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GEBIET DER
VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung gedruckte Antennen,
die in Verbindung mit Geräten
für die
drahtlose Datenkommunikation verwendet werden, und betrifft insbesondere
eine gedruckte Dipolantenne und Vorrichtungen, etwa WLAN-Einrichtungen, Mobiltelefone
und dergleichen, die kompakte und effiziente Antennen erfordern.
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BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
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Gegenwärtig werden
große
Anstrengungen unternommen, um drahtlose Kommunikationseinrichtungen
zu entwickeln, die ein hohes Maß an
Zuverlässigkeit
bei geringen Kosten bieten. Ein Schlüsselproblem in dieser Hinsicht
ist das Maß der
Integration, mit der ein entsprechendes Sende/Empfangsgerät hergestellt
werden kann. Während
für viele
Anwendungen, etwa für
Direktsattelitenempfänger (DBS)
und WLAN-Geräte, dies
auf Grund der Kosteneffizienz von großer Bedeutung ist, ist in anderen Anwendungen,
etwa in Mobiltelefonen, tragbaren Radioempfängern und dergleichen, eine
geringe Leistungsaufnahme ein wichtiger Aspekt.
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Gegenwärtig konkurrieren
zwei wesentliche Architekturen für
Empfangsgeräte
auf dem Markt, d. h. die sogenannte Direktumsetzungsarchitektur
und die sogenannte Superheterodyn-Architektur. Auf Grund des höheren Maßes an Integration
und der Möglichkeit,
die Leistungsaufnahme zu reduzieren, scheint die sogenannte Direktumsetzungsarchitektur die
bevorzugte Lösung
im Vergleich zu der sogenannten Superheterodyn-Architektur zu werden.
Jedoch können
die Vorteile, die durch das Verbessern der Schaltungstechnologie
erreicht werden, nur wirksam werden – unabhängig von der verwendeten Schaltungsarchitektur – bis zu
einem Maße,
das durch die Eigenschaften einer Antenne bestimmt ist, die in dem
Hochfrequenzmodul des Gerätes
erforderlich ist, wobei die Größe, die
Strahlungscharakteristik und die anfallenden Herstellungskosten
der Antenne ebenso wesentliche Kriterien sind, die einen großen Einfluss
auf den ökonomischen
Erfolg des Funkdatenkommunikationsgerätes ausüben.
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In
einer typischen Funkanwendung, etwa einem drahtlosen Datenkommunikationssystem
unter Ausnutzung eines LAN (Nahbereichsnetzwerkes), können sich
typischerweise die relativen Lagen von kommunizierenden Geräten während einer
einzelnen Kommunikationssitzung und/oder von Sitzung zu Sitzung ändern. Somit
wurden effiziente Verfahren und Einrichtungen entwickelt, um die
Zuverlässigkeit
der Datenübertragung
selbst bei äußerst variierenden Umgebungsbedingungen,
etwa auf dem Gebiet der Datenkommunikation mit Mobiltelefonen, zu
verbessern. Die Gesamtleistungsfähigkeit
von Funkeinrichtungen ist jedoch zu einem hohen Maße durch
die Eigenschaften der Antenne bestimmt, die an der Eingangs/Ausgangsseite
des Gerätes
vorgesehen ist. Beispielsweise kann das Ändern der Orientierung eines
Gerätes
deutlich die relative Orientierung der Polarisationsrichtung des
Senders in Bezug auf den Empfänger
beeinflussen, was zu einer deutlichen Reduzierung der Feldstärke führen kann,
die in der Empfängerantenne
empfangen wird. Beispielsweise kann das Ändern der Orientierung einer
anfänglich horizontal
abstrahlenden Dipolantenne in die vertikale Richtung zu einer Verringerung
der von einer horizontal orientierten Empfängerantenne erzeugten Spannung
von ungefähr
20 dB führen.
Folglich ist für nicht
stationäre
Anwendungen in dem Funkdatenkommunikationssystem eine im Wesentlichen
isotrope Strahlungscharakteristik unabhängig von der Polarisationsrichtung
wünschenswert.
