WO2001029927A1

WO2001029927A1 - Schaltbare antenne

Info

Publication number: WO2001029927A1
Application number: PCT/DE2000/001401
Authority: WO
Inventors: Michael Schreiber; Stefan Huber
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 2000-05-03
Publication date: 2001-04-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antenne, insbesondere für ein Mobilfunkgerät, mit einer Antennenstruktur, die zumindest eine Kontaktierstelle aufweist. Es ist vorgesehen, dass die Antennenstruktur zumindest zwei zueinander beanstandete Kontaktierstellen besitzt, die ein Kontaktierstellenpaar (5, 9) bilden und über eine Umschalteinrichtung (6, 12) wahlweise mit einer Leitung (HF, 8) verbindbar sind.

Description

Beschreibung

SCHALTBARE ANTENNE

Die Erfindung betrifft eine Antenne, insbesondere für ein Mobilfunkgerät, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und 3.

Antennen, insbesondere für Mobilfunkgeräte, sind bekannt. Bei diesen Antennen kann die Antennenstruktur als sogenannte Patch-Struktur oder als PCB-Struktur ausgebildet sein. Die

Antennestruktur dient zumindest zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen. Insbesondere für Mobilfunkgeräte dient die Antennenstruktur jedoch auch zum Empfang elektromagnetischer Wellen. Die Antennenstruktur weist zumindest eine Kontaktier- stelle auf, die mit einer HF-Leitung eines Senders und/oder Empfängers verbindbar ist. Es sind jedoch auch Antennenstrukturen bekannt, die sowohl eine Kontaktierstelle für die HF- Leitung als auch für einen Masseanschluss besitzen. Um innerhalb eines Frequenzbandes senden und/oder empfangen zu kön- nen, muss die Antennenstruktur entsprechend breitbandig ausgebildet sein. Beispielsweise ist es möglich, dass innerhalb eines Frequenzbandes zwei Sendefrequenzen oder eine Sende- und eine Empfangsfrequenz liegen, auf die die breitbandige Antennenstruktur getunt, also auf die Resonazfrequenz einge- stellt werden kann. In Abhängigkeit der Bandbreite verändert sich auch die Länge beziehungsweise Größe der Antennenstruktur. Da unter anderem bei Mobilfunkgeräten der Trend zu immer kleineren Geräteeinheiten führt, beanspruchen bekannte Antennen oft ein Teilvolumen des Geräts, das 10 % des Gesamtvolu- en des Geräts auch übersteigen kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Antenne der eingangs genannten Art anzugeben, die diesen Nachteil nicht aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Antenne, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Die Antenne, die insbesondere für ein Mobilfunkgerät verwendet wird, beispielweise Mobiltele- fon, besitzt eine Antennenstruktur zumindest zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen. Die Antennenstruktur weist zumindest eine Kontaktierstelle an der Antennenstruktur auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Antennenstruktur zu- mindest zwei mit Abstand zueinander liegende Kontaktierstellen aufweist, die ein HF-Kontaktier-stellenpaar bilden, wobei die zumindest zwei Kontaktierstellen über eine erste Umschalteinrichtung wahlweise umschaltbar mit einer HF-Leitung verbindbar sind. Dadurch, dass zumindest zwei Kontaktierstel- len vorgesehen sind, die mit Abstand zueinander an der Antennenstruktur vorliegen, wird quasi die wirksame Länge der Antennenstruktur verändert, da die HF-Leitung an unterschiedlichen Stellen an der Antennenstruktur anschließbar ist. Mit der Umschalteinrichtung, die beispielsweise der Antenne selbst oder dem Mobilfunkgerät zugeordnet sein kann, kann die Antennenstruktur also auf zumindest zwei Resonanzfrequenzen, insbesondere innerhalb eines Frequenzbandes, eingestellt beziehungsweise getunt werden. Somit ist es möglich, entweder die erfindungsgemäße Antenne auf zwei unterschiedliche Sende- frequenzen oder aber auf eine Sende- und Empfangsfrequenz zu tunen. Insbesondere für Mobilfunkgeräte ist dies vorteilhaft, da Sender und Empfänger nie zeitgleich betrieben werden. Somit besteht mit der erfindungsgemäßen Antenne die Möglichkeit, für den Sende- und Empfangspfad die Antenne getrennt zu tunen. Die erfindungsgemäße Antenne muss also nicht mehr die gesamte notwendige Bandbreite für den Empfangs- und Sendebetrieb gleichzeitig abdecken, sondern lediglich beispielsweise die halbe Bandbreite. Somit lässt sich die Baugröße der Antennenstruktur und damit die der gesamten Antenne reduzieren.