Title:
Foil antenna.
Kind Code:
A2


Abstract:

The invention relates to a foil antenna for radio telephones, especially cordless telephones. Instead of the previously normal rod antenna, whose length corresponds to a quarter of the wavelength of the frequency which is to be transmitted or received, a foil antenna is proposed as the antenna. The foil antenna according to the invention has radiating elements which are connected to one another by means of inductors. In addition, the matching circuit is accommodated on the foil. The inductors which are arranged between the radiating elements are essentially constructed as straight line pieces. The antenna according to the invention can be produced easily in production-engineering terms, can be completely integrated into the housing of the cordless telephone, and has a relatively high efficiency with dimensions which are considerably less than the length of the previously normal rod antenna.




Inventors:
Petermann, Christoph (DE)
Fluegel, Heinrich (DE)
Application Number:
EP19920108893
Publication Date:
12/30/1992
Filing Date:
05/27/1992
Assignee:
HAGENUK TELECOM GMBH (DE)
International Classes:
H01Q1/24; H01Q1/38; H01Q5/00; H01Q5/02; H01Q9/06; H01Q9/16; H01Q9/38; H01Q9/42; (IPC1-7): H01Q1/08
European Classes:
H01Q5/02; H01Q1/24A1; H01Q1/38; H01Q5/00C; H01Q9/06B
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Domestic Patent References:
EP0470797Antenna apparatus.1992-02-12



Foreign References:
40792681978-03-14Thin conformal antenna array for microwave power conversion
48168391989-03-28Transponder antenna
GB1009527A1965-11-10
22298651941-01-28Radio antenna system
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 5, no. 44 (E-50) (716) 24. M{rz 1981 & JP-A-56 000 704 (MATSUSHITA DENKI SANGYO K.K.) 7. Januar 1981
Attorney, Agent or Firm:
Hansmann, Dierk, Dipl.-Ing. (22767 Hamburg, DE)
Claims:
1. Folienantenne, die mit einem elektrisch nichtleitenden Tr·agermaterial und als elektrisch leitf·ahigen Beschichtungen des Tr·agermaterials ausgebildeten strahlenden Elemente sowie ebenfalls als elektrisch leitf·ahige Beschichtungen ausgebildeten Induktivit·aten versehen ist und bei der auf der Folie eine Anpassungsschaltung angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivit·aten als Reihenschaltung zwischen den strahlenden Elementen angeordnet und im wesentlichen als gerade Leitungsst·ucke ausgebildet sind, wobei diese Leitungsst·ucke so angeordnet sind, dass die von ihnen abgestrahlten Felder im Fernfeld kompensiert sind, die Folie nur einseitig leitend beschichtet ist und dass die Anpassungsschaltung als eine elektrisch leitf·ahige Beschichtung des Tr·agermaterials ausgebildet ist.

2. Folienantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass strahlende Elemente etwa in einer Linie hintereinander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass strahlende Elemente in wenigstens zwei zueinander parallelen Linien hintereinander angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlenden Elemente in der Projektionsrichtung senkrecht zu den etwa parallelen linearen Anordnungen ·uberschneidende Projektionsfl·achen bilden.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Folienantenne, die mit einem elektrisch nichtleitenden Tr·agermaterial und als elektrisch leitf·ahige Beschichtungen des Tr·agermaterials ausgebildeten strahlenden Elemente sowie ebenfalls als elektrisch leitf·ahige Beschichtungen ausgebildeten Induktivit·aten versehen ist und bei der auf der Folie eine Anpassungsschaltung angebracht ist.

Als Antennen f·ur schnurlose Telefone werden ·ublicherweise Stabantennen eingesetzt, deren L·ange einem Viertel der zu ·ubertragenden bzw. zu empfangenden Wellenl·ange entspricht. Da aus mechanischen Gr·unden dieses jedoch nicht jederzeit realisiert werden kann, wird m·oglicherweise eine Anpassungsschaltung erforderlich. Diese Anpassungsschaltung wird ·ublicherweise mit diskreten Bauelementen realisiert, in die das Antennensignal eingespeist wird, bzw. von denen aus die Einspeisung in die Antenne erfolgt.

