DE69732975T2

DE69732975T2 - Kleine antenne für tragbares funkgerät

Info

Publication number: DE69732975T2
Application number: DE69732975T
Authority: DE
Inventors: V. Alexandre Suwon-city GUDILEV; LTD./Mr HA D SAMSUNG ELECTRONICS CO.; Keun Sang Kangnam-gu BAK
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-11-05
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2017-09-09
Also published as: IL121693A0; WO1998020578A1; CN1237278A; KR100193851B1; EP0937313B1; JP2000508498A; KR19980034169A; BR9712738A; RU2178604C2; DE69732975D1; EP0937313A1; IL121693A; CN1108643C; US5936587A; AU4137797A; AU716524B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Antennen und insbesondere eine kleine Antenne, die für tragbare Funkvorrichtungen besonders geeignet ist und die einen Strahler mit einer Mäanderlinienform hat.
Während tragbare Funkvorrichtungen in der letzten Zeit kleiner und leichtgewichtiger wurden, gab es parallel dazu bei kleinen Antennen, die für die Verwendung in solchen Vorrichtungen geeignet sind, eine signifikante Entwicklung. Jede derartige Antenne sollte für den Nutzer praktisch und einfach zu bedienen sein und sollte ein omnidirektionales Antennendiagramm im Azimut und einen relativen hohen Gewinn bei der Elevation aufweisen. Zusätzlich sollte der menschliche Körper, wenn das tragbare Gerät dem menschlichen Körper nahe ist, die Grundeigenschaften der Antenne, d. h. die Eingangsimpedanz und die Gewinnänderung, nur minimal beeinflussen.
Eine Lösung, die die oben genannten Anforderungen erfüllt, wird in U.S.-Patent Nr. 4.700.194, erteilt an Ogawa u. a., veröffentlicht am 13. Oktober 1987, offen gelegt. Gemäß dem oben genannten Patent, wird der an der Antenne fließende Strom, wenn der Antennenstrom an einer Erdschleife und in dem Gerätanschlussgehäuse fließt, variiert, wenn die Antenne in der Nähe des menschlichen Körpers platziert wird, so dass die Eingangsimpedanz und der Gewinn der Antenne weiter variiert werden können. Im Ergebnis kann, selbst ohne Verwendung einer Viertelwellensperre oder eines Symmetrierübertragers (im Folgenden als Balun bezeichnet), wie sie in den Antennen mit Sperrtopf nach dem Stand der Technik verwendet werden, eine gute elektrische Isolation zwischen der Antenne und der Erdschleife einer Koaxialleitung oder dem elektrischen Stromkreis bereitgestellt werden.
Die 1 ist ein Diagramm, das die Konstruktion einer Viertelwellen-Mikrostreifenantenne (im Folgenden als QSMA bezeichnet) nach dem Stand der Technik, die in dem oben genannten U.S.-Patent 4.700.194 beschrieben wird, zeigt. In der 1 enthält die Antenne, um ein Dielektrikum 61 herum zentrierend, ein Strahlelement auf einer Fläche des Dielektrikums und ein Erd-Element auf einer anderen Fläche. Ein erstes Einspeisungs-Strahlelement 62 (erste Einspeisungseinrichtung) ist elektrisch an eine Signalleitung der Übertragungsleitung angeschlossen. Auf dem Erd-Element ist ein zweites Einspeisungs-Strahlelement ausgebildet, um auf diese Art und Weise die Masseplatte der Übertragungsleitung und das Erd-Element, das an einer Position, an der die an dem Erd-Element induzierte, stehende Spannungswelle minimal wird, angeordnet ist, elektrisch zu verbinden. Bei einer konventionellen Mikrostreifenantenne wirkt die Masseplatte, wenn die Größe der Masseplatte relativ zu der Betriebsfrequenz klein ist, nicht länger als die Erde. In diesem Fall wird eine sinusförmige Variation einer Spannungsverteilung oder eine stehende Spannungswelle an der Masseplatte induziert. Im Ergebnis wird an der äußeren Ader der Koaxialleitung ein parasitärer Strom erzeugt. Bei der Antenne der 1 ist die äußere Ader der Koaxialleitung, um die Erzeugung eines solchen parasitären Stroms auf ein Minimum zu reduzieren, an einem zweiten Einspeisepunkt, an dem die an dem Erd-Element induzierte Spannung der stehenden Spannungswelle am geringsten wird, an das Erd-Element angeschlossen. Mit dieser Struktur kann der parasitäre Strom an der Übertragungsleitung, ohne jede Viertelwellensperre, die bei konventionellen Konfigurationen von Antennen mit Sperrtöpfen verwendet wird, verringert oder beseitigt werden. Demgemäß kann die Änderung der Antenneneigenschaften, für den Fall, dass die Antenne in der Nähe eines menschlichen Körpers oder eines Stromkreises platziert wird, beachtlich verringert werden.
