EP0818847A2

EP0818847A2 - Antennenkonstruktion

Info

Publication number: EP0818847A2
Application number: EP97810427A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Dr. Dersch; Matthias Liebendörfer
Original assignee: Ascom Tech AG
Current assignee: Ascom Tech AG
Priority date: 1996-07-10
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1998-01-14
Also published as: EP0818847A3

Abstract

Die insbesondere für Handfunktelefone nach dem GSM-Standard geeignete Antennenkonstruktion hat eine Metallfläche (1), welche ein boxförmiges Volumen begrenzt, und ein Resonatorelement (5), welches über eine Kante (2) der Metallfläche (1) abgewinkelt ist. Das Resonatorelement (5) kann z. B. durch ein asymmetrisch angeordnetes Kurzschlusselement (4) und eine Speisung (3.1) im erforderlichen Abstand gehalten werden. Die Bauhöhe einer solchen Antennenkonstruktion ist sehr flach, da der Abstand zwischen der Hauptfläche (1.2) und dem darüberliegenden Teil (5.2) des Resonatorelements (5) kleiner ist als derjenige zwischen der Stirnfläche (1.3) und dem L-förmig abgewinkelten Teil (5.1). Die Antenne hat eine Bandbreite von ca. 20% und eine hohe Effizienz. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Antennenkonstruktion, insbesondere für Handfunkgeräte, sowie ein Handfunkgerät mit einer solchen Antennenkonstruktion.

Stand der Technik

Zurzeit besitzen die auf dem Markt erhältlichen Mobilfunktelefone des GSM-Standards überwiegend eine externe Antenne, welche meist als λ/4-Monopol funktioniert. Es ist bekannt, dass der für die Antenne benötigte Platz (insbesondere die Länge) reduziert werden kann, wenn die Antenne zu einer Helix aufgewickelt wird. In Kombination mit einer ausziehbaren Monopolantenne vermag diese Konstruktion in rein elektrischer Sicht den grossen Anforderungen des GSM-Standards hinsichtlich Bandbreite und Effizienz zu genügen. Zur Erhöhung des Tragkomforts, der Verringerung der Beschädigungsgefahr und der Verbesserung der Designmöglichkeiten ist es wünschenswert, dass die Antenne vollständig im Gehäuse untergebracht werden kann. Bei Anwendungen mit geringen Anforderungen an die Bandbreite und die abgestrahlte Leistung (z. B. bei schnurlosen Telefonen gemäss der DECT-Norm) existieren bereits Antennen, die im Gehäuse integriert sind. Diese bekannten Antennenkonstruktionen sind jedoch für GSM-Spezifikationen nicht geeignet.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antennenkonstruktion anzugeben, die einen geringen Platzbedarf hat (und sich somit namentlich in flachen Gehäusen integrieren lässt) und die für höhere Bandbreiten und Leistungen geeignet ist (wie sie z. B. durch GSM vorgeschrieben sind).

Die erfindungsgemässe Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Demzufolge wird die Antenne im wesentlichen durch eine als Grundplatte dienende Metallfläche und eine als Resonatorelement wirkende L-förmig abgewinkelte Platte gebildet. Die L-förmige Platte ist im Abstand um eine Kante der Metallfläche geführt. D. h. ein kurzer Schenkel der Platte endet in einem vorgegebenen ersten Abstand A1 bezüglich einer in der Ebene der Metallfläche liegenden Richtung "jenseits" der Kante. Ein langer Schenkel der Platte ist in einem vorgegebenen zweiten (mittleren) Abstand A2 "über" der Metallfläche gehalten. Der genannte zweite Schenkel verläuft typischerweise mehr oder weniger parallel zur Metallfläche.

Der Übergang zwischen dem langen und dem kurzen Schenkel kann eckig oder rund ausgebildet sein. Der Abstand A2 zwischen dem Resonatorelement und der Metallfläche braucht allerdings nicht an jedem Punkt gleich zu sein. Resonatorelement und Metallfläche können z. B. leicht gekrümmt oder in einem kleinen Winkel zueinander stehen. Ferner kann der genannte Abstand lokal variieren. Insgesamt bewegt er sich innerhalb eines gegebenen Bereiches bzw. variiert um einen bestimmten Mittelwert herum. Das Resonatorelement kann also einer Innenseite eines Gerätegehäuses formmässig angepasst sein. Es stört auch nicht, wenn elektronische Bauteile aus der Metallfläche herausragen.

