DE602005006417T2

DE602005006417T2 - Chipantenne

Info

Publication number: DE602005006417T2
Application number: DE602005006417T
Authority: DE
Inventors: Juha Sorvala
Original assignee: Pulse Finland Oy
Current assignee: Pulse Finland Oy
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2025-03-17
Also published as: CN1993860A; US20100176998A1; KR20070030233A; EP1761971B1; FI20040892A; US7679565B2; WO2006000631A1; CN101142708A; KR100952455B1; DE602005006417D1; CN101142708B; US20070152885A1; US7973720B2; ATE393971T1; FI20040892A0; EP1761971A1; FI118748B; CN1993860B

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenne, bei welcher die Strahler Leiterbeschichtungen eines dielektrischen Chips sind. Der Chip ist vorgesehen, um auf einer Schaltungsplatte einer Funkvorrichtung montiert zu werden, welche Schaltungsplatte ein Teil der gesamten Antennenstruktur ist.
Bei Funkvorrichtungen mit kleiner Größe, wie Mobiltelefonen, ist die Antenne oder sind die Antennen vorzugsweise innerhalb der Abdeckung der Vorrichtung angeordnet, und natürlich dient die Erfindung dazu, sie so klein wie möglich zu machen. Eine interne Antenne hat üblicherweise eine planare Struktur, so dass sie eine Strahlungsebene und darunter eine Erdungsebene enthält. Es gibt auch eine Variation der Monopol-Antenne, bei welcher die Erdungsebene nicht unter der Strahlungsebene sondern weiter an der Seite ist. In beiden Fällen kann die Größe der Antenne durch Herstellen der Strahlungsebene auf der Oberfläche eines dielektrischen Chips, statt sie luftisoliert zu machen, verringert werden. Um so höher die Dielektrizität des Materials ist, um so kleiner ist die physikalische Größe eines Antennenelements einer bestimmten elektrischen Größe. Die Antennenkomponente wird ein Chip zum Montieren auf einer Schaltungsplatte. Jedoch bringt eine solche Verringerung der Größe der Antenne die Zunahme von Verlusten und somit eine Verschlechterung der Effizienz mit sich.
Die 1 zeigt eine Chipantenne, die von den Publikationen EP 1 62 688 und US 6 323 811 bekannt ist, bei welcher Antenne es zwei Strahlungselemente nebeneinander auf der oberen Ober fläche des dielektrischen Substrats 110 gibt. Das erste Element 120 ist durch den Versorgungsleiter 141 mit der Versorgungsquelle verbunden, und das zweite Element 130, das ein parasitäres Element ist, durch einen Erdungsleiter 143 mit der Erdung. Die Resonanzfrequenzen der Elemente können eingestellt werden, um verschieden zu sein, um das Band zu verbreitern. Der Versorgungsleiter und der Erdungsleiter sind an einer seitlichen Oberfläche des dielektrischen Substrats. An derselben seitlichen Oberfläche gibt es einen Abstimmleiter 142, der von dem Versorgungsleiter 141 abzweigt, welcher Abstimmleiter an einem Ende mit der Erdung verbunden ist. Der Abstimmleiter erstreckt sich so nahe an dem Erdungsleiter 143 des parasitären Elements, dass es dort eine signifikante Kopplung zwischen ihnen gibt. Das parasitäre Element 130 wird elektromagnetisch durch diese Kopplung versorgt. Der Versorgungsleiter, der Abstimmleiter und der Erdungsleiter des parasitären Elements bilden zusammen eine Versorgungsschaltung; die optimale Abstimmung und Verstärkung für die Antenne kann dann durch Formen der Streifenleiter der Versorgungsschaltung gefunden werden. Zwischen den Strahlungselementen gibt es einen Schlitz 150, der diagonal über die obere Oberfläche des Substrats läuft, und an den offenen Enden der Elemente, d. h. an den entgegengesetzten Enden von der Versorgungsseite aus gesehen, gibt es Verlängerungen, die zu der seitlichen Oberfläche des Substrats reichen. Mittels einer solchen Gestaltung sowie durch die Struktur der Versorgungsschaltung wird angestrebt, die Ströme der Elemente orthogonal anzuordnen, so dass sich die Resonanzen der Elemente nicht untereinander abschwächen.
