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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein tragbares elektronisches Gerät und betrifft insbesondere ein tragbares elektronisches Gerät sowie eine Antenne hierfür, wobei das elektronische Gerät die HAC-Anforderungen (insbesondere geregelt durch das Hörgeräte-Kompatibilitätsgesetz von 1988 (The Hearing Aid Compatibility Act of 1988 (HAC Act), offenbart beispielsweise unter http://www.fcc.gov/cgb/consumerfacts/hac_wireless.html, deren gesamter Inhalt hiermit im Wege der Bezugnahme mit beinhaltet sei) bei einem niedrigen SAR-Wert erfüllt (wobei SAR eine Abkürzung für die Spezifische Absorptionsrate ist, bei der es sich um ein Mass für die Rate handelt, mit der Energie vom menschlichen Körper absorbiert wird, wenn dieser einem hochfrequenten (RF) elektromagnetischen Feld ausgesetzt wird).
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Beschreibung des verwandten Standes der Technik
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SAR und HAC sind Kennzahlen, welche das Ausmass des Einflusses von Strahlung auf die menschliche Gesundheit bzw. auf Hörgeräte messen. Ein hoher SAR-Wert, der von einer elektromagnetischen Strahlung resultiert, kann zu gesundheitlichen Problemen bei Menschen führen. Somit müssen Handys SAR-Anforderungen erfülllen (d. h. FCC- und CE-Anforderungen). Handys mit allzu hohen HAC-Werten beeinträchtigen Funktionen von Hörgeräten. Somit müssen 50% der in den Vereinigten Staaten von Herstellern verkauften Handys HAC-Anforderungen erfüllen.
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Um SAR- und HAC-Anforderungen zu erfüllen, werden mehrere herkömmliche Lösungsansätze beim Design von Handys angewendet: (a) die Karten- bzw. Platinen-Endleistung bzw. die Abstrahleffizienz der Antenne wird erhöht, um die Strahlungsenergie zu reduzieren; (b) die elektrische Feldverteilung wird durch Hinzufügen eines metallischen Elements, das einer Antenne entspricht, modifiziert; oder (c) die Antenne wird entfernt zu deren Strahlungs-Störbereich angeordnet (beispielsweise entfernt von einem Verstärker). Die herkömmlichen Lösungsansätze können jedoch die Qualität der Datenkommunikation beeinträchtigen, die Flexibilität beim Design mindern oder die Hardwarekosten erhöhen.
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Der Übersichtsartikel von
WONG K. L., "Planar Antennas for Wireless Communications", New Jersey: John Wiley & Sons, 2003, Kapitel 1, URL: http://media.wiley.com/product_data/excerpt/16/04712661/0471266116.pdf (Datum des links: 24.11.2011) offenbart in der
1.2 verschiedene Geometrien von Dualband-Antennen. Insbesondere ist in der
1.2(c) eine Dualband-Antenne offenbart, bei der ein U-förmige Schlitz auf einem planaren Masseleiter ausgebildet ist. Dieser Schlitz stellt zwar eine eingefasste Öffnung dar. In diese Öffnung erstreckt sich jedoch kein Strahlungselement im Sinne der vorliegenden Anmeldung, wie nachstehend offenbart. Auch die Geometrie der Dualband-Antenne sind anders gestaltet.
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Salonen, P., Keskilammi, M. and Kivikoski, M., "New slot configurations for dualband planar inverted-F antenna", Microwave and Optical Technology Letters, Volume 28, Issue 5, pages 293–298, vom 5. März 2001 offenbart eine ähnliche Geometrie wie in dem Übersichtsartikel von
WONG.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Antenne, insbesondere für tragbare bzw. mobile elektronische Geräte, sowie ein verbessertes tragbares elektronisches Gerät mit einer solchen Antenne bereitzustellen, die bzw. das ohne Weiteres SAR- und HAC-Anforderungen erfüllt.
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Diese Aufgaben werden durch eine Antenne nach Anspruch 1 sowie durch ein tragbares elektronisches Gerät nach Anspruch 5 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Eine ausführliche Beschreibung erfolgt anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
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Die Antenne umfasst ein Abstrahlelement, einen Speiseleiter und einen Messeleiter. Das Abstrahlelement umfasst einen Hauptabschnitt und ein strahlungsgekoppeltes bzw. parasitäres Element. Eine Öffnung ist auf dem Hauptabschnitt ausgebildet und der Hauptabschnitt fasst die Öffnung ein. Das strahlungsgekoppelte bzw. parasitäre Element ist mit dem Hauptabschnitt leitend verbunden und erstreckt sich bis in die Öffnung hinein, wobei das strahlungsgekoppelte bzw. parasitäre Element mit dem Hauptabschnitt an einer Kopplungsstelle verbunden ist. Der Speiseleiter ist mit dem Hauptabschnitt verbunden, wobei ein Signal, das dem Hauptabschnitt über den Speiseleiter zugeführt wird, sich auf dem Hauptabschnitt ausbreitet und die Kopplungsstelle bis zu dem strahlungsgekoppelten bzw. parasitären Element passiert. Der Masseleiter ist mit dem Hauptabschnitt leitend verbunden.
