DE69523999T2

DE69523999T2 - Auf Oberflächen montierbare Antennen und Verfahren zu deren Frequenzabstimmung

Info

Publication number: DE69523999T2
Application number: DE69523999T
Authority: DE
Inventors: Toshifumi Oida; Teruhisa Tsuru
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-08-05
Filing date: 1995-08-04
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2015-08-05
Also published as: US5627551A; JPH0851313A; EP0696079B1; JP3232895B2; DE69523999D1; EP0696079A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf oberflächenmontierbare Antennen, die bei Mobilkommunikationsvorrichtungen verwendbar sind, sowie ein Verfahren zum Einstellen der Resonanzfrequenz einer solchen Antenne.
Als Beispiel bekannter Antennen, die für eine Oberflächenmontage angepaßt wurden, offenbarten K. Fujimoto, A. Henderson, K. Hirasawa und J. R. James (in "Small Antennas", veröffentlicht durch Research Studies Press, Ltd., England) eine invertierte F-Antenne 71, die, wie in Fig. 5 gezeigt ist, eine rechteckige Metallplatte 72, die als Strahler dient, einen Masseanschluß 73, der durch senkrechtes Biegen von einer Seitenkante der Metallplatte 72 gebildet ist, und einen Stromversorgungsanschluß 74, der in ähnlicher Weise durch senkrechtes Biegen von einer anderen Seitenkante der Metallplatte 72 gebildet ist, besitzt. Eine so strukturierte invertierte F-Antenne kann auf eine Schaltungsplatine bekannten Typs montiert werden, indem ihre Masse- und Stromversorgungs-Anschlüsse in Durchgangslöcher, von denen viele normalerweise an der Schaltungsplatine vorgesehen sind, eingebracht werden.
So eine bekannte Antenne konnte jedoch nicht auf eine gedruckte Schaltungsplatine oberflächenmontiert werden, wenn nicht speziell Durchgangslöcher zum Einführen der Masse- und Stromversorgungs-Anschlüsse darin vorgesehen sind. Außerdem waren Einstellungen der Resonanzfrequenz einer solchen bekannten Antenne schwierig, weil dies durch ein Trimmen der Metallplatte 72, die eine Hauptkomponente der Antenne ist, vorgenommen werden mußte.
Das Dokument EP-A-621653 bildet Stand der Technik gemäß Art. 54(3) und (4) EPÜ. Dieses Dokument beschreibt eine Antenne zur Oberflächenmontage, die eine Mehrzahl von Masseelektroden und eine Verbindungselektrode umfaßt. Die Resonanzfrequenz der Antenne wird durch ein Trimmen der Verbindungselektrode oder der Masseelektrode eingestellt.

