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Bereich der Offenbarung
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Antennen und genauer Antennen, die einen Mehrbandfrequenzbetrieb für tragbare Funkkommunikationsvorrichtungen bieten.
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Hintergrund der Erfindung
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Nachdem sich drahtlose Kommunikationsvorrichtungen zu geringeren Größen hin entwickeln, nimmt der Wunsch, zusätzliche Funktionalitäten in derartige Vorrichtungen zu integrieren, weiterhin zu. Kommunikationsvorrichtungen wie tragbare Funksprechgeräte, die über unterschiedliche Frequenzbänder arbeiten, werden für wünschenswert gehalten, insbesondere im öffentlichen Sicherheitsbereich. Derartige Vorrichtungen werden allgemein von Polizeibehörden, Feuerwehr, Rettungsdiensten und dem Militär verwendet, um nur einige zu nennen, und derartige Organisationen verfügen häufig über Systeme, die auf unterschiedlichen Frequenzbändern arbeiten. Somit treibt der Bedarf an einer zuverlässigen Kommunikation zwischen den Behörden in Notsituationen den Bedarf an drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen voran, die eine zuverlässige Interoperabilität über die Systeme ermöglichen. Die Verwendung separater Antennen zur Abdeckung unterschiedlicher Frequenzbänder ist in Anbetracht der Tragbarkeit und der Größenbeschränkungen derartiger Vorrichtungen sowie der erwähnten Interoperabilitätserfordernis häufig keine praktische Option.
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Eine besonders nützliche Kombination von Bändern, deren Erhalt in der Antenne eines tragbaren Funksprechgeräts wünschenswert ist, umfasst ein Ultrakurzwellenband (UKW-Band), ein Ultrahochfrequenzband (UHF-Band) und ein 7/800 MHz-Frequenzband. Andere Bänder könnten ebenfalls wünschenswert sein, beispielsweise ein Global Positionierung System-Band (GPS-Band) oder ein Long-Term Evolution-Band (LTE-Band) der öffentlichen Sicherheit. Überdies müssen aufgrund der Notwendigkeit, dass Notfallpersonal während einer gesamten Arbeitsschicht ein tragbares Funksprechgerät bei sich tragen und in gefährlichen Umgebungen effektiv arbeiten muss, Probleme mit der Steifigkeit, Strapazierfähigkeit und Gesamtgröße von Antennen ebenfalls berücksichtigt werden, wenn eine neue Funkgerätekonstruktion entwickelt wird.
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Es ist eine besondere Herausforderung, die Bandbreiten, auf die vorstehend Bezug genommen wurde, in einer einzigen Antennenkonstruktion zu kombinieren. Um effektive Strahler zu sein, weisen Antennen (auch als Strahlerelemente bezeichnet) normalerweise elektrische Längen auf, die einem Viertel der gesendeten oder empfangenen Signalwellenlänge λ oder einigen Vielfachen desselben entsprechen. Ein guter Kompromiss zwischen Länge und Strahlerleistung ist bei vielen tragbaren Funkgeräten λ/4. Folglich hat ein gemäß diesem Kriterium konstruiertes UKW-Strahlerelement eine relativ lange physische Länge von ca. 50 cm in der Mitte des UKW-Bands, wogegen ein UHF-Strahlerelement von λ /4 ca. 18 cm misst und die elektrische Länge von λ/4 eines 7/800 MHz-Strahlerelements ca. 9 cm beträgt. Die Schaffung einer Antenne mit einer einzigen Länge, die auf diesen grundverschiedenen Frequenzen effizient arbeitet, bei gleichzeitiger Minimierung der Gesamtlänge und Maximierung ihrer Biegsamkeit ist schwierig.
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Dementsprechend ist es wünschenswert, ein Mehrband-Antennensystem zu schaffen, während gleichzeitig der Faktor einer relativ kleinen Form beibehalten wird.
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Kurze Beschreibung der mehreren Ansichten der Zeichnungen
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Die beiliegenden Figuren, in denen übereinstimmende Bezugszeichen über die einzelnen Ansichten durchwegs identische oder funktionell ähnliche Elemente bezeichnen, sind gemeinsam mit der nachstehenden genauen Beschreibung in die Anmeldung aufgenommen, bilden einen Teil derselben, dienen der weiteren Veranschaulichung von Ausführungsformen von Konzepten, die die beanspruchte Erfindung umfasst, und erklären unterschiedliche Prinzipien und Vorteile dieser Ausführungsformen.
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1 zeigt eine Vorderansicht eines tragbaren Funkgeräts mit einem Mehrband- Antennensystem gemäß einigen Ausführungsformen.
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2 zeigt eine Rückansicht eines unteren Abschnitts des in 1 gezeigten Antennensystems gemäß einigen Ausführungsformen, wobei ein Abschnitt des Gehäuses entfernt wurde.
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3 zeigt eine Rückansicht des unteren Abschnitts des Antennensystems gemäß einigen Ausführungsformen nach 2, wobei das vollständige Gehäuse vorhanden ist.