Die in der Regel aussen am schnurlosen Telefon angebrachte Stabantenne und der Aufbau der Anpassungsschaltung mit diskreten Bauelementen (Kondensatoren, Spulen, Widerst·anden) kann als fertigungstechnisch aufwendig angesehen werden.

Aus der EP 02 74 592 A1 ist eine Folienantenne bekannt, bei der sowohl strahlende Elemente als auch Induktivit·aten als elektrisch leitf·ahige Beschichtungen eines Tr·agermaterials ausgebildet sind. Die Induktivit·aten und die strahlenden Elemente sind als Reihenschaltung angeordnet. Aufgrund einer vergleichsweise grossen Dimensionierung der f·ur eine Verwendung als Zimmerantenne vorgesehenen Folienantenne k·onnen sowohl die strahlenden Elemente als auch die Induktivit·aten als Leiterbahnen mit konstanter Breite ausgebildet sein. Die Induktivit·aten verlaufen als lineare Leiterbahnst·ucke und die strahlenden Elemente sind mit einem Schlangenlinienverlauf versehen. Zur Ausbildung einer Anpassungsschaltung werden separate elektrische Bauelemente verwendet. Die hierzu erforderlichen Kondensatoren und Induktivit·aten werden mit den zugeordneten Leiterbahnabschnitten verl·otet.

In der EP 00 66 094 A1 ist eine Folienantenne beschrieben, bei der Schaltelemente vorgesehen sind, um die Betriebsweise der elektromagnetisch miteinander verkoppelten Teilelemente der Antenne vorzugeben.

In der DE 33 06 054 A1 ist eine Folienantenne vorgeschlagen worden, bei der die r·aumliche Lage und Form des Antennensystems durch die Form der fl·achigen Struktur (Folie) festgelegt wird. Zus·atzlich ist daran gedacht, auf der Folie ausser der eigentlichen Antenne auch Leitungstransformatoren, Spulen und Kondensatoren durch Nebeneinanderanordnung von Leitern auf oder in der fl·achigen flexiblen Struktur herzustellen. Derartige Strukturen bewirken wie im ·ubrigen auch jede Anpassung mit diskreten Bauelementen einen Verlust, durch den das Antennensignal geschw·acht wird.

Die in dieser Druckschrift vorgeschlagene Antenne soll eine Fl·ache von etwa einem Quadratmeter haben und beispielsweise unter einem Teppich verlegt werden. Demgegen·uber kommt es f·ur Funktelefone auf eine Verkleinerung der Antenne an.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antenne und eine Anpassungsschaltung zu konzipieren, bei der der Verlust m·oglichst gering gehalten wird, die eine gute Abstrahlcharakteristik aufweist, die fertigungstechnisch einfach herzustellen ist und die mit Abmessungen auskommt, die deutlich kleiner als ein Viertel der in Frage kommenden Wellenl·angen sind.

Diese Aufgabe wird durch dadurch gel·ost, dass die Induktivit·aten als Reihenschaltung zwischen den strahlenden Elementen angeordnet und im wesentlichen als gerade Leitungsst·ucke ausgebildet sind, wobei diese Leitungsst·ucke so angeordnet sind, dass die von ihnen abgestrahlten Felder im Fernfeld kompensiert sind, die Folie nur einseitig leitend beschichtet ist und dass die Anpassungsschaltung als eine elektrisch leitf·ahige Beschichtung des Tr·agermaterials ausgebildet ist.

Die erfindungsgem·asse Folienantenne ist als lineare Antenne ausgebildet. Um die Antennenabmessungen m·oglichst klein zu halten, wird die Antenne in einzelne strahlende Elemente unterteilt, zwischen denen Induktivit·aten angeordnet sind. Die strahlenden Elemente sind dabei so angeordnet, dass bei der gew·unschten Frequenz eine m·oglichst gute Anpassung erreicht wird. Sowohl die strahlenden Elemente als auch die zwischen ihnen angeordneten Induktivit·aten sind als leitende Fl·achen auf einem Tr·ager (Folie) ausgebildet. In gleicher Weise ist die trotz optimierter Anpassung der Antenne an die gew·unschte Frequenz noch notwendige Anpassungsschaltung auf den Tr·ager aufgebracht.