Andererseits ist es in Hinblick auf die Tragbarkeit und die Anwendbarkeit
der Funkgeräte
im Allgemeinen wünschenswert, dass
Antennen für
drahtlose Datenkommunikationssysteme möglichst wenig Platz innerhalb
des Gerätes
einnehmen, um im Wesentlichen Entwurfsmodifizierungen in Form von
beispielsweise hervorstehenden Geräteteilen und dergleichen zu
vermeiden. Daher werden zunehmend Antennen bereitgestellt, die auf
ein dielektrisches Substrat aufgedruckt sind und mit der Treiber/Empfängerschaltung
verbunden sind, wobei in jüngsten
Entwicklungen die Antenne auf einen Teil des gleichen Substrats
aufgedruckt wird, der auch die Systemschaltung beinhaltet. Obwohl
ein moderat kompakter Antennenaufbau durch konventionelle gedruckte
Antennen erreicht wird, erweist es sich als schwierig, eine hohe
Isotropie der Charakteristik einer Dipolantenne zu erreichen, wenn
diese auf eine Schaltungsplatine aufgedruckt ist.
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Die
Patentschrift
GB 2 259
811 A offenbart eine gedruckte Antenne, die ein Substrat
und eine erste und eine zweite Leiterbahn
12,
13,
die auf gegenüberliegenden
Oberflächen
des Substrats gebildet sind, aufweist. Die Antenne ist mittels einer
asymmetrischen Leitung, wie z. B. einer Koaxleitung angeschlossen,
wobei der Innenleiter, mit der ersten Leiterbahn
12 (Kontakt
30) und
die Abschirmung mit der zweiten Leiterbahn
13 (Kontakt
31)
verbunden ist. Das Anschließen
der Antenneleitung an gegenüberliegenden
Kontakten ist jedoch aufwendig.
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Die
Patentschrift
DE 690 15 678
T2 offenbart eine kompakte mehrfach polarisierte Breitbandantenne,
wobei die Antennenstruktur auf einem Substrat gebildet ist. Die
Antenne umfasst logarithmisch periodische Dipolelemente, die einen
radial angeordneten zentralen Stab aufweisen, von dem aus sich mehrere
bogenförmige
Glieder in Umfangsrichtung erstrecken. Die Signale werden der Antenne über den zentralen
Stab zugeführt.
Die Antenne weist ein aufwendiges Design auf, das hohe Herstellungskosten und
einen hohen Substratflächenverbrauch
bedingen kann.
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Daher
besteht ein Bedarf für
eine gedruckte Dipolantenne, die ein hohes Leistungsvermögen in Bezug
auf eine gewünschte
räumliche
isotrope Strahlungscharakteristik aufweist, während gleichzeitig ein Herstellungsprozess
mit geringen Kosten und ein Aufbau, der wenig Substratfläche erfordert, möglich ist.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Im
Allgemeinen richtet sich in einer anschaulichen Ausführungsform
die vorliegende Erfindung an eine gedruckte Dipolantenne, die verbesserte
Strahlungscharakteristiken für
drahtlose Anwendungen, etwa WLAN-Anwendungen, mittels einer Dipolgestalt mit
gebogenen Dipolarmen bietet.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird insbesondere durch Vorrichtungen
gemäß den Ansprüchen 1,
16 und 33 gelöst.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird; es zeigen:
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1a, 1b und 1c schematisch eine
Aufsicht von Teilen einer gedruckten Dipolantenne, die auf einer
ersten bzw. einer zweiten Substratoberfläche gemäß einer anschaulichen Ausführungsform
ausgebildet sind;
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2 schematisch
eine Aufsicht eines Dipolantennensystems mit zwei Dipolantennen,
wie sie in 1 gezeigt sind, wobei eine
relative Orientierung der beiden Dipolantennen zueinander so eingestellt
ist, um eine verbesserte isotrope Strahlungscharakteristik zu erreichen;
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3a bis 3d schematisch