Die 2 und 4 sind Diagramme, die die Änderung der Gewinneigenschaft in Abhängigkeit von den Längen L und Gz einer Viertelwellen-Mikrostreifenantenne gemäß Ausführungen nach dem Stand der Technik zeigen und die 3 ist ein Diagramm, das die Änderung der Gewinneigenschaft in Abhängigkeit von der Breite W einer Viertelwellen-Mikrostreifenantenne gemäß einer Ausführung nach dem Stand der Technik zeigt.
EP 0 509 339 betrifft eine Antenne mit Dachkapazität. An einem Basispunkt hat die Antenne eine Verlängrungsspule und einen Autotransformator zum Angleichen. Die Dachkapazität wird durch einen metallisierten Film, der etwa in U-Form gebogen wird, um die Kapazität zu erhöhen, gebildet. Die gesamte, die Dachkapazität, die Verlängerungsspule und den Autotransformator enthaltende Schaltung wird auf einem Film als eine gedruckte Schaltung konfiguriert. Das Gegengewicht der Antenne wird als eine Wellensperre, insbesondere als ein Teil des Gehäuses der Übertragungs-/Empfangsvorrichtung, konfiguriert.
EP 0 508 567 A2 beschreibt ein Antennensystem für eine tragbare Funkvorrichtung, insbesondere für ein Handgerät eines schnurlosen Telefonsystems. Das Antennensystem umfasst zwei Antennen. Eine erste, die auf einer Klappe befestigt ist, und die eine Masseplatte und einen aktiven Monopol, der von einer Koaxialspeiseleitung aus einem Stromkreis in dem Hauptteil des Handgeräts gespeist wird, enthält. Die Klappe ist mit dem Hauptabschnitt des Gehäuses schwenkbar verbunden und wird, wenn sie nicht verwendet wird, in Richtung auf den Hauptteil umgelegt. Eine weitere gleichartige Antenne ist in den Hauptabschnitt eingepasst und beide Antennen werden durch den Sender-/Empfängerstromkreis über den gleichen Knoten angeschlossen. Die beiden Antennen sind speziell ausgelegt, um absichtlich Fehlanpassungen einzuführen, um auf diese Art und Weise, ohne das Erfordernis für separate Schaltungselemente, ein effektives Umschaltsystem zwischen den beiden Antennen bereitzustellen.
US 4.644.366 beschreibt eine kompakte, leichtgewichtige, gedruckte Leiterplattenantenne, die für einen großen Frequenzbereich, der sehr niedrige Frequenzen einschließt, verwendbar ist. Die Antenne enthält einen auf der Platte gebildeten dreidimensionalen Induktor, auf einer Seite der Platte einen peripheren Leiterstreifen, der an einem Ende der Antenne eine verteilte Kapazitanz bereitstellt, und einen Übertragungsleitungseinspeisepunkt, der an die verbundene Druckschaltungs-Flachkabelübertragungsleitung, ohne Impedanzangleichungsschaltungen zu verwenden, eine Impedanzangleichung bereitstellt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Antenne kleiner Größe, leichten Gewichts und mit einem hohen Gewinn, die durch einen Nutzer leicht transportiert und getragen werden kann, und die zur Verwendung mit tragbaren Funkvorrichtungen geeignet ist, bereitzustellen.
Dieses Ziel wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs erreicht. Die bevorzugten Ausführungen werden in den abhängigen Patentansprüchen definiert. Es ist erwünscht, die Änderungen der Antenneneigenschaften, wenn die Antenne nahe dem menschlichen Körper bereitgestellt wird, zu minimieren.