Zusammenfassung der Erfindung

Daher ist es angesichts des obigen eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Antenne zu schaffen, die z. B. an einer gedruckten Schaltungsplatine leicht oberflächenmontiert werden kann.
Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine solche oberflächenmontierbare Antenne zu schaffen, deren Resonanzfrequenz einfach eingestellt werden kann.
Eine oberflächenmontierbare Antenne, die einen ersten Aspekt der Erfindung verkörpert, mit der die vorgenannte und andere Aufgaben erfüllt werden können, ist gekennzeichnet durch Aufweisen eines dielektrischen Substrats, mindestens einer primären Masseelektrode, die an einer Seitenoberfläche des dielektrischen Substrats gebildet ist, einer Verbindungselektrode, die an mindestens einer anderen Seitenoberfläche des dielektrischen Substrats derart gebildet ist, daß die primäre Masseelektrode und die Verbindungselektrode zusammen als ein Kondensator dienen, mindestens einer sekundären Masseelektrode, die auf der selben anderen Seite und benachbart zu, jedoch isoliert von der Verbindungselektrode derart gebildet ist, daß die sekundäre Masseelektrode und die Verbindungselektrode zusammen als ein weiterer Kondensator dienen, sowie eines Strahlungsbauteils, das an dem dielektrischen Substrat angeordnet ist. Das Strahlungsbauteil besitzt eine Hauptoberfläche, ein erstes Halteelement und ein zweites Halteelement, wobei das erste und zweite Halteelement sich von der Hauptoberfläche erstrecken und das dielektrische Substrat zwischen ihnen stützen. Das erste Halteelement besitzt eine Stromversorgungselektrode und einen Masseanschluß, die an einem Ende desselben gebildet sind, und das zweite Halteelement ist mit der Verbindungselektrode an dem dielektrischen Substrat verbunden. Die Resonanzfrequenz dieser Antenne wird durch Trimmen von entweder der Verbindungselektrode oder einer der sekundären Masseelektroden eingestellt.
In Anspruch 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dargelegt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Spezifikation enthalten sind und einen Teil dieser bilden, veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundsätze der Erfindung. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Äußeren einer oberflächenmontierbaren Antenne, die die Erfindung darstellt;
Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Antenne von Fig. 1;
Fig. 3 ein Ersatzschaltbild der Antenne von Fig. 1;
Fig. 4 einen Reflexionsverlust, der für die Antenne von Fig. 1 charakteristisch ist; und
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer bekannten Antenne.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, kann eine oberflächenmontierbare Antenne 22, die als ein die vorliegende Erfindung darstellendes Beispiel dient, gekennzeichnet sein durch Aufweisen eines im wesentlichen rechteckigen dielektrischen Substrats 2 und eines Strahlungsbauteil 3, das an den Seitenoberflächen des dielektrischen Substrats 2 befestigt ist, um darüber einen Zwischenraum 2a zu belassen. Das dielektrische Substrat 2 ist durch schichtweises Aufeinanderstapeln einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten, die aus einem Keramik- oder Harz-Material bestehen, gebildet und besitzt primäre Masseelektroden 4a und 4b, die an Seitenoberflächen entlang seiner längeren Seiten gebildet sind, Verbindungselektroden 5a und 5b, die an Seitenoberflächen entlang seiner kürzeren Seiten gebildet sind, und sekundäre Masseelektroden 21a und 21b an gegenüberliegenden Seiten und isoliert von der Verbindungselektrode 5a auf einer der Seitenoberflächen des dielektrischen Substrats 2. In dem dielektrischen Substrat 2 ist eine planare Leiterstruktur 6 (die als Kondensatorstruktur bezeichnet wird), die mit der Verbindungselektrode 5a verbunden ist, näher seiner oberen Oberfläche gebildet, und eine weitere planare Leiterstruktur 7 (die als Massestruktur bezeichnet wird), die mit den primären und sekundären Masseelektroden 4a, 4b, 21a und 21b verbunden ist, ist näher an seiner unteren Oberfläche und parallel zur Kondensatorstruktur 6 gebildet, so daß ein Kondensator C&sub1; zwischen der Kondensator- und der Massestruktur 6 und 7 gebildet ist, und ein weiterer Kondensator C&sub2; zwischen der Verbindungselektrode 5a und den sekundären Masseelektroden 21a und 21b gebildet ist. Das Strahlungsbauteil 3 besteht aus einem Material mit einem geringen Leitungsverlust, wie Kupfer oder einer Kupferlegierung, und besitzt ein Strahlungsteil 11 mit einer rechteckigen flachen Form und ein Paar von Halteelementen 12 und 13, die durch Herunterklappen von Stücken gebildet sind, die von den kürzeren Seiten des Strahlungsbauteils 11 vorstehen, so daß sie einander gegenüberliegen (wie in Fig. 2 gezeigt ist). Ein Stromversorgungsanschluß 14 und ein Masseanschluß 15 sind an der Spitze des Halteelements 12 gebildet. Die Abstandshalter 16-19 sind ebenfalls durch Herunterklappen von kleinen Stücken, die von den kürzeren Seiten des Strahlungsbauteils 11 vorstehen, an beiden Seiten der Halteelemente 12 und 13 gebildet. Die oberflächenmontierbare Antenne 22 wird durch Einbringen des dielektrischen Substrats 2 in das Strahlungsbauteil 3 gebildet, so daß das dielektrische Substrat 2 zwischen den Halteelementen 12 und 13 angeordnet ist, und die Abstandshalter 16 bis 19 die obere Oberfläche