Diagramme, die die Strahlungscharakteristiken der in 2 gezeigten
Dipolantennen zeigen; und
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4 schematisch
eine Datenkommunikationseinrichtung mit einem Dipolantennensystem,
wie es in 2 gezeigt ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist,
wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den
Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen
anschaulichen offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Im
Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung eine gedruckte Dipolantenne
mit einer verbesserten Strahlungscharakteristik bereit, wobei gleichzeitig
die Verdrahtungsanordnung der Antenne effizient auf Substrate aufgedruckt
werden kann, wie sie typischerweise für die Herstellung elektronischer
Geräte
verwendet werden. Folglich kann gemäß einigen Ausführungsformen
die gedruckte Dipolantenne gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem gemeinsamen Herstellungsvorgang zusammen mit
der Verdrahtungsanordnung für
die zum Betreiben der Antenne erforderlichen Schaltung hergestellt
werden. In anderen Ausführungsformen
kann die Dipolantenne auf entsprechenden Substraten in einem separaten Herstellungsprozess
hergestellt werden, wobei die Abmessungen der Dipolantenne auf einen
spezifizierten Frequenzbereich so angepasst werden kann, dass für verschiedene
Datenkommunikationseinrichtungen ein geeignetes Antennensubstrat
für die
interessierende Frequenz einfach gewählt werden kann. Dazu können die
Antennensubstrate und die elektronischen Einrichtungen entsprechende
Verbindungsbereiche aufweisen, die das externe Anbringen des Antennensubstrats
an dem Gerät
ermöglichen.
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Mit
Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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1a zeigt
schematisch eine Aufsicht einer Dipolantenne 100, während 1c die
Dipolantenne 100 darstellt, wenn sie von der Rückseite
aus betrachtet wird. Die Dipolantenne 100 umfasst ein Substrat 101 mit
einer ersten Oberfläche 102 (1a) und
einer zweiten Oberfläche 103 (siehe 1c),
gegenüberliegend
zu der ersten Oberfläche 102.
Das Substrat 101 kann ein beliebiges geeignetes dielektrisches
Substrat, etwa ein FR4-glasfaserverstärktes Epoxidharzsubstrat, ein
BT- (bismaleimid-Triazin) Harzsubstrat
oder ein aus Polyimid hergestelltes Substrat repräsentieren.
Beispielsweise kann ein FR4-Substrat mit einer Dielektrizitätskonstante
von ungefähr
4.4 mit einer Dicke von ungefähr
0.8 mm verwendet werden. Die Antenne 100 umfasst ferner Leitungen,
die beispielsweise aus Kupfer mit einer Dicke von beispielsweise
17.5 μm
hergestellt sind, die einen ersten gebogenen Dipolarm 104 und
einen zweiten gebogenen Dipolarm 105 definieren. Das Bereitstellen
von Dipolarmen in Form der gebogenen Dipolarme 104, 105 anstelle
eines geradlinigen Aufbaus, führt
zu verbesserten isotropen Strahlungseigenschaften im Vergleich zu
einem geradlinigen Dipolaufbau und ermöglicht gleichzeitig, die Gesamtabmessungen
der Antenne 100 im Vergleich zu Dipolentwürfen mit
linearen bzw. geradlinigen Dipolarmen deutlich zu verringern. In
den in den 1a und 1c gezeigten
Ausführungsformen
sind die gebogenen Dipolarme 104, 105 in einer
im Wesentlichen kreisförmigen,
jedoch nicht vollständig
geschlossenen Form vorgesehen.
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1b zeigt
eine weitere Ausführungsform, wobei
jeder der gebogenen Dipolarme 104, 105 eine Vielzahl
von im Wesentlichen geradlinigen Bereichen 114, 115 aufweist,
die mit entsprechenden Winkeln miteinander so kombiniert sind, um
ein gewünschtes Maß an Krümmung zu
erzeugen.
