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Die Erfindung betrifft einen Antennenkoppler zum Testen von
Sendern und/oder Empfängern, insbesondere von Mobiltelefonen
oder Geräten, die nach dem Blue-Tooth-Standard arbeiten.
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Aus der DE 197 32 639 C1 ist ein Antennenkoppler zum Testen
von Mobiltelefonen bekannt. Bei dem bekannten
Antennenkoppler ist ein Aufnahmeelement für ein Mobiltelefon
auf einer Leiterplatte befestigt. Auf der Leiterplatte ist
in Streifenleitertechnik eine Stabantenne ausgebildet, die
insbesondere als Dipol-Antenne wirkt. Eine wesentliche
Eigenschaft des Antennenkopplers ist der Kopplungsfaktor,
welcher das Verhältnis der empfangenen Leistung in Bezug auf
die abgestrahlte Gesamtleistung angibt. Da die bekannte
Anordnung äußerst sensibel auf Lageänderungen der Antenne
des Mobiltelefons reagiert, ist der Kopplungsfaktor für
jeden an dem Aufnahmeelement fixierte Typ von Mobiltelefon
unterschiedlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Antennenkoppler zu
schaffen, der gegenüber Lageänderungen der Antenne des
Senders und/oder Empfängers unabhängig ist und der sich
aufgrund eines einheitlichen Kopplungsfaktors zum Testen von
verschiedensten Sender und/oder Empfängern eignet.
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Die Aufgabe wird durch einen Antennenkoppler mit dem
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Erfindungsgemäß ist das Antennenelement als räumlich im
wesentlichen geschlossene Schleife ausgebildet. Dadurch wird
neben der elektrischen Komponente des von dem Mobiltelefon
abgestrahlten Feldes auch die magnetische Komponente erfaßt.
Umgekehrt wird auch die Übertragung zu dem Mobiltelefon
verbessert. Der Begriff Mobiltelefon wird hier und im
Folgenden als ein möglicher Anwendungsfall behandelt.
Anstelle des Mobiltelefons eignet sich die Erfindung auch
für beliebige andere Sender und/oder Empfänger, z. B.
solche, die nach dem Blue-Tooth-Prinzip arbeiten. Dadurch
ist der Kopplungsfaktor des erfindungsgemäßen
Antennenkopplers weitgehend unabhängig von der genauen
Positionierung des Mobiltelefons relativ zu dem
Antennenelement. Daher kann auch ein Mobiltelefon getestet
werden, bei dem zumindest von außen die genaue Position der
Antenne nicht bekannt ist, ohne daß besondere Anpassungen
hinsichtlich der räumlichen Orientierung und Lage
erforderlich sind.
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Vorteilhaft ist es, daß die Schleife im wesentlichen in
einer Ebenen angeordnet ist, die parallel zu einer
Reflektorplatte orientiert ist. Dadurch wird das Vor-
/Rückwärtsverhältnis des Antennenkopplers entscheidend
verbessert.
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Vorteilhaft ist es ferner, daß ein weiteres Antennenelement
vorgesehen ist, das so ausgebildet ist, daß es zur
Übertragung der gleichen Frequenz wie das eine
Antennenelement geeignet ist, und daß der Einspeispunkt des
weiteren Antennenelement gegenüber dem Einspeispunkt des
einen Antennenelements zumindest im wesentlichen um 90°
versetzt angeordnet ist. Dadurch kann der Antennenkoppler
über die eine Antenne empfangen und gleichzeitig über die
andere Antenne senden, wobei eine maximale Phasenentkopplung
erreicht wird, um gegenseitige Beeinflussungen zu vermeiden.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines
Antennenkopplers in einer Draufsicht;
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Fig. 2 einen Schnitt entlang der in Fig. 1 mit II
bezeichneten Schnittlinie;
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Fig. 3 eine schematische Ansicht des Antennenelements
zusammen mit einer Meßanordnung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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Fig. 4 eine schematische Ansicht zweier Antennenelemente
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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Fig. 5 eine schematische Darstellung zweier
Antennenelemente gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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Fig. 6 den Aufbau einer Frequenzweiche, die zwischen zwei
Antennenelementen und eine Meßanordnung gemäß dem
dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung
geschaltet sein kann.
