99/03166 bekannt ist, mit einem zuverlässigen Aufbau und verbesserten Empfangs/Sendeeigenschaften zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines tragbaren Telefons gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein Strahlungsmuster einer Antenne, die ein strahlungs-leitendes Element mit einer im Wesentlichen ½ Wellenlänge gemäß derselben Ausführungsform besitzt;
3 zeigt ein Strahlungsmuster einer herkömmlichen Antenne, dargestellt in 35, die ein strahlungs-leitendes Element mit einer im Wesentlichen ½ Wellenlänge besitzt;
4 zeigt eine schematische Ansicht, die das Telefon gemäß derselben Ausführungsform in deren tatsächlicher Benutzung darstellt;
5 zeigt ein Strahlungsmuster der Antenne, die ein strahlungs-leitendes Element einer im Wesentlichen ½ Wellenlänge bei deren tatsächlichen Benutzung gemäß derselben Ausführungsform besitzt;
6 zeigt ein Strahlungsmuster der herkömmlichen Antenne, die ein strahlungsleitendes Element einer im Wesentlichen ½ Wellenlänge in deren tatsächlichen Benutzung besitzt;
7 zeigt ein Strahlungsmuster der Antenne, die ein strahlungs-leitendes Element einer im Wesentlichen ¼ Wellenlänge gemäß derselben Ausführungsform besitzt;
8 zeigt ein Strahlungsmuster der herkömmlichen Antenne, die ein strahlungsleitendes Element einer im Wesentlichen ¼ Wellenlänge besitzt;
9(a) und 9(b) zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht einer Antenne gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
10 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellt;
11 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine andere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellt;
12 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellt;
13(a) und 13(b) zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht, die eine noch weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellen;
14(a) und 14(b) zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht, die eine noch weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellen;
15 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine noch weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellt;
16 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine noch weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellt;
17 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine noch weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellt;
18(a) und 18(b) zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht, die eine noch weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellen;
19(a) und 19(b) zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht, die eine noch weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellen;
20 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine noch weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellt;
21 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine noch weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellt;
22(a) und 22(b) zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht, die eine noch weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellen;
23(a) und 23(b) zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht, die eine noch weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellen;
24 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine noch weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellt;
25 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine noch weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellt;
26 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine noch weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellt;
27(a) und 27(b) zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht, die eine noch weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellen;
28(a) und 28(b) zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht, die eine noch weitere Modifikation der Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellen;
29 zeigt eine perspektivische Ansicht einer installierten Antenne gemäß einer Ausführungsform 3;
30 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Modifikation der installierten Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellt;
31(a) und 31(b) zeigen eine schematische Ansicht und eine Teilquerschnittsansicht, die die Antenne, installiert in einem tragbaren Telefon, gemäß derselben Ausführungsform, darstellen;
32 zeigt eine schematische Ansicht des tragbaren Telefons in Benutzung gemäß derselben Ausführungsform;
33 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine weitere Modifikation der installierten Antenne gemäß derselben Ausführungsform darstellt;
34(a) und 34(b) zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Teilquerschnittsansicht, die eine weitere Modifikation der installierten Antennenanordnung gemäß derselben Ausführungsform darstellen; und
35 zeigt eine perspektivische Ansicht einer anderen, herkömmlichen Antenne.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines tragbaren Telefons gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet ein tragbares Telefon, das Bezugszeichen 11 bezeichnet sein Gehäuse. Die Antenne 12, die ein strahlungs-leitendes Element besitzt, ist in dem Gehäuse 11 im Wesentlichen vertikal zu der Längsrichtung des Gehäuses 11 befestigt und steht nicht nach außen von dem Gehäuse 11 vor. Die Antenne 12 ist an einem Ende mit einer Energieversorgung 13, angeordnet in dem Gehäuse 11, zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals, verbunden. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet ein Mikrofon, das Bezugszeichen 2 be zeichnet eine Betätigungseinheit, das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Anzeige und das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Lautsprecher.
Wie dargestellt ist, ist die Antenne 12 in dem Gehäuse 11 im Wesentlichen orthogonal zu der Längsrichtung des Gehäuses 11 angeordnet. Dies führt dazu, dass das Telefon keinen vorspringenden Teil besitzt, was seine Tragbarkeit verbessert, und ist gegen einen Bruch geschützt.
