DE10037472A1

DE10037472A1 - Antenne, Verfahren zur Herstellung und Verfahren zur Montage

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Publication number: DE10037472A1
Application number: DE10037472A
Authority: DE
Inventors: Gerd Kohler; Michael Schreiber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2002-03-07
Anticipated expiration: 2020-08-02
Also published as: EP1305848A1; DE10037472C2; WO2002011241A1; JP2004505585A; CN1446388A; US6762732B2; US20030112189A1

Abstract

Es wird eine Helixantenne beschrieben, die durch Draht in einem Wickel- bzw. Windeprozess realisiert wird und aus einem Helixteil und einem Kontaktierteil besteht. Die Federeigenschaften des Kontaktierteiles ermöglichen bei der Montage und Fixierung an einem Mobilfunkgehäuse vorteilhafte Kontaktierungsmöglichkeiten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenne, insbesondere für Mobil funkgeräte, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung und Ver fahren zum Einbau bis zur Endmontage.

Bekannte Mobilfunkantennen sind beispielsweise integrierte Antennen, die der Gehäuse-Innenwand eines Mobilfunkgerätes angepasst sind und somit nach außen optisch nicht in Erschei nung treten. Diese relativ kostenintensiv herzustellenden in tegrierten Antennen weisen den Nachteil auf, dass ihr Sende- Empfangs-Wirkungsgrad zumeist schlechter ist als der der He lixantenne, insbesondere dann, wenn das Volumen der integ rierten Antenne eingeschränkt ist. Dies bewirkt bei gleicher Akkumulatorkapazität eine Reduzierung der Betriebszeit zwi schen zwei Ladevorgängen bzw. erfordert bei gleicher Be triebszeit entsprechend mehr Akkumulatorkapazität. Ebenso kann eine Verbindung zur Basisstation vorzeitig abreißen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass integrierte Antennen bei extremen Anforderungen an die Bandbreite als integrierte Antennen nicht realisierbar sind.

Weiterhin sind Mobilfunkantennen in Form von sogenannten He lixantennen bekannt. Diese Antennen sind im Wesentlichen aus Draht hergestellt und bestehen aus einem schraubenlinienför mig gewendelten Sende- und Empfangsteil, dem Helixteil, und einem Kontaktierungsteil, das zur Übertragung der Sende- /Empfangsenergie mit einer Flachbaugruppe des Mobilfunkgerä tes gekoppelt ist. Diese Antennen sind zumeist in einem Ge häuse (Antennenstummel) untergebracht, welches aus dem Gehäu se des Mobilfunktelefons herausragt.

Nachteile der beschriebenen Helixantennen sind:
Die Herstellung ist günstiger als die von integrierten Anten nen, bleibt jedoch ebenfalls kostenintensiv. Das Ausformen der Kontaktierungsteile erfolgt bisher durch mehrfaches räum liches Biegen des Drahtes. Darüber hinaus ist die automati sierte Zufuhr der Helixantennen zur Montage des Mobilfunktei les erschwert, da die Antennen im Schüttgut zum Verhaken nei gen. Somit sind sie nur schwierig oder gar nicht automati siert zu vereinzeln und somit einfach weiteren Montageschrit ten zuzuführen. Bei einer vereinzelten Helixantenne ergibt sich aufgrund der vielfachen möglichen stabilen Lagepositio nen im Stand der Technik ein besonderer Aufwand, die Antenne in die eine geforderte Lage zu bringen, aus der heraus sie von einem Montagegreifer aufgenommen und einem Fügeprozess zugeführt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Antenne bereitzustellen, die innerhalb von Montageverfahren leicht zu handhaben ist.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die Merkmalskombi nation der Ansprüche 1, 5, 7.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist eine Helixan tenne, die ausschließlich oder überwiegend durch einen Wi ckel- und/oder Windeprozess hergestellt wird. Eine derartige Antenne ist beispielsweise in der Fig. 1 dargestellt. Derar tige Wickelprozesse werden in der Zugfedernherstellung ver wendet. Dabei wird anstelle von Ösen an den Enden der Schrau benfeder gemäß Fig. 1, am unteren Ende des Kontaktierteiles, ein ausgeformtes Ende durch Wickeln oder Winden hergestellt. Eine derartig hergestellte Antenne vereint mehrere im Folgen den genannte Vorteile.

