EP1101253B1 - Antenne mit grosser bandbreite - Google Patents

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EP1101253B1
EP1101253B1 EP99952261A EP99952261A EP1101253B1 EP 1101253 B1 EP1101253 B1 EP 1101253B1 EP 99952261 A EP99952261 A EP 99952261A EP 99952261 A EP99952261 A EP 99952261A EP 1101253 B1 EP1101253 B1 EP 1101253B1
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EP
European Patent Office
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antenna
frequency
antenna elements
conductor surface
counterweight
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EP99952261A
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Nikolaus Dellantoni
Peter-Ernst Veith
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/362—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith for broadside radiating helical antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/45—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device

Definitions

  • the present invention relates to an antenna for transmission or receiving signals with at least a first and second antenna element for transmitting or receiving Signals of the same frequency, the antenna elements spirally formed, arranged parallel to each other, each individually with a common conductor surface in Connected in parallel and capacitive across the conductor surface are coupled to a high frequency counterweight.
  • Antennas can be used because of their compact design internal antennas in telecommunications devices, such as for example cordless phones.
  • Spiral antenna elements for the antennas of telecommunications devices are e.g. from DE 196 39 642 A1 known, wherein a retractable antenna device with a helical antenna section is disclosed.
  • DE 42 05 084 A1 is a pair of conductor structures for receiving electromagnetic Waves known in which each element of the pair to form an overall structure of series interconnected Individual elements in a stack Layers built up, and each individual element pair of each Level is formed in the opposite direction of rotation.
  • the individual elements of each level are as spiral planar structures formed. Measures that are easy to detune of the antennas by capacitive influences of the Reduce the environment or the bandwidth of the antennas a single antenna will increase in these Documents not handled.
  • the object of the present invention is therefore a To provide an antenna for sending or receiving signals, the higher bandwidth and better Adaptation to a high-frequency counterweight and a feed line system allows.
  • This task is carried out by an antenna for transmitting or Received signals solved, with at least a first and second antenna element for transmitting or receiving Signals of the same frequency, the antenna elements spirally formed, arranged parallel to each other, each individually with a common conductor surface in Connected in parallel and capacitive across the conductor surface are coupled to a high frequency counterweight.
  • the antenna according to the invention less sensitive to capacitive influences from the environment. Farther can by at the base or feed point of the antenna induced higher and better distributed currents the two or more antenna elements better to the high-frequency counterweight or adapted the feed line system become.
  • the antenna elements are by a capacitive Coupling element coupled to the high-frequency counterweight.
  • the capacitive coupling element can comprise conductor areas, the one on opposite sides of the high frequency counterweight are printed.
  • Figure 1 is a plan view of a preferred embodiment an antenna 1 according to the present invention shown, the three spiral arranged in parallel Has antenna elements 2.
  • the antenna elements 2 are on a high-frequency counterweight 3 coupled from a rectangular conductor surface or from one with circuit boards printed dielectric can exist.
  • the antenna elements 2 comprise spirals made of metal, the Central axes parallel to each other and horizontally or vertically are arranged at the level of the high-frequency counterweight, as can be seen from FIGS. 1 and 2.
  • the three antenna elements 2 are with a high-frequency counterweight 3 printed first conductor surface 4 connected.
  • the first conductor surface 4 is on a side surface of the high-frequency counterweight printed on a corner.