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass an der Antennenstruktur eine dritte Kontaktierstelle mit Abstand zu dem HF-Kontaktierstellenpaar liegt, wobei die dritte Kontaktierstelle mit einer Masseleitung verbindbar ist. Die erfin- dungsgemäße Antenne kann also sowohl mit als auch ohne Masse- anschluss betrieben werden. Die Aufgabe wird auch mit einer Antenne gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 3 zeigt. Erfindungsgemäß ist bei dieser Antenne vorgesehen, dass zwei mit Abstand zueinander liegende Kontaktierstellen an der Antennenstruktur vorliegen, die ein Masse-Kontaktierstellenpaar bilden. Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass jede Kontaktierstelle über eine zweite Umschalteinrichtung wahlweise umschaltbar mit einer Masseleitung verbindbar ist, und dass eine weitere Kontaktierstelle an der Antennenstruktur mit Abstand zu dem Masse- Kontaktierstellenpaar liegt, wobei die weitere Kontaktierstelle mit einer HF-Leitung verbindbar ist. Erfindungsgemäß kann jedoch auch vorgesehen sein, dass anstelle der einen weiteren Kontaktierstelle für die HF-Leitung das HF-Kontak- tierstellenpaar vorgesehen ist, dem die erste Umschaltein- richtung zugeordnet ist, so dass zusätzlich zu der Umschaltmöglichkeit an dem Masse-Kontaktierstellenpaar auch eine Umschaltmöglichkeit an dem HF-Kontaktierstellenpaar gegeben ist. Die erfindungsgemäße Antennenstruktur kann also drei Kontaktierstellen aufweisen, von denen zwei wahlweise um- schaltbar mit der Masseverbindung und die dritte Kontaktierstelle mit der HF-Leitung kontaktierbar ist. Alternativ können auch vier Kontaktierstellen vorgesehen sein, wobei zwei Kontaktierstellen das Masse-Kontaktierstellenpaar und die zwei anderen Kontaktierstellen das HF-Kontaktierstellenpaar bilden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antennenstruktur eine metallische Patch-Struktur ist. Alternativ kann die Antennenstruktur auch als metallische Lei- terbahn auf einem Leiterbahnträger ausgebildet sein, also eine sogenannte PCB-Antennenstruktur bilden.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Antennenstruktur zumindest zwei Teilstruk- turen aufweist. Es ist also zumindest eine Dualband-Antenne gebildet. Bei Patch-Strukturen kann vorgesehen sein, dass die Patch-Struktur im wesentlichen rechteckig ausgebildet ist und zwei Pfade aufweist, wobei jedem Pfad eine spezifische Resonanzfrequenz zuordenbar ist. Die Patch-Struktur kann jedoch beliebig ausgebildet sein, so dass -sofern eine Dualband-Antenne vorgesehen ist- lediglich sichergestellt sein uss, dass die Patch-Struktur zumindest zwei Resonanzfrequenzen aufweist. Ist hingegen eine PCB-Antenne vorgesehen, sind zumindest zwei metallische Leiterbahnen auf zumindest einem Leiterbahnträger angeordnet, wobei die Teilstrukturen so ausgebildet sind, dass unterschiedliche Resonanzfrequenzen vor- liegen.

Anstelle einer Dualband-Antenne kann die erfindungsgemäße Antenne jedoch auch als Multiband-Antenne ausgebildet sein. Je nachdem, wie viele Bänder bedient werden sollen, weist dann die Patch-Struktur eine entsprechende Gestalt auf, so dass sie die geforderten unterschiedlichen Resonazfrequenzen besitzt. Bei der PCB-Antenne kann eine entsprechende Anzahl von Leiterbahnen auf einem oder mehreren Leiterbahnträgern angeordnet sein.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Antenne als Sende- und Empfangsantenne ausgebildet. Mittels der ersten und/oder zweiten Umschalteinrichtung kann somit die Antenne auf eine Sende- und Empfangsfrequenz getunt wer- den, so dass die Antenne -wie vorstehend erwähnt- nicht entsprechend breitbandig ausgebildet sein muss. Insbesondere werden derartige Sende- und Empfangsantennen in Mobilfunkgeräten, beispielsweise Mobiltelefonen, verwendet.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antenne in das Mobilfunkgerät integrierbar ist. Dadurch, dass die Antenne in ihrer Baugröße reduziert ist, da lediglich die halbe Bandbreite abgedeckt werden muss, kann die erfindungsgemäße Antenne dem Trend zu immer kleineren und leichteren Mobilfunkgeräten leicht folgen. Der Platzbedarf der Antenne am Gesamtvolumen des Geräts kann somit reduziert werden. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteranspruchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfuhrungsbeispie- len mit Bezug auf die Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen:

