DE60316666T2

DE60316666T2 - Mehrbandantenne mit Streifenleiter- und Schlitzstrukturen

Info

Publication number: DE60316666T2
Application number: DE60316666T
Authority: DE
Inventors: Geyi Waterloo Wen; Krystyna Waterloo Bandurska; Perry Waterloo Jarmuszewski
Original assignee: Research in Motion Ltd
Current assignee: BlackBerry Ltd
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: DE60316666D1; EP1478047A1; US20060125698A1; US7023387B2; CN100456561C; EP1478047B1; CA2467282A1; US20040227680A1; SG137679A1; US7256741B2; HK1072834A1; ATE375012T1; CN1551411A; CA2467282C

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von Antennen. Ganz besonders wird eine Mehrbereichs-Antenne vorgesehen, die für die Verwendung in drahtlosen mobilen Kommunikationsvorrichtungen, welche hierin allgemein als "mobile Vorrichtungen" bezeichnet werden, wie beispielsweise persönliche digitale Assistenten (personal digital assistants), zelluläre Telefone und drahtlose Zwei-Wege-e-Mail-Kommunikationsvorrichtungen, besonders gut geeignet sind.
Hintergrund der Erfindung
Mobile Vorrichtungen, die Antennen aufweisen, welche Mehrbereichs-Kommunikationen zulassen, sind bekannt. Viele solcher mobilen Vorrichtungen verwenden spiralförmige oder einziehbare Strukturen, die im typischen Fall außerhalb einer mobilen Vorrichtung installiert sind, obwohl eingebaute Antennen, die innerhalb eines Kastens oder Gehäuses einer Vorrichtung installiert sind, ebenfalls bekannt sind. Bei mobilen Kommunikationsvorrichtungen werden im Allgemeinen eingebaute Antennen gegenüber externen Antennen aufgrund von mechanischen und ergonomischen Gründen bevorzugt. Eingebaute Antennen sind durch den Kasten oder das Gehäuse der mobilen Vorrichtung geschützt und neigen daher dazu, dauerhafter zu sein als externe Antennen. Während externe Antennen mit dem Umfeld einer mobilen Vorrichtung physikalisch Interferenzen bilden und die Verwendung einer mobilen Vorrichtung insbesondere in Umgebungen mit begrenzten Platzverhältnissen schwierig machen können, weisen eingebaute Antennen weniger solcher Schwierigkeiten auf.
Ein Beispiel für eine eingebaute Antenne ist in der EP-A2-1304765 offenbart.
Bei einigen Arten von mobilen Vorrichtungen jedoch bieten bekannte eingebaute Strukturen und Konzeptionstechniken zumindest bei bestimmten Betriebspositionen der mobilen Vorrichtungen eine relativ schwache Kommunikationssignal-Abstrahlung bzw. Kommunikationssignal-Sendung und einen relativ schwachen Kommunikationssignal-Empfang. Eine der größten Schwierigkeiten bei der Konzeption einer mobilen Vorrichtungs-Antenne ist die Sicherstellung, dass die Antenne in unterschiedlichen Positionen effektiv funktioniert, da sich die Antennenposition im Zuge der Bewegung der mobilen Vorrichtung ändert.
Zusätzlich dazu schließen physikalische Einschränkungen des Platzes häufig die Verwendung von separaten Antennen für jeden Betriebsfrequenzbereich von vornherein dort aus, wo der Betrieb einer mobilen Vorrichtung in Mehrbetriebsfrequenzbändern gewünscht wird oder erforderlich ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Mehrbereichs-Antenne vorgesehen, die einen ersten, zweiten und dritten Betriebsfrequenzbereich aufweist, umfassend:
Eine erste Patch-Struktur, die eine nicht-ebene Fläche aufweist, wobei die erste Patch-Struktur einen ersten Endabschnitt, einen zweiten Endabschnitt und einen Verbindungsabschnitt, welcher den ersten und den zweiten Endabschnitt verbindet, um ein im Wesentlichen C-förmiges Profil zu bilden, aufweist, wobei die Konfiguration es der ersten Patch-Struktur gestattet, im ersten Betriebsfrequenzbereich wirksam zu sein,
eine zweite Patch-Struktur, die eine nicht-ebene Fläche aufweist, wobei die zweite Patch-Struktur zwischen dem ersten und dem zweiten Endabschnitt der ersten Patch-Struktur positioniert ist und mit der ersten Patch-Struktur in einem Bereich, der zu demjenigen Bereich, in dem sich der zweite Endabschnitt mit dem Verbindungsabschnitt verbindet, benachbart ist, wobei die Konfiguration es der zweiten Patch-Struktur gestattet, im zweiten und dritten Betriebsfrequenzbereich wirksam zu sein,
eine erste Schlitz-Struktur, die eine variierende Breite aufweist und zwischen dem ersten Endabschnitt und der zweiten Patch-Struktur angeordnet ist, wobei die Breite in einem wesentlichen Abschnitt der ersten Schlitz-Struktur linear zunimmt, wobei die Konfiguration es der ersten Schlitz-Struktur gestattet, im ersten und dritten Betriebsfrequenzbereich wirksam zu sein,
eine zweite Schlitz-Struktur, die zwischen dem Verbindungsabschnitt und der zweiten Patch-Struktur angeordnet ist und mit der ersten Schlitz-Struktur verbunden ist, wobei die Konfiguration es der zweiten Schlitz-Struktur gestattet, im dritten Betriebsfrequenzbereich wirksam zu sein, und
eine dritte Schlitz-Struktur, die eine variierende Breite aufweist und zwischen dem zweiten Endabschnitt und der zweiten Patch-Struktur angeordnet ist, wobei die Breite in einem wesentlichen Abschnitt der dritten Schlitz-Struktur linear zunimmt, wobei die Konfiguration es der dritten Schlitz-Struktur gestattet, im ersten und zweiten Betriebsfrequenzbereich wirksam zu sein.
Weitere Merkmale und Aspekte der Erfindung werden im Verlauf der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beschrieben oder daraus hervorgehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht einer Antenne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 ist eine isometrische Ansicht von unten der Antenne aus 1,
3 ist eine isometrische Ansicht von unten der Antenne aus 1 und einer Antennen-Montagestruktur,
4 ist eine isometrische Draufsicht der Antenne und Montagestruktur aus 3 in einer zusammengebauten Position,
5 ist eine Querschnittsansicht der Antenne und Montagestruktur entlang der Linie 5-5 in 4,
6 ist eine rückwärtige Ansicht einer mobilen Vorrichtung, welche die Antenne und Montagestruktur nach 4 umfasst, und
7 ist ein Blockdiagramm einer mobilen Vorrichtung.
Detaillierte Beschreibung
Die hierin beschriebenen Strukturen in Antennen weisen Abmessungen und Größen auf, um eine Antenne für den Betrieb in Mehrfrequenzbereichen zu tunen bzw. abstimmen. Wie nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben, umfasst eine Antenne Mehrbereichs-Antennenstrukturen, wobei jede zum Betrieb in Mehrbetriebfrequenzbändern konfiguriert ist. In einer nachstehend in Einzelheiten beschriebenen Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Antenne eine Vielzahl von Strukturen, die vornehmlich einem von einem ersten Betriebsfrequenzbereich, einem zweiten Betriebsfrequenzbereich und einem dritten Betriebsfrequenzbereich sowie einer Vielzahl von "geteilten" Mehrbereichsstrukturen zugeordnet sind, die mehr als einem des ersten, zweiten und dritten Betriebsfrequenzbereichs zugeordnet sind. Dies gestattet es der Antenne, als die Antenne in einer mobilen Mehrbereichs-Vorrichtung zu funktionieren. So kann eine Antenne beispielsweise für den Betrieb im Global System for Mobile communications (GSM)-900 MHz-Frequenzbereich, im GSM-1800 (1800 MHz)-Frequenzbereich, der auch als der Digital Cellular System (DCS)-Frequenzbereich bekannt ist, und im GSM-1900 (1900 MHz)-Frequenzbereich, der manchmal als der Personal Communication System (PCS)-Frequenzbereich be zeichnet ist, angepasst sein. Dem Fachmann wird klar sein, dass der GSM-900-Bereich einen Überträger-Unterbereich von 880–915 MHz und einen Empfänger-Unterbereich von 925–960 MHz umfasst, der DCS-Frequenzbereich auf ähnliche Weise einen Überträger-Unterbereich von 1710–1785 MHz und einen Empfänger-Unterbereich von 1805–I880 MHz umfasst und der PCS-Frequenzbereich einen Überträger-Unterbereich von 1850–1910 MHz und einen Empfänger-Unterbereich von 1930–1990 MHz umfasst. Dem Fachmann wird ebenfalls klar sein, dass diese Frequenzbereiche ausschließlich zu veranschaulichenden Zwecken dienen. Eine derartige Antenne kann konzipiert sein, um in unterschiedlichen und möglicherweise mehr als drei Betriebsfrequenzbereichen zu wirken.
