DE60316819T2

DE60316819T2 - Kompakte kreisförmige zweiband pifa

Info

Publication number: DE60316819T2
Application number: DE60316819T
Authority: DE
Inventors: Sripathi Lincoln YARASI; Govind R. Lincoln KADAMBI; Theodore S. Lincoln HEBRON
Original assignee: Centurion Wireless Technologies Inc
Current assignee: Laird Technologies Inc
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2023-06-13
Also published as: US6710748B2; AU2003238231A8; ATE375607T1; EP1537626B1; AU2003238231A1; WO2003107476A2; WO2003107476A3; DE60316819D1; EP1537626A2; US20030231134A1; EP1537626A4

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine planar invertierte F-Antenne (Planar Inverted F-Antenna) und insbesondere eine PIFA-Antenne mit nicht-herkömmlichen Formen und einer integrierten Zufuhrleitung auf einer Grundplatte.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einer drahtlosen Funkfrequenz(„HF” bzw. „RF" – radio frequency)-Datenkommunikation gibt es momentan eine Verschiebung der Anforderung von dem existierenden Einzel-Band-Betrieb zu einem Dual-ISM(industrial scientific medical)-Band-Betrieb, der zum Beispiel Frequenzbereiche von 2.4–2.5 bis 5.15–5.35 GHz abdeckt. Im Allgemeinen kann ein Dual-ISM-Band-Betrieb unter Verwendung entweder von externen oder internen Antennen erreicht werden. Externe Antennen sind groß und gegen mechanische Beschädigung empfindlich. Andererseits sind interne Antennen durch den Benutzer nicht zu sehen, kleiner, und weniger empfindlich gegen mechanische Beschädigung. Jedoch sind interne Antennen in der Wirksamkeit begrenzt aufgrund der Größen- und Volumenbeschränkungen, die mit drahtlosen Vorrichtungen verbunden sind.
In den meisten Vorrichtungen können nur spezifizierte Bereiche mit definiertem Volumen die Platzierung von internen Antennen aufnehmen. Diese Bereiche haben normalerweise nicht eine perfekte rechteckige/quadratische Form oder Größe. Manchmal nimmt der verfügbare Raum für interne Antennen fast eine kreisförmi ge zylindrische Form eines sehr kleinen Bereichs und Volumens an. Für eine optimale Leistung der internen Antenne ist es wünschenswert, dass die Form der abstrahlenden Struktur der Antenne soviel des möglichen Bereichs verwendet, wie möglich. Interne Dual-Band-ISM-Antennen sind jedoch im Allgemeinen in der Form rechteckig, was in Verbindung mit 9 unten erläutert wird. Somit wäre es wünschenswert, eine nicht-herkömmlich geformte PIFA-Antenne zu entwickeln, um mehr des verfügbaren Raums für eine interne Antenne zu verwenden.
EP 1 020 947 offenbart einen Antennenhauptteil, der ein getrenntes Metall-Schild als Grundplatte verwendet. US 2001/0033250 offenbart eine asymmetrische Dipol-Antenne. Tarvas et al „An internal dual-band mobile phone antenna" offenbart eine Planar invertierte Viertel-Welle-F-Typ-Antenne. US 2002/0033772 offenbart eine Antennenvorrichtung für eine tragbare Funkkommunikationsvorrichtung mit einer Mikrostreifenleitung. DE 201 14 387 offenbart eine Planar invertierte Dual- oder Multi-Frequenz-F-Antenne. EP 1 096 602 offenbart eine Struktur der PIFA-Typs mit einem Vorsprung, der sich erstreckt von der abstrahlenden Ebene zu der Grundebene oder umgekehrt. US 6 366 243 offenbart eine Planare Antenne mit einer kreisförmigen Form.
Es scheint, dass es keine Arbeit gibt über kreisförmige Einzel- oder Dual-Band-PIFAs in der veröffentlichten Literatur. Wen-Hsiu Hsu und Kin-Lu Wong "A Wideband Circular Patch Antenna", MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS, Vol. 25, Nr. 5, 5. Jun. 2000 S. 328 (im Folgenden als Hsu et al bezeichnet) berichtet eine Dual-Band-Mikrostreifen-Antenne mit einem kreisförmigen abstrahlenden Element unter Verwendung eines Luftsubstrats. Der Dual-Frequenz-Betrieb der Mikrostreifen-Antenne von Hsu et al. wird realisiert durch zwei getrennte lineare Schlitze. Die zwei Schlitze werden symmetrisch in Bezug auf die zentrale Achse des abstrahlenden Elements platziert. Die Achse der Mikrostreifen-Zufuhrleitung ist auch parallel zu den Achsen der Schlitze.
Eine kreisförmige Dual-Frequenz-Mikrostreifen-Antenne mit einem Paar von Bogen-förmigen Schlitzen wurde untersucht bei Kin-Lu Wong und Gui-Biu Hsieh "Dual-Frequency Circular Microstrip Antenna with a Pair of Arc-Shaped Slots", MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LEITERS, Vol. 19, Nr. 6, 20. Dez. 1998, S. 410–412 (im Folgenden hier als Wong et al bezeichnet). Die zwei Bogen-förmigen Schlitze befinden sich an jeder Seite einer der zentralen Achsen. In der Arbeit von Wong et al. werden die zwei Bogen-förmigen Schlitze ebenfalls symmetrisch in Bezug auf die verwiesene zentrale Achse der Antenne platziert.