Figuren la bis ld unterschiedliche Beschaltungsmoglich- keiten einer Antennenstruktur,

Figuren 2a und 2b unterschiedliche Beschaltungen für eine

Patch-Struktur einer Antenne,

Figur 3 eine Resonanzkurve der Patch-Struktur nach Figur 2a,

Figuren 4 und 5 jeweils ein Ausfuhrungsbeispiel einer Be- schaltung einer PCB-Antennenstruktur, und

Figur 6 eine Resonanzkurve der PCB-Antennenstruktur nach Figur 4.

Figuren la bis ld zeigen jeweils eine beliebige Antennenstruktur 1 einer Antenne 2, wobei m den Figuren la bis ld jeweils unterschiedliche Ausfuhrungsbeispiele einer Beschal- tung der Antennenstruktur 1 wiedergegeben sind.

Figur la zeigt, dass an der Antennenstruktur 1 zwei Kontak- tierstellen 3 und 4 vorliegen, die einen Abstand zueinander aufweisen, also an unterschiedlichen Orten beziehungsweise Stellen an der Antennenstruktur 1 angebracht sind. Die Kon- taktierstellen 3 und 4 bilden ein HF-Kontaktierstellenpaar 5. Über eine erste Umschalteinrichtung 6 sind die Kontaktier- stellen 3 und 4 wahlweise umschaltbar mit einer HF-Leitung verbindbar.

Figur lb zeigt eine Antennenstruktur 1, wobei hier ebenfalls das HF-Kontaktierstellenpaar 5 mit seinen Kontaktlerstellen 3 und 4 vorgesehen ist. Die Kontaktierstellen 3 und 4 sind -wie in Figur la- über die erste Umschalteinrichtung 6 wahlweise umschaltbar mit der HF-Leitung verbindbar. Die Antennenstruktur 1 in Figur lb weist außerdem eine dritte Kontaktierstelle 7 auf, die mit Abstand zum HF-Kontaktierstellenpaar 5 liegt. Die dritte Kontaktierstelle 7 ist mit einer Masseleitung 8 verbindbar .

In Figur lc ist eine Antennenstruktur 1 wiedergegeben, die lediglich eine HF-Kontaktierstelle 3' aufweist, die mit der HF-Leitung verbindbar ist. Ferne weist die Antennenstruktur 1 ein Masse-Kontaktierstellenpaar 9 auf, das zwei Kontaktierstellen 10 und 11 umfasst, die mit Abstand zueinander an der Antennenstruktur 1 angeordnet sind. Das Masse-Kontaktierstel- lenpaar 9 liegt mit Abstand zur HF-Kontaktierstelle 3'. Es ist ersichtlich, dass die Kontaktierstellen 10 und 11 über eine zweite Umschalteinrichtung 12 wahlweise umschaltbar mit der Masseleitung 8 verbindbar sind.

Aus Figur ld geht eine Antennestruktur 1 hervor, die sowohl das HF-Kontaktierstellenpaar mit seinen Kontaktierstellen 3 und 4 sowie das Masse-Kontaktierstellenpaar 9 mit seinen Kontaktierstellen 10 und 11 aufweist. Beide Kontaktierstellen- paare 5 und 9 liegen mit Abstand zueinander, so dass auch die einzelnen Kontaktierstellen 5, 6, 10 und 11 mit Abstand zueinander an der Antennenstruktur 1 ausgebildet sind. Es ist dargestellt, dass sowohl das HF-Kontaktierstellenpaar 5 als auch das Masse-Kontaktierstellenpaar 9 über die erste beziehungsweise zweite Umschalteinrichtung 6, 12 entsprechend mit der HF-Leitung beziehungsweise mit der Masseleitung 8 verbindbar sind.