2 stellt ein Strahlungsmuster einer Antenne 12 dar, die ein strahlungsleitendes Element mit einer im Wesentlichen ½ Wellenlänge besitzt. Für einen Vergleich stellt 3 ein Strahlungsmuster einer herkömmlichen Antenne (dessen strahlungsleitendes Element eine ½ Wellenlänge besitzt), angeordnet parallel zu der Längsrichtung des Gehäuses, wie dies in 35 dargestellt ist, dar. Üblicherweise ist das tragbare Telefon 10 für eine vertikal polarisierte Welle entlang der Z-Achse, abgestrahlt von dem Gehäuse 11, und einer horizontal polarisierten Welle entlang der Y-Achse, abgestrahlt von dem strahlungs-leitenden Element der Antenne 12, empfindlich.
Im Vergleich zeigt die Antenne gemäß dieser Ausführungsform eine Empfindlichkeit größer als oder gleich zu –10 (dBd) für fünf unterschiedliche, polarisierte Wellen, d. h. zwei in der XY-Ebene, zwei in der ZX-Ebene und eine horizontal polarisierte Welle in der YZ-Ebene, wie dies in 2 dargestellt ist. Die herkömmliche Antenne zeigt eine Empfindlichkeit größer als oder gleich zu –10 (dBd) für drei unterschiedliche, polarisierte Wellen, d. h. eine vertikal polarisierte Welle in der XY-Ebene, eine horizontal polarisierte Welle in der YZ-Ebene und eine horizontal polarisierte Welle in der ZX-Ebene, wie dies in 3 dargestellt ist. Die Antenne gemäß dieser Ausführungsform arbeitet in mehreren Polarisationsebenen, und deren Antennen-Charakteristik wird in einer Deklination in einer tatsächlichen Benutzung verringert.
Da eine Antenne an einer Basisstation für die tragbaren Telefone allgemein vertikal angeordnet ist, erreicht eine vertikal polarisierte Welle oft die tragbaren Telefone oder die mobilen Kommunikationsgeräte. Die Antenne gemäß dieser Ausführungsform lässt eine minimale Deklination in der Empfindlichkeit zu der vertikal polarisierten Welle in der tatsächlichen Benutzung zu. Dies wird in weiterem Detail unter Bezugnahme auf 4 erläutert werden, wo das tragbare Telefon in der tatsächlichen Benutzung entsprechend zu einem Ohr und einem Mund eines Benutzers positioniert ist.
Wie dargestellt ist, ist das tragbare Telefon 10 in der Benutzung um 60° gegenüber der Vertikalen gekippt und seine Antennen-Charakteristik zu der vertikal polarisierten Welle kann entsprechend verringert werden. Das strahlungs-leitende Element der Antenne 12, befestigt vertikal zu der Längsrichtung des Gehäuses 11, ist nur um 30° gegenüber der vertikalen Richtung gekippt. Demzufolge verringert sich dessen Antennen-Charakteristik für die vertikal polarisierte Welle nicht in der tatsächlichen Benutzung, und zwar verglichen mit der herkömmlichen Antenne, die parallel zu der Längsrichtung des Gehäuses angeordnet ist.
5 stellt ein Strahlungsmuster der Antenne des tragbaren Telefons, betrieben unter der Position, die in 4 dargestellt ist, dar. 6 stellt diejenige des herkömmlichen, tragbaren Telefons für einen Vergleich dar. Wie dargestellt ist, ist eine Muster-Durchschnitts-Verstärkung (Pattern Average Gain – PAG) zu einer vertikal polarisierten Welle des tragbaren Telefons gemäß dieser Ausführungsform in der tatsächlichen Benutzung ungefähr drei (dBd) höher.
Weiterhin kann, da das strahlungs-leitende Element der Antenne 12 an dem oberen Ende des Gehäuses 11 angeordnet ist, es nur schwer mit einer Hand des Benutzers abgedeckt werden. Dies verringert eine Abnahme in der Antennen-Charakteristik, verursacht durch den Körper des Benutzers.
Das strahlungs-leitende Element ist an dem oberen Ende in dem Gehäuse angeordnet, wobei dessen elektrische Länge auf im Wesentlichen eine n/2-Wellenlänge eingestellt ist (wobei n eine ungerade Zahl ist), und, demzufolge, fließt ein Strom nur schwer entlang des Gehäuses. Dementsprechend wird, gerade dann, wenn die Hand das Gehäuse ergreift, eine Änderung in der Impedanz der Antenne ebenso wie eine Dämpfung der Antennenstrahlung verringert, und die Antennen-Charakteristik wird positiv in einer Neigung verringert.