In beiden der obigen Forschungsdokumente entspricht die Größe des Abstrahlungselements einer halben Wellenlänge an der Mittenfrequenz des unteren Resonanzbandes.
Kreisförmige Patch-Antennen liefern ebenso einen Einblick in die vorliegende Erfindung. Die Fallstudien von kreisförmigen Patches mit einem einzelnen Bogen oder U-förmigen Schlitz werden in der Arbeit von K. M. Luk, Y. W. Lee, K. F. Tong, und K. F. Lee "Experimental studies of circular Patches with slots", IBE Proc.-Microw. Antennas Propagation, Vol. 144, Nr. 6, Dezember 1997, S. 421–424 (im Folgenden hier als Luk et al bezeichnet) beschrieben. Mit einem einzelnen Bogen-förmigen Schlitz bestimmt die Wahl einer zentralen oder versetzten Zufuhr den Dual- oder Einzel-Frequenz-Betrieb. Die Wahl eines U-förmigen Schlitzes, wie in der Veröffentlichung von Luk et al., führt nur zu einem Einzel-Band-Betrieb mit einer weiteren Impedanzbandbreite.
Seit Kurzem gibt es eine spürbare Zunahme der Nachfrage der Verwendung von internen Antennen in drahtlosen Anwendungen. In einer Vielzahl von Optionen für interne Antennen scheint es, als hätten PIFAs ein größeres Potential. Neben einer umfangreichen Brauchbarkeit von PIFA in kommerziellen zellularen Kommunikationen, findet PIFA weiter ihre Verwendungsfähigkeit in vielen anderen Systemanwendungen, wie WLAN, dem Internet oder dergleichen. Die Leiterplatte der Kommunikationsvorrichtung dient als die Grundplatte der internen Antenne.
Die PIFA ist charakterisiert durch viele unterscheidende Eigenschaften, wie relativ geringes Gewicht, einfache Adaptierung und Integration in das Vorrichtungschassis, moderater Bandbreitenbereich, vielseitig für eine Optimierung und mehrere mögliche Ansätze für eine Größenreduzierung. Ihre Empfindlichkeit gegenüber vertikaler und horizontaler Polarisation ist von großer praktischer Wichtigkeit in drahtlosen Vorrichtungen aufgrund von Mehrfach-Pfad-Ausbreitungsbedingungen. Alle diese Merkmale machen die PIFA eine genauso gute Wahl wie jede interne Antenne für drahtlose Vorrichtungsanwendungen. Hinsichtlich Diversity-Schemen haben PIFAs einen eindeutigen Vorteil, da sie in eine Vielzahl von entweder Polarisation- oder Muster-Diversity-Schemen gestaltet werden können.
Ein herkömmlicher Einzel-Band-PIFA-Aufbau wird in den 9A und 9B gezeigt. Die PIFA 110, die in 9A und 9B gezeigt wird, besteht aus einem Abstrahlungselement 101, einer Grundplatte 102, einem Verbinder-Zufuhrstift 104a und einem leitenden Pfosten oder Stift 107. Ein Energie-Zufuhr-Loch 103 befindet sich in dem Abstrahlungselement, das dem Verbinder-Zufuhrstift 104a entspricht. Der Verbinder-Zufuhrstift 104a dient als ein Zufuhrpfad für HF-Energie zu dem Abstrahlungselement 101. Der Verbinder-Zufuhrstift 104a ist durch das Zufuhr-Loch 103 von der unteren Oberfläche der Grundplatte 102 eingeführt. Der Verbinder-Zufuhrstift 104a ist elektrisch von der Grundplatte 102 isoliert, wo der Stift durch das Loch in der Grundplatte 102 durchgeht. Der Verbinder-Zufuhrstift 104a ist elektrisch mit dem Abstrahlungselement 101 an dem Punkt 105a mit zum Beispiel Lötmetall verbunden. Der Hauptteil des Zufuhr-Verbinders 104b ist elektrisch mit der Grundplatte an dem Punkt 105b mit zum Beispiel Lötmetall verbunden. Der Verbinder-Zufuhrstift 104a ist elektrisch von dem Hauptteil des Zufuhr-Verbinders 104b isoliert. Ein Durchgangsloch 106 befindet sich in dem Abstrahlungselement 101, das dem leitenden Pfosten oder Stift 107 entspricht. Der leitende Pfosten 107 wird durch das Loch 106 eingeführt. Der leitende Pfosten 107 dient als ein Kurzschluss zwischen dem Abstrahlungselement 101 und der Grundplatte 102. Der leitende Pfosten 107 ist elektrisch mit dem Abstrahlungselement 101 an dem Punkt 108a mit zum Beispiel Lötmetall verbunden. Der leitende Pfosten 107 ist auch elektrisch mit der Grundplatte 102 an dem Punkt 108b mit zum Beispiel Lötmetall verbunden. Die Resonanzfrequenz der PIFA 110 wird durch die Länge (L – length) und die Breite (W – width) des Abstrahlungselements 101 bestimmt und ist etwas durch die Positionen des Zufuhrstifts 104a und des kurzschließenden Stifts 107 beeinflusst. Die Impedanzanpassung der PIFA 10 wird erreicht durch Anpassen des Durchmessers des Verbinder-Zufuhrstifts 104a, durch Anpassen des Durchmessers des leitenden kurzschließenden Pfostens 107 und durch Anpassen des Trennungsabstands zwischen dem Verbinder-Zufuhrstift 104a und dem leitenden kurzschließenden Pfosten 107. Die grundlegende Beschränkung der Konfiguration der PIFA 110, die in 9A und 9B beschrieben wird, ist die Anforderung für relativ große Dimensionen von Länge (L) und Breite (W) des Abstrahlungselements 101, um ein gewünschtes Resonanzfrequenzband zu erhalten. Diese Konfiguration ist nur auf Einzel-Betriebs-Frequenzband-Anwendungen begrenzt. Wenn die PIFA eine Dual-Band-PIFA wäre, würde sich ein Schlitz (nicht gezeigt) in dem Abstrahlungselement 101 befinden, um das Abstrahlungselement 101 gewissermaßen zu teilen.