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4 zeigt eine weitere Rückansicht des unteren Abschnitts des Antennensystems gemäß einigen Ausführungsformen nach 3, wobei ein erstes Strahlerelement und ein zweites Strahlerelement gezeigt sind, die spiralförmig um das Gehäuse gewickelt sind.
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5 zeigt eine Seitenansicht der in 4 gezeigten Ausführungsform.
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6 zeigt eine Vorderansicht der in 4 gezeigten Ausführungsform.
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7, 8 und 9 zeigen drei alternative Ausführungsformen von Elementen einer gedruckten Leiterplatte (PCB = Printed Circuit Board) des Antennensystems gemäß 1 einschließlich unterschiedlicher Konfigurationen von Impedanzanpassungsschaltkreisen und relativen elektrischen Verbindungen zum zweiten Strahlerelement.
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10 zeigt eine genaue Ansicht des Schaltkreises der in 7 gezeigten PCB.
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11 zeigt Elemente einer auf einer PCB angeordneten Anpassungsschaltung gemäß einigen Ausführungsformen.
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Erfahrene Fachleute werden erkennen, dass die Elemente in den Figuren unter dem Gesichtspunt der Einfachheit und Klarheit und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt sind. Die Abmessungen einiger der Elemente in den Figuren können beispielsweise gegenüber anderen Elementen übertrieben dargestellt sein, um das Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu erleichtern.
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Die Bestandteile der Vorrichtung und des Verfahrens sind in den Zeichnungen durch herkömmliche Symbole dargestellt, wo dies angemessen ist, wobei nur die spezifischen Einzelheiten gezeigt sind, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung relevant sind, um die Offenbarung nicht durch Einzelheiten zu verwirren, die sich Fachleuten mit normalen Fachkenntnissen leicht erschließen, die von der vorliegenden Beschreibung profitieren.
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Genaue Beschreibung der Erfindung
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Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Mehrband-Antennensystem eine gedruckte Leiterplatte (PCB); eine operativ mit der PCB verbundene Niederfrequenz-Anpassungsschaltung (LF-Anpassungsschaltung), wobei die LF-Anpassungsschaltung einen Funkgerätanschluss und einen distalen Anschluss aufweist; eine operativ mit der PCB verbundene Hochfrequenz-Anpassungsschaltung (HF- Anpassungsschaltung), wobei die HF-Anpassungsschaltung einen Funkgerätanschluss und einen distalen Anschluss aufweist; eine operativ mit der PCB verbundene Streifenleitung, wobei die Streifenleitung eine gemeinsame Masse für die HF- und die LF- Anpassungsschaltungen bietet; ein operativ mit dem distalen Anschluss der LF- Anpassungsschaltung und dem distalen Anschluss der HF-Anpassungsschaltung verbundenes erstes Strahlerelement; ein operativ mit dem Funkgerätanschluss der LF- Anpassungsschaltung oder dem Funkgerätanschluss des HF-Anpassungsschaltkreises verbundenes zweites Strahlerelement; und einen Antennenstab, wobei sowohl das erste Strahlerelement als auch das zweite Strahlerelement um den Antennenstab gewickelt sind.
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Vorteile der vorliegenden Offenbarung umfassen das Ermöglichen effektiver, kompakter und robuster Mehrband-Antennensysteme. So können beispielsweise sämtliche Möglichkeiten von Ultrakurzwellen (UKW), Ultrahochfrequenzen (UHF), 7–800 MHz und des Global Navigation Satellite System (GNSS) in einem einzigen Antennensystem kombiniert werden, was einer modernen mobilen Funkkommunikationsausrüstung eine erhebliche Vielseitigkeit verleiht. Durch Kombinieren von zwei Strahlerelementen auf einem einzigen elastischen Bogen können die Herstellungskosten gesenkt werden, während die Zuverlässigkeit und Robustheit des Antennensystems erhöht werden. Ebenso helfen gemäß einigen Ausführungsformen in eine PCB integrierte Anpassungsfunktionalitäten bei der Sicherstellung einer genauen und dauerhaften Positionierung des elastischen Bogens beim Zusammenbau und im Gebrauch, wobei die Lötverbindungen zwischen den Strahlerelementen und der PCB weiter zur Haltbarkeit der mechanischen Baugruppe beitragen.
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1 zeigt eine Vorderansicht eines tragbaren Funkgeräts 100 mit einem Mehrband-Antennensystem 110 gemäß einigen Ausführungsformen. Das Funkgerät 100 kann beispielsweise ein bewegliches Landfunkgerät (LMR) sein, das so konstruiert ist, dass es über mehrere Frequenzbänder arbeitet, einschließlich eines UKW-Bands (ca. 136–174 MHz), eines UHF-Bands (ca. 380–520 MHz), eines 7/800 MHz-Frequenzbands (ca. 764–869 MHz) und GNSS-Bändern wie Global Positioning System-Bändern (GPS-Bändern) (zentriert auf beispielsweise 1575,2 MHz) und des GLONASS-Bands (ca. 1592–1610 MHz). Das Funkgerät 100 und das Mehrband-Antennensystem 110 ist sind daher durch die Schaffung vermehrter Kommunikationsmöglichkeiten besonders vorteilhaft für Träger der öffentlichen Sicherheit (z.B. Polizei, Feuerwehr, Rettungsdienste und Militär).