Auch arbeitet das strahlungs-leitende Element, angeordnet im Wesentlichen in der vertikalen zu der longitudinalen Richtung des Gehäuses, als eine Antenne nicht nur für die vertikal polarisierte Welle, sondern auch für die horizontal polarisierte Welle. Demzufolge wird die Antennen-Charakteristik in der Neigung in der tatsächlichen Benutzung verringert.
7 stellt ein Antennenstrahlungsmuster einer Antenne 12 dar, die ein strahlungsleitendes Element einer im Wesentlichen ¼ Wellenlänge besitzt. Zum Vergleich stellt 8 ein Antennenstrahlungsmuster der herkömmlichen Antenne (von der das strahlungs-leitende Element im Wesentlichen eine ¼ Wellenlänge besitzt), angeordnet in der vertikalen zu der longitudinalen Richtung des Gehäuses, dar. Wie ein Vergleich davon zeigt, ist im Wesentlichen dieselbe Strahlungscharakteristik wie bei der vorstehenden Antenne sogar dann erreichbar, wenn die Antenne das strahlungs-leitende Element in im Wesentlichen der vertikalen zu der horizontalen Richtung in dem Gehäuse angeordnet besitzt, und eine Tragbarkeit eines mobilen Telekommunikationsgeräts wird dank der nicht-vorstehenden Antenne verbessert.
Wenn die elektrische Länge des strahlungs-leitenden Elements im wesentlichen eine n/4 Wellenlänge ist (wobei n eine ungerade Zahl ist), läuft mehr Strom durch das Gehäuse. Dies verursacht, dass die Impedanz der Antenne dann geändert wird, wenn das Gehäuse mit der Hand ergriffen wird, was demzufolge die Impedanzanpassung schwierig gestaltet und die Antennenstrahlung nicht vorteilhaft gestaltet. Dementsprechend kann die Antennen-Charakteristik nur marginal verringert werden. Im Gegensatz dazu liegt die Impedanz der Antenne nahe bei 50 Ω, wenn das Gehäuse nicht mit der Hand berührt wird, und demzufolge kann eine Anpassungsschaltung weggelassen werden. Der Herstellvorgang erhöht sich demzufolge in der Effektivität und verringert sich in den Kosten.
Der Aufbau der Antenne 12, dargestellt in 1, wird in weiterem Detail unter Bezugnahme auf die 9 bis 28 beschrieben. Der Antennenaufbau hier ist zum Senden und Empfangen von Signalen in zwei unterschiedlichen Frequenzbändern ausgelegt, ist allerdings nicht hierauf beschränkt. Durch die Zeichnungen hinweg sind entsprechende Bauteile mit den entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt werden.
In 9 bezeichnet das Bezugszeichen 12 eine Antenne. Ein erstes, strahlungsleitendes Element 15 ist in einer Spiralform in einem dielektrischen Substrat 14 angeordnet, und ein zweites, strahlungs-leitendes Element 16 ist in einer Zick-Zack-Mäander-Form auf der Oberseite davon oder innerhalb des dielektrischen Substrats 14 über dem ersten, strahlungs-leitenden Element 15 angeordnet.
Das erste, strahlungs-leitende Element 15 und das zweite, strahlungs-leitende Element 16 sind gegeneinander isoliert, während nur das erste, strahlungs-leitende Element 15 mit dem Energieversorgungsanschluss 13a zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals verbunden ist.
Das zweite, strahlungs-leitende Element 16 wird mit einem Hochfrequenzsignal durch einen elektromagnetischen Kopplungseffekt mit dem ersten, strahlungsleitenden Element 15 versorgt. Dies ermöglicht, dass das erste, strahlungs-leitende Element 15 und das zweite, strahlungs-leitende Element 16 bei unterschiedlichen Frequenzen in Resonanz treten, was demzufolge ermöglicht, Signale bei jeweils zwei unterschiedlichen Frequenzen zu senden und zu empfangen.