Wie durch die 9A und 9B dargestellt, konzentriert sich die Mehrheit der PIFA-Designs auf PIFA-Designs, die eine rechteckige oder quadratische Form haben. Somit wäre es wünschenswert, eine kompakte interne Dual-ISM-Band-PIFA mit nicht-herkömmlichen Formen zu entwickeln.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung zeigt neue Schemen zur Gestaltung von kreisförmig geformten PIFAs mit einer kleinen Grundplatte. Deutlich abweichend von der routinemäßigen und herkömmlichen Zufuhr-Struktur, die normalerweise in dem PIFA-Design eingesetzt wird, zeigt diese Erfindung auch, dass das HF-Zufuhrleitungssystem in die PIFAs integriert werden kann.
Um die Vorteile zu erzielen und gemäß dem Zweck der Erfindung, gemäß den angefügten Ansprüchen, werden Planar invertierte F-Antennen offenbart. Die Planar invertierten F-Antennen umfassen nicht-rechteckige Abstrahlungselemente, die sich auf einem dielektrischen Träger befinden, der sich wiederum auf einer Grundplatte befindet. Ein Schlitz im Abstrahlungselement teilt gewissermaßen das Abstrahlungselement. Ein Zufuhrstift, ein Leitungspfosten und ein Anpassungsvorsprung werden verwendet, um eine Leistung dem Abstrahlungselement zuzuführen und die PIFA auf die geeignete Frequenz abzustimmen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich bei Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen und wobei:
1 eine Perspektivansicht einer Planar invertierten F-Antenne ist, illustrativ für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Frequenzantwort ist, welche die Eigenschaften einer bestimmten PIFA darstellt, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung konstruiert ist;
3a und 3b gemessene Abstrahlungsmuster der PIFA sind, zugehörig zu 2 für HF-Frequenzen von 2450 beziehungsweise 5250 MHz.
4 eine Perspektivansicht einer Planar invertierten F-Antenne ist, illustrativ für ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine Perspektivansicht einer Planar invertierten F-Antenne ist, die nützlich ist zum Verständnis der vorliegenden Erfindung;
6 eine Explosionsdarstellung der PIFA 120 ist, die zu 1 gehörig ist;
7 eine Explosionsdarstellung der PIFA 130 ist, die zu 4 gehörig ist;
8 eine Explosionsdarstellung der PIFA 140 ist, die zu 5 gehörig ist;
9a eine Draufsicht einer Einzel-Band-PIFA des Standes der Technik ist; und
9b eine Schnittansicht der PIFA nach dem Stand der Technik von 9a ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Formen erläutert wird, wie „Hufeisen-, U- oder L-förmiger Schlitz", werden Fachleute beim Lesen der Offenbarung erkennen, dass andere Formen möglich sind, wie eine „C"-Form, eine elliptische Form, Klammer-Form oder dergleichen.
