DE19531376A1 - Elektronische Vorrichtung mit einer RF-Schaltung die in ein bewegliches Gehäuseelement integriert ist - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Radiofrequenz- (RF)-Schaltungen, einschließlich Antennen und insbesondere auf die Integration solcher RF-Schaltungen in das bewegliche Gehäuseelement einer elektronischen Vorrichtung.

Hintergrund der Erfindung

Im allgemeinen werden elektronische Vorrichtungen, wie beispielsweise Funktelefone, kleiner und die Kunden und Her­ steller fordern mehr Ausstattungsmerkmale. Folglich benötigen einige Funktelefone eine kompakte, integrierte Antenne, um zur Schwundminderung eine zweite Antenne zu bieten oder um aus Gründen des schönen Aussehens die Hauptantenne zu ver­ stecken.

Da der größte Teil der Oberfläche bei tragbaren Funkte­ lefonen normalerweise durch die Hand des Benutzers versperrt wird, liegt logischerweise ein Ort für eine integrierte An­ tenne in einem herausragenden Teil des Funktelefongehäuses. Dieses herausragende Gehäuse kann durch eine herausdrehbare Klappe verwirklicht werden, durch Drehen eines Teils des Funktelefongehäuses oder durch das Verschieben eines Teils der Funktelefongehäuses aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung. So ein tragbares Funktelefon besitzt, sowohl wenn sich das Gehäuseelement in der ersten Position befindet, als auch wenn sich das Gehäuseelement in der zweiten Position befindet, zulässige Betriebsarten.

Daher muß jede Antenne oder RF-Schaltung, die in ein be­ wegliches Gehäuseelement integriert werden soll, so gestaltet sein, daß sie sowohl in der ersten Position als auch in der zweiten Position gut arbeitet. Eine Schwierigkeit bei der An­ tennengestaltung tritt dann auf, wenn sich die Antenne in der zweiten Position nahe an elektrischen Komponenten des tragba­ ren Funktelefons befindet und in der ersten Position von den inneren Komponenten des Funktelefons weiter entfernt ist. Na­ türlich muß eine Antenne so abgestimmt sein, daß sie der Im­ pedanz des Leistungsverstärkers entspricht, um den maximalen Antennenwirkungsgrad zu erzielen. Die Anpassung einer Antenne hängt stark von der Position der Antenne während des Betriebs ab. Im vorliegenden Fall hat die Antenne zwei physikalische Positionen, in denen sie effizient arbeiten muß. Wenn die An­ tenne abgestimmt wird, wenn sie in der ersten Position ist, so ist die Antenne, wenn sie sich in der zweiten Position na­ he den elektrischen Komponenten des Transceivers befindet, verstimmt. Eine verstimmte Antenne weist nur eine schlechte Impedanzanpassung zum Leistungsverstärker auf und leidet an einem wesentlichen Wirkungsgradverlust. Somit ist es notwen­ dig, eine Antenne zu entwickeln, die wirkungsvoll arbeitet, sowohl wenn sich das bewegliche Gehäuseelement in der ersten Stellung befindet, als auch wenn es sich in der zweiten Stel­ lung befindet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Darstellung eines Funktelefons gemäß der vorliegenden Erfindung, das ein bewegliches Gehäuseelement in geöffneter Position aufweist.

Fig. 2 ist eine Darstellung des Funktelefons aus Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das bewegliche Gehäu­ seelement sich in einer geschlossenen Position befindet.

Fig. 3 ist eine Darstellung eines Teils des Funktelefons aus Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 ist eine Darstellung einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist hier eine Anten­ ne integriert in ein tragbares Funktelefon 100, wie bei­ spielsweise das japanische 1,9 GHz Taschentelefon der Firma Motorola. Ein tragbares Funktelefon weist typischerweise ein Tastenfeld 102, eine Anzeige 104, einen Lautsprecher 106, ein (nicht gezeigtes) Mikrofon und die elektronischen Komponenten eines Funktelefons auf. Das Funktelefon 100 ist Teil eines Funktelefonsystems, das Radiofrequenzsignale verwendet, um zwischen einem (nicht gezeigten) entfernten Transceiver und einer Vielzahl von Funktelefonen, wie das in Fig. 1 gezeigte Funktelefon, eine Kommunikation aufzubauen. Es wird eine An­ tenne verwendet, um Radiofrequenzsignale zwischen dem ent­ fernten Transceiver und dem Funktelefon zu senden und zu em­ pfangen. Wie in der Einleitung schon ausgeführt, ist es wün­ schenswert, eine Antenne in einen einziehbaren Teil des Ge­ häuses des Funktelefons zu integrieren.