Ein Vorteil einer oben beschriebenen Antenne besteht darin, dass aufgrund des angewickelten Abschlussringes am oberen En de der Helix vorteilhafte Sende- und Empfangseigenschaften erzielt werden und die Antenne nicht mehr in eine definierte Drehlage zur Montage gebracht werden muss. Die Kontaktierung der erfindungsgemäßen Antenne mit einer Leiterplatte bzw. Flachbaugruppe kann als eine Druckkontaktierung entsprechend Fig. 2 ausgeführt werden.

Eine beschriebene Antenne benötigt keine zusätzlichen Hilfs teile, wie beispielsweise eine Antennenfeder, so dass die Handhabung und die Kosten optimiert werden.

Der Vorteil der Druckkontaktierung mit dem gewendelten Kon taktierungsteil der erfindungsgemäßen Antenne liegt auch hier darin, dass die Drehlagenorientierung bei der Montage nicht erforderlich ist. Weiterhin kann durch entsprechende Ausle gung des Drahtdurchmessers, des Windungsdurchmessers und der Anzahl der dicht aufeinander angeordneten Windungen leicht jede gewünschte Federsteifigkeit an der Antenne hergestellt werden. Trotz Form- und Lagetoleranz der zu kontaktierenden Partner kann die erforderliche Druckkontaktierung leicht und dauerhaft erzielt werden.

Ein wesentliches Merkmal des durch Windungstechnik herge stellten Kontaktierteiles der Antenne besteht darin, dass die Windungen auch im kontaktierten Zustand direkten elektrischen Kontakt zueinander haben, wie es in den Fig. 1 bis 4 dar gestellt ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Windungen so hergestellt werden, dass sie mit einer Vorspannung anein ander anliegen. Dies sollte gewährleistet sein, da ansonsten die Sende- und Empfangsqualität der Antenne abnehmen kann.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Antennenform ist, dass die Antenne von einem Wickelautomaten direkt in Kunst stoffschläuche gefördert werden kann, die zum einen Beschädi gungen, beispielsweise beim Transport als Schüttgut, verhin dern und zum anderen die Antennenlage richtig einem Montage automaten anbieten. Dadurch können beispielsweise bei Monta geautomaten übliche Vibrationswendelförderer eingespart wer den.

Im Folgenden werden anhand von schematischen Figuren Ausfüh rungsbeispiele beschrieben:

Fig. 1 und 2 zeigen Antennen gleichen inneren Aufbaus mit dem Beispiel einer Druckkontaktierung in Fig. 2,

Fig. 3 und 4 weisen eine Variante der Ausgestaltung des Kontaktierteiles auf, wobei unterschiedliche Feder wirkungen realisiert sind,

Fig. 5 und 6 sind ebenfalls weitestgehend baugleich, wobei eine Druckkontaktierung axial durch Andrücken eines Kontaktierfleckes geschieht und die anfänglich beabstandeten Windungen im Kontaktierteil zusammenge drückt werden,

Fig. 7 stellt eine Explosionszeichnung einer Antenne mit zu gehörigem gedeckelten Gehäuse dar, wobei die zweiten Schnapphaken (2) zur Verriegelung in einem Mobilfunkgehäuse dienen,

Fig. 8A und 8B stellen den Stand der Technik dar.

Der in den Fig. 8A und 8B dargestellte Stand der Technik umfasst eine Technik mit einem Sende-/Empfangsteil (15) und einem Kontaktierteil (6). Das Kontaktierteil (6) unterschei det sich deutlich von einem rotationssymmetrischen Teil, das bei ebener Auflage irgend eine Stellung einnehmen würde. Vielmehr ist die Lage eines Bauteiles nach dem Stand der Technik durch die asymmetrische Ausformung des Kontaktiertei les (6) festgelegt und erbringt die beschriebenen Schwierig keiten bei der Zuführung zu einem Montageprozess und bei der Aufnahme durch ein Handhabungsgerät.

