DE69937048T2

DE69937048T2 - Uniplanare antenne mit zwei streifen

Info

Publication number: DE69937048T2
Application number: DE69937048T
Authority: DE
Inventors: Allen San Diego TRAN
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2019-02-20
Also published as: JP4259760B2; KR100683991B1; FI20001826A; JP2002504766A; CN1186852C; KR20010041218A; HK1035073A1; BR9908158A; WO1999043037A2; CN1299525A; EP1072064A2; FI117580B; CA2321788A1; CA2321788C; AU2772999A; DE69937048D1; WO1999043037A3; EP1072064B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
I. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Antennen und insbesondere auf eine uniplanare Dual-Strip- bzw. -Streifen-Mehrfrequenz-Antenne. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf interne Antennen für drahtlose Vorrichtungen, besonders mit verbesserter Bandbreite und Strahlungscharakteristik.
II. Beschreibung der verwandten Technik
Antennen sind eine wichtige Komponente von drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen und -Systemen. Obgleich Antennen in zahlreichen unterschiedlichen Formen und Größen verfügbar sind, funktioniert jede entsprechend den gleichen grundlegenden elektromagnetischen Prinzipien. Eine Antenne ist eine Struktur, die mit einem Bereich des Überganges zwischen einer geleiteten Welle und einer Welle im freien Raum, oder umgekehrt, assoziiert ist. Als ein allgemeines Prinzip wird eine geleitete Welle, die sich entlang einer Übertragungs-Leitung bewegt, welche sich öffnet bzw. aufweitet, als Welle im freien Raum, auch als elektromagnetische Welle bekannt, abstrahlen.
In den letzten Jahren hat sich mit einer Zunahme der Verwendung von persönlichen drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen, wie tragbarer und mobiler zellularer und Personal-Communication-Services-(Persönliche-Kommunikationsservice-, PCS)-Telefone, der Bedarf an geeigneten kleinen Antennen für solche Kommunikationsvorrichtungen erhöht. Neue Entwicklungen in integrierten Schaltkreisen und in der Akkumulatortechnologie haben es ermöglicht, die Größe und das Gewicht solcher Kommunikationsvorrichtungen während der letzten Jahre drastisch zu verringern. Ein Bereich, in dem eine Reduzierung der Größe immer noch wünschenswert ist, ist der von Kommunikationsvorrichtungsantennen. Dieses liegt an der Tatsache, dass die Größe der Antenne eine wichtige Rolle bei der Verringerung der Größe der Vorrich tung spielen kann. Zusätzlich beeinflussen die Größe und Form der Antenne die Ästhetik und die Herstellungskosten der Vorrichtung.
Ein wichtiger Faktor, der beim Design von Antennen für drahtlose Kommunikationsvorrichtungen zu beachten ist, ist die Richtcharakteristik der Antenne. In einer typischen Anwendung muss die Kommunikationsvorrichtung in der Lage sein mit einer anderen solchen Vorrichtung oder einer Basisstation, einem Hub oder Satelliten, die/der sich in jeder möglichen Anzahl von Richtungen von der Vorrichtung befinden kann, zu kommunizieren. Infolgedessen ist es wesentlich, dass die Antennen für solche drahtlose Kommunikationsvorrichtungen eine näherungsweise omnidirektionale Richtcharakteristik haben.
EP-A-0 757 405 begeht durch das Bereitstellen einer gebogenen invertierten F-Antenne, die eine kapazitive Leitung und eine induktive Stichleitung bzw. einen induktiven Stub, die auf einer korrespondierenden gebogenen Massefläche angebracht sind, einen Weg, um dieses Problem zu lösen.
Ein anderer wichtiger Faktor, der beim Design von Antennen für drahtlose Kommunikationsvorrichtungen zu beachten ist, ist die Bandbreite der Antenne. Zum Beispiel arbeiten drahtlose Vorrichtungen wie Telefone, die mit PCS-Kommunikationssystemen verwendet werden, über ein Frequenzband von 1,85-1,99 GHz, somit erfordern sie eine nutzbare Bandbreite von 7,29 Prozent. Ein Telefon zur Verwendung mit typischen zellularen Kommunikationssystemen arbeitet über ein Frequenzband von 824-894 MHz, was eine Bandbreite von 8,14 Prozent erfordert. Dementsprechend müssen Antennen für Verwendung auf diesen Typen der drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen entworfen werden, um den entsprechenden Bandbreite-Anforderungen zu genügen, sonst werden Kommunikationssignale stark abgeschwächt.
Ein Typ einer in drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen häufig verwendeten Antenne ist die Peitschenantenne, die bei Nicht-Verwendung einfach in die Vorrichtung eingezogen werden kann. Es gibt jedoch einige Nachteile, die mit der Peitschenantenne verbunden sind. Häufig wird die Peitschenantenne da durch beschädigt, dass sie an Gegenständen, Leuten oder Oberflächen hängen bleibt, wenn sie für den Gebrauch ausgefahren ist oder selbst dann, wenn sie eingezogen ist. Selbst wenn die Peitschenantenne einziehbar entworfen ist, um solche Beschädigungen zu vermeiden, kann sie sich über eine gesamte Größe der Vorrichtung ausdehnen und die Platzierung von erweiterten Merkmalen bzw. Features und Schaltkreisen in manchen Teilbereichen der Vorrichtung behindern. Sie kann auch eine Mindestgröße des Vorrichtungsgehäuses erfordern, wenn sie eingezogen ist, die größer als erwünscht ist. Während die Antenne mit zusätzlichen Teleskopabschnitten ausgestattet sein kann, um die Größe im eingezogenen Zustand zu verringern, würde sie im Allgemeinen von Kunden als weniger ästhetisch, schwächer oder instabiler oder weniger betriebsbereit wahrgenommen.
Des Weiteren hat eine Peitschenantenne eine Richtcharakteristik, die torusförmig beschaffen ist, das heißt, wie ein Donut geformt ist (Anmerkung des Übersetzers: bzw. wie ein Schwimmring geformt ist), mit einer Null bzw. Auslöschung in der Mitte. Wenn ein zellulares Telefon bzw. Mobiltelefon oder eine andere drahtlose Vorrichtung, die solch eine Antenne verwendet, senkrecht zum Erdboden, in einem 90-Grad-Winkel zum Erdboden oder zur lokalen Horizontalebene gehalten wird, hat diese Null bzw. Stelle der Auslöschung eine zentrale Mittellinie, die auch in einem 90-Grad-Winkel geneigt ist. Dieses verhindert im Allgemeinen den Empfang von Signalen nicht, weil ankommende Signale nicht darauf beschränkt sind, in einem 90-Grad-Winkel im Verhältnis zur Antenne einzutreffen. Telefonnutzer neigen bzw. kippen ihre Mobiltelefone während des Gebrauchs jedoch häufig und veranlassen jede zugehörige Peitschenantenne ebenfalls geneigt bzw. gekippt zu sein. Es ist beobachtet worden, dass Nutzer von Mobiltelefonen ihre Telefone gewöhnlich um etwa einen 30-Grad-Winkel im Verhältnis zum lokalen Horizont (60 Grad zur Vertikalen) neigen und die Peitschenantenne veranlassen, in einem 30-Grad-Winkel geneigt zu sein. Dieses hat zum Ergebnis, dass die zentrale Null-Achse auch in einem 30-Grad-Winkel ausgerichtet wird. Bei diesem Winkel verhindert die Null Empfang von ankommenden Signalen, die in einem 30-Grad-Winkel ankommen. Leider treffen ankommende Signale in zellularen Kommunikations systemen häufig in Winkeln um oder im Bereich von 30 Grad ein und es gibt eine zunehmende Wahrscheinlichkeit, dass die schlecht ausgerichtete (misoriented) Null den Empfang einiger Signale verhindern wird.
Ein anderer Antennentyp, der für den Gebrauch in drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen geeignet erscheint, ist eine konforme Antenne. Konforme Antennen folgen generell der Form der Oberfläche, auf der sie montiert sind, und besitzen generell ein sehr niedriges Profil bzw. eine niedrige Bauhöhe. Es gibt einige verschiedene Typen von konformen Antennen, wie Patch-, Microstreifen- und Streifenleitungsantennen. Insbesondere Microstreifenantennen sind in letzter Zeit in persönlichen Kommunikationsvorrichtungen verwendet worden.
Wie der Begriff suggeriert, beinhaltet eine Microstreifenantenne ein Patch- oder ein Microstreifen-Element, welches üblicherweise als ein Strahler- bzw. Radiatorpatch bezeichnet wird. Die Länge des Microstreifen-Elements wird in Beziehung gesetzt zur Wellenlänge λ₀, die mit einer Resonanzfrequenz f₀ assoziiert ist, welche gewählt ist, um der Frequenz von Interesse, wie 800 MHz oder 1900 MHz, zu entsprechen. Üblicherweise verwendete Längen von Microstreifen-Elementen sind halbe Wellenlänge (λ₀/2) und viertel Wellenlänge (λ₀/4). Obwohl einige Typen von Microstreifenantennen in letzter Zeit in drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen verwendet worden sind, ist weitere Verbesserung in einigen Gebieten wünschenswert. Ein solches Gebiet, in welchem weitere Verbesserung wünschenswert ist, ist eine Verringerung der Gesamtgröße. Ein anderes Gebiet, in dem signifikante Verbesserung erforderlich ist, ist in der Bandbreite. Aktuelle Patch- oder Microstreifenantennendesigns scheinen nicht die Charakteristik einer Bandbreite von 7,29 bis 8,14 Prozent oder mehr, die für den Gebrauch in fortschrittlichen Kommunikationssystemen erwünscht ist, in einer praktikablen Größe bzw. einem praktikablen Format zu erreichen.
