DE19525047A1 - Antenne für eine Kommunikationsvorrichtung - Google Patents

Description

Persönliche Kommunikationssysteme (Personal Communication Systems - PCS) setzen schnurlose Handapparate ein, die oftmals so klein wie möglich aufgebaut sind, um die Vorrichtungen einfacher tragbar zu gestalten. Um die Handeinheit leicht tragbar zu halten, werden Merkmale bzw. Maßnahmen, wie beispielsweise einziehbare Antennen, in das Handgerat eingebaut, so daß das Handgerät so wenig Platz wie möglich in Anspruch nehmen wird, wenn es in eine Tasche oder eine Aktentasche gelegt wird. In Systemen, die eine Antennenvariation erfordern, wird eine zweite Antenne in das Handgerät eingebaut, und dies stellt demzufolge die Herausforderung dar, die Handgerätefunktion bzw. -leistung auf einem optimalen Niveau zu hal­ ten, während eine ergonomisch geeignete Lösung für den Benutzer geschaf­ fen wird. In Handgeräten, die Verschlußklappen besitzen, ist eine mög­ liche Lösung für dieses Problem das Einbauen der zweiten Antenne in die Klappe. Derzeitige Klappenantennen sind typischerweise mit dem Handge­ rät-Sendeempfänger unter Verwendung eines Koaxialkabels oder einer flexiblen Schaltkreiszwischenverbindung (Litze) verbunden. Allerdings kann die Verwendung eines flexiblen bzw. Litzen-Schaltkreises und eines Koaxialkabels oftmals schwierige Montageaufgaben in einer Fertigung dar­ stellen, wo Montagezeit und Herstellzuverlässigkeit von primärer Wich­ tigkeit sind. Mechanische Probleme können hinsichtlich der Abnutzung und einem Reißen entstehen, denen flexible Schaltkreise und Koaxialkabel ausgesetzt sind, wenn die Klappe wiederholt geöffnet und geschlossen wird. Weiterhin werden Antennen, die gänzlich in die Klappe eingebaut werden, normalerweise verstimmt, wenn die Klappe geschlossen wird, da sich die Antenne mit einer Erdungs- bzw. Massepotential- (Ground Poten­ tial - GND) Ebene des Sendeempfängers verbindet. Demzufolge erfordert ein Handgerät, das eine Antenne besitzt, die gänzlich in die Klappe eingebaut ist, daß die Klappe offen verbleibt, damit die Antenne gut funktioniert. Zusätzlich entsteht bei Handgeräten, die ohne eine Klappe aufgebaut sind, ein Problem dahingehend, wo die zweite Antenne plaziert werden soll, wenn eine Variation als Teil des Kommunikationsprotokolls erforderlich ist.

Demzufolge ist ein Bedarf für eine Antenne vorhanden, die in eine Kom­ munikationsvorrichtung eingebaut werden kann, die eine bessere Zwischen­ verbindung zwischen der Klappe und dem Sendeempfänger liefert, um die Montagezeit und die Kosten bei der Herstellung zu reduzieren. Diese An­ tenne sollte weiterhin eine Betriebsweise sowohl in einer geöffneten als auch einer geschlossenen Klappenposition liefern. Zusätzlich wurde ein Handgerät, das keine Klappe besitzt und eine Variation liefert, von Vor­ teil für den Benutzer darstellen, der keine Klappe wünscht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer Kommunikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung, die die bevorzugte Ausführungsform der Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung erläuternd darstellt.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das die Antenne, wie sie gemäß der Erfindung beschrieben ist, mit einem Dipol in einem freien Raum vergleicht.

Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung, die eine standardmäßige, aus­ ziehbare Antenne mit einer Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung ver­ gleicht.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das die erwartete Leistung des Handgeräts gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung basierend auf den Daten, die in Fig. 4 dargestellt sind, zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen stellt ein portables Funkgerät, oder ein Handgerät, 100 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Erfindung, die hier beschrieben wird, wendet ein drahtloses Telefon-Handgerät der zweiten Generation (CT2) an, allerdings könnten andere Kommunikationseinrichtungen ebensogut verwendet werden. Das Handgerät 100 umfaßt ein Gehäuse 102 und eine Klappe bzw. einen Deckel 104, der mit dem Gehäuse über ein Gelenk bzw. Scharnier 106 ver­ bunden ist. Das Handgerät 100 umfaßt auch jeweils eine erste und eine zweite Antenne 108 und 110. Die erste Antenne 108 Ist eine standard­ mäßige, ausziehbare Antenne, die aus zwei Hauptabschnitten besteht, einem parasitären Strahlerabschnitt, der als ausgezogener Abschnitt 112 darge­ stellt ist, und einen direkten Zuführbereich 114, der innerhalb des Ge­ häuses 102 angeordnet und mit dem Sendeempfängerabschnitt einer gedruck­ ten Schaltkreisleiterplatte (nicht dargestellt), die innerhalb des Gehäu­ ses 102 angeordnet ist, verbunden ist. Die zwei Bereiche 112 und 114 verbinden sich, wenn sie ausgezogen sind, induktiv und werden als kom­ plette Antenne 108 verwendet. Wenn der parasitäre Strahlerabschnitt 112 zurückgezogen ist, wird nur der direkte Zuführabschnitt 114 für die An­ tenne 108 verwendet. In der zurückgezogenen Position wird die Leistung etwas herabgesetzt, da nur der direkte Zuführabschnitt 114 verwendet wird, um ein Funkfrequenz-(HF)-Signal zu empfangen oder zu senden. Ein Kunststoffteil mit einer Länge von einem halben Inch an jedem Ende des parasitären Strahlerabschnitts 112 ermöglicht den zwei Bereichen, daß sie sich induktiv verbinden, wenn sie sich in der ausgezogenen Position be­ finden, und ermöglicht nur die Verwendung des direkten Zuführab­ schnitts 114, wenn sie sich in der zurückgezogenen bzw. eingeschobenen Position befindet.

In dem Handgerät 100 eingeschlossen ist die zweite Antenne 110, die in zwei Bereiche unterteilt ist. Der erste Bereich (der später dargestellt wird) der zweiten Antenne 110 Ist innerhalb des Gehäuses 102 angeordnet, während der zweite Bereich ein parasitärer Strahler 116 ist, der inner­ halb der Klappe 104 angeordnet ist. Die zweite Antenne 110 wird im Detail in Fig. 2 beschrieben, allerdings erzeugt, kurz gesagt, eine induktive Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich die zweite Antenne. Die ausziehbare Antenne 108 und die zweite Antenne 110 statten das Hand­ gerät 100 mit einer Variationsmöglichkeit bzw. Diversität aus.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Klappe 104 zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegt werden, wobei die erste Position vorzugsweise eine geöffnete Position und die zweite Posi­ tion eine geschlossene Position ist. Die Klappe ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt und schließt ein leitendes Material, wie beispielsweise Kupfer, ein, das in einer vorbestimmten Form auf der Kunststoffoberfläche aufgebracht ist, wobei es den parasitären Strah­ ler 116 bildet. Das leitende Material kann ebensogut innerhalb des Kunst­ stoffs eingebettet werden. Die zweite Antenne 110, die hier beschrieben werden wird, stattet das Handgerät mit der Fähigkeit aus, die Variations­ möglichkeit bzw. Diversität mit der Klappe offen, geschlossen oder sogar mit der Klappe vollständig von dem Handgerät entfernt vorzusehen.

Fig. 2 der beigefügten Zeichnungen stellt die bevorzugte Ausführungsform der zweiten Antenne 110 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Anten­ ne 110 ist in zwei Bereiche, die an einer Frequenz, die von Interesse ist, resonant sind, aufgeteilt, und zwar den direkten Zuführstrahlerbe­ reich 202 und den parasitären Strahlerbereich 116. Die Antenne 110 weist auch ein Substrat 206 auf, vorzugsweise den Sendeempfängerbereich des Handgeräts 100, der den direkten Zuführbereich 202 umfaßt. Die Klap­ pe 104, die sich mit dem Gehäuse (wie in Fig. 1 dargestellt ist) verbin­ det, weist den parasitären Strahler 116 auf. In der bevorzugten Ausfüh­ rungsform ist der direkte Zuführbereich 202 als ein Mikrobandleiter in dem Layout des gedruckten Schaltkreisleiterplattensubstrats 206 einge­ schlossen und der Mikrobandleiter ist bei der Frequenz, die von Interesse ist, resonant. Das Substratmaterial ist vorzugsweise ein feuerhemmendes Epoxidharz/Glasgewebelaminat-(FR-4)-Material, allerdings können auch andere pcb-Substrate (Flachbaugruppen-Substrate), die nach dem Stand der Technik bekannt sind, verwendet werden.