Bei Mobilfunkgeräten gibt es zum einen sogenannte Helix- Antennen, d. h. die Antenne (Material vorzugsweise Draht) besteht aus einem schraubenlinienförmig gewendelten "Sende- und Empfangs-Teil" (Helixteil) und einem Kontaktierungsteil, mit dem die Sende-/Empfangsenergie von der bzw. auf die Flachbau gruppe geleitet wird.

Diese Antennen sind zumeist in einem Gehäuse (Antennenstum mel) untergebracht das aus dem Gehäuse des Mobilfunktelefons herausragt.

Daneben gibt es sog. Integrierte Antennen, die der Mobilfunk telefongehäusewandinnenseite angepasst sind und somit nach außen optisch nicht in Erscheinung treten. Diese relativ kos tenintensiv herzustellenden integrierten Antennen weisen au ßerdem den Nachteil auf, dass ihr Sende-/Empfangswirkungsgrad zumeist schlechter ist als der der Helixantennen, insbesonde re dann, wenn das Volumen der integrierten Antenne einge schränkt ist. Dies bewirkt bei gleicher Akkumulatorkapazität eine Reduzierung der Betriebszeit zwischen 2 Ladevorgängen bzw. erfordert bei gleicher Betriebszeit entsprechend mehr Akkumulatorkapazität. Ebenso kann eine Verbindung zur Basis station vorzeitig abreißen.

Ebenso besteht die Möglichkeit, dass integrierte Antennen bei extremen Bandbreitenanforderungen gar nicht realisierbar sind.

Nachteile der oben beschriebenen Helixantennen sind:
Die Herstellung ist ebenfalls kostenintensiv (aber nicht so sehr wie bei integrierten Antennen), da das Ausformen des Kontaktierungsteils nur durch mehrfaches räumliches Biegen des Drahtes realisiert werden kann.

Die automatisierte Zufuhr der Helixantennen z. B. zur Montage des Mobilfunktelefons wird dadurch erschwert, dass die Anten nen im Schüttgut zum Verhaken neigen, somit nur schwierig o der gar nicht automatisiert vereinzelt werden können.

Bei einer vereinzelten Helixantenne ergibt sich aufgrund der vielfachen möglichen stabilen Lagepositionen ein weiterer Aufwand, die Antenne in die eine geforderte Lage zu bringen, aus der heraus sie der Greifer, z. B. eines Handhabungsgerätes ergreifen und schließlich in das Mobilfunkgerät fügen kann.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Helixantenne z. B. für Mobilfunktelefone bereitzustellen die

1. kostengünstig herzustellen ist
2. im Schüttgut nicht zum Verhaken neigt und somit leicht zu vereinzeln ist
3. einen hohen Symmetriegrad aufweist und damit leicht zu ordnen und auch zu fügen/montieren ist

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist eine Helixan tenne, die ausschließlich oder überwiegend durch einen Wi ckel/Windeprozess hergestellt wird. (Herstellkosten ca. 1/4 bis 1/6 der bisherigen Helixantenne) (Fig. 1)

Derartige Wickelprozesse sind durch die Zugfedernherstellung bekannt, bei der anstelle von Ösen an den Federenden gemäß Fig. 1 (Kontaktierungsteil unteres Ende) ausgeformte Enden durch Wickeln/Winden herstellt werden. Eine so hergestellte Feder weist ebenfalls die oben genannten Vorteile 1 bis 3 auf.

Ein weiterer Vorteil einer so hergestellten Antenne ist, dass aufgrund des angewickelten Abschlussrings am oberen Ende der Helix vorteilhafte Sende- und Empfangseigenschaften erzielt werden und die Antenne nicht mehr in eine optimale Drehlage gebracht werden muss.

Die Kontaktierung der erfindungsgemäßen Antenne mit der Lei terplatte/Flachbaugruppe ist eine Druckkontaktierung gemäß Fig. 2.

Der Vorteil der Druckkontaktierung mit dem gewendelten Kon taktierungsteil der erfindungsgemäßen Antenne ist, dass auch hier keine Drehlagenorientierung bei der Montage erforderlich ist, dass durch Drahtdurchmesser, Windungsdurchmesser und An zahl der dicht aufeinandergewickelten Windungen leicht jede gewünschte "Federsteifigkeit" hergestellt werden kann und so mit trotz Form- und Lagetoleranz der zu kontaktierenden Part ner der erforderliche Kontaktierungsdruck leicht und dauer haft erzielt wird.