Die erfindungsgemässe Konstruktion und Plazierung des Resonatorelements macht es möglich, die Bauhöhe (in einer Richtung senkrecht zur Metallfläche) - ohne wesentlichen Verlust an Bandbreite - zu minimieren. In diesem Sinn wird der Abstand A2 kleiner gewählt als der Abstand A1.

Ein zwischen Metallfläche und Resonatorelement vorgesehenes Kurzschlusselement ist im wesentlichen in Richtung der durch die Verlängerung der Metallfläche definierten Ebene geführt. Es kann z. B. gerade in einer Verlängerung der Metallfläche verlaufen. Es kann aber auch - namentlich bei der weiter unten erläuterten Variante mit dem "Box"-Volumen - durch eine lokal senkrecht zur Metallfläche stehende Verbindungslasche gebildet sein.

Die Speisung verläuft im wesentlichen parallel zum Kurzschlusselement aus der Metallfläche heraus zum Resonatorelement. Der genaue Ansatzpunkt (Ort) der Speisung und insbesondere deren Abstand zum Kurzschlusselement kann variiert werden, um die gewünschte Anpassung der erfindungsgemässen Antenne zu erzielen. Ansatzpunkt und Abstand sind im Einzelfall festzulegen und können nach Bedarf optimiert werden.

Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform definiert die Metallfläche ein boxförmiges Volumen. Das erfindungsgemässe Resonatorelement ist im Abstand zu einer (vorzugsweise stirnseitigen) Kante des boxförmigen Volumens angeordnet. Seine mechanische Abstützung kann u. U. allein durch das asymmetrisch angeordnete Kurzschlusselement erfolgen. Je nach Ausführung der Speisung kann evtl. auch diese zur Stabilisierung beitragen. Besonders stabil wird die Konstruktion bei Benutzung eines dielektrischen Stützkörpers oder bei Befestigung des Resonatorelements an einem die Antenne umgebenden Kunststoffgehäuse.

Die Metallfläche kann auch durch die Metallisierung einer Leiterplatte gebildet sein. Auf dieser Leiterplatte sind auch die elektronischen Bauteile der Schaltung (Sender, Empfänger, Steuerung, Datenverarbeitung) aufgebaut. Das Kurzschlusselement wird z. B. durch eine angelötete oder angeklemmte Lasche gebildet (welche in der durch die Leiterplatte definierten Ebene liegen kann). Es kann auch vorzugsweise durch eine aufgedruckte, flächige Metallisierung direkt auf der Leiterplatte gebildet sein. Die Speisung ist dann z. B. als Mikrostreifenleiter auf der Leiterplatte von der Schaltung zum Resonatorelement auf der Platine geführt.

Vorzugsweise ist das boxförmige Volumen durch die Metallfläche allseitig umschlossen. Eine im Volumen befindliche Schaltung wird so effizient abgeschirmt. Für die Anwendung bei Mobilfunktelefonen wird ein möglichst flaches, schichtförmiges Volumen angestrebt. Es sind aber auch Anwendungen denkbar, bei denen es nicht primär auf ein Volumen geringer Bauhöhe ankommt. Es ist natürlich auch nicht zwingend, dass das Volumen allseitig umschlossen ist. Schmal- und Stirnseiten können teilweise oder ganz geöffnet sein.

Als boxförmiges Volumen kann jedes mehr oder weniger quaderförmige Volumen verstanden werden (Zigarettenschachtelform). Die Kanten können eckig oder abgerundet sein. Die verschiedenen Seitenflächen brauchen nicht parallel zueinander zu stehen. Sie können z. B. entsprechend den Formvorgaben des designmässig gestalteten Aussengehäuses des Funktelefons geneigt oder gekrümmt sein.

Die durch die Metallfläche gebildete Oberfläche umfasst z. B. zwei länglich rechteckige Hauptflächen (in - einem im Verhältnis zur Querabmessung - geringen gegenseitigen Abstand) und mindestens eine kurze verbindende Stirnfläche. Das Resonatorelement überdeckt die genannte Stirnfläche und einen angrenzenden Bereich der einen Hauptfläche (selbstverständlich unter Wahrung eines bestimmten Abstandes). Zur Speisung der Antenne ist z. B. ein Innenleiter einer Koaxialleitung (oder ein Mikrostreifenleiter) durch die Metallfläche hindurch zum Rand des Resonatorelements geführt. Der kurze Schenkel der Resonatorplatte kann über eine (zur Metallfläche hin abgewinkelte) Lasche gespeist werden. Das Kurzschlusselement kann ein Verbindungsstreifen sein, welcher in einer Verlängerung einer Schmalseite des boxförmigen Volumens liegt. Damit die Resonanzbedingung erfüllt ist, muss das Kurzschlusselement im Bereich einer Ecke der Resonatorplatte angeordnet sein. Speisung und Kurzschluss können in der gleichen oder in verschiedenen (z. B. senkrecht zueinander stehenden) Ebenen liegen.