Ein Nachteil der oben beschriebenen Antennenstruktur ist, dass an Stelle der Optimierung der Versorgungsschaltung Wellenformen, die die Verluste erhöhen und hinsichtlich der Strahlung nutzlos sind, in dem dielektrischen Substrat erzeugt werden. Die Effizienz der Antenne ist somit nicht befriedigend. Zusätzlich belässt die Antenne Raum zur Verbesserung, wenn ein gleichförmiges Strahlungsmuster oder eine omnidirektionale Strahlung erforderlich ist.
Der Zweck der Erfindung ist es, die oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu verringern. Eine Chipantenne gemäß der Erfindung ist durch das gekennzeichnet, was in dem unabhängigen Anspruch 1 angegeben ist. Einige bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den anderen Ansprüchen angegeben.
Die Grundidee der Erfindung ist folgendermaßen: Die Antenne enthält zwei Strahlungselemente auf der Oberfläche eines dielektrischen Substratchips. Sie sind von derselben Größe und symmetrisch, so dass jedes von ihnen einen der entgegengesetzten Köpfe und einen Teil der oberen Oberfläche des rechtwinkligen Chips bedeckt. In der Mitte der oberen Oberfläche zwischen den Elementen verbleibt ein Schlitz, über welchen die Elemente eine elektromagnetische Kopplung miteinander haben. Die Schaltungsplatte, auf welcher die Chipkomponente montiert wird, hat vorteilhafterweise keine Erdungsebene unter dem Chip oder an seinen Seiten bis hinauf zu einem bestimmten Abstand. Der untere Rand von einem der Strahlungselemente ist galvanisch mit dem Antennenversorgungsleiter auf der Schaltungsplatte und an einem anderen Punkt mit der Erdungsebene verbunden, während der untere Rand des entgegengesetzten Strahlungselements oder des parasitären Elements galvanisch nur mit der Erdungsebene verbunden ist. Das parasitäre Element erhält seine Versorgung durch die elektromagnetische Kopplung, und beide Elemente sind gleichermaßen stark bei der Betriebsfrequenz in Resonanz.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Effizienz einer Antenne, die ihr entspricht, trotz des dielektrischen Substrats gut ist. Dies liegt an der einfachen Struktur der Antenne, die eine unkomplizierte Stromverteilung in dem Strahlungselement und entsprechend ein einfaches Feldbild in dem Substrat ohne "überflüssige" Wellenformen erzeugt. Zusätzlich hat die Erfindung den Vorteil, dass die omnidirektionale Strahlung der Antenne, die ihr entspricht, ausgezeichnet ist, was an ihrer symmetrischen Struktur, der Formgebung der Erdungsebene und der Natur der Kopplung zwischen den Elementen liegt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass sowohl das Einstellen als auch das Abstimmen der Antenne, die ihr entspricht, ohne diskrete Komponenten durch Ändern der Breite des Schlitzes zwischen den Strahlungselementen und durch Formgebung des Leitermusters auf der Schaltungsplatte nahe der Chipkomponente in einer einfachen Weise ausgeführt werden kann. Noch ein anderer Vorteil der Erfindung ist, dass die Antenne, die ihr entspricht, sehr klein und einfach ist, und relativ hohe Feldstärken toleriert.
Im Folgenden wird die Erfindung mehr im Detail beschrieben. Es wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen
1 ein Beispiel einer Chipantenne des Standes der Technik darstellt,
2 ein Beispiel einer Chipantenne gemäß der Erfindung darstellt,
3 einen Teil einer Schaltungsplatte, die zu der Antennenstruktur von 2 gehört, von der Rückseite zeigt,
4a, b ein anderes Beispiel der Chipkomponente einer Antenne gemäß der Erfindung darstellt,
5 eine gesamte Antenne mit einer Chipkomponente gemäß der 4a darstellt,
6a–d Beispiele der Formgebung des Schlitzes zwischen den Strahlungselementen bei einer Antenne gemäß der Erfindung zeigen,
7 ein Beispiel der Richtungscharakteristika einer Antenne gemäß der Erfindung in einem Mobiltelefon eingebaut zeigt,
8 ein Beispiel von Bandcharakteristika einer Antenne gemäß der Erfindung zeigt,
9 ein Beispiel eines Effekts der Form des Schlitzes zwischen den Strahlungselementen an der Stelle des Antennenbetriebsbandes zeigt, und
10 ein Beispiel der Effizienz einer Antenne gemäß der Erfindung zeigt.