Wie oben erwähnt, geben einige Designs gemäß dem Stand der Technik einen Einblick in die vorliegend Erfindung. Insbesondere die folgenden drei Veröffentlichungen, die Antennen gemäß dem Stand der Technik betreffen, sind nützlich: Wen-Hsiu Hsu und Kin-Lu Wong, "A Wideband Circular Patch Antenna", MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LEITERS, Vol. 25, Nr. 5, 5. Jun. 2000 S. 328, Kin-Lu Wong und Gui-Bin Hsieh, "Dual-Frequency Circular Microstrip Antenna with a Pair of Arc-Shaped Slots", MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LEITERS, Vol. 19, Nr. 6, 20. Dez. 1998, S. 410–412, und K. M. Luk, Y. W. Lee, K. F. Tong, und K. F. Lee, "Experimental Studies Of Circular Patches With Slots", IEE Proc.-Microw. Antennas Propagation., Vol. 144, Nr. 6, Dezember 1997, S. 421–424. Hsu et al und Wong et al beschreiben eine Mikrostreifen-Antenne, wobei die Größe des Abstrahlungselements einer halben Wellenlänge an der Mittenfrequenz des unteren Resonanzbandes entspricht. Anders als die Antennen von Hus et al. und Wong et al. verwendet jedoch die vorliegende Erfindung einen einzelnen Schlitz, um einen Dual-Frequenzbetrieb einer kreisförmigen PIFA zu erreichen. Weiter entspricht, aufgrund des kurzschließenden Pfostens, der zu der PIFA gehört, die Größe des Abstrahlungselements der kreisförmigen PIFA dieser Erfindung nur einer Viertelwellenlänge oder weniger an der Mittenfrequenz des unteren Resonanzbandes.
Die vorliegende Erfindung verwendet einen U-förmigen Schlitz wie in Luk et al. Jedoch hat die kreisförmige Patch-Antenne von Luk et al. einen Einzel-Band-Betrieb mit einer breiteren Impedanzbandbreite. Die vorliegende Erfindung setzt einen einzelnen Schlitz ein, um einen Dual-Frequenzbetrieb zu zeigen. Der Dual-Frequenzbetrieb der kreisförmigen PIFA wurde auch mit anderen Schlitz-Formen gezeigt, wie zum Beispiel ein einzelner Bogen-förmiger Schlitz. Weiter wurde, anders als Luk et al., der Dual-Band-Betrieb der kreisförmigen PIFA dieser Erfindung mit einem Abstrahlungselement einer Viertelwellenlänge in der Größe erreicht, die der mittleren Frequenz des unteren Bands entspricht. Schließlich kann die vorliegende Erfindung eine relativ kleinere Grundplatte verwenden, wie zum Beispiel Grundplatten, die von Größen von 30 bis 45 mm (L) mal 25 bis 30 mm (W) reichen, wodurch die Kompaktheit der gesamten PIFA-Struktur erreicht wird.
Insbesondere unter Bezugnahme auf die 1 und 6 wird eine PIFA 120 gezeigt, die illustrativ für ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist. Die PIFA 120 hat einen Funkfrequenz(RF – radio frequency)-Leistungsverbinder 1, eine Grundplatte 7, ein Abstrahlungselement 8, einen dielektrischen Träger 10, einen Schlitz 11, eine Mikrostreifen-Zufuhr-Leitung 13 und eine Leiterplatte (PCB – printed circuit board) 16. Die PCB 16 hat einen metallischen Bereich 17 und einen nicht-metallischen Bereich 18. Der dielektrische Träger 10 kann aus vielen Typen eines dielektrischen Materials sein, wie zum Beispiel Polyethylen hoher Dichte, Acrylnitrit-Butadien-Styrol und Polycarbonat und dergleichen. Im Allgemeinen ist zu erkennen, dass dielektrische Materialien mit einem dielektrischen Kontrast in dem Bereich von etwa 2.5 bis etwas 3.5 gut geeignet sind. Ein Herstellen der PCB 16 mit metallischen und nicht-metallischen Bereichen ist weitgehend eine Funktion der Designwahl. Die PIFA 120 befindet sich derart auf der PCB 16, dass ein Teil der PIFA 120 mit sowohl metallischen (17) als auch nicht-metallischen (18) Bereichen ausgerichtet ist. Die PIFA 120 wird mit dem größten Teil des Abstrahlungselements über dem nicht-metallischen Bereich 18 gezeigt. Es ist möglich, die PIFA 120 so auszubilden, dass mehr oder weniger des Abstrahlungselements über dem nicht-metallischen Bereich 18 liegt. Im Allgemeinen arbeitet die PIFA 120 besser, wenn ein größerer Teil des Abstrahlungselements über dem nicht-metallischen Bereich 18 liegt. In der PIFA 120 ist, während die Mikrostreifen-Zufuhr 13 auf der unteren Oberfläche der PCB 16 ist, der metallische Bereich 17 auf der oberen Oberfläche der PCB 16.
Während der Leistungs-Verbinder 1 jede Anzahl eines äquivalenten Verbinders sein kann, wurde erkannt, dass ein SMA-Verbinder nützlich ist. Der SMA-Verbinder hat einen mittleren Leiter 1c und äußere Leiter 1a und 1b. Wie in 6 gezeigt, ist der mittlere Leiter 1c mit einem ersten Ende 2a des Mikrostreifens 13 verbunden, zum Beispiel durch Löten. Ein zweites Ende 3a des Mikrostreifens 13 ist verbunden, zum Beispiel durch Löten, mit einem Zufuhrstift 14. Der Zufuhrstift 14, der sich durch Durchgangslöcher in der Grundplatte 7 und dem dielektrischen Träger 10 erstreckt (Durchgangslöcher nicht besonders markiert, aber gezeigt in 6), wird mit dem Abstrahlungselement 8 verbunden, um eine HF-Leistung zu liefern.