Das Resonatorelement soll zur Hauptfläche einen kleineren Abstand haben als zur kurzen verbindenden Stirnfläche. Während nämlich der erstgenannte Abstand mitbestimmend für die Bauhöhe des (aus designmässigen Gründen möglichst flach zu gestaltenden) Handfunkgeräts sein kann, geht der zweitgenannte Abstand nur in die (nicht besonders kritische) Längsabmessung ein.

Es ist durchaus möglich, zwischen Resonatorelement und Metallfläche einen dielektrischen Körper einzufügen. Er kann insbesondere für die Stabilisierung des Resonatorelements hilfreich sein. Der Körper kann z. B. ein L-förmig abgewinkeltes Substrat mit einer selektiv aufgebrachten Metallbeschichtung (zur Bildung der Resonatorplatte, der Speisung und des Kurzschlusses) sein.

Die erfindungsgemässe Antenne kann auch so ausgebildet sein, dass das Resonatorelement mit dem Kurzschlusselement und fünf Flächenstücken der boxförmigen Metallfläche aus einem Stück teilweise metallisierten Kunststoffes besteht. Der Kunststoffteil braucht nicht vollständig metallisiert zu sein. Die nicht-metallisierten Teile können zur mechanischen Festigkeit beitragen. Die angefügte Leiterplatte mit den elektronischen Bauteilen und der aufgedruckten Stanzform vervollständigt einerseits die Metallfläche zu einer geschlossenen Oberfläche einer Box und schliesst andererseits das Resonatorelement an die Speisespannung an.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante besteht darin, dass das Resonatorelement an der Innenseite des Kunststoffgehäuses des Mobilfunktelefons oder auf einer flexiblen Folie oder einem dünnen Leiterplattensubstrat aufgebracht ist. Die mechanische Abstützung muss dann natürlich nicht vom Kurzschlusselement übernommen werden.

Das Resonatorelement hat einen Umfang entsprechend einer halben Wellenlänge λ der Resonanzschwingung. Da die resonanzaktive Länge des Resonatorelements etwa λ/4 betragen sollte (Resonanzbedingung), ist also das Kurzschlusselement möglichst in der Ecke zu plazieren. Das boxförmige Volumen kann z. B. eine Abmessung von 0.33 x 0.15 x 0.015 λ³ haben. Der Abstand zwischen der verbindenden Stirnfläche und dem abgewinkelten Teil des Resonatorelements kann z. B. 0.03 λ betragen. Der Abstand zur Hauptfläche beträgt z. B. nur gerade etwa 0.01 λ.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele verwendeten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1a: Eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemässen Antenne;
Fig. 1b: eine schematische Darstellung einer alternativen Art des Antennenanschlusses;
Fig. 1c: eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführung des Resonatorelements;
Fig. 2: eine perspektivische Darstellung eines Konstruktionselementes bestehend aus dielektrischem Substrat und Resonatorelement;
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer Stanzform zur Herstellung eines Resonatorelements aus einem Stück Blech;
Fig. 4: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Antennenkonstruktion für eine bestückte Leiterplatte in der Seitenansicht;
Fig. 5a bis c: eine schematische Darstellung eines möglichen konstruktiven Aufbaus der Ausführungsform gemäss Fig. 1a.

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1a zeigt eine boxförmige Metallfläche 1 mit zwei in geringem Abstand parallel zueinander angeordneten Hauptflächen 1.1, 1.2, einer oberen und einer unteren kurzen Stirnfläche 1.3 bzw. 1.4 und zwei langen schmalen Seitenflächen 1.5, 1.6. Die Form ist vergleichbar mit derjenigen einer länglichen flachen Zigarettenschachtel.

In einem bestimmten Abstand zur Kante 2 (welche zwischen Hauptfläche 1.2 und Stirnfläche 1.3 gebildet ist) ist ein L-förmig abgewinkeltes Resonatorelement 5 gehalten. Zur Abstützung können ein Kurzschlusselement 4 und - je nach mechanischer Ausführung - evtl. eine Speisung dienen.