Die 1 wurde bereits in Verbindung mit der Beschreibung des Standes der Technik erklärt.
Die 2 zeigt ein Beispiel einer Chipantenne gemäß der Erfindung. Die Antenne 200 enthält einen dielektrischen Substratchip und zwei Strahlungselemente an seiner Oberfläche, wovon eines mit dem Versorgungsleiter der Antenne verbunden wurde und das andere ein elektromagnetisch versorgtes parasitäres Element ist, ähnlich wie bei der bekannten Antenne von 1. Jedoch gibt es einige strukturelle und funktionale Unterschiede zwischen diesen Antennen. Bei der Antenne gemäß der Erfindung ist unter anderem der Schlitz, der die Strahlungselemente separiert, zwischen den offenen Enden der Elemente und nicht zwischen den seitlichen Rändern, und bekommt das parasitäre Element seine Versorgung durch die Kopplung, die über dem Schlitz herrscht, und nicht durch die Kopplung zwischen dem Erdungsleiter des parasitären Elements und dem Versorgungsleiter. Das erste Strahlungselement 220 der Antenne 200 enthält einen Teil 221, der teilweise die obere Oberfläche eines länglichen rechtwinkligen Substrats 210 bedeckt, und einen Kopfteil 222, der einen Kopf des Substrats bedeckt. Das zweite Strahlungselement enthält symmetrischen einen Teil 231, der die obere Oberfläche des Substrats teilweise bedeckt, und ei nen Kopfteil 232, der den entgegengesetzten Kopf bedeckt. Jeder Kopfteil 222 und 232 setzt sich leicht an der Seite der unteren Oberfläche des Substrats fort, womit die Kontaktoberfläche des Elements zu seinem Anschluss gebildet wird. In der Mitte der oberen Oberfläche zwischen den Elementen verbleibt ein Schlitz 260, über welchen die Elemente eine elektromagnetische Kopplung miteinander haben. Der Schlitz 260 verläuft bei diesem Beispiel in der Querrichtung des Substrats senkrecht von einer seitlichen Oberfläche des Substrats zu der anderen.
Die Chipkomponente 201 oder das Substrat mit ihren/seinen Strahlern ist in der 2 an der Schaltungsplatte PCB an ihren Rändern und ihrer unteren Oberfläche gegen die Schaltungsplatte anliegend. Der Antennenversorgungsleiter 240 ist ein Streifenleiter auf der oberen Oberfläche der Schaltungsplatte, und er bildet zusammen mit der Erdungsebene, oder der Signalerdung GND, und dem Schaltungsplattenmaterial eine Versorgungsleitung, die eine bestimmte Impedanz hat. Der Versorgungsleiter 240 ist galvanisch mit dem ersten Strahlungselement 220 an einem bestimmten Punkt seiner Kontaktoberfläche gekoppelt. An einem anderen Punkt der Kontaktoberfläche ist das erste Strahlungselement galvanisch an die Erdungsebene GND gekoppelt. An dem entgegengesetzten Ende des Substrats ist das zweite Strahlungselement 230 galvanisch an seiner Kontaktoberfläche an den Erdungsleiter 250 gekoppelt, der eine Verlängerung der breiteren Erdungsebene GND ist. Die Breite und Länge des Erdungsleiters 250 haben eine direkte Auswirkung auf die elektrische Länge des zweiten Elements und dadurch auf die natürliche Frequenz der gesamten Antenne. Aus diesem Grund kann der Erdungsleiter als ein Einstellelement für die Antenne verwendet werden.