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Die
Länge der
gebogenen Dipolarme 104, 105 wird entsprechend
der Wellenlänge
der betrachteten Strahlung festgelegt. Beispielsweise kann in dem
vorliegenden Beispiel die Antenne 100 für Funk-LAN-Anwendungen mit
einem Frequenzbereich von ungefähr
2.25 bis 2.60 GHz ausgelegt sein. Folglich werden die Abmessungen
der gebogenen Dipolarme 104, 105 so festgelegt,
um beispielsweise der Mittenfrequenz von 2.45 GHz zu entsprechen,
d. h. die Gesamtlänge
des ersten und des zweiten gebogenen Dipolarms 104, 105 entspricht
im Wesentlichen der Hälfte
der Wellenlänge
der Mittenfrequenz, was in dem vorliegenden Beispiel ungefähr 65 mm ist.
Es sollte beachtet werden, dass die Länge der Dipolarme 104, 105 in
einfacher Weise auf beliebige andere Frequenzbereiche angepasst
werden kann, etwa wie sie beispielsweise für den WLAN-Betrieb bei ungefähr 5.2 GHz erforderlich ist.
Beispielsweise kann für
diesen Frequenzbereich der Krümmungsradius
entsprechend verkleinert werden, oder in anderen Ausführungsformen
kann der Krümmungsradius und
die Kreisform so gestaltet werden, dass eine Öffnung entsteht, die größer als
die in 1a gezeigte Öffnung ist.
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Bekanntlich
kann das Vergrößern der
Breite eines Leiters, der einen Dipolarm bildet, die Bandbreite
der Antenne vergrößern. Somit
wird in einer speziellen Ausführungsform,
wie dies auch in 1a und 1b dargestellt
ist, der Dipolentwurf der Antenne 100 in Form eines gefalteten
Dipols vorgesehen, um den Frequenzbereich der Antenne 100 aufzuweiten.
Dazu können
ein oder mehrere Verbindungsleitungen 106, 107 vorgesehen werden,
die mit ihren entsprechenden Endbereichen mit Kontaktbereichen 108 bzw. 109 verbunden
sind, wobei die Kontaktbereiche 108, 109 auch
mit den „offenen" Enden des ersten
bzw. des zweiten Dipolarms 104, 105 verbunden
sind. Die Verbindungsleitungen 106, 107 können in
einer speziellen Ausführungsform
im Wesentlichen in konzentrischer Weise in Bezug auf den ersten
und den zweiten Dipolarm 104, 105 ausgebildet
sein.
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Die
Antenne 100 umfasst ferner eine erste Speiseleitung 110,
die auf der ersten Oberfläche 102 ausgebildet
ist, und eine zweite Speiseleitung 111, die auf der zweiten
Oberfläche 103 ausgebildet
ist. Die erste Speiseleitung 110 ist mit dem Dipolarm 105 verbunden,
während
die zweite Speiseleitung 111 mit dem Dipolarm 104 mittels
einer oder mehrerer Kontaktdurchführungen oder Kontaktlöcher 112 verbunden
ist. Die erste und die zweite Speiseleitung 110, 111 weisen
jeweils einen vergrößerten Bereich 110a bzw. 111a auf,
die entsprechend verjüngt
bzw. zulaufend ausgebildet sind, um einen Übergang zu entsprechenden länglichen
Bereichen 110b bzw. 111b zu bilden, die wiederum
mit den entsprechenden Dipolarmen 104, 105 verbunden
sind. Der längliche
Bereich 110b ist zumindest teilweise innerhalb eines Bereichs 113 ausgebildet,
der von dem ersten und dem zweiten Dipolarm 104, 105 umschlossen
wird. In einer speziellen Ausführungsform
besitzen die länglichen
Bereiche 110b und 111b im Wesentlichen die gleichen
Abmessungen, d. h. im Wesentlichen die gleiche Länge und die gleiche Breite,
und sind in paralleler Weise angeordnet, wobei das Substrat 101 dazwischen
angeordnet ist, um ein Abstrahlen der Bereiche 110b, 111b zu
verringern. Ferner kann der vergrößerte Bereich 111a einen
ausgedehnten Teil der zweiten Oberfläche 103 abdecken,
so dass dieser auch als eine Erdungsebene des Substrats 101 dient.