In einer beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält eine kleine Antenne für eine tragbare Funkvorrichtung einen belasteten Monopol-Strahler und einen Erd-Strahler. Der belastete Monopol-Strahler enthält einen ersten und einen zweiten Leiter auf einer Leiterplatte, wobei der erste Leiter eine bestimmte in eine horizontale Richtung ausgerichtete Länge hat und der zweite Leiter eine Mäanderlinienform hat und in einer vertikalen Richtung ausgerichtet ist. Der Erd-Strahler an einem unteren Abschnitt der Leiterplatte enthält getrennt eine erste Erde und eine zweite Erde, wobei die erste Erde und die zweite Erde in Bezug auf den zweiten Leiter symmetrisch sind.
Ein vollständigeres Verständnis dieser Erfindung und viele der diese begleitenden Vorteile werden durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, erreicht. In den Zeichnungen bezeichnen die gleichen Referenzsymbole dieselben oder gleichartige Komponenten, wobei:
1 ein Diagramm ist, das die Konstruktion einer Viertelwellen-Mikrostreifenantenne nach dem Stand der Technik zeigt,
2 ein Diagramm ist, das die Änderung der Gewinneigenschaften in Abhängigkeit von der Gesamtlänge der Antenne in der 1 zeigt,
3 ein Diagramm ist, das die Änderung der Gewinneigenschaft in Abhängigkeit der Breite der Antenne der 1 zeigt,
4 ein Diagramm ist, das die Änderung der Antenneneigenschaft in Abhängigkeit von der nicht metallisierten Länge Gz der Antenne der 1 zeigt,
5 ein Diagramm ist, das die Konstruktion einer Monopolantenne gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt,
6 ein ausführliches Schaltungsdiagramm der Antenne der 5 ist,
7 ein Diagramm ist, das die Stromverteilung einer belasteten Monopol- und einer äquivalenten Dipolantenne zeigt,
8 eine Gewinn-Länge-Kurve einer Dipolantenne zeigt und
9 eine Gewinn-Breite-Kurve einer Dipolantenne zeigt.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei für gleiche oder äqui valente Elemente, die durchgehend durch mehrere Zeichnungen die gleichen Funktionen haben, dieselben Referenzzahlen verwendet werden.
Des Weiteren werden in der folgenden Beschreibung, um ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, numerisch spezifische Einzelheiten, wie zum Beispiel konkrete Komponenten, die die Schaltung bilden, und die Betriebsfrequenzen, dargestellt. Es wird jedoch für einen Fachmann in dieser Technik ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten in die Praxis umgesetzt werden kann. Die detaillierte Beschreibung von bekannten Funktionen und Konstruktionen, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung unnötig in den Hintergrund treten lassen, wird in der vorliegenden Offenlegung vermieden.
Die 5 ist ein Diagramm, das die Konstruktion einer Monopolantenne gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Antenne ist zur Verwendung in Verbindung mit einem Zweiwege-Funkempfänger 10 dargestellt, jedoch versteht es sich, dass die Erfindung andere Anwendungen hat. Bezug nehmend auf die 5, besteht ein Antennensystem 20 aus einem Leiter-Strahler 12 einer belasteten Monopolform, aus einem Erd-Strahler 13, der in einer Mäanderlinienform ausgeführt ist, und aus einer Koaxialleitung 27 zum Verbinden des Leiter-Strahlers 12 und des Erd-Strahlers 13 mit einer PCB 21, die mit einem Funkfrequenzleistungsverstärker installiert ist. Der Leiter-Strahler 12 und der Erd-Strahler 13 sind auf einer Hauptfläche der PCB 21, die in einem klappbaren Antennengehäuse 28 installiert sein kann, angeordnet. Das klappbare Antennengehäuse 28 bewegt sich zusammen mit dem Antennensystem 20 relativ zu dem Gehäuse des Funkempfängers 10. Das bedeutet, das Antennensystem 20 bewegt sich zwischen der y- und der z-Achse, wobei das Funkempfängergehäuse über der x-Achse mittig ist. In Betrieb ist das Antennensystem 20 in einer vertikalen Position (ausgerichtet in der z-Richtung, wie in der 5 gezeigt).