Das Einstellen der Antenne wird ebenfalls durch die Formgebung der anderen Teile der Erdungsebene und auch durch die Breite d des Schlitzes 260 zwischen den Strahlungselementen beeinflußt. Es gibt keine Erdungsebene unter der Chipkomponente 201, und an der Seite der Chipkomponente ist die Erdungsebene in einem bestimmen Abstand s von ihr. Um so länger der Abstand ist, um so niedriger ist die natürliche Frequenz. Umgekehrt erhöht ein Erhöhen der Breite d des Schlitzes die natürliche Frequenz der Antenne. Der Abstand s hat auch eine Auswirkung auf ihre Impedanz. Daher kann die Antenne durch Finden der optimalen Distanz der Erdungsebene von der Längsseite der Chipkomponente abgestimmt werden. Zusätzlich verbessert ein Entfernen der Erdungsebene von der Seite der Chipkomponente die Strahlungscharakteristika der Antenne, wie ihre omnidirektionale Strahlung.
Bei der Betriebsfrequenz bilden beide Strahlungselemente zusammen mit dem Substrat, jedes für sich und die Erdungsebene einen Viertelwellenresonator. Aufgrund der oben beschriebenen Struktur sind die offenen Enden der Resonatoren einander zugewandt, separiert durch den Schlitz 260, und die elektromagnetische Kopplung ist klar kapazitiv. Die Breite d des Schlitzes ist dimensioniert, so dass die Resonanzen von beiden Strahlern stark sind, und dass die dielektrischen Verluste des Substrats minimiert sind. Die optimale Breite ist zum Beispiel 1,2 mm und ein geeigneter Variationsbereich zum Beispiel 0,8–2,0 mm. Wenn ein Keramiksubstrat verwendet wird, sorgt die Struktur für eine sehr kleine Größe. Die Dimensionen einer Chipkomponente einer Bluetooth-Antenne, die auf dem Frequenzbereich 2,4 GHz arbeitet, sind zum Beispiel 2 × 2 × 7 mm³, und jene einer Chipkomponente einer GPS-(Globales Positioniersystem)Antenne, die auf der Frequenz von 1575 MHz arbeitet, zum Beispiel 2 × 2 × 10 mm³.
Die 3 zeigt einen Teil der Schaltungsplatte, die zu der Antennenstruktur von 2 gehört, wie sie von unten zu sehen ist. Die Chipkomponente 201 auf der anderen Seite der Schaltungsplatte PCB wurde mit gestrichelten Linien in der Zeichnung markiert. Ähnlich sind mit gestrichelten Linien der Versorgungsleiter 240, der Erdungsleiter 250 und ein Erdungsstreifen 251 markiert, der unter der Chipkomponente zu ihrer Kontaktoberfläche am Ende auf der Seite des Versorgungsleiters verläuft. Ein großer Teil der unteren Oberfläche der Schaltungsplatte gehört zu der Erdungsebene GND. Die Erdungsebene fehlt von einer Ecke der Platte in dem Bereich A, der den Platz der Chipkomponente enthält, und einem Bereich, der bis zu einem bestimmten Abstand s von der Chipkomponente verläuft, mit einer Breite, die dieselbe wie die Länge der Chipkomponente ist.
Die 4a zeigt ein anderes Beispiel der Chipkomponente einer Antenne gemäß der Erfindung. Die Komponente 401 ist hauptsächlich ähnlich zu der Komponente 201, die in der 2 dargestellt wurde. Der Unterschied ist, dass nun die Strahlungselemente zu den seitlichen Oberflächen des Substrats 410 an den Enden der Komponente verlaufen, und die Köpfe des Substrats weitgehend unbeschichtet sind. Somit enthält das erste Strahlungselement 420 einen Teil 421, der teilweise die obere Oberfläche des Substrats bedeckt, einen Teil 422 in einer Ecke des Substrats und einen Teil 423 in einer anderen Ecke desselben Endes. Die Teile 422 und 423 in den Ecken sind teilweise an der Seite der seitlichen Oberfläche des Substrats und teilweise an der Seite der Kopfoberfläche. Sie setzen sich geringfügig zur unteren Oberfläche des Substrats fort, womit die Kontaktoberfläche des Elements für seinen Anschluss gebildet wird. Das zweite Strahlungselement 430 ist ähnlich zu dem ersten und liegt symmetrisch bezüglich diesem. Die Teile der Strahlungselemente, die in den Ecken angeordnet sind, können natürlich auch nur auf die seitlichen Oberflächen des Substrats oder nur auf eine der seitlichen Oberflächen beschränkt sein. In dem letzteren Fall setzt sich die Leiterbeschichtung, die längs der seitlichen Oberfläche verläuft, an jedem Ende der Komponente unter ihr über die gesamte Länge des Endes fort.