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Die
Dipolantenne 100 kann durch einen konventionellen Druckvorgang,
wie er auch zur Herstellung von gedruckten Leiterplatten für Hochfrequenzschaltungen,
etwa für
Leiterplatten für
drahtlose LAN-Geräte,
Mobiltelefone, und dergleichen eingesetzt wird. Somit kann die Dipolantenne 100 durch gut
etablierte Photolithographie- und Ätztechniken unter Anwendung
eines kupferbeschichteten Substrats hergestellt werden. Die leitenden
Bereiche der Antenne können
auch durch andere Materialien hergestellt werden, etwa Silber und
dergleichen, oder Oberflächenanteile
dieser Bereiche können
zusätzlich
mit einem geeigneten Material beschichtet sein. Die Abmessungen
der leitenden Bereiche werden entsprechend den Abmessungen und der
Materialzusammensetzung entsprechend gut bekannter Techniken so
hergestellt, dass die geforderte Impedanz dieser Bereiche erreicht
wird. In einigen Ausführungsformen
kann das Substrat 101 entsprechende Verbindungsbereiche
(nicht gezeigt) aufweisen, um die Speiseleitungen 110 und 111 mit
entsprechenden Kontaktbereichen einer Ansteuer/Empfangsschaltung
zu verbinden, wobei diese Bereiche auch mit Bezug zu 4 beschrieben
sind. Z. B. kann das Substrat als eine Komponente hergestellt werden, die
entsprechende Verbindungsbereiche aufweist, die dann mit einer gedruckten
Leiterplatte mittels einer Oberflächenmontagetechnik verbunden
werden. Somit kann eine große
Anzahl diverser Dipolantennen 100 jeweils an einen spezifizierten
Frequenzbereich angepasst und mit geringen Kosten hergestellt werden,
die dann auf entsprechende Leiterplatten während des üblichen Oberflächenmontageprozesses
aufgebracht werden, so dass ein hohes Maß an Entwurfsflexibilität für Hersteller
erreicht wird.
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2 zeigt
schematisch eine Aufsicht eines Antennensystems mit zwei Dipolantennen,
die ähnlich
zu der in den 1a und 1b gezeigten
Antenne sind. Das Antennensystem 200 umfasst ein Substrat 201 mit
einer ersten Oberfläche 202 und
einer gegenüberliegenden
zweiten Oberfläche 203. Das
Substrat 201 kann ein Substrat repräsentieren, wie es mit Bezug
zu den 1a und 1b beschrieben
ist. Eine erste Dipolantenne 250a, die die Konfiguration
aufweisen kann, wie sie mit Bezug zu den 1a und 1b beschrieben
ist, ist in und auf dem Substrat 201 mit einer ersten Orientierung
in Bezug auf eine Mitellinie 220 ausgebildet. Eine zweite Dipolantenne 250b mit
einer Konfiguration, wie sie mit Bezug zu den 1a und 1b beschrieben ist,
ist in und auf dem Substrat 201 mit einer zweiten Orentierung
in Bezug auf die Mittellinie 220, die sich von der Orientierung
der ersten Dipolantenne 250a unterscheidet, ausgebildet.
Obwohl die erste und die zweite Antenne 250a, 250b so
gezeigt sind, dass diese entsprechende gebogene Dipolarme aufweisen, die
auf der ersten Oberfläche 202 ausgebildet
sind, können
in anderen Ausführungsformen
die Dipolarme der ersten oder der zweiten Dipolantenne 250a, 250b auf
der zweiten Oberfläche 203 ausgebildet sein.
Das gleiche gilt für
entsprechende Speiseleitungen 210a, 210b, 211a, 211b.