Der Verbinder 1 hat im Allgemeinen auch äußere Leiter 1a und 1b. Die äußeren Leiter 1a und 1b sind verbunden, zum Beispiel durch Löten, mit der PCB 16, wie ein erster Lötpunkt 5c und ein zweiter Lötpunkt 5d, die normalerweise derart angeordnet sind, dass sie in Bezug auf die zentrale Achse der Mikrostreifen-Zufuhrleitung 13 symmetrisch sind. Die Positionen des ersten Lötpunktes 5c und des zweiten Lötpunktes 5d sind derart, dass sie in Bezug auf die zentrale Achse der Mikrostreifen-Zufuhrleitung 13 symmetrisch sind.
Wie am Besten zu sehen ist in 6 und beschrieben wird von der PCB 16 bis zu dem Abstrahlungselement 8, befindet sich die Grundplatte 7 derart auf der PCB 16, dass das Zufuhr-Durchgangsloch in der Grundplatte 7 mit dem zweiten Ende 3a des Mikrostreifen 13 angepasst ist. Zumindest der dritte Lötpunkt 5a und der vierte Lötpunkt 5b verbinden die Grundplatte 7 mit der PCB 16.
Das Abstrahlungselement 8 enthält einen Schlitz 11, einen Leitungspfosten 15 und einen Anpassungsvorsprung 9. Der Schlitz 11, der ein Hufeisen-förmiger Schlitz ist, kann sich in einer Anzahl von Positionen befinden, um das Abstrahlungselement 8 gewissermaßen aufzuteilen. Der Schlitz 11 wird auf dem Abstrahlungselement 8 gebildet durch Bilden einer Spur von einem Punkt, der sich auf der linken Seite des Zufuhrstifts 14 befindet, zu einem Punkt, der sich auf der rechten Seite des Leitungspfostens 15 befindet. In diesem Fall hat der Schlitz 11 einen Bogen von ungefähr 270 Grad, aber der Bogen kann von ungefähr 180 Grad bis zu ungefähr 300 Grad haben, abhängig von der Platzierung des Zufuhrstifts und des Leitungspfostens. Der Leitungspfosten 15 ist an dem Abstrahlungselement 8 angebracht und erstreckt sich durch ein Durchgangsloch in dem dielektrischen Träger 10. Der Leitungspfosten 15 ist mit der Grundplatte 7 verbunden, aber nicht mit dem Mikrostreifen 13 (d. h. der Leitungspfosten 15 ist geerdet). Der Anpassungsvorsprung 9, der an dem Abstrahlungselement 8 bei 8a befestigt ist, erstreckt sich ebenso entlang der äußeren Seitenwand des dielektrischen Trägers 10, ohne an der Grundplatte 7 befestigt zu sein. Wie für Fachleute beim Lesen der Offenbarung offensichtlich ist, steuern die Größe, die Form und die Platzierung von Schlitz 11, Zufuhrstift 14, Leitungspfosten 15 und Anpassungsvorsprung 9 die Betriebsfrequenzen der Dual-Band-ISM-PIFA. Insbesondere hat ein Steuern des Bogenradius von Schlitz 11 (mehr oder weniger Bogenradius) einen ausgeprägten Effekt auf die obere Frequenz der PIFA 120. Die untere Frequenz ist im Allgemeinen einstellbar durch Variieren der Dimensionen und der Platzierung des Anpassungsvorsprungs 9. Die Positionen sowie die Größen des Leitungspfostens 15 und des Zufuhrstifts 14 haben geringe Effekte auf Resonanzfrequenzen der PIFA 120. Die 2, 3a und 3b zeigen Diagramme von VSWR und Verstärkung der PIFA 120 mit einem Radius von 7.5 mm und einer Höhe von 7.5 mm. Der Radius und die Höhe können zwischen 4 bis 10 mm für den Radius und 4 bis 8 mm für die Höhe variieren. Auch müssen der Radius und die Höhe nicht gleich sein.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 7 wird eine PIFA 130 gezeigt, die illustrativ für ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist. Die PIFA 130 ist ähnlich zu der PIFA 120, jedoch hat die PIFA 130 ein alternatives Schlitzdesign. Für Fachleute ist beim Lesen der Offenbarung offensichtlich, dass die kreisförmige PIFA viele Schlitzkonfigurationen haben kann und die Schlitze, die in den Figuren gezeigt werden, beispielhaft und nicht einschränkend sind.
Insbesondere hat die PIFA 130 einen Verbinder 38, einen Mikrostreifen 35, eine PCB 34, eine Grundplatte 26, einen dielektrischen Träger 29, ein Abstrahlungselement 27, einen Schlitz 30, einen Zufuhrstift 36, einen Leitungspfosten 37, einen Anpassungsvorsprung 28. Die PCB 34 hat einen metallischen Bereich 32 und einen nicht-metallischen Bereich 33. Die PIFA 130 befindet sich derart auf der PCB 34, dass ein Teil der PIFA 130 mit sowohl den metallischen (32) als auch den nicht-metallischen (33) Bereiche ausgerichtet ist. Die PIFA 130 wird gezeigt mit einem Hauptteil des Abstrahlungselements über dem nicht-metallischen Bereich 33 existierend. Es ist möglich, die PIFA 130 anzuordnen, dass mehr oder weniger des Abstrahlungselements über dem nicht-metallischen Bereich 33 liegt. Im Allgemeinen arbeitet die PIFA 130 besser, wenn ein größerer Teil des Abstrahlungselements über dem nicht-metallischen Bereich 33 liegt.