In der 4b ist die Chipkomponente 401 von 4a von unten zu sehen. Die untere Oberfläche des Substrats 410 und die Leiterflecken, die als die Kontaktoberflächen in ihren Ecken dienen, sind in der Figur zu sehen. Einer der Leiterflecke an dem ersten Ende des Substrats ist vorgesehen, um mit dem Antennenversorgungsleiter verbunden zu werden, und der andere mit der Erdungsebene GND. Beide Leiterflecken an dem zweiten Ende des Substrats sind vorgesehen, um mit der Erdungsebene verbunden zu werden.
Die 5 zeigt eine Chipkomponente gemäß den 4a und 4b, wie sie auf der Schaltungsplatte montiert ist, so dass eine gesamte Antenne 400 gebildet ist. Nur ein kleiner Teil der Schaltungsplatte ist sichtbar. Nun ist die Chipkomponente 401 an dem Rand der Schaltungsplatte angeordnet, und es gibt daher einen erdungsfreien Bereich an ihren beiden Seiten bis hin zu einem bestimmten Abstand s. Der Antennenversorgungsleiter 440 ist mit der Chipkomponente in einer Ecke ihrer unteren Oberfläche verbunden, und die Erdungsebene verläuft zu den anderen Ecken entsprechend der 4b.
Die 6a–d zeigen Beispiele der Formgebung des Schlitzes zwischen den Strahlungselementen bei einer Antenne gemäß der Erfindung. In der 6a ist die Chipkomponente 601 der Antenne von oben zu sehen, und in der 6b ist die Chipkomponente 602 von oben zu sehen. Sowohl der Schlitz 661 in der Komponente 601 als auch der Schlitz 662 in der Komponente 602 verlaufen diagonal über die obere Oberfläche der Komponente von der ersten zu der zweiten Seite der Komponente. Der Schlitz 662 ist noch mehr diagonal und somit länger als der Schlitz 661, von einer Ecke zur entgegengesetzten entferntesten Ecke der oberen Oberfläche der Chipkomponente verlaufend. Zusätzlich ist der Schlitz 262 schmaler als der Schlitz 661. Es wurde vorher angegeben, dass ein Verbreitern des Schlitzes die natürliche Frequenz der Antenne erhöht. Umgekehrt verringert ein Verschmälern des Schlitzes die natürliche Frequenz der Antenne oder verschiebt das Antennenbetriebsband abwärts. Ein Verlängern des Schlitzes, indem er diagonal ausgelegt wird, wirkt in derselben Weise noch effektiver.
In der 6c ist die Chipkomponente 603 der Antenne von oben zu sehen, und in der 6d ist die Chipkomponente 604 von oben zu sehen. Sowohl der Schlitz 663 in der Komponente 603 als auch der Schlitz 664 in der Komponente 604 haben nun Krümmungen. Der Schlitz 663 hat sechs rechtwinklige Krümmungen, so dass ein fingerähnlicher Streifen 625 in dem ersten Strahlungselement ausgebildet ist, wobei der Streifen zwischen den Regionen verläuft, die zu dem zweiten Strahlungselement gehören. Symmetrisch ist ein fingerähnlicher Streifen 635 in dem zweiten Strahlungselement ausgebildet, wobei dieser Streifen zwischen den Regionen verläuft, die zu dem ersten Strahlungselement gehören. Die Anzahl der Krümmungen in dem Schlitz 664, der zu der Komponente 604 gehört, ist größer, so dass zwei fingerähnliche Streifen 626 und 627 in dem ersten Strahlungselement gebildet sind, wobei diese Streifen zwischen den Regionen verlaufen, die zu dem zweiten Strahlungselement gehören. Zwischen diesen Streifen gibt es einen fingerähnlichen Streifen 636 als einen Vorsprung des zweiten Strahlungselements. Die Streifen in der Komponente 604 sind daneben, dass sie zahlreicher sind, auch länger als die Streifen in der Komponente 603, und zusätzlich ist der Schlitz 664 schmäler als der Schlitz 663. Aus diesen Gründen liegt das Betriebsband der Antenne entsprechend der Komponente 604 klar weiter unten als das Betriebsband einer Antenne entsprechend der Komponente 603.
