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Die
Erfindung betrifft eine dielektrisch belastete Antenne zum Betrieb
bei Frequenzen oberhalb von 200 MHz, und insbesondere auf eine Rahmenantenne
mit einer Mehrzahl von Resonanzfrequenzen innerhalb eines Betriebsbandes.
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Eine
dielektrisch belastete Rahmenantenne ist in der
britischen Patentanmeldung 2.309.592A offenbart.
Während
diese Antenne vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich der Isolierung
von der Struktur, auf der sie befestigt ist, aufweist, leidet ihre
Strahlungscharakteristik und ihr spezifisches Absorptionsverhältnis (SAR),
wenn sie beispielsweise auf einem Mobiltelefon nahe beim Kopf des
Benutzers verwendet wird, an dem generischen Problem kleiner Antennen,
dass sie für
viele Anwendungen eine unzureichende Bandbreite hat. Eine verbesserte
Bandbreite kann man erreichen, indem man die Antennenelemente in
Abschnitte mit unterschiedlicher elektrischer Länge aufteilt. Wie beispielsweise
in der
britischen Patentanmeldung
2.321.785A offenbart, können
die einzelnen schraubenförmigen
Antennenelemente jeweils durch ein Paar einander benachbarter im
wesentlichen paralleler Antennenelemente ersetzt werden, die an
verschiedenen Stellen an einen Verbindungsleiter angeschlossen sind,
der die sich gegenüberliegenden
Antennenelemente miteinander verbindet. In einer anderen Abwandlung,
offenbart in der
britischen
Patentanmeldung 2.351.850A , werden die einzelnen schrau benförmige Elemente
durch sich seitlich gegenüberliegende
Gruppen von Elementen ersetzt, wobei jede Gruppe zwei koextensive
zueinander benachbarte Antennenelemente in Form von parallelen Bahnen
mit unterschiedlicher Breite aufweist, wodurch sich unterschiedliche
elektrische Längen
ergeben. Diese Abwandlungen des Themas dielektrisch belasteter verdrillter
Rahmenantennen erreichen Vorteile hinsichtlich der Bandbreite durch
ihre unterschiedlichen gekoppelten Resonanzformen, welche bei unterschiedlichen
Frequenzen innerhalb des geforderten Betriebsbandes auftreten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine weitere Verbesserung der Bandbreite bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird eine
dielektrisch belastete Antenne zum Betrieb bei Frequenzen oberhalb
von 200 MHz mit einem elektrisch isolierenden Kern aus kompaktem
Material mit einer Dielektrizitätszahl
größer als
5, einem Speiseanschluss und einer Antennenelementstruktur, die
an oder benachbart zu der Außenfläche des
Kerns angeordnet ist, bereitgestellt, wobei das Material des Kerns
den Hauptteil des durch die Außenfläche des
Kerns begrenzten Volumens einnimmt, wobei die Antennenelementstruktur
zwei sich seitlich gegenüberliegende Gruppen
aus langgestreckten leitenden Elementen umfasst, jede Gruppe erste
und zweite im wesentlichen koextensive langgestreckte Elemente umfasst, die
bei einer Frequenz innerhalb des Betriebsfrequenzbands der Antenne
verschiedene elektrische Längen
haben und an entsprechenden ersten Enden an einer Stelle im Bereich
des Speiseanschlusses und an entsprechenden zweiten Enden an einer
vom Speiseanschluss beabstandeten Stelle miteinander gekoppelt sind,
wobei die Antennenelementstruktur ferner einen Verbindungsleiter
umfasst, welcher die zweiten Enden des ersten und des zweiten länglichen
Elements einer Gruppe mit den zweiten Enden des ersten und zweiten
Elements der anderen Gruppe verbindet, wobei die ersten Elemente
der beiden Gruppen einen Teil eines ersten Schleifenleitwegs bilden
und die zweiten Elemente der beiden Gruppen einen Teil eines zweiten
Schleifenleitwegs bilden, so dass diese Wege verschiedene Resonanzfrequenzen
innerhalb des Bandes haben und sich jeweils vom Speiseanschluss
zum Verbindungsleiter und dann zurück zum Speiseanschluss erstrecken,
wobei zumindest eines der langgestreckten Antennenelemente einen
leitfähigen
Streifen auf der Außenfläche des
Kerns umfasst, der sich gegenüberliegende
Ränder
unterschiedlicher Länge
hat. Die Längendifferenz kann
dadurch bewirkt werden, das der Streifen nichtparallele sich gegenüberliegende
Ränder
hat.