Folglich werden eine neue Antennenstruktur und eine neue Technik zur Herstellung von Antennen benötigt, um Bandbreiten, die den Anforderungen fort schrittlicher Kommunikationssysteme besser entsprechen, zu erreichen. Zusätzlich sollte die Antennenstruktur interne Montage bzw. Bestückung zulassen, um flexiblere Positionierung von Komponenten innerhalb der drahtlosen Vorrichtung, in hohem Maße verbesserte Ästhetik und reduzierte Antennenbeschädigung zu bieten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung gemäß wird eine uniplanare Dual-Streifen-Antenne wie in Anspruch 1 vorgetragen offenbart. Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden in den abhängigen Ansprüchen vorgetragen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine uniplanare Dual-Streifen-Antenne, die eine zweidimensionale Struktur hat. Die uniplanare Dual-Streifen-Antenne beinhaltet einen ersten und einen zweiten metallischen Streifen, die jeweils auf ein dünnes planares Substrat gedruckt sind. Der erste und zweite Streifen sind durch einen vorgegebenen Spalt oder eine Region aus nicht leitendem Material getrennt. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden der erste und zweite Streifen als Leiter einer Zwei-Drahtübertragungsleitung verwendet. Luft oder anderes dielektrisches Material, das auf dem Substrat zwischen den Streifen aufgebracht ist, fungiert als dielektrisches Medium zwischen dem ersten und zweiten Streifen. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Länge des ersten Streifens geringer als die Länge des zweiten Streifens, und die Breite des ersten Streifens ist geringer als die Breite des zweiten Streifens.
Ein koplanarer Wellenleiter ist an die uniplanare Dual-Streifen-Antenne gekoppelt. Der koplanare Wellenleiter wird durch Ätzen oder Aufbringen von Metall auf dem Substrat erstellt. Der positive Anschluss bzw. Pluspol des Wellenleiters ist elektrisch an den ersten Streifen angeschlossen. Der negative Anschluss bzw. Minuspol des Wellenleiters ist elektrisch sowohl an den ersten als auch an den zweiten Streifen angeschlossen. Alternativ kann ein Koaxial kabel anstelle eines koplanaren Wellenleiters als Speisung verwendet werden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der koplanare Wellenleiter zwei Minuspole und einen Pluspol. Der Pluspol ist an den ersten Streifen angeschlossen. Ein Minuspol ist an den zweiten Streifen angeschlossen, während der andere Minuspol an den ersten Streifen angeschlossen ist. Die Minuspole sind an einer geeigneten Stelle untereinander elektrisch verbunden.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die uniplanare Dual-Streifen-Antenne durch Drucken, Ätzen oder Aufbringen von metallischen Streifen auf einem dünnen flexiblen Substrat erstellt. Der koplanare Wellenleiter ist ebenfalls geätzt oder auf flexiblem Material aufgebracht. In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die uniplanare Dual-Streifen-Antenne durch Ätzen oder Aufbringen von metallischen Streifen auf einer gedruckten Leiterplatte bzw. einem Printed-Circuit-(PC)-Board erstellt. Dieses vereinfacht in hohem Maß die Herstellung der Dual-Streifen-Antenne.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind der erste und zweiten Streifen ungefähr parallel zueinander. In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung laufen der erste und der zweite Streifen zum offenen Ende hin auseinander, in der Richtung, in der sie von dort, wo der erste und zweite Streifen elektrisch an den koplanaren Wellenleiter angeschlossen sind, wegführen, um verbesserte Impedanzanpassung mit der Luft bzw. dem freien Raum zur Verfügung zu stellen. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind der erste und der zweite Streifen wesentlich gebogen. Eine Vielzahl anderer Formen für den ersten und zweiten Streifen kann ebenfalls verwendet werden.
Die uniplanare Dual-Streifen-Antenne bietet, gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Zunahme der Bandbreite gegenüber typischen Viertelwellenlängen- oder Halbwellenlängen-Patch-Antennen. Experimentelle Ergebnisse ha ben gezeigt, dass die uniplanare Dual-Streifen-Antenne eine Bandbreite von ungefähr 8-20% hat, was sehr vorteilhaft für PCS- und zellulare bzw. Mobiltelefone ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen generell identische, funktionell gleichartige und/oder strukturell gleichartige Elemente bezeichnen, wobei die Zeichnung, in der ein Element erstmals auftaucht, durch die ganz links stehende(n) Ziffer(n) in den Bezugszeichen angezeigt wird und worin:
1A und 1B ein tragbares Telefon, das Peitschen- und externe Wendel- bzw. Helix-Antennen hat, illustrieren;
2 eine herkömmliche Microstreifen-Patch-Antenne illustriert;
3 eine Seitenansicht der Microstreifen-Patch-Antenne von 2 illustriert;
4 eine uniplanare Dual-Streifen-Antenne gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung illustriert;
5A-5G Draufsichten der Oberseiten einiger alternativer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die quadratische Übergänge verwenden, um Streifen anzuschließen, illustrieren;
6A-6C Draufsichten der Oberseiten einiger anderer alternativer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die gebogene Übergänge verwenden, um Streifen anzuschließen, illustrieren;
7A-7E Draufsichten der Oberseiten wiederum einiger alternativer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die V-förmige Übergänge verwenden, um Streifen anzuschließen, illustrieren;
8A-8G Draufsichten der Oberseiten von weiteren alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, die gebogene, eckige und zusammengesetzte Streifenformen verwenden, illustrieren;
9A-9B Perspektivische Ansichten einiger anderer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die in bestimmten anderen Anwendungen nützlich sind, illustrieren;
10 einen gemessenen Frequenzgang eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, das für Verwendung in zellularen bzw. Mobiltelefonen geeignet ist, illustriert;
11 einen gemessenen Frequenzgang eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, das für Verwendung in drahtlosen PCS-Telefonen geeignet ist, illustriert;
12 und 13 gemessene Feldcharakteristiken eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung illustrieren;
14 eine Ansicht der Oberseite eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung für Verwendung im Telefon von 1 illustriert;
15 eine Ansicht der Oberseite eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und eine Signalspeisungsstruktur für Verwendung im Telefon von 1 illustriert;
16A und 16B Draufsicht der Unterseite und Ansicht eines seitlichen Querschnitts eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, das innerhalb des Telefons von 1 montiert ist, illustrieren;
17 eine weitere drahtlose Vorrichtung, in der die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, illustriert.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1. Überblick und Diskussion der Erfindung
Während eine herkömmliche Microstreifenantenne einige Eigenschaften besitzt, die sie für Verwendung in persönlichen Kommunikationsvorrichtungen tauglich machen, ist weitere Verbesserung in anderen Bereichen der Microstreifenantenne noch erwünscht, um sie für den Gebrauch in drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen, wie zellularen und PCS-Telefonen, noch wünschenswerter zu machen. Ein solcher Bereich, in dem weitere Verbesserung erwünscht ist, ist ihre Bandbreite. Im Allgemeinen benötigen PCS- und zellulare Telefone etwa 8 Prozent Bandbreite, um zufriedenstellend zu arbeiten. Da die Bandbreite der aktuell verfügbaren Microstreifenantennen etwa in der Größenordnung von 1-2 Prozent liegt, ist eine Vergrößerung ihrer Bandbreite erwünscht, um für Gebrauch in PCS- und zellularen Telefonen geeignet zu sein.
Ein anderer Bereich, in dem weitere Verbesserung erwünscht ist, ist die Größe einer Microstreifenantenne. Eine Verringerung der Größe einer Microstreifenantenne würde zum Beispiel eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung, in der sie verwendet wird, kompakter und ästhetischer machen. Tatsächlich könnte dieses sogar bedingen, ob eine solche Antenne in einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung überhaupt verwendet werden kann, oder ob sie nicht verwendet werden kann. In der Vergangenheit wurde eine Reduzierung der Größe einer herkömmlichen Microstreifenantenne durch Reduzierung der Stärke jedes eingesetzten dielektrischen Substrates oder durch Vergrößerung der dielektrischen Konstante ermöglicht. Dieses hatte jedoch den uner wünschten Effekt der Reduzierung der Antennenbandbreite, was sie weniger geeignet für drahtlose Kommunikationsvorrichtungen machte.
Des Weiteren ist die Feldcharakteristik von herkömmlichen Microstreifenantennen, wie Patch-Strahlern bzw. -Radiatoren, typischerweise gerichtet. Die meisten Patch-Radiatoren strahlen, bezogen auf einen lokalen Horizont der Antenne, nur in eine obere Hemisphäre ab. Wie zuvor beschrieben, bewegt oder dreht sich diese Charakteristik mit einer Bewegung der Vorrichtung und kann unerwünschte Nullen bzw. Auslöschungen in der Abdeckung verursachen. Folglich sind Microstreifenantennen aufgrund ihrer Richtcharakteristik zur Verwendung in vielen drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen nicht sehr erwünscht gewesen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung für die oben genannten und für andere Probleme zur Verfügung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine uniplanare Dual-Streifen-Antenne, die eine zweidimensionale Struktur hat und als ein offener Wellenleiter mit parallelen Platten (open-ended parallel plate waveguide), aber mit asymmetrischen Abschlüssen der Leiter, arbeitet. Die uniplanare Dual-Streifen-Antenne bietet erhöhte Bandbreite und eine Verringerung der Größe gegenüber anderen Antennendesigns, während andere Eigenschaften, die für die Verwendung in drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen wünschenswert sind, beibehalten werden.
Da die uniplanare Dual-Streifen-Antenne eine zweidimensionale Struktur hat, kann sie konform verbunden werden mit oder getragen werden von einer Vielzahl von Oberflächen, wie dem Kunststoffgehäuse eines zellularen Telefons oder anderer drahtloser Vorrichtungen. Die uniplanare Antenne kann nahe der ober- oder unterseitigen Oberfläche einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung, wie einem tragbaren Telefon, installiert werden, oder sie kann neben oder hinter anderen Elementen wie Lautsprechern, Kopfhörern, Eingabe/Ausgabe-Schaltkreisen, Tastaturen und so weiter in der drahtlosen Vorrichtung montiert sein. Die uniplanare Antenne kann ebenfalls auf oder in eine Oberfläche eines Fahrzeugs, in dem eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung verwendet werden kann, eingebaut werden.
Anders als entweder eine Peitschen- oder externe Helix-Antenne ist die uniplanare Dual-Streifen-Antenne nicht anfällig für Beschädigung durch Hängenbleiben an Gegenständen oder Oberflächen. Des Weiteren wird die uniplanare Dual-Streifen-Antenne, da sie nahe einer oberseitigen Oberfläche einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung oder entlang einer Wandung eingebaut werden kann, keinen Innenraum verbrauchen, der für erweiterte Features und Schaltkreise erforderlich ist, noch wird sie große Gehäusemaße zur Unterbringung, wenn sie eingezogen ist, erfordern. Die Antenne der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung von automatisierten Verfahren hergestellt werden, was Arbeit und Kosten, die mit Antennen assoziiert sind, reduziert und die Zuverlässigkeit erhöht. Des Weiteren strahlt die uniplanare Dual-Streifen-Antenne eine fast omnidirektionale Charakteristik bzw. ein fast omnidirektionales Muster aus, was sie in vielen drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen geeignet macht.