Unter Bezugnahme auf 7 und unter Verwendung eines beispielhaften SMA-Verbinders für den Leistungs-Verbinder 38, wird ein mittlerer Leiter 20c an einem ersten Ende 21a des Mikrostreifens 35 angebracht. Die äußeren Leiter 20a und 20b werden an der PCB 34 an den Punkten 24c und 24d angebracht. Ein zweites Ende 22a des Mikrostreifens 35 wird, zum Beispiel durch Löten, an einem Zufuhrstift 36 angebracht. Der Zufuhrstift 36, der sich durch Durchgangslöcher in der Grundplatte 26 und dem dielektrischen Träger 29 erstreckt (über Löcher, die nicht spezifisch markiert, aber in 7 gezeigt werden), wird mit dem Abstrahlungselement 27 verbunden, um eine HF-Leistung zu liefern.
Die äußeren Leiter 20a und 20b werden, zum Beispiel durch Löten, an der PCB 34 angebracht, wie an einem ersten Lötpunkt 24c und einem zweiten Lötpunkt 24d. Die Positionen der Lötpunkte 24c und 24d sind derart, dass sie in Bezug auf die zentrale Achse der Mikrostreifen-Zufuhrleitung 35 symmetrisch sind.
Wie am Besten in der 7 zu sehen ist, befindet sich die Grundplatte 26 derart auf der PCB 34, dass das Zufuhr-Durchgangsloch in der Grundplatte 26 mit dem zweiten Ende 22a des Mikrostreifens 35 übereinstimmt. Zumindest der dritte Lötpunkt 24a und der vierte Lötpunkt 24b verbinden die Grundplatte 26 mit der PCB 34.
Das Abstrahlungselement 27 enthält einen Schlitz 30, einen Leitungspfosten 37 und einen Anpassungsvorsprung 28. Der Schlitz 30, der in diesem Fall ein „U"- oder Klammer-förmiger Schlitz ist, kann sich in einer Anzahl von Positionen befinden, um das Abstrahlungselement 27 gewissermaßen aufzuteilen. Der Schlitz 30 ist auf dem Abstrahlungselement 27 derart ausgebildet, dass die Form des Schlitzes weg von der Mitte der kreisförmigen PIFA positioniert ist. Die Platzierung des U-förmigen Schlitzes wird bestimmt durch die Positionen der Zufuhr- und Kurzschluss-Pfosten. Die Länge und die Breite des U-förmigen Schlitzes sowie seine relativen Positionen in Bezug auf die Positionen der Zufuhr/Kurzschluss-Pfosten werden bestimmt durch die gewünschte Frequenzabstimmung. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Leitung, die den Zufuhrpfosten und den kurzschließenden Stift verbindet, intern zu dem Profil des U-förmigen Schlitzes. Der Leitungspfosten 37 ist an dem Abstrahlungselement 27 angebracht und erstreckt sich durch ein Durchgangsloch in dem dielektrischen. Träger 29. Der Leitungspfosten 37 ist mit der Grundplatte 26 verbunden, aber nicht mit dem Mikrostreifen 35 (d. h. der Leitungspfosten 37 ist geerdet). Der Anpassungsvorsprung 28, der an dem Abstrahlungselement 27 bei 27a angebracht ist, erstreckt sich ebenso entlang der Seitenwand des dielektrischen Trägers 29, ohne an der Grundplatte 26 befestigt zu sein. Wie für Fachleute beim Lesen der Offenbarung offensichtlich ist, steuern die Größe, die Form und die Platzierung von Schlitz 30, Zufuhrstift 36, Leitungspfosten 37 und Anpassungsvorsprung 28 die Betriebsfrequenzen der Dual-Band-ISM-PIFA. Insbesondere hat ein Steuern der Platzierung und der Größe von Schlitz 30 einen ausgeprägten Effekt auf die obere Resonanzfrequenz der PIFA 130. Die untere Resonanzfrequenz ist im Allgemeinen einstellbar durch Variieren der Dimensionen und der Platzierung des Anpassungsvorsprungs 28. Die Positionen sowie die Größen des Leitungspfostens 37 und des Zufuhrstifts 36 haben geringe Effekte auf die Resonanzfrequenzen der PIFA 130. Der Radius und die Höhe für die PIFA 130 können zwischen 4 bis 10 mm für den Radius und 4 bis 8 mm für die Höhe variieren. Auch müssen der Radius und die Höhe nicht gleich sein.