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Bevorzugt
ist derjenige Rand des Streifens, der am weitesten vom andern langgestreckten
Element oder von den anderen langgestreckten Elementen seiner Gruppe
entfernt ist, länger
als der Rand, welcher dem oder den langgestreckten Element(en) seiner
Gruppe näher
ist. Tatsächlich
kann sowohl das erste als auch das zweite langgestreckte Element
einer jeden Gruppe Ränder
unterschiedlicher Länge haben,
zum Beispiel dadurch, dass jedes Element, das einen Rand hat, das
den außen
liegenden Rand der Gruppe bildet, so ausgestaltet ist, dass der
außen liegende
Rand länger
als der innere Rand des Elementes ist.
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Solche
Unterschiede in der Länge
des Randes kann man erhalten, wenn jedes betroffene Element so ausgebildet
ist, dass einer seiner Ränder
im Wesentlichen über
die ganze strahlende Länge
einem wellenförmigen
oder mäanderförmigen Weg folgt.
So hat im Fall einer verdrillten Rahmenantenne, wobei jede Gruppe
von Elementen eine halbe Wendung um die Mittenachse des zylindrischen
dielektrischen Kerns ausführt,
der Schraubenabschnitt jedes Elements einen Rand, der einer genauen
Schraubenlinie folgt, während
der andere Rand einer Linie folgt, die von der genauen Schraubenlinie
beispielsweise in einem sinusförmigen,
rechteckförmigen oder
geglätteten
Muster abweicht.
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Wenn
beide äußeren Ränder einer
jeden Gruppe von Elementen einer Linie folgen, die von der genauen
Schraubenlinie abweicht, sind die Abweichungen für beide Ränder bei jeder Position entlang der
Länge der
Gruppe von Elementen gleich, so dass die gesamte Breite der Gruppe
an jeder beliebigen Stelle im wesentlichen dieselbe ist. Die außen liegenden
Ränder
können
nämlich
so ausgebildet werden, dass sie zumindest entlang dem größten Teil
der Länge
der Gruppe von Elementen parallel sind.
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Solche
Strukturen nutzen die Entdeckung der Erfinder, dass in Gruppen angeordnete
und im wesentlichen koextensive Antennenelemente unterschiedlicher
elektrischer Länge
Grundresonanzformen haben, die nicht nur den einzelnen nahe beieinander
liegenden Elementen entsprechen, sondern auch den Elementen als
Kombination. Wenn jede Gruppe von Elementen zwei im wesentlichen
koextensive zueinander benachbarte langgestreckte Antennenelemente
hat, gibt es demgemäß eine Grundresonanzform,
die zu einer der Leiterbahnen gehört, eine andere Grundresonanz,
die zu der andern Leiterbahnen gehört, und eine dritte Grundresonanz,
die zu dem durch beide Leiterbahnen zusammen dargestellten zusammengesetzten
Element gehört.
Die Frequenz der dritten Resonanz kann beeinflusst werden, indem
die Länge
der Ränder
der Elemente asymmetrisch verändert
wird. Insbesondere kann durch Verlängerung der äußeren Ränder der
beiden Elemente einer jeden Gruppe die Frequenz der dritten Resonanz
anders und umfassender verändert werden,
als die zu den einzelnen Leiterbahnen gehörenden Frequenzen. Man erkennt
daher, dass die dritte Resonanzfrequenz nahe an die anderen Resonanzfrequenzen
herangebracht werden kann, so dass sich alle drei überlagern
und ein breiteres Band mit verminderter Rückflussdämpfung bilden als man mit der
oben beschriebenen Antenne nach dem Stand der Technik zumindest
bei einem vorgegebenen Resonanztyp (das heißt in diesem Fall, die symmetrischen
Resonanzformen der bevorzugten Antenne) erzielen kann
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Eine
Antenne wie die oben beschriebene mit Gruppen sich seitlich gegenüberliegender
langgestreckter Antennenelemente, wobei jede Gruppe zwei zueinander
benachbarte Elemente auf weist, ist eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung. In diesem Fall haben die langgestreckten Elemente
eines jeden Paares unterschiedliche elektrische Längen und
begrenzen zwischen sich einen Kanal mit parallelen Seiten, wobei
jedes Element einen mäanderförmigen äußeren Rand
hat.