Im vorliegenden Fall ist das Gehäuse des Funktelefons 100 in ein erstes Gehäuseelement 101 und ein zweites Gehäuse­ element 103 aufgeteilt. Das erste Gehäuseelement 101, das auch als Klappe bezeichnet wird, ist bezüglich des zweiten Gehäuseelements 103 beweglich. Das zweite Gehäuseelement 103 enthält einen Hauptteil der elektronischen Komponenten des tragbaren Funktelefons. Es ist ersichtlich, daß die vorlie­ gende Erfindung in andere Funktelefongeräte eingebaut werden kann, bei denen das erste Gehäuseelement zwischen der ersten Position und der zweiten Position in einer Drehbewegung, ei­ ner Rotationsbewegung oder einer Schiebebewegung hin- und herbewegt wird. Fig. 2 ist eine Darstellung des Funktelefons 100 der Fig. 1, wobei sich das erste, bewegliche Gehäuseele­ ment 101 in einer geschlossenen oder zweiten Stellung befin­ det.

In der bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Antennen­ system eine Antenne 105, die im ersten beweglichen Element 101 angeordnet ist, ein erstes Paar von leitenden Platten 107, 109, die im ersten beweglichen Gehäuseelement 101 an ei­ nem Versorgungspunkt 111 der Antenne 105 angeordnet sind. Die leitende Platte 10- ist mit einem ersten Anschluß 108 der An­ tenne 105 elektrisch verbunden und die leitende Platte 109 ist mit einem zweiten Anschluß 110 der Antenne 105 verbunden. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Antenne 105 als Halbwellendipol ausgeführt; es können jedoch auch andere An­ tenne verwendet werden, wie Ringantennen, Stabantennen oder Monopolantennen oder irgend eine andere bekannte Antenne. Un­ abhängig vom Antennentyp ist das erste Paar von leitenden Platten 107, 109 am Versorgungspunkt der Antenne 105 angeord­ net. Im vorliegenden Fall ist der Versorgungspunkt des Di­ pols, wie in Fig. 1 gezeigt, angeordnet. Eine zweite leitende Platte 113 ist im zweiten Gehäuseelement 103, wie in Fig. 1 gezeigt, angeordnet. Die leitenden Platten 107, 109 und 113 fügen zur Antenne Parallelkapazitäten hinzu. Alternativ dazu können die Parallelladungskapazitäten, die durch die leiten­ den Platten gebildet werden, vom unmittelbaren Versorgungs­ punkt der Antenne weg verschoben werden. Es kann ein sehr großer Antennenimpedanzbereich eingestellt werden durch eine Größenänderung der kapazitiven Platten und ihrer Position entlang der Antenne oder der Übertragungsleitung in der Klap­ pe, die die Antenne versorgt.

Fig. 3 ist eine Darstellung eines Teils des Funktelefons 100 der Fig. 1. Fig. 3 wird insbesondere verwendet, um die Verbindung zwischen der Antenne 105 und dem Transceiver 315 über eine Übertragungsleitung 317 zu zeigen. Der Transceiver 315 stellt einen Teil der elektronischen Komponenten des Funktelefons dar. Die Antenne 105 wird so eingestellt, daß sie zur Impedanz des Transceivers 315 paßt, während das erste bewegliche Gehäuseelement sich in der offenen Position befin­ det, die auch als erste Position bezeichnet wird. Wenn sich das erste bewegliche Gehäuseelement 101 in der ersten Positi­ on befindet, so ergibt das erste Paar leitender Platten 107, 109 nur einen geringe zusätzliche Parallelkapazität gegenüber der Versorgungspunktimpedanz. Diese zusätzliche Parallelkapa­ zität kann beim Abstimmen der Antenne 105 leicht berücksich­ tigt werden.

