DE19525047C2 - Kommunikationsvorrichtung - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Kommunikationsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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 Handgerät 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 ein Antennendiversity 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 halten, während eine ergonomisch geeignete Lösung für den Benutzer geschaffen wird. In Handgeräten, die Verschlußklappen besitzen, ist eine mögliche Lösung für dieses Problem das Einbauen der zweiten Antenne in die Klappe. Derzeitige Klappenantennen sind typischerweise mit dem Handgerät- 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 darstellen, wo Montagezeit und Herstellzuverlässigkeit von primärer Wichtigkeit 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 Potential - 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 Kommunikationsvorrichtung eingebaut werden kann, die eine bessere Zwischenverbindung zwischen der Klappe und dem Sendeempfänger liefert, um die Montagezeit und die Kosten bei der Herstellung zu reduzieren. Diese Antenne sollte weiterhin eine Betriebsweise sowohl in einer geöffneten als auch einer geschlossenen Klappenposition liefern. Zusätzlich würde ein Handgerät, das keine Klappe besitzt und ein Diversity besitzt, von Vorteil für den Benutzer sein, der keine Klappe wünscht.

Aus der US-PS 51 70 173 ist eine gattungsbildende Kommunikationseinrichtung bekannt mit einer ausziehbaren Antenne und einer in der Klappe angeordneten Mikrostreifenleiterantenne. Die Mikrostreifenleiterantenne ist über eine im Scharnier angeordnete kapazitive Koppeleinrichtung mit den elektrischen Schaltkreisen des Funktelefons verbunden.

In der EP 644 607 A1 ist vorgeschlagen worden, eine ausschwenkbare Antenne an einem Funktelefon anzuordnen, wobei die Kopplung zwischen Antenne und den elektronischen Schaltkreisen des Funktelefons über eine induktive Kopplung realisiert ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer gattungsbildenden Kommunikationseinrichtung die Antennenanordnung so zu verbessern, daß verbesserte Empfangseigenschaften erzielt werden.

Diese Aufgabe wird von einer Kommunikationsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sind Gegenstand mehrerer Unteransprüche.

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 Erfindung beschrieben ist, mit einem Dipol in einem freien Raum vergleicht.

Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung, die eine standardmäßige, ausziehbare Antenne mit einer Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung vergleicht.

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.

Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen stellt ein portables Funkgerät, oder ein Handtelephon, 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 verbunden ist. Das Handgerät 100 umfaßt auch jeweils eine erste und eine zweite Antenne 108 und 110. Die erste Antenne 108 ist eine standardmäßige, ausziehbare Antenne, die aus zwei Hauptabschnitten besteht, einem parasitären Antennenabschnitt, der als ausgezogener Abschnitt 112 dargestellt ist, und einem direkten Speisebereich 114, der innerhalb des Gehäuses 102 angeordnet und mit dem Sendeempfängerabschnitt einer gedruckten Schaltkreisleiterplatte (nicht dargestellt), die innerhalb des Gehäuses 102 angeordnet ist, verbunden ist. Die zwei Bereiche 112 und 114 verbinden sich, wenn sie ausgezogen sind, induktiv und werden als komplette Antenne 108 verwendet. Wenn der parasitäre Antennenabschnitt 112 zurückgezogen ist, wird nur der direkte Zuführabschnitt 114 für die Antenne 108 verwendet. In der zurückgezogenen Position wird die Leistung etwas herabgesetzt, da nur der direkte Speiseabschnitt 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 Antennenabschnitts 112 ermöglicht den zwei Bereichen eine induktive Kopplung, wenn sie sich in der ausgezogenen Position befinden, und ermöglicht nur die Verwendung des direkten Speiseabschnitts 114, in der zurückgezogenen bzw. eingeschobenen Position.