Das dielektrische Substrat 14 ist durch Laminieren von mehreren, dielektrischen Schichten und Zusammenbauen davon zu einer einzelnen Einheit gebildet. Muster von Leitern und entsprechenden Durchgangslöchern an spezifischen Positionen auf spezifischen Schichten sind so angeordnet, um erwünschte Formen eines ersten, strahlungs-leitenden Elements 15 und eines zweiten, strahlungs-leitenden Elements 16 zu bilden. Andere Modifikationen dieser Ausführungsform, die nachfolgend beschrieben sind, werden auch durch Bilden eines ersten, strahlungs-leitenden Elements 15 und eines zweiten, strahlungs-leitenden Elements 16 mit erwünschten Formen ausgeführt.
Das erste und das zweite, strahlungs-leitende Element können mit einem dritten, einem vierten und weiteren, strahlungs-leitenden Elementen angeordnet werden, die an unterschiedlichen Stellen angeordnet sind und elektrisch gegenüber dem ersten und dem zweiten, strahlungs-leitenden Element isoliert sind. Und die Antenne kann entsprechend Signale bei einer größeren Anzahl von Frequenzbändern senden und empfangen. Die Strahlungs-Leiter-Elemente werden aus spiralförmigen Elementen und mäanderförmigen Elementen ausgewählt.
Dementsprechend kann, während die Vorrichtung dazu geeignet ist, mehrere Frequenzbänder von Signalen zu senden und zu empfangen, sie in ihren gesamten Dimensionen wesentlich verringert werden.
Die Antennen, die in den 9 bis 14 dargestellt sind, weisen üblicherweise ein erstes, strahlungs-leitendes Element 15, gebildet aus einem spiralförmigen Element, verbunden mit einem Energieversorgungsanschluss 13a zum Zuführen eines Hoch frequenzsignals, ein zweites, strahlungs-leitendes Element 16, gebildet aus einem mäanderförmigen Element mit einer Zick-Zack-Form, auf. Diese unterscheiden sich voneinander in der Beziehung zwischen Positionen des ersten, strahlungs-leitenden Elements 15 und des zweiten, strahlungs-leitenden Elements 16.
Noch genauer stellt 9 die spiralförmige Achse des spiralförmigen Elements 15 und die Zick-Zack-Richtung des mäanderförmigen Elements 16, beide im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung des dielektrischen Substrats 14 angeordnet, dar. 10 zeigt, dass die Elemente im Wesentlichen orthogonal zu der Längsrichtung angeordnet sind.
11 stellt die spiralförmige Achse des spiralförmigen Elements 15, angeordnet im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung des dielektrischen Substrats 14, dar, während die Zick-Zack-Richtung des mäanderförmigen Elements 16 im Wesentlichen orthogonal zu der Längsrichtung angeordnet ist. 12 ist umgekehrt dazu, wobei die spiralförmige Achse des spiralförmigen Elements 15, angeordnet im Wesentlichen orthogonal zu der Längsrichtung des dielektrischen Substrats 14, angeordnet ist, während die Zick-Zack-Richtung des mäanderförmigen Elements 16 im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung angeordnet ist.
13 stellt das mäanderförmige Element 16, angeordnet entlang der Mitte des spiralförmigen Elements 15, dar, während zwei Elemente 15 und 16 so angeordnet sind, wie dies in 9 dargestellt ist. 14 stellt das mäanderförmige Element 16, angeordnet an der Seite des spiralförmigen Elements 15, dar.
Die Antennen, dargestellt in den 15 bis 18, weisen herkömmlich ein erstes, strahlungs-leitendes Element 17 und ein zweites, strahlungs-leitendes Element 18, beide angeordnet in einer Spiralform, auf, wobei nur das erste, strahlungs-leitende Element 17 mit einem Energieversorgungsanschluss 13a zum Zuführen von Hochfrequenzsignalen verbunden ist. Diese unterscheiden sich voneinander in der Beziehung zwischen Positionen des ersten, strahlungs-leitenden Elements 17 und des zweiten, strahlungs-leitenden Elements 18.
Genauer gesagt stellt 15 die spiralförmige Achse des ersten, spiralförmigen Elements 17 und die spiralförmige Achse des zweiten, spiralförmigen Elements 18, beide angeordnet im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung des dielektrischen Substrats 14, dar. 16 stellt beide Elemente im Wesentlichen orthogonal zu der Längsrichtung angeordnet dar.