Unter Bezugnahme mm auf die 5 und 8, wird die PIFA 140 eines Beispiels beschrieben, das nützlich ist für das Verständnis der vorliegenden Erfindung. Die PIFA 140 ist ähnlich zu den PIFAs 120 und 130. Aber anders als die PIFAs 120 und 130 eliminiert die PIFA 140 die Durchgangslöcher in der Grundplatte durch strategische Positionen des Zufuhrstifts, Kurzschluß-Pfostens und der Wahl der co-Planaren Wellenleiter(CPW – co Planar waveguide)-Zufuhrleitung anstelle der Mikrostreifen-Zufuhrleitung, wie im Folgenden erläutert wird.
Die PIFA 140 weist auf einen Verbinder 56, eine PCB 54, einen CPW 55, ein Abstrahlungselement 47, einen dielektrischen Träger 49 und eine Grundplatte 46. Die PCB 54 enthält einen metallischen Bereich 52 und einen nicht-metallischen Bereich 53. In diesem Beispiel befindet sich die PIFA 140 auf dem nicht-metallischen Bereich 53 der PCB 54. Der CPW 55 erstreckt sich somit von dem Verbinder 56 über den metallischen Bereich 52 zu der Schnittstelle zwischen dem metallischen Bereich 52 und dem nicht-metallischen Bereich 53. Es wäre möglich, die PIFA 140 mit Teilen über dem metallischen Bereich 52 anzuordnen. Aber in dieser Konfiguration wurde gezeigt, dass die PIFA 140 besser arbeitet, wenn sie sich über dem nicht-metallischen Teil der PCB 54 befindet.
Wie am besten in der 8 gezeigt und wiederum unter Verwendung des standardmäßigen SMA-Verbinders für den Verbinder 56, ist ein mittlerer Leiter 40c an einem ersten Ende 41a des CPWs 55 angebracht. Die äußeren Leiter 40a und 40b des HF-Verbinders 56 werden an der PCB 54 an dem ersten Lötpunkt 44a und dem zweiten Lötpunkt 44b angebracht. Ein zweites Ende 42b des CPWs 55 wird mit dem Zufuhrstreifen 42 verbunden. Der Zufuhrstreifen 42 erstreckt sich entlang der Seitenwand des dielektrischen Trägers 49 und ist mit dem Abstrahlungselement 47 verbunden. Da sich der Zufuhrstreifen 42 entlang der Seitenwand des dielektrischen Trägers 49 erstreckt, können die Durchgangslöcher in der Grundplatte 46 und in dem dielektrischen Träger 49 eliminiert werden. Ähnlich wird ein Leitungspfosten 43 an dem Abstrahlungselement 47 angebracht, erstreckt sich entlang der Seitenwand des dielektrischen Trägers 49, zur Verbindung mit der Grundplatte 46. Ein Anpassungsvorsprung 48, der ebenfalls an dem Abstrahlungselement 47 angebracht ist, erstreckt sich entlang der äußeren Wand des dielektrischen Trägers 49. Der Zufuhrstreifen 42, der Leitungspfosten 43 und der Anpassungsvorsprung 48 sind bündig mit der Seitenwand des dielektrischen Trägers 49.
Der Schlitz 40 ist L-förmig. Das Segment des L-förmigen Schlitzes 40 mit einer Öffnung oder Lücke (offenes Ende) in dem Umfang des Abstrahlungselements bildet den horizontalen Abschnitt des L-Schlitzes. Die Achse des horizontalen Abschnitts des L-Schlitzes ist senkrecht zu der Achse des CPWs 55. Der vertikale Abschnitt des L-Schlitzes 40 hat ein geschlossenes Ende. Die Achse des vertikalen Abschnitts des L-Schlitzes ist parallel zu der Achse des CPWs 55. Für Fachleute ist beim Lesen der Offenbarung offensichtlich, dass die Größe, die Form und die Platzierung des Schlitzes 40, des Zufuhrstreifens 42, des Leitungspfostens 43 und des Anpassungsvorsprungs 48 die Betriebsfrequenzen der Dual-ISM-Band-PIFA 140 steuern. Der Radius und die Höhe für die PIFA 140 können zwischen 4 bis 8 mm für den Radius und 4 bis 8 mm für die Höhe variieren. Auch müssen der Radius und die Höhe nicht gleich sein.
Während die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele davon gezeigt und beschrieben wurde, ist für Fachleute offensichtlich, dass verschiedene andere Änderungen in der Form und den Details gemacht werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Weiter sind, während bestimmte Konfigurationen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, andere Konfigurationen möglich.