  • the first Conductor surface 4 is connected to an infeed point 7 Feed line 8 connected by the antenna elements 2 receives received signals to a high-frequency module 9 or the antenna elements 2 signals to be emitted by the high-frequency module 9 feeds.
  • the high frequency counterweight printed a third conductor surface 6, which corresponds approximately to the size of the conductor surface 5 and is not below the conductor surface 4, so that a capacitive coupling element consisting of the conductor surface 4 for coupling the antenna elements 2 to the high-frequency counterweight given is.
  • the three antenna elements 2 are connected in parallel, d. H. they are each individually with the first conductor surface 4 and are connected via a common feed point 7 on the first conductor surface 4 the high-frequency module 9 connected.
  • the antenna elements 2 By at the foot of the antenna, d. H. in the first conductor surface 4 induced higher and better distributed currents can the antenna elements 2 very well to the high-frequency counterweight 3 and the approximately 50 ohm impedance of the Feed line 8 can be adjusted. By using 3 parallel antenna elements 2 can have a large useful bandwidth be achieved.
  • FIG. 3 shows the standing wave factor for an antenna with one, two and three spiral antenna elements 2 in the frequency band between 880 and 960 MHz (medium frequency 920 MHz).
  • the first curve A represents the standing wave factor for an antenna with one antenna element
  • the second curve B represents the standing wave factor for an antenna with two antenna elements
  • the third curve C represents the standing wave factor for an antenna with three antenna elements f 01 , f 02 , f 03 the respective beginning of the useful band and those with f e1 , f e2 and f e3 the respective end of the useful band.
  • Curve C shows the standing wave factor of an antenna, the structure of which corresponds to that of antenna 1 in FIG. 1 and in FIG. 2.
  • Curve B has essentially the same structure, but only two parallel spiral antenna elements 2.
  • the antenna of curve A has only one spiral antenna element.
  • the bandwidth is the antenna with a spiral antenna element 6.2% (curve A), the bandwidth of an antenna with two antenna elements about 16% (curve B) and the bandwidth of an antenna with three antenna elements about 24% (curve C).
  • curve A the bandwidth of an antenna with a spiral antenna element 6.2%
  • curve B the bandwidth of an antenna with two antenna elements about 16%
  • curve C the bandwidth of an antenna with three antenna elements about 24%
  • FIGS and 2 are the return loss, the Foot impedance or the standing wave factor of that in FIGS and 2 shown antenna arrangement in the frequency band between 880 MHz and 960 MHz (medium frequency 920 MHz) are shown. How it can be seen that the 3dB useful bandwidth is approximately 820-995 MHz.
  • the foot impedance in the signal band is approximately (60 + ix9) ohms at 880 MHz and (58-ix13) ohms at 960 MHz.
  • the standing wave ratio is about 1: 1.3 at 880 MHz and 1: 1.4 at 960 MHz.
  • the antenna according to the invention is therefore universally suitable for mobile and compact stationary cordless devices, basic and Relay stations of the various telecommunication standards in frequency ranges up to 3 GHz.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne zum Senden bzw. Empfangen von Signalen, mit zumindest einem ersten und zweiten Antennenelement zum Senden bzw. Empfangen von Signalen gleicher Frequenz, wobei die Antennenelemente spiralförmig ausgebildet, parallel zueinander angeordnet, jeweils einzeln mit einer gemeinsamen Leiterfläche in Parallelschaltung verbunden und über die Leiterfläche kapazitiv an ein Hochfrequenz-Gegengewicht angekoppelt sind. Derartige Antennen können wegen ihrer kompakten Bauweise als interne Antennen in Telekommunikationsvorrichtungen, wie beispielsweise schnurlosen Telefonen, verwendet werden.