Der parasitäre Strahler 116 kann bei der Klappe 104 unter Verwendung eines leitenden Materials, wie beispielsweise ein Kupferband oder leiten­ de Farbe, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, aufgebracht wer­ den. Während die bevorzugte Ausführungsform die Klappe 104 so beschreibt, daß sie aus Kunststoff hergestellt ist, könnten auch andere Materialien, wie pcb-Substratmaterialien, verwendet werden. Durch Einbauen des parasi­ tären Strahlers 116 in die Klappe und durch induktive Kopplung von diesem mit dem direkten Zuführbereich 202 der gedruckten Schaltkreisleiterplat­ te 206 wird das Erfordernis einer Zwischenverbindung eines Koaxialkabels oder einer Litze zwischen dem Sendeempfänger und der Klappe beseitigt.

Das Muster des Mikrobandleiters für den direkten Zuführbereich 202 kann in irgendeiner Form aufgebaut werden, die bei der Frequenz, die von In­ teresse ist, resonant ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist der direkte Zuführbereich 202 vorzugsweise eine Viertelwellenlängenzuführung, die bei Frequenzen über den 864-868 MHz (Megahertz) Bereich resonant ist, während der parasitäre Resonatorbereich 116 vorzugsweise ein Halbwellen­ radiator ist, der bei derselben Frequenz, die von Interesse ist, resonant ist.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der direkte Zuführ­ bereich 202 der Antenne 110 ein Viertelwellenlängenradiator, allerdings könnten andere Längen in Sprüngen von Viertelwellenlängen, wie beispiels­ weise eine halbe Wellenlänge und eine volle Wellenlänge, ebensogut ver­ wendet werden. Der parasitäre Radiator 116 könnte auch, während eine halbe Wellenlänge bevorzugt ist, in Bezug auf andere Wellenlängen in Halbwellenlängenzuwachsraten aufgebaut werden. Für eine optimale Leistung bzw. Funktion werden die zwei in Resonanz tretenden Elemente 202 und 116 vorzugsweise so aufgebaut, daß sich dann, wenn die Klappe 104 zu der geschlossenen Position bewegt wird, die zwei Elemente nicht überlappen.

Um eine Variation bzw. Diversität zu liefern, kann die Antenne 110, wie sie durch die Erfindung beschrieben ist, in ein Handgerät eingebaut wer­ den, das schon eine standardmäßige, ausziehbare Antenne 108 besitzt, wie diese anhand der Fig. 1 beschrieben ist. Da einige Benutzer ein Handgerät mit einer Klappe bevorzugen, wird das Diversitätsmerkmal eingebaut, ohne daß der Benutzer aufgefordert wird, irgendwelche gesonderten Schritte als diejenigen, die er schon vornimmt, durchzuführen. Wenn die Klappe 104 offenbelassen wird, kann irgendeine der ersten Antenne 108 oder der zwei­ ten Antenne 110 das HF-Signal in Abhängigkeit von der Richtung des Si­ gnals und der Position des Handgeräts empfangen oder senden. Wenn die Klappe 104 geschlossen wird, liefern entweder die erste Antenne 108 oder der direkte Zuführbereich 202 der zweiten Antenne 110 die Einrichtung, mit der das HF-Signal empfangen oder gesendet werden kann. Während eine optimale Leistung mit der Klappe 104 in der offenen Position erreicht wird, trägt der direkte Zuführbereich 202 der zweiten Antenne 110 noch zu einer Diversität in dem Handgerät 100 mit der Klappe geschlossen bei. Für Kunden, die die Klappe 104 entfernt haben wollen, wird nur der direkte Zuführbereich 202 als die zweite Antenne verwendet. Wenn die Klappe 104 geschlossen ist oder wenn die Klappe entfernt ist, wirkt der direkte Zuführbereich 202 selbst als eine Antenne, da er sich nicht von seiner Ursprungsstelle weg bewegt hat.