Die verk·urzte Baul·ange wird insbesondere dadurch erreicht, dass die strahlenden Elemente einerseits in der gew·unschten Polarisationsrichtung (in Einbaulage der Folie), andererseits aber auch in der Richtung senkrecht hierzu in der Folienebene angeordnet sind. Trotz dieser ·ausserst platzsparenden Bauweise, bei der die strahlenden Elemente auf einer etwa quadratischen Fl·ache angebracht sind, bleibt die gew·unschte Polarisationsrichtung erhalten.

Vorteilhafte Gestaltungen der erfindungsgem·assen Antenne nach Anspruch 1 sind in den Unteranspr·uchen 2 bis 4 angegeben.

Die erfindungsgem·ass zwischen den einzelnen strahlenden Elementen angeordneten Induktivit·aten sind im wesentlichen als gerade Leitungsst·ucke ausgebildet. Hierunter sollen auch etwa langgestreckte s-f·ormige Ausf·uhrungen oder solche mit einer treppenartigen Formgebung verstanden werden.

Zu beachten ist dabei, dass sich die Induktivit·aten gegenphasiger Leitungen teilweise aufheben. Die Antenne ist so zu entwerfen, dass sich gerade Leitungsst·ucke als Induktivit·aten verhalten, aber im Fernfeld sich die abgestrahlten Felder dieser Induktivit·aten kompensieren. Es bleibt das gleichphasig abgestrahlte Feld der strahlenden Elemente.

Die erfindungsgem·asse Antenne kann durch beidseitige Beschichtung des Tr·agermaterials hergestellt werden. Eine besondere Ausf·uhrung sieht jedoch vor, dass die Beschichtung ausschliesslich einseitig erfolgt. Dies hat insbesondere fertigungstechnische Vorteile.

Vorteilhafterweise sind einzelne strahlende Elemente in einer Richtung nebeneinander angeordnet. Dadurch ergibt sich eine erste etwa lineare Anordnung, die im wesentlichen mit der im eingebauten Zustand der Antenne gew·unschten Polarisationsrichtung ·ubereinstimmt. Zu dieser ersten etwa linearen Anordnung von strahlenden Elementen ist seitlich versetzt vorteilhafterweise eine zweite ebenfalls etwa lineare Anordnung von strahlenden Elementen vorgesehen.

In einer besonderen Ausf·uhrung ·uberschneiden sich in einer zu den beiden linearen parallelen Anordnungen senkrechten Projektionsrichtung die Fl·achen der strahlenden Elemente. Die strahlenden Elemente in dieser Anordnung bilden zusammen mit den zwischen ihnen angeordneten Induktivit·aten eine etwa m·aanderf·ormige Struktur. Dabei sind die strahlenden Elemente etwa in den Biegungen des M·aanders untergebracht. Hierdurch wird der Strahlungswiderstand angehoben. Dadurch wird der Einfluss der Verluste im Tr·ager und der Umgebung deutlich reduziert. Insbesondere kommt es jedoch darauf an, dass die strahlenden Elemente elektrisch richtig miteinander verbunden sind. Das bedeutet, dass auf phasenrichtige Zusammenschaltung der Elemente zu achten ist.

Es zeigen: Fig. 1 die Verk·urzung eines Halbwellen-Dipols nach dem Stand der Technik; Fig. 2 die Verk·urzung eines Viertelwellenstrahlers; Fig. 3 eine spezielle Ausf·uhrung eines verk·urzten Viertelwellenstrahlers.

In Fig. 1 ist die Vorgehensweise f·ur die mechanische Verk·urzung eines Halbwellendipols -A- gezeigt. Dessen strahlende Elemente 1 werden ·uber den Anschluss 4 mit Hochfrequenzenergie gespeist. Dieses kann ·uber geeignete Massnahmen symmetrisch oder - ·uber Koaxkabel - unsymmetrisch erfolgen.