1 ist eine Draufsicht auf eine Antenne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Antenne 10 umfasst die Strukturen 12, 14, 16, 17, 18, 20 und 24 sowie Montagebohrungen 26, 30, 32, 34 und 36. Die Montagebohrungen 26, 30, 32, 34 und 36 werden zur Montage der Antenne 10 auf eine Montagestruktur verwendet, wie nachstehend in Verbindung mit 4 in weiteren Einzelheiten beschrieben werden wird.
Die Antenne 10 umfasst Patch-Strukturen 12 und 14, Schlitz-Strukturen 16, 17 und 18 sowie Tuning-Strukturen 20 und 24. Patch-Antennen sind aufgrund ihres niedrigen Profils, praktisch unbegrenzt möglicher Formen und Großen sowie ihrer inhärenten Flexibilität, die es ihnen gestattet, an die meisten Oberflächenprofile angepasst zu werden, beliebt. Patch-Antennen-Polarisierungen können linear oder elliptisch mit einer Haupt-Polarisierungskomponente parallel zur Oberfläche des Patchs sein. Schlitz-Antennen werden zur Verstärkung der Feldstärke in erforderlichen Richtungen durch Änderung ihrer Ausrichtungen verwendet. Betriebsmerkmale von Patch- und Schlitz-Antennen werden durch die Antennenform und -abmessungen festgelegt. Betriebsgrundsätze von Patch- und Schlitz-Antennen sind dem Fachmann aus dem Bereich, auf den sich die vorliegende Anmeldung bezieht, bekannt.
In der Antenne 10 ist die Patch-Struktur 12 eine erste Struktur, die vornehmlich einem Frequenzbereich zugeordnet ist, in welchem die Antenne 10 wirkt. Die Patch-Struktur 12 ist allgemein C-förmig unter Einschluss von zwei Endabschnitten an der linken und rechten Seite der Antenne 10 in der in 1 gezeigten Ansicht und einem Verbindungsabschnitt entlang der Oberseite der Antenne 10. Die Größe und Form der Patch-Struktur 12 haben eine sehr stark ausgeprägte Wirkung auf Antennenbetriebsmerkmale in ihrem Betriebsfrequenzbereich, wie beispielsweise die effektive Frequenz des Betriebsfrequenzbereichs, sowie den Antennengewinn im Betriebsfrequenzbereich. Selbstverständlich können bei jeder Antenne wie beispielsweise 10 Änderungen in einem Teil der Antenne, die mit einem Frequenzbereich verbunden sind, ebenfalls weitere Betriebsfrequenzbereiche der Antenne beeinflussen, obwohl in der Antenne 10 die Auswirkungen der Struktur 12 auf weitere Betriebsfrequenzbereiche nicht erheblich sind, wie nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben werden wird.
Die Patch-Struktur 14 ist eine zweite Struktur, die im Gegensatz zur ersten Patch-Struktur 12 eine geteilte Mehrbereichs-Struktur ist. Betriebsmerkmale der Antenne 10 in den mit der Patch-Struktur 14 verbundenen Frequenzbereichen beispielsweise unter Einschluss von Frequenz und Gewinn bzw. Verstärkung werden durch die Größe und Form der Patch-Struktur 14 beeinflusst. Die Anpassung der Abmessungen der Patch-Struktur 14 hat eine ausgewogenere Wirkung auf ihre Betriebsfrequenzbereiche. Wie dem Fachmann klar sein wird, hat die Patch-Struktur 14 eine relativ breite Bandbreite, die ihre Betriebsfrequenzbereiche umfasst, und getunt ist, um entweder einen Betriebsfrequenzbereich oder mehr als einen ihrer Betriebsfrequenzbereiche zu optimieren.
Die Schlitz-Struktur 16 ist zudem eine geteilte Mehrbereichs-Struktur, die mehr als einem Betriebsfrequenzbereich zugeordnet ist. Die Länge und die Breite der Schlitz-Struktur 16 stellt nicht nur die Frequenzbereiche der Schlitz-Struktur 16 ein, sondern beeinflusst auch den Gewinn bzw. die Verstärkung und die Abstimmung der Antenne 10 in diesen Frequenzbereichen. Die Änderung der Breite und Länge der Schlitz-Struktur 16 kann beispielsweise die Antennenabstimmung verbessern, jedoch ihren Gewinn bzw. in ihrer Verstärkung in den der Schlitz-Struktur 16 zugeordneten Betriebsfrequenzbereichen zunichte machen.
Obwohl die Schlitz-Struktur 17 mit der Schlitz-Struktur 16 verbunden ist, ist die Schlitz-Struktur 17 vornehmlich einem einzigen Betriebsfrequenzbereich zugeordnet. Die Abmessungen der Schlitz-Struktur 17 haben eine dominierende Wirkung auf die Leistung der Antenne 10 in einem Frequenzbereich. So hat die Schlitz-Struktur 17 beispielsweise eine andere Polarisierung als die Schlitz-Struktur 16 und erhöht den Übertragungsgewinn vornehmlich in einem Betriebsfrequenzbereich. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Betriebsfrequenzbereich der Schlitz-Struktur 17 ebenfalls ein höchster Betriebsfrequenzbereich der Patch-Struktur 14. Das Hinzufügen der Schlitz-Struktur 17 zur Schlitz-Struktur 16 reduziert die Größe der Patch-Struktur 14 und erhöht damit diesen Betriebsfrequenzbereich noch weiter.
Die Schlitz-Struktur 18 ist insofern eine weitere geteilte Struktur, als sie in der Antenne 10 positioniert und dazu ausgelegt ist, den Antennenbetrieb in Mehrfrequenzbereichen zu beeinflussen. Während jede der Strukturen 12 und 16 eine dominierende Wirkung auf einen entsprechenden Betriebsfrequenzbereich hat, haben die Länge, Breite und Lokalisierung der Schlitz-Struktur 18 eine stärker verteilte Wirkung in Mehrfrequenzbereichen. So beeinflusst beispielsweise die Anpassung der Position und der Abmessungen der Schlitz-Struktur 18 den Gewinn bzw. die Verstärkung und die Abstimmung der Mehrbereichs-Antenne in mehr als einem Frequenzbereich.
Die Patch-Strukturen 12 und 14 werden entlang der Linie 39 in
1 abgeschaltet. Die Antenne 10 ist mit unterschiedlichen Abschaltlängen zwischen den Patch-Strukturen 12 und 14 entlang der Linie 39 wirksam. Dies bietet insofern Flexibilität in der Konzeption der Antenne 10, als die Positionen und Abmessungen von einer oder beiden der Schlitz-Strukturen 17 und 18 geändert werden können, um beispielsweise den Gewinn bzw. die Verstärkung bei Betriebsfrequenzbereichen, die den Schlitz-Strukturen 17 und 18 zugeordnet sind, zu verbessern, ohne die Leistung der Antenne 10 erheblich zu verschlechtern.
Tuning-Strukturen 20 und 24 werden für das Fein-Tuning der Antenne 10 verwendet. Obwohl sie mit der ersten Patch-Struktur 12 verbunden ist, kann die Tuning-Struktur 20 einen Tuning-Tabulator für einen anderen Frequenzbereich als den Betriebsfrequenzbereich der ersten Patch-Struktur 12 bilden. Wie nachstehend beschrieben, ist der linke Endabschnitt der ersten Patch-Struktur 12 mit einem Einspeisungspunkt der Antenne 10 verbunden und wird als solcher immer dann verwendet, wenn die Antenne 10 in einem beliebigen ihrer Frequenzbereiche wirkt. Die Tuning-Struktur 20 kann damit angepasst werden, um eine dominierende Wirkung auf jeden beliebigen der Betriebsfrequenzbereiche der Antenne 10 zu haben. Das Fein-Tuning eines solchen Betriebsfrequenzbereichs wird durch die Einstellung der Abmessungen des Fein-Tuning-Tabulators 20 bewerkstelligt.