Die 7 stellt ein Beispiel der Richtungscharakteristika einer Antenne gemäß der Erfindung in einem Mobiltelefon angeordnet dar. Die Antenne wurde für das Bluetooth-System dimensioniert. Es gibt drei Richtungsmuster in der Figur. Das Richtungsmuster 71 stellt die Antennenverstärkung auf der Ebene XZ, das Richtungsmuster 72 auf der Ebene YZ und das Richtungsmuster 73 auf der Ebene XY dar, wenn die X-Achse die Längsrichtung der Chipkomponente ist, die Y-Achse die Vertikalrichtung der Chipkomponente ist und die Z-Achse, die Querrichtung der Chipkomponente ist. Es ist anhand der Muster zu sehen, dass die Antenne auf allen Ebenen und in alle Richtungen gut überträgt und empfängt. Auf der Ebene XY insbesondere ist das Muster gleichförmig. Die anderen zwei haben nur eine Ausnehmung von 10 dB in einem Sektor mit einer Breite von ungefähr 45 Grad. Die vollständig "dunklen" Sektoren, die in Richtungsmustern typisch sind, existieren überhaupt nicht.
Die 8 stellt ein Beispiel der Bandcharakteristika einer Antenne gemäß der Erfindung dar. Sie präsentiert eine Kurve des Reflexionskoeffizienten S11 als eine Funktion der Frequenz. Die Kurve wurde von derselbe Bluetooth-Antenne wie die Muster von 6 gemessen. Wenn das Kriterium für die Grenzfrequenz in Form des Wertes –6 dB des Reflexionskoeffizienten verwendet wird, wird die Bandbreite ungefähr 50 MHz, was als ein relativer Wert ungefähr 2 ist. Im Zentrum des Betriebsbandes bei der Frequenz 2440 MHz ist der Reflexionskoeffizient –17 dB, was eine gute Abstimmung angibt. Das Smith-Diagramm zeigt, dass entsprechend in dem Zentrum des Bandes die Impedanz der Antenne nur widerstandsmäßig, unter der Zentrumsfrequenz leicht induktiv und über der Zentrumsfrequenz leicht kapazitiv ist.
Die 9 stellt ein Beispiel einer Wirkung der Form des Schlitzes zwischen den Strahlungselementen an der Stelle des Antennenbetriebsbandes dar. Die Kurve 91 zeigt die Fluktuation des Reflexionskoeffizienten S11 als eine Funktion der Frequenz in der Antenne, wobei die Größe der Chipkomponente davon 10 × 3 × 4 mm³ ist und der Schlitz zwischen den Strahlungselementen senkrecht ist. Die Resonanzfrequenz der Antenne, die ungefähr dieselbe wie die Mittelfrequenz des Betriebsbandes ist, fällt auf den Punkt 1725 MHz. Die Kurve 92 zeigt die Fluktuation des Reflexionskoeffizienten, wenn der Schlitz zwischen den Strahlungselementen gemäß der 6b diagonal ist. In anderen Hinsichten ist die Antenne ähnlich wie im vorherigen Fall. Nun fällt die Resonanzfrequenz der Antenne auf den Punkt 1575 MHz, womit das Betriebsband 150 MHz niedriger als in dem vorherigen Fall liegt. Die Frequenz 1575 MHz wird von dem GPS (Globales Positioniersystem) verwendet. Eine nicht viel niedrigere Fre quenz als jene kann in der Praxis bei der fraglichen Antenne erreicht werden, indem ein diagonaler Schlitz verwendet wird. Die Kurve 93 zeigt die Fluktuation des Reflexionskoeffizienten, wenn der Schlitz zwischen den Strahlungselementen Krümmungen 6d hat und etwas schmäler als in den zwei vorherigen Fällen ist. In anderen Hinsichten ist die Antenne ähnlich. Nun ist das Betriebsband der Antenne nahezu um die Hälfte abgesenkt verglichen zu dem Fall entsprechend der Kurve 91. Die Resonanzfrequenz fällt auf den Punkt 880 MHz, die in dem Bereich liegt, der von dem EGSM-System (erweitertes GSM) verwendet wird.