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Die Pfad- bzw. Bahnlänge von dem Speiseleiter zu der Kopplungsstelle beträgt 1/2λ, wobei λ die Wellenlänge des Signals ist.
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Ferner wird ein tragbares elektronisches Gerät mit einer solchen Antenne bereit gestellt, wobei der Speiseleiter und der Masseleiter den Hauptabschnitt (die Antenne) elektrisch leitend mit einer Leiterplatine des Geräts verbinden und die Antenne die Verteilung des elektrischen Felds der Leiterplatine modifiziert.
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Die Antenne des Ausführungsbeispiels der Erfindung modifiziert die Verteilung des elektrischen Felds einer Masse- bzw. Erdungsschicht einer Leiterplatine und reduziert die elektrische Feldstärke um den Verstärker herum, um die HAC- und SAR-Eigenschaften zu verbessern. Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel können die HAC-Eigenschaften bis zum Grad M3 (68,5 V/m) verbessert werden. Außerdem kann die Antenne in der Nähe des Verstärkers eines tragbaren elektronischen Geräts angeordnet werden, ohne die HAC-Eigenschaften des tragbaren elektronischen Geräts negativ zu beeinflussen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung kann man besser durch Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verstehen, worin:
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1A eine Antenne gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt, das einem besseren Verständnis der Erfindung dient, wobei die Antenne ein Signal aussendet;
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1B die Antenne gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der 1A zeigt, die ein zweites Signal aussendet;
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2 den detaillierten Aufbau eines strahlungsgekoppelten bzw. parasitären Elements gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der 1A zeigt;
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3 ein modifiziertes Beispiel des Ausführungsbeispiels nach der 1A zeigt;
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4A ein tragbares elektronisches Gerät zeigt, das die Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt;
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4B die Antenne des Ausführungsbeispiels zeigt, die in der Nähe eines Verstärkers des tragbaren elektronischen Geräts angeordnet ist;
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5A eine Antenne gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, die ein Signal aussendet;
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5B die Antenne gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, die ein zweites Signal aussendet;
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6 den detaillierten Aufbau eines strahlungsgekoppelten bzw. parasitären Elements gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
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7 ein modifiziertes Beispiel des Ausführungsbeispiels nach der 1A zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die nachfolgende Beschreibung stellt die am besten durchdachte Form zum Ausführen der Erfindung dar. Diese Beschreibung erfolgt zum Zwecke der Erläuterung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung und sollte nicht zur Beschränkung herangezogen werden. Der Schutzbereich der Erfindung wird anhand der beigefügten Patentansprüche festgelegt.
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1A zeigt eine Antenne 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, das einem besseren Verständnis der Erfindung dienen soll, wobei die Antenne ein erstes Signal aussendet. Wie in 1A gezeigt, umfasst die Antenne 100 ein Abstrahlelement 110, einen Speiseleiter 120 und einen Masseleiter 130. Das Abstrahlelement 110 umfasst einen Hauptabschnitt 111 und ein strahlungsgekoppeltes bzw. parasitäres Element 112. Eine Öffnung 113 ist auf dem Hauptabschnitt bzw. Körper 111 ausgebildet und der Hauptabschnitt 111 umfasst die Öffnung 113. Das strahlungsgekoppelte bzw. parasitäre Element 112 ist mit dem Hauptabschnitt 111 leitend verbunden und erstreckt sich bis in die Öffnung 113 hinein, wobei das strahlungsgekoppelte bzw. parasitäre Element 112 mit dem Hauptabschnitt 111 an einer Kopplungsstelle 114 leitend verbunden ist. Der Speiseleiter 120 ist mit dem Hauptabschnitt leitend verbunden. Das erste Signal (beispielsweise ein hochfrequentes Signal im Bereich von 1700 MHz bis 3000 MHz), das dem Hauptabschnitt über den Speiseleiter 120 zugeführt wird, durchläuft den Hauptabschnitt 111 entlang eines Resonanzpfads 101, passiert die Kopplungsstelle 114 des strahlungsgekoppelten bzw. parasitären Elements 112 und breitet sich auf dem strahlungsgekoppelten bzw. parasitären Element 112 entlang einem Kopplungspfad 102 aus. Der Erdungsleiter 130 ist mit dem Hauptabschnitt 111 verbunden. Die Pfadlänge von dem Speiseleiter zu der Kopplungsstelle (Pfadlänge des Resonanzpfads 101) beträgt 1/4λ, wobei λ die Wellenlänge des ersten Signals ist.