Die Tuning-Struktur 24 am rechten Endabschnitt der Antenne 10 hat jedoch eine dominierende Wirkung auf den Betriebsfrequenzbereich der ersten Patch-Struktur 12. Der die Tuning-Struktur 24 bildende Tuning-Tabulator beeinflusst die gesamte elektrische Länge und somit den Betriebsfrequenzbereich der ersten Patch-Struktur 12.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Antenne 10 eine Drei-Bereichs-Antenne, die einen ersten, zweiten und dritten Betriebsfrequenzbereich aufweist. Die erste Patch-Struktur 12 ist dem ersten Betriebsfrequenzbereich zugeordnet, die zweite Patch-Struktur 14 ist dem zweiten und dritten Betriebsfrequenzbereich zugeordnet, die Schlitz-Struktur 16 ist dem er sten und dritten Betriebsfrequenzbereich zugeordnet, die Schlitz-Struktur 17 ist dem dritten Betriebsfrequenzbereich zugeordnet, und die Schlitz-Struktur 18 ist dem ersten und zweiten Betriebsfrequenzbereich zugeordnet. Der erste Betriebsfrequenzbereich wird unter Verwendung der Tuning-Struktur 24 fein getunt, und die Tuning-Struktur 20 wird zum feinen Tunen des zweiten Betriebsfrequenzbereichs verwendet. Bei einer für die Verwendung in einer mobilen GSM/GPRS-Vorrichtung bestimmten Antenne können beispielsweise der erste, zweite und dritte Frequenzbereich GSM-900, DCS bzw. PCS sein.
Dem Fachmann wird klar sein, dass die Erfindung auf keinen Fall auf die Betriebsfrequenzbereiche GSM, DCS und PCS oder auf eine spezifische Interrelation zwischen den jeder Struktur in der Antenne 10 zugeordneten Frequenzbereichen beschränkt ist. So könnte der erste Betriebsfrequenzbereich beispielsweise zwischen der ersten und zweiten Patch-Struktur 12 und 14 gemeinsam sein. In diesem Fall wird die erste Patch-Struktur 12 wie oben für den ersten Betriebsfrequenzbereich konfiguriert und wird die zweite Patch-Struktur 14 für den ersten Frequenzbereich und einen anderen Frequenzbereich konfiguriert. Weitere Zuordnungen zwischen Strukturen und Frequenzbereichen sind ebenfalls möglich.
Unter Bezugnahme nunmehr auf 2 wird der Betrieb der Antenne 10 in weiteren Einzelheiten beschrieben. 2 ist eine isometrische Ansicht von unten der Antenne aus 1. In 2 werden ein Einspeisungspunkt 38 und Erdungspunkt 40 mit jeweiligen Montagebohrungen 42 und 44 gezeigt. Der Einspeisungspunkt 38 und der Erdungspunkt 40 bilden einen einzigen Einspeisungsport für die Antenne 10. Wenn er in einer mobilen Vorrichtung installiert ist, ist der Erdungspunkt 40 mit der Signalerdung verbunden, um eine Erdungsebene für die Antenne 10 zu bilden, und der Einspeisungspunkt 38 ist mit einem oder mehreren Sender-Empfänger(n) verbunden, der/die wirksam ist/sind, Signale in den Betriebsfrequenzbereichen der Antenne 10 zu senden und/oder zu empfangen.
Signale in den Betriebsfrequenzbereichen, die wie oben beschrieben hergestellt werden, werden von der Antenne 10 empfangen und abgestrahlt. Ein elektromagnetisches Signal in einem der Betriebsfrequenzbereiche wird von der Antenne 10 empfangen und in ein elektrisches Signal für einen entsprechenden Empfänger oder Sender-Empfänger konvertiert, der mit dem Einspeisungspunkt 38 und dem Erdungspunkt 40 verbunden ist. Auf ähnliche Weise wird ein elektrisches Signal in einem der Betriebsfrequenzbereiche, die in die Antenne 10 über den Einspeisungspunkt 38 und den Erdungspunkt 40 durch einen Sender oder Sender-Empfänger eingegeben sind, von der Antenne 10 abgestrahlt.
Im obigen Beispiel strahlen die Strukturen 12, 16 und 18 der Antenne 10 beim Betrieb im ersten Frequenzbereich Signale, die sowohl in paralleler als auch in senkrechter Richtung zur Patch-Struktur 12 auf kooperative Weise zwecks Erhöhung des Gewinns bzw. der Verstärkung polarisiert sind, ab und empfangen diese. Der Betrieb der Antenne 10 im zweiten und dritten Frequenzbereich ist im Wesentlichen ähnlich. Im zweiten Frequenzbereich sind die Strukturen 14 und 18 die größeren Abstrahlungs- und Empfangskomponenten, und im dritten Frequenzbereich sind die Strukturen 14, 16 und 17 die Hauptabstrahler bzw. Hauptsender und -empfänger.
Die Antenne 10 bietet eine im Vergleich zu bekannten Antennenkonzeptionen verbesserte Signalübertragung und einen verbesserten Signalempfang, da sie kombinierte Strukturen von Patch- und Schlitz-Antennen verwendet, die kooperativ zum Abstrahlen und Empfangen von in den beliebtesten Richtungen polarisierten Signalen arbeiten. Auf diese Weise wird die Leistung der Antenne 10 weniger durch die Ausrichtung einer mobilen Vorrichtung beeinflusst, in der sie installiert ist. Der Mehrbereichsbetrieb wird ebenfalls in einer einzelnen Antenne mit einem Einspeisungspunkt unterstützt.
Die Leistung der Antenne 10 wird weiterhin verstärkt, wenn die Antenne auf einer Montagestruktur montiert wird, wie in den 3 bis 5 dargestellt. 3 ist eine isometrische Ansicht von unten der Antenne aus 1 und einer Antennenmontagestruktur, 4 ist eine isometrische Draufsicht der Antenne und Montagestruktur aus 3 in einer zusammengebauten Position, und 5 ist eine Querschnittsansicht der Antenne und Montagestruktur entlang der Linie 5-5 in 4.
In 3 wird die Antenne 10 im Wesentlichen wie in 2 gezeigt und wurde oben beschrieben. Die Montagestruktur 50 wird bevorzugt aus Kunststoff oder einem anderen dielektrischen Material hergestellt und umfasst Montagestifte 52 und 54 auf einer Trägerstruktur 53 sowie eine Montagefläche 60. Die Montagestruktur 50 umfasst zudem eine Befestigungsstruktur 62, einen Ausrichtungsstift 64 und weitere strukturelle Komponenten 66 und 68, die mit Gehäuseabschnitten oder anderen Teilen einer mobilen Vorrichtung zusammenwirken, in denen die Antenne installiert ist. Der Ausrichtungsstift 64 dient beispielsweise zur Ausrichtung der Montagestruktur relativ zu einem Teil einer mobilen Vorrichtung, die eine zusammenwirkende Ausrichtungsausnehmung umfasst. Die Befestigungsstruktur 62 ist konfiguriert, um eine Schraube, Niete oder andere Befestigungsvorrichtung zum Befestigen der Montagestruktur an einem anderen Teil der mobilen Vorrichtung aufzunehmen, nachdem die Montagestruktur 50 ordnungsgemäß ausgerichtet ist. Die Antenne 10 wird bevorzugt an der Montagestruktur 50 montiert, bevor die Montagestruktur an anderen Teilen solch einer mobilen Vorrichtung befestigt wird. Die Antenne 10 und die Montagestruktur 60 umfassen ein in 3 allgemein mit 70 bezeichnetes Antennensystem.
Die Montagestifte 52 und 54 sind auf der Trägerstruktur 53 positioniert, so dass sie in den Montagebohrungen 42 bzw. 44 aufgenommen werden, wenn die Antenne 10 zwecks Montage posi tioniert wird, wie durch die gestrichelten Linien 56 und 58 angezeigt. Die Montagestifte 52 und 54 werden dann bevorzugt verformt, um den Einspeisungspunkt 38 und den Erdungspunkt 40 an der Trägerstruktur 53 auf der Montagestruktur 50 zu montieren. Die Montagestifte 52 und 54 können beispielsweise Heizstäbe sein, die geschmolzen werden, um einen Abschnitt des Einspeisungspunktes 38 und des Erdungspunktes 40, der die Montagebohrungen 42 und 44 umgibt, zu überlappen und dadurch den Einspeisungspunkt 38 und den Erdungspunkt 40 in einer montierten Position zurückzuhalten.