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Fig. 1 zeigt einen Antennenkoppler 1 nach einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht. Der
Antennenkoppler 1 dient zum Testen von einem Mobiltelefon 2.
Hierzu wird das Mobiltelefon 2 mittels eines auf einer
Reflektorplatte 3 befestigten Aufnahmeelements 4 des
Antennenkopplers über einem Antennenelement 5 positioniert.
Durch das Aufnahmeelement 4 wird dabei eine definierte
Position vorgegeben und eine Verschiebung des Mobiltelefons
2 während der durchgeführten Messungen verhindert. Zur
sicheren Befestigung des Mobiltelefons 2 umfaßt das
Aufnahmeelement 4 hierzu insbesondere mehrere
Arretierelemente 6.
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Die Antenne 7 des Mobiltelefons 2, die im Inneren des
Mobiltelefons 2 als unterbrochene Linie dargestellt ist, ist
durch die Befestigung oberhalb des Antennenelements 5
angeordnet. Da die genaue Position der Antenne 7 von außen
nicht ohne weiteres beurteilt werden kann, ist auch eine
exakt zentrierte Anordnung der Antenne 7 über dem
Antennenelement 5 nur schwer, d. h. nur mittels eines
aufwendigen Abgleichs, möglich. Erschwert wird die
Situation, wenn Mobiltelefone 2 verwendet werden, bei denen
die Antenne 7 vollständig innerhalb des Gehäuses 8 des
Mobiltelefons 2 untergebracht ist. Außerdem ist es
umständlich, wenn für verschiedene Mobiltelefone 2 eine
präzise räumlich Justage durchgeführt werden muß zumal dann
das Aufnahmeelement 4 verschiebbar sein müßte. Die
vorliegende Erfindung vermeidet die genannten Probleme,
indem der Kopplungsfaktor zwischen dem Antennenelement 5 und
der Antenne 7 weitgehend unabhängig von der genauen
geometrischen Anordnung der Antenne 7 des Mobiltelefons 2
relativ zu dem Antennenelement 5 ist.
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Das Antennenelement 5 weist einen in der Fig. 1 unterbrochen
dargestellten Innenleiter 9 und einen den Innenleiter 5
umgebenden Außenleiter 10 auf, wobei der Außenleiter 10 den
Innenleiter 9 abschirmt. Zwischen den beiden Leitern 9, 10
kann ein Dielektrikum vorgesehen sein. Vorzugsweise
umschließt der Außenleiter 10 den Innenleiter 9 umfänglich
in Form einer zylindermantelförmigen Abschirmung. Das
Antennenelement 5 ist als räumlich im wesentlichen
geschlossene Schleife ausgebildet, wobei zwischen dem einen
Einspeisepunkt 11 und dem einen Ende 12 des Antennenelements
5 ein möglichst geringer Abstand besteht. An dem Ende 12 des
Antennenelements 5 ist der Innenleiter 9 aus dem Außenleiter
10 herausgeführt. Der herausgeführte Innenleiter 9 wird im
Bereich 13 des Einspeisepunktes 11 auf den Außenleiter 10
geführt, um einen elektrischen Kontakt zwischen den beiden
herzustellen. Der Bereich 13 befindet sich vorzugsweise in
der Nähe des Einspeisepunkts 11.
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Das Antennenelement 5 ist in einer Ebenen 14 angeordnet, die
in der Fig. 2 dargestellt ist. Hierzu werden z. B. aus
Teflon bestehende Halter 15 verwendet, die das
Antennenelement 5 gegenüber dem Einspeispunkt 11 halten.
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Da das als geschlossene Schleife ausgebildete
Antennenelement 5 sowohl die in y-Richtung orientierte
elektrische Komponente als auch die senkrecht zur Ebene 14
orientierte magnetische Komponente des von der Antenne 7
abgestrahlten elektrischen Feldes mißt, besteht eine
weitgehende Unabhängigkeit in x- und y-Richtung bei der
Positionierung des Mobiltelefons 2 bzw. der Antenne 7 des
Mobiltelefons 2. Dies gilt entsprechend auch für Übertragung
von dem Antennenelement 5 zur Antenne 7 des Mobiltelefons 2.
