DE19700356A1 - Funkgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Funkgerät nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8.

Bei bekannten Funkgeräten bzw. Mobilfernsprechgeräten (z. B. vom Typ GSM, PCN, PCS, usw.) wird als Antenne eine Kombinati­ on aus einer an dem jeweiligen Gehäuse des Funkgeräts fest­ stehenden Antennenteil und einem ausziehbaren Antennenteil eingesetzt. Hierbei wird der feststehende Teil beispielsweise in Form einer Helixantenne ausgeführt, während der ausziehba­ re Teil durch einen geraden gestreckten Strahler gebildet ist.

Bei Mobilfunkgeräten, insbesondere Mobilfernsprechendgeräten, geht der Trend hin zu immer kleineren und kompakteren Gerä­ ten. Bei sehr kleinen Geräten nimmt aber ein eingeschobener gerader gestreckter Strahler im Verhältnis zu den übrigen Bauteilen einen relativ großen Raum innerhalb des Gerätes ein. Einer weiteren räumlichen Verkleinerung der Mobilfunkge­ räte stehen die vorzusehenden Abmessungen der einschiebbaren Antennen entgegen.

Die mechanische Länge eines Strahlers bei den oben erwähnten kombinierten Antennensystemen ist in Abhängigkeit von der zu verwendenden Frequenz und der daraus abgeleiteten elektri­ schen Wellenlänge festzulegen. Um eine möglichst große Ent­ kopplung im Hochfrequenzbereich zwischen dem Mobilfunkgerät und der Antenne zu erreichen, wird der (ausziehbare) Strahler in einer bestimmten Länge, z. B. der halben elektrischen Wel­ lenlänge, realisiert. Eine mechanisch kürzere Ausführung des Strahlers, z. B. in einem Viertel der elektrischen Wel­ lenlänge, wäre zwar nur halb so lang als die erstgenannte Ausführung des Strahlers. Bei einem derart mechanisch ver­ kürztem Strahler würde aber das Strahlungsverhalten in uner­ wünschter Weise verändert. Zum einem würde das Strahlungsver­ halten durch Teile des Funkgeräts unterhalb des Antennenfuß­ punktes verändert. Zum anderen ändert sich das Strahlungsver­ halten auch jeweils durch das Anfassen des Gerätes in prak­ tisch nicht vorbestimmbarer Weise. Bei diesen mechanisch ver­ kürzten Strahlern wird zudem bei Sendevorgängen Hochfrequenz­ leistung in den Körper des Benutzers in einem Umfang einge­ strahlt, der möglicherweise zu gesundheitlichen Schäden füh­ ren könnte. Aus diesen Gründen kommen derartig verkürzte Strahler für einen umfassenden praktischen Einsatz nicht in Betracht.

Durch einen Strahler mit z. B. 1/2, 3/8 oder 5/8 der elektri­ schen Wellenlänge können diese Einflüsse minimiert werden. Allerdings müssen diese Vorteile mit einer größeren mechani­ schen Länge erkauft werden.

Es ist auch bekannt, mechanisch verkürzte Strahler durch ge­ eignete Bauelemente am Fußpunkt elektrisch zu verlängern, um ein resonantes System zu erhalten. Beispielsweise wird z. B. eine Induktivität in Reihe zum Strahler geschaltet. Die Wirk­ samkeit der Antenne ändert sich hierbei umgekehrt proportio­ nal mit der Länge des Strahlers.

Außer dem Nachteil, daß ein zusätzliches Bauelement er­ forderlich ist, besteht ein weiterer Nachteil darin, daß bei einem auf diese Weise verkürzten Antennensystem nur der ver­ kürzte Strahler zur Wirksamkeit der Antenne beiträgt. Bauele­ mente am Fußpunkt des Strahlers haben keinen Anteil an der Wirksamkeit und dienen nur zur Herstellung eines resonanzfä­ higen Systems.

Bei kombinierten Antennen, die aus z. B. aus einem fest­ stehenden und einem ausziehbaren Antennenteil bestehen, ist noch zu beachten, daß ein ausreichender Antennengewinn bei ausgezogener Antenne gegenüber dem eingeschobenen Zustand herzustellen ist, bei dem nur der feststehende Teil der kom­ binierten Antenne wirksam ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Funkgerät der eingangs genannten Art anzugeben, das sich mit relativ kleinen räumli­ chen Abmessungen herstellen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Funkgerät ge­ löst, das in Anspruch 1 und in Anspruch 8 definiert ist.

Die Erfindung ist mit einer Mehrzahl von Vorteilen verbunden. Das erfindungsgemäße Funkgerät weist einen Strahler auf, der im Vergleich zu konventionellen Strahlern eine geringere Bau­ höhe aufweist und der dabei ohne Verwendung eines zusätzli­ chen Bauelements bzw. Schaltungsteils zur elektrischen Ver­ längerung auskommt. Die Empfangs- bzw. Sendefähigkeit des Strahlers des erfindungsgemäßen Funkgeräts entspricht derje­ nigen eines konventionellen Strahlers.