Wie in 2 gezeigt ist, kann sich die Orientierung der
zweiten Dipolantenne 250b in Bezug auf die erste Dipolantenne 250a dahingehend
unterscheiden, dass die erste Dipolantenne 250a in Bezug
auf die Mittellinie 220 gespiegelt wird, und dann in Bezug
auf eine Achse senkrecht zu der ersten und der zweiten Oberfläche 202, 203 entsprechend
einem Winkel α gedreht
wird, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. In anderen Ausführungsformen
kann die Orientierung der zweiten Dipolantenne 250b erhalten
werden, indem lediglich eine Drehung in Bezug auf eine Achse senkrecht
zu den Oberflächen 202 und 203 ausgeführt wird,
um den Winkel α zu
erhalten. Wenn in ähnlicher
Weise die zweite Dipolantenne 250b mit ihren entsprechenden
gebogenen Dipolarmen auf der zweiten Oberfläche 203 ausgebildet
ist, kann eine zu der gezeigten Orientierung äquivalente Orientierung erreicht
werden, indem die zweite Antenne 250b ohne Spiegeln des
Aufbaus gedreht wird.
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Es
sollte beachtet werden, dass das Antennensystem 200, wie
es in 2a gezeigt ist, nicht notwendigerweise
auf einem gemeinsamen Substrat gebildet werden muss. In einigen
Ausführungsformen
kann es geeignet erscheinen, das Substrat 201 als zwei
oder mehr Substratbereiche bereitzustellen; etwa das Substrat 101,
das darauf Dipolantennen, etwa die Antenne 100, mit unterschiedlichen
Orientierungen in Bezug zu dem Substrat 101 aufweisen kann,
oder zwei Substrate 101, wobei die unterschiedlichen Substrate 101 eine
unterschiedliche Form und/oder Verbindungsbereiche aufweisen, die das
Montieren der Antennen auf einem Substrat mit unterschiedlichen
Orientierungen ermöglichen,
oder das Substrat 101 wird mit dem Substrat 201 kombiniert,
um die gewünschte
Differenz der Orientierung der Antennen 250a, 250b zu
erreichen. Zum Beispiel kann, wie zuvor erläutert ist, das Substrat 101 darauf ausgebildete
geeignete Verbindungsbereiche aufweisen, die zusätzlich so vorgesehen werden
können,
dass eine unterschiedliche Orientierung beim Anbringen des Substrats 101 an
einer entsprechenden Leiterplatte erreicht wird. Auf diese Weise
kann im Wesentlichen der gleiche Schaltungsentwurf verwendet werden,
um eine verbesserte Strahlungscharakteristik bereitzustellen, wobei
die Charakteristik durch entsprechendes Auswählen, Orientieren und schließlich Montieren
der einzelnen Substrate 101, um damit das Substrat 201 zu
bilden, eingestellt werden kann. Somit kann durch Kombinieren zweier
Dipolantennen, etwa der Antennen 100, zu einem System,
etwa dem System 200, die verbesserte Strahlungscharakteristik
einer einzelnen Dipolantenne in Übereinstimmung
mit anwendungsspezifischen Erfordemissen noch weiter verbessert
werden.
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Mit
Bezug zu den 3a bis 3d werden nun
typische Messergebnisse für
das System 200, das auf einem einzelnen Substrat 201 ausgebildet
ist, beschrieben, wobei eine Orientierung der ersten und der zweiten
Dipolantenne 250a, 250b in der in 2 dargestellten
Weise vorliegt. Die Messung wurde unter Anwendung einer Richtungsantenne
mit 19.25 dBi (dB isotrop) Gewinn mit einem Abstand von 6.83 m ausgeführt, um
absolute Gewinnfiguren der Antennen 250a, 250b zu
erhalten. Die relative Lage der Senderantenne und des Dipolantennensystems 200 wurde
in der vertikalen (V) und der horizontalen (N) Richtung entsprechend
dem Koordinatensystem 300 variiert, wobei die Polarisierungsrichtung
der Senderantenne zwischen einer horizontalen und einer vertikalen
Polarisationsrichtung gewechselt wurde. Die Messergebnisse repräsentieren
den Mittelwert von 68 Frequenzpunkten im Bereich von 2.25 GHz bis 2.65
GHz für
eine Mittenfrequenz von ungefähr
2.45 GHz.
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In 3a zeigt
die linke Seite die Strahlungscharakteristikantenne 250a,
die somit die 0 Grad Orientierung repräsentiert, wobei die Strahlung vertikal
polarisiert war und der relative Winkel zwischen dem Sender und
dem Empfänger,
d. h. dem System 200, in der horizontalen Richtung variiert wurde.