Die Oberseite des Antennensystems 70 wird in 4 gezeigt, in der die Antenne 10 sich in einer montierten Position auf der Montagestruktur 50 befindet. Wie dargestellt, nehmen die Montagebohrungen 26, 30, 32, 34 und 36 die Montagestifte 27, 31, 33, 35 und 37 auf, die dann bevorzugt wie oben beschrieben verformt werden, um die Antenne 10 in der montierten Position festzuhalten. Die Antenne 10 liegt im Wesentlichen gegen die Fläche 60, wenn sie auf der Montagestruktur 50 montiert ist. Die Fläche 60 in den 3 bis 5 ist eine gebogene Fläche, obwohl alternative Flächenprofile unter Einschluss von facettenartigen und anderen nicht-glatten Montageflächen stattdessen verwendet werden können.
Die Montagebohrungen 26, 30, 32 and 34 werden von abgeschrägten Flächen umgeben, wie in den 1 bis 4 dargestellt. Diese abgeschrägten Flächen dienen zum Ausgleichen oder Verschieben der Montagebohrungen von der Fläche der Antenne 10, so dass die zusammenwirkenden Montagestifte sich unterhalb der Fläche der Antenne 10 befinden, wenn die Stifte verformt werden, um die Antenne 10 in ihrer montierten Position festzuhalten. Je nach den physikalischen Einschränkungen, die durch die Vorrichtung, in der das Antennensystem 70 zu implementieren ist, auferlegt werden, könnte ein glatt ausgeführtes Profil für das Antennensystem 70 oder bestimmte Teile davon nicht von entscheidender Bedeutung sein, so dass Montagebohrungen nicht von der Fläche der Antenne 10 verschoben werden müssen. Die Montagebohrungen 36, 42 und 44 sind derartige Ausgleichs-Montagebohrungen. Wie aus den 4 und 5 hervorgeht, ist die Montagestruktur 50 glatt, aber nicht flach. Insbesondere der Abschnitt der Montagestruktur 50, der den Montagestift 37 umfasst, verjüngt sich von der restlichen Fläche 60 weg, so dass der Montagestift 37 unterhalb der anderen Montagestifte 27, 31, 33 und 35 liegt. Dies ist beispielsweise aus 5 klar ersichtlich, in der nur die Montagestifte 31, 33 und 35 gezeigt werden. Auf ähnliche Weise werden der Einspeisungspunkt 38 und Erdungspunkt 40 unterhalb einer Fläche der Antenne 10 angeordnet, wo ein glattes Endbearbeitungsprofil vielleicht nicht wichtig ist. Damit kann eine Mehrbereichs-Antenne Offset-Montagebohrungen, wie beispielsweise 26, 30, 32 und 34, Ausgleichs-Montagebohrungen, wie beispielsweise 36, 42 und 44, oder beides umfassen.
Die Antenne 10 kann unter Verwendung von Stanz- oder anderen Schneidtechniken zur Bildung von Antennenleerstellen beispielsweise aus einem im Wesentlichen flachen leitenden Blech eines Leiters hergestellt werden, wie etwa Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold. Montagebohrungen können ausgeschnitten oder gestanzt werden, wenn die Leerstellen gebildet werden, oder in die flachen Antennenleerstellen gebohrt werden. Antennenleerstellen werden dann in die in den 2 und 3 gezeigte Form verformt, um sich an die Montagestruktur 50 anzupassen. Alternativ könnte die Verformung einer Antennenleerstelle durchgeführt werden, während eine Antenne auf der Montagestruktur 50 montiert wird. Der Einspeisungspunkt 38 und Erdungspunkt 40 sind bei 46 und 48 gebogen, um den Einspeisungspunkt 38 und Erdungspunkt 40 relativ zu den Strukturen 12 und 14 wie nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben zu positionieren.
Wie in den 3 bis 5 dargestellt, umfasst die Antenne 10 gebogene Abschnitte 46 und 48, die den Einspeisungspunkt 38 und den Erdungspunkt 40 mit der ersten Struktur 12 bzw. zweiten Struktur 14 verbinden. Die erste Struktur 12 und die zweite Struktur 14 umfassen eine erste Fläche der Antennenstruk tur, die sich an eine erste Fläche, die Fläche 60, der Montagestruktur 50 anpasst, wenn die Antenne 10 sich in ihrer montierten Position befindet. Die gebogenen Abschnitte 46 und 48 positionieren den Einspeisungspunkt 38 und den Erdungspunkt 40 auf einer zweiten Fläche der Montagestruktur 50 entgegen der ersten Fläche der Montagestruktur 50 und überlappen diese. Der Einspeisungspunkt 38 und der Erdungspunkt 40 überlappen somit die erste und zweite Struktur 12 und 14 oder stehen dieser entgegen.
Wie dem Fachmann klar sein wird, fügen die gebogenen Abschnitte 46 und 48 der ersten und zweiten Struktur 12 und 14 elektrische Länge hinzu und stellen ein weiteres Mittel zur Steuerung des Antennengewinns und der Frequenz für ihre zugeordneten Frequenzbereiche dar. Wie ganz eindeutig in 5 dargestellt, richtet der gebogene Abschnitt 48 den Erdungspunkt 40 zudem gegen das zweite Antennenelement 14, welches eine Kapazität zwischen Teilen der Antenne 10 einführt. Der Abstand zwischen dem Erdungspunkt 40, der die Grundebene der Antenne 10 bildet, und der zweiten Struktur 14 beeinflusst die Kapazität zwischen der Grundebene und der Antenne 10, die ihrerseits den Antennengewinn und die Antennenabstimmung beeinflusst. Der Antennengewinn und die Antennenabstimmung können somit durch Auswahl der Entfernung zwischen der Grundebene und der Antenne 10 sowie durch das entsprechende Herstellen von Abmessungen der Trägerstruktur 53 erhöht werden.
6 ist eine rückwärtige Ansicht einer mobilen Vorrichtung, die die Antenne und Montagestruktur nach 4 umfasst. Wie dem Fachmann klar sein wird, ist die mobile Vorrichtung 100 normalerweise im Wesentlichen innerhalb eines Gehäuses inbegriffen, das eine vordere Fläche, rückwärtige Fläche, obere Fläche, untere Fläche und seitliche Flächen hat. Dateneingabe- und -ausgabevorrichtungen, wie beispielsweise eine Anzeige und eine kleine Tastatur oder eine Tastatur, werden normalerweise innerhalb der vorderen Fläche einer mobilen Vorrichtung montiert. Ein Lautsprecher und Mikrofon für die Sprachein- und -ausgabe werden im typischen Fall in der vorderen Fläche oder alternativ in der oberen oder unteren Fläche der mobilen Vorrichtung angeordnet. Derartige mobile Vorrichtungen umfassen häufig ebenfalls ein Schild, das die elektromagnetische Energie reduziert, welche von der Vorderseite der Vorrichtung in Richtung eines Benutzers nach außen abgestrahlt wird.
In 6 wird die mobile Vorrichtung 100 mit einem entfernten rückwärtigen Gehäuseabschnitt gezeigt. Interne Komponenten der mobilen Vorrichtung 100 hängen vom bestimmten Typ der mobilen Vorrichtung ab. Allerdings ist die mobile Vorrichtung 100 für Sprachkommunikationen aktiviert und umfasst daher wenigstens ein Mikrofon und einen Lautsprecher, die an oder nahe an einer unteren Fläche 80 bzw. einer oberen Fläche 90 der mobilen Vorrichtung 100 montiert sind. Bei der Benutzung für Sprachkommunikationen hält ein Benutzer die mobile Vorrichtung 100 derart, dass der Lautsprecher sich nahe am Ohr des Benutzers befindet und das Mikrofon sich nahe am Mund des Benutzers befindet. Das Schild 95 erstreckt sich um die mobile Vorrichtung und insbesondere zwischen der Antenne 10 und der Vorderseite der mobilen Vorrichtung 100.