Die Breite des Resonatorelements entspricht derjenigen der Hauptfläche 1.2. Eine abgewinkelte kurze Seite 5.1 ist etwas grösser als die Stirnfläche 1.3 (entsprechend dem Abstand A2 zwischen Resonatorelement 5 und Hauptfläche 1.2). Die genannte kurze Seite 5.1 hat einen Abstand A1 von der Stirnfläche 1.3 und endet etwa in der Verlängerung einer durch die Hauptfläche 1.1 definierten geometrischen Ebene. Die vorzugsweise um 90° abgewinkelte lange Seite 5.2 überdeckt den obersten Bereich der Hauptfläche 1.2.

Das Kurzschlusselement 4 ist z. B. eine streifenförmige Verlängerung der Seitenfläche 1.5. Es kann so breit wie die genannte Seitenfläche 1.5 oder auch schmaler sein.

Die Speisung erfolgt aus dem abgeschirmten Volumen heraus. Zu diesem Zweck ist z. B. ein Mikrostreifenleiter 3.1 (oder ein Innenleiter einer Koaxialleitung) durch die Stirnfläche 1.3 hindurch zur kurzen Seite 5.1 geführt. Die Speisung ist im Bereich der Hauptfläche 1.1 oder der Seitenfläche 1.5 angeordnet (wobei der Abstand zum Kurzschlusselement 3.1 durch die erforderliche Anpassung bestimmt ist). Die Schaltung zur Ansteuerung der Antenne wird in dem innerhalb der Metallfläche 1 gebildeten flachen Volumen untergebracht. Die Metallfläche 1 bildet also das Abschirmgehäuse der Schaltungselektronik.

Die Speisung (Mikrostreifenleiter 3.1) befindet sich im gezeigten Beispiel mehr oder weniger in der durch die Hauptfläche 1.1 gebildeten geometrischen Ebene und schliesst am Rand bzw. in der Nähe des Randes der abgewinkelten kurzen Seite 5.1 des Resonatorelements 5 an.

Die in Fig. 1b gezeigte Variante unterscheidet sich von Fig. 1a hinsichtlich der Speisung und der Positionierung des Kurzschlusselements 4. Der Mikrostreifenleiter 3.1 (bzw. ein Innenleiter einer Koaxialleitung) ist an einer Lasche 3.2 angeschlossen, welche im wesentlichen senkrecht zur kurzen Seite 5.1 steht und zur Stirnfläche 1.3 hinragt. Das Kurzschlusselement 4 befindet sich nicht in der Verlängerung der Seitenfläche 1.5, sondern in der Verlängerung der Hauptfläche 1.1. Die Speisung (Lasche 3.2 und Mikrostreifenleiter 3.1) und das Kurzschlusselement 4 sind wiederum in einem durch die angestrebte Anpassung bestimmten Abstand zueinander angeordnet.

Fig. 1c zeigt eine weitere Alternative, bei welcher das Resonatorelement abgerundet ist. Der Übergang zwischen der langen Seite 5.2 und der kurzen Seite 5.1 ist hier nicht durch eine ausgeprägte Kante, sondern durch einen kontinuierlich gewölbten, bzw. gekrümmten Übergang gebildet. Der Krümmungsradius liegt in der Grössenordnung der Abstände A1 und A2. Versuche haben gezeigt, dass runde Übergänge zu einer grösseren Bandbreite führen können. Ist die Bandbreite - durch das Ersetzen des eckigen Resonatorelements durch ein rundes - zu gross geworden, kann sie durch eine Reduktion des Abstandes A1 bzw. A2 wieder verringert werden. Die Dicke (bzw. Bauhöhe) der ganzen Antennenkonstruktion kann durch die Verwendung von abgerundeten Resonatorelementen vorteilhaft klein gehalten werden.

Im Beispiel gemäss Fig. 1c ist der Kurzschluss 4 ähnlich wie in Fig. 1b positioniert. Die Speisung erfolgt dagegen durch einen Mikrostreifenleiter 3.1 in einer Verlängerung der Seitenfläche 1.5. Aus den Figuren 1a bis 1c sind also verschiedene Varianten für die Plazierung von Kurzschluss und Speisung ersichtlich. Selbstverständlich sind auch andere Anordnungen möglich entsprechend dem erforderlichen Abstand zwischen diesen beiden Elementen.