17 stellt dar, dass die Spiralachse des ersten, spiralförmigen Elements 17 im Wesentlichen orthogonal zu der Längsrichtung des dielektrischen Substrats 14 angeordnet ist und dass die spiralförmige Achse des zweiten, spiralförmigen Elements 18 im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung angeordnet ist. 18 stellt dar, dass das spiralförmige Element 18 entlang der Mitte der Spiralform des spiralförmigen Elements 17 angeordnet ist, während die zwei Elemente 17 und 18 so geformt sind, wie dies in 15 dargestellt ist.
Die Antennen, dargestellt in 19 bis 22, weisen herkömmlich ein erstes, strahlungs-leitendes Element 19 und ein zweites, strahlungs-leitendes Element 20, beide angeordnet in einer Mäanderform, auf, wobei nur das erste, strahlungs-leitende Element 19 mit dem Energieversorgungsanschluss 13a zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals verbunden ist. Diese unterscheiden sich voneinander in der Beziehung zwischen den Positionen des ersten, strahlungs-leitenden Elements 19 und des zweiten, strahlungs-leitenden Elements 20.
Genauer gesagt stellt 19 die Zick-Zack-Richtungen des ersten, mäanderförmigen Elements 19 und des zweiten, mäanderförmigen Elements 20, beide angeordnet im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung des dielektrischen Substrats 14, dar. 20 zeigt, dass die Elemente im Wesentlichen orthogonal zu der Längsrichtung angeordnet sind.
21 zeigt, dass die Zick-Zack-Richtung des ersten, mäanderförmigen Elements 19 im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung des dielektrischen Substrats 14 angeordnet ist, und dass die Zick-Zack-Richtung des zweiten, mäanderförmigen Elements 20 im Wesentlichen orthogonal zu der Längsrichtung angeordnet ist. 22 stellt zwei mäanderförmige Elemente 19 und 20, angeordnet orthogonal zu dem Boden des dielektrischen Substrats 14, dar, während die zwei Elemente 19 und 20 so geformt sind, wie dies in 19 dargestellt ist.
Die Antennen, dargestellt in den 23 bis 28, weisen ein erstes, strahlungsleitendes Element 21, gebildet in einer Zick-Zack-Mäander-Form, verbunden mit einem Energieversorgungsanschluss 13a zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals, und ein zweites, strahlungs-leitendes Element 20, gebildet in einer Spiralform, dar. Diese unterscheiden sich voneinander in der Beziehung zwischen den Positionen des ersten, strahlungs-leitenden Elements 21 und des zweiten, strahlungs-leitenden Elements 22.
Genauer gesagt zeigt 23 die Zick-Zack-Richtung des mäanderförmigen Elements 21 und die Spiralachse des spiralförmigen Elements 22, beide im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung des dielektrischen Substrats 14 angeordnet. 24 zeigt, ähnlich zu 9, beide im Wesentlichen orthogonal zu der Längsrichtung angeordnet.
Die 23 und 24, bei denen der Energieversorgungsanschluss 13a mit dem mäanderförmigen Element 21 verbunden ist, unterscheiden sich von den 9 und 10, wo der Energieversorgungsanschluss 13a mit dem spiralförmigen Element 15 verbunden ist.
25 zeigt, dass die Zick-Zack-Richtung des mäanderförmigen Elements 21 im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung des dielektrischen Substrats 14 angeordnet ist und dass die Spiralachse des spiralförmigen Elements 22 im Wesentlichen orthogonal zu der Längsrichtung angeordnet ist. 26 zeigt, umgekehrt hierzu, dass die Zick-Zack-Richtung des mäanderförmigen Elements 21 im Wesentlichen orthogonal zu der Längsrichtung des dielektrischen Substrats 14 angeordnet ist, und dass die Spiralachse des spiralförmigen Elements 22 im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung angeordnet ist.
Die 25 und 26, wo der Energieversorgungsanschluss 13a mit dem mäanderförmigen Element 21 verbunden ist, unterscheiden sich von den 11 und 12 dort, wo der Energieversorgungsanschluss 13a mit dem spiralförmigen Element 15 verbunden ist.
27 zeigt ein mäanderförmiges Element 21, angeordnet in einem spiralförmigen Element 22, während Elemente 21 und 22 so angeordnet sind, wie dies in 23 dargestellt ist. 28 stellt das mäanderförmige Element 21, angeordnet auf der Seite des spiralförmigen Elements 22, in demselben Aufbau dar.