2. Beispielsumgebung
Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist es sinnvoll, eine exemplarische Umgebung zu beschreiben, in der die Erfindung implementiert werden kann. In einem weiten Sinn kann die Erfindung in jeder drahtlosen Vorrichtung, wie einer persönlichen Kommunikationsvorrichtung, drahtlosen Telefonen, drahtlosen Modems, Telefax-Vorrichtungen, tragbaren Computern, Pagern, Empfängern für Nachrichten-Rundrufe bzw. Message Broadcasts und so weiter implementiert werden. Eine solche Umgebung ist ein tragbares oder in der Hand tragbares drahtloses Telefon, wie das, das für zellulare, PCS-Dienstleistungen oder andere kommerzielle Kommunikationsdienstleistungen verwendet wird. Eine Vielzahl solcher drahtloser Telefone mit entsprechend unterschiedlichen Gehäuseformen und -Stilen sind im Fachgebiet bekannt.
Die 1A und 1B illustrieren ein typisches drahtloses Telefon 100, das in drahtlosen Kommunikationssystemen, wie den oben besprochenen zellularen und PCS-Systemen, verwendet wird. Das drahtlose Telefon, das in 1 (1A, 1B) dargestellt wird, hat, um der Kompaktheit willen, einen aufklappbaren „Clam-Shell"-("Muschel")-Körper oder die Bauform eines Flip-Typ-Telefons bzw. eines sich ruckartig öffnenden Telefons. Andere drahtlose Vorrichtungen und Telefone verwenden herkömmlichere "riegelförmige" Gehäuse oder Bauformen.
Das Telefon, das in 1 illustriert ist, beinhaltet eine Peitschenantenne 104 und eine mit der Peitsche konzentrische Helix-Antenne 106, die aus einem Gehäuse 102 herausragen. Die Frontseite des Gehäuses wird dargestellt, sie trägt einen Lautsprecher 110, ein Anzeigefeld oder einen Bildschirm 112, einen Tastaturblock 114, ein Mikrofon oder Mikrofon-Zugriffs-Löcher 116, einen Anschluss für eine externe Stromversorgung 118 und einen Akkumulator 120, was typische Komponenten drahtloser Telefone sind, die im Fachgebiet bekannt sind. In 1B wird die Antenne 104 in einer ausgefahrenen Position gezeigt, wie sie typischerweise während der Verwendung angetroffen wird, während die Antenne 104 in 1A eingezogen dargestellt wird (aufgrund des Betrachtungswinkels nicht sichtbar). Dieses Telefon wird nur zum Zweck der Illustration verwendet, da es eine Vielzahl drahtloser Vorrichtungen und Telefone und zugehöriger physikalischer Bauformen gibt, in denen die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann.
Wie oben besprochen hat die Antenne 104 einige Nachteile. Einer ist, dass sie durch Hängenbleiben an anderen Gegenständen oder Oberflächen zu Beschädigung neigt, wenn sie während der Verwendung ausgefahren ist und manchmal, wenn sie eingezogen ist. Sie verbraucht auch in einer solchen Weise Innenraum des Telefons, dass sie die Platzierung von Komponenten für erweiterte Features und von Schaltkreisen, einschließlich Energiequellen, wie Akkumulatoren, einschränkt und weniger flexibel macht. Zusätzlich kann die Antenne 104, wenn sie eingezogen ist, Mindestgehäusemaße erfordern, die inakzeptabel groß sind. Die Antenne 106 kann auch während der Verwen dung durch Hängenbleiben an anderen Dingen oder Oberflächen zu Schaden kommen und kann nicht in das Telefongehäuse 102 eingezogen werden.
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf diese Beispielsumgebung beschrieben. Die Beschreibung mit diesem Bezug wird nur zum Zweck der Klarheit und Einfachheit zur Verfügung gestellt. Es ist nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die Anwendung in dieser Beispielsumgebung einzuschränken. Nach dem Lesen der folgenden Beschreibung wird für einen Fachmann offensichtlich, wie die Erfindung in alternativen Umgebungen implementiert werden kann. Vielmehr wird deutlich sein, dass die vorliegende Erfindung in jeder drahtlosen Kommunikationsvorrichtung, wie zum Beispiel, aber nicht auf diese Auswahl beschränkt, einem mobilen Telefaxgerät oder in einem tragbaren Computer mit Fähigkeiten zur drahtlosen Kommunikation und so weiter verwendet werden kann, wie weiter unten besprochen.
2 stellt eine herkömmliche Microstreifen-Patch-Antenne 200 dar. Die Antenne 200 beinhaltet ein Microstreifen-Element 204, ein dielektrisches Substrat 208, eine Massefläche 212 und einen Speisungspunkt 216. Das Microstreifen-Element 204 (das üblicherweise auch als ein Radiator-Patch bezeichnet wird) und die Massefläche 212 werden jeweils aus einer Lage leitenden Materials, wie einer Kupferlage, gebildet.
Das am häufigsten verwendete Microstreifen-Element und die zugehörige Massefläche, bestehen aus einem rechteckigen Element, obgleich Microstreifen-Elemente und zugehörige Masseflächen, die andere Formen, wie Kreisformen haben, auch verwendet werden. Ein Microstreifen-Element kann hergestellt werden unter Verwendung einer Vielzahl von bekannten Techniken, einschließlich der Herstellung mittels Fotolithografie auf einer Seite einer gedruckten Leiterplatte, während eine Massefläche mittels Fotolithografie auf die andere Seite oder eine andere Schicht der gedruckten Leiterplatte geätzt wird. Es gibt viele Weisen wie ein Microstreifen-Element und eine Massefläche erstellt werden können, wie z.B. durch selektives Aufbringen von leitendem Material auf einem Substrat, Verbinden von Lagen bzw. Platten (Plates) mit einem Dielektrikum oder Beschichtung eines Kunststoffes mit einem leitenden Material.
3 stellt eine Seitenansicht einer herkömmlichen Microstreifenantenne 200 dar. Ein Koaxialkabel, das einen Mittelleiter 220 und einen äußeren Leiter 224 hat, wird an die Antenne 200 angeschlossen. Der Mittelleiter (Pluspol) 220 wird an das Microstreifen-Element 204 am Speisungspunkt 216 angeschlossen. Der äußere Leiter (Minuspol) 224 wird an die Massefläche 212 angeschlossen. Die Länge L des Microstreifen-Elementes 204 ist im Allgemeinen gleich einer halben oder viertel Wellenlänge bei der Frequenz von Interesse im dielektrischen Substrat 208 (siehe Kapitel 7, Seite 7-2, Antenna Engineering Handbook, Second Edition, Richard C. Johnson and Henry Jasik), und wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:
Wobei

L: = Länge von Microstreifen-Element 204
ε_r: = relative dielektrische Konstante des dielektrischen Substrates 208
λ₀: = Wellenlänge im Vakuum bzw. im freien Raum,
λ_d: = Wellenlänge im dielektrischen Substrat 208

Die Variation der dielektrischen Konstante und Induktivität der Speisung machen es schwer, die genauen Maße vorauszusagen, so wird üblicherweise ein Test-Element gebaut, um die genaue Länge zu bestimmen. Die Stärke t ist üblicherweise viel kleiner als eine Wellenlänge, üblicherweise in der Größenordnung von 0,01 λ₀, um Querströme oder -Moden zu vermindern oder zu verhindern. Der gewählte Wert von t basiert auf der Bandbreite, über die die Antenne arbeiten muss, und wird weiter unten in größerem Detail besprochen.
Die Breite "ω" des Microstreifen-Elementes 204 muss kleiner als eine Wellenlänge im Material des dielektrischen Substrates, das heißt als λ_d sein, so dass Moden höherer Ordnung nicht angeregt werden. Eine Ausnahme hierzu gibt es, wenn mehrfache Signalspeisungen verwendet werden, um Moden höherer Ordnung zu auszuschließen.
Eine zweite häufig verwendete Microstreifenantenne ist die Viertelwellenlängen-Microstreifenantenne. Die Massefläche der Viertelwellenlängen-Microstreifenantenne hat im Allgemeinen eine viel größere Fläche als die des Microstreifen-Elements. Die Länge des Microstreifen-Elements ist näherungsweise eine viertel Wellenlänge bei der Frequenz von Interesse im Substratmaterial. Die Länge der Massefläche ist näherungsweise eine halbe Wellenlänge bei der Frequenz von Interesse im Substratmaterial. Ein Ende des Microstreifen-Elements ist elektrisch an die Massefläche angeschlossen.
Die Bandbreite einer Viertelwellenlängen-Microstreifenantenne hängt von der Stärke des dielektrischen Substrates ab. Wie zuvor angegeben, erfordern der Betrieb von PCS- und zellularen drahtlosen Telefonen eine Bandbreite von etwa 8 Prozent. Damit eine Viertelwellenlängen-Microstreifenantenne die 8-Prozent-Bandbreite-Anforderung erfüllt, muss die Stärke des dielektrischen Substrates 208 etwa 1,25 Zoll (3,18 cm) für das zellulare Frequenzband (824-894 MHz) und 0,5 Zoll (1,27 cm) für das PCS-Frequenzband sein. Diese große Stärke ist offenkundig in einer kleinen drahtlosen oder persönlichen Kommunikationsvorrichtung nicht erwünscht, in der eine Stärke von etwa 0,25 Zoll (0,64 cm) oder kleiner erwünscht wird. Eine Antenne mit einer größeren Stärke kann typischerweise nicht innerhalb des vorhandenen Volumens der meisten drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen untergebracht werden.