Die Abmessungen der Metallbox sind z. B. wie folgt: L = 0.33 λ, B = 0.15 λ und D = 0.015 λ. (Die Dicke D beträgt im vorliegenden Beispiel 1/10 der Breite B bzw. etwa 1/20 der Länge L.) Der Abstand zwischen der Stirnfläche 1.3 und der kurzen Seite 5.1 beträgt z. B. 0.03 λ, derjenige zwischen der langen Seite 5.2 und der Hauptfläche 1.2 etwa 0.01 λ. Der zweitgenannte Abstand ist also um ein Mehrfaches (z. B. 3-faches) kleiner als der erstgenannte. Die Breite des Resonatorelements 5.1 ist im wesentlichen gleich wie die Breite B der Metallbox. Die Länge X1 der kurzen Seite 5.1 beträgt z. B. 0.025 λ, während die Länge X2 der langen Seite 5.2 0.07 λ misst. Mit anderen Worten, die lange Seite ist z. B. mehr als doppelt so lang wie die kurze Seite 5.1.

Der Abstand zwischen der Speisung und dem Kurzschlusselement 4 kann zur Anpassung der Antenne an die geforderten 50 Ω Eingangsimpedanz variiert werden. Bei der oben beispielhaft erwähnten Dimensionierung betrug er 0.037 λ.

Im Anwendungsfall eines GSM-Mobilfunktelefons liegt die Wellenlänge im Bereich von 30 cm.

Dadurch, dass das Resonatorelement 5 in der in Fig. 1a gezeigten Weise abgewinkelt bzw. rund abgebogen ist, gelingt es, die Bauhöhe in der kritischen Umgebung der Speisung und des Kurzschlusselements 4 in die Längsachse des Gehäuses zu verlegen, wo mehr Platz vorhanden ist. Die grössere Seite 5.2 des im wesentlichen rechteckigen Resonatorelements kann mit geringer Höhe über der abstrahlseitigen Metallfläche (d. h. der Hauptfläche 1.2) geführt werden. Die boxförmige Metallfläche 1 trägt als Gegengewicht zur Abstrahlung bei und gewährleistet auch dann eine gute Abstrahlung, wenn das Antennenelement durch die Hand des Mobilfunktelefonbenutzers abgedeckt ist.

Die Eingangsimpedanz der erfindungsgemässen Antenne liegt bei ca. 50 Ω reell. Bezüglich der Bedingung, dass der Reflexionsverlust kleiner als 10 dB sein soll, wurde eine Bandbreite von 20% erzielt. Dieser Wert liegt - bei guter Effizienz und kompakter Abmessung - über den entsprechenden Anforderungen des GSM-Standards. Hervorragend ist die geringe Verstimmbarkeit der Antenne durch die Hand oder den Kopf des Telefonbenutzers. Als Antenne im Medium Luft hat sie eine aussergewöhnliche Effizienz von über 90% und zwar weitgehend unabhängig von der abgestrahlten Leistung (bis zu 2 Watt bei GSM). Trotzdem sind die geometrischen Abmessungen klein und optimal für die Integration in einem Handgerät angepasst. Das Abstrahldiagramm weist eine überwiegend omnidirektionale Charakteristik auf. Im folgenden sollen einige einfache und kostengünstige Antennenkonstruktionen beschrieben werden.

Fig. 2 zeigt einen dielektrischen Körper 6 mit zwei rechtwinklig zueinander stehenden Teilen 6.1, 6.2. An der Aussenseite dieses L-förmigen Körpers 6 ist eine ganzflächige Metallbeschichtung 7.1, 7.2 angebracht, welche dem Resonatorelement 5 in Fig. 1a entspricht. Auf einer der Metallbeschichtung 7.1 gegenüberliegenden Seite des Teils 6.2 ist eine schmale streifenförmige Metallbeschichtung 7.3 angebracht, welche der Speisung (Mikrostreifenleiter 3.1/ Lasche 3.2) in Fig. 1a, 1b entspricht. An der L-förmigen Seitenfläche ist im Bereich des Teils 6.2 eine Metallbeschichtung 7.4 als Kurzschlusselement angebracht (vgl. Kurzschlusselement 4 in Fig. 1 a).

Die in Fig. 2 gezeigte Resonatorkonstruktion kann an die Aussenseite eines geeignet dimensionierten Abschirmgehäuses aufgesetzt werden. Die Abmessungen sind dabei so, dass im Endeffekt ein zu Fig. 1a vergleichbarer Aufbau entsteht (Metallbeschichtung 7.3 fluchtend mit einer Hauptfläche des Abschirmgehäuses und Metallbeschichtung 7.4 fluchtend mit einer Seitenfläche desselben). Der Körper 6 bildet dabei ein dielektrisches Medium (ε_r > 1) und kann zu einer Reduktion der Antennenabmessungen führen. Die in Fig. 2 gezeigte Resonatorkonstruktion ist mechanisch stabil und kann auch ohne besonderen Montageaufwand die Abstände zwischen Resonatorelement und Abschirmgehäuse definiert festlegen.