Wesentliches Merkmal des durch Windungstechnik hergestellten Kontaktierungsteils der Antenne ist, dass die Windungen, auch im kontaktierten Zustand, direkten elektrischen Kontakt zu einander haben (gilt exakt nur für Fig. 1 bis 4).

Dies wird dadurch erreicht, dass die Windungen so hergestellt werden, dass sie mit Vorspannung aneinander anliegen..

Wird dies nicht gewährleistet, so kann die Sende- und Emp fangsqualität der Antenne abnehmen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Antennenform ist, dass die Antenne vom Wickelautomaten direkt in Kunststoff schläuche gefördert werden kann, die zum einen Beschädigungen z. B. beim Transport als Schüttgut verhindern und zum anderen die Antennen lagerichtig einem Montageautomaten anbieten kön nen. Dadurch können z. B. bei Montageautomaten übliche Vibra tionswendelförderer eingespart werden.

Vormontage der Antenne (Fig. 7)

In das lagerichtig bereitgestellte Gehäuse Fig. 7 (Längsachse senkrecht, große Gehäuseöffnung nach oben) wird die Helixantenne mit dem Kontaktierteil voran in die Öffnung des Gehäuses gefügt. Der Kontaktierteil wird im konischen Teil des Gehäuses zentriert und sitzt zunächst auf den Schnapphaken 1 auf.

Durch weiteres drücken, z. B. mit einem abgesetzten zylindri schen Stift als Werkzeug, werden die Schnapphaken 1 über drückt bis die Endposition der Helixantenne im Gehäuse er reicht wird. Durch den abgesetzten Stift wird erreicht, dass die Eindrückkraft nicht auf das elastische Helixteil ein wirkt, sondern nur auf den drucksteifen Teil des Kontaktier teils.

In einer weiteren Ausführung werden die Schnapphaken 1 vor dem Fügen der Antenne so weit geöffnet, dass die Antenne z. B. durch die Schwerkraft in ihre Endposition gelangt. Dann wer den die Schnapphaken 1 freigegeben und fixieren somit die An tenne im Gehäuse.

Die Vormontage der Antenne wird durch Schließen des Gehäuses mit dem Deckel abgeschlossen. Dabei begrenzt der Zentrier stift in der Mitte des Deckels den Bewegungsbereich der He lix, ohne sie selbst zu berühren. Dadurch wird erreicht, dass im Fall von stoßartiger Belastung die Schwingungen der Helix begrenzt sind und rasch abklingen. Der Deckel selbst wird vorzugsweise durch eine Schnappverbindung mit dem Gehäuse verbunden.

Die Druckkontaktierung der Antenne

Die vormontierte Antenne (Antenne im Gehäuse, Deckel auf dem Gehäuse) wird in das Mobilfunktelefongehäuse gefügt und ras tet mit den Schnapphaken 2 ein.

Danach wird die Leiterplatte senkrecht zur Antennenlängsachse in das Mobilfunktelefongehäuse gefügt und z. B. über Schnapp haken verrastet. Dabei trifft der Kontaktierfleck auf das un tere Ende des Kontaktierteils, wobei der nötige Kontaktier druck durch das zur Seite biegen des Kontaktierteils erzeugt wird (Fig. 2).

Durch die unterschiedliche Ausgestaltung des Kontaktierteils (Fig. 3 und Fig. 4) kann die Federrate des Kontaktierteils vorteilhaft gestaltet werden.

Ein weiteres Prinzip des Druckkontaktierens ist in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt.

Fig. 5 zeigt die vormontierte Antenne und den Kontaktier fleck der Leiterplatte.

Der nötige Kontaktierdruck wird durch die als Druckfeder aus gebildeten letzten unteren Windungen des Kontaktierteils er zeugt. Im nicht kontaktierten Zustand haben diese den Win dungsabstand 1.

Durch eindrücken und einrasten der Antenne in das Mobilfunk antennengehäuse gemäß Fig. 6 werden diese Windungen auf ei nen Windungsabstand 2 zusammengedrückt und erzeugen somit den Kontaktierdruck.

Fig. 7 zeigt die einzelnen Bestandteile der Antenne.