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Wie gezeigt, ist ein oberer Abschnitt 120 des Antennensystems 110 sehr elastisch. Die gesamte Länge des Antennensystems 110 ist von einer Schutzumspritzung 122 ist bedeckt. Die Umspritzung 122 kann beispielsweise aus elastischem Kautschuk, Silikon oder einem anderen geeigneten Material gefertigt sein. Alternativ kann die gesamte Länge des Antennensystems 110 in eine aus ähnlichen Materialien gefertigte Schutzmanschette eingeschlossen sein.
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Gemäß den Ausführungsformen umfasst ein Antennensystem 110 ein erstes und ein zweites Strahlerelement und einen für den Mehrbandbetrieb hergestellten und entsprechend betriebenen elektronischen Schaltkreis, wie im Zusammenhang mit den übrigen Figuren beschrieben.
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2 zeigt eine Rückansicht eines unteren Abschnitts des Antennensystems 110 gemäß einigen Ausführungsformen, wobei ein Abschnitt des Gehäuses wegelassen wurde. Eine Basis 200 des Antennensystems 110 umfasst ein koaxiales RF- Verbindungselement (RF = Radio Frequency = Funkfrequenz), das in einen RF-Anschluss des Funkgeräts 100 geschraubt wird. Eine gedruckte Leiterplatte (PCB) 205 ist neben der Basis 200 angeordnet und an einem elastischen, nicht leitfähigen Kernstab 210 befestigt, der sich zu einem distalen Ende des Antennensystems 110 erstreckt.
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Der aufgerollte elastische Bogen 130 ist durch zwei Ausrichtungsstifte 215, 220 an der PCB 205 befestigt, die bei der Sicherstellung einer gleichbleibenden und wiederholbaren Positionierung des elastischen Bogens 130 beim Zusammenbau des Antennensystems 110 helfen.
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Gemäß den unterschiedlichen Ausführungsformen umfasst der aufgerollte elastische Bogen 130 einen ersten aufgerollten leitfähigen Streifen, der ein erstes Strahlerelement 225 definiert, und einen zweiten aufgerollten leitfähigen Streifen, der ein zweites Strahlerelement 230 des Antennensystems 110 definiert. Die elastischen Bogen 130 können aus einer einseitig elastischen Leiterplatte ausgebildet sein, die eine leitfähige Seite, beispielsweise aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Leiter, und eine nicht leitfähige Seite, wie eine Polyimidschicht, aufweist. Polyimidschichten, beispielsweise Kapton®, bieten unter unterschiedlichen Umweltbedingungen eine hohe Leistung, Zuverlässigkeit und Strapazierfähigkeit. Die Form des flach liegenden (d.h. unaufgerollten) elastischen Bogens 130 zeigt einen ersten Abschnitt 235, der in einer für ein Aufwickeln um die PCB 205 in überlappenden, aufeinanderfolgenden Windungen geeigneten Breite ausgebildet ist. Ein zweiter Abschnitt 240 des ersten Strahlerelements 225 ist in einem größeren Winkel zur Senkrechten zur Achse des Stabs 210 ausgebildet als der erste Abschnitt 235, um ein Aufwickeln um den Stab 210 bei nicht überlappenden, aufeinanderfolgenden Windungen zu ermöglichen. Der zweite Abschnitt 240 ist in 2 sowohl in der flach liegenden Position, in der er sich von der PCB 205 weg erstreckt, wie beim ursprünglichen Zusammenbau verwendet, als auch in der aufgewickelten Position gezeigt, die nach Abschluss des Zusammenbaus erreicht wird.
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Der elastische Bogen 130 umfasst auch Lötpunkte oder Kontakte 245, 250 zur Montage an entsprechenden Kontaktstellen auf der PCB 205.
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Gemäß einer Ausführungsform bildet das erste Strahlerelement 225 eine UHF/UKW/7–800 MHz-Band-Antenne, und das zweite Strahlerelement 230 bildet eine GNSS-Antenne. Aufgrund der erheblich höheren Frequenzen von GNSS-Bändern (wie 1575,2 MHz) ermöglichen es die λ/4-Konstruktionsparameter, dass das zweite Strahlerelement 230 erheblich kürzer als das erste Strahlerelement 225 ist. Das erste Strahlerelement 225 (dessen entferntes Ende in 2 abgeschnitten gezeigt ist) kann beispielsweise ca. 16 bis 24 cm lang sein, und das zweite Strahlerelement 230 kann ca. 3 cm lang sein.
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Wie in 2 gezeigt, verläuft das erste Strahlerelement 225 nach oben abgewinkelt von links nach rechts über den flach liegenden elastischen Bogen 130, und das zweite Strahlerelement 230 verläuft zur Begrenzung einer Kopplung mit der ersten Antenne 225 vorzugsweise nach unten abgewinkelt von links nach rechts über den Bogen 130. Dadurch wird bei Zusammenbau und Nutzung des Antennensystems 110 eine kontrollierte Beabstandung zwischen dem ersten Strahlerelement 225 und dem zweite Strahlerelement 230 sichergestellt.
