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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Antennenvorrichtungen und genauer auf eine Antennenvorrichtung für eine tragbare Funkkommunikationsvorrichtung wie zum Beispiel einem Mobiltelefon oder einer ähnlichen Vorrichtung.
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Hintergrund
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Interne Antennen werden seit einiger Zeit in tragbaren Funkkommunikationsvorrichtungen verwendet. Es gibt eine Anzahl von Vorteilen, die mit einem Verwenden von internen Antennen verbunden sind, von welchen erwähnt werden kann, dass sie klein und leicht sind, was sie für Anwendungen geeignet macht, wobei Größe und Gewicht von Bedeutung sind, wie zum Beispiel in Mobiltelefonen.
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Eine Art von häufig verwendeten Antennen in diesem Zusammenhang ist die PIF-Antenne (Planar Inverted F Antenna, PIFA), welche im Allgemeinen die ganze Vorrichtung als Strahler verwendet. Diese Antenne funktioniert gut und stellt eine gute Mehrbandfunktionalität bereit.
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Jedoch kann es ein Problem geben, wenn eine tragbare Funkkommunikationsvorrichtung oder ein Endgerät, welche diese Art von Antenne aufweisen, durch eine Person mit einer Hörgeräteeinrichtung benutzt wird. Es könnte eine Interferenz in dieser Hörgeräteeinrichtung geben, die durch solch eine Antenne verursacht wird. Deswegen gibt es in einigen Ländern eine sogenannte Hörgerätekompatibilität(Hearing Aid Compatibility, HAC)-Anforderung. Dies verkompliziert die Verwendung der PIFA Antenne.
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Um die HAC-Anforderung zu erfüllen, sind Forschungen zu alternativen Antennen gemacht worden.
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Eine Antennenart, welche diesbezüglich vielversprechend ist, ist die Rahmenantenne. Ein Grund dafür ist, dass diese Antenne bei einigen Frequenzen nicht das ganze Endgerät als Strahler benutzt und deswegen ist es möglich, die Antenne weit von dem Ende des Endgeräts zu platzieren, das beabsichtigt ist einem Hörgerät gegenüberzustehen, und dabei eine Interferenzreduzierung zu erhalten.
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Jedoch gibt es ein Problem mit dieser Art von Antenne und das ist die abgedeckte Bandbreite. Heutige Antennen zur allgemeinen Verwendung in Mobilkommunikation, wie Long-Term-Evolution (LTE), müssen eine Anzahl von breiten Frequenzbändern abdecken, wo ein erstes Betriebsfrequenzband sich um 700 MHz und ein zweites Frequenzband sich zwischen 1710 und 2170 MHz befindet. Die Rahmenantenne hat Probleme in der Lage zu sein das sehr breite zweite Band abzudecken.
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Es besteht deswegen ein Bedarf zum Bereitstellen einer Rahmenantenne, die eine bessere Mehrbandfähigkeit hat, zum Beispiel beim Abdecken eines ersten niedrigeren Bandes einer mittleren Breite zusammen mit einem zweiten höheren Band einer höheren Breite.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es eine Antennenvorrichtung für eine tragbare Funkkommunikationsvorrichtung bereitzustellen, die gute Frequenzbandabdeckung basierend auf einem Rahmenbauteil bereitstellt.
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Ein Weg zur Realisierung einer mehrfachen Frequenzbandabdeckung einer Antennenvorrichtung ist es einen seriell geschalteten Rahmenstrahler wie in 1 veranschaulicht zu verwenden. Solch eine Antennenvorrichtung weist ein Rahmenbauteil 1 mit einem geerdeten Ende und einem Einspeisungsende auf.
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Das geerdete Ende ist mit Masse verbunden. Das Einspeisungsende ist mit einer Funkkommunikationsschaltung 4 durch eine Reihenspule 2, die üblicherweise Ableitungsspule genannt wird, verbunden. Das Einspeisungsende umfasst auch eine Parallelspule 10 sowie einen ESD-Schutz 9, der parallel zu der Parallelspule angeordnet ist, auf. Weiterhin ist ein Schaltmittel 3 parallel zu der Reihenspule 2 angeordnet, um mehrfache Anpassung des Rahmenbauteils 1 bereitzustellen. Das Schaltmittel 3 ist in einem ersten Zustand eingerichtet, um das Einspeisungsende mit der Funkkommunikationsschaltung 4 durch eine Reihenspule 5 zu verbinden, und in einem zweiten Zustand eingerichtet, um das Einspeisungsende mit einem offenen Ende zu verbinden. Das offene Ende des Schaltmittels wird in Wirklichkeit eine parasitäre Kapazität 8 aufweisen, die den Einspeisepunkt mit Masse koppelt. Sowohl der Eingang als auch die Ausgänge des Schaltmittels werden vorzugsweise mit Gleichspannungsblockadekondensatoren 6 und 7 bereitgestellt.