Die 6 ist ein detailliertes Schaltdiagramm der Antenne der 5, das speziell die PCB 21 des Antennensystems 20 im Detail zeigt. Der Leiter-Strahler 12 belasteter Monopolform wird aus einem horizontalen Leiter 23 und einem vertikalen Leiter 22 gebildet, wobei der Leiter 22 eine Mäanderlinienform hat. Ein oberes Ende des vertikalen Leiters 22 ist durch den horizontalen Leiter 23 belastet. Eine beispielhafte elektrische Länge des vertikalen Leiters 22 ist eine 0,49-Wellenlänge und die des horizontalen Leiters 23 ist eine 0,3-Wellenlänge. Diese Auslegung basiert auf der Berücksichtigung der Tatsache, dass die Länge der Antenne mit dem höchsten Gewinn aus äquivalenten vertikalen Monopolantennen eine 0,625-Wellenlänge ist. Weiterhin ist das gesamte Antennensystem 20, das eine belastete Einheit und eine Mäanderlinienform und die oben genannten Längen verwendet, um den Gewinn zu maximieren, besonders zur Verwendung mit einem rechteckigen oder quadratischen Klappformgehäuse 28 geeignet.
Der Erd-Strahler 13 ist in dem unteren Abschnitt der PCB 21 des Antennensystems 20 parallel zu dem horizontalen Leiter 23 positioniert. Bei der gezeigten Konfiguration ist der Erd-Strahler 13 auf dem vertikalen Leiter 22 in einer reflektierenden Position angeordnet und in einen ersten Leiter 24 und einen zweiten Leiter 25, die an eine Erde der Koaxialleitung 27 an einer Erdposition 26 des Einspeisungspunktes angeschlossen sind, unterteilt. Um die Effizienz des Erd-Strahlers zu verbessern, haben der erste Erd-Strahler 24 und der zweite Erd-Strahler 25 vorzugsweise eine elektrische Länge von einer Viertelwellenlänge. Zur Verwendung in einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung kann die Qualität der PCB 21 des Antennensystems 20 FR-4 sein und die Dicke davon ist beispielsweise 0,25 mm. Diese PCB 21 kann in ein klappbares Antennengehäuse 28, das aus Polycarbonat gebildet ist, eingesetzt werden. Ein Kondensator 34 und eine Spule 35 werden zur Impedanzangleichung verwendet.
Der detaillierte Betrieb der Antenne gemäß der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird wie folgt erklärt. Die Antenneneffizienz ist durch die Strahlungseffizienz bestimmt und des Weiteren kann die Strahlungseffizienz unter Verwendung des folgenden Ausdrucks 1 bestimmt werden. Ausdruck 1
wobei n die Strahlungseffizienz ist, Rr ein Strahlungswiderstand (Ω) ist und RL ein Verlustwiderstand (Ω) ist.
Bei dem Ausdruck 1 oben verringert sich, während sich die Länge des Strahlers erhöht, der Strahlungswiderstand Rr.
Um die Strahlungseffizienz auf einen Wert nahe der Antenneneffizienz zu erhöhen, ist es erforderlich, die Länge des Strahlers mit dem hohen Strahlungswiderstand Rr zu vergrößern und einen Leiter mit geringem Verlust mit einem geringen Widerstand RL zu verwenden. Folglich können die Ausführungen der vorliegenden Erfindung so ausgelegt sein, dass, um die physikalische Länge des Antennenstrahlers zu verringern, für den Leiter eine Mäanderlinienform angewendet wird, während die Strahlungseffizienz durch das Vergrößern der Länge des Strahlers als eine Funktion der Wellenlänge gesteigert wird. Schließlich kann der Gewinn der Antenne ohne das Vergrößern der physikalischen Länge des Strahlers erhöht werden.