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Wie für Fachleute mit üblichen Fachkenntnissen ersichtlich, können abhängig von der Größe der Schutzumspritzung 122 und der Länge des Stabs 210 Einstellungen an der Form und der relativen Positionierung des ersten Strahlerelements 225 und des zweiten Strahlerelements 230 vorgenommen werden. So müssen beispielsweise weder der erste Abschnitt 235 noch der zweite Abschnitt 240 des ersten Strahlerelements 225 entlang ihrer jeweiligen länglichen Bahn notwendiger Weise gerade sein oder eine konstante Breite aufweisen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die PCB 205 mehrere dielektrische Schichten umfassen. Zwischen nebeneinander liegenden dielektrischen Schichten können leitfähige Schaltungsmuster angeordnet sein. Leitfähige Schaltungsmuster können auch auf den Außenflächen der äußersten dielektrischen Schichten realisiert werden. Ferner können leitfähige Schaltungsmuster über leitfähige Durchkontaktierungen, die eine oder mehrere dielektrische Schichten durchlaufen, oder andere geeignete Mittel elektrisch miteinander verbunden sein. Die PCB 205 kann beispielsweise unter Verwendung von zwei Schichten aus glasverstärkten Epoxidlaminatbogen wie FR4 mit einem zwischen ihnen angeordneten Kupferschaltungsmuster und einem Kupferschaltungsmuster auf den Außenflächen jeder dielektrischen Schicht realisiert werden. Alternativ kann die PCB 205 unter Verwendung einer einseitig elastischen Leiterplatte, die eine leitfähige Seite, wie Kupfer oder einen anderen geeigneten Leiter, und eine nicht leitfähige Seite, wie eine Polyimidschicht, beispielsweise Kapton®, aufweist, realisiert werden.
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Wenn der elastischen Bogen 130 unter Verwendung einer einseitig elastischen Leiterplatte realisiert wird, ist es möglich, die gleiche elastische Leiterplatte zu erweitern, um die PCB 205 zu realisieren. Bei einer derartigen Ausführungsform besteht nicht die Notwendigkeit, Lötpunkte oder Kontakte 245, 250 zu realisieren; vielmehr erscheint (bzw. erscheinen) die elektrische Schnittstelle (bzw. die elektrischen Schnittstellen) zwischen der PCB 205 und dem elastischen Bogen 130 an einer beliebigen Stelle in dem Abschnitt der PCB 205 mit der elastischen Leiterplatte. Ein Vorteil der Verwendung eines derartigen Ansatzes ist, dass die PCB 205 und der elastische Bogen 130 als ein einziges Teil realisiert werden, ohne dass die Notwendigkeit eines Zusammenbaus besteht. Der allgemeinere Ansatz der Einbindung der PCB 205 und des elastischen Bogens 130 als separate Teile ist jedoch nachstehend beschrieben.
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3 zeigt eine Rückansicht des unteren Abschnitts des Antennensystems 110 gemäß einigen Ausführungsformen. Eine Hälfte eines zweischaligen Gehäuses 300 ist eine Rückseite der PCB 205 bedeckend dargestellt. Eine (nicht dargestellte) zweite Hälfte des Gehäuses 300 wird zur Abdeckung der Vorderseite der PCB 205 verwendet.
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4 zeigt eine weitere Rückansicht des unteren Abschnitts des Antennensystems 110, wobei das erste Strahlerelement 225 und das zweite Strahlerelement 230 spiralförmig um das Gehäuse 300 gewickelt dargestellt sind. Wie dargestellt, ist das erste Strahlerelement 225 spiralförmig nach oben zum distalen Ende des Antennensystems 210 aufgewickelt, und das zweite Strahlerelement 230 ist spiralförmig nach untern zur Basis 200 aufgewickelt. Zum Zwecke einer klaren Darstellung sind die nicht leitfähigen Abschnitte des elastischen Bogens 130 nicht gezeigt.
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5 zeigt eine Seitenansicht der in 4 gezeigten Ausführungsform. Wie dargestellt, ist das zweite Strahlerelement 230 ca. 300 Grad um das Gehäuse 300 gewickelt (obwohl es um mehr als eine ganze Windung herumgewickelt sein kann, wenn dies gewünscht wird); die spiralförmige Wicklung des zweiten Strahlerelements 230 überlappt sich jedoch nicht selbst. Von den beiden Hälften des zweiteiligen Gehäuses 300 wird ein Schlitz 500 gebildet, der ermöglicht, dass sich die Strahlerelemente 225, 230 aus dem Gehäuse 300 heraus erstrecken.