Die Anordnung der Antenne 12, dargestellt in 1, wird spezifisch unter Bezugnahme auf die 29 bis 34 beschrieben. Die Anordnung der Antenne ist so, um derart betreibbar zu sein, um Signale in zwei unterschiedlichen Frequenzbändern, jeweils, zu senden und zu empfangen, ist allerdings nicht hierauf beschränkt. Durch die Zeichnungen hinweg sind entsprechende Bauelemente mit den entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
In 29 bezeichnet das Bezugszeichen 12 eine Antenne. In der Antenne ist das erste, strahlungs-leitende Element 23 in einer Spiralform auf jeder Oberfläche eines Kernelements 33, hergestellt aus einem dielektrischen Material, einem magnetischen Material oder einem isolierenden Harzmaterial, gebildet, und das zweite, strahlungsleitende Element 24 ist in einer Zick-Zack-Mäander-Form, isoliert gegen das strahlungs-leitende Element 23, gebildet.
Auch ist nur das erste, strahlungs-leitende Element 23 mit dem Energieversorgungsanschluss 13a zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals verbunden. Eine Anpassungsschaltung 14 ist zwischen dem Energieversorgungsanschluss 13a und der Energieversorgung 13 verbunden. Die Anpassungsschaltung 14 kann Chip-Kondensatoren, Chip-Leiter oder Reaktanz-Elemente, z. B. ein Schaltungsmuster auf einer gedruckten Schaltungsleiterplatte 8, aufweisen. Die Anpassungsantenne 12 mit der Energieversorgung 13 verringert den Energieverlust von Reflexionen.
Das Kernelement 33, hergestellt aus einem dielektrischen Material, verkürzt seine elektrische Länge aufgrund eines Wellenlängen-Verkürzungs-Effekts auf dem dielektrischen Material, was demzufolge zu der kleineren Größe der Antenne 12 beiträgt. Die Antenne 12 besitzt ein Kernelement 33, hergestellt aus einem magnetischen Material, wodurch die Antenne 12 für Niederfrequenzsignale vorteilhaft ist.
In dem Fall, dass das Kernelement 33 aus einem isolierenden Harzmaterial hergestellt ist, kann die Antenne 12 unter einer höheren Effektivität hergestellt werden. Das erste, strahlungs-leitende Element 23 und das zweite, strahlungs-leitende Element 24 werden im voraus an solchen Stellen platziert, um eine erwünschte Antennen-Charakteristik zu realisieren, und werden durch das Harzmaterial durch ein Formgießen eingekapselt. Das erste und das zweite strahlungs-leitende Element 23, 24 können durch einen Pressvorgang geformt werden. Der gesamte Herstellvorgang kann entsprechend einfach mit einer hohen Produktivität automatisiert werden.
Die Beziehung zwischen Positionen des ersten, strahlungs-leitenden Elements 23 und des zweiten, strahlungs-leitenden Elements 24 können zum Kontrollieren der Stärke einer elektromagnetischen Kopplung modifiziert werden. Dies erleichtert, die Impedanz des jeweiligen Frequenzbands einzustellen. Auch ist der Antennenaufbau gemäß dieser Ausführungsform zum Modifizieren der Beziehung zwischen Positionen des ersten und des zweiten, strahlungs-leitenden Elements vorteilhaft.
Die Installation der Antenne 12 wird nun erläutert. Die Antenne 12 weist drei Befestigungsanschlüsse 25, gebildet an dem Boden und den Seiten davon, auf, um einfach auf einer gedruckten Schaltungsleiterplatte 8 montierbar zu sein. Der Energieversorgungsanschluss 13a ist auch über dem Boden und einer Seite der Antenne 12 gebildet. Andererseits sind, auf der gedruckten Schaltungsleiterplatte, Befestigungslaschen 26 und eine Energieversorgungslasche 27 an den entsprechenden vier Stellen gebildet. Die Antenne 12 wird fest an vier Stellen, zusammen mit anderen Bauelementen, an der gedruckten Schaltungsleiterplatte 8 durch eine automatische Montagetechnik angelötet.
30 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Modifikation der Antenneninstallation erläutert. Wie dargestellt ist, ist der Energieversorgungsanschluss 28a, verbunden mit dem ersten, strahlungs-leitenden Element 23, an einem Ende eines Kernelements 33 gebildet, und der Befestigungsanschluss 29a ist an dem anderen Ende gebildet. Eine Energieversorgungshalterung 28b und eine Montagehalterung 29b, die jeweils den Anschlüssen entsprechen, sind auf der gedruckten Schaltungsleiterplatte 8 vorgesehen. Die Antenne wird befestigt, indem der Energieversorgungsanschluss 28a und der Befestigungsanschluss 29a in Halterungsteile 28b und 29b, jeweils, eingesetzt werden.