In einem von K. Harchenko verfassten Artikel mit dem Titel „Antenna Conductor with Meander Line Shape" (Radio, Nr. 8, 1979, Seite 21), wird offen gelegt, dass je höher der Mäanderlinienanteil der Antenne wird, desto schmaler der Durchlassbereich der Antenne wird. Deshalb wird, wie in der 6 dargestellt, der horizontale Strahler 23, der den Strahler 22 belastet, in der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet, so dass sich die elektrische äquivalente Länge um den erforderlichen Wert vergrößern kann, ohne die Antennenbandbreite übermäßig zu verschmälern. Infolgedessen ist der sich daraus ergebende Effekt der, dass die Antenne auf eine gleiche Art und Weise arbeitet, wie eine Antenne mit einem Strahler vergrößerter Länge.
Die 7 ist eine Kurve, die die Stromverteilung eines belasteten Monopols und eines äquivalenten Monopols zeigt, wobei der Teil 7a der Kurve den belasteten Monopol-Strahler und die Stromverteilung davon zeigt und Teil 7b die Stromverteilung der äquivalenten Monopolantenne zeigt. Es ist erwünscht, eine gute Stromverteilung in dem vertikalen Leiter der Antenne zu erhalten. Infolgedessen arbeitet die Antenne auf die gleiche Art und Weise, als wenn Vergrößerung um so viel wie Δlν bei dem horizontalen Leiter (belasteten Strahler) verwendet wird, was durch den folgenden Ausdruck 2 gezeigt wird.
Ausdruck 2

lνegν = lν + Δlν wobei Δlν die vergrößerte Länge des äquivalenten vertikalen Leiters ist.

Für die belastete Monopolantenne wird der Wert, es sei denn, der Stromwert an einem Endpunkt „A" (siehe 7) des vertikalen Leiters wird null, durch den Blindwiderstand des horizontalen Leiters 23 der belasteten Monopolantenne bestimmt. Nur wenn der Eingangsblindwiderstand des belasteten Leiters an dem Punkt A gleich dem an Punkt B des äquivalenten Monopols ist, kann der vertikale Leiter der Antenne um so viel wie Δl vergrößert werden.
In dieser Situation werden die Eingangsblindwiderstände XA und XB des belasteten Strahlers an den Positionen A und B so ausgedrückt, wie in den folgenden Ausdrücken 3 und 4. Ausdruck 3
wobei lH die Länge des „Armes" des horizontalen Leiters des belasteten Monopols ist (d. h. ungefähr die Hälfte der horizontalen Gesamtlänge des gesamten horizontalen Leiters 23) und ZOH der Wellenwiderstand des horizontalen Leiters des belasteten Monopols ist. Ausdruck 4
wobei ZOV der Wellenwiderstand des vertikalen Leiters des belasteten Monopols ist. Darüber hinaus sind die beiden Eingangsblindwiderstände XA und XB einander gleich. Δlν wird durch den folgenden Ausdruck 5 erhalten.
Ausdruck 5
Im Ergebnis ist lνeqν eine Summe von lν und Δlν, das bedeutet, lνegν = lν + Δlν. Mit anderen Worten, es wird ersichtlich, dass die physikalische Länge der Monopolantenne, um betrieben zu werden, um so viel wie Δlν vergrößert wird. Darüber hinaus kann das mit dem Metallfilm beschichtete Anschlussgehäuse oder die Erde der installierten PCB als die Erde der allgemeinen Monopolantenne dienen. Infolgedessen kann, wenn der Nutzer den Anschluss mit der Hand ergreift, die Strahlungseffizienz selbst dann noch verringert werden, wenn berücksichtigt wird, dass die Erde davon als der Erd-Strahler dient. Siehe dazu „Mobile Antenna Systems Handbook" von K. Fujimoto und J. R. James, Artech House, Boston-London, 1994, Seiten 217–243.
In der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung sind der erste Strahler 24 und der zweite Strahler 25 eingerichtet, um den Effekt des menschlichen Körpers auf die Strahlung der Monopolantenne, wenn der Anschluss in der Nähe des menschlichen Körpers ist, zu minimieren. Da der Antennenstrom von der Erde des Zweiwege-Funkempfängers 10 getrennt ist, kann die Verringerung der Strahlungseffizienz, wenn das Gerät in der Hand eines Nutzers ist, verringert werden. Außerdem sind, wenn der Nutzer den Anschluss tatsächlich verwendet, der erste Erd-Strahler 24 und der zweite Erd-Strahler 25 auf der PCB 21 der Antenne, die in einer oberen Fläche des Zweiwege-Funkempfängers 10, die bei Verwendung am weitesten von dem menschlichen Körper entfernt ist, installiert ist, enthalten.