Im Allgemeinen hält ein Benutzer einen unteren Abschnitt einer mobilen Vorrichtung, wie beispielsweise 100, mit einer Hand, wenn er ein Gespräch führt. Als solches ist der obere rückwärtige Abschnitt der mobilen Vorrichtung 100 und damit die Antenne 10 relativ unversperrt, wenn die mobile Vorrichtung 100 sich in einer Sprachkommunikationsposition befindet, wodurch eine verbesserte Leistung im Vergleich zu bekannten Antennen und mobilen Vorrichtungen geboten wird.
Auf ähnliche Weise bleibt der in 6 gezeigte Standort der Antenne 10 in anderen Positionen der mobilen Vorrichtung 100 unversperrt. Da sich beispielsweise Dateneingabevorrichtungen, wie etwa Tastaturen und kleine Tastaturen, im typischen Fall unterhalb einer Anzeige auf einer mobilen Vorrichtung befinden, tendiert die Vorrichtung dazu, nahe der Oberseite einer mobilen Vorrichtung positioniert zu sein. Auf einer derartigen mobilen Vorrichtung gibt ein Benutzer Daten unter Hinzuziehung der Eingabevorrichtung ein, die auf einem unteren Abschnitt der mobilen Vorrichtung positioniert ist, und trägt oder hält somit den unteren Abschnitt der mobilen Vorrichtung, so dass der obere rückwärtige Abschnitt der mobilen Vorrichtung unversperrt bleibt. Viele Halter mobiler Vorrichtungen und Speichersysteme greifen nur in den unteren Abschnitt einer mobilen Vorrichtung ein und schaffen damit keine weitere Barriere für die Antenne 10 in der mobilen Vorrichtung 100. In anderen Typen von Haltern oder heruntergesetzten Positionen kann die Antenne 10 in gewisser Weise versperrt sein, jedoch nicht in einem höheren Maße als bei bekannten eingebauten Antennen.
Somit strahlt die wie in 6 gezeigt in einer mobilen Vorrichtung montierte Antenne 10 nicht nur in einer Vielzahl von Polarisierungsebenen ab und empfängt darin, wie oben beschrieben, sondern befindet sich auch in der mobilen Vorrichtung, so dass sie in typischen Benutzungspositionen der mobilen Vorrichtung im Wesentlichen unversperrt ist.
Antennen gemäß Aspekten der Erfindung finden auf unterschiedliche Typen von mobilen Vorrichtungen Anwendung, darunter beispielsweise Datenkommunikationsvorrichtungen, Sprachkommunikationsvorrichtungen, Dual-Modus-Kommunikationsvorrichtungen, wie etwa Mobiltelefonen mit Datenkommunikationsfunktionalität, persönliche digitale Assistenten (personal digital assistants) (PDAs), die für drahtlose Kommunikationen aktiviert sind, drahtlose e-Mail-Kommuni-kationsvorrichtungen oder Laptop- oder Bürocomputersysteme mit drahtlosen Modems. 7 ist ein Blockdiagramm einer mobilen Vorrichtung.
Die mobile Vorrichtung 700 ist eine mobile Dual-Modus- und Mehrbereichsvorrichtung und umfasst ein Sender-Empfänger-Modul 711, einen Mikroprozessor 738, eine Anzeige 722, einen nichtflüchtigen Speicher 724, einen Arbeitsspeicher (random access memory) (RAM) 726, eine oder mehrere Hilfs-Eingabe/Ausgabe (input/output) (I/O)-Vorrichtung(en) 728, einen seriellen Port bzw. Anschluss 730, eine Tastatur 732, einen Lautsprecher 734, ein Mikrofon 736, ein drahtloses Kurzbereichs-Kommunikationsuntersystem 740 und andere Vorrichtungs-Untersysteme 742.
Das Sender-Empfänger-Modul 711 umfasst eine Antenne 10, einen ersten Sender-Empfänger 716, den zweiten Sender-Empfänger 714, einen oder mehrere lokale(n) Oszillator(en) 713 und einen digitalen Signalprozessor (digital signal processor) (DSP) 720.
Innerhalb des nicht-flüchtigen Speichers 724 umfasst die Vorrichtung 700 bevorzugt eine Vielzahl von Software-Modulen 724A bis 724N, die durch den Mikroprozessor 738 (und/oder den DSP 720) ausgeführt werden können, unter Einschluss eines Sprachkommunikationsmoduls 724A, eines Datenkommunikationsmoduls 724B und einer Vielzahl von anderen betrieblichen Modulen 724N zur Durchführung einer Vielzahl von anderen Funktionen.
Die mobile Vorrichtung 700 ist bevorzugt eine Zwei-Wege-Kommunikationsvorrichtung mit Sprach- und Datenkommunikationsfähigkeiten. Damit kann die mobile Vorrichtung 700 beispielsweise über ein Sprachnetzwerk kommunizieren, wie etwa ein beliebiges analoges oder digitales zelluläres Netzwerk, und kann ebenfalls über ein Datennetzwerk kommunizieren. Die Sprach- und Datennetzwerke werden in 7 durch den Kommunikationsturm 719 dargestellt. Diese Sprach- und Datennetzwerke können separate Kommunikationsnetzwerke sein, die separate Infrastrukturen verwenden, wie beispielsweise Basisstationen, Netzwerksteuerungen usw., oder sie können in ein einziges drahtloses Netzwerk integriert sein. Jeder Sender-Empfänger 716 und 714 wird normalerweise konfiguriert, um mit unterschiedlichen Netzwerken 719 zu kommunizieren.
Das Sender-Empfänger-Modul 711 wird zur Kommunikation mit den Netzwerken 719 verwendet und umfasst den ersten Sender-Empfänger 116, den zweiten Sender-Empfänger 114, den einen o der die mehreren lokalen Oszillator(en) 713 und den DSP 720. Der DSP 720 wird zum Senden und Empfangen von Signalen zu und von den Sender-Empfängern 714 und 716 sowie zur Bereitstellung von Steuerinformationen an die Sender-Empfänger 714 und 716 verwendet. Wenn die Sprach- und Datenkommunikationen in einer einzigen Frequenz oder eng beabstandeten Sätzen von Frequenzen erfolgen, kann dann ein einziger lokaler Oszillator 713 in Verbindung mit den Sender-Empfängern 714 und 716 verwendet werden. Wenn unterschiedliche Frequenzen beispielsweise für Sprachkommunikationen und Datenkommunikationen oder Kommunikationen in unterschiedlichen Netzwerken oder Netzwerktypen verwendet werden, kann dann alternativ eine Vielzahl von lokalen Oszillatoren 713 verwendet werden, um eine Vielzahl von Frequenzen zu generieren, die den Sprach- und Datennetzwerken 719 entsprechen. Informationen, die sowohl Sprach- als auch Dateninformationen umfassen, werden über einen Link zwischen dem DSP 720 und dem Mikroprozessor 738 zum und vom Sender-Empfänger-Modul 711 kommuniziert.
Die detaillierte Konzeption des Sender-Empfänger-Moduls 711, wie beispielsweise Frequenzbereiche, Komponentenauswahl, Leistungsniveau usw., hängt von den Kommunikationsnetzwerken 719 ab, in denen die mobile Vorrichtung 700 wirksam werden soll. So kann beispielsweise das Sender-Empfänger-Modul 711 Sender-Empfänger 714 und 716 umfassen, die zum Betrieb mit jedem beliebigen einer Auswahl von Kommunikationsnetzwerken konzipiert sind, wie beispielsweise den mobilen Mobitex^TM- oder DataTAC^TM-Datenkommunikationsnetzwerken, AMPS, TDMA, CDMA, PCS und GSM. Andere Typen von sowohl separaten als auch integrierten Daten- und Sprachnetzwerken können ebenfalls verwendet werden, sofern die mobile Vorrichtung 700 einen entsprechenden Sender-Empfänger umfasst und die Antenne 10 konfiguriert ist, um in einem entsprechenden Betriebsfrequenzbereich zu wirken.
