DE19531376C2 - Elektronische Vorrichtung für HF-Schaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der GB 2255460 A bekannt.

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 herausschwenkbare Klappe verwirklicht werden, durch Schwenken 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 die 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.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Vorrichtung anzugeben, deren Antenneneinrichtung einfach aufgebaut ist und gute Empfangseigenschaften besitzt.

Diese Aufgabe wird von einer elektrischen Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

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.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

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 107 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 eines hohen 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 (6)

1. Elektronische Vorrichtung für HF-Schaltungen mit
einem zwischen einer ersten und zweiten Position bewegbaren ersten Gehäuseelement (101) und einem zweiten Gehäuseelement (103), in dem ein we­ sentlicher Teil der elektronischen Komponenten (315) der Vorrichtung aufgenommen ist,
einer in dem ersten Gehäuseelement (101) angeordneten Antenne (105) mit einer Impedanz,
und einer im ersten Gehäuseelement (101) angeordneten ersten leitenden Platte (107),
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste leitende Platte (107) mit der Antenne (105) elektrisch verbunden ist, und
durch eine im zweiten Gehäuseteil (103) angeordnete zweite leitende Platte (113), die so angeordnet ist, daß, wenn sich das erste Gehäuseelement (101) in der ersten Position befindet, die zweite leitende Platte (113) einen minimalen Einfluß auf die Impedanz der Antenne (105) hat und daß, wenn sich das erste Gehäuseelement (101) in der zweiten Position befindet, die zweite leitende Platte (113) sich nahe der ersten leitenden Platte (107) befindet, wodurch erreicht wird, daß die beiden Platten (107, 113) kapazitiv gekoppelt sind und dadurch der Effekt minimiert wird, welcher von den im zweiten Gehäuseelement (103) befindlichen elektronischen Komponenten verursacht wird.

2. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne eine Halbwellendipolantenne ist.

3. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gehäuseelement (101) zwischen der ersten und zweiten Position hin- und herklappbar ist.

4. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gehäuseelement (101) zwischen der ersten und zweiten Position hin- und herschiebbar ist.

5. Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Gehäuseelement (101) eine dritte leitende Platte (109) angeordnet ist, zur kapazitiven Kopplung mit der zweiten leitenden Platte (113) in der zweiten Position.

6. Verwendung einer elektrischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bei einem Funktelefon, wobei die erste Position des ersten Gehäuseelements (101) eine geschlossene Position des als Klappe ausgebildeten ersten Gehäuseelements und die zweite Position die geschlossene Position der Klappe darstellt.