Demzufolge wird die Antenne 12 sicher durch Einsetzen einer einfachen Anordnung befestigt, die davor geschützt ist, hohen Temperaturen in dem Reflow-Prozess ausgesetzt zu werden, und demzufolge kann sie aus einem Material mit niedrigem Schmelzpunkt hergestellt werden. Auch wird ermöglicht, dass deren Charakteristik nur schwer beeinflusst wird.
31 zeigt eine schematische Draufsicht und eine Teilquerschnittsansicht eines tragbaren Telefons, an dem die Antenne installiert ist. 32 zeigt eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der tatsächlichen Verwendung des tragbaren Telefons darstellt.
Wie dargestellt ist, ist die Antenne 12 an dem oberen Ende auf der gedruckten Schaltungsleiterplatte 8, eingebettet in dem Gehäuse 11 des tragbaren Telefons 10, befestigt. Genauer gesagt ist die Antenne 12 an der oberen Seite mit einem Lautspre cher 4 der gedruckten Schaltungsleiterplatte 8 so befestigt, dass die Antenne von dem Kopf 6 des Benutzers so weit wie möglich beabstandet ist, wenn der Lautsprecher 4 an das Ohr während des Sprechens gehalten wird.
Dies verringert den Energieverlust, verursacht durch den Einfluss des Kopfs 6, und behält demzufolge die Strahlungs-Charakteristika der Antenne bei. Dies verringert auch einen unvorteilhaften Einfluss durch Halten des Gehäuses 11 mit der Hand.
Die Antenne 12 kann weit von einem unterbrechenden Objekt, z. B. einer Abschirmabdeckung 9 für ein elektrisches Abschirmen einer Hochfrequenzschaltung oder von Erdungsmustern, gebildet auf der gedruckten Schaltungsleiterplatte 8, angeordnet werden. Dies verringert eine elektrische Kopplung mit dem Objekt, den Energieverlust, verursacht durch die elektrische Kopplung, und demzufolge eine Verschlechterung der Antennen-Charakteristika.
33 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine andere Modifikation der Antenneninstallation darstellt. Wie dargestellt ist, ist ein Energieversorgungsanschluss 34, verbunden mit dem ersten, strahlungs-leitenden Material 31, an einem Ende der Oberfläche des Kernelements 33 gebildet, das im Querschnitt eine runde Form besitzt, und ein Befestigungsanschluss 37 ist an dem anderen Ende gebildet. Jeder Anschluss ist so ausgelegt, um die gedruckte Schaltungsleiterplatte 8 zu halten. Die gedruckte Schaltungsleiterplatte 8 besitzt eine Öffnung, die darin gebildet ist, die dazu geeignet ist, die Antenne 12 aufzunehmen. Energieversorgungslaschen 36 und Befestigungslaschen 37, die jeweils einem Energieversorgungsanschluss 34 und einem Befestigungsanschluss 35 entsprechen, sind an beiden Seiten der gedruckten Schaltungsleiterplatte 8 gebildet. Der Energieversorgungsanschluss 34 und der Befestigungsanschluss 35 sind an deren entsprechenden Laschen 36, 37 so angelötet, dass die Antenne 12 sicher an der gedruckten Schaltungsleiterplatte 8 befestigt werden kann.
Zum Aufnehmen der Antenne 12 kann die Öffnung, gebildet in der gedruckten Schaltungsleiterplatte 8, entsprechend dieser Ausführungsform, durch eine Kerbe mit derselben Größe, vorgesehen in dem oberen Ende der gedruckten Schaltungsleiterplatte 8, ersetzt werden. Auch sind der Befestigungsanschluss und die Befestigungslasche nicht auf ein Paar begrenzt, sondern zwei oder mehr Paare sind auch möglich, um die Antenne sicherer zu befestigen.