Werden die strahlenden Elemente 1 aufgetrennt und st·arker induktiv wirkende Elemente 2 als die strahlenden Elemente selbst eingef·ugt, so wird dadurch die mechanische L·ange verk·urzt, und zwar um so mehr die eingef·ugte Induktivit·at 2 erh·oht wird. Zeichnungen -B- und -C- zeigen zwei M·oglichkeiten. Allerdings nimmt der Effekt zu den Enden der Strahlenden Elemente hin ab, so dass die Induktivit·at weiter erh·oht werden muss. Eine zu hohe Induktivit·at hat m·oglicherweise auch erh·ohte Verluste.

Jede Leitung ist mit einer Induktivit·at behaftet. In erster N·aherung kann angenommen werden, dass die Induktivit·at einer Leitung steigt, je kleiner deren Durchmesser ist. Daher k·onnen Induktivit·aten im Dezimeter- und Mikrowellenbereich auch durch gestreckte Leitungen gebildet werden.

Zeichnung -D- zeigt die M·oglichkeit, die Antenne durch sogenannte "verteilte Induktivit·aten" weiter zu verk·urzen. Dadurch k·onnen Verluste gemindert werden. Eventuell m·ussen durch die starke Verk·urzung entstandenen Blindanteile durch entsprechende Beschaltung 3 gem·ass Zeichnung -E- beseitigt werden.

Analog ist die Betrachtung f·ur einen Viertelwellenstrahler gem·ass Fig. 2 anzustellen. Dabei stellt das Geh·ause 5 das "Gegengewicht" dar. Fig. 2 -F- bis -I- zeigen die Vorgehensweise bei der Verk·urzung der Antenne. Die strahlenden Elemente sind nicht notwendigerweise ·ubereinander anzuordnen. Sie k·onnen erfindungsgem·ass seitlich versetzt werden. Dies ist allerdings nur in kleinem Masse m·oglich, ohne dass daraus eine wesentliche Abweichung vom Richtdiagramm der Viertelwellenantenne -I- durch Phasenausl·oschung resultiert. Ferner ist zu beachten, dass die Induktivit·at gegenphasiger Leitungen, wie sie in -I- benutzt werden, sich teilweise aufhebt. Die Antenne ist so zu entwerfen, dass sich gerade Leitungsst·ucke 2 als Induktivit·aten verhalten, aber im Fernfeld sich die abgestrahlten Felder dieser Induktivit·aten kompensieren.

Es bleibt erfindungsgem·ass das gleichphasig abgestrahlte Feld der strahlenden Elemente 1.

In Fig. 3 ist die Realisierung einer verk·urzten Antenne mit den Abmessungen von ca. 25 x 25 mm dargestellt. Diese ist als Kupferschicht auf einem geeigneten Tr·agermaterial, z. B. Polyimid oder Epoxy-Glasfaser-Folien aufgetragen. Vier strahlende Elemente 1 werden durch drei Induktivit·aten 2 verbunden. Ein ·Ubertrager aus Leitungsinduktivit·aten 3 passt die Antenne an den 50 Ohm Antennenanschluss 4 an. Beachtlich ist die gegen·uber der zu empfangenden Wellenl·ange von 300 mm ·ausserst geringe Baugr·osse.

Denkbar sind auch andere Antennen, wie z. B. ein auf diese Weise stark verk·urzter Dipol.

Die erfindungsgem·asse Antenne kann aufgrund ihrer verkleinerten Bauform vollst·andig in das Geh·ause des schnurlosen Telefons integriert werden. Dabei bildet das Geh·ause das Antennengegengewicht. Die Antenne ist ausserdem fertigungstechnisch einfach - insbesondere f·ur SMD-Technik - herzustellen, erm·oglicht das Einsparen externer Bauteile und weist bei relativ guter Richtcharakteristik einen verh·altnism·assig hohen Wirkungsgrad auf. Die Hauptabstrahlrichtung ist ca. 30 DEG nach unten bei senkrecht stehendem Ger·at und gleichzeitig guter Rundstrahlcharakteristik.Die erfindungsgem·asse Antenne ist dar·uber hinaus relativ unempfindlich gegen Verstimmen der Antenne durch Handhabung des schnurlosen Telefons.