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6 zeigt eine Vorderansicht der in 4 gezeigten Ausführungsform. Nur der erste Abschnitt 235 des elastischen Bogens 130, der überlappende aufeinander folgende Windungen aufweist, erfordert im Allgemeinen eine Isolierschicht zum Verhindern von Kurzschlüssen zwischen aufeinanderfolgenden Windungen. Jedoch kann das Vorsehen einer Isolierschicht, die sich zum distalen Ende des elastischen Bogens 130 erstreckt, auch die Herstellung des elastischen Bogens 130 erleichtern. Zudem werden durch die Verwendung einer Polyimidschicht als Isolierschicht einige Kapazitanz- und Induktanzmerkmale geschaffen, durch die die Leistung des Antennensystems 110 bei UHFund höheren Frequenzen verbessert werden kann. Daher können durch die Verwendung der Isolierschicht nicht nur Kurzschlüsse ausgeschlossen, sondern auch die Leistung verbessert werden. Bei einigen Ausführungsformen ermöglicht beispielsweise eine Steuerung der Kapazitanz zwischen aufeinanderfolgenden überlappenden Windungen und der Gesamtinduktanz des elastischen Bogens 130 ein einfaches Einstellen der Frequenzresonanz des Antennensystems 110 im UHF-Band mit minimalen Auswirkungen auf die UKWund 7/800 MHz-Resonanzen. Auch unter dem Gesichtspunkt der Fertigung wird durch die Herstellung des elastischen Bogens 130 als einseitig elastische Leiterplatte mit einer Isolierung über den gesamten Bogen oder vorgegebene Abschnitte des Bogens eine kostengünstige Komponente geschaffen, die leichter herzustellen und zusammenzusetzen ist.
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Der Stab 210 kann aus Silikon oder einem anderen geeignet elastischen Elastomermaterial mit guten RF-Eigenschaften wie niedrigen RF-Verlusten gefertigt sein. Bei einigen Ausführungsformen verringert sich der Durchmesser des Stabs 210 längs einer vertikalen Achse. Dieses Merkmal kann zum Erzielen einer Biegsamkeit am distalen Ende vorteilhaft sein, während ein zur Aufnahme der PCB 205 und der zugehörigen Elektronik ausreichendes Volumen am Ende des Funkgeräts gewährleistet wird.
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7, 8 und 9 zeigen drei alternative Ausführungsformen der PCB 205 einschließlich unterschiedlicher Konfigurationen eines Impedanzanpassungsschaltkreises und relativer elektrischer Verbindungen zum zweiten Strahlerelement 230. 7 zeigt eine PCB 205a mit einer Diplex-Anpassungsschaltung, bei der Strom durch das RF- Verbindungselement in die Basis 200 zugeführt wird und sich dann an einem Punkt 700a in zwei Leitwege teilt. Ein erster Leitweg führt durch eine Streifenleitung 705a zu einer Hochfrequenz-Anpassungsschaltung in Form einer Hochfrequenz-Bandpassanpassungsund Breitbandzugangsschaltung 710a. Ein zweiter Leitweg führt zu einer Niederfrequenz- Anpassungsschaltung in Form einer Niederfrequenz-Bandpassanpassungs- und Breitbandzugangsschaltung 720a, die einen Eingangs- oder Funkgerätanschluss 722a aufweist. Die Niederfrequenz-Bandpassanpassungs- und Breitbandzugangsschaltung 720a kann eine Tiefpass-Schaltung sein. Beide Leitwege konvergieren dann an einem jeweils den distalen Anschlüssen 732a, 733a beider Anpassungs- und Breitbandzugangsschaltungen 710a, 720a entsprechenden Antenneneinspeisepunkt 730a und sind elektrisch mit dem ersten Strahlerelement 225 verbunden. Das zweite Strahlerelement 230 ist elektrisch zwischen der Streifenleitung 705a und einem Funkgerätanschluss 735a der Hochfrequenz-Bandpassanpassungs- und Breitbandzugangsschaltung 710a mit der PCB 205a verbunden.
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Wie für Fachleute mit normalen Fachkenntnissen ersichtlich, ist die Streifenleitung 705a durch zwei Streifenleitungserdungsschichten gekennzeichnet, die zur Abschirmung der Signalleitung gegenüber externen elektromagnetischen Feldern und zur Schaffung eines gesteuerten Impedanzleitwegs für Signale vorzugsweise durch Metalldurchkontak- tierungen entlang der Kanten zusammengenäht sind, wodurch vorzugsweise eine gemeinsame Basis sowohl für die Hochfrequenz-Bandpassanpassungs- und Breitbandzugangsschaltung 710a als auch für die Niederfrequenz-Bandpassanpassungs- und Breitbandzugangsschaltung 720a geschaffen wird. Die Streifenleitung 705a arbeitet somit als Anpassungselement und Erde, die einen Rückstromleitweg sowohl für Hoch- als auch für Niederfrequenzsignale schafft. Alternativ, wenn auch nicht vorzugsweise, kann die Funktion der Streifenleitung durch einen Mikrostreifen erfüllt werden, der nur eine für die Tiefund Hochpassschaltung für Rückströme verfügbare Erdungsschicht bereitstellen würde. Der Mikrostreifen, der eine offene Übertragungsleitung ist, ist nicht wünschenswert, weil der Signalleiter nicht gegenüber externen Feldern abgeschirmt ist. Die Streifenleitung 705a ist in einer vorgegebenen Länge und Breite ausgebildet, die zusammen mit den Anpassungs- und Breitbandzugangsschaltungen 710a, 720a den Breitband-Frequenzgang des Antennensystems 110 steuern. Durch die Verwendung der Streifenleitung 705a erübrigt sich vorteilhafter Weise die Notwendigkeit einer zweckbestimmten RF-Erdungsschicht, die durch die Kontaktstellen der Schaltungskomponenten und die Verbindungsleitungen erzeugte, nicht wünschenswerte parasitäre Kapazitanzen einbringen würde, wodurch das Vermögen der Anpassungsschaltungen 710a, 720a vermindert würde, eine effektive Breitbandzugangs- und Anpassungsfunktion zu erfüllen.