3. Die vorliegende Erfindung
Eine uniplanare Dual-Streifen-Antenne, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung konstruiert ist und gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet, wird in 4 dargestellt. In 4 beinhaltet die uniplanare Dual-Streifen-Antenne einen ersten Streifen 404 und einen zweiten Streifen 408, ein dielektrisches Substrat 412 und einen koplanaren Wellenleiter 416. Der erste Streifen 404 ist elektrisch an zweiten Streifen 408 bei oder nahe einem Ende angeschlossen. Dieses Ende wird als das "geschlossene Ende" der Antenne bezeichnet.
Der erste und zweite Streifen 404 und 408 sind jeweils auf dielektrisches Substrat 412 gedruckt, geätzt oder aufgebracht und sind jeweils aus leitendem Material, wie zum Beispiel Kupfer, Messing, Aluminium, Silber, Gold oder anderen bekannten leitenden Materialien, deren Impedanz und Stromkennlinie bekannt sind. Der erste und zweite Streifen 404 und 408 werden voneinander durch einen vorbestimmten Spalt t beabstandet, der, wenn erwünscht, auch mit einem dielektrischen Material (normalerweise Luft) wie einem, für solche Anwendung bekannten, Schaumgummi gefüllt werden könnte. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind der erste und zweite Streifen 404 und 408 über ihre jeweiligen Längen im Wesentlichen parallel zueinander positioniert. In einem anderen Ausführungsbeispiel (siehe zum Beispiel 5A-5C und 9B) weiten sich der erste und zweite Streifen an einem offenen Ende, um bessere Impedanzanpassung mit der Luft oder dem freien Raum zu bieten.
Ein koplanarer Wellenleiter 416, der einen Pluspol 420 und zwei Minuspole 424 und 428 hat, ist an den ersten und zweiten Streifen 404 und 408 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden Plus- und Minuspole 420, 424 und 428 aus drei parallelen metallischen Streifen gebildet. Der Mittelstreifen wird als Pluspol 420 bezeichnet und ist elektrisch an den ersten Streifen 404 angeschlossen. Ein äußerer Streifen wird als Minuspol 424 bezeichnet und der andere äußere Streifen wird als Minuspol 428 bezeichnet. Der Minuspol 424 ist elektrisch an ersten Streifen 404 angeschlossen und Minuspol 428 ist elektrisch an zweiten Streifen 408 angeschlossen. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der koplanare Wellenleiter 416 durch Drucken, Ätzen oder Aufbringen von Metall auf dem Substrat 412 erstellt. Der koplanare Wellenleiter 416 ist aus einem leitenden Material, wie Kupfer, Silber, Gold, Aluminium oder anderen bekannten leitenden Materialien hergestellt. Alternativ kann ein Koaxialkabel anstatt eines koplanaren Wellenleiters als Speisung benutzt werden.
Die uniplanare Dual-Streifen-Antenne hat eine zweidimensionale Struktur. So kann sie mit vielen Oberflächen, wie Kunststoffgehäusen eines zellularen Telefons konform verbunden werden. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Antenne auf eine flexible Schicht, die in der Lage ist, als dielektrisches Substrat oder Medium zu arbeiten, wie Mylar, Kapton oder anderes bekanntes flexibles dielektrisches Material, geätzt, gedruckt oder aufgebracht. Die Dual-Streifen-Antenne kann vorteilhafterweise auf dünnen Teilbereichen von drahtlosen Vorrichtungen, wie dem Flip-Typ-Teil, dem Clam-Shell-Teil oder dem faltbaren Teil eines drahtlosen mobilen Telefons montiert werden, wie weiter untenstehend besprochen.
Die Längen von erstem und zweitem Streifen 404 und 408 bestimmen hauptsächlich die Resonanzfrequenz der uniplanaren Dual-Streifen-Antenne. Die Länge von dem ersten und zweiten Streifen 404 und 408 werden passend bemessen, so dass der erste und zweite Streifen 404 und 408 als eine Zwei-Drahtübertragungsleitung fungieren, die zum Empfangen und Senden von Signalen, die eine vorgewählte gewünschte Frequenz haben, fähig ist. Das Verfahren, passende Längen für den ersten und zweiten Streifen 404 und 408 zu wählen, so dass wie mit einer Zwei-Drahtübertragungsleitung bei einer gewünschten Frequenz gearbeitet wird, ist in der Fachwelt gut bekannt. Kurz gesagt, damit der erste und zweite Streifen 404 und 408 als eine Zwei-Drahtübertragungsleitung arbeiten, muss jeder eine Länge von etwa λ/4 haben, wobei λ die Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle mit der Frequenz von Interesse ist. Anschließend wird die Bandbreite der resultierenden Antenne, die durch die Zwei-Drahtübertragungsleitung gebildet wird, erhöht. Dieses wird durch gleichzeitiges Reduzieren der Länge und der Breite des ersten Streifens getan, während die Länge und die Breite des zweiten Streifens vergrößert werden, bis eine gewünschte Bandbreite erzielt wird.
Der koplanare Wellenleiter 416 verbindet eine Signalisierungseinheit (nicht gezeigt) mit der Dual-Streifen-Antenne. Bitte bemerken Sie, dass die Signalisierungseinheit hierin verwendet wird, um sich auf die Funktionalität, die eine Signalquelle- und/oder ein Signalempfänger bietet, zu beziehen. Ob die Signalisierungseinheit eine oder beide dieser Funktionalitäten bietet, hängt davon ab, für welchen Betrieb die Antenne konfiguriert ist. Die Antenne könnte zum Beispiel konfiguriert sein, um nur als Sendeelement zu arbeiten, in welchem Fall die Signalisierungseinheit als Signalquelle arbeitet. Alternativ arbeitet die Signalisierungseinheit als Signalempfänger, wenn die Antenne konfiguriert ist, um nur als Empfangselement zu arbeiten. Die Signalisierungseinheit liefert beide Funktionalitäten in Form eines Transceivers bzw. einer Sende/Empfangseinheit, wenn die Antenne konfiguriert ist, sowohl als Sende- als auch als Empfangselement zu arbeiten.
Die Antenne oder Streifen können in einer Vielzahl von anderen Formen gebildet werden, wie (aber nicht begrenzt auf): viertelkreisförmig, halbkreisförmig, halb-elliptisch, parabolisch, winklig, sowohl rund als auch eckig C-förmig, L-förmig, U-förmig, und V-förmig. Die V-förmigen Strukturen können von weniger als 90 Grad bis fast 180 Grad variieren. Die gebogenen Strukturen können relativ kleine oder große Radien verwenden. Die Breite der Leiter, d.h. des ersten und zweiten Streifens, kann sich entlang der Länge so ändern, dass diese sich verjüngen, biegen oder sich auf andere Weise schrittweise zu einer schmaleren Breite in Richtung zum äußeren Ende (der Teil ohne Speisung) hin verändern. Wie Fachleuten verstehen werden, können mehrere dieser Effekte oder Formen in einer einzelnen Antennenstruktur kombiniert werden.
Mehrere Draufsichten alternativer Ausführungsbeispiele oder Formen für die Streifen der vorliegenden Erfindung werden in den 5A-5G, 6A-6C, 7A-7E und 8A-8F dargestellt, wobei die letzte Stelle der Bezugszeichen anzeigt, ob ein Element ein erster bzw. zweiter Streifen, d.h. 4 bzw. 8, ist. Die erste Zahl und der letzte Buchstabe zeigen die Figur an, in welcher das Element auftritt, wie in 504A für 5A, 708B für 7B und so weiter. Zum Zweck der Klarheit der Illustration sind die Breiten, der in diesen Figuren verwendeten Streifen, nicht maßstabsgetreu und üblicherweise die gleichen. Wie oben und an anderer Stelle beschrieben und wie leicht ersichtlich werden diese beiden Streifen jedoch im Allgemeinen verschiedene Breiten haben, um eine gewünschte Bandbreite zu erzielen.
Die Antennenausführungsbeispiele, die in den 5A-5G dargestellt werden, illustrieren alternative Formen der vorliegenden Erfindung, wobei rechteckige oder quadratische Übergänge verwendet werden, um die Streifen miteinander zu verbinden. Das heißt für das geschlossene Ende der Antenne in den Ausführungsbeispielen, die in den 5A-5G dargestellt werden, sind der erste und zweite Streifen miteinander verbunden oder zusammengeführt unter Verwendung eines im Wesentlichen geraden leitenden Verbindungselementes oder Übergangsstreifens 506 (506A-506G). Zusätzlich werden weitere Richtungsänderungen der Streifen in Bezug zueinander mit im Wesentlichen rechten Winkeln bewerkstelligt. Jede Richtungsänderung schließt die Positionierung eines neuen Teils jedes Streifens im Wesentlichen perpendikular oder in einem 90-Grad-Winkel zu einem vorhergehenden Teil ein. Diese Winkel müssen für die meisten Anwendungen natürlich nicht exakt sein und andere Winkel können, zusammen mit gebogenen oder abgeschrägten Ecken, wie gewünscht, angewendet werden.
5B zeigt, dass, um einen längeren zweiten Streifen unterzubringen, dieser Streifen gefaltet sein kann, um eine gesamte gewünschte Länge für die Antennenstruktur zu erhalten. 5C zeigt, dass die Faltung entweder in Richtung zur oder hinweg von der Fläche, in der der erste Streifen liegt, zeigen kann. 5D zeigt, dass der zweite Streifen zurück, um den ersten Streifen herum, gefaltet sein kann, entweder teilweise oder vollständig. Während 5E die Erweiterung auch des ersten Streifens durch eine gefaltete Architektur darstellt. 5F stellt Richtungsänderungen für den ersten und zweiten Streifens dar, die in kleineren "Schritten" ausgeführt werden. Alternativ kann ein Endteil jedes Streifens gebeugt oder in einem Winkel ausgerichtet sein, wie in 5G gezeigt, um insgesamt eine Y-Form zu bilden. Typischerweise ist der Separationswinkel ein 90-Grad-Winkel, auch wenn dies nicht erforderlich ist, z.B. dort, wo eine stumpfere V-förmige Endstruktur akzeptabel ist.