Bezugszeichenliste

1

Erste Schnapphaken

2

Zweite Schnapphaken

3

Gehäuse

4

Deckel

5

Helixteil

6

Kontaktierteil

7

Zentrierstift

8

Leiterplatte

9

Kontaktierfleck

10

Fügerichtung

11

Fügerichtung

12

Erster Windungsabstand

13

Zweiter Windungsabstand

14

Kontaktierfleck

15

Sende-/Empfangsteil

16

Oberer Abschlussring

17

Unterer Abschlussring

Claims

1. Antenne insbesondere für mobile Funkgeräte bestehend aus einem aus Draht gewickelten und/oder gewendelten zylinderför migen Körper, bei dem auf einer gemeinsamen Achse ein Helix teil (5) mit im Wesentlichen nicht aneinander liegenden Drahtwindungen und ein Kontaktierteil (6) einstöckig hinter einander angeordnet und am äußeren Umriss bezogen auf die Achse rotationssymmetrisch ausgebildet sind.

2. Antenne nach Anspruch 1, bei der das Kontaktierteil (6) aus unter Vorspannung stehenden aneinander liegenden Draht windungen besteht.

3. Antenne nach Anspruch 1, bei der die Windungen des Kontak tierteiles (6) durch eine äußere axiale Kraft zur Darstellung einer Kontaktierung vorgespannt sind und aneinander anliegen.

4. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der am Ende des Helixteiles (5) oder am Ende des Kontaktierteiles (6) oder an beiden Enden ein angewickelter bzw. angewendelter Abschlussring (16), (17) vorhanden ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Antenne nach einem der An sprüche 1 bis 4, bei dem eine Antenne bestehend aus einem He lixteil (5) unter einem Kontaktierteil (6) durch einen Wi ckel- und/oder Windeprozess hergestellt wird und zur automa tischen Handhabung in ihrer äußeren Form rotationssymmetrisch ausgebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Antenne bei der Herstellung von einem Wickelautomaten zur Herstellung einer Schutzhülle direkt in einem Kunststoffschlauch befördert wird.

7. Verfahren zum Einbau einer Antenne nach einem der Ansprü che 1 bis 4 in ein im Inneren im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildetes Gehäuse (3), bei dem die Antenne mit dem Kontaktierteil (6) voran in eine obere abgedeckelte Öff nung des Gehäuses (3) gefügt wird und das Kontaktierteil (6) in einem konischen Teil des Gehäuses (3) zentriert wird und der Kontaktierteil (6) entweder
auf ersten Schnapphaken (1) aufsitzt, so dass durch weite res Andrücken der Antenne die ersten Schnapphaken (1) über drückt werden und die Antenne im Gehäuse (3) ihre Endposition bei arretiertem Schnapphaken (1) einnimmt, oder
die erste Schnapphaken (1) vor dem Fügen der Antenne derart geöffnet werden, dass die Antenne durch die Schwerkraft im senkrecht stehenden Gehäuse in ihre Position gelangt, worauf hin die vorher geöffneten Schnapphaken (1) freigegeben werden und die Antenne im Gehäuse fixieren,
wobei das Gehäuse 3 anschließend mit dem Deckel (4) ver schlossen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem zum Überdrücken der ersten Schnapphaken (1) ein zylindrischer Stift als Werkzeug eingesetzt wird, der durch den Helixteil (5) hindurch direkt auf das Kontaktierteil (6) wirkt.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem ein mittig am Deckel angeordneter Zentrierstift den Bewegungsbereich des Helixteiles (5) begrenzt ohne in Ruhestellung dieses zu be rühren.

10. Verfahren zum Einbau einer Antenne nach einem der Ansprü che 1 bis 4, in ein Mobilfunkgerät, bei dem die in einem Ge häuse (3) vormontierte Antenne in das Mobilfunkgehäuse gefügt wird, das Gehäuse (3) über zweite Schnapphaken (2) im Mobil funkgehäuse einrastet und gleichzeitig ein Anschlussfleck ei ner Leiterplatte derart an dem Kontaktierteil (6) anliegt, dass durch die vom Kontaktierteil (6) aufgebrachte Federkraft eine Druckkontaktierung zwischen dem Kontaktierfleck (9), (14) vorliegt.