Bei gleicher Resonanzfrequenz kann die Antenne kleiner gebaut werden. Allerdings nimmt mit zunehmender Dielektrizitätskonstante ε_r die Bandbreite ab. Umgekehrt gesehen, kann die Bandbreite und die Grösse der Antenne durch die geeignete Wahl der Materialeigenschaften des Substrats angepasst werden.

Fig. 3 zeigt, wie das Resonatorelement aus einem Stück Blech 8, welches zwei Laschen 12, 13 für die Speisung bzw. den Kurzschluss hat, hergestellt werden kann. Das im wesentlichen rechteckige Blech 8 hat an geeigneter Stelle eine Biegelinie 9, so dass das Blech 8 L-förmig abgebogen werden kann. Auch die Laschen 12, 13 verfügen über Biegelinien 10, 11 zum rechtwinkligen Abbiegen. Das derart zurechtgeformte Blech wird über die Laschen 12 und 13 mit den entsprechenden Kontakten am Abschirmgehäuse verlötet. Auf das Löten kann z. B. verzichtet werden, wenn das gebogene Blech beim Zusammensetzen des Mobilfunkgerätes zwischen dem Kunststoffgehäuse und dem darin angeordneten Abschirmgehäuse eingeklemmt wird. Kurzschlusselement und Speisung werden dann an die entsprechenden Kontakte am Abschirmgehäuse gepresst.

Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform stellt eine konstruktiv einfache Variante ohne Abschirmgehäuse dar. Ausgangspunkt ist eine Leiterplatte 14 mit einer Metallisierung 15 auf der Rückseite und einer Bestückung mit diversen elektronischen Bauteilen 16 auf der Vorderseite. (Im vorliegenden Beispiel wird der Einfachheit halber nicht auf die meist üblichen doppelseitigen und mehrschichtigen Leiterplattenaufbauten eingegangen. Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung ohne weiteres auf derart verdichtete elektronische Schaltungen angewendet werden kann.) An einer stirnseitigen Kante 19 (welche in der gewählten Darstellung senkrecht zur Zeichenebene verläuft) ist über eine Kurzschlusslasche 18 eine erfindungsgemässe Resonatorplatte 17 angeschlossen. Die Speisung verläuft in der gleichen Ebene wie die Kurzschlusslasche 18 (und ist deshalb in der Darstellung gemäss Fig. 4 nicht sichtbar). Der kurze Schenkel 17.1 endet also in einem bestimmten Abstand "jenseits" der Kante 19. Der lange zweite Schenkel 17.2 verläuft in einem möglichst geringen Abstand über der (dielektrischen) Leiterplatte 14. Die Ansteuerung der Antenne erfolgt durch die auf der Leiterplatte 14 implementierte Schaltung.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform kann zusätzlich durch ein Abschirmgehäuse der elektronischen Schaltung erweitert werden. Vorzugsweise werden dann Resonatorelement und Abschirmgehäuse aus einem metallisierten Stück Kunststoff hergestellt, wobei die elektrisch leitenden Teile durch die partielle Metallisierung gebildet werden. Durch Zusammenlegen dieses Kunststoffteils mit der Leiterplatte wird in einem Vorgang a) die Antenne montiert, b) ein Kontakt erstellt und c) die elektronische Schaltung abgeschirmt.

Dies soll im folgenden anhand der Figuren 5a bis 5c erläutert werden. Fig. 5a zeigt eine Leiterplatte 20 in der Draufsicht. Der rechteckige Bereich 21, in welchem die Bauteile 23 der elektronischen Schaltung angeordnet sind, ist durch einen umlaufenden Kontaktstreifen 22 gegen den Rand der Leiterplatte 20 abgegrenzt. An einer Stelle ist der Kontaktstreifen 22 unterbrochen, damit der Mikrostreifenleiter 24 aus dem Bereich 21 herausgeführt werden kann. Der Kontaktstreifen 22 ist mit der elektrischen Masse der Leiterplatte verbunden (welche sich z. B. auf der Rückseite des isolierenden Trägers befindet). In den Ecken des (in der Art eines rechteckigen Rahmens ausgebildeten) Kontaktstreifens sind z. B. Bohrungen 25.1 bis 25.4 vorgesehen.