34 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine weitere Modifikation der Antenneninstallation darstellt. Wie dargestellt ist, ist der Energieversorgungsanschluss 34, verbunden mit dem ersten, strahlungs-leitenden Material 31, an einem Endbereich der Oberfläche eines Kernelements 33 vorgesehen, das eine runde Form im Querschnitt besitzt, und drei Befestigungsanschlüsse 35 sind an dem verbleibenden Bereich unter einem gleichen Intervall vorgesehen. Jeder Anschluss ist so ausgelegt, um die gedruckte Schaltungsleiterplatte 8 zu halten. Die Energieversorgungslaschen 36 und die Befestigungslaschen 37, entsprechend zu dem Energieversorgungsanschluss 34 und den Befestigungsanschlüssen 35, sind jeweils an beiden Seiten der gedruckten Schaltungsleiterplatte 8 vorgesehen. Der Energieversorgungsanschluss 34 und die Befestigungsanschlüsse 35 sind an entsprechenden Laschen 36 und 37 so angelötet, um die Antenne an der gedruckten Schaltungsleiterplatte 8 sicher zu befestigen.
Die Anordnungen, die in den 33 und 34 dargestellt sind, ermöglichen, dass der Raum in dem oberen Bereich des Gehäuses 11 effektiv verwendet wird, und die Antennen-Charakteristik wird verbessert.
Wie vorstehend angegeben ist, ist die Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung in im Wesentlichen einer vertikalen Richtung zu der Längsrichtung eines Gehäuses eines mobilen Telekommunikationsgeräts befestigt, wodurch ein unerwünschter, vorstehender Bereich an dem Gehäuse beseitigt wird. Dies verbessert die Tragbarkeit des mobilen Telekommunikationsgeräts und minimiert die Zerbrechlichkeit bei irgendeinem Unfall, wie beispielsweise bei einem Herunterfallen. Auch ermöglicht dies, dass die Antenne nicht nur für vertikal polarisierte Wellen arbeitet, sondern auch bei horizontal polarisierten Wellen, zu dem Gehäuse, was demzufolge eine Verschlechterung der Antennen-Charakteristik minimiert. Weiterhin kann die Antenne auf eine Chip-Größe verringert werden, was demzufolge die Massenherstellbarkeit und die elektrischen Charakteristika verbessert.

Claims

Mobile Telekommunikations-Empfangs-und-Sende-Vorrichtung als Mobiltelefon, die in zwei verschiedenen Frequenzbändern betrieben werden kann und umfasst: ein Gehäuse (11), wobei eine Antenne in dem Gehäuse (11) eingebettet ist und sich in einem oberen Längs-Abschlussbereich des Gehäuses (11) befindet, wobei die Antenne ein erstes strahlungsleitendes Element (15 oder 16) umfasst, das mit seinem einen Ende mit einem Stromzuführanschluss (13a) verbunden ist und an seinem anderen Ende offen ist, wobei der Stromzuführanschluss mit einer Hochfrequenz-Sender-/Empfänger-Schaltung verbunden ist, die in dem Gehäuse angeordnet ist, ein zweites strahlungsleitendes Element (16 oder 15) mit zwei Enden, wobei beide strahlungsleitenden Elemente so eingerichtet sind, dass sie bei einem anderen der zwei Frequenzbänder in Resonanz treten, eines der zwei strahlungsleitenden Elemente eine Mäanderform hat, beide strahlungsleitenden Elemente elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass: das andere der zwei strahlungsleitenden Elemente eine Spiralform hat, die zwei Enden des zweiten der zwei strahlungsleitenden Elemente offen sind, so dass es von dem anderen strahlungsleitenden Element elektrisch isoliert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsausdehnungen der zwei strahlungsleitenden Elemente (15, 16) entweder parallel oder rechtwinklig zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei strahlungsleitenden Elemente (15, 16) in einem harzgeformten oder dielektrischen Körper (12, 14) integriert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (12, 14) parallelepipedförmig ist und in dem Gehäuse (11) so angeordnet ist, dass seine Längsausdehnung senkrecht zu der Längsausdehnung des Gehäuses ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (12, 14) zylinderförmig ist und in dem Gehäuse (11) so angeordnet ist, dass seine Längsausdehnung senkrecht zu der Längsausdehnung des Gehäuses ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3–4, dadurch gekennzeichnet, dass das mäanderförmige strahlungsleitende Element an einer Oberfläche des Körpers (12, 14) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3–6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromzuführanschluss (13a) an dem Körper (12, 14) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (12, 14) durch den Stromzuführanschluss (13a) auf einer Leiterplatte (8) oberflächenmontiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (12, 14) von beiden Seiten der Leiterplatte (8) vorsteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes strahlungsleitendes Element vorhanden ist, das von den anderen zwei strahlungsleitenden Elementen (15, 16) elektrisch isoliert ist.