Spiralförmige Antennenelemente für die Antennen von Telekommunikationsvorrichtungen sind z.B. aus DE 196 39 642 A1 bekannt, worin eine einfahrbare Antennenvorrichtung mit einem wendelförmigen Antennenabschnitt offenbart wird. Auch aus DE 42 05 084 A1 ist ein Leiterstrukturpaar zum Empfang elektromagnetischer Wellen bekannt, worin jedes Element des Paares zur Bildung einer Gesamtstruktur aus seriell zusammengeschalteten Einzelelementen in übereinandergestapelten Ebenen aufgebaut, und jedes Einzelelementpaar einer jeden Ebene in zueinander gegenläufigem Umlaufsinn ausgebildet ist. Die Einzelelemente einer jeden Ebene sind als spiralförmige planare Strukturen ausgebildet. Maßnahmen, die leichte Verstimmbarkeit der Antennen durch kapazitive Einflüsse der Ungebung zu mindern oder die Bandbreite der Antennen gegenüber einer Einzelantenne zu erhöhen, werden in diesen Dokumenten nicht behandelt. Eine Möglichkeit mit Hilfe eines Hochfrequenz-Gegengewichts kapazitive Einflüsse zu mindern ist in der Druckschrift von Haapala P. et al, "Dual Frequency Helical Antennas For Handsets", IEEE Vehicular Technology Conference, US, New York, IEEE, Bd. Conf. 46, Seite 336-338 XP000594306 beschrieben, wobei das Hochfrequenz-Gegengewicht zu einer Erhöhung der Fußimpedanz der Antenne führt. In diesem Dokument wird auch eine Parallelschaltung zweier Antennenelemente mit wendelförmigen Abschnitten beschrieben, doch vermindert sich hierbei die Bandbreite einer der beiden Teilantennen gegenüber der einer Einzelantenne.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Antenne zum Senden bzw. Empfangen von Signalen bereitzustellen, die eine höhere Bandbreite und eine bessere Anpassung an ein Hochfrequenz-Gegengewicht und ein Speiseleitungssystem ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Antenne zum Senden bzw. Empfangen von Signalen gelöst, mit zumindest einem ersten und zweiten Antennenelement zum Senden bzw. Empfangen von Signalen gleicher Frequenz, wobei die Antennenelemente spiralförmig ausgebildet, parallel zueinander angeordnet, jeweils einzeln mit einer gemeinsamen Leiterfläche in Parallelschaltung verbunden und über die Leiterfläche kapazitiv an ein Hochfrequenz-Gegengewicht angekoppelt sind.
Durch die beiden oder mehrere parallel angeordnete(n) Antennenelemente wird eine höhere Bandbreite erzielt, wodurch die erfindungsgemäße Antenne unempfindlicher gegenüber kapazitiven Einflüssen aus der Umgebung wird. Weiterhin können durch am Fußpunkt bzw. Einspeisepunkt der Antenne induzierte höhere und flächenmäßig besser verteilte Ströme die beiden oder mehrere Antennenelemente besser an das Hochfrequenz-Gegengewicht bzw. das Speiseleitungssystem angepaßt werden.
Die Antennenelemente sind durch ein kapazitives Koppelelement an das Hochfrequenz-Gegengewicht angekoppelt. Das kapazitive Koppelelement kann dabei Leiterflächen umfassen, die auf gegenüberliegende Seiten des Hochfrequenz-Gegengewichtes aufgedruckt sind.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen
  • Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • Figur 2 eine schematische Seitenansicht der in Figur 1 gezeigten Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • Figur 3 ein Stehwellenfaktor-Diagramm einer Antenne mit einem, zwei oder drei Antennenelementen,
  • Figur 4 die Rückflußdämpfung der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Antenne,
  • Figur 5 die Fußimpedanz der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Antenne, und
  • Figur 6 den Stehwellenfaktor der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Antenne.
    • In Figur 1 ist eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Antenne 1 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, die drei spiralförmige parallel angeordnete Antennenelemente 2 aufweist. Die Antennenelemente 2 sind an ein Hochfrequenz-Gegengewicht 3 angekoppelt, das aus einer rechteckigen Leiterfläche oder aus einem mit Leiterplatten bedruckten Dielektrikum bestehen kann.
    Die Antennenelemente 2 umfassen Spiralen aus Metall, deren Mittelachsen parallel zueinander und waagrecht oder senkrecht zur Ebene des Hochfrequenz-Gegengewichtes angeordnet sind, wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist. Die drei Antennenelemente 2 sind mit einer auf das Hochfrequenz-Gegengewicht 3 aufgedruckten ersten Leiterfläche 4 verbunden. Die erste Leiterfläche 4 ist auf eine Seitenfläche des Hochfrequenz-Gegengewichtes an einer Ecke aufgedruckt. Die erste Leiterfläche 4 ist über einen Einspeisepunkt 7 mit einer Speiseleitung 8 verbunden, die von den Antennenelementen 2 empfangene Signale einem Hochfrequenz-Modul 9 zuführt bzw. den Antennenelementen 2 auszusendende Signale von dem Hochfrequenz-Modul 9 zuführt.
    Auf der gleichen Seite des Hochfrequenz-Gegengewichtes 3, auf der die erste Leiterfläche 4 aufgedruckt ist, ist weiterhin eine zweite Leiterfläche 5 aufgedruckt, die von der ersten Leiterfläche 4 isoliert ist, und auf der sich das Hochfrequenz-Modul 9, ein mit dem Hochfrequenz-Modul verbundenes Digitalteil 10 sowie eine Spannungsversorgung 11 für das Digitalteil 10 und das Hochfrequenz-Modul 9 befinden.