Die Antennenausführungsbeispiele, die in den 6A-6C dargestellt werden, illustrieren alternative Formen der vorliegenden Erfindung, die gebogene oder krummlinige Übergänge verwenden, um die Streifen miteinander zu verbinden. Das heißt, in den Ausführungsbeispielen, die in den 6A-6C dargestellt werden, werden die ersten und zweiten Streifen am geschlossenen Ende, unter Verwendung eines gebogenen leitenden Verbindungselementes oder Übergangsstreifens 1606, miteinander verbunden oder zusammengeführt. Der Streifen 1606 kann eine Vielzahl von Formen haben, einschließlich viertelkreisförmiger, halbkreisförmiger, halbelliptischer oder parabolischer oder Kombinationen dieser Formen, ist aber nicht auf diese Formen eingeschränkt. Die gebogenen Strukturen können relativ kleine oder große Radien verwenden, wie für eine bestimmte Anwendung gewünscht. Zusätzlich kann jeder der Streifen gefaltet sein, um eine gewünschte Gesamtlänge der Antennenstruktur, wie in 5A-5G dargestellt, zu erhalten. 6A stellt einen hauptsächlich halbkreisförmigen gebogenen Übergang dar, 6B stellt einen hauptsächlich viertelkreisförmigen oder elliptischen, gebogenen Übergang dar und 6C stellt einen hauptsächlich parabolischen gebogenen Übergang dar. Diese Typen von Übergängen können auch in Kombinationen verwendet werden.
Die Antennenausführungsbeispiele, die in den 7A-7E dargestellt werden, illustrieren alternative Formen der vorliegenden Erfindung, die V-förmige Übergänge verwenden, um die Streifen miteinander zu verbinden. Das heißt, in den Ausführungsbeispielen, die in den 7A-7E dargestellt werden, werden die ersten und zweiten Streifen am geschlossenen Ende miteinander verbunden oder zusammengeführt ohne Verwendung eines separaten leitenden Verbindungselementes oder Übergangsstreifens oder unter Verwendung eines sehr kleinen. Stattdessen erstrecken sich die ersten und zweiten Streifen von einem gemeinsamen Verbindungspunkt in eine nach auswärts sich separierende oder auseinanderlaufende Konfiguration. Zusätzlich, wie zuvor, kann jeder der Streifen gefaltet sein, um eine gewünschte Gesamtlänge der Antennenstruktur, wie in den 5A-5H dargestellt, zu erhalten.
Die 7A und 7B stellen einen hauptsächlich geraden V-förmigen oder scharfwinkligen Übergang, wo sie zusammenführen, dar. In 7B werden die beiden Streifen nochmals gebeugt, um hauptsächlich parallele Streifen zu bilden oder um einen verminderten Anstieg des Winkels mit Bezug aufeinander zu bilden. In den 7C-7E ist mindestens einer der beiden Streifen nach dem initialen V-förmigen Verbindungspunkt gebogen. In 7C sind beide Streifen wie einer exponentiellen oder parabolischen Kurvenfunktion folgend gebogen. In 7D ist nur ein Streifen gebogen und in 7E sind beide Streifen gebogen, aber verlaufen nach der Faltung in geraden Abschnitten. Wie zuvor können diese Typen von Übergängen auch, wie für eine bestimmte Anwendung gewünscht, in Kombination verwendet werden.
Die 8A-8G illustrieren einige alternative Ausführungsbeispiele oder Formen der Streifen der vorliegenden Erfindung, die gebogene, gewinkelte und zusammengesetzte Streifen verwenden. Hier sind die Streifen im Wesentlichen parallel zueinander über ihren jeweiligen Längen angeordnet, aber sie folgen kreisförmigen, serpentinen- oder V-förmigen Pfaden, während sie sich nach auswärts erstrecken von dort, wo sie am geschlossenen Ende unter Verwendung eines leitenden Verbindungselementes oder eines Übergangsstreifens 806 (806A-806F), oder im kreisförmigen oder elliptischen Fall von 8G ohne Verwendung eines Verbindungsstreifens, miteinander verbunden oder zusammengeführt sind. Die Verwendung von zusammengesetzten Formen ermöglicht die Bildung von Antennenstrukturen auf Trägersubstraten, die auch Schalt- oder diskrete Komponenten und Baugruppen tragen oder Passagen des Zwischenraumes bzw. Schutzabstandes um andere Baugruppen innerhalb einer vorgegebenen drahtlosen Vorrichtung zulassen.
Während diese Antennenstruktur eine zweidimensionale Struktur ist, die in einer einzigen Ebene liegt, ist eine konforme oder konformierbare Struktur, so dass die Ebene nicht flach sein muss. Das heißt, durch Biegen oder Formen des Trägersubstrates kann die Form der uniplanaren Antenne effektiv auch in einer dritten Dimension variieren. Ein Paar von Streifen, die in der zweiten Dimension als flache planare Oberflächen erscheinen, können in einer dritten Dimension (hier z) längs eines Bogens gebogen oder in einem Winkel abgewinkelt sein. Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, in welchen ein Paar von Streifen in der z-Richtung gebogen oder abgewinkelt sind, werden in den 9A-9C dargestellt. Diese Ausführungsbeispiele sind sehr nützlich, wenn es gewünscht wird, die Antenne innerhalb bestimmter Räume in einer drahtlosen Vorrichtung, die es erforderlich machen können, die Antenne um bestimmte Komponenten oder Strukturen innerhalb der Vorrichtung herum "anzupassen", zu platzieren.
9A zeigt den ersten und zweiten Streifen, wie in 4 gesehen, ebenfalls entlang ihrer jeweiligen Längen in einer dritten Dimension gebogen, unter Verwendung einer einfachen Kurve. 9B zeigt den ersten und zweiten Streifen, wie in 7A zu sehen, die in einem V-förmigen oder spitzwinkligen Übergang miteinander verbunden sind, aber dreidimensional betrachtet mit einer V-förmigen Abknickung. Ein komplexerer Satz von Kurven oder Faltungen wird verwendet, um die Ebene, in der die Streifen in 9C liegen, zu formen.
Die Dual-Streifen-Antenne kann auch durch Ätzen oder Aufbringen eines metallischen Streifens auf zwei entgegengesetzten Seiten eines dielektrischen Substrates und elektrisches Zusammenschließen der metallischen Streifen an einem Ende erstellt werden, unter Verwendung einer oder mehrerer durchmetallisierter Durchgangsbohrungen bzw. plated-through vias, Brücken, Verbindungen oder Drähte. In dieser Form nutzt die Antenne etwas von dem Substratmaterial als Dielektrikum, welches zwischen den beiden Streifen positioniert ist. Dieses wird beim Design der Antenne so weit wie Bandbreite und andere Charakteristika berücksichtigt, wie wohlbekannt. Die Dual-Streifen-Antenne kann auch durch Formpressen bzw. Gießen oder Formen eines Kunststoffes oder anderen bekannten isolierenden oder dielektrischen Materialien in eine Trägerstruktur, die eine gewünschte Form (U-, V- oder C-förmig oder gebogen, rechtwinklig und so weiter) hat, und anschließendes Metallisieren oder Beschichten des Kunststoffes an den entsprechenden Teilbereichen mit leitendem Material unter Verwendung bekannter Verfahren, einschließlich leitendem Material in flüssiger Form, erstellt werden.
Das dielektrische Substrat kann innerhalb der Teilbereiche des Gehäuses der drahtlosen Vorrichtung unter Verwendung von Ständern, Graten, Führungen oder dergleichem, was im Material, aus welchem das Gehäuse gefertigt wird, ausgebildet ist, gesichert werden. Das heißt, solche Träger werden bei der Herstellung in die Wandung des Gehäuses der Vorrichtung formgepresst bzw. gegossen oder anderweitig geformt, so wie z.B. durch Spritzgießen bzw. Spritzprägen. Diese Trägerelemente können das Substrat dann in Position halten, wenn es während der Fertigung des Telefons, auf diese gesteckt oder in sie eingesetzt wird. Andere Techniken umfassen die Verwendung einer Schicht von klebendem Material, um die Baueinheit innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung zu befestigen oder eine Form eines Befestigers oder einer Halterung, die mit Löchern in dem Substrat oder an den Rändern des Substrates zusammenwirkt.
Wie zuvor angegeben, fungieren erster und zweiter Streifen 404 und 408 (504, 508; 1604, 1608; 704, 708; 804, 808 usw.) gemäß der vorliegenden Erfindung als Zwei-Drahtübertragungsleitung. Ein Vorteil einer Zwei-Drahtübertragungsleitung ist, dass sie keine Massefläche erfordert. Dieses ermöglicht, dass die Antenne eine zweidimensionale Struktur mit unwesentlicher Stärke sein kann. Der größte Teil der Stärke der Antenne wird durch die Stärke des dielektrischen Substrates 412 bestimmt. Zum Beispiel kann ein dünnes Flächenelement aus Mylar oder Kapton, das eine Stärke im Bereich 0,0005 Zoll (0,013 mm) bis 0,002 Zoll (0,051 mm) hat, als dielektrisches Substrat benutzt werden. Demgegenüber erfordert eine herkömmliche Microstreifenantenne, die für den Betrieb im zellularen Frequenzband bestimmt ist, ein dielektrisches Substrat, das eine Stärke von 1,25 Zoll (3,175 cm) hat, während eine Microstreifenantenne, die für das PCS-Frequenzband bestimmt ist, ein dielektrisches Substrat erfordert, das eine Stärke von 0,5 Zoll (1,27 cm) hat. So erlaubt die vorliegende Erfindung erhebliche Verringerung der gesamten Stärke der Antenne, was sie wünschenswerter für persönliche Kommunikationsvorrichtungen, wie ein PCS- oder zellulares Telefon, macht. Fachleute werden jedoch leicht erkennen, dass andere Stärken, einschließlich dickerem Material verwendet werden können, um eine gewünschte strukturelle Integrität der Antenne, entweder während der Verwendung oder während der Montage in der Herstellung oder der Wartung der drahtlosen Vorrichtung, zu erhalten.
Die uniplanare Dual-Streifen-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung bietet eine Zunahme in Bandbreite gegenüber typischen Viertelwellenlängen- oder Halbwellenlängen-Patch-Antennen. Experimentelle Ergebnisse haben gezeigt, dass die Antenne eine Bandbreite von etwa 8-20 Prozent hat, was für PCS- und zellulare Telefone extrem wünschenswert ist. Wie zuvor bemerkt, haben herkömmliche Microstreifenantennen sehr schmale Bandbreiten, die sie weniger wünschenswert für die Verwendung in persönlichen Kommunikationsvorrichtungen machen.