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Der Umfang des in der Fig. 1 kreisringförmig angeordneten
Antennenelements 5 entspricht im wesentlichen der mittleren
Wellenlänge λ, die von dem Antennenelement 5 abgestrahlt
bzw. empfangen wird, um eine vorteilhafte Abstrahl- und
Empfangscharakteristik zu erreichen. Durch die Montage des
Antennenelements 5 über der als Reflektor ausgebildeten
Reflektorplatte 3 ergibt sich außerdem ein ausgezeichnetes
Vor-/Rückwärtsverhältnis. Die Anordnung besteht aus
insgesamt vier Dipolen, wobei die halbe Schleife an dem
Einspeisepunkt einen ersten λ/2-Dipol und die halbe Schleife
gegenüber dem Einspeisepunkt einen zweiten λ/2-Dipol
darstellt und zwei weitere λ/2-Dipole durch die
Reflektorplatte 3 virtuell gespiegelt werden.
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Dem in der Fig. 2 dargestellten Schnitt entlang der in Fig.
1 mit II bezeichneten Schnittlinie kann außerdem die Höhe H,
in der das Antennenelement 5 über der Reflektorplatte 3
angeordnet ist, entnommen werden. Dabei ist die Höhe H
gleich einem Achtel der Wellenlände λ, auf die das
Antennenelement 5 abgestimmt ist. Für eine Mittenfrequenz
von 2,45 GHz ergibt sich somit eine abgewickelte Länge des
Antennenelements 5 von ca. 12 cm und eine Höhe H von ca. 1,5 cm.
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Durch das erreicht homogene Feldverhalten in z-Richtung ist
somit auch eine z. B. baulich bedingte Höhenvariation der
Antenne 7 für den erzielten Kopplungsfaktor weitgehendst
ohne Einfluß.
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Fig. 3 zeigt einen Antennenkoppler zusammen mit einer
Meßanordnung in einer Prinzipdarstellung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel. Das zu einer im wesentlichen
geschlossenen kreisringförmigen Schleife gebogene
Antennenelement 5 weist den Außenleiter 10 und den
Innenleiter 9 auf, zwischen denen ein Dielektrikum 16vorgesehen ist. Am Ende 12 des Antennenelements 5 ist der
Innenleiter 9 auf den dem Einspeisepunkt 11 am nächsten
liegenden Abschnitt 17 des Außenleiters 10 geführt, um einen
elektrischen Kontakt zwischen diesen herzustellen. Über das
Verbindungsstück 18 wird das Antennenelement 5 mit einem
Meßgerät 19 verbunden, wobei das Verbindungsstück 18, wie in
der Fig. 2 gezeigt, das Antennenelement 5 im Bereich des
Einspeisepunktes 11 gegenüber der Reflektorplatte 3
abstützt.
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Fig. 4 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines zweiten
Ausführungsbeispiels der Erfindung. Übereinstimmende
Elemente sind in dieser und in allen anderen Figuren mit
übereinstimmenden Bezugszeichen gekennzeichnet, wodurch sich
eine wiederholende Beschreibung erübrigt.
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Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein erstes
Antennenelement 5 vorgesehen, daß dem Antennenelement 5 des
ersten Ausführungsbeispiels entspricht. Außerdem ist ein
zweites Antennenelement 25 vorgesehen, das prinzipiell den
gleichen Aufbau wie das erste Antennenelement 5 hat. Das
zweite Antennenelement 25 weist daher einen Außenleiter 26,
einen Innenleiter 27 und ein offenes Ende 28 auf.