    Gegenüber den beiden Leiterflächen 4 und 5 ist auf das Hochfrequenz-Gegengewicht eine dritte Leiterfläche 6 aufgedruckt, die in etwa der Größe der Leiterfläche 5 entspricht und die sich nicht unterhalb der Leiterfläche 4 befindet, so daß ein kapazitives Koppelelement bestehend aus der Leiterfläche 4 zur Ankopplung der Antennenelemente 2 an das Hochfrequenz-Gegengewicht gegeben ist. Die drei Antennenelemente 2 sind parallel geschaltet, d. h. sie sind jeweils einzeln mit der ersten Leiterfläche 4 verbunden und sind über einen gemeinsamen Einspeisepunkt 7 an der ersten Leiterfläche 4 an das Hochfrequenz-Modul 9 angeschlossen.
    Durch am Fuß der Antenne, d. h. in der ersten Leiterfläche 4 induzierte höhere und flächenmäßig besser verteilte Ströme können die Antennenelemente 2 sehr gut an das Hochfrequenz-Gegengewicht 3 und an die etwa 50 Ohm betragende Impedanz der Speiseleitung 8 angepaßt werden. Durch die Verwendung von 3 parallelen Antennenelementen 2 kann eine große Nutzbandbreite erzielt werden.
    In Figur 3 ist der Stehwellenfaktor für eine Antenne mit einem, zwei und drei spiralförmigen Antennenelementen 2 im Frequenzband zwischen 880 und 960 MHz (Mittelfrequenz 920 MHz) dargestellt. Die erste Kurve A stellt den Stehwellenfaktor für eine Antenne mit einem Antennenelement dar, die zweite Kurve B stellt den Stehwellenfaktor für eine Antenne mit zwei Antennenelementen dar, und die dritte Kurve C stellt den Stehwellenfaktor für eine Antenne mit drei Antennenelementen dar. Dabei kennzeichnen die mit f01, f02, f03 gekennzeichneten Stellen den jeweiligen Anfang des Nutzbandes und die mit fe1, fe2 und fe3 das jeweilige Ende des Nutzbandes. Die Kurve C zeigt dabei den Stehwellenfaktor einer Antenne, deren Aufbau dem der Antenne 1 von Figur 1 und von Figur 2 entspricht. Die Kurve B hat im wesentlichen den gleichen Aufbau, jedoch nur zwei parallele spiralförmige Antennenelemente 2. Die Antenne der Kurve A weist nur ein spiralförmiges Antennenelement auf.
    Wie aus der Figur 3 zu erkennen ist, beträgt die Bandbreite der Antenne mit einem spiralförmigen Antennenelement etwa 6,2% (Kurve A), die Bandbreite einer Antenne mit zwei Antennenelementen etwa 16% (Kurve B) und die Bandbreite einer Antenne mit drei Antennenelementen etwa 24% (Kurve C). Die Verwendung mehrerer paralleler spiralförmiger Antennenelemente erhöht somit die Nutzbandbreite beträchtlich.
    In den Figuren 4, 5 und 6 sind die Rückflußdämpfung, die Fußimpedanz bzw. der Stehwellenfaktor der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Antennenanordnung im Frequenzband zwischen 880 MHz und 960 MHz (Mittelfrequenz 920 MHz) dargestellt. Wie zu erkennen ist, beträgt die 3dB-Nutzbandbreite etwa 820-995 MHz. Die Fußimpedanz im Signalband beträgt etwa (60+ix9) Ohm bei 880 MHz und (58-ix13) Ohm bei 960 MHz. Das Stehwellenverhältnis ist etwa 1:1,3 bei 880 MHz und 1:1,4 bei 960 MHz. Die erfindungsgemäße Antenne ist damit universell geeignet für mobile und kompakte stationäre schnurlose Endgeräte, Basisund Relaisstationen der verschiedenen Telekommunikationsstandards in Frequenzbereichen bis zu 3 GHz.

    Claims (1)

    1. Antenne (1) zum Senden bzw. Empfangen von Signalen, mit zumindest einem ersten und zweiten Antennenelement (2) zum Senden bzw. Empfangen von Signalen gleicher Frequenz, wobei die Antennenelemente (2) spiralförmig ausgebildet, parallel zueinander angeordnet, jeweils einzeln mit einer gemeinsamen Leiterfläche (4) in Parallelschaltung verbunden und über die Leiterfläche (4) kapazitiv an ein Hochfrequenz-Gegengewicht (3) angekoppelt sind.
    EP99952261A 1998-08-07 1999-08-02 Antenne mit grosser bandbreite Expired - Lifetime EP1101253B1 (de)

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    DE19835878A DE19835878A1 (de) 1998-08-07 1998-08-07 Antenne mit großer Bandbreite
    DE19835878 1998-08-07
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    EP1101253A1 EP1101253A1 (de) 2001-05-23
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    Country Status (5)

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    EP (1) EP1101253B1 (de)
    CN (1) CN1312965A (de)
    DE (2) DE19835878A1 (de)
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    US20010050655A1 (en) 2001-12-13
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