Die Strahlung des ersten Strahlers 24 und des zweiten Strahlers 25 ist von dem Signalspannungsgesetz abhängig. Eine variierte Signalspannung kann einen parasitären Strom erzeugen, der entlang der Oberfläche (Erde) der Koaxialleitung 27 fließt und dadurch leicht die Antenneneigenschaft so ändert, dass das Strahlungsdiagramm der Antenne, die Eingangsimpedanz davon und der Gewinn davon verändert werden. Infolgedessen sind, um die Änderung solcher Eigenschaften zu verhindern, der erste Strahler 24 und der zweite Strahler 25 wie folgt ausgelegt: der erste Strahler 24 und der zweite Strahler 25 sind einander gegenüberliegend, um die z-Achse der Antenne zentrierend, auf der PCB 21 davon, angeordnet und die elektrische Länge von jedem Strahler ist als L = (2n – 1)λ/4 (hierbei ist n eine positive Konstante) ausgelegt. Das bedeutet, jede elektrische Länge des ersten Erd-Strahlers 24 und des zweiten Erd-Strahlers 25 ist als ein ungeradzahliges Vielfaches einer Viertelwellenlänge ausgelegt. Wenn die elektrischen Längen des ersten Erd-Strahlers 24 und des zweiten Erd-Strahlers 25 einander gleich sind, kann der von der Fläche des Erd-Strahlers 26 zu der Erde davon fließende parasitäre Strom minimiert werden. Infolgedessen wird selbst dann, wenn die Erde des Zweiwege-Funkempfängers 10 benachbart zu dem menschlichen Körper positioniert wird, wenig Verschlechterung der Änderung der Antenneneigenschaft und der Strahlungseffizienz auf Grund des menschlichen Körpers eintreten.
Aus den 2 bis 4 kann ersehen werden, dass die Gewinneigenschaft der QMSA eine Funktion der Längen L und Gz und der Breite W der Antenne ist und dass die Gewinneigenschaft schlechter als die einer Dipolantenne ist.
Die 8 zeigt eine Gewinn-Länge-Kurve einer Dipolantenne, die mit den 2 bis 4 verglichen werden kann.
Um die oben genannte Tatsache noch klarer zu machen, kann ein Vergleich zwischen einer Ausführung der vorliegenden Erfindung und der Antenne nach dem Stand der Technik vorgenommen werden.
Wenn die Abmessungen einer Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung (L = 47,3 mm, ε_γ = 4,5, f = 916 Mhz) an die Antenne nach dem Stand der Technik angepasst werden, kann ein Vergleich vorgenommen werden. Der Vergleich zwischen dem Gewinn der Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung und der Antenne nach dem Stand der Technik ist wie folgt.
In der 1 werden, vorausgesetzt
L = 47,3 mm, ε_γ = 4,5, f = 916 Mhz und d = 1,2 mm, in den folgenden Ausdrücken 6 bis 8 λs, b und Gz gezeigt.