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Die
rechte Seite zeigt die entsprechende Strahlungscharakteristik der
Antenne 250b mit einer Orientierung von ungefähr 30 Grad
(siehe 2) in Bezug auf die erste Antenne 250a.
Wie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, kann die minimale Empfindlichkeit
der Antenne 250a bei beispielsweise ungefähr 135 Grad
effizient durch Benutzung der Antenne 250b kompensiert
werden. In ähnlicher
Weise können
andere lokale Minima des Antennengewinns der ersten Antenne 250a effizient
durch Verwendung, alternativ oder zusätzlich, des Signals, das von
der zweiten Antenne 250b geliefert wird, kompensiert werden.
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3b zeigt
auf der linken Seite die entsprechende Strahlungscharakteristik
für eine
horizontal polarisierte Strahlung, während das Diagramm auf der
rechten Seite die entsprechende Charakteristik der zweiten Antenne 250b zeigt. Ähnlich wie
in vorhergehenden Figuren kann ein minimaler Gewinn der ersten Antenne 250a,
beispielsweise bei 240 Grad, effizient durch Verwenden der zweiten
Antenne 250b kompensiert werden. Das gleiche gilt für das andere Minimum
bei ungefähr
135 Grad, so dass insgesamt eine hohe Empfindlichkeit in einer im
Wesentlichen isotropen Weise erreicht wird.
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3c zeigt
auf der linken Seite die vertikale Strahlungsverteilung mit einer
vertikal polarisierten Strahlung für die Antenne 250a,
während
das Diagramm auf der rechten Seite die entsprechenden Messergebnisse
für die
Antenne 250b zeigt.
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3d zeigt
schematisch die entsprechenden Messergebnisse für die vertikale Strahlungscharakteristik,
die mit einer horizontal polarisierten Strahlung erhalten wird.
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Folglich
kann durch Bereitstellen zweier Dipolantennen, etwa der Antennen 100,
die jeweils eine verbesserte Strahlungscharakteristik aufweisen,
mit einer unterschiedlichen Orientierung zueinander, beispielsweise
in einem Bereich von 10 bis 50 Grad, eine verbesserte Empfindlichkeit
in nahezu allen Richtungen erreicht werden. Hierbei kann eine Kombination
zweier Dipolantennen gemäß der vorliegenden
Erfindung erreicht werden indem zwei Antennen unterschiedlicher
Orientierung auf einem einzelnen Substrat aufgedruckt werden, oder
indem zwei einzelne Antennen, die auf individuellen Substraten ausgebildet
sind, während
des Herstellungsprozesses und/oder während des Betriebs eines entsprechenden
Gerätes
kombiniert werden, indem einstellbare Verbindungseinrichtungen zumindest
für eine
der einzelnen Antennensubstrate bereitgestellt werden, um eine entsprechende
Einstellung der Orientierung entsprechend den Anwendungserfordernissen
zu ermöglichen.
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4 zeigt
schematisch eine Einrichtung 400 für Funkanwendungen, etwa ein
WLAN-Gerät, ein Mobiltelefon
oder dergleichen. Die Einrichtung 400 umfasst ein Substrat 401 mit
einer ersten Oberfläche 402 und
einer zweiten Oberfläche 403.
In und auf dem Substrat 401 ist eine erste Dipolantenne 450a und
eine zweite Dipolantenne 45bb ausgebildet. Hinsichtlich
des Aufbaus der ersten und der zweiten Dipolantenne 450a, 450b gelten
die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu den 1a, 1b und 2 erläutert sind.