Entsprechend dem Antennenelement 5 ist der Innenleiter 27 im
Bereich des Einspeisepunktes 29 des Antennenelements 25 auf
den Außenleiter 26 zum Herstellen eines elektrischen
Kontaktes geführt. Außerdem ist auch ein Verbindungsstück 30
vorgesehen, das das Antennenelement 25 zusammen mit zwei
nicht dargestellten Haltern, die den Haltern 15 entsprechen,
über einer gemeinsamen Reflektorplatte 3 abstützen.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung soll das
Antennenelement 25 abgesehen von der Polarisation in etwa
die gleiche Abstrahlcharakteristik wie das Antennenelement 5
aufweisen. Aus Platzgründen ist das Antennenelement 25
allerdings innerhalb des Antennenelements 5 angeordnet, so
daß dessen abgewickelte Länge kürzer als die des
Antennenelements 5 ist. Um dennoch eine gute
Abstrahlcharakteristik der beiden Antennenelemente 5, 25 zu
erreichen, kann ausgehend von einer mittleren Wellenlänge
das Antennenelement 5 einen etwas größeren Umfang und das
Antennenelement 25 einen etwas kleineren Umfang aufweisen,
so daß sich hinsichtlich der Abstimmung ein akzeptabler
Kompromiß ergibt. Andererseits kann das Antennenelement 25
auch gleich Groß wie das Antennenelement 5 ausgebildet
werden, wobei dieses dann in z-Richtung (siehe Fig. 2) ober-
oder unterhalb des anderen Elements anzuordnen ist. Um das
Vor-/Rückwärtsverhältnis, das durch die Reflektorplatte 3
erreicht wird, aufrechtzuerhalten, ist es dabei vorteilhaft,
wenn die Anordnung der beiden Antennenelemente 5, 25 etwas
ober- und unterhalb der Höhe H = λ/8 erfolgt.
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Der Einspeisepunkt 29 des weiteren Antennenelements 25 ist
gegenüber dem Einspeisepunkt 11 des Antennenelements 5 um
90° versetzt angeordnet, so daß eine maximale Entkoppelung
zwischen den beiden Antennen hinsichtlich Empfang und
gleichzeitigen Sendens erreicht wird. Wenn beide
Antnennenelemente 5, 25 als Sendeantenne oder als
Empfangsantenne verwendet werden, läßt sich mit dieser
Anordnung auch erreichen, daß eine in einem beliebigen
Winkel zu der x- bzw. y-Achse stehende Antenne des
Mobiltelefons zumindest gegenüber einem der Antennenelemente
5, 25 eine guten Kopplungsfaktor hat.
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Die Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem
das Antennenelement 5 und ein weiteres Antennenelement 35
vorgesehen sind. Das Antennenelement 5 ist wie die
Antennenelemente 5 des ersten und zweiten
Ausführungsbeispiels aufgebaut. Das weitere Antennenelement
35 entspricht hinsichtlich seines prinzipiellen Aufbaus
ebenfalls dem Antennenelement 5, weist also einen
Außenleiter 36, einen Innenleiter 37, die Herausführung des
Innenleiters 37 aus dem Ende 38 und die entsprechende
Verbindung mit dem Außenleiter 36 im Bereich des
Einspeisepunktes 39 sowie ein Verbindungsstück 40 auf. Die
abgewickelte Länge des Antennenelements 35 entspricht
allerdings nur etwa der halben abgewickelten Länge des
Antennenelements 5, so daß es zur Übertragung auf der
doppelten Mittenfrequenz abgestimmt ist. Mit dem
Antennenelement 35 läßt sich daher die nächst höhere Mode
des Übertragungssignals empfangen bzw. senden. Die
Verbindungsstücke 18 und 40 der beiden Antennenelemente 5,
35 sind dabei um 180° gegeneinander gedreht. Durch die
beiden Antennenelemente 5, 35 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel wird eine breitbandige Übertragung
mittels des Antennenkopplers 1 erreicht.
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Für die Verbindung der beiden Antennenelemente 5, 35 mittels
der Verbindungsstücke 18, 40 mit dem Meßgerät 19 ist eine
Frequenzweiche erforderlich, die zwischen die
Antennenelemente 5, 35 und das Meßgerät. 19 geschalten wird.