Ausdruck 6
Ausdruck 7
Ausdruck 8

Gz = L – b = 8,7 mm

In Bezug auf die 2 und 4 ist, für den Fall, bei dem L = 47,3 mm ist und Gz 8 = 7 mm ist, der Gewinn, wie in jeder Figur gezeigt, ungefähr –12,5 dBd (–10,35 dBi). Die Antenne, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, hat eine elektrische Länge von 0,625 λ. In diesem Fall ist der Gewinn der vorliegenden Ausführung unter Bezugnahme auf die 8 ungefähr 3 dBd (5,15 dBi). Folglich hat der Stand der Technik ein dahingehendes Problem, dass der Gewinn um so viel wie ungefähr 15 dB verschlechtert wird. (Es wird festgestellt, dass die Kurven der 8 und 9 für eine Dipolantenne sind. Jedoch ist der Gewinn einer Monopolantenne im Wesentlichen derselbe wie der einer äquivalenten Dipolantenne. Infolgedessen stellen die 8 und 9 ebenso den Gewinn einer Monopolantenne gemäß der vorliegenden Erfindung dar.) Ein weiteres Problem des Stands der Technik ist, dass die Antenneneffizienzeigenschaft n der QMSA als eine Funktion der Dicke d der PCB abweicht. Wenn die Spezifikation der in der vorliegenden Ausführung verwendeten Antenne für die Antenne nach dem Stand der Technik angepasst wird (L = 47,3 mm, ε_γ = 4,5, f = 916 Mhz, d = 1,2 mm) ist der Gewinn entsprechend der Änderung der Dicke d davon unter Bezugnahme auf die 9 wie folgt. Der Gewinn der zuvor erwähnten Antennenspezifikation hat eine Eigenschaft von ungefähr –12,5 dBd. Hierbei ist die Dicke d = 1,2 mm und dann wird, wie in der 9 gezeigt, die Antenneneffizienz durch die folgenden Faktoren des Ausdrucks 9 bestimmt.
Ausdruck 9

F = d/λo
λo = c/f = 3 × 10/916 × 10 = 327,5 mm
F = 1,2/327,5 = 0,003664

Bezug nehmend auf die 9 ist, wenn F = d/λo 0,003664 ist, die Antenneneffizienz ungefähr 50%. Wenn die Dicke d der PCB 0,25 mm ist, ist F = 0,000736 und die Antenneneffizienz ist ungefähr 4,5%.
Infolgedessen ist, wenn d = 1,2 mm ist, n ungefähr 4,5%. In dem Fall hat eine dicke PCB (d. h., d = 1,2 mm) elf Mal den Gewinnwert wie in dem Fall einer dünnen PCB (d. h., d = 0,25 mm). Wenn der Gewinn unter Verwendung des oben genannten Wertes berechnet wird, wird der Gewinn der Antenne in dem folgenden Ausdruck 10 angegeben.
Ausdruck 10

G = –12,5 dBd – 10logll = –22,9 dBd

Schließlich kann aus dem Ausdruck 10 oben ersehen werden, dass der Gewinn, im Vergleich mit dem Fall, in dem d = 1,2 mm ist, um ungefähr 10 dB verringert wird. Zusätzlich ist der Gewinn im Vergleich zu dem Gewinn der Dipolantenne um ungefähr 25 dB verringert.
Da das Antennensystem gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer dünnen PCB ausgeführt werden kann, ist es, da es einfach an der Oberseite des Anschlusses (z. B. des Funkempfangsgeräts) installiert wird, leichtgewichtig, sehr tragbar und bequem zu nutzen. Da der auf der PCB angeordnete vertikale Strahler mit einer Mäanderlinienform ausgelegt ist, wird außerdem die physikalische Länge vorteilhaft verringert, um für die begrenzte Größe der Antenne die beste elektrische Eigenschaft zu erhalten. Da des Weiteren das obere Ende des vertikalen Strahlers einen weiteren horizontalen Strahler verwendet und der vertikale Strahler äquivalent vergrößert wird, resultiert dies in einem besseren Gewinn der Antenne. Da darüber hinaus die vertikalen und horizontalen Strahler und die Erd-Strahler mit einer dünnen PCB ausgeführt werden, ist die Antenne leicht herzustellen. Außerdem verhindert der Erd-Strahler das Fließen des Antennenstroms zu der Anschluss-Masse. Die Änderung der Antenneneigenschaft in Abhängigkeit von dem Zustand der Anschluss-Masse, beispielsweise wegen Körperkontakt, kann minimiert werden. Deshalb ist die vorliegende Erfindung dahingehend vorteilhaft, dass die Antenne mit stabilen und besseren Eigenschaften ausgelegt werden kann.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die bestimmte hierin offen gelegte Ausführung als die beste Betriebsart zum Ausführen der vorliegenden Erfindung beschränkt ist. Während die vorhergehende Beschreibung viele genaue Angaben enthält, sind diese Angaben nicht als den Anwendungsbereich der Erfindung einschränkend, sondern lediglich als Beispiele der bevorzugten Ausführungen dieser zu betrachten. Für einen durchschnittlichen Fachmann in dieser Technik sind viele Variationen, die innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung, wie in den angehängten Patentansprüchen definiert, liegen, vorstellbar.