Eine Keramik, die den Wert 20 des relativen Dielektrizitätskoeffizienten ε_r hat, wird für die Antenne in den drei Fällen der 9 verwendet. Durch Verwenden einer Keramik mit einem höheren ε_r-Wert kann auch das Band einer Antenne, die mit einem diagonalen Schlitz ausgestattet ist, zum Beispiel in dem Bereich von 900 MHz angeordnet werden, ohne die Antenne größer zu machen. Jedoch würden dann die elektrischen Charakteristika der Antenne schlechter.
Die 10 zeigt ein Beispiel der Effizienz einer Antenne gemäß der Erfindung. Die Effizienz wurde von derselben Bluetooth-Antenne wie die Muster der 7 und 8 gemessen. In der Mitte des Betriebsbandes der Antenne ist die Effizienz ungefähr 0,44 und nimmt davon zu dem Wert von ungefähr 0,3 ab, wenn man sich 25 MHz zu der Seite von der Mitte des Bandes bewegt. Die Effizienz ist für eine Antenne, die ein dielektrisches Substrat verwendet, beachtenswert hoch.
In dieser Beschreibung und den Ansprüchen bedeutet eine "Chipantenne" eine Antennenstruktur, die zusätzlich zu der tatsächlichen Chipkomponente selbst die Erdungsanordnung, die sie umgibt, und die Antennenversorgungsanordnung enthält. Die Qualifizierungen "obere" und "untere" in dieser Beschreibung und den Ansprüchen bezieht sich auf die Position der Antenne, die in den 2 und 4a gezeigt ist, und sie haben nichts mit der Position zu tun, in welcher die Vorrichtungen verwendet werden.
Eine Chipantenne gemäß der Erfindung wurde oben beschrieben. Die Formen ihrer strukturellen Teile können natürlich gegenüber jenen differieren, die in ihren Details dargestellt sind. Die erfindungsgemäße Idee kann auf verschiedene Weisen innerhalb des Umfangs angewandt werden, der durch den unabhängigen Anspruch 1 aufgestellt ist.

Claims

Chipantenne einer Funkvorrichtung, welche Antenne enthält ein dielektrisches Substrat (210; 410) mit einer oberen und unteren Oberfläche, einer ersten und zweiten Kopfoberfläche, die zueinander entgegengesetzt sind, und einer ersten und zweiten Seitenoberfläche, und auf der Oberfläche des Substrates ein erstes und ein zweites Strahlungselement, zwischen welchen Elementen es einen Schlitz (260) gibt, welches erste Strahlungselement (220; 420) mit einem Versorgungsleiter (240; 440) der Antenne an einem ersten Punkt und einer Erdungsebene (GND) der Funkvorrichtung an einem zweiten Punkt verbunden ist, und welches zweite Strahlungselement (230; 430) an einem dritten Punkt mit einem Erdungsleiter (250) und durch ihn galvanisch mit der Erdungsebene verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass, um die Antennenverluste zu verringern und die omnidirektionale Strahlung zu verbessern, das erste Strahlungselement ein Teil (222), das die erste Kopfoberfläche bedeckt, und ein weiteres Teil (221) enthält, das die obere Oberfläche bedeckt, und das zweite Strahlungselement ein Teil (232), das die zweite Kopfoberfläche bedeckt, und ein weiteres Teil (231) enthält, das die obere Oberfläche bedeckt, so dass der Schlitz (260) von der ersten Seitenoberfläche zu der zweiten Seitenoberfläche verläuft und die obere Oberfläche in zwei Teile von im wesentlichen derselben Größe unterteilt, über welchem Schlitz das zweite Strahlungselement angeordnet ist, um seine Versorgung elektromagnetisch zu erhalten, und der erste und zweite Punkt an der unteren Oberfläche des Substrates an dem Ende an der Seite seiner ersten Kopfoberfläche sind und der dritte Punkt an der unteren Oberfläche des Substrates an dem Ende an der Seite seiner zweiten Kopfoberfläche ist.