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In
einer alternativen Ausführungsform
hat jede Gruppe von langgestreckten Antennenelementen drei langgestreckte
Elemente, die nebeneinander angeordnet sind. In diesem Falle umfasst
jede Gruppe ein inneres Element und zwei äußere Elemente. Bevorzugt sind
die nach außen
weisenden Ränder der
beiden äußeren Elemente
einer jeden Gruppe mäanderförmig oder
weichen in anderer Weise von einer Linie parallel zu den entsprechenden
inneren Rändern
ab, und das innere Element hat parallele Ränder. Weiter bevorzugt hat
zumindest eines der äußeren Elemente
einer jeden Gruppe einen abweichenden äußeren Rand und einen abweichenden
inneren Rand, wobei die Amplitude der Abweichung des äußeren Randes
größer als
die Amplitude der Abweichung des inneren Randes ist.
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Unter
Verwendung von Gruppen zweier Elemente mit nicht parallelen Rändern ist
es möglich,
einer relativen Bandbreite von mehr als 3% bei einer Rückflussdämpfung von
minus 6 dB zu erreichen. Ausführungsformen
mit drei oder mehreren Elementen pro Gruppe ermöglichen weitere Bandbreitengewinne
im Hinblick auf die relative Bandbreite und/oder die Rückflussdämpfung.
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Die
oben beschriebenen Antennen finden insbesondere Anwendung im Frequenzduplexabschnitt
des Empfangs- und Sendebands (2110 bis 2170 MHz und 1920 bis 1980
MHz). Sie können
auch bei anderen Mobilfunkbändern,
wie das GSM-1800-Band (1850 bis 1990 MHz) und das Bluetooth LAN-Band
(2401 bis 2480 MHz) angewendet werden.
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Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrie ben, in
denen
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1 eine
perspektivische Einsicht einer dielektrisch belasteten Antenne mit
zwei sich seitlich gegenüberliegenden
Gruppen schraubenförmiger langgestreckter
Antennenelemente ist;
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2 ein
Diagramm ist, welches die drei Grundresonanzen zeigt, die man mit
der Antenne der 1 erhält, und deren Ableitung anzeigt;
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3A, 3B und 3C ein
Grundriss einer erfindungsgemäßen Antenne,
eine Seitenansicht einer solchen Antenne beziehungsweise eine "maskierte" Ansicht der in eine
Ebene abgewickelten zylindrischen Oberfläche der Antenne ist;
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4 ein
der 2 entsprechendes Diagramm ist, welches die mit
der Antenne der 3A bis 3C erhaltenen
Resonanzen mit einem Hinweis auf deren Ableitung zeigt;
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5A bis 5C Grundriss,
Seitenansicht beziehungsweise "maskierte" Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Antenne
sind;
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6 ein
anderes der 2 entsprechendes Diagramm ist,
welches die Ableitung der Resonanzen der Antenne der 5A bis 5C zeigt;
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7 ein
Graph ist, der die Resonanzen zeigt, die man mit einer Antenne der
in den 5A bis 5C gezeigten
Art erhalten kann.
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Mit
Bezug auf
1 hat eine Antenne mit einem
Aufbau ähnlich
dem in der
britischen
Patentanmeldung 2.351.850A gezeigten einen Antennenelementaufbau
mit zwei sich seitlich gegenüberliegenden
Gruppen
10AB,
10CD langgestreckter strahlender
Antennenelemente
10A,
10B;
10C,
10D.