Je nach dem Typ des Netzwerkes 719 können auch die Zugangsanforderungen für die mobile Vorrichtung 700 variieren. So wer den beispielsweise in den Mobitex- und DataTAC-Datennetzwerken mobile Vorrichtungen im Netzwerk unter Verwendung einer einzigartigen Identifizierungsnummer, die jeder mobilen Vorrichtung zugeordnet ist, registriert. In GPRS-Datennetzwerken jedoch ist der Netzwerkzugang einem Abonnenten oder Benutzer einer mobilen Vorrichtung zugeordnet. Eine GPRS-Vorrichtung erfordert im typischen Fall ein Abonnenten-Identitäts-Modul (subscriber identity module) ("SIM"), das erforderlich ist, um eine mobile Vorrichtung auf einem GPRS-Netzwerk zu betreiben. Lokale oder Nicht-Netzwerk-Kommunikationsfunktionen (soweit gegeben) können ohne die SIM-Vorrichtung wirksam sein, doch wird eine mobile Vorrichtung nicht in der Lage sein, irgendwelche Funktionen auszuführen, die Kommunikationen über das Datennetzwerk 719 ausführen, die keine gesetzlich vorgeschriebenen Operationen sind, wie beispielsweise den "911"-Notruf.
Nach Abschluss jeder erforderlichen Netzwerkregistrierungs- oder -aktivierungsverfahren kann die mobile Vorrichtung 700 dann Kommunikationssignale unter Einschluss sowohl von Sprach- als auch von Datensignalen über die Netzwerke 719 senden und empfangen. Über der Antenne 10 vom Kommunikationsnetzwerk 719 empfangene Signale werden zu einem der Sender-Empfänger 714 und 716, der solche Funktionen wie eine Signalverstärkung, eine Frequenzumwandlung nach unten, ein Filtern, eine Kanalauswahl sowie eine Analog/Digital-Wandlung vorsieht, geroutet. Eine Analog/Digital-Wandlung des empfangenen Signals erlaubt komplexere Kommunikationsfunktionen, wie beispielsweise die Durchführung einer digitalen Demodulation und einer Dekodierung unter Heranziehung des DSP 720. Auf ähnliche Weise werden zum Netzwerk 719 zu übertragende Signale vom DSP 720 verarbeitet, der die Signale beispielsweise moduliert und kodiert und dann die verarbeiteten Signale zu einem der Sender-Empfänger 714 und 716 bereitstellt, welche solche Operationen wie eine Digital/Analog-Wandlung, eine Frequenzumwandlung nach oben, ein Filtern, eine Verstärkung und eine Übertragung auf das Kommunikationsnetzwerk 719 über die Antenne 10 durchführen.
Zusätzlich zur Verarbeitung der Kommunikationssignale sieht der DSP 720 auch die Sender-Empfänger-Steuerung vor. So können beispielsweise die auf Kommunikationssignale in den Sender-Empfängern 714 und 716 angewendeten Gewinnniveaus bzw. Verstärkungsniveaus geeigneter Weise durch im DSP 720 implementierte automatische Gewinnsteuerungsalgorithmen gesteuert werden. Weitere Sender-Empfänger-Steuerungsalgorithmen können ebenfalls im DSP 720 implementiert werden, um eine anspruchsvollere Steuerung des Sender-Empfänger-Moduls 711 vorzusehen.
Der Mikroprozessor 738 verwaltet und steuert bevorzugt den Gesamtbetrieb der mobilen Dual-Modus-Vorrichtung 700. Es könnten hier viele Mikroprozessor- oder Mikrosteuerungstypen verwendet werden oder es könne alternativ ein einziger DSP 720 zur Durchführung der Funktionen des Mikroprozessors 738 verwendet werden. Kommunikationsfunktionen niedrigen Niveaus unter Einschluss wenigstens von Daten- und Sprachkommunikationen werden durch den DSP 720 im Sender-Empfänger-Modul 711 durchgeführt. Andere Kommunikationsanwendungen hohen Niveaus, wie beispielsweise eine Sprachkommunikationsanwendung 724A und eine Datenkommunikationsanwendung 724B, können im nicht-flüchtigen Speicher 724 zwecks Ausführung durch den Mikroprozessor 738 gespeichert werden. So sieht das Sprachkommunikationsmodul 724A beispielsweise eine Benutzerschnittstelle hohen Niveaus vor, die wirksam ist, um Sprachrufe zwischen der mobilen Vorrichtung 700 und einer Vielzahl von anderen Sprach- oder Dual-Modus-Vorrichtungen über das Netzwerk 719 zu senden und zu empfangen. Auf ähnliche Weise sieht das Datenkommunikationsmodul 724B eine Benutzerschnittstelle hohen Niveaus vor, die wirksam ist, um Daten, wie beispielsweise e-Mail-Nachrichten, Dateien, Organisations-Informationen, Kurztextnachrichten usw., zwischen der mobilen Vorrichtung 700 und einer Vielzahl von anderen Datenvorrichtungen über die Netzwerke 719 zu senden und zu empfangen.
Der Mikroprozessor 738 wirkt auch mit anderen Vorrichtungs-Untersystemen zusammen, wie beispielsweise der Anzeige 722, dem nicht-flüchtigen Speicher 724, dem RAM 726, den Hilfs-Eingabe-/Ausgabe (input/output) (I/O)-Untersystemen 728, dem seriellen Port 730, der Tastatur 732, dem Lautsprecher 734, dem Mikrofon 736, dem Kurzbereichs-Kommunikationsuntersystem 740 und jeglichen weiteren Vorrichtungsuntersystemen, die allgemein mit 742 bezeichnet werden.
Einige der in 7 gezeigten Untersysteme führen kommunikationsverbundene Funktionen durch, während andere Untersysteme "residente" oder Funktionen auf der Vorrichtung vorsehen können. Insbesondere einige Untersysteme, wie beispielsweise die Tastatur 732 und die Anzeige 722, können sowohl für kommunikationsverbundene Funktionen verwendet werden, wie die Eingabe einer Textnachricht zur Übertragung über ein Datenkommunikationsnetzwerk, als auch für vorrichtungsresidente Funktionen, wie beispielsweise einen Rechner, eine Aufgabenliste oder andere Funktionen vom Typ PDA.
Die vom Mikroprozessor 738 verwendete Betriebssystemsoftware wird bevorzugt in einem permanenten Speicher, wie beispielsweise dem nicht-flüchtigen Speicher 724, gespeichert. Zusätzlich zum Betriebssystem, das alle Funktionen niedrigen Niveaus der mobilen Vorrichtung 700 steuert, kann der nicht-flüchtige Speicher 724 eine Vielzahl von Software-Anwendungsprogrammen hohen Niveaus oder Module, wie beispielsweise ein Sprachkommunikationsmodul 724A, ein Datenkommunikationsmodul 724B, ein (nicht dargestelltes) Organisations-Modul bzw. Organizer-Modul oder jede andere Art von Software-Modul 724N, umfassen. Der nicht-flüchtige Speicher 724 kann zudem ein Dateisystem zum Speichern von Daten umfassen. Diese Module werden vom Mikroprozessor 738 ausgeführt und bieten eine Schnittstelle hohen Niveaus zwischen einem Benutzer und der mobilen Vorrichtung 700. Diese Schnittstelle umfasst im typischen Fall eine graphische Komponente, die durch die Anzeige 722 bereitgestellt wird, und eine Eingabe/Ausgabe-Komponente, die durch die Hilfs-I/O 728, die Tastatur 732, den Lautsprecher 734 und das Mikrofon 736 bereitgestellt wird. Das Betriebssystem, spezifische Vorrichtungsanwendungen oder -module oder Teile davon können zum schnelleren Betrieb vorübergehend in einen flüchtigen Speicher, wie beispielsweise dem RAM 726, geladen werden. Darüber hinaus können empfangene Kommunikationssignale vorübergehend auch in dem RAM 726 gespeichert werden, bevor sie permanent in ein Dateisystem geschrieben werden, das sich in einem permanenten Speicher, wie beispielsweise dem nichtflüchtigen Speicher 724, befindet. Der nicht-flüchtige Speicher 724 kann beispielsweise als eine Flash-Speicherkomponente oder ein batteriegestützter RAM implementiert sein.
Ein beispielhaftes Anwendungsmodul 724N, das auf die mobile Vorrichtung 700 geladen werden kann, ist eine persönliche Informationsmanager (personal information manager) (PIM)-Anwendung, die eine PDA-Funktionalität, wie beispielsweise Kalenderereignisse, Termine und Aufgabenposten, bereitstellt. Dieses Modul 724N kann gleichfalls mit dem Sprachkommunikationsmodul 724A zur Verwaltung von Telefonanrufen, Sprachmails usw. zusammenwirken und kann ebenfalls mit dem Datenkommunikationsmodul 724B zur Verwaltung von e-Mail-Kommunikationen und anderen Datenübertragungen zusammenwirken. Alternativ kann die gesamte Funktionalität des Sprachkommunikationsmoduls 724A und des Datenkommunikationsmoduls 724B in das PIM-Modul integriert sind.