Die zweite leitende Platte 113 ist im zweiten Gehäuse­ element so angeordnet, daß wenn sich das erste bewegliche Ge­ häuseelement 101 in der zweiten Position befindet, das erste Paar von leitenden Platten 107, 109 und die zweite leitende Platte 113 parallel und sehr dicht zueinander angeordnet sind. Diese parallele Plattenanordnung erzeugt einen be­ trächtlichen Anstieg der Parallelkapazität über dem Versor­ gungspunkt 111 der Antenne. Die gestiegene Parallelkapazität regelt die Antenne 105 so zurück, daß ein maximaler Wirkungs­ grad der Antenne 105 aufrecht erhalten wird, sogar obwohl die Antenne sehr dicht an die elektronischen Komponenten des Funktelefons herangebracht wurde.

Wenn die Antenne 105 optimiert wird, wenn sich das erste bewegliche Gehäuseelement 101 in der erste Position befindet, wie das in Fig. 1 dargestellt ist, so wird die Antenne 105 im wesentlich für einen Betrieb im freien Raum eingestellt. Wenn sich das erste bewegliche Gehäuseelement 101 in einer zweiten Position befindet, wie das in Fig. 2 dargestellt ist, befin­ det es sich dicht an den elektronischen Komponenten des Funk­ telefons. Wenn kein Dielektrikum vorhanden ist, so sagt die Abbildungstheorie voraus, daß, wenn sich das erste bewegliche Gehäuseelement in der zweiten Position befindet, der Strah­ lungswiderstand fällt und die Antennenimpedanz durch die ka­ pazitive Reaktanz bestimmt wird. In diesem Fall wird eine zu­ sätzliche Parallelkapazität am Versorgungspunkt die Verstim­ mung, verursacht durch die elektronischen Komponenten des Funktelefons, nicht kompensieren.

In der Praxis ist, wenn sich das erste bewegliche Gehäu­ seelement 101 in der zweiten Position befindet, wie das in Fig. 2 dargestellt ist, die Antenne 105 von den elektroni­ schen Komponenten des Funktelefons nicht durch Luft getrennt, sondern durch verschiedene dielektrische Schichten, die durch das Gehäuse, das Tastenfeld und die Anzeige gebildet werden. Diese dielektrischen Schichten weisen Dielektrizitätskonstan­ ten größer eins auf. Das Vorhandensein höher dielektrischen Materials erhöht die effektive elektrische Länge der Antenne 105, wenn sich das erste bewegliche Gehäuseteil 101 in der zweiten Position befindet, wodurch die Antennenimpedanz eher induktiv als kapazitiv wird. Folglich paßt die durch die lei­ tenden Platten 107, 109, 113 erzeugte Parallelkapazität die Antennenimpedanz wieder an die Impedanz des Transceivers an.

Mit anderen Worten, die Parallelkapazität modifiziert die ef­ fektive elektrische Länge der Antenne 105 so, daß sie der ef­ fektiven elektrischen Länge entspricht, die die Antenne 105 aufweist, wenn sie sich in ihrer ersten Position befindet. Diese Effekte wurden durch Simulation und Experiment, wie in den Tabellen 1-3 dargestellt, verifiziert.

Obwohl die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform die Integration einer Antenne in ein bewegliches Gehäuseele­ ment eines Funktelefons diskutiert, so sehen die Erfinder ih­ re Erfindung als geeignet an zur Integration irgendeiner RF- Schaltung in ein bewegliches Gehäuseelement einer elektroni­ schen Vorrichtung.

Claims (10)

1. Elektronische Vorrichtung mit einem ersten Gehäuseelement und einem zweiten Gehäuseelement, wobei das erste Gehäuseele­ ment zwischen einer ersten Position und einer zweiten Positi­ on bewegbar ist und wobei die elektronische Vorrichtung ge­ kennzeichnet ist durch:
eine im ersten Gehäuseelement angeordnete Radiofrequenz- (RF)-Schaltung mit einer Impedanz;
eine erste leitende im ersten Gehäuseelement angeordnete Platte; und
eine zweite im zweiten Gehäuseelement angeordnete Platte, die so angeordnet ist, daß, wenn sich das erste Ge­ häuseelement in der ersten Position befindet, die zweite lei­ tende Platte einen minimalen Einfluß auf die Impedanz der RF- Schaltung hat und daß, wenn sich das erste Gehäuseelement in der zweiten Position befindet, die zweite leitende Platte sich in großer Nähe zur ersten leitenden Platte befindet und einen wesentlichen Einfluß auf die Impedanz der RF-Schaltung ausübt.

2. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der es sich bei der RF-Schaltung um eine Antenne handelt.

3. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste Gehäuseelement zwischen der ersten und der zweiten Po­ sition hin- und hergeklappt wird.

4. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste Gehäuseelement zwischen der ersten und der zweiten Po­ sition hin- und hergedreht wird.

5. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste Gehäuseelement zwischen der ersten und der zweiten Po­ sition hin- und hergeschoben wird.

6. Funktelefon mit einem ersten Gehäuseelement und einem zweiten Gehäuseelement, wobei das erste Gehäuseelement zwi­ schen einer ersten Position und einer zweiten Position hin- und herbewegt werden kann, wobei das Funktelefon gekennzeich­ net ist durch:
eine im ersten Gehäuseelement angeordnete Antenne mit einer elektrischen Länge und einem Versorgungspunkt;
mindestens eine erste leitende Platte im ersten Gehäuse­ element; und
eine zweite leitende Platte in zweiten Gehäuseelement, die so angeordnet ist, daß wenn sich das erste Gehäuseelement in der ersten Position befindet, die zweite leitende Platte einen minimalen Einfluß auf die elektrische Länge der Antenne hat und daß, wenn sich das erste Gehäuseelement in der zwei­ ten Position befindet, sich die zweite leitende Platte in großer Nähe mindestens zur ersten leitenden Platte befindet und einen wesentlichen Einfluß auf die elektrische Länge der Antenne ausübt.

7. Funktelefon nach Anspruch 6, wobei zumindest die erste leitende Platte am Versorgungspunkt der Antenne angeordnet ist.

8. Funktelefon nach Anspruch 6, wobei es sich bei der ersten Antenne um eine Halbwellendipolantenne handelt.

9. Funktelefon nach Anspruch 6, wobei das Funktelefon andere elektronische Komponenten enthält, wobei ein wesentlicher Teil dieser anderen elektronischen Komponenten im zweiten Ge­ häuseelement angeordnet ist und so im zweiten Gehäuse einen großen leitenden Körper bildet, so daß, wenn sich das erste Gehäuseelement in der zweiten Position befindet, die elektri­ sche Länge der Antenne negativ beeinflußt wird, wobei die Größe und die Position zumindest der ersten und der zweiten leitenden Platte dem negativen Einfluß auf die elektrische Länge der Antenne, verursacht durch den großen leitenden Kör­ per, entgegenwirkt.

10. Funkkommunikationseinrichtung mit einem ersten Gehäuse­ element und einem zweiten Gehäuseelement, wobei das erste Ge­ häuseelement zwischen einer ersten und einer zweiten Position hin- und herbewegbar ist, wobei das zweite Gehäuseelement ei­ nen wesentlichen Teil der elektronischen Komponenten der Funkkommunikationseinrichtung enthält und einen leitenden Körper im zweiten Gehäuseelement bildet, wobei die Funkkommu­ nikationseinrichtung gekennzeichnet ist durch:
eine im ersten Gehäuseelement angeordnete Antenne mit einer ersten Impedanz, einem Versorgungspunkt, einem ersten Anschluß, einem zweiten Anschluß;
ein erstes Paar von leitenden Platten, die auf dem er­ sten Anschluß und dem zweiten Anschluß am Versorgungspunkt der Antenne im ersten Gehäuseelement angeordnet sind; und
eine zweite leitende Platte, die im zweiten Gehäuseele­ ment so angeordnet ist, daß, wenn das erste Gehäuseelement sich in der ersten Position befindet, die zweite leitende Platte einen minimalen Einfluß auf die Impedanz der Antenne hat und daß, wenn das erste Gehäuseelement sich in der zwei­ ten Position befindet, die zweite leitende Platte sich in großer Nähe zum ersten Paar von leitenden Platten befindet, wodurch ein Einfluß auf die Impedanz der Antenne ausgeübt wird, um dem Einfluß des leitenden Körpers auf die Impedanz der Antenne entgegenzuwirken.