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Die 1B zeigt die Antenne 100 des Ausführungsbeispiels gemäß der 1A, die ein zweites Signal aussendet. Wie in der 1B gezeigt, breitet sich das zweite Signal (beispielsweise ein niederfrequentes Signal im Bereich von 800 MHz bis 1000 MHz), das dem Hauptabschnitt über den Speiseleiter 120 zugeführt wird, auf dem Hauptabschnitt 111 entlang dem Resonanzpfad 103 aus, welche die Öffnung 113 umschließt.
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Wie in der 2 gezeigt, ist das strahlungsgekoppelte bzw. parasitäre Element 112 im Wesentlichen L-förmig ausgebildet. Das strahlungsgekoppelte bzw. parasitäre Element 112 umfasst einen ersten Abschnitt 1121 und einen zweiten Abschnitt 1122, wobei der erste Abschnitt 1121 mit dem zweiten Abschnitt 1122 verbunden ist, der erste Abschnitt 1121 sich in einer ersten Richtung Y erstreckt, der zweite Abschnitt 1122 sich ein einer zweiten Richtung X erstreckt, die erste Richtung Y senkrecht zu der zweiten Richtung X ist und ein Ende des ersten Abschnitts 1121 mit der Kopplungsstelle 114 verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Leitungsbreite des ersten Abschnitts 1121 größer als die Leitungsbreite des zweiten Abschnitts 1122. Ein Schlitz 115 ist zwischen dem strahlungsgekoppelten bzw. parasitären Element 112 und dem Hauptabschnitt 111 ausgebildet. Das strahlungsgekoppelte bzw. parasitäre Element 112 umfasst außerdem einen abgewinkelten Abschnitt 1123 und der abgewinkelte Abschnitt 1123 ist auf einem freien Ende des zweiten Abschnitts 1122 ausgebildet. Eine Kerbe ist zur Impedanzanpassung auf einer Seite des strahlungsgekoppelten bzw. parasitären Elements 112 ausgebildet.
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Die 3 zeigt ein modifiziertes Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels, wobei die Form des Körpers 111 modifiziert ist und ein Schlitz 117 auf einer Seite des Körpers 111 ausgebildet ist, um den Resonanzpfad 103 zu vergrößern.
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Die 4A zeigt ein tragbares elektronisches Gerät 10, das eine Antenne 100 gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt, wie nachfolgend beschrieben. Das tragbare elektronische Gerät 10 umfasst ein Gehäuse 1 und eine Leiterplatine (gedruckte Leiterplatine) 2. Der Speiseleiter und der Erdungsleiter verbinden den Hauptabschnitt (die Antenne 100) elektrisch leitend mit der Leiterplatine 2. Die Antenne 100 modifiziert eine elektrische Feldverteilung der Leiterplatine 2, um einen HAC-Wert des tragbaren elektronischen Geräts 10 zu verringern. Wie in der 4B gezeigt, kann die Antenne 100 bei einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in der Nähe eines Verstärkers 3 des tragbaren elektronischen Geräts 10 angeordnet sein, ohne eine HAC-Verstärkung des tragbaren elektronischen Geräts 10 negativ zu beeinflussen.
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Die Antenne gemäß der Erfindung modifiziert eine elektrische Feldverteilung auf einer Erdungsschicht der Leiterplatine und verringert die Stärke des elektrischen Felds um den Verstärker herum, um die HAC- und SAR-Eigenschaften zu verbessern. Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung können die HAC-Werte auf einen Wert M3 (68,5 V/m) verbessert werden. Außerdem kann die Antenne in der Nähe des Verstärkers des tragbaren elektronischen Geräts angeordnet werden, ohne die HAC-Verstärkung des tragbaren elektronischen Geräts negativ zu beeinflussen.