Der nicht-flüchtige Speicher 724 sieht bevorzugt ein Dateisystem zur Erleichterung des Speicherns von PIM-Datenposten auf der Vorrichtung vor. Die PIM-Anwendung umfasst bevorzugt die Fähigkeit zum Senden und Empfangen von Datenposten entweder durch sich selbst oder in Verbindung mit den Sprach- und Datenkommunikationsmodulen 724A, 724B über die drahtlosen Netzwerke 719. Die PIM-Datenposten werden über die drahtlosen Netzwerke 719 bevorzugt mit einem entsprechenden Satz von in einem Host-Computersystem gespeicherten oder diesem zugeordneten Datenposten nahtlos integriert, synchronisiert und aktua lisiert, wodurch ein gespiegeltes System für Datenposten geschaffen wird, die einem bestimmten Benutzer zugeordnet sind.
Die mobile Vorrichtung 700 kann zudem durch das Setzen der Vorrichtung 700 in eine Schnittstellenstation, die den seriellen Port 730 der mobilen Vorrichtung 700 mit dem seriellen Port des Host-Systems verbindet, manuell mit einem Host-System synchronisiert werden. Der serielle Port 730 kann ebenfalls verwendet werden, um es einem Benutzer zu gestatten, Präferenzen durch eine externe Vorrichtung oder Software-Anwendung zu setzen oder andere Anwendungsmodule 724N für die Installation herunter zu laden. Dieser verdrahtete Download-Pfad kann beispielsweise zum Laden eines Verschlüsselungsschlüssels auf die Vorrichtung verwendet werden, um ein sichereres Verfahren als den Austausch solcher Verschlüsselungsinformationen über die drahtlosen Netzwerke 719 vorzusehen. Schnittstellen für andere verdrahtete Download-Pfade können in der mobilen Vorrichtung 700 zusätzlich zum seriellen Port 730 oder an dessen Stelle vorgesehen werden. So sieht ein USB-Port bzw. USB-Anschluss beispielsweise eine Schnittstelle mit einem ähnlich ausgerüsteten Personalcomputer vor.
Es können zusätzliche Anwendungsmodule 724N auf die mobile Vorrichtung 700 durch die Netzwerke 719, durch ein Hilfs-I/O-Untersystem 728, durch den seriellen Port 730, durch das Kurzbereichs-Kommunikationsuntersystem 740 oder durch irgendein anderes geeignetes Untersystem 742 geladen und von einem Benutzer im nicht-flüchtigen Speicher 724 oder RAM 726 installiert werden. Solche Flexibilität in der Anwendungsinstallation erhöht die Funktionalität der mobilen Vorrichtung 700 und kann verbesserte Funktionen auf der Vorrichtung, kommunikationsverbundene Funktionen oder beides bieten. So gestatten sichere Kommunikationsanwendungen beispielsweise elektronische Handelsfunktionen und weitere solche finanziellen Transaktionen, die unter Verwendung der mobilen Vorrichtung 700 durchgeführt werden sollen.
Wenn die mobile Vorrichtung 700 in einem Datenkommunikationsmodus wirksam ist, wird ein empfangenes Signal, wie beispielsweise eine Textnachricht oder ein Webseiten-Download, vom Sender-Empfänger-Modul 711 verarbeitet und dem Mikroprozessor 738, der das empfangene Signal bevorzugt zur Ausgabe an die Anzeige 722 oder alternativ an eine Hilfs-I/O-Vorrichtung 728 weiter verarbeitet, bereitgestellt. Ein Benutzer der mobilen Vorrichtung 700 kann zudem Datenposten zusammenstellen, wie beispielsweise e-Mail-Nachrichten, indem er die Tastatur 732 verwendet, die bevorzugt eine vollständige alphanumerische Tastatur im QWERTY-Format ist, obwohl auch andere Arten von Tastaturen, wie beispielsweise vom bekannten DVORAK-Typ oder eine Telefontastatur, verwendet werden können. Eine Benutzereingabe in die mobile Vorrichtung 700 wird darüber hinaus mit einer Vielzahl von Hilfs-I/O-Vorrichtungen 728 verbessert, die eine Daumenradeingabevorrichtung, ein Touchpad, eine Reihe von Schaltern, ein Eingabekippschalter usw. umfassen können. Die vom Benutzer zusammengestellten Datenposten können dann über die Kommunikationsnetzwerke 719 via Sender-Empfänger-Modul 711 übertragen werden.
Wenn die mobile Vorrichtung 700 in einem Sprachkommunikationsmodus wirksam ist, ist der Gesamtbetrieb der mobilen Vorrichtung im Wesentlichen ähnlich dem Datenmodus mit der Ausnahme, dass empfangene Signale an den Lautsprecher 734 ausgegeben werden und Sprachsignale für die Übertragung vom Mikrofon 736 generiert werden. Alternative Sprach- oder Audio-I/O-Untersysteme, wie beispielsweise ein Sprachnachrichten-Aufzeichnungsuntersystem, können ebenfalls auf der mobilen Vorrichtung 700 implementiert werden. Obwohl die Sprach- oder Audiosignalausgabe bevorzugt vornehmlich durch den Lautsprecher 734 durchgeführt wird, kann die Anzeige 722 gleichfalls verwendet werden, um eine Angabe der Identität einer anrufenden Partei, die Dauer eines Sprachrufs oder andere sprachrufverbundene Informationen zu liefern. So kann der Mikroprozessor 738 in Verbindung mit dem Sprachkommunikationsmodul 724A und der Betriebssystemsoftware beispielsweise die Anruferin dentifizierungsinformationen eines eingehenden Sprachrufs erfassen und diese auf der Anzeige 722 anzeigen.
Ein Kurzbereichs-Kommunikationsuntersystem 740 ist ebenfalls in der mobilen Vorrichtung 700 umfasst. So kann das Untersystem 740 beispielsweise eine Infrarotvorrichtung und zugeordnete Schaltkreise und Komponenten oder ein Kurzbereichs-RF-Kommunikationsmodul, wie beispielsweise ein Bluetooth^TM-Modul oder ein 802.11-Modul, umfassen, um eine Kommunikation mit ähnlich aktivierten Systemen und Vorrichtungen bereitzustellen. Dem Fachmann wird klar sein, dass sich "Bluetooth" und 802.11" auf Spezifikationssätze beziehen, die vom Institute of Electrical and Electronics Engineers bezüglich drahtloser persönlicher Bereichsnetzwerke bzw. drahtloser lokaler Bereichsnetzwerke erhältlich sind.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zur Offenbarung der Erfindung unter Einschluss des besten Modus sowie ebenfalls, um es jedem Fachmann zu gestatten, die Erfindung umzusetzen und zu nutzen. Die Erfindung kann weitere Beispiele umfassen, die dem Fachmann einfallen werden.
Obwohl sie oben vornehmlich im Zusammenhang mit einer Drei-Bereichs-Antenne beschrieben wurde, kann eine Mehrelemente-Antenne beispielsweise ebenfalls mehrere Antennenelemente zum Bereitstellen des Betriebs in mehr als drei Frequenzbereichen umfassen. Auch wenn die hierin beschriebene Antenne drei Betriebsfrequenzbereiche vorsieht, sind auf ähnliche Weise auch Implementierungen möglich, in denen weniger Betriebsfrequenzbereiche verwendet werden. So könnte beispielsweise eine Antenne, die GSM-900, DOS und PCS unterstützt, in einer mobilen Vorrichtung verwendet werden, die nur GSM-900 und PCS verwendet.
Die Montagestruktur 50 wird ausschließlich zu Veranschaulichungszwecken gezeigt und kann unterschiedliche Formen aufweisen und unterschiedliche, weitere oder weniger zusammenwirken de Strukturen umfassen als diejenigen, die in den Zeichnungen gezeigt und oben beschrieben werden, was von der bestimmten mobilen Vorrichtung abhängt, in der die Mehrbereichs-Antenne implementiert wird. Es sollte ebenfalls berücksichtigt werden, dass die Montagestruktur aus einem Stück mit einem mobilen Vorrichtungsgehäuse oder einer anderen Komponente der mobilen Vorrichtung anstelle einer separaten Komponente bestehen könnte.