Der Strahler des erfindungsgemäßen Funkgeräts weist den wei­ teren Vorteil auf, daß die Wendel in einfacher Weise her­ stellbar ist, nur relativ wenig Material erfordert und so zu einer Reduktion des Gewichts des Funkgeräts beiträgt.

Bevorzugte Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 2 und 3 bzw. gemäß den Ansprüchen 8 und 9 haben den Vorteil, daß das Strah­ lungsverhalten des Strahlers den Erfordernissen der Anwendung durch Ausbildung unterschiedlicher Steigungswinkel der Wen­ del angepaßt werden kann. So läßt sich bei einer Anwendung im Mobilfunkbereich im Sendebetrieb die HF-Bestrahlung des Kör­ pers eines Benutzers ("SAR", "specific absorption rate"), insbesondere im Kopfbereich zu verringern.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel einer kombinierten ausziehbaren Anten­ ne nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 den grundsätzlichen Aufbau eines Strahlers in einem Funkgerät gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 einen Strahler gemäß einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer relativ großen Steigung der Wendel;

Fig. 4 einen Strahler gemäß einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der unter­ schiedliche Steigungswinkel der Wendel über die Länge des Strahlers aufweist; und

Fig. 5 Schnitte durch einen Strahler, der in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist.

Die in den Fig. 1 bis 5 schematisch gezeigten Strahler sind nicht maßstäblich dargestellt, die Figuren dienen nur zur Veranschaulichung der Funktionsprinzipien.

Zunächst soll anhand der Fig. 1 eine Antenne für Mobil­ funkgeräte veranschaulicht werden, wie sie im Stand der Tech­ nik eingesetzt wird. In ein Gehäuse 3 des Mobilfunkgerätes in ein ausziehbarer gerader gestreckter Strahler 1 einschiebbar. Dieser einschiebbare bzw. ausziehbare Strahler 1 verläuft im Inneren einer feststehenden Helixantenne 2, die im eingezoge­ nen Zustand des Strahlers den Empfang gewährleistet. Wie in der Beschreibungseinleitung erwähnt, hängt die Leistungsfä­ higkeit der Antenne im Stand der Technik direkt von der me­ chanischen Länge des Strahlers ab. Der Raumbedarf im Inneren des Mobilfunkgerätes ist um so größer, je größer diese Länge des einschiebbaren Strahlers ist.

Die vorliegende Erfindung soll nun an einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel anhand der Fig. 2 erklärt werden.

In der Fig. 2 ist ein gewendelter Strahler 1 gemäß der vor­ liegenden Erfindung gezeigt. Der Strahler 1 ist in an sich bekannter Weise in Gehäuse 3 eines Funkgeräts einführbar und aus diesem Gehäuse herausziehbar. Das Funkgerät ist insbeson­ dere ein tragbares bzw. mobiles Gerät, insbesondere ein Mo­ bilfernsprechendgerät.

Der erfindungsgemäße Strahler 1, der in das Gehäuse 3 des Funkgeräts einführbar und aus dem Gehäuse herausziehbar ist, ist in Form einer Wendel 4 ausgebildet.

Das Material der Wendel 4 ist vorzugsweise von hoher elektri­ scher Leitfähigkeit für Hochfrequenzstrahlung, z. B. versil­ berter Kupferdraht. Die Wendel 4 kann auf einem zylindrischen Träger ("Innenträger") 6 (Fig. 5) mit einer Länge l (mechanische Länge) und einem Durchmesser d aufgewickelt sein und/oder innen an einem zylindermantelförmigen Mantel ("Außenträger") 5 anliegen. Das Material des Innenträgers 6 und des Außenträgers 5 ist elektrisch neutral; beispielsweise wird Acrylin, Elastan oder Delrin verwendet.

Der Strahler kann an seinem kopfseitigen Abschluß eine Kappe 7 aufweisen, die mit dem Außenträger 5 und/oder dem Innenträ­ ger 6 mechanisch verbunden sein kann.

Der Durchmesser d der Wendel 4 und die Gesamtlänge l der Wen­ del 4 hängen von den verwendeten Frequenzen ab.