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Eine solche Frequenzweiche ist in der Fig. 6 dargestellt. Um
die Darstellung zu vereinfachen, sind die für die
Freuqenzweiche 50 vorgesehenen Bauelemente in der Fig. 6 mit
konkreten Werten bezeichnet. Dies dient allerdings nur der
Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels und stellt
auch hinsichtlich der erreichten Frequenztrennung keine
Einschränkung der Erfindung da. Die Frequenzweiche 50 weist
einen Anschlußpunkt 51, einen Anschlußpunkt 52 für einen
unteren Frequenzzweig und einen Anschlußpunkt 53 für einen
oberen Frequenzzweig auf. Der Anschlußpunkt 51 ist mit einem
Knoten 54 verbunden, der über einen Kondensator C4 und eine
Spule L4 auf Masse 55 gelegt ist. Über die Spule L1 ist der
Knoten 54 mit dem Knoten 56 verbunden. Der Knoten 56 ist
über die Spule L3 und den Kondensator C5 auf Masse gelegt,
um den oberen Frequenzbereich, der auf der Seite des
Anschlußpunktes 53 liegt, zu sperren. Außerdem ist der
Knoten 56 über die Spule L2 mit dem Anschlußpunkt 52
verbunden.
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Der Knoten 54 ist mit dem Knoten 58 über den Kondensator C2
verbunden. Der Knoten 58 ist über die Spule L5 und den
Kondensator C3 mit Masse 59 verbunden, um den unteren
Frequenzbereich, der über den Anschlußpunkt 52 übertragen
wird, zu sperren. Der Knoten 58 ist außerdem über den
Kondensator C1 mit dem Anschlußpunkt 53 verbunden.
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Vorzugsweise sind die Werte der Bauelemente gemäß dem
dritten Ausführungsbeispiel: C1 = 6,8 pF, C2 = 1,5 pF, C3 =
6,8 pF, C4 = 0,8 pF, C5 = 3,9 pF, L1 = 10 nH, L2 = 3,9 nH,
L3 = 1 nH, L4 = 12 nH und L5 = 3,9 nH. Mit diesen Werten
wird eine Frequenzaufteilung von 0,8 GHz bis 1 GHz im
unteren Frequenzzweig, der über den Anschlußpunkt 52
übertragen wird, und 1,7 GHz bis 2 GHz im oberen
Frequenzzweig, der über den Anschlußpunkt 53 übertragen
wird, erreicht.
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Im Rahmen der Erfindung sind auch andere Werte für die
Bauelemente und/oder eine andere Frequenzaufteilung möglich.
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In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der
Innenleiter 9 des jeweiligen Antennenelementes zur Bildung
einer offenen Antenne auf den dem Einspeisepunkt elektrisch
am nächsten liegenden Abschnitt des Außenleiters geführt. Im
Rahmen der Erfindung kann der Innenleiter allerdings auch
unmittelbar auf den ihn umgebenden Außenleiter zurückgeführt
werden. Der Innenleiter des jeweiligen Antennenelements ist
dann auf den Abschnitt des Außenleiters geführt, der dem
Innenleiter räumlich am nähesten liegt.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere eignet sich
der Antennenkoppler zum Testen von beliebigen Sendern
und/oder Empfängern bzw. Sende- und/oder Empfangsgeräten,
wobei eine bevorzugte Anwendung im Testen von
Mobilfunktelefonen (Mobiltelefonen) liegt. In den
beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Mobiltelefon 2
auf eine Auflagefläche 20 des Aufnahmeelements 4 des
Antennenkopplers 1 aufgelegt. Die Auflagefläche 20 kann
dabei auch als Gehäuseoberseite ausgebildet sein, wobei es
nicht zwingend erforderlich ist, zusätzlich ein
Aufnahmeelement 4 zum fixierten Halten des Mobiltelefons 2
vorzusehen, da der erreichte Kopplungsfaktor im wesentlich
unabhängig von Verschiebungen in y- und x-Richtung ist.
Vorteilhafter ist es allerdings dennoch, eine definierte
Position des Mobiltelefons 2 durch das beschriebene
Aufnahmeelement 4 vorzusehen. Das Gehäuse ist vorzugsweise
nur im Bereich der Reflektorplatte leitend z. B. aus Metall
und in den übrigen Bereichen zur Vermeidung von Reflexionen
aus einen nicht leitenden Material ggf. in den
Seitenbereichen mit einer absorbierenden Beschichtung
ausgeführt.