In Fig. 3 ist nun eine graphische Darstellung gezeigt, die ein Beispiel von Daten, die gesammelt sind, darstellt, die die Leistung des Handgeräts einschließlich der Antenne 110, wie dies durch die Erfindung beschrieben ist, mit der Klappe offen und der Klappe geschlossen zu einem Dipol im freien Raum vergleicht. Die Daten wurden in einer echofreien bzw. re­ flexionsfreien Kammer aufgenommen und sind für die Leistung der Antenne im freien Raum repräsentativ. Alle Leistungspegel sind in Dezibel relativ zu einem Milliwatt (dBm) gemessen. Der Dipol wird als Referenz verwendet und wird um einen Radius von 360° mit Sendeleistungspegel, die überwacht werden, gedreht. Die Linie 302 stellt den Dipol im freien Raum dar und besitzt eine Durchschnittsleistung von -39,1 dBm, während die Leitung 304 die Antenne, wie sie durch die Erfindung beschrieben ist, mit der Klappe offen darstellt und einen durchschnittlichen Leistungspegel von -40,9 dBm (oder 1,8 dB unterhalb des Referenzdipols) besitzt. Die Leitung 306 stellt die Antenne dar, wie sie durch die Erfindung beschrieben wird, mit der Klappe geschlossen, und mißt eine Durchschnittsleistung von 42,1 dBm. Das gesamte Delta im Leistungspegel zwischen der Klappe, die geschlossen ist, und dem Referenzdipol beträgt nur 3 dB, was als akzeptabler Pegel einer Herabsetzung angesehen wird. Da das Handgerät 100 mit der Klappe 104 in der geschlossenen Position grundsätzlich nur die direkte Zuführung 202 als Einrichtung zum Empfangen des HF-Signals verwendet, kann eine akzep­ table Leistung mit und ohne Klappe erwartet werden.

In Fig. 4 ist nun eine graphische Darstellung 400 dargestellt, die ein Beispiel von Daten erläutert, die Sendeleistungspegel an den einzelnen Antennen 108 und 110 darstellt, während das Handgerät 100 durch den Benutzer gehalten wird. Die Linie 402 stellt einen akzeptablen Schwell­ wert in dBm dar, oberhalb dem der Sendeleistungspegel eines HF-Signals aufrechterhalten werden muß, um eine Kommunikationsverbindung beizubehal­ ten. Die einzelnen Antennen 108 und 110 wurden separat gemessen, um deren jeweilige Signalstärken zu vergleichen. Die Linie 404 stellt den Lei­ stungspegel in dBm dar, der durch die erste Antenne gesendet wird, bei der es sich um eine standardmäßige, ausziehbare Antenne handelt. Die Linie 406 stellt den Leistungspegel dar, der durch die zweite Antenne 100 gesendet wird, wie dies durch die Erfindung beschrieben wird, mit der Klappe offen. Der durchschnittliche Leistungspegel für die standard­ mäßige, ausziehbare Antenne 108 in der ausgezogenen Position wird mit -49,8 dBm gemessen, während der durchschnittliche Leistungspegel für die Antenne 110 mit der Klappe in der offenen Position mit -51,2 dBm gemessen wird.

Die Daten von der graphischen Darstellung 400 stellen den Benutzer dar, wenn er sich einen Radius von 360° dreht, wobei der Sendeleistungspe­ gel überwacht wird. Wie anhand der graphischen Darstellung 400 gesehen werden kann, fällt die Klappenantenne (Linie 406) unterhalb des Schwell­ werts an zwei Hauptstellen 180° (Punkt 408) und 270° (Punkt 410) ab. Diese Abfallstelle am Punkt 408 entspricht der Rückseite des Kopfes des Benutzers, der zu dem strahlenden Element mit der Klappe nach vorne aus­ gerichtet hin gerichtet ist, während der Abfall an dem Punkt 410 der Hand des Benutzers entspricht, die die Klappe verdeckt. Die standardmäßige Antenne (Linie 404) fällt unterhalb des Schwellwerts bei 0°, 100° und 360° ab, wie durch die Bezugszeichen 412, 414 und 416 jeweils dargestellt ist. Die zwei Antennen 108 und 110 wirken grundsätzlich als ergänzende Einrichtungen miteinander. Demzufolge kann in einem Diversitäts-Handge­ rät, falls das empfangene oder gesendete Signal von einer Antenne über­ blendet bzw. überdeckt (als Fading wirkt) wird, dann die andere Antenne eingeschaltet werden, um die Kommunikationsverbindung aufrechtzuerhalten.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das die erwarteten Sendeleistungspegel basie­ rend auf dem Diagramm der Fig. 4 des Diversitäts-Handgeräts 100 erläu­ tert, das zwischen der standardmäßigen, ausziehbaren Antenne 108 in der ausgezogenen Position und der Antenne 110, wie sie durch die Erfindung mit der Klappe 104 offen beschrieben ist, umschaltet. Das Bezugszei­ chen 502 stellt eine Änderung von der standardmäßigen Antenne 108 zu der zweiten Antenne 110 dar, das Bezugszeichen 504 stellt eine Änderung zu­ rück zu der standardmäßigen Antenne 108 dar und das Bezugszeichen 506 stellt eine Umschaltung zurück zu der zweiten Antenne 110 dar. Durch Verbesserung der Fähigkeit, das Hf-Leistungssignal zu senden und zu em­ pfangen, wird der Bereich, über den das Handgerät arbeiten kann, ver­ größert.