Diese Wendel 4 kann beispielsweise als dünner Draht ausge­ führt sein, dessen Länge größer ist als die Länge l der Wen­ del 4 (Fig. 2-4). Wie beschrieben, kann die Wendel auf einem z. B. zylinderförmigen geraden Träger ("Innenträger") 6 aufgewickelt sein und/oder innen an einem zylindermantelför­ migen Mantel ("Außenträger") 5 anliegen. Weiterhin kann die Wendel 4 in einen Körper 8 aus elektrisch neutralem Material integriert sein. Der Körper 8 hat insbesondere die Form ei­ nes Zylindermantels oder eines Zylinders. Unterschiedliche Zuordnungen von Innenträger 6, Wendel 4 und Außenträger 5 bzw. Körper 8 sind in Fig. 5 dargestellt, die noch be­ schrieben wird.

Die Wendel 4 kann über die Gesamtlänge l des Strahlers 1 un­ terschiedliche Steigungswinkel aufweisen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.

Dabei können die unterschiedlichen Steigungswinkel der Wendel 4 wie bei der beschriebenen Ausführungsform eines in das Ge­ häuse einführbaren bzw. aus dem Gehäuse herausziehbaren Ge­ häuses so über die Gesamtlänge l des Strahlers 1 so angeord­ net sein, daß resultierend aus der unterschiedlichen Energie­ verteilung entlang des Strahlers eine gezielte Beeinflussung der Strahlungscharakteristik herbeigeführt werden kann.

Bei sehr kleinen Steigungen der Wendel 4 (vgl. Fig. 2) kommt es aufgrund parasitärer Effekte, die überwiegend kapazitiver Art sind, bei einer gegebenen Frequenz prinzipiell zu einer geringfügigen Verkürzung des Strahlers 1, die für zahlreiche Anwendungen praktisch jedoch nicht relevant ist.

Wenn die Steigung der Wendel 4 sehr groß gebildet wird, z. B. eine halbe Wellenlänge mit ungefähr einer Windung, nährt sich die mechanische Länge l des Strahlers 1 der Länge eines gera­ den gestreckten Strahlers an, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Hierbei ist der Wirkungsgrad der Antenne am größten. In diesem Fall kann der Durchmesser d der Wendel 4 klein gegen­ über der mechanischen Länge l des Strahlers 1 sein. Allgemein gilt, daß der Strahler, je größer seine mechanische Länge l ist, mit desto geringem Durchmesser ausgeführt werden kann.

Wenn die Steigung der Wendel 4 sehr klein ist, nähern sich die mechanische Länge l des Strahlers 1 und seine Wirksamkeit beispielsweise der Länge und der Wirksamkeit eines Helix­ strahlers 2 bei kombinierten Antennen. Bei sehr kleiner Stei­ gung der Wendel 4 muß der Durchmesser d der Wendel 4 groß ge­ genüber der mechanischen Strahlerlänge l sein, um eine mög­ lichst große Wirksamkeit zu erzielen.

Legt man beispielsweise aus konstruktiven Gründen eine be­ stimmte mechanische Länge l für den Strahler 1 fest, ergibt sich bei gegebener Wellenlänge und der daraus abgeleiteten elektrischen Länge sowie der Vorgabe des Durchmessers d des Strahlers 1 der Steigungswinkel der Wendel 4.

Somit kann der Steigungswinkel der Wendel 4 groß und ihr Durchmesser d klein sein, wenn man eine relativ geringe me­ chanische Verkürzung des Strahlers 1 wählt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Wendel 4 über die Gesamtlänge l des Strahlers 1 unterschied­ liche Steigungswinkel auf. Dies ist beispielhaft in Fig. 4 dargestellt. Durch diese unterschiedlichen Steigungswinkel kann die Energieverteilung entlang des Strahlers 1 gezielt so beeinflußt werden, daß unterschiedliche Strahlungsdiagramme gebildet werden können. So läßt sich bei einer Anwendung im Mobilfunkbereich im Sendebetrieb die HF-Bestrahlung des Kör­ pers eines Benutzers ("SAR"; "specific absorption rate") ins­ besondere im Kopfbereich verringern.

Durch die Ausbildung der unterschiedlichen Steigungswinkel lassen sich auch parasitäre Einflüsse der Konstruktion, die sich unterhalb der Antenne befindet (z. B. Gehäuse oder Me­ tallteile eines Mobilfunkgerätes), auf das Strahlungsdiagramm mindestens zum Teil kompensieren bzw. korrigieren.

Unterschiedliche Zuordnungen von Innenträger 6, Wendel 4 und Außenträger 5 bzw. Körper 8 sind in Fig. 5 in vergrößertem Maßstab dargestellt.

In Fig. 5a ist ein Schnitt durch den Innenträger 6 darge­ stellt, auf dem die Wendel 4 aufgewickelt ist.

In Fig. 5b ist ein Schnitt durch den Innenträger 6 darge­ stellt, auf dem die Wendel 4 aufgewickelt ist. Die Wendel 4 ist von einem Außenträger 5 umgeben, der im Schnitt darge­ stellt ist.