Allen in den Figuren la bis ld gezeigten Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass durch die wahlweise Umschaltung der Kontaktierstellen 3, 4, 10, 11 die wirksame Länge der Antennenstruktur 1 veränderbar ist, wodurch sich die Antenne 2 auf unterschiedliche Frequenzen tunen lässt. Insbesondere ist o co M M P" P> cn o C_π o cπ o Cπ ω rt-

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Figur 2b zeigt die Antennenstruktur 1 nach Figur 2a, wobei jedoch die Beschaltung der Antennenstruktur 1 gemäß Ausführungsbeispiel nach Figur lb realisiert ist. Gleiche Teile sind also in Figur 2b mit denselben Bezugszeichen versehen wir in Figur lb. Die erste Umschalteinrichtung 6 weist zwei Schaltelemente 17 und 18 auf, so dass die HF-Leitung wahlweise auf die Kontaktierstelle 3 oder 4 aufgeschaltet werden kann. Selbstverständlich ist auch hier vorzugsweise vorgese- hen, dass die Schaltelemente 17 und 18 so angesteuert sind, dass lediglich eine der Kontaktierstellen 3 oder 4 mit der HF-Leitung gekoppelt ist.

Selbstverständlich sind bei der Antenne 2 nach Figuren 2a und 2b sämtliche Ausführungsbeispiele für die Beschaltung der An- tennenstruktur 1 möglich, die im Zusammenhang mit den Figuren la bis ld beschrieben sind.

Figur 3 zeigt die Resonanzkurve der Antennenstruktur nach Fi- gur 2a, also das Ausführungsbeispiel, bei dem die Masseleitung 8 auf die Kontaktierstellen 10 und 11 wahlweise aufge- schaltet wird.

In der linken Diagrammhälfte sind die Resonanzfrequenzen der Patch-Struktur im 900 MHz-Bandbereich 19 ersichtlich. Durch die erfindungsgemäße Beschaltung der Antennenstruktur 1 ergeben sich also zwei unterschiedliche Resonanzfrequenzen fl und f2, wobei beispielsweise die Resonanzfrequenz fl der Sendefrequenz und die Resonanzfrequenz f2 der Empfangsfrequenz entspricht. Es ist ersichtlich, dass -bei schmalbandiger Auslegung der Antennenstruktur 1- dennoch die Sende- und Empfangsfrequenz bereitgestellt werden kann.

In der rechten Diagrammhälfte ist der 1800 MHz-Bandbereich 20 wiedergegeben, in dem die Resonanzfrequenzen f3 und f4 der Antennenstruktur 1 liegen, so dass auch hier die Sende- und Empfangsfrequenz an der Antennenstruktur 1 getunt werden kön- CO co > > P¹

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werden können. Für die Teilstruktur 23 ist -wie um Ausführungsbeispiel nach Figur 4- eine kapazitive Kopplung vorgesehen, um die HF-Signale einkoppeln zu können. Selbstverständlich kann jedoch auch die Teilstruktur 23 direkt über eine Umschalteinrichtung mit der HF-Leitung verbunden werden. Die Teilstruktur 23 kann also ebenfalls ein HF-Kontaktierstellenpaar aufweisen.

Bei den Ausführungsbeispielen der Antenne 2 nach Figuren 4 und 5 können selbstverständlich alle Beschaltungsvarianten realisiert werden, die in den Figuren la bis ld dargestellt sind. Jede Teilstruktur kann also entsprechend diesen Ausführungsbeispielen beschaltet sein.

Figur 6 zeigt die Resonanzkurve der Antenne 2 nach Figur 4. Im 900 MHz-Bandbereich 19 sind ebenfalls die beiden Frequenzen fl und f2 ersichtlich, die durch Umschalten der HF-Leitung auf die einzelnen Kontaktierstellen 3 und 4 eingestellt. Es ist ersichtlich, dass die Antenne 2 schmalbandig ausgebil- det sein kann, jedoch sowohl auf die Sende- als auch die Empfangsfrequenz fl beziehungsweise f2 eingestellt werden kann. Entsprechendes gilt für den in dem Diagramm rechts dargestellten 1800 MHz-Bandbereich 20 mit seinen Frequenzen f3 und f4.

Claims

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5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenstruktur (1) eine metallische Leiterbahn (23,24,26) auf einem Leiterbahnträger (21,27) ist.

6. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenstruktur (1) zumindest zwei Teilstrukturen (13, 14;23, 25, 26) aufweist.

7. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (2) als Sende- und/oder Empfangsantenne ausgebildet ist.

8. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (2) in ein Mobilfunkgerät integrierbar ist.