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8 zeigt alternative Schaltkreise einer PCB 205b. Derartige Schaltkreise sind den Schaltkreisen der PCB 205a und der PCB 205b ähnlich und umfassen eine Streifenleitung 705b, eine Hochfrequenz-Bandpassanpassungs- und Breitbandzugangsschaltung 710b und eine Niederfrequenz-Bandpassanpassungs- und Breitbandzugangsschaltung 720b. Bei der PCB 205b kommt jedoch eine separate Anpassungsschaltung 800 an der Basis des zweiten Strahlerelements 230 hinzu. Gemäß einigen Ausführungsformen können Vorteile der Anpassungsschaltung 800 das Vermögen umfassen, das Strahlerelement 230 vom Rest des Schaltkreises zu entkoppeln, beispielsweise durch die Einsetzung einer Resonanzschaltungskonfigurationen, die ein Koppeln des Strahlerelements 230 mit den Schaltkreisen und letztendlich mit dem RF-Sender und -Empfänger im Gehäuse des tragbaren Funkgeräts 100 ermöglicht. Eine derartige Kopplung erfolgt vorzugsweise nur in dem Frequenzbereich, in dem der Strahler 230 auf Funktionsfähigkeit ausgelegt ist, jedoch nicht in dem Frequenzbereich, in dem das Strahlerelement 225 auf Funktionsfähigkeit ausgelegt ist.
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9 zeigt alternative Schaltkreise einer PCB 205c. Derartige Schaltkreise sind den Schaltkreisen der PCB 205a ähnlich und umfassen eine Streifenleitung 705c, eine Hochfrequenz-Bandpassanpassungs- und Breitbandzugangsschaltung 710c und eine Niederfrequenz-Bandpassanpassungs- und Breitbandzugangsschaltung 720c. Bei der PCB 205c ist das zweite Strahlerelement 230 jedoch zwischen dem koaxialen Verbindungselement an der Basis 200 und der Streifenleitung 705c elektrisch mit der PCB 205c verbunden. Gemäß einigen Ausführungsformen können Vorteile dieser Positionierung des zweiten Strahlerelements 230 die Eignung umfassen, die von der Streifenleitung 705c gelieferte parallele Impedanz zu nutzen, um ein gewünschtes Impedanzverhalten in dem Frequenzbereich zu erzielen, in dem das Strahlerelement 230 auf Funktionsfähigkeit ausgelegt ist. Obwohl dies nicht dargestellt ist, könnte die Anpassungsschaltung 800 offenkundig auch auf die vorstehend beschriebene Weise zu der in 9 gezeigten Konfiguration hinzugefügt werden, um die beschriebenen Vorteile zu erzielen.
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10 zeigt eine genaue Ansicht des Schaltkreises der in 7 gezeigten PCB 205a. Ein RF-Eingang 1000 bildet einen Teil der Basis 200 des Antennensystems 110. Während eines Signalempfangs im GNSS-Band ermöglicht die Positionierung des zweiten Strahlerelements 230 unmittelbar hinter der Streifenleitung 705a, dass über das zweite Strahlerelement 230 empfangene Signale von der Hochfrequenz-Bandpassanpassungsund Breitbandzugangsschaltung 710a und der Niederfrequenz-Bandpassanpassungs- und Breitbandzugangsschaltung 720a unbeeinflusst bleiben.
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Während des Betriebs im UKW-Band wird ein UKW-Signal am RF-Eingang 1000 empfangen und von einem Kondensator 1005 in der Hochfrequenz-Bandpassanpassungsund Breitbandzugangsschaltung 710a blockiert. Das Signal wird durch eine von einem Induktor 1010, einem Kondensator 1015, einem Induktor 1020, einem Induktor 1025 und einem Kondensator 1030 gebildete Tiefpassanpassungs- und Breitbandzugangsschaltung gefiltert. Der Kondensator 1035 bildet einen Sperrkondensator zum Verhindern einer Niederfrequenzrückkopplung in die Hochfrequenz-Bandpassanpassungs- und Breitbandzugangsschaltung 710a. Wie vorstehend erwähnt, kann die Niederfrequenz- Bandpassanpassungs- und Breitbandzugangsschaltung 720a auch so konstruiert sein, dass sie eine Bandpassfunktion erfüllt, beispielsweise durch paralleles Anordnen eines (nicht dargestellten) Induktors zu entweder dem Kondensator 1015 oder dem Kondensator 1030 zur Verbesserung der Isolierung des Funkgeräteempfängers gegenüber potentiellen Störungen, die durch RF-Quellen induziert werden, die bei Frequenzen unter UKW arbeiten, beispielsweise im FM-Funkband von bis zu ca. 108 MHz.