In Fig. 5c ist ein eine Ausführungsform dargestellt, bei der kein Innenträger vorgesehen ist. In dieser Ausführungsform ist die Wendel 4 von einem Außenträger 5 umgeben, der im Schnitt dargestellt ist. Die Wendel 4 bzw. der entsprechende Draht liegt innen an dem Außenträger 5 an.

In Fig. 5d ist ein Schnitt durch einen Körper 8 dargestellt, in den die Wendel 4 integriert ist.

Der Strahler 1 kann in einer weiteren Ausführungsform der Er­ findung fest mit dem Gehäuse 3 des Funkgeräts verbunden sein, ist also nicht in das Gehäuse einführbar bzw. aus diesem her­ ausführbar. Der Strahler 1 ist dann in Form einer Wendel 4 ausgebildet ist, wobei die Wendel 4 über die Gesamtlänge l des Strahlers 1 unterschiedliche Steigungswinkel aufweist.

Die unterschiedlichen Steigungswinkel der Wendel 4 sind so über die Gesamtlänge l des Strahlers 1 angeordnet, daß eine gezielte Beeinflussung der Strahlungscharakteristik möglich ist.

Der am Gehäuse 3 des Funkgeräts feststehende Strahler 1 be­ steht aus einem Draht, der um einen elektrisch neutralen ge­ streckten Träger 5 gewendelt bzw. gewickelt ist.

Der gewendelte bzw. gewickelte Draht kann auch an einem Man­ tel 6 aus einem elektrisch neutralen Material (Fig. 5b) an­ liegen. Dieser Mantel ist vorzugsweise zylindermantelförmig ausgebildet. Ebenso kann der Wendeldraht in einem Körper 8 integriert sein.

Die Wendel 4 des feststehenden Strahlers kann im übrigen die­ selben mechanischen Parameter (Durchmesser, Länge, Ausgestal­ tung der Steigungswinkel der Wendel, Material, etc.) und die­ selben elektrischen Parameter wie die Ausführungsform aufwei­ sen, bei der Strahler in das Gehäuse einführbar bzw. aus dem Gehäuse herausführbar ist. Der Aufbau des feststehenden Strahlers ergibt sich auch aus Fig. 5.

Die vorliegende Erfindung kommt vorzugsweise im Mobil­ funkbereich und insbesondere im Mobilfernmelde- bzw. Mobil­ fernsprechbereich ("Handy") zum Einsatz. Daneben kann die Erfindung in Systemen zum Einsatz kommen, in denen eine ge­ ringe mechanische Länge eines Strahlers oder eine bestimmte definierbare Strahlungscharakteristik für eine Antenne erfor­ derlich ist.

Claims (14)

1. Funkgerät mit einer Antenne, wobei die Antenne in ein Gehäuse (3) des Funkendgeräts einführbar und aus dem Gehäuse herausziehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne als Strahler (1) in Form einer Wendel (4) ausgebildet ist.

2. Funkgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (4) über die Gesamtlänge (1) des Strahlers (1) un­ terschiedliche Steigungswinkel aufweist.

3. Funkgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Steigungswinkel der Wendel (4) über die Gesamtlänge (1) des Strahlers (1) an­ geordnet sind.

4. Funkgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Strahler (1) aus einem Draht besteht, der um einen elektrisch neutralen gestreckten Träger (6) gewendelt ist.

5. Funkgerät nach einem der vorangegangengen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Strahler (1) aus einem gewen­ delten Draht besteht, der innen an einem Mantel (5) aus einem elektrisch neutralen Material anliegt.

6. Funkgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (5) zylindermantelförmig ausgebildet ist.

7. Funkgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Strahler (1) aus einem gewendelten Draht besteht, der in einen Körper (8) integriert ist.

8. Funkgerät mit einer Antenne, wobei die Antenne fest mit einem Gehäuse (3) des Funkendgeräts verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne als Strahler (1) in Form ei­ ner Wendel (4) ausgebildet ist, und daß die Wendel (4) über die Gesamtlänge (1) des Strahlers (1) unterschiedliche Stei­ gungswinkel aufweist.

9. Funkgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Steigungswinkel der Wendel (4) über die Ge­ samtlänge (1) des Strahlers (1) angeordnet sind.

10. Funkgerät nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Strahler (1) aus einem Draht besteht, der um einen elektrisch neutralen gestreckten Träger (6) ge­ wendelt ist.

11. Funkgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Strahler (1) aus einem gewendelten Draht besteht, der innen an einem Mantel (5) aus einem elek­ trisch neutralen Material anliegt.

12. Funkgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (5) zylindermantelförmig ausgebildet ist.

13. Funkgerät gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es als mobiles Funkendgerät ausgebildet ist.

14. Strahler (1), insbesondere für ein mobiles Funkendgerät, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.