Claims

Planar invertierte F-Antenne (120; 130; 140), die aufweist: ein kreisförmiges Abstrahlungselement (8; 27; 47), das eine interne Seite, eine externe Seite und einen peripheren Rand aufweist; ein dielektrischer Träger (10; 27; 47), der eine ausstrahlende Seite, eine Grundseite und zumindest eine Seitenwand aufweist; wobei sich das kreisförmige Abstrahlungselement (8; 27; 47) derart auf dem dielektrischen Träger (10; 27; 47) befindet, dass sich die interne Seite des Abstrahlungselements näher an der ausstrahlenden Seite des dielektrischen Trägers befindet als die externe Seite; eine Grundplatte (7; 26; 46), die eine Zufuhrseite und eine Trägerseite aufweist; wobei sich der dielektrische Träger derart auf der Grundplatte befindet, dass sich die Trägerseite der Grundplatte näher an der Grundseite des dielektrischen Trägers befindet als die Zufuhrseite; einen Schlitz (11; 30; 40); wobei sich der Schlitz in dem Abstrahlungselement befindet; einen Zufuhrstift (14; 36); ein Durchgangsloch für den Zufuhrstift durch den dielektrischen Träger; ein Durchgangsloch für den Zufuhrstift durch die Grundplatte; einen Leitungspfosten (15; 37); ein Durchgangsloch für den Leitungspfosten durch den dielektrischen Träger; wobei sich der Leitungspfosten von der internen Seite des Abstrahlungselements zu der Trägerseite der Grundplatte durch das Durchgangsloch für den Leitungspfosten durch den dielektrischen Träger erstreckt und an der Trägerseite der Grundplatte befestigt ist; gekennzeichnet durch den Zufuhrstift, der an der internen Seite des Abstrahlungselements in der Nähe des Zentrums des Abstrahlungselements befestigt ist; wobei sich der Zufuhrstift von der internen Seite des Abstrahlungselements durch das Durchgangsloch für den Zufuhrstift durch den dielektrischen Träger und das Durchgangsloch für den Zufuhrstift durch die Grundplatte erstreckt und ausgebildet ist, an einer Mikrostreifenzufuhrleitung befestigt zu werden; den Leitungspfosten, der an der internen Seite des Abstrahlungselements in der Nähe des Zentrums des Abstrahlungselements befestigt ist; einen Anpassungsvorsprung (9; 28; 48); wobei der Anpassungsvorsprung an dem peripheren Rand des Abstrahlungselements befestigt ist; und der Anpassungsvorsprung eine Ausdehnung zu der Grundplatte hin von dem peripheren Rand des Abstrahlungselements hat und der Anpassungsvorsprung die Grundplatte nicht berührt; der Anpassungsvorsprung bündig ist mit der Seitenwand des dielektrischen Trägers.
Antenne gemäß 1, die weiter aufweist: eine Mikrostreifenzufuhr; ein Substrat; wobei die Mikrostreifenzufuhr eine Grundflächenseite und eine Substratseite aufweist; wobei die Mikrostreifenzufuhrleitung sich derart über das Substrat zu der Grundplatte hin erstreckt, dass sich die Substratseite der Mikrostreifenzufuhr näher an dem Substrat befindet als die Grundflächenseite und die Grundflächenseite sich näher an der Grundplatte befindet als die Substratseite; und wobei die Mikrostreifenzufuhrleitung an dem Zufuhrstift an einem Punkt angebracht ist, der mit dem Durchgangsloch für den Zufuhrstift durch die Grundplatte ausgerichtet ist.
Antenne gemäß Anspruch 2, wobei das Substrat eine Leiterplatte aufweist, das einen metallischen Bereich und einen nicht-metallischen Bereich hat.
Antenne gemäß Anspruch 3, wobei das Abstrahlungselement derart positioniert ist, dass sich Teile des Abstrahlungselements sowohl über dem metallischen Bereich als auch dem nicht-metallischen Bereich der Leiterplatte befinden, wobei die Grundplatte der Antenne mit dem metallischen Bereich der Leiterplatte an ausgewählten Punkten verbunden ist.
Antenne gemäß Anspruch 3, wobei das Abstrahlungselement derart positioniert ist, dass sich ein größerer Teil des Abstrahlungselements über dem nicht-metallischen Bereich der Leiterplatte befindet.
Antenne gemäß Anspruch 3, wobei das Abstrahlungselement derart positioniert ist, dass sich ein größerer Teil des Abstrahlungselements über dem metallischen Bereich der Leiterplatte befindet.
Antenne gemäß Anspruch 1, wobei der dielektrische Träger zumindest eines aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE – high density polyethylene), Acrylnitrit-Butadien-Styrol (ABS – acrylonitrite butadiene styrene) und Polycarbonat (PC – polycarbonate) aufweist.
Antenne gemäß Anspruch 1, wobei der Schlitz zumindest eine aus einer Hufeisen-Form, einer Klammer-Form, einer U-Form, einer L-Form, einer T-Form und einer geneigten Form aufweist.
Antenne gemäß Anspruch 8, wobei der Schlitz in der Hufeisen-Form ist und die Hufeisen-Form einen Bogen bildet von einem ersten Punkt und dazu ausgerichtet, wo der Zufuhrstift an dem Abstrahlungselement befestigt ist, zu einem zweiten Punkt dazu ausgerichtet, wo der Leitungspfosten an dem Abstrahlungselement befestigt ist.
Antenne gemäß Anspruch 9, wobei der Bogen von ungefähr 180 Grad bis zu ungefähr 270 Grad reicht.
Antenne gemäß Anspruch 1, wobei die Antenne ein höheres Resonanzband und ein niedrigeres Resonanzband umfasst und wobei eine elektrische Größe der Antenne ungefähr eine Viertelwellenlänge bei einer mittleren Frequenz des niedrigeren Resonanzbandes ist.