Der Begriff "strahlend" wird in dieser Beschreibung
benutzt, um Antennenelemente zu beschreiben, die, wenn die Antenne
mit einer Quelle von HF-Energie
verbunden ist, Energie in den Raum um die Antenne abstrahlen. Es
versteht sich, dass im Zusammenhang mit einer Empfangsantenne für HF-Signale
der Begriff "strahlende
Elemente" sich auf
Elemente bezieht, welche Energie aus dem die Antenne umgebenden
Raum in die Leiter der Antenne einkoppeln, um sie an einen Empfänger weiterzuleiten.
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Jede
Gruppe von Elementen umfasst bei dieser Ausführungsform zwei koextensive
zueinander benachbarte und allgemein parallele langgestreckte Antennenelemente 10A, 10B, 10C, 10D,
die auf der äußeren Zylinderfläche des
Antennenkerns 12 aus keramischem dielektrischem Material
mit einer Dielektrizitätszahl
größer als
5, typischerweise 36 oder mehr, angebracht sind. Der Kern 12 hat
einen axialen Durchlass 14 mit einer inneren metallischen
Auskleidung, wobei der Durchlass 14 einen axialen inneren Speiseleiter 16 beherbergt,
der von einer dielektrischen isolierenden Hülse 17 umgeben ist.
Der innere Leiter 16 und die Auskleidung bilden zusammen
eine koaxiale Speisestruktur, welche den Kern 12 von der distalen
Stirnfläche 12D des
Kerns aus durchsetzt und als koaxiale Übertragungsleitung 18 aus
der proximalen Stirnfläche 12D des
Kerns 12 austritt. Die Antennenelementstruktur umfasst
entsprechende radiale Elemente 10AR, 10BR, 10CR, 10DR,
die als Leiterbahnen auf der distalen Stirnfläche 12D ausgebildet
sind und die distalen Enden der Elemente 10A bis 10D mit
der Speisestruktur verbinden. Die langgestreckten Antennenelemente 10A bis 10D einschließlich ihrer
entsprechenden radialen Abschnitte sind von näherungsweise gleicher physikalischer Länge, und
jedes umfasst eine schraubenförmige Leiterbahn,
die eine halbe Windung um die Achse des Kerns 12 ausführt. Jede
Gruppe von Elementen umfasst ein erstes Element 10A, 10C mit
einer bestimmten Breite und ein zweites Element 10B, 10D mit
einer anderen Breite. Diese Unterschiede in der Breite verursachen
wegen der Unterschiede der Wellengeschwindigkeit längs der
Elemente Unterschiede in der elektrischen Länge.
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Um
vollständige
Leiterschleifen zu bilden, ist jedes Antennenelement 10A bis 10D mit
dem Rand 20U eines gemeinsamen virtuellen Erdleiters als
Verbindungsleiter für
die Elemente 10A bis 10D in Form einer den proximalen
Endabschnitt des Kerns 12 umgebenden leitfähigen Hülse 20 verbunden.
Die Hülse 20 ist
ihrerseits mit der Auskleidung des axialen Durchlasses 14 mittels
einer leitfähigen
Beschichtung auf der proximalen Stirnfläche 122 des Kerns 12 verbunden.
So wird eine erste 3600 Leiterschleife durch die Elemente 10AR, 10A,
den Rand 20U und die Elemente 10C und 10CR und
eine zweite 360°-Leiterschleife
durch die Elemente 10BR, 10B, den Rand 20U,
und die Elemente 10D und 10DR gebildet. Jede Schleife
erstreckt sich von einem Leiter der Speisestruktur um den Kern zum
anderen Leiter der Speisestruktur. Die Resonanzfrequenz einer Schleife
ist etwas von der der anderen verschieden.
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An
jedem beliebigen Querschnitt durch die Antenne sind das erste und
zweite Antennenelement der ersten Gruppe 10AB im Wesentlichen
diametral gegenüber
dem entsprechenden ersten bzw. zweiten Element der zweiten Gruppe 10CD.
Man bemerke, dass die ersten Enden der schraubenförmige Abschnitte
einer jeden Leiterschleife ungefähr
in der gleichen Ebene wie ihre zweiten Enden liegen, wobei die Ebene
die Achse des Kerns 12 enthält, weil jeder schraubenförmige Abschnitt
eine halbe Windung um die Achse des Kerns 12 darstellt.