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Die Hochfrequenz-Bandpassanpassungs- und Breitbandzugangsschaltung 710a ist aus mehreren Impedanzanpassungskomponenten in Form zusammengestellter Elemente ausgebildet, die den Kondensator 1005 umfassen, der eine Sperre für die UKW-Signale bildet, die von der Streifenleitung 705a eingeleitet werden, und mit Induktor 1040 verbunden ist, wobei der Induktor 1045 zwischen einer gemeinsamen Erdung 1050 der Streifenleitung eingekoppelt ist. Der Wirkungsgrad der Anpassungsfunktion bei UHF und 7/800 MHz kann dadurch erheblich verbessert werden, das ein sehr nahes Anordnen der Komponenten beieinander und bei dem Antenneneinspeisepunkt 730a ermöglicht wird, wodurch die parasitären Induktanzen und Kapazitanzen reduziert werden, die durch längere Zwischenverbindungen erzeugt würden.
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Während des Betriebs im UHF-Band oder im 7/800 MHz-Band wird das Hochfrequenzsignal am RF-Eingang 1000 empfangen und zur Filterung durch die Hochfrequenz- Bandpassanpassungs- und Breitbandzugangsschaltung 710a über die Streifenleitung 705a gekoppelt. Der Induktor 1025 fungiert als Hochfrequenzdrossel und verhindert eine Hochfrequenzrückkopplung in die Niederfrequenz-Bandpassanpassungs- und Breitbandzugangsschaltung 720a.
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11 zeigt auf der PCB 205b angeordnete Elemente der Anpassungsschaltung 800 gemäß einigen Ausführungsformen nach 8. Wie für Fachleute mit normalen Fachkenntnissen ersichtlich, sind ein Induktor 1105 und Kondensatoren 1110 und 1115 zur Schaffung einer effektiven Impedanzanpassung zwischen der Streifenleitung 705b und dem zweiten Strahlerelement 230 als LC-Schaltung einstellbar. Die Reihenschaltung des Induktors 1105 und des Kondensators 1110 dient als Resonanzbandpassfilter, der eine Kopplung des Strahlerelements 230 mit dem Rest des Schaltkreises in einen Frequenzbereich um die Resonanzfrequenz ermöglicht, in der das Strahlerelement 230 auf Funktionsfähigkeit ausgelegt ist. Die Erde 705b der Streifenleitung kann den für den Kondensator 1115 gezeigten Erdanschluss bilden.
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Zusammenfassend umfassen die Vorteile der vorliegenden Offenbarung das Ermöglichen effektiver, kompakter und robuster Mehrband-Antennensysteme. So können beispielsweise sämtliche Möglichkeiten von UKW, UHF und GNSS in einem einzigen Antennensystem kombiniert werden, was der modernen mobilen Funkkommunikationsausrüstung eine erhebliche Vielseitigkeit verleiht. Durch Kombinieren von zwei Strahlerelementen auf einem einzigen elastischen Bogen können die Herstellungskosten reduziert werden, während die Zuverlässigkeit und Robustheit des Antennensystems erhöht werden. Ebenso helfen gemäß einigen Ausführungsformen in eine PCB integrierte Anpassungsfunktionalitäten bei der Sicherstellung einer genauen und dauerhaften Positionierung des elastischen Bogens bei Zusammenbau und Nutzung. Der kompakte Aufbau ist bei mobilen batteriebetriebenen Handfunkgeräten mit begrenztem Raum extrem vorteilhaft.
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In der vorstehenden Beschreibung wurden spezifische Ausführungsformen beschrieben. Für Fachleute mit normalen Fachkenntnissen ist jedoch zu erkennen, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem nachstehend in den Ansprüchen dargelegten Rahmen der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sind die Beschreibung und die Figuren mehr in einem veranschaulichenden als in einem einschränkenden Sinn zu betrachten, und sämtliche derartigen Modifikationen sind als im Rahmen der vorliegenden Lehren enthalten zu verstehen.
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Der Nutzen, die Vorteile, die Problemlösungen und jedes Element (sämtliche Elemente), das (die) den Eintritt oder eine stärkere Ausprägung eines Nutzens, eines Vorteils oder einer Lösung erbringen kann (können), dürfen nicht als eine kritische, erforderliche oder wesentliche Funktionalität oder Elemente eines oder sämtlicher Ansprüche interpretiert werden. Die Erfindung ist ausschließlich durch die beiliegenden Ansprüche einschließlich sämtlicher während der Anhängigkeit der vorliegenden Anmeldung vorgenommenen Änderungen und sämtlicher veröffentlichter Äquivalente der vorliegenden Ansprüche definiert.