Fig. 5b zeigt einen deckelartigen zweiten Teil, der die Abschirmung 26 und das Resonatorelement 27 umfasst. Dieser zweite Teil ist z. B. durch einen selektiv metallisierten Kunststoff-Formteil gebildet. Die Abschirmung 26 weist vier Schmalseiten 26.1 bis 26.4 und eine Hauptfläche 26.5 auf. Die Hauptfläche 26.5 ist etwa gleich gross wie der Bereich 21. Die Kanten der Schmalseiten 26.1 bis 26.4 kommen auf den Kontaktstreifen 22 zu liegen, wenn der Kunststoff-Formteil gemäss Fig. 5b auf die Leiterplatte 20 gemäss Fig. 5a gelegt wird. Es wird also ein geschlossenes, boxförmiges Volumen gebildet, in welchem die Bauteile 23 untergebracht werden können.

Das Resonatorelement 27 wird durch das Kurzschlusselement 28, welches auf einer Verlängerung der Schmalseite 26.3 liegt, und wahlweise durch ein zusätzliches Trägerelement 30, welches spiegelsymmetrisch zum Kurzschlusselement 28 in einer Verlängerung der Schmalseite 26.1 gebildet ist, getragen. Zur weiteren Stabilisierung des Resonatorelements 27 kann an dessen Ende 31 ein Stützelement vorgesehen sein, welches durch die Hauptfläche 26.5 getragen wird.

Am Resonatorelement 27 ist an der gewünschten Stelle ein Kontaktelement 29 ausgebildet. Es kann sich z. B. um eine kleine Feder handeln. Beim Befestigen des in Fig. 5b gezeigten Kunststoff-Formteils auf der in Fig. 5a gezeigten Seite der Leiterplatte 20 setzt sich das Kontaktelement 29 auf den Kontaktpunkt 24.1 am äusseren Ende des Mikrostreifenleiters 24. Eine Ausnehmung 33 in der Schmalseite 26.4 bildet eine Öffnung für den Mikrostreifenleiter in der Abschirmung. In den Ecken des kastenförmigen Deckels (d. h. innenseitig der Kanten zwischen den Schmalseiten 26.1 bis 26.4) sind beispielsweise Pfosten 32.1 bis 32.4 vorgesehen, welche mit den Bohrungen 25.1 bis 25.4 korrelieren und ein Verschrauben der beiden Teile ermöglichen, so dass der in Fig. 5c gezeigte Aufbau entsteht.

Falls die Leiterplatte auf beiden Seiten mit Bauelementen bestückt ist, ist natürlich auch die "Rückseite" mit einem Deckel abzuschirmen. Die für die Antenne wirksame Metallfläche ist dann dieser zweite Deckel (und nicht die Masse der Leiterplatte). Der genannte zweite Deckel ist im Fig. 5c durch eine gestrichelte Linie angedeutet.

Die oben beschriebenen Antennenkonstruktionen können in verschiedener Hinsicht variiert werden. So kann z. B. die Form des Resonatorelements abgerundet statt rechteckig sein oder verschiedene kleine Einbuchtungen und Laschen haben, um überstehende Bauteile zu umfassen bzw. einzuhüllen. Es können auch Löcher im Resonatorelement vorgesehen sein, um beispielsweise grösseren Schaltungselementen Platz zu machen. Es ist im übrigen ohne weiteres denkbar, dass eine grössere Anzahl von Löchern vorhanden ist. Der Durchmesser eines Loches ist in der Regel nicht grösser als der weiter oben erwähnte Abstand A1 bzw. A2. Dadurch kann eine Art Gitterstruktur entstehen. Weiter können Einschnitte an Stellen, die keine hohen Stromflüsse zeigen, vorgesehen sein. Der Winkel zwischen dem kleineren und dem grösseren Teil des L-förmigen Resonatorelements kann von 90° abweichen und mit Vorteil gerundet ausgeführt werden. Zur Feinabstimmung können am Resonatorelement Fortsätze angeformt sein, deren Länge die Resonanzfrequenz beeinflussen.

Auch in der Positionierung des Kurzschlusselementes gibt es gewisse Freiheiten. Es kann gleich breit, breiter oder schmaler als die Seitenfläche sein. Es braucht sogar nicht einmal unbedingt in der Ebene der Seitenfläche zu liegen. Es kann z. B. an den Rand einer der beiden Hauptflächen verlegt werden.