Chipantenne nach Anspruch 1, wovon eine Chipkomponente (201), die durch das Substrat und das erste und zweite Strahlungselement gebildet ist, an einer Schaltungsplatte (PCB) mit ihrer unteren Oberfläche gegen die Schaltungsplatte liegt, an welcher Schaltungsplatte es einen Teil der Erdungsebene (GND) der Funkvorrichtung gibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungsleiter (240) und der Erdungsleiter (250) Streifenleiter an einer Oberfläche der Schaltungsplatte sind und der Erdungsleiter gleichzeitig ein Abstimmelement der Antenne ist.
Chipantenne nach Anspruch 1, wovon eine Chipkomponente (201), die durch das Substrat und das erste und zweite Strahlungselement gebildet ist, an einer Schaltungsplatte (PCB) an ihrem Rand mit ihrer unteren Oberfläche gegen die Schaltungsplatte liegt, an welcher Schaltungsplatte es einen Teil der Erdungsebene (GND) der Funkvorrichtung gibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand der Erdungsebene in einem bestimmten Abstand von der Chipkomponente in der Richtung der Normalen der Seite der Komponente ist, um das Abstimmen und die omnidirektionale Strahlung der Antenne zu verbessern.
Chipantenne nach Anspruch 1, wovon eine Chipkomponente (401), die durch das Substrat und das erste und zweite Strahlungselement gebildet ist, an einer Schaltungsplatte (PCB) mit ihrer unteren Oberfläche gegen die Schaltungsplatte liegt, an welcher Schaltungsplatte es die Erdungsebene (GND) der Funkvorrichtung gibt, dadurch gekennzeich net, dass der Rand der Erdungsebene in einem bestimmten Abstand von der Chipkomponente an ihren beiden Seiten in der Richtung der Normalen der Komponente ist, um das Abstimmen und die omnidirektionale Strahlung der Antenne zu verbessern.
Chipantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste als auch das zweite Strahlungselement bei der Betriebsfrequenz zusammen mit dem Substrat, dem entgegengesetzten Strahlungselement und der Erdungsebene einen Viertelwellenresonator bilden, welche Resonatoren dieselbe natürliche Frequenz haben.
Chipantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Strahlungselement (421) ferner in den Ecken an dem ersten Ende des Substrates (410) Teile enthält, die Teile der Seitenoberflächen bedecken, und das zweite Strahlungselement (430) ferner in den Ecken des zweiten Endes des Substrates Teile enthält, die Teile der Seitenoberflächen bedecken.
Chipantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (260) eingerichtet ist, um eine solche Breite (d) zu haben, dass sie dielektrische Verluste der Antenne minimiert.
Chipantenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Schlitzes in dem Bereich von 0,8 mm–2,0 mm ist.
Chipantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (260) gerade ist und vertikal über die obere Oberfläche von der ersten Seitenoberfläche zu der zweiten Seitenoberfläche verläuft.
Chipantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (662; 663; 664) ferner eingerichtet ist, um eine solche Länge zu haben, dass der Ort des Antennenbetriebsbandes nach unten verschoben ist.
Chipantenne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (662) gerade ist und diagonal über die obere Oberfläche von der ersten Seitenoberfläche zu der zweiten Seitenoberfläche verläuft.
Chipantenne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz wenigstens eine Biegung hat.
Chipantenne nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegungen des Schlitzes (663; 664) wenigstens einen fingerähnlichen Vorsprung (625, 635; 626, 627, 636) in einem Strahlungselement bilden, welcher wenigstens eine Vorsprung zwischen den Regionen verläuft, die zu dem entgegengesetzten Strahlungselement gehören.
Chipantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Substrat aus einem keramischen Material ist.