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Die Begriffe „umfasst“, „umfassen“, „aufweisen“, „weist auf“, „schließt ein“, „einschließen“, „enthalten“, „enthält“ oder jede andere Variation dieser sollen eine nicht ausschließende Einbeziehung abdecken, so dass ein Prozess, ein Verfahren, ein Teil oder eine Vorrichtung, das bzw. die eine Liste von Elementen umfasst, aufweist, einschließt oder enthält, nicht nur diese Elemente umfasst, sondern auch andere Elemente umfassen kann, die nicht ausdrücklich aufgelistet oder dem Prozess, dem Verfahren, dem Teil oder der Vorrichtung innewohnend sind. Ein Element, dem ein “umfasst eine ...”, “weist eine ... auf”, “hat eine ...”, “enthält eine ...” vorangestellt ist, schließt nicht ohne weitere Einschränkungen das Vorhandensein zusätzlicher, identischer Elemente in dem Prozess, dem Verfahren, dem Teil oder der Vorrichtung aus, die das Element umfasst, hat, aufweist, enthält. Die Begriffe „ein“ und „eine“ sind als eines oder mehrere definiert, sofern im Vorliegenden nicht ausdrücklich anderes angegeben ist. Der Begriff „gekoppelt“ ist in der hier verwendeten Form als verbunden definiert, obwohl nicht notwendigerweise direkt und nicht notwendigerweise mechanisch. Eine Vorrichtung oder ein Aufbau, der auf eine bestimmte Weise „konfiguriert“ ist, ist zumindest auf diese Weise konfiguriert, kann aber auch auf andere Arten konfiguriert sein, die hier nicht aufgelistet sind.
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Es ist offensichtlich, dass einige Ausführungsformen aus einem oder mehreren gattungsmäßigen oder spezialisierten Prozessoren (oder „Verarbeitungsvorrichtungen“) wie Mikroprozessoren, digitalen Signalprozessoren, speziell gefertigten Prozessoren und Universalschaltkreisen (FPGA = Field Programmable Gate Array) und spezifischen gespeicherten Programmanweisungen (einschließlich sowohl Software als auch Firmware) bestehen können, die den einen oder die mehreren Prozessoren steuern, um im Zusammenhang mit bestimmten Schaltungen, die keine Prozessoren sind, einige, die meisten oder sämtliche Funktionen des Verfahren und/oder der Vorrichtung zu implementieren, die hier beschrieben sind. Alternativ könnten einige oder sämtliche Funktionen durch eine Zustandsmaschine ohne gespeicherte Programmanweisungen oder durch eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) implementiert werden, bei denen jede Funktion oder einige Kombinationen bestimmter der Funktionen als spezifische Logik implementiert sind. Selbstverständlich kann eine Kombination beider Ansätze verwendet werden.
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Überdies kann eine Ausführungsform als computerlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten computerlesbaren Code zum Programmieren eines Computers (z.B. mit einem Prozessor) zum Ausführen eines hier beschriebenen und beanspruchten Verfahrens implementiert werden. Beispiele derartiger computerlesbarer Speichermedien umfassen eine Festplatte, eine CD-ROM, eine optische Speichervorrichtung, eine magnetische Speichervorrichtung, ein ROM (Read Only Memory, Festspeicher), ein PROM (Programmable Read Only Memory, programmierbarer Festspeicher), ein EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory, löschbarer programmierbarer Festspeicher), ein EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory, elektrisch löschbarer programmierbarer Festspeicher) und einen Flash-Speicher, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Ferner ist zu erwarten, dass Fachleute mit normalen Fachkenntnissen ungeachtet möglicherweise erheblichen Aufwands und zahlreicher Konstruktionsmöglichkeiten beispielsweise motiviert durch verfügbare Zeit, aktuelle Technologie und wirtschaftliche Überlegungen leicht in der Lage sein werden, mit minimalem Experimentieraufwand derartige Softwareanweisungen und Programme und ICs zu erstellen, wenn sie sich von den hier offenbarten Konzepten und Prinzipien leiten lassen.
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Die Zusammenfassung der Offenbarung wird bereitgestellt, um dem Leser eine rasche Feststellung der Natur der technischen Offenbarung zu ermöglichen. Sie wird in dem Einvernehmen vorgelegt, dass sie nicht verwendet wird, um Rahmen und Bedeutung der Ansprüche zu interpretieren oder einzuschränken. Überdies geht aus der vorstehenden genauen Beschreibung hervor, dass verschiedene Merkmale zum Zwecke der Straffung der Offenbarung in unterschiedlichen Ausführungsformen gruppiert wurden. Dieses Verfahren bei der Offenbarung darf nicht so interpretiert werden, als reflektiere es die Absicht, dass die beanspruchten Ausführungsformen mehr Merkmale erfordern, als in jedem Anspruch ausdrücklich angegeben sind. Wie die nachfolgenden Ansprüche wiedergeben, liegt der erfinderische Gegenstand vielmehr in weniger als sämtlichen Merkmalen einer einzigen offenbarten Ausführungsform. Dementsprechend werden die folgenden Ansprüche hiermit in die genaue Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als separat beanspruchter Gegenstand für sich steht.