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Diese Lösung hat jedoch einige Nachteile. Die parasitäre Kapazität 8 schließt die Antennenvorrichtung für höhere Frequenzen kurz, üblicherweise ab ungefähr 2 GHz. Um diesen Einfluss zu reduzieren, wird die Parallelspule 10 bereitgestellt, was die Ableitungsspule 2 groß macht und eine große Spannungsschwingung über das Schaltmittel bei niedrigen Frequenzen erzeugt, für zum Beispiel gewünschte 700 MHz. Die große Spannungsschwingung über dem Schaltmittel wird Ober- und Unterwellen wegen Nichtlinearität in dem Schaltmittel erzeugen und wird auch im Gegenzug ESD-Schutz an dem Einspeisungsende erfordern.
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Die vorliegende Erfindung ist auf der Realisierung basiert, dass durch Bewegen des Schaltmittels von dem Einspeisungsende des Rahmenbauteils zu dem Masseende davon alle oben genannten Nachteile abgemildert werden und 1 bis 2 Bauteile entfernt werden können.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Antennenvorrichtung zum Betrieb in zumindest mindestens zwei Betriebsfrequenzbändern bereitgestellt, wobei die Antennenvorrichtung aufweist: ein Rahmenbauteil, das ein Einspeisungsende zur Verbindung mit einer Funkkommunikationsschaltung und ein geerdetes Ende zur Verbindung mit Masse aufweist, erstes Filtermittel, welches das geerdete Ende mit Masse verbindet, und Schaltmittel, das parallel zu dem erstem Filtermittel bereitgestellt wird, wobei das Schaltmittel eingerichtet ist, um in einem ersten Zustand das geerdete Ende mit Masse parallel zu dem ersten Filtermittel zu verbinden, um das Rahmenbauteil an ein erstes Betriebsfrequenzband der zumindest zwei Betriebsfrequenzbänder anzupassen, und in einem zweiten Zustand das geerdete Ende mit einem offenen Ende parallel zu dem ersten Filtermittel zu verbinden, um das Rahmenbauteil an ein zweites Betriebsfrequenzband der zumindest zwei Betriebsfrequenzbänder anzupassen, welches den Bedarf eines Bauteils für die Antennenvorrichtung beseitigt, d. h. die Parallelspule, und im Allgemeinen ein weiteres Bauteil für die Antennenvorrichtung, d. h. den ESD-Schutz.
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Zur zusätzlichen Anpassung des Rahmenbauteils, weist die Antennenvorrichtung vorzugsweise ein zweites Filtermittel auf, das zwischen der Masse und dem ersten Zustand des Schaltmittels bereitgestellt wird.
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Das erste und das zweite Filtermittel weisen jeweils vorzugsweise eine Reihenspule zur einfachen Anpassung auf.
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Zur weiteren alternativen Anpassung des Rahmenbauteils, weist die Antennenvorrichtung vorzugsweise ein viertes Filtermittel auf, das einen dritten Zustand des Schaltmittels mit Masse verbindet, um eine Anpassung an ein drittes Frequenzband bereitzustellen.
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Die Erfindung ist also hin zu einer tragbaren Funkkommunikationsvorrichtung gerichtet. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird besser verstanden werden durch die nachstehend angegebene, detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen und den begleitenden Zeichnungen, welche nur zur Veranschaulichung angegeben sind, und somit sind sie für die vorliegende Erfindung nicht beschränkend, wobei:
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1 eine Antennenvorrichtung mit einem seriell geschalteten Rahmenstrahler veranschaulicht.
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2 eine Antennenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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In der folgenden Beschreibung sind zum Zweck einer Erklärung und nicht zur Beschränkung spezifische Details dargelegt, wie zum Beispiel spezifische Techniken und Anwendungen, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Jedoch wird es für einen Fachmann offensichtlich werden, dass die vorliegende Erfindung in anderen von diesen spezifischen Details abweichenden Ausführungsformen praktiziert werden kann. In anderen Fällen ist eine detaillierte Beschreibung von wohl-bekannten Verfahren und Vorrichtungen weggelassen, um nicht die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit unnötigen Details unklar zu machen.
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Eine Antennenvorrichtung zum Betrieb in zumindest mindestens zwei Betriebsfrequenzbändern in einer tragbaren Funkkommunikationsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jetzt mit Bezug auf 2 beschrieben werden.
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Die Antennenvorrichtung weist ein Rahmenbauteil 1 mit einem Einspeisungsende und einem geerdeten Ende auf. Das geerdete Ende ist mit der Funkkommunikationsschaltung 4 verbunden. Das geerdete Ende wird mit Masse durch ein erstes Filtermittel 2, das als ein Ableitungsfilter für das Schaltmittel 3 agiert, verbunden.