Eine verbesserte Antennenleitung in einer Kommunikationsvorrichtung kann durch Einsetzen der Antenne 110, wie sie durch die Erfindung beschrieben ist, in Verbindung mit der standardmäßigen, ausziehbaren Antenne 108 erreicht werden. Durch induktive Kopplung des parasitären Strahlerbe­ reichs mit dem direkten Zuführbereich wird das Erfordernis für ein Ko­ axialkabel oder eine andere Übertragungsleitung, die durch das Scharnier führt, beseitigt. Dies vereinfacht den Aufbau des Handgeräts und erhöht die Zuverlässigkeit der Antenne, wenn die Klappe über die Zeit wiederholt geöffnet und geschlossen wird. Das Handgerät fährt fort, eine Diversität zu liefern, ob nun die Klappe geöffnet oder geschlossen ist, da die Lei­ stung des direkten Zuführbereichs im wesentlichen dieselbe, unabhängig der Position der Klappe, verbleibt. Weiterhin kann der Benutzer die Klap­ pe entfernen und fortfahren, das Handgerät zu benutzen, und zwar unter Verwendung der standardmäßigen, ausziehbaren Antenne als die erste An­ tenne und des direkten Zuführbereichs als die zweite Antenne.

Claims (7)

1. Kommunikationsvorrichtung (100), die ein Gehäuse (102), einen Sende­ empfänger, der innerhalb des Gehäuses (102) angeordnet ist, eine Klappe (104), die zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist, und ein Scharnier, das die Klappe mit dem Gehäuse (102) verbindet, umfaßt, wobei die Kommunikationsvorrich­ tung (100) gekennzeichnet ist durch: einen direkten Zuführradia­ tor (202), der innerhalb des Gehäuses (102) angeordnet ist; und einen parasitären Radiator (116), der innerhalb der Klappe (104) angeordnet ist, der induktiv mit dem direkten Zuführradiator (202) gekoppelt ist.

2. Kommunikationsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, die weiterhin durch eine ausziehbare Antenne (108) gekennzeichnet ist, die mit dem Gehäu­ se (102) verbunden ist, wobei der direkte Zuführradiator (202) und die ausziehbare Antenne (108) eine Antennen-Diversität in Bezug auf die Kommunikationsvorrichtung (100) schaffen.

3. Kommunikationsvorrichtung (100) nach Anspruch 2, die weiterhin da­ durch gekennzeichnet ist, daß der Sendeempfänger ein Substrat (206) aufweist, und wobei der direkte Zuführradiator (202) auf dem Sub­ strat (206) angeordnet ist.

4. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 3, die weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß der direkte Zuführradiator (202) eine erste Antennenposition schafft, wenn sich die Klappe (104) in der ersten Position befindet und der direkte Zuführradiator (202) induktiv mit dem parasitären Radiator (116) verbunden ist, um eine zweite Anten­ nenposition zu schaffen, wenn sich die Klappe (104) In der zweiten Position befindet.

5. Kommunikationsvorrichtung (100) nach Anspruch 4, die weiterhin da­ durch gekennzeichnet ist, daß der direkte Zuführradiator (202) einen Zuführradiator mit einer im wesentlichen direkten Viertelwellenlänge aufweist und der parasitäre Radiator (116) einen resonanten, parasi­ tären Radiator mit im wesentlichen einer halben Wellenlänge aufweist.

6. Kommunikationsvorrichtung (100) nach Anspruch 5, die weiterhin da­ durch gekennzeichnet ist, daß der parasitäre Radiator (116) auf der Klappe (104) aufgedruckt ist.

7. Kommunikationsvorrichtung (100) nach Anspruch 6, die weiterhin da­ durch gekennzeichnet ist, daß der direkte Zuführradiator (202) einen Mikrobandleiter aufweist, der auf dem Substrat (206) aufgedruckt ist.