des dielektrischen Substrats 2 berühren, um sicherzustellen, daß ein Abstand 2a mit einer spezifizierten Höhe zwischen der unteren Oberfläche des Strahlungsteils 11 und der oberen Oberfläche des dielektrischen Substrats 2 verbleibt. Danach werden die Verbindungselektroden 5a und 5b des dielektrischen Substrats 2 jeweils an die Halteelemente 12 und 13 des Strahlungsbauteils 3 gelötet, um die Antenne 22 fertigzustellen. Das Halteelement 13 ist mit einem dünnen Spitzenabschnitt 13a gebildet, um nur einen Mittelabschnitt der Verbindungselektrode 5a, wie in Fig. 1 gezeigt ist, zu kontaktieren. Eine solche Antenne 22 ist angepasst, um an eine gedruckte Schaltungsplatine (nicht gezeigt), auf der sich eine Verdrahtungsstruktur befindet, oberflächenmontiert zu werden, indem der Stromversorgungsanschluß 14 und die Masseanschlüsse 4a und 4b an die Verdrahtungsstruktur gelötet werden. Die so strukturierte oberflächenmontierbare Antenne 22 besitzt eine verteilte Kapazität C&sub2;, die zwischen der Verbindungselektrode 5a und jeder der sekundären Masseelektroden 21a und 21b gebildet ist, zwischen denen sie sich befindet. Daher weist ihr Eratzschaltbild eine verteilte Kapazität C&sub2; auf, die zu dem Kondensator C&sub1; parallel geschaltet ist, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Diese Parallelschaltung (von C&sub1; und C&sub2;) ist mit der verteilten Induktivität L&sub1; des Strahlungsbauteils 11 in Reihe geschaltet, und diese Reihenschaltung ist zu der verteilten Induktivität L&sub2; zwischen dem Stromversorgungsanschluß 14 und dem Masseanschluß 15 des Strahlungsbauteils 3 parallel geschaltet. Folglich wird die Resonanzfrequenz f&sub0; dieser Antenne 22 ausgedrückt durch:
f&sub0; = 1/(2π{(C&sub1; + C&sub2;)(L&sub1; + L&sub2;)}1/2)
Die Resonanzfrequenz f&sub0; der Antenne 22 kann durch Trimmen der Verbindungselektrode 5a oder der Masseelektrode 21a oder 21b eingestellt werden, um die verteilte Kapazität C&sub2; zu ändern.
Fig. 4 zeigt die Veränderung der Resonanzfrequenz (in Bezug auf die Kennlinie des Reflexionsverlusts) einer wie oben beschrieben strukturierten Antenne mit einer Länge von 10 mm, einer Breite von 6,3 mm und einer Höhe von 4 mm in Abhängigkeit des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der sekundären Masseelektroden 21a und 21b. Die unterbrochene Linie steht für eine Antenne ohne die darauf gebildeten sekundären Masseelektroden 21a und 22b, während die durchgezogene Linie für eine Antenne steht, bei der die sekundären Elektroden 21a und 21b vorhanden sind. Fig. 4 zeigt, daß die Resonanzfrequenz 1732 GHz beträgt, wenn die sekundären Masseelektroden 21a und 21b nicht vorhanden sind, sich jedoch um sogar 19 MHz auf 1713 GHz verringert, wenn die sekundäre Masseelektroden 21a und 21b vorhanden sind.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 oben nur anhand eines Beispiels beschrieben wurde, soll dieses Beispiel nicht den Umfang der Erfindung begrenzen. Innerhalb des Umfangs der Erfindung sind viele Abweichungen und Abwandlungen möglich. Zum Beispiel kann nur eine sekundäre Masseelektrode 21a oder 21b vorhanden sein, und die sekundäre Masseelektrode, oder die Elektroden, muss bzw. müssen nicht notwendigerweise mit der Massestruktur 7, sondern kann bzw. können auch oder stattdessen mit der Masseelektrode 4a oder 4b durch die Boden- oder Seiten-Oberfläche des dielektrischen Substrats 2 verbunden sein. Alternativ dazu können die sekundären Masseelektroden 21a und 21b eigenständig gebildet sein und mit einer Massestruktur auf einer gedruckten Schaltungsplatine (nicht gezeigt) verbunden sein, wenn die Antenne auf ihr montiert ist. Die sekundären Masseelektroden 21a und 21b können auf der Bodenoberfläche des dielektrischen Substrats 2 gebildet sein.
Ein weiterer Vorteil der Antenne 22 ist, daß es möglich ist, den Abstand zwischen dem Stromversorgungs- und dem Masse-Anschluß 14 und 15 zu verändern, um die verteilte Induktivität L&sub2; zu verändern, um so das Verhältnis zwischen L&sub1; und L&sub2; einzustellen, da die Antenne sowohl die verteilte Induktivität L&sub1; des Strahlungsteils 11 des Bauteils 3 als auch die verteilte Induktivität L&sub2; zwischen dem Stromversorgungsanschluß 14 und dem Masseanschluß 15 besitzt. Die Impedanz der Antenne 22 kann daher verändert und an die Impedanz einer externen Schaltung angepaßt werden. Da für das Strahlungsbauteil 11 zum Ausstrahlen elektromagnetischer Wellen ein Metallmaterial verwendet wird, verringert sich der Widerstand der Antenne 22 und ihre Wärmekapazität erhöht sich. Dies verringert ihre Joulsche Wärme und der Gewinn wird erhöht.
Zusammenfassend ist eine Antenne gemäß dieser Erfindung einfach oberflächenmontierbar, weil ihre Masse- und Stromversorgungs-Anschlüsse an der Seiten- bzw. der Boden- Oberfläche gebildet sind, und daher die Hauptoberfläche einer geschichteten Struktur gegenüber der strahlungsemittierenden Oberfläche für die Oberflächenmontage verwendet werden kann. Außerdem ist die verteilte Kapazität gemäß dieser Erfindung parallel zu der Kapazität zwischen der Verbindungselektrode an einer Seitenoberfläche des dielektrischen Substrats und einer sekundären Masseelektrode gebildet. Folglich kann die Resonanzfrequenz der Antenne einfach durch Trimmen der Verbindungselektrode oder der sekundären Masseelektrode eingestellt werden.