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Die 5A zeigt eine Antenne 100' gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die ein erstes Signal aussendet. Wie in 5A gezeigt, umfasst die Antenne 100' ein Abstrahlelement 110', einen Speiseleiter 120 und einen Masseleiter 130. Das Abstrahlelement 110' umfasst einen Hauptabschnitt 111 und ein strahlungsgekoppeltes bzw. parasitäres Element 112. Eine Öffnung 113 ist auf dem Hauptabschnitt 111 ausgebildet und der Hauptabschnitt 111 fasst die Öffnung 113 ein. Das strahlungsgekoppelte bzw. parasitäre Element 112' ist mit dem Hauptabschnitt 111 verbunden und erstreckt sich bis in die Öffnung 113 hinein, wobei das strahlungsgekoppelte bzw. parasitäre Element 112' mit dem Hauptabschnitt 111 an einer Kopplungsstelle 114' verbunden ist. Der Speiseleiter 120 ist mit dem Hauptabschnitt leitend verbunden. Das erste Signal (ein hochfrequentes Signal), das dem Hauptabschnitt über den Speiseleiter 120 zugeführt wird, durchläuft den Hauptabschnitt 111 entlang einem Resonanzpfad 101', passiert die Kopplungsstelle 114' des strahlungsgekoppelten bzw. parasitären Elements 112' und breitet sich auf dem strahlungsgekoppelten bzw. parasitären Element 112' entlang einem Kopplungspfad 102' aus. Der Erdungsleiter 130 ist mit dem Hauptabschnitt 111 leitend verbunden. Die Pfadlänge von dem Speiseleiter 120 zu der Kopplungsstelle 114' (Pfadlänge des Resonanzpfads 101') beträgt 1/2λ, wobei λ die Wellenlänge des ersten Signals ist.
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Die 5B zeigt die Antenne 100' gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die ein zweites Signal aussendet. Wie in der 5B gezeigt, breitet sich das zweite Signal (ein niederfrequentes Signal), das dem Hauptabschnitt über den Speiseleiter 120 zugeführt wird, auf dem Hauptabschnitt 111 entlang einem Resonanzpfad 103' aus, welche die Öffnung 113 umschließt.
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Wie in der 6 gezeigt, ist das strahlungsgekoppelte bzw. parasitäre Element 112', ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, im Wesentlichen L-förmig ausgebildet. Das strahlungsgekoppelte bzw. parasitäre Element 112' umfasst einen ersten Abschnitt 1121' und einen zweiten Abschnitt 1122', wobei der erste Abschnitt 1121' mit dem zweiten Abschnitt 1122' leitend verbunden ist, der erste Abschnitt 1121' sich in einer ersten Richtung Y' erstreckt, der zweite Abschnitt 1122' sich in einer zweiten Richtung X' erstreckt, die erste Richtung Y' senkrecht zu der zweiten Richtung X' ist und ein Ende des ersten Abschnitts 1121' mit der Kopplungsstelle' 114 leitend verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Leitungsbreite des ersten Abschnitts 1121' größer als die Leitungsbreite des zweiten Abschnitts 1122'. Ein Schlitz 115' ist zwischen dem strahlungsgekoppelten bzw. parasitären Element 112' und dem Hauptabschnitt 111 ausgebildet. Eine Kerbe 116' ist zur Impedanzanpassung auf einer Seite des strahlungsgekoppelten bzw. parasitären Elements 112' ausgebildet.
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Die 7 zeigt ein modifiziertes Beispiel für das Ausführungsbeispiel gemäß der 5A, wobei die Form des Körpers 111 modifiziert ist und ein Schlitz 118 und ein Schlitz 119 auf einer Seite des Körpers 111 ausgebildet sind, um den Resonanzpfad 103' zu vergrößern bzw. zu verbessern.
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Die Impedanzanpassung und Bandbreite der erfindungsgemäßen Antenne können durch Ändern der Formen des Körpers, der Öffnung des strahlungsgekoppelten bzw. parasitären Elements modifiziert werden. Die Pfadlänge von dem Speiseleiter zu der Kopplungsstelle kann im Bereich von 1/2λ bis 1/4λ liegen.
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Wenngleich die Erfindung in beispielhafter Weise und anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr soll diese zahlreiche Modifikationen und ähnliche Anordnungen mit abdecken (wie diese dem Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich sein werden). Deshalb soll dem Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche die breitestmögliche Auslegung zugrunde gelegt werden, sodass diese sämtliche solche Modifikationen und ähnliche Anordnungen mit umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Hörgeräte-Kompatibilitätsgesetz von 1988 (The Hearing Aid Compatibility Act of 1988 (HAC Act), offenbart beispielsweise unter http://www.fcc.gov/cgb/consumerfacts/hac_wireless.html [0001]
- WONG K. L., ”Planar Antennas for Wireless Communications”, New Jersey: John Wiley & Sons, 2003, Kapitel 1, URL: http://media.wiley.com/product_data/excerpt/16/04712661/0471266116.pdf (Datum des links: 24.11.2011) [0004]
- Salonen, P., Keskilammi, M. and Kivikoski, M., ”New slot configurations for dualband planar inverted-F antenna”, Microwave and Optical Technology Letters, Volume 28, Issue 5, pages 293–298, vom 5. März 2001 [0005]
- WONG [0005]