Das Handtelephon 100 umfaßt 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 eine parasitäre Antenne 116 ist, die innerhalb der Klappe 104 angeordnet ist. Die zweite Antenne 110 wird im Detail in Fig. 2 beschrieben, allerdings erzeugt, kurz gesagt, entsteht die zweite Antenne durch eine induktive Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich. Die ausziehbare Antenne 108 und die zweite Antenne 110 statten das Handtelephon 100 mit einer Diversity 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 Position 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 und den parasitären Strahler 116 bildet. Das leitende Material kann ebensogut in den Kunststoff eingebettet werden. Die zweite Antenne 110, die hier beschrieben werden wird, stattet das Handtelephon mit der Fähigkeit aus, die Diversity 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 Antenne 110 ist in zwei Bereiche, die an einer Frequenz, die von Interesse ist, resonant sind, aufgeteilt, und zwar den direkten Antennenspeisebereich 202 und den parasitären Antennenbereich 116. Die Antenne 110 weist auch ein Substrat 206 auf, vorzugsweise den Sendeempfängerbereich des Handtelephons 100, der den direkten Speisebereich 202 umfaßt. Die Klappe 104, die mit dem Gehäuse (wie in Fig. 1 dargestellt) gekoppelt ist, weist die parasitäre Antenne 116 auf. In der bevorzugten Ausführungsform ist der direkte Speisebereich 202 als ein Mikrostreifenleiter in dem Layout des gedruckten Schaltkreisleiterplattensubstrats 206 enthalten und der Mikrostreifenleiter 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.

Die parasitäre Antenne 116 kann bei der Klappe 104 unter Verwendung eines leitenden Materials, wie beispielsweise ein Kupferband oder leitende Farbe, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, aufgebracht werden. 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 der parasitären Antenne 116 in die Klappe und durch induktive Kopplung der Antenne mit dem direkten Speisebereich 202 der gedruckten Schaltkreisleiterplatten 206 wird das Erfordernis einer Zwischenverbindung eines Koaxialkabels oder einer Litze zwischen dem Sendeempfänger und der Klappe beseitigt.

Das Muster des Mikrostreifenleiters für den direkten Speisebereich 202 kann in irgendeiner Form aufgebaut werden, die bei der Frequenz, die von Interesse ist, resonant ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist der direkte Speisebereich 202 vorzugsweise eine Viertelwellenlängenantenne, die bei Frequenzen über den 864-868 MHz (Megahertz) Bereich resonant ist, während der parasitäre Antennenbereich 116 vorzugsweise eine Halbwellenantenne ist, die bei derselben Frequenz, die von Interesse ist, resonant ist.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der direkte Speisebereich 202 der Antenne 110 eine Viertelwellenlängenantenne, allerdings könnten anderen Längen in Sprüngen von Viertelwellenlängen, wie beispielsweise eine halbe Wellenlänge und eine volle Wellenlänge, ebensogut verwendet werden. Die parasitäre Antenne 116 könnte auch, wenn eine halbe Wellenlänge bevorzugt wird, 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 Diversity zu liefern, kann die Antenne 110, wie sie durch die Erfindung beschrieben ist, in ein Handgerät eingebaut werden, das schon eine standardmäßige, ausziehbare Antenne 108 besitzt, wie diese anhand der Fig. 1 beschrieben ist. Da einige Benutzer ein Handtelephon mit einer Klappe bevorzugen, wird das Diversitymerkmal eingebaut, ohne daß der Benutzer aufgefordert wird, irgendwelche gesonderten Schritte als diejenigen, die er schon vornimmt, durchzuführen. Wenn die Klappe 104 offengelassen wird, kann entweder die erste Antenne 108 oder die zweite Antenne 110 das HF-Signal in Abhängigkeit von der Richtung des Signals und der Position des Handtelephons entweder die erste Antenne 108 oder der direkte Speisebereich 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 Speisebereich 202 der zweiten Antenne 110 noch zu einer Diversity in dem Handtelephon 100 mit geschlossener Klappe bei. Für Kunden, die die Klappe 104 entfernt haben wollen, wird nur der direkte Speisebereich 202 als zweite Antenne verwendet. Wenn die Klappe 104 geschlossen ist oder wenn die Klappe entfernt ist, wirkt der direkte Speisebereich 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 Handtelephons einschließlich der Antenne 110, wie dies durch die Erfindung beschrieben ist, mit offener Klappe und geschlossener Klappe zu einem Dipol im freien Raum vergleicht. Die Daten wurden in einer echofreien bzw. reflexionsfreien 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 Speisung 202 als Einrichtung zum Empfangen des HF-Signals verwendet, kann eine akzeptable Leistung mit und ohne Klappe erwartet werden.