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Das Schaltmittel 3 wird parallel zu dem ersten Filtermittel 2 bereitgestellt, wobei das Schaltmittel 3 eingerichtet ist, um in einem ersten Zustand das geerdete Ende des Rahmenbauteils 1 mit Masse parallel zu dem ersten Filtermittel 2 zu verbinden, um das Rahmenbauteil 1 an ein erstes Betriebsfrequenzband der zumindest zwei Betriebsfrequenzbänder anzupassen. In einem zweiten Zustand ist das Schaltmittel 3 eingerichtet, um das geerdete Ende des Rahmenbauteils 1 mit einem offenen Ende parallel zu dem ersten Filtermittel 2 zu verbinden, um das Rahmenbauteil 1 an ein zweites Betriebsfrequenzband der zumindest zwei Betriebsfrequenzbänder anzupassen.
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Die Antennenvorrichtung weist in Wirklichkeit eine parasitäre Kapazität 8 auf, die parasitär einen zweiten offenen Zustand des Schaltmittels 3 mit Masse verbindet. Eine übliche parasitäre Kapazität bewegt sich in der Größenordnung von 0,5 bis 2 pF.
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Die Antennenvorrichtung weist vorzugsweise ein zweites Filtermittel 5 auf, das zwischen Masse und dem ersten Zustand des Schaltmittels 3 bereitgestellt wird.
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Weiterhin weist die Antennenvorrichtung vorzugsweise Gleichspannungsblockademittel 6 und 7 auf, die an dem Eingang und den Ausgängen des Schaltmittels 3 angeordnet sind, die vorzugsweise als Reihenkondensatoren von ungefähr 100 pF realisiert werden.
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Zur Konfiguration einer Antennenvorrichtung, um einen Betrieb in dem LTE-Betriebsfrequenzband 700 und den zellularen Betriebsfrequenzbändern 850, 1800, 1900 und 2100 bereitzustellen, werden zum Beispiel die folgenden Bauteilwerte verwendet. Das Rahmenbauteil 1 hat eine elektrische Länge die λ für 1850 MHz entspricht. Das erste Filtermittel weist eine Reihenspule von ungefähr 13 nH auf. Das zweite Filtermittel weist eine Reihenspule von ungefähr o nH auf. Das Schaltmittel 3 ist ein SP4T-Schalter mit einem Eingang und vier Ausgängen, einen Ausgang für jeden von vier Zuständen des Schalters. In dem ersten Zustand des Schaltmittels wird somit eine Abdeckung von zellularen Betriebsfrequenzbändern 850, 1800, 1900 und 2100 bereitgestellt, und in dem zweiten Zustand des Schaltmittels wird somit die Frequenzbandabdeckung des LTE 700 bereitgestellt.
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Zur verbesserten Antenneneffizienz werden weitere Schaltzustände des Schaltmittels 3 vorzugsweise bereitgestellt. Die Antennenvorrichtung weist in solch einem Fall ein viertes Filtermittel auf, das zwischen Masse und einem dritten Zustand des Schaltmittels bereitgestellt wird, zum Anpassen des Rahmenbauteils 1 an ein drittes Frequenzband. In dem dritten Zustand ist das Schaltmittel eingerichtet, um das geerdete Ende des Rahmenbauteils 1 mit Masse parallel zu dem ersten Filtermittel 2 zu verbinden, um das Rahmenbauteil 1 an ein drittes Betriebsfrequenzband anzupassen. Das vierte Filtermittel weist vorzugsweise einen Reihenkondensator von ungefähr 2,7 pF auf. In dem dritten Zustand des Schaltmittels wird Frequenzbandabdeckung von zellularen Betriebsfrequenzbänden 900, 1800, 1900 und 2100 bereitgestellt.
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Obwohl Reihenspulen als Realisierungsmittel zum Anpassen des Rahmenbauteils beschrieben worden sind, könnten alternativ Reihen-(oder geerdete, parallele)Kondensatoren verwendet werden.
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Ein wichtiger Vorteil von Reihenschaltung des geerdeten Endes des Rahmenbauteils, verglichen mit Reihenschaltung des Einspeisungsendes des Rahmenbauteils, ist dass die Auswirkung der parasitären Kapazität 8 reduziert wird, wodurch die Auswirkung auf Hochfrequenzbänder gemildert wird, welches wiederum den Bedarf für eine Parallelspule an dem Rahmenbauteil beseitigt, welches wiederum den Ableitungsspulenwert reduziert. Dies hat auch einen signifikant verbesserten ESD-Schutz zur Folge, was im Allgemeinen den Bedarf eines zusätzlichen ESD-Schutzes an dem Rahmenbauteil beseitigt.
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Es wird offensichtlich werden, dass die vorliegende Erfindung in einer Vielzahl von Weisen variiert werden kann. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie durch die beigefügten Patentansprüche definiert, anzusehen. Alle derartigen Variationen, die einem Fachmann offensichtlich werden würden, sind beabsichtigt innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung, wie durch die beigefügten Patentansprüche definiert, enthalten zu sein.