Claims

1. Eine Antenne zur Oberflächenmontage, die folgende Merkmale aufweist:

ein dielektrisches Substrat (2) mit einer oberen Oberfläche, einer unteren Oberfläche und Seitenoberflächen zwischen denselben;

mindestens eine primäre Masseelektrode (4a, 4b), die an einer Seite des dielektrischen Substrats gebildet ist;

eine Verbindungselektrode (5a), die an einer anderen Seite des dielektrischen Substrats gebildet ist, wobei die primäre Masseelektrode (4a, 4b) und die Verbindungselektrode (5a) zusammen als ein Kondensator (C&sub1;) dienen;

mindestens eine sekundäre Masseelektrode (21a, 21b), die auf derselben anderen Seite und benachbart, jedoch isoliert von der Verbindungselektrode (5a) gebildet ist, wobei die sekundäre Masseelektrode (21a und 21b) und die Verbindungselektrode (5a) zusammen als ein zweiter Kondensator (C&sub2;) zur Einstellung der Resonanzfrequenz der Antenne dienen; und

ein Strahlungsbauteil (3), das an dem dielektrischen Substrat angeordnet ist, wobei das Strahlungsbauteil eine Hauptoberfläche, ein erstes Halteelement (12) und ein zweites Halteelement (13) besitzt, wobei sich das erste und zweite Halteelement von der Hauptoberfläche erstrecken und das dielektrische Substrat zwischen ihnen stützen, wobei das erste Halteelement (12) eine Stromversorgungselektrode (14) und einen Masseanschluß (15) besitzt, die an einem Ende desselben gebildet sind, und wobei das zweite Halteelement (13) mit der Verbindungselektrode (5a) an dem dielektrischen Substrat verbunden ist.

2. Eine Antenne zur Oberflächenmontage, die folgende Merkmale aufweist:

ein dielektrisches Substrat (2) mit einer oberen Oberfläche, einer unteren Oberfläche und Seitenflächen zwischen denselben;

eine erste planare Leiterstruktur (7) und eine zweite planare Leiterstruktur (6), die in dem dielektrischen Substrat gebildet sind, und zusammen als ein Kondensator (C&sub1;) dienen;

mindestens eine primäre Masseelektrode (4a) an dem dielektrischen Substrat, die mit der ersten Leiterstruktur (7) verbunden ist;

eine Verbindungselektrode (5a) an dem dielektrischen Substrat, die mit der zweiten Leiterstruktur (6) verbunden ist;

mindestens eine sekundäre Masseelektrode (21a, 21b), die benachbart zu, jedoch isoliert von der Verbindungselektrode (5a) gebildet ist, und mit der ersten Leiterstruktur (7) verbunden ist, wobei die sekundäre Masseelektrode (21a, 21b) und die Verbindungselektrode (5a) zusammen als ein zweiter Kondensator (C&sub2;) zur Einstellung der Resonanzfrequenz der Antenne dienen; und

ein Strahlungsbauteil (3), das an dem dielektrischen Substrat angeordnet ist, wobei das Strahlungsbauteil eine Hauptoberfläche, ein erstes Halteelement (12) und ein zweites Halteelement (13) besitzt, wobei sich das erste und zweite Halteelement von der Hauptoberfläche erstrecken und das dielektrische Substrat zwischen ihnen stützen, wobei das erste Halteelement (12) eine Stromversorgungselektrode (14) und einen Masseanschluß (15) besitzt, die an einem Ende desselben gebildet sind, und das zweite Halteelement (13) mit der Verbindungselektrode (5a) mit dem dielektrischen Substrat verbunden ist.

3. Die Antenne nach Anspruch 2, bei der die erste und zweite Leiterstruktur (7, 6) parallel zueinander sind, wobei die erste Leiterstruktur (7) näher an der unteren Oberfläche ist und die zweite Leiterstruktur (6) näher an der oberen Oberfläche ist.

4. Die Antenne nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die Verbindungselektrode (5a) an der kürzeren Seite der dielektrischen Substratoberflächen gebildet ist.

5. Die Antenne nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die primäre Masseelektrode (4a, 4a) an der längeren Seite der dielektrischen Substratoberflächen gebildet ist.

6. Die Antenne nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der das Strahlungsbauteil (3) ein Material mit geringem Leiterverlust enthält, das aus der aus Kupfer und Kupferlegierungen bestehenden Gruppe ausgewählt wurde.

7. Ein Verfahren zum Einstellen der Resonanzfrequenz der Antenne gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Verfahren den Schritt des Trimmens der Verbindungselektrode (5a) aufweist.