In der vorliegenden Erfindung wird die Zunahme der Bandbreite hauptsächlich durch den Betrieb der Antenne als Zwei-Drahtübertragungsleitung, anstelle als herkömmliche Mikrostreifen-Patch-Antenne, möglich gemacht. Im Unterschied zu einer herkömmlichen Microstreifen-Patch-Antenne, die einen Radiator-Patch und eine Massefläche hat, fungieren in der Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung, sowohl der erste als auch der zweite Streifen 404 und 408 als aktive Radiatoren. Anders gesagt, werden die Länge und die Breite des ersten und zweiten Streifens sorgfältig bemessen, damit sowohl der erste als auch der zweite Streifen 404 und 408 als aktive Radiatoren auf der Wellenlänge oder Frequenz von Interesse arbeiten. Während des Betriebes der Antenne werden Oberflächenströme im ersten Streifen sowie im zweiten Streifen induziert. Der hier schreibende Erfinder wählte anfangs passende Maße, das heißt Länge und Breite, des ersten und zweiten Streifens unter Verwendung von analytischen Verfahren und EM-Simulations-Software, die im Fachgebiet bekannt sind. Danach überprüfte der hier schreibende Erfinder die Simulationsergebnisse durch experimentelle Verfahren, die im Fachgebiet bekannt sind.
Um die Radiator- oder Antennenbandbreite zu erhöhen, werden in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Maße jedes Streifens gewählt, um unter schiedliche Mittenfrequenzen, die aufeinander in einer vorgewählten Weise bezogen sind, zu etablieren. Sagen wir zum Beispiel, dass f₀ die gewünschte Mittenfrequenz der Antenne ist. Die Länge des kürzeren Streifens kann so gewählt werden, dass seine Mittenfrequenz bei oder um f₀ + Δf herum liegt und die Länge des längeren Streifens kann so gewählt werden, dass seine Mittenfrequenz bei oder um f₀ – Δf herum liegt. Dieses stattet die Antenne mit einer breiten Bandbreite in der Größenordnung von 3Δf/f₀ bis 4Δf/f₀ aus. Das heißt, die Verwendung des auf f₀ bezogenen +/– Frequenz-Offsets resultiert in einem Modell, dass die Bandbreite des Antennenradiators erhöht. In dieser Konfiguration wird. Δf in einer sehr viel kleineren Größe als f₀ gewählt (Δf << f₀), so dass der Abstand der Resonanzfrequenzen der zwei Streifen klein ist. Es wird davon ausgegangen, dass die Antenne nicht zufriedenstellend arbeiten wird, wenn Δf so groß wie f₀ gewählt wird. Anders gesagt, ist dies nicht als Dualband-Antenne intendiert, in der jeder Streifen als unabhängiger Antennenradiator fungiert.
In der vorliegenden Erfindung wird die Zunahme der Bandbreite ohne entsprechende Zunahme der Größe der Antenne erzielt. Dieses steht im Kontrast zu den Lehren von herkömmlichen Patch-Antennen, wonach die Bandbreite im Allgemeinen durch Erhöhung der Dicke der Patch-Antennen erhöht wird, was in einer größeren Gesamtgröße der Patch-Antennen resultiert.

In einem Beispiel eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist die Antenne für das zellulare Frequenzband, d.h. 824-894 MHz, geeignet bemessen. Die Maße der Antenne für das zellulare Frequenzband werden unten in Tabelle 1 gegeben. Tabelle 1

Länge (L1) des ersten Streifens 404	2,4 Zoll (6,096 cm)
Länge (L2) des zweiten Streifens 408	4,53 Zoll (11,506 cm)
Breite (B1) des ersten Streifens 404	0,062 Zoll (0,157 cm)
Breite (B2) des zweiten Streifens 408	0,125 Zoll (0,318 cm)
Lücke (t) zwischen dem ersten und zweiten Streifen 404 und 408	0,125 Zoll (0,318 cm)

In dem obigen Beispiel eines Ausführungsbeispiels wurde 1 Unze Kupfer verwendet, um den ersten und zweiten Streifen 404 und 408 zu erstellen, und 0,031 Zoll (0,079 cm) starkes FR4 (ein bekanntes im Handel erhältliches Material für gedruckte Leiterplatten (Printed Circuit Board, PCB)) wurde als dielektrisches Substrat 412 verwendet. Des Weiteren wurde der Pluspol des koplanaren Wellenleiters 416 an den ersten Streifen 404 in einem Abstand von 0,330 Zoll (0,838 cm) vom geschlossenen Ende der Antenne 404 angeschlossen.
10 stellt den gemessenen Frequenzgang eines Ausführungsbeispiels der Antenne dar, die so bemessen ist, über das zellulare Frequenzband zu arbeiten. 10 zeigt, dass die Antenne einen Frequenzgang von –15,01 dB bei 825 MHz und einen Frequenzgang von –17,38 dB bei 895,0 MHz hat. So hat die Antenne eine Bandbreite von 8,14 Prozent.

In einem anderen Beispiel eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist die Antenne so bemessen, über das PCS-Frequenzband, d.h. 1,85-1,99 GHz zu arbeiten. Die Maße der Antenne für das PCS-Frequenzband werden unten in Tabelle 2 gegeben. Tabelle 2

Länge (L1) des ersten Streifens 404	0,89 Zoll (2,261 cm)
Länge (L2) des zweiten Streifens 408	2,1 Zoll (5,334 cm)
Breite (B1) des ersten Streifens 404	0,062 Zoll (0,157 cm)
Breite (B2) des zweiten Streifens 408	0,125 Zoll (0,318 cm)
Lücke (t) zwischen dem ersten und zweiten Streifen 404 und 408	0,125 Zoll (0,318 cm)

In dem oben genannten Beispiel eines Ausführungsbeispiels wurde wieder 1 Unze Kupfer verwendet, um den ersten und zweiten Streifen 404 und 408 zu erstellen, und 0,031 Zoll (0,079 cm) starkes FR4 (PCB-Material) wurde als dielektrisches Substrat 412 verwendet. Des Weiteren wurde der Pluspol des koplanaren Wellenleiters 416 an den ersten Streifen 404 in einem Abstand von 0,2 Zoll (0,508 cm) vom geschlossenen Ende der Antenne angeschlossen.
11 stellt den gemessenen Frequenzgang eines Ausführungsbeispiels der Antenne dar, die so bemessen ist, über das PCS-Frequenzband zu arbeiten. 11 zeigt, dass die Antenne einen Frequenzgang von –9,92 dB bei 1,79 GHz und einen Frequenzgang bzw. eine Antwort von –10,18 dB bei 2,16 GHz hat. So hat die Antenne eine Bandbreite von 18,8 Prozent.
Die 12 und 13 zeigen die gemessene Feldcharakteristik eines Ausführungsbeispiels der Antenne, die im PCS-Frequenzband arbeitet. Spezifischer stellt 12 einen Plot bzw. Ausdruck des Betrages der Feldcharakteristik bzw. -Stärke in der Azimutebene dar, während 13 einen Plot des Betrages der Feldcharakteristik bzw. -Stärke in der Elevationsebene darstellt. Sowohl 12 als auch 13 zeigen, dass die Dual-Streifen-Antenne eine näherungsweise omnidirektionale Richtcharakteristik hat, was sie geeignet für die Verwendung in persönlichen Kommunikationsvorrichtungen macht.
Ein Ausführungsbeispiel wurde mit einer "D"-förmigen Radiator-Streifenanordnung entwickelt, wobei der zweite Streifen viel länger als der erste und generell gefaltet ist, um sich nach "innen" und hinweg vom ersten auszudehnen, wenn gewünscht, kann er sogar zurück in sich hinein gefaltet werden. Diese Antennenstruktur wird in 14 illustriert, wo eine Antenne 1400 unter Verwendung von Streifen 1404 und 1408, die auf einem Substrat 1412 positioniert oder aufgebracht werden, gebildet wird. Der obere Teil der Antenne wird von dem ersten leitenden Streifen 1404 gebildet, der als leicht gebogen in der "C"-Form (oder der vorderen Seite von D) dargestellt wird. Diese Biegung wird verwendet, um eine Platzierung der Antenne 1400 in einem Gehäuse einer Vorrichtung, welches gebogene Seitenwände hat, und nahe der Seite dieses Gehäuses, zu ermöglichen. Der zweite Streifen ist brei ter als der erste Streifen, um, wie oben besprochen, die Bandbreite zu verbessern.
Ein Modell solch einer Antenne mit den Gesamtausmaßen in der Größe von 37,59 mm (Y) auf 51,89 mm (X) wurde erstellt und getestet, was grob dem Innenmaß des Flip-Top-Teils eines drahtlosen Telefons vom Clam-Shell-Typ, in dem die Antenne positioniert wurde, entspricht.
Die Antenne 1400 wird mittels eines Speisungsabschnittes 1416 an einen geeigneten Transceiverschaltkreis innerhalb einer drahtlosen Vorrichtung angeschlossen. Ein Element 1420 illustriert, wie verschiedene bekannte Schaltkreiskomponenten oder -Baugruppen auch auf dem Substrat 1412 montiert werden können, oder alternativ können Durchgänge oder Löcher 1422 ausgebildet sein, durch die verschiedene Komponenten oder Kabel sich, wie gewünscht, erstrecken.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wurde auch mit einer D-förmigen Radiator-Streifenanordnung entwickelt, wobei der zweite Streifen viel länger und breiter als der erste ist und sich generell ausdehnt, um den ersten zu „umschlingen". Solch eine Antennenstruktur wird in 15 illustriert, wo eine Antenne 1500 unter Verwendung von Streifen 1504 und 1508, die auf einem Substrat 1512 positioniert oder aufgebracht werden, gebildet wird. Der obere Teil der Antenne 1500, wie von dem zweiten Streifen gebildet, wird wiederum als leicht gebogen dargestellt, um eine verbesserte Platzierung der Antenne 1500 in einer drahtlosen Vorrichtung zu ermöglichen.