Insbesondere werden die Abmessungen der ersten und der zweiten Dipolantenne 450a, 450b so
eingestellt, um einen Betrieb innerhalb eines Frequenzbereichs zu
ermöglichen,
wie er für
die Einrichtung 400 erforderlich ist. Die Dipolantennen 450a, 450b umfassen
entsprechende Speiseleitungen 410a, 411a und 410b, 411b, die
auf der ersten und der zweiten Oberfläche 402, 403 ausgebildet
sind. Die Speiseleitungen 410a, 411a, 410b, 411b sind
mit einer Ansteuer/Empfangsschaltung 460 verbunden, die
ebenfalls in und auf dem Substrat 401 ausgebildet ist.
Die Schaltung 460 kann beliebige Hochfrequenz- und/oder
Zwischenfrequenz- und/oder Basisbandschaltungen aufweisen, wie sie
erforderlich sind, um den Antennen 450a, 450b zuzuführende Daten
zu codieren, oder um von den Antennen empfangene Hochfrequenzsignle
zu decodieren. In einigen Ausführungsformen
kann die Schaltung 460 ausgebildet sein, einen Signalpegel
in den Speiseleitungen 410a und 410b so zu erfassen und
zu vergleichen, um damit die entsprechende Empfindlichkeit jeder
Antenne zu einer gegebenen Zeit zu bestimmen. Die Schaltung kann
dann ferner so gestaltet sein, um wahlweise Signale einer der Antennen 450a, 450b mit
dem höchsten
Signalpegel zu dieser Zeit Signale zuzuleiten und/oder von dieser
zu empfangen.
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In
hoch modernen Geräten
kann das Substrat 401 ferner Zwischensubstratschichten
(nicht gezeigt) zusätzlich
zu der ersten und der zweiten Oberfläche 402, 403 aufweisen, die
eine komplexe Schaltungsverdrahtungsanordnung in und auf dem Substrat 401 ermöglichen.
Somit kann eine komplexe Hochfrequenzdatenkommunikationseinrichtung
auf und in einem einzelnen Substrat 401 vorgesehen werden,
wobei die erste und die zweite Antenne 450a, 450b für die geforderte
im Wesentlichen isotrope Strahlungscharakteristik sorgen. Ferner
kann auf Grund des flächeneffizienten
Entwurfs für
die erste und die zweite Antenne 450a, 450b die
Verdrahtungsanordnung der Einrichtung 400 für die Schaltung 460 und
die Antennen 450a, 450b in einem gemeinsamen Herstellungsprozess
gebildet werden, an den sich die Montage der elektronischen Komponenten
anschließt,
die in der Schaltung 460 verwendet werden, ohne dass hervorstehende
Bereiche auf der Hochfrequenzseite der Einrichtung 400 erforderlich sind.
Somit kann die Einrichtung 400 als ein einzelnes Teil hergestellt
werden, wodurch ein Beitrag zu einer erhöhten Produktionsausbeute und
geringeren Herstellungskosten geleistet wird.
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Es
gilt also: gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine gedruckte Dipolantenne gebogene Dipolarme,
die mit entsprechenden Speiseleitungen verbunden sind, die auf gegenüberliegenden Oberflächen eines
Substrats gebildet sind. In einer speziellen Ausführungsform
ist die Dipolantenne als ein gefalteter Dipol vorgesehen, der zwei
oder mehrere Verbindungsleitungen aufweist, um damit einen erhöhten Frequenzbereich
zu ermöglichen.
Zwei dieser Dipolantennen können
vorteilhafterweise zu einem Antennensystem mit einer verbesserten
Strahlungscharakteristik verbunden werden, indem die zwei Dipolantennen
so angeordnet werden, dass diese eine unterschiedliche Orientierung
aufweisen. Eine entsprechende Schaltung kann dann die Antenne auswählen, die
zu einer gegebenen Zeit die bessere Leistung liefert.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung
als die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.