Claims

Antenne, die umfasst: eine Leiterplatte (21), einen belasteten Monopol-Strahler (12), der einen ersten und einen zweiten Leiter auf der Leiterplatte (21) enthält, wobei der erste Leiter (23) eine bestimmte Länge hat, die in einer ersten Richtung ausgerichtet ist, und der zweite Leiter (22) eine Mäanderlinienform hat und in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung ausgerichtet ist; und einen Erd-Strahler (13), der auf der Leiterplatte (21) vorhanden ist, wobei der Erd-Strahler (13) eine erste Erde (24) enthält, die an einer ersten Seite des zweiten Leiters (22) angeordnet ist, und eine zweite Erde (25), die an einer zweiten Seite des zweiten Leiters (22) angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Erde jeweils Mäanderlinienform haben.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die erste Erde (24) und die zweite Erde (25) separat in dem Erd-Strahler (13) enthalten sind.
Antenne nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die erste Erde (24) und die zweite Erde (25) an einem Endabschnitt der Leiterplatte (21) befinden.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der belastete Monopol-Strahler (12) einen mäanderlinienförmigen Leiter, der in der zweiten Richtung ausgerichtet ist, und eine Belastungsleitung eines Leiters enthält, der in der ersten Richtung ausgerichtet ist und sich rechts und links an einem oberen Ende des Leiters erstreckt, der in der zweiten Richtung ausgerichtet ist.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Erd-Strahler (13) eine Mäanderlinienform hat und der Erd-Strahler symmetrisch zu dem zweiten Leiter ausgerichtet ist und ein rechter Abschnitt eines linken Erd-Strahlers (24) sowie ein linker Abschnitt eines rechten Erd-Leiters (25) miteinander verbunden sind, wobei jede elektrische Länge des rechten und des linken Erd-Strahlers ein ungeradzahliges Vielfaches einer Viertelwellenlänge ist.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die eine kleine Antenne für eine tragbare Funkvorrichtung ist.
Antenne nach Anspruch 1, die des Weiteren eine koaxiale Übertragungsleitung (27) umfasst, die den belasteten Monopol-Strahler (12) und den Erd-Strahler (13) der Leiterplatte (21) mit einer anderen Leiterplatte (11) verbindet, die mit einem Funkfrequenz-Leistungsverstärker installiert ist.
Antenne nach Anspruch 7, wobei die koaxiale Übertragungsleitung (27) eine Signalleitung an einem Ende, die an einem unteren Abschnitt des zweiten Leiters (22) des belasteten Monopol-Strahlers (12) verbunden ist, und eine Erd-Leitung, die mit dem rechten und dem linken Erd-Strahler verbunden ist, eine Signalleitung an einem anderen Ende, die mit einer Signalleitung eines Anschlusses verbunden ist, und eine Erd-Leitung, die mit einem Erd-Abschnitt des Anschlusses verbunden ist, wobei die Antenne und der Anschluss wechselseitig elektrisch miteinander verbunden werden können.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Leiterplatte (21) in einem Klappantennengehäuse installiert ist.
Antenne nach Anspruch 9, wobei das Antennengehäuse aus Polycarbonat besteht.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die erste Erde (24) und die zweite Erde (25) ein erster Strahlungsabschnitt bzw. ein zweiter Strahlungsabschnitt sind.
Antenne nach Anspruch 11, wobei der erste und der zweite Strahlungsabschnitt miteinander verbunden sind.
Antenne nach Anspruch 11 oder 12, wobei der erste und der zweite Strahlungsabschnitt in der ersten Richtung ausgerichtet sind.
Antenne nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei wenigstens der erste oder der zweite Strahlungsabschnitt kapazitiv mit dem zweiten Leiter gekoppelt ist.
Antenne nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei nur der erste oder der zweite Strahlungsabschnitt kapazitiv mit dem zweiten Leiter gekoppelt ist.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei Abmessungen der Antenne so ausgewählt werden, dass es möglich ist, die Antenne in Verbindung mit einer tragbaren Hand-Funkvorrichtung einzusetzen.