Außerdem
sei bemerkt, dass der Umfangsabstand, das heißt der Abstand um den Kern
herum, zwischen benachbarten Elementen jeder Gruppe kleiner ist
als jener zwischen den Gruppen. Daher liegen die Elemente 10A und 10B näher beieinander
als zu den Elementen 10C und 10D.
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Die
leitfähige
Hülse 20 bedeckt
den proximalen Abschnitt des Antennenkerns 12 und umgibt
die Speisestruktur 18, wobei das Kernmaterial im Wesentlichen
den ganzen Raum zwischen der Hülse 20 und
der metallischen Auskleidung des axialen Durchlasses 14 ausfüllt. Die
Kombination der Hülse 20 mit der
Beschichtung bildet einen Balun, so dass die Signale in der durch
die Speisestruktur 18 gebildeten Übertragungslinie von einem
unsymmetrischen Zustand am proximalen Ende der Antenne in einen symmetrischen
Zustand an einer axialen Position über der Ebene des oberen Randes 20U der
Hülse 20 umgewandelt
werden. Um diese Wirkung zu erreichen, ist die axiale Länge der
Hülse so
bemessen, dass in Gegenwart eines Kernmaterials mit relativ hoher
Dielektrizitätszahl
der Balun eine elektrische Länge
von etwa λ/4
oder 90° im
Betriebsfrequenzband der Antenne hat. Weil das Kernmaterial der
Antenne eine verkürzende
Wirkung hat und der ringförmige Zwischenraum
um den Innenleiter mit einem isolierenden dielektrischen Material
gefüllt
ist, das eine relativ kleine Dielektrizitätskonstante hat, besitzt die Speisestruktur 18 distal
von der Hülse
eine kurze elektrische Länge.
Infolgedessen sind die Signale am distalen Ende der Speisestruktur 18 zumindest
angenähert
symmetrisch. Eine weitere Wirkung der Hülse 20 ist es, das
bei Frequenzen im Bereich der Betriebsfrequenz der Antenne der Rand 20U der
Hülse 20 wirksam
von der durch den Außenleiter
der Speisestruktur dargestellten Erde isoliert ist. Das bedeutet,
dass die zwischen den Antennenelementen 10A bis 10D umlaufenden
Ströme
im Wesentlichen auf den Randabschnitt beschränkt sind. Die Hülse wirkt daher
als isolierende Wellenfalle, wenn die Antenne in einer symmetrischen
Form in Resonanz ist.
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Weil
die ersten und zweiten Antennenelemente in jeder Gruppe 10AB und 10CD mit
unterschiedlicher elektrischer Länge
bei einer gegebenen Frequenz ausgebildet sind, haben auch die von
den Elementen gebildeten Leiterschleifen unterschiedliche elektrische
Längen.
Infolgedessen resonieren die Antennen bei zwei unterschiedlichen
Resonanzfrequenzen, wobei die tatsächlichen Frequenzen in diesem
Fall von den Breiten der Elemente abhängen. Wie 1 zeigt,
erstrecken sich die allgemein parallelen Elemente einer jeden Gruppe
vom Bereich des Speiseanschlusses an der distalen Stirnfläche des Kerns
zum Rand 20U der Balunhülse 20 und
begrenzen so einen Kanal oder Schlitz 11AB, 11CD zwischen
den Elementen einer jeden Gruppe.
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Die
Längen
der Kanäle
sind so eingerichtet, dass man im Wesentlichen eine Isolierung der
Leiterbahnen voneinander bei den entsprechenden Resonanzfrequenzen
erzielt. Dies wird erreicht, indem man die Kanäle mit einer elektrischen Länge von λ/2 oder nλ/2 ausbildet,
wobei n eine ungerade ganze Zahl ist. Daher sind die elektrischen
Längen
eines jeden Randes der die Kanäle 11AB, 11CD begrenzenden
Leiter 10A bis 10D ebenfalls λ/2 oder nλ/2. Bei der Resonanzfrequenz
einer der Leiterschleifen bildet sich eine stehende Welle über die
gesamte Länge
der Resonanzschleife, wobei an Stellen in Nachbarschaft zu den Enden
eines jeden λ/2-Kanals,
das heißt
im Bereich der Enden der Antennenelemente, gleiche Spannungswerte
vorhanden sind. Wenn eine der Schleifen in Resonanz ist, sind die
Antennenelemente, welche zur nicht resonierenden Schleife gehören, von
den benachbarten resonierenden Elementen isoliert, weil gleiche
Spannungen an beiden Enden der nicht resonierenden Elemente zu einem Nullstrom
führen.