Das Layout der Mehrbereichs-Antenne ist auf ähnliche Weise nur zu veranschaulichenden Zwecken und nicht einschränkend bestimmt. So kann eine Mehrbereichs-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise Schlitz-Strukturen einer anderen Form aufweisen als in den Zeichnungen gezeigt und braucht nicht notwendigerweise Fein-Tuning-Strukturen zu umfassen. Auf ähnliche Weise können die Abmessungen und Positionen von Antennenstrukturen, wie bei der Antennenkonzeption üblich, nach Bedarf angepasst werden, um Auswirkungen von anderen mobilen Vorrichtungskomponenten unter Einschluss beispielsweise eines Schildes oder einer Anzeige auf Antennenmerkmale auszugleichen.
Obwohl die Antenne 10 auf der Montagestruktur 50 unter Verwendung von Montagestiften montiert ist, werden dem Fachmann weitere Typen von Halterungen unter Einschluss beispielsweise von Schrauben, Nieten und Klebebändern einfallen.
Zusätzlich dazu erleichtert die Herstellung der Antenne 10 aus einem ebenen leitenden Blech wie oben beschrieben die Herstellung der Antenne 10, doch ist die Erfindung keinesfalls auf diese besondere oder irgendeine andere Herstellungstechnik beschränkt. Das Aufdrucken oder Aufbringen einer leitenden Folie auf ein Substrat und das Ätzen eines zuvor aufgebrachten Leiters von einem Substrat sind zwei mögliche alternative Techniken.
Oben wurden Mehrbereichs-Patch- und Schlitz-Antennenstrukturen in einer einzigen Antenne beschrieben. Dem Fachmann wird klar sein, dass die Erfindung keinesfalls auf einen bestimmten Typ oder eine bestimmte Anzahl von geteilten Mehrbereichs-Strukturen beschränkt ist. In alternativen Ausführungsformen der Erfindung sind nur ein Typ einer Antennenstruktur oder mehr oder weniger Antennenstrukturen geteilte Mehrbereichs-Strukturen. Die hierin beschriebenen Prinzipien können ebenfalls auf Antennen Anwendung finden, die andere Strukturtypen als Patch- und Schlitz-Strukturen umfassen.

Claims

Mehrbereichs-Antenne (10), die einen ersten, zweiten und dritten Betriebsfrequenzbereich aufweist, umfassend: Eine erste Patch-Struktur (12), die eine nicht-ebene Fläche aufweist, wobei die erste Patch-Struktur einen ersten Endabschnitt, einen zweiten Endabschnitt und einen Verbindungsabschnitt, welcher den ersten und den zweiten Endabschnitt verbindet, aufweist, um ein im Wesentlichen C-förmiges Profil zu bilden, wobei die Konfiguration der ersten Patch-Struktur gestattet, in dem ersten Betriebsfrequenzbereich wirksam zu sein, eine zweite Patch-Struktur (14), die eine nicht-ebene Fläche aufweist, wobei die zweite Patch-Struktur zwischen dem ersten und dem zweiten Endabschnitt der ersten Patch-Struktur positioniert ist und mit der ersten Patch-Struktur in einem Bereich, der zu dem Bereich, welcher den zweiten Endabschnitt mit dem Verbindungsabschnitt verbindet, benachbart ist, wobei die Konfiguration der zweiten Patch-Struktur gestattet, in dem zweiten und dem dritten Betriebsfrequenzbereich wirksam zu sein, eine erste Schlitz-Struktur (16), die eine variierende Breite aufweist und zwischen dem ersten Endabschnitt und der zweiten Patch-Struktur (14) angeordnet ist, wobei die Breite in einem wesentlichen Abschnitt der ersten Schlitz-Struktur linear zunimmt, wobei die Konfiguration der ersten Schlitz-Struktur gestattet, in dem ersten und dem dritten Betriebsfrequenzbereich wirksam zu sein, eine zweite Schlitz-Struktur (17), die zwischen dem Verbindungsabschnitt und der zweiten Patch-Struktur (14) angeord net ist und mit der ersten Schlitz-Struktur (16) verbunden ist, wobei die Konfiguration der zweiten Schlitz-Struktur gestattet, in dem dritten Betriebsfrequenzbereich wirksam zu sein, und eine dritte Schlitz-Struktur (18), die eine variierende Breite aufweist und zwischen dem zweiten Endabschnitt und der zweiten Patch-Struktur (14) angeordnet ist, wobei die Breite in einem wesentlichen Abschnitt der dritten Schlitz-Struktur linear zunimmt, wobei die Konfiguration der dritten Schlitz-Struktur gestattet, in dem ersten und dem zweiten Betriebsfrequenzbereich wirksam zu sein.
Mehrbereichs-Antenne nach Anspruch 1, wobei die Abmessungen der ersten Patch-Struktur (12) vornehmlich auf die Frequenz des ersten Betriebsfrequenzbereiches und der Gewinn der Mehrbereichs-Antenne in dem ersten Betriebsfrequenzbereich einwirken.
Mehrbereichs-Antenne nach Anspruch 2, wobei die Abmessungen der zweiten Patch-Struktur (14) vornehmlich auf die Frequenz des zweiten und des dritten Betriebsfrequenzbereiches und der Gewinn der Mehrbereichs-Antenne in dem zweiten und dem dritten Betriebsfrequenzbereich einwirken.
Mehrbereichs-Antenne nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Einspeisungsteil, wobei der Einspeisungsteil umfasst: Einen Einspeisungspunkt (38), der mit dem ersten Endabschnitt verbunden ist und positioniert ist, um den ersten Endabschnitt zu überlappen, und einen Erdungspunkt (40), der elektrisch mit der zweiten Patch-Struktur verbunden ist und positioniert ist, um die zweite Patch-Struktur zu überlappen.
Mehrbereichs-Antennen Anspruch 4, wobei die erste Patch-Struktur (12) weiterhin einen gebogenen Abschnitt (46) umfasst, welcher den Einspeisungspunkt (38) mit dem ersten Endabschnitt elektrisch verbindet, und die zweite Patch- Struktur (14) einen gebogenen Abschnitt (48) umfasst, welcher den Erdungspunkt (40) auf mit der zweiten Patch-Struktur (14) elektrisch verbindet.
Mehrbereichs-Antennen Anspruch 5, wobei der gebogene Abschnitt (46) der ersten Patch-Struktur (12) und der gebogene Abschnitt (48) der zweiten Patch-Struktur (14) den Einspeisungspunkt (38) und den Erdungspunkt (40) in einem vorbestimmten Abstand von der ersten Patch-Struktur (12) und der zweiten Patch-Struktur (14) entsprechend positionieren.
Mehrbereichs-Antenne nach Anspruch 1, die weiterhin eine Vielzahl von Tuning-Strukturen umfasst.
Mehrbereichs-Antenne nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Eine erste Tuning-Struktur, die mit dem ersten Endabschnitt der ersten Patch-Struktur (12) verbunden ist und einen feinen Tuning-Tabulator (20) zum Tunen des zweiten Betriebsfrequenzbereiches umfasst, und eine zweite Tuning-Struktur, die mit dem zweiten Endabschnitt der ersten Patch-Struktur (12) verbunden ist und einen feinen Tuning-Tabulator (24) zum Tunen des ersten Betriebsfrequenzbereiches umfasst.
Mehrbereichs-Antenne nach Anspruch 1, wobei die erste Patch-Struktur (12) und die zweite Patch-Struktur (14) elektrisch leitendes Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Kupfer, Aluminium, Silber und Gold besteht, umfassen.
Mehrbereichs-Antenne nach Anspruch 1, die in einer drahtlosen mobilen Kommunikationsvorrichtung implementiert ist, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Datenkommunikationsvorrichtungen, Sprachkommunikationsvorrichtungen, Dual-Modus-Vorrichtungen, die Daten- und Sprachkommunikationen ermöglichen, zellulären Telefonen, drahtlosen e-Mail-Kommunikationsvorrichtungen, Mobiltelefonen, die eine Da tenkommunikationsfunktionalität aufweisen, persönlichen Datenassistenten (PDAs), die drahtlose Kommunikationen ermöglichen, drahtlosen e-Mail-Kommunikationsvorrichtungen und drahtlosen Modems besteht.