Dieser Typ der Antenne kann als modularisierte Struktur mit den Leitern, die zur Einspeisung der Signale verwendet werden, gebildet werden. Die koaxiale Speisungsstruktur kann aus demselben flexiblen Substrat (1512) wie die Leiter, die die Antenne bilden, gebildet werden. Zum Beispiel auf einem dünnen Fächenelement aus Mylar, Kapton oder Teflon basiertem Material; dies sind alles im Fachgebiet bekannte Materialien. Ein Beispiel wie dies ausgeführt werden kann, wird in 15 illustriert, wo eine lange flexible Signalspei sungsstruktur oder eine -Sektion 1520 in Form eines "koplanaren Wellenleiters" dargestellt wird. Der Wellenleiter 1520 hört auf oder schließt an einem Ende an die negativen Speisungsstreifen 1524 und 1528, die einen Teil des Masseteils eines koplanaren Wellenleiters bilden, an. Der Speisungsstreifen 1524 verbindet oder ist gekoppelt mit dem Verbindungselement 1506, während der Speisungsstreifen 1528 mit dem zweiten Streifen 1508 verbunden ist. Ein positiver Speisungsstreifen 1522 oder die Mitte der Speisungsstruktur 1520 ist direkt mit dem ersten Streifen 1504 verbunden. Der Abstand zwischen dem Anschlusspunkt für diesen Speisungsstreifen und dem Streifen 1528 wird gewählt, um eine bestimmte Impedanz gemäß der Frequenz, die verwendet wird, und der Länge und anderer Ausmaße des leitenden Materials 1506 zu bieten, wie bekannt.
Die positive Speisung 1522 wird dargestellt, wie sie eine kurze Strecke entlang des Materials 1512 abschließt, und ist im Allgemeinen verbunden mit oder gekoppelt an oder weitet sich auf, um ein dritter Mittenleiter 1526, ähnlich den Leitern 1524 und 1528, zu werden. Leiter 1526 erstreckt sich entlang der Länge des Materials 1512 zum Anschlussende 1530, wobei er den mittleren oder positiven Teil eines koplanaren Wellenleiters bildet.
Andere Konfigurationen, einschließlich der Platzierung von einem oder mehreren Speisungsstreifenleitern auf gegenüberliegenden Seiten des Substrates, könnten jedoch verwendet werden. Zum Beispiel kann der positive Speisungsleiter auf einer Seite des Materials 1512 und die negativen Speisungen auf der anderen gebildet werden. Leitende Durchgänge werden dann verwendet, um Signale, wo passend, durch das Material zu leiten. Andere Kombinationen von Leitern und Durchgängen können eingesetzt werden, um Signalübertragungen, wie bekannt, zu realisieren.
Daher kann die Antenne 1500 zusammen mit diesen Leitern (1522, 1524, 1528) als eine einzige monolithische Struktur gebildet werden, was erhöhte Kosteneffizienz, Zuverlässigkeit und Effizienz der Herstellung bietet. Die Leiter (1524, 1526, 1528) auf dem Speisungsabschnitt 1520 enden gewöhnlich in leitenden Feldern bzw. Pads oder einem kleinen Anschluss 1532, welche verwendet werden, um an verschiedene Federdruck- oder Federverbindungen auf einer Platine anzuschließen, an die die Antenne gekoppelt wird.
Die Konfiguration oder Gesamtform des Wellenleiters oder Speisungsabschnittes 1520 und Substrates 1512, die in 15 verwendet werden, wird nur zum Zweck der Illustration und für effektivste Passung innerhalb der drahtlosen Vorrichtung 100, wie gezeigt, verwendet. Fachleute werden jedoch leicht verstehen, dass andere Konfigurationen nützlich sein können und in den Lehren der Erfindung enthalten sind. Zum Beispiel können anstelle der Verwendung von gewinkelten Biegungen entlang der Länge des Wellenleiters 1520, die Winkel von etwa 45 Grad sind, eine Serie von 90-Grad-Biegungen, Faltungen oder Wendungen für die Leitungen verwendet werden. Natürlich können, wenn dünne Kabel verwendet werden, eine Vielzahl von Biegungen und Wendungen angewandt werden. Solche Faltungen und Wendungen werden verwendet, um die Pfadlänge der Leiter zu minimieren, während man physikalischen Begrenzungen, die auf das Substrat oder die Antenne angewendet sind, entgegen kommt. Zusätzlich sind die Leiter 1524, 1526 und 1528 typischerweise in der Breite an einem oder mehreren Punkten entlang des Wellenleiters 1520 verengt und diese Positionen können sich auch spezifischen Anwendungen entsprechend verändern. Die kleinen Luftbrücken, die in 15 zur elektrischen Zusammenführung der Leitung 1524 und 1528 dargestellt werden, sind nützlich aber nicht erforderlich für die Erfindung.
Wenn sie innerhalb einer drahtlosen Vorrichtung, wie dem drahtlosen Telefon 100 platziert wird, erlaubt die Speisungsstruktur oder der Wellenleiter 1520 eine effiziente Übertragung von Signalen zwischen der Antenne 1500 und verschiedenen Empfangs- und Sendeelementen und -Komponenten, die innerhalb der drahtlosen Vorrichtung verwendet werden. Dadurch dass die Antenne und der koplanare Wellenleiter auf einem gemeinsamen, aber dünnem und flexiblem dielektrischen Substrat gebildet werden, kann die Antenne innerhalb vieler Teile einer Vorrichtung montiert werden, da sie sehr wenig Raum benötigt und um viele andere diskrete Komponenten, wie z.B. Lautsprecher, herum gebildet werden kann. Die Speisungsleiter können Verbindungen rund um flexible, dreh- oder zusammenklappbare Verbindungsstellen bzw. Gelenke herstellen, so wie sie in vielen drahtlosen Vorrichtungen (Telefonen, Computern) zu finden sind.
Alternativ könnte eine Mini-Koaxialleitung anstelle des Wellenleiters (der Speisung) 1520 verwendet werden, um ähnliche Resultate zu erzielen. Zum Beispiel hat ein bekannter Typ einer Koaxialleitung oder eines -Kabels, der einen Durchmesser von 0,8 mm oder 1,2 mm hat, gezeigt, dass er für die Signalübertragung zwischen der Antenne 1500 und dem entsprechenden oder geeigneten Schaltkreis verwendbar ist, so gewünscht. Andere Arten und Typen von Leitern können für bestimmte Anwendungen in Abhängigkeit von Signalübertragungscharakteristiken verwendet werden, wie bekannt.
Die 16A und 16B illustrieren eine seitliche bzw. rückwärtige Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, die im Telefon 100 von 1 montiert ist. Solche Telefone haben verschiedene interne Komponenten, die im Allgemeinen auf einer oder mehreren Platinen zur Ausführung der verschiedenen benötigten oder gewünschten Funktionen getragen werden. Eine Platine 1602, die verschiedene Bauteile, wie integrierte Schaltkreise oder Chips 1604, diskrete Bauteile 1606, wie Widerstände und Kondensatoren und verschiedene Anschlüsse 1608 trägt, wird innerhalb des Gehäuses 102 in den 16A und 16B dargestellt. Das Anzeigefeld und die Tastatur werden typischerweise an der Rückseite der Platine 1602 angebracht, so dass sie der Frontseite des Telefongehäuses 102 gegenüberstehen mit Kabeln, Leitern und Anschlüssen (nicht gezeigt), die verschiedene andere Komponenten, wie den Akkumulator oder eine externe Spannungsquelle, einen Lautsprecher, ein Mikrofon oder andere ähnliche bekannte Elemente an den Schaltkreis auf der Platine 1602 ankoppeln.
In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Anschluss 1610 vom Einschub- oder Einsteck-Typ auf der Unterseite der Platine, nahe der Frontseite des Telefons montiert, und ist so gebaut, das Anschlussende des Speisungsabschnittes 1520 für Antenne 1500 aufzunehmen. Alternativ können ein oder mehrere bekannte Federkontakte oder Klemmen bzw. Clips verwendet werden, um leitende Pads am Ende 1530 zu kontaktieren und die Antenne 1500 elektrisch an die Platine 1602 zu koppeln oder anzuschließen. Solche Federkontakte oder Clips werden unter Verwendung von bekannten Techniken, wie dem Löten oder (der Verwendung von) leitenden Klebstoffen, montiert und sind elektrisch mit geeigneten Anschlüssen verbunden, um Signale zu und von gewünschten Sende- und Empfangsschaltkreisen zu übertragen. Andere Arten von Anschlusstechniken, einschließlich der Verwendung von Lötmittel oder der Verwendung von Miniatur-Koaxialanschlüssen (wenn dünnes Kabel verwendet wird), sind ebenfalls als brauchbar bekannt. Es können auch spezialisierte Impedanzanpassungselemente oder -Schaltkreise innerhalb der drahtlosen Vorrichtung verwendet werden, um mit der Speisungsstruktur zusammenzuschließen, so gewünscht und wie weithin bekannt.
In der Seitenansicht der 16B wird die Platine 1602 dargestellt, wie sie mehrere Schichten leitenden und dielektrischen Materials umfasst, die zusammengefügt sind zu dem, was im Fachgebiet als mehrlagige bzw. multilayer Platine bzw. gedruckte Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) bezeichnet wird. Solche Leiterplatten sind im Fachgebiet gut bekannt und verstanden. Dieses wird illustriert als Schicht dielektrischen Materials 1612, die neben der metallischen Leitungsschicht 1614 aufgebracht ist, die wiederum neben der Schicht dielektrischen Materials 1616 aufgebracht ist, die die metallische Leitungsschicht 1618 trägt oder neben ihr aufgebracht ist. Leitende Durchgänge (nicht gezeigt) werden verwendet, um verschiedene Leiter auf unterschiedlichen Schichten oder Ebenen mit Komponenten auf den äußeren Oberflächen zusammenzuschließen. Geätzte Strukturen auf irgendeiner gegebenen Schicht legen die Strukturen der Zusammenschaltung für diese Schicht fest. In dieser Konfiguration könnte für die Platine 1602 entweder die Schicht 1614 oder die Schicht 1618, wie im Fachgebiet bekannt, eine Masseschicht oder Massefläche bilden, wie sie allgemein bezeichnet wird.
Typischerweise werden eine Reihe von tragenden Ständern, Sockeln oder Graten 1620 zur Montage von Platinen oder anderen Komponenten innerhalb des Gehäuses verwendet. Diese können als Teil des Gehäuses ausgebildet sein, wenn es z. B. aus Spritzgusskunststoff gebildet ist, oder anderweitig in Position gesichert werden, wie z.B. durch Verwendung von Klebstoffen oder anderen bekannten Mechanismen. Zusätzlich gibt es typischerweise eine oder mehrere Befestigungsteilen 1622, die verwendet werden, um Befestigungsteile aufzunehmen, um Teilbereiche von Gehäuse 102, wie abnehmbare bzw. abklappbare Abdeckungen, aneinander zu befestigen.