Wenn die andere Leiterbahn in Resonanz ist, ist die andere Schleife
gleichermaßen
von der resonierenden Schleife isoliert. Zusammengefasst tritt bei
der Resonanzfrequenz einer der Leiterbahnen Anregung gleichzeitig
mit Isolation von der anderen Leiterbahn auf. Daraus folgt, dass
zumindest zwei gegeneinander abgegrenzte Resonanzen bei verschiedenen
Frequenzen erreicht werden, weil jeder Zweig die Leiterbahnen des
anderen nur minimal belastet, wenn der andere in Resonanz ist. Dadurch
werden um den Kern herum zwei oder mehr gegeneinander isolierte
Bahnen niedriger Impedanz gebildet.
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Die
Kanäle 11AB, 11CD befinden
sich hauptsächlich
zwischen den einzelnen Elementen 10A, 10B, 10C bzw. 10D.
und über
einen relativ kleinen Abstand in der Hülse 20. Typischerweise
ist für
jeden Kanal die Länge
des sich zwischen den Elementen befindenden Teils nicht weniger
als 0,7 L, wobei L die gesamte physikalische Länge des Kanals ist.
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Andere
Merkmale der Antenne der
1 sind in den oben erwähnten
britischen Patentanmeldungen
2.351.850A und
2.309.592A beschrieben.
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Die
Erfinder haben entdeckt, dass die Antenne der 1 symmetrische
Grundresonanzformen zeigt. Es wird auf 2 Bezug
genommen, die einen Graphen der Rückflussdämpfung (S11) über der
Frequenz umfasst und auch einen Abschnitt einer der Gruppen von
Antennenelementen 10A, 10B zeigt, wo diese an
den Rand 20U die Hülse 20 anschließen (siehe 1).
Jedes einzelne Element 10A, 10B ruft eine entsprechende
Resonanz 30A, 30B hervor. Die elektrischen Längen der
Elemente sind so, dass diese Resonanzen nahe beieinander liegen
und gekoppelt sind. Jede dieser Resonanzen hat einen zugehörigen Strom
im entsprechenden Antennenelement 10A, 10B, der
seinerseits ein entsprechendes Magnetfeld 32A, 32B um
das Element 10A, 10B induziert und durch den Schlitz 11AB hindurchtritt,
wie in 2 gezeigt. Die Anmelder haben entdeckt, dass es
eine dritte Resonanzform gibt, die auch eine symmetrische Resonanzformen
ist, mit einem zugehörigen
Strom, der beiden Elementen 10A, 10B gemeinsam
ist und der ein zugehöriges
induziertes Magnetfeld 32C hat, welches die Gruppe 10AB der
Element der 10A, 10B umgibt, ohne durch den Kanal
oder Schlitz 11AB zwischen den beiden Elementen 10A, 10B hindurchzutreten.
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Die
Kopplung zwischen den Resonanzen 30A, 30B aufgrund
der einzelnen Bahnen kann durch Einstellung der Längen des
Kanals 11AB, der die beiden Bahnen voneinander isoliert,
einge stellt werden. Dies erfordert im allgemeinen eine solche Ausbildung des
Kanals, dass er ein kurzes Stück
im die Hülse 20 eintritt.
Dies ergibt einen Zustand, in dem jedes schraubenförmige Element 10A, 10B sich
wie eine Halbwellen-Resonanzleitung verhalten kann, die an der distalen
Stirnfläche
des Kerns 12 (1) stromgespeist und am anderen
Ende, das heißt,
das Ende, wo sie auf den Rand 20U die Hülse 20 trifft, kurzgeschlossen
ist, so dass entweder (a) auf jedem Element Resonanzströme vorhanden
sein können
oder (b) wegen fehlender Eingangssignale kein Strom vorhanden ist.