Wird z. B. das Resonatorelement durch eine Kupferschicht auf einer flexiblen Folie gebildet (flexible Leiterplatte), dann entsteht eine abgerundete Abwinklung. Die Folie wird dabei ins Kunststoffgehäuse eingelegt und von diesem in der richtigen Form gehalten. Die Kontakte können wiederum durch Löten oder Pressen gewährleistet werden. (Die Kupferschicht kann in an sich bekannter Weise mit einem fotochemischen Verfahren auf die Folie aufgedruckt werden.)

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die erfindungsgemässe Antenne eine verhältnismässig hohe Bandbreite von etwa 20% hat bei vergleichsweise geringer Bauhöhe von wenigen Millimetern. Die Antenne ist wenig empfindlich auf in der Nähe befindliche Körperteile (wie z. B. Hand oder Kopf der Telefonbenutzers). Sie erfüllt die Anforderungen des GSM-Standards und erlaubt eine vollständige Integration im Kunststoffgehäuse.

Claims

Antennenkonstruktion, insbesondere für Handfunkgeräte, mit einer Metallfläche (1) und einem als im wesentlichen L-förmig abgewinkelte Platte ausgebildeten Resonatorelement (5), welches derart in einem Abstand zu einer Kante (2) der Metallfläche (1) gehalten ist, dass ein kurzes Ende (5.1) einen vorgegebenen ersten Abstand (A1) in Richtung einer Verlängerung der Metallfläche (1) und ein langes Ende (5.2) einen vorgegebenen zweiten Abstand (A2) senkrecht zur Metallfläche (1) hat.
Antennenkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erstgenannte Abstand (A1 ) grösser als der zweitgenannte (A2) ist.
Antennenkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A2) zwischen dem langen Ende des Resonatorelements (5) und der Metallfläche (1) innerhalb eines gegebenen Bereiches variiert.
Antennenkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kurzschlusselement (4) des Resonatorelements (5) im wesentlichen in einer Verlängerung einer durch die Metallfläche (1) definierten geometrischen Ebene angeordnet ist und dass eine Speisung (3.1) im wesentlichen parallel dazu von der Metallfläche (1) zum Resonatorelement (5) geführt wird.
Antennenkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein gegenseitiger Abstand zwischen Speisung (3.1) und Kurzschlusselement (4) sowie der Ort der Speisung (3.1) entsprechend vorgegebenen Anpassungswerten gewählt sind.
Antennenkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfläche (1) eine Oberfläche eines boxförmigen Volumens bildet und dass aus diesem zur Speisung eine Leitung (3.1) durch die Metallfläche (1) geführt ist.
Antennenkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonatorelement (5) durch ein asymmetrisch angeordnetes Kurzschlusselement (4) mit der Metallfläche (1) verbunden und dadurch vorzugsweise auch mechanisch abgestützt ist.
Antennenkonstruktion nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das boxförmige Volumen durch die Metallfläche (1) allseitig umschlossen ist und vorzugsweise schichtförmig ausgebildet ist.
Antennenkonstruktion nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfläche (1) zwei vorzugsweise länglich rechteckige Hauptflächen (1.1, 1.2) und mindestens eine kurze verbindende Stirnfläche (1.3) bildet, und dass das Resonatorelement (5) die genannte Stirnfläche (1.3) und einen angrenzenden Bereich der einen Hauptfläche (1.2) überdeckt.
Antennenkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang zwischen dem kurzen Ende (5.1) und dem langen Ende (5.2) des Resonatorelements (5) abgerundet ist.
Antennenkonstruktion nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzschlusselement (4) ein in einer Verlängerung einer Schmalseite (1.5) oder Breitseite des boxförmigen Volumens liegender Streifen ist.
Antennenkonstruktion nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisung (3.1) auf einer Leiterplatte geführt ist, die gleichzeitig eine elektronische Schaltung trägt.
Antennenkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Metallfläche (1) und Resonatorelement (5) ein dielektrischer Körper angeordnet ist.
Antennenkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonatorelement (5) im wesentlichen einen Umfang entsprechend einer halben Wellenlänge (λ) hat.
Handfunkgerät mit einer Antennenkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und einer im boxförmigen Volumen untergebrachten elektrischen Schaltung zur Ansteuerung der Antennenkonstruktion.
Handfunkgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es über ein nichtleitendes Gehäuse verfügt, an dessen Innenseite das Resonatorelement in Form einer Metallbeschichtung, eines vorgeformten Blechs oder einer leitend beschichteten Folie angebracht ist.
Handfunkgerät nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Resonatorelement (5), ein Kurzschlusselement (4) und die Metallfläche (1.2 bis 1.6) aus einem Stück, insbesondere aus einem teilweise metallisierten Kunststoff gefertigt sind.