In Fig. 4 ist 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 Schwellwert in dBm dar, oberhalb dem der Sendeleistungspegel eines HF-Signals aufrechterhalten werden muß, um eine Kommunikationsverbindung beizubehalten. Die einzelnen Antennen 108 und 110 wurden separat gemessen, um deren jeweilige Signalstärken zu vergleichen. Die Linie 404 stellt den Leistungspegel 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 110 gesendet wird, wie dies durch die Erfindung beschrieben wird, mit der Klappe offen. Der durchschnittliche Leistungspegel für die standardmäßige, 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 der sich um einen Radius von 360° dreht, wobei der Sendeleistungspegel überwacht wird. Wie anhand der graphischen Darstellung 400 gesehen werden kann, fällt die Klappenantenne (Linie 406) unterhalb des Schwellwertes 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 ausgerichtet 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 Diversity-Handtelephon, falls das empfangene oder gesendete Signal von einer Antenne überblendet bzw. überdeckt wird (als Fading wirkt), die andere Antenne eingeschaltet werden, um die Kommunikationsverbindung aufrechtzuerhalten.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das die erwarteten Sendeleitungspegel basierend auf dem Diagramm der Fig. 4 des Diversity-Handtelephons 100 erläutert, 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 Bezugszeichen 502 stellt eine Änderung von der standardmäßigen Antenne 108 zu der zweiten Antenne 110 dar, das Bezugszeichen 504 stellt eine Änderung zurück 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 empfangen, wird der Bereich, über den das Handtelephon arbeiten kann, vergrößert.

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 Antennenbereichs mit dem direkten Speisebereich wird das Erfordernis für ein Koaxialkabel oder eine andere Übertragungsleitung, die durch das Scharnier führt, beseitigt. Dies vereinfacht den Aufbau des Handtelephons und erhöht die Zuverlässigkeit der Antenne, wenn die Klappe über die Zeit wiederholt geöffnet und geschlossen wird. Das Handtelephon fährt fort, eine Diversity zu liefern, ob nun die Klappe geöffnet oder geschlossen ist, da die Leistung des direkten Speisebereichs im wesentlichen dieselbe, unabhängig der Position der Klappe, verbleibt. Weiterhin kann der Benutzer die Klappe entfernen und fortfahren, das Handgerät zu benutzen, und zwar unter Verwendung der standardmäßigen, ausziehbaren Antenne als die erste Antenne und des direkten Speisebereichs als die zweite Antenne.

Claims (4)

1. Kommunikationsvorrichtung (100) mit einem Gehäuse (102) und einem darin angeordneten Substrat (206), mit einer ausziehbaren ersten Antenne (108), welche mit dem Gehäuse (102) verbunden ist und mit einer zweiten Antenne (110), wobei die beiden Antennen eine Antennen-Diversity erzeugen, ferner mit einer Klappe (104), die am Gehäuse befestigt ist und zwischen einer offenen Stellung, in der die Klappe vom Gehäuse weg weist und einer geschlossenen Stellung, in der sich die Klappe nahe am Gehäuse befindet, verschwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Antenne (110) eine auf dem Substrat (206) ausgebildete direkte Speiseantenne (202) und eine parasitäre Antenne (116) umfaßt, welche so auf der Klappe (104) angeordnet ist, daß sie mit der direkten Speiseantenne (202) induktiv gekoppelt ist, wenn sich die Klappe (104) in der offenen Stellung befindet.

2. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die direkte Speiseantenne (202) eine Viertelwellenlängenantenne ist und die parasitäre Antenne (116) eine Halbwellenlängenantenne ist.

3. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die parasitäre Antenne (116) so ausgebildet ist, daß sie im Ansprechen auf die direkte Speiseantenne (202) mit einer bestimmten gewünschten Frequenz in Resonanz schwingt.

4. Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die direkte Speiseantenne (202) und/oder die parasitäre Antenne (116) als gedruckte Mikrostreifenleiterantenne ausgebildet ist.