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Wie
oben erläutert,
werden die den einzelnen Elementen 10A und 10B zugeordneten
Resonanzfrequenzen durch die entsprechenden Breiten der Bahnen bestimmt,
die wiederum die Wellengeschwindigkeit der Signale festlegen, die
sie transportieren.
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Die
Anmelder haben gefunden, dass man die Frequenz der dritten Resonanz 30C unterschiedlich von
den Frequenzen der Resonanzen 30A, 303 der einzelnen
Elemente verändern
kann.
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In
der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
erfolgt dies durch Ausbildung der schraubenförmigen Elemente 10A, 103, 100 und 10D derart,
das ihre äußeren Ränder mit
Bezug auf ihre entsprechenden Schraubenlinien mäanderförmig sind, wie in den 3A bis 3C gezeigt.
Wie in 3C zu sehen, weicht der nach
außen
gerichtete Rand 10AO, 10BO, 10CO und 10DO eines
jeden schraubenförmigen
Elementes 10A bis 10D von der Schraubenlinie über deren
ganzer Länge
in einer sinusförmigen
Art ab. Die inneren Ränder
des Elements der 10A bis 10D sind bei dieser Ausführungsform
genau schraubenförmig
und auf den gegenüberliegenden
Seiten der entsprechenden Kanäle 11AB, 11CD miteinander
parallel. Die sinusförmigen Linien
der äußeren Ränder der
Elemente einer jeden Gruppe sind ebenfalls parallel. Das liegt daran,
dass an jedem beliebigen Punkt auf den Elementen 10A, 10B oder 10C, 10D einer
Gruppe die Abweichungen der betreffenden äußeren Ränder in die gleiche Richtung
gehen. Die Abweichungen haben auch gleiche Abstände und Amplituden.
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Die
Wirkung des Mäandrierens
der äußeren Ränder der
Elemente 10A, 10B, 10C und 10D besteht
darin, die natürliche
Frequenz der Resonanzform mit gemeinsamem Strom (common-current
mode) zu einer Frequenz zu verschieben, welche von der Amplitude
der Mäandrierung
abhängt.
Die Resonanzform mit gemeinsamem Strom, welche die Resonanz 30C hervorruft
(2), hat nämlich
ihre größte Stromdichte
an den äußeren Rändern 10AO bis 10DO,
und eine Veränderung
der Amplitude der Mäandrierung
verstimmt die Frequenzen der Resonanz 30C mit einer höheren Rate
als die Frequenzen der einzelnen Elemente (das heißt die Resonanzen 30A, 30B in 2).
Wie man an 2 im Vergleich zu 3C sieht,
liegt das daran, dass die zur Resonanzform gemeinsamen Stroms, welche
die Resonanz 30C erzeugt, gehörenden Ströme an zwei mäandrierenden
Rändern 10AO, 10BO, 10CO, 10DO und
nicht an einem mäandrierenden
und einem geraden Rand wie bei den einzelnen Elementen 10A bis 10D,
geführt
werden.
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Diese
Variation der Länge
der äußeren Ränder der
Elemente 10A bis 10D kann genutzt werden, um die
dritte Resonanz 30C näher
an die Resonanzen 30A und 30B heran zu verschieben,
wie in 4 gezeigt, um eine vorteilhafte Rückflussdämpfungskurve
zu erzeugen, die ein Frequenzband abdeckt. In dem speziellen in 6 gezeigten
Beispiel hat die Antenne einen Betriebsbands, das mit dem IMT-2000 3-G-Band
von 2110 bis 2170 MHz zusammenfällt
und es wurde ein Bandbreitenanteil von an die 3% bei –9 dB erreicht.
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In
alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsformen
kann jede Gruppe von Antennenelementen drei langgestreckte Elemente 10E, 10F, 10G, 10H, 10I und 10J umfassen,
wie in den 5A bis 5C gezeigt,
welche Ansichten sind, die den Ansichten der 3A bis 3C für die erste
Ausführungsform
entsprechen.
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Wie
zuvor hat jedes Element einen entsprechenden an die Speisestruktur
anschließenden
radialen Abschnitt 10ER bis 10JR und jedes Element wird
am Rand 20U der Hülse 20 terminiert.