Wie zuvor besprochen, kann die Antenne 1500 innerhalb von Teilbereichen des Gehäuses 102, einige bekannte Techniken verwendend, befestigt werden, wie zum Beispiel, aber nicht begrenzt auf, die Verwendung von Haftmitteln, Klebstoffen, Klebebändern, Gussverbindungen oder verbundene bzw. gebondete Verbindungen und dergleichen, deren Nutzen in dieser Funktion bekannt ist. Zum Beispiel kann die Antenne 1500 an einer seitlichen Wand oder einem anderen Teilbereich oder anderem Element der drahtlosen Vorrichtung abgestützt werden, unter Verwendung einer haftenden Schicht oder eines haftenden Streifens 1630, verbunden mit dem Substrat 1512. Die Antenne wird im Allgemeinen an der Seite des Gehäuses, vorzugsweise über einem isolierenden Material oder an einem Montagewinkel, der mit Klammern, Schrauben oder ähnlichen Befestigungselementen an der richtigen Stelle montiert werden kann, befestigt.
Alternative Mechanismen für das Montieren oder Befestigen der Antenne an der richtigen Stelle sind im Fachgebiet bekannt. Zum Beispiel können Grate, Führungen oder Ähnliches, was aus dem Material, aus dem das Gehäuse gefertigt wurde, gebildet ist verwendet werden, um das Substrat physikalisch an der richtigen Stelle zu befestigen. Ein Reihe von Vorsprüngen und Erhebungen können auch verwendet werden, um die Antenne zu tragen und können verschiedene Formen haben, wie für die gewünschte Anwendung geeignet.
Wie in 16B gesehen, könnte das Substrat 1512 gebogen oder anders abgewinkelt bzw. gekrümmt sein, um sich gut der Form des Gehäuses anzupassen oder um andere Elemente, Features oder Komponenten innerhalb der drahtlosen Vorrichtung unterzubringen. In der Figur wird ein Lautsprecher 1632 dargestellt, der so positioniert ist, dass die Antennenradiatoren oder -Streifen um einen Teilbereich von ihm „herumgewickelt" sind.
Das Substrat kann in einer gebogenen oder gefalteten Form hergestellt werden oder während der Installation verformt werden. Das Verwenden eines dünnen Substrates ermöglicht, dass das Substrat, wenn es installiert wird, gekrümmt wird, was manchmal für Spannung oder Druck gegen gebogene oder gekrümmte angrenzende Oberflächen sorgt, um das Substrat allgemein, ohne Befestiger zu benötigen, an der richtigen Stelle zu befestigen. Eine Form des Festigens wird dann einfach durch. Installieren benachbarter Baugruppen, Komponenten oder Platinen und Abdeckungen oder Teilbereichen des Gehäuses, die an der Stelle befestigt werden, erreicht. Die vorliegende Erfindung erfordert, um korrekt zu funktionieren, jedoch nicht, dass das Substrat entweder während der Herstellung oder der Installation verformt oder verbogen wird.
17 illustriert zusätzliche drahtlose Vorrichtungen, in denen die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, wie zum Beispiel, aber nicht begrenzt auf, einen tragbaren Computer, ein Modem, ein Datenendgerät, ein Telefax-Gerät oder eine ähnliche mobile elektronische Vorrichtung. In 17 wird eine drahtlose Vorrichtung oder Apparatur, die eine drahtlose Vorrichtung 1700 verwendet, dargestellt, die ein Hauptgehäuse oder einen Hauptteil 1702 mit einem oberen Eck-Abschnitt 1704 hat. In der Schnittperspektive von 17 wird eine Antenne 500 an einer Stelle in der oberen Ecke 1704 befestigt, und ein Satz von Kabeln oder Leitern 1708 wird verwendet, um die Antennenspeisung 516 an passende Schaltkreise innerhalb der drahtlosen Vorrichtung anzuschließen. Fachleute werden leicht verstehen, dass andere Konfigurationen und Orientierungen für die Antenne innerhalb der Lehren dieser Erfindung möglich sind.
Während verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden sind, sollte verstanden werden, dass sie nur als Beispiele und nicht als Einschränkung vorgestellt wurden. So sollten die Breite und der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch irgendeines der oben beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispiele eingeschränkt sein, sondern sollten nur gemäß den folgenden Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert werden.

Claims

Eine uniplanare Dual-Strip- bzw. -Streifen-Antenne, die einen ersten elektrisch leitenden Streifen (404) und einen elektrisch leitenden zweiten Streifen (408), montiert auf einem dielektrischen Substrat (412) aufweist, wobei der erste und zweite Streifen (404, 408) von einander durch einen ausgewählten Spalt beabstandet sind, gekennzeichnet dadurch, dass die Länge und die Breite des ersten und zweiten Streifens (404, 408) so ausgewählt sind, dass sie eine Zwei-Drahtübertragungsleitung zum Empfangen und Senden von elektromagnetischer Energie mit einer vorausgewählten gewünschten Frequenz und Bandbreite bilden, wobei die Länge bzw. Breite des ersten Streifens geringer ist als die Länge bzw. Breite des zweiten Streifens, so dass die Bandbreite der Antenne mindestens 7,29 Prozent ist.
Uniplanare Dual-Streifen- bzw. Panelantenne gemäß Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Streifen (404, 408) metallische Streifen, aufgedruckt auf dieselbe Oberfläche des dielektrischen Substrats (412) aufweisen.
Uniplanare Dual-Streifenantenne gemäß Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Streifen (404, 408) metallische Streifen aufweisen, die auf derselben Oberfläche des dielektrischen Substrats (412) aufgetragen sind.
Uniplanare Dual-Streifenantenne gemäß Anspruch 1, wobei der erste und zweite Streifen (404, 408) auf gegenüberliegenden Oberflächen des dielektrischen Substrats (412) gebildet sind.
Uniplanare Dual-Streifenantenne gemäß Anspruch 1, wobei der erste Streifen (404) im Wesentlich parallel zu dem zweiten Streifen (408) ist.
Uniplanare Dual-Streifenantenne gemäß Anspruch 1, wobei die erste und zweite Streifen (404, 408) von einander weglaufen in der Nähe eines offenen Endes.
Uniplanare Dual-Streifenantenne gemäß Anspruch 1, die weiterhin einen co-planaren Wellenleiter (416) aufweist, mit einem positiven (420) und einem negativen (424, 428) Anschluss, wobei der co-planare Wellenleiter (416) gebildet wird durch Auftragen von Metall auf derselben Oberfläche des Substrats (412), wobei der positive Anschluss (420) elektrisch gekoppelt ist zu dem Streifen (404) und der negative Anschluss (424, 428) elektrisch gekoppelt ist an die ersten und zweiten Streifen (404, 408), wobei Oberflächenströme auf den ersten und zweiten Streifen (404, 408) gebildet werden, wenn die uniplanare Dual-Streifenantenne mit elektrischen Signalen über den coplanaren Wellenleiter (416) mit Energie versorgt wird.
Uniplanare Dual-Streifenantenne gemäß Anspruch 1, die weiterhin einen co-planaren Wellenleiter (416) mit positiven (420) und negativen (424, 428) Anschlüssen aufweist, wobei der co-planare Wellenleiter (416) gebildet wird durch Auftragen von Metall auf derselben Oberfläche des Substrats (412), wobei der positive Anschluss (420) elektrisch gekoppelt ist an die ersten und zweiten Streifen (404, 408) und der negative Anschluss (424, 428) elektrisch gekoppelt ist an den zweiten Streifen (408), wobei Oberflächenströme auf den ersten und zweiten Streifen (404, 408) gebildet werden, wenn die uniplanare Dual-Streifenantenne durch elektrische Signale über den coplanaren Wellenleiter (416) mit Energie versorgt wird.
Uniplanare Dual-Streifenantenne gemäß Anspruch 1, wobei die Bandbreite der Antenne ungefähr 8 bis 20 Prozent ist.
Uniplanare Dual-Streifenantenne gemäß Anspruch 1, wobei das dielektrische Substrat (412) ein flexibles Flächenelement ist, das in der Lage ist, als dielektrisches Medium zu fungieren.
Uniplanare Dual-Streifenantenne gemäß Anspruch 1, wobei das dielektrische Substrat (412) Mylar aufweist, mit einer vorausgewählten Dicke.
Uniplanare Dual-Streifenantenne gemäß Anspruch 1, wobei das dielektrische Substrat (412) Kapton aufweist, mit einer vorausgewählten Dicke.
Uniplanare Dual-Streifenantenne gemäß Anspruch 1, wobei die Länge und Breite des ersten und zweiten Streifens (404, 408) so abgemessen sind, dass die unplanare Dual-Streifenantenne in der Lage ist, Signale mit einem Frequenzbereich von 1,85 bis 1,99 GHz zu empfangen und zu senden.
Uniplanare Dual-Streifenantenne gemäß Anspruch 1, wobei die Länge und Breite des ersten und zweiten Streifens (404, 408) so abgemessen sind, dass die uniplanare Dual-Streifenantenne in der Lage ist, Signale mit einem Frequenzbereich von 824 bis 894 MHz zu empfangen und zu senden.
Uniplanare Dual-Streifenantenne gemäß Anspruch 1, wobei die Länge des zweiten Streifens (408) ungefähr 4,53 Zoll ist und die Breite des zweiten Streifens (408) ungefähr 0,125 Zoll ist, und wobei die Länge des ersten Streifens (404) ungefähr 2,4 Zoll und die Breite des ersten Streifens (404) ungefähr 0,062 Zoll ist.
Uniplanare Dual-Streifenantenne gemäß Anspruch 1, wobei die Länge des zweiten Streifens (408) ungefähr 2,1 Zoll ist und die Breite des zweiten Streifens (408) ungefähr 0,125 Zoll ist, und wobei die Länge des ersten Streifens (404) ungefähr 0,89 Zoll und die Breite des ersten Streifens (404) ungefähr 0,062 Zoll ist.