Die Elemente in jeder Gruppe 10E, 10F, 10G; 10H, 10I, 10J sind
voneinander durch Halbwellenkanäle 11EF, 11FG; 11HI, 11IJ getrennt,
die sich, wie in der ersten Ausführungsform
von der distalen Stirnfläche 12D des
Kerns in die Hülse 20 erstrecken,
wie gezeigt.
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Außerdem haben
sie bei der Ausführungsform
der 3A bis 3C die
Elemente in jeder Gruppe unterschiedliche mittlere Breiten, wobei
jedes Element in jeder Gruppe ein Element entsprechender Breite
in der anderen Gruppe hat, und Elemente mit gleicher mittlerer Breite
sich auf entgegen gesetzten Seiten der Kernachse über den
Kern diametral gegenüberliegen.
In diesem Fall sind die schmalsten Elemente die Elemente 10ER und 10HR. Die
nächst
breiteren Elemente sind die mit 10GR und 10JR bezeichneten
und die breitesten Elemente sind die Elemente in der Mitte ihrer
jeweiligen Gruppe, die Elemente 10FR und 10HR.
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Mit
Bezug auf das Diagramm der 6 sieht man,
dass außer
den Strömen
in den einzelnen Elementen einer jeden Gruppe, welche entsprechende induzierte
Magnetfelder 30D, 30E und 30F hervorrufen,
die Dreielementstruktur gemeinsame Stromresonanzformen bieten, die
mit Strömen
verbunden sind, die den entsprechenden Elementpaaren (welche die Magnetfelder 30G und 30H erzeugen)
gemeinsamen sind und allen drei Elementen gemeinsame Ströme (welche
ein Magnetfeld erzeugen, das in 6 als Feld 30I erscheint).
Daraus folgt, dass diese Antenne sechs symmetrische Grundresonanzformen
darbietet, welche bei angemessener Einstellung der Breiten der Elemente 10E bis 10J und
Mäandrierung
der Elementränder
als eine Sammlung gekoppelter Resonanzen zusammengebracht werden
können,
wie in 7 gezeigt. In diesem Fall ist die Antenne für die Erzeugung
von Resonanzen konfiguriert, die ein Betriebsband entsprechend dem
GSM-Band 1800 bilden, das sich von 1710 bis 1880 MHz erstreckt.
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Wieder
zurück
zu 5C sieht man, dass bei dieser Ausführungsform
die äußeren Ränder der äußeren Elemente
einer jeden Gruppe mäandriert sind.
In der Praxis können
die inneren Ränder
der äußeren Elemente 10E, 10G; 10H, 10J ebenfalls
mäandriert
sein, aber mit einer geringeren Amplitude als die Mäandrierung
der äußeren Ränder. In
diesem Fall sind die Ränder
der inneren Elemente 10F, 10I schraubenförmig.
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Obwohl
die Bandbreite einer Antenne bei Anwendung der oben beschriebenen
Technik vergrößert werden
kann, können
einige Anwendungen noch größere Bandbreite
erfordern. Beispielsweise sind das 3-G-Empfangs- und Sendeband nach
der Festlegung durch die Frequenzzuweisung IMT-2000 benachbarte
Bänder,
die je nach der geforderten Leistung gegebenenfalls nicht mit einer
einzelnen Antenne abgedeckt werden können. Weil die oben beschriebenen
dielektrisch belasteten Antennen bei den Frequenzen der 3G-Bänder sehr
klein sind, kann man mehrere solcher Antennen in ein einzelnes Mobiltelefon-Handgerät einbauen.
Die oben beschriebenen Antennen sind Antennen mit symmetrischer
Resonanzform, die im Gebrauch von der Erde des Handgeräts isoliert
sind. Es ist möglich,
eine erste Antenne, welche das Sendeband abdeckt, und eine zweite
Antenne, die das Empfangsband abdeckt, einzusetzen, wobei jede ein
Siebverhalten hat welches das andere Band abweist (wie in den in
den Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung enthaltenen Graphen gezeigt).
Dies ermöglicht
es, in dieser Situation die teure Trennweiche (diplexer) der herkömmlichen
Lösung
(das heißt
Breitbandantenne und Trennweiche) wegzulassen.