DE19715726C2

DE19715726C2 - Antennenvorrichtung für Mobilfunkgeräte

Info

Publication number: DE19715726C2
Application number: DE19715726A
Authority: DE
Inventors: Ralf Scholz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 2001-08-30
Anticipated expiration: 2017-04-16
Also published as: DE19715726A1; CN1134857C; CN1201273A; US6212400B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antennenvorrichtung, insbesondere für Mobilfunkgeräte, und auf ein Mobilfunkgerät gemäß den Gegenständen der Patentansprüche 1 und 6.

Bei Mobilfunkgeräten ist es üblich, sogenannte abgestimmte Antennen zu verwenden, d. h. Antennen, deren effektive Länge in einem bestimmten Verhältnis zu der Wellenlänge λ des zu empfangenden Frequenzbereichs steht. Bei einem Mobilfunkgerät für den sogenannten GSM-Standard beträgt der zu empfangende/sendende Frequenzbereich etwa 900 bis 1000 MHz. Dementsprechend liegt die Wellenlänge dieses Frequenzbereichs bei ca. 30 bis 35 cm. Eine Antenne, die in ihrer effektiven Länge auf die Hälfte der Wellenlänge des zu empfangenden Frequenzbereichs abgestimmt ist, muß also für den GSM- Standard eine effektive (elektrische) Länge von ca. 15 bis 18 cm aufweisen. Es ist offensichtlich, daß eine Antenne mit einer Länge von 15 bis 18 cm ein großer Nachteil bei dem Bestreben ist, ein Mobilfunkgerät so handlich wie möglich auszuführen. Eine fest angebrachte, von dem Gehäuse des Mobilfunkgeräts abstehende Antenne dieser Größe verbietet sich auch aus dem Grund, daß eine solche Antenne hinsichtlich einer Beschädigung durch Knicken oder Abbrechen äußerst gefährdet wäre.

Es ist daher üblich, ein Mobilfunkgerät mit einer Stabantenne mit der oben genannten Länge zu versehen, die einschiebbar ist, oder eine Helixantenne (Spiralantenne) mit der gleichen elektrischen Länge oder eine Kombination aus einer Helix- und einer Stabantenne vorzusehen. Vor der Inbetriebnahme des Mobilfunkgeräts muß dann für den Fall einer Stabantenne die Antenne ausgefahren werden. Diese Lösung hat den Nachteil, daß die Sende-/Empfangsleistung des Mobilfunkgeräts verschlechtert ist, wenn der Bediener vor Inbetriebnahme des Mobilfunkgeräts vergißt, die Antenne auszuziehen. Eine Helixantenne alleine hat den Nachteil schlechterer Empfangs- /Sendeeigenschaften (Performance).

Aus der WO 94/28593 A1 ist eine Antennenvorrichtung für portable Funkgeräte bekannt, die aus einer λ/4 langen Helix-Antenne und einer ebenfalls λ/4 langen Stabantenne besteht, wobei ein Verbin dungselement beide Antennen im ausgezogenen Zustand miteinander verbindet.

Die vorliegende Erfindung hat demgegenüber zur Aufgabe, eine Antennenvorrichtung zu schaffen, die gute Sende- /Empfangseigenschaften der Antenne mit einem geringen Platzbedarf auch im eingeschobenen Zustand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination zweier bekannter Aufbauprinzipien gelöst. Gemäß der Erfindung weist eine Antennenvorrichtung, insbesondere für Mobilfunkgeräte, eine erste Helix-Antenne (Spiralantenne), eine mit der ersten Helix-Antenne verbindbare zweite Antenne sowie eine ausziehbare Stabantenne auf. Die Antennenvorrichtung ist dabei so konstruiert, daß ein Verbindungselement, beispielsweise ein übliches Antennenkontaktelement, im ausgezogenen Zustand der Stabantenne nur die Stabantenne mit der ersten Helix-Antenne verbindet. Im eingeschobenen Zustand der Stabantenne wird hingegen nur die zweite Helix-Antenne durch das Verbindungselement mit der ersten Helix-Antenne verbunden.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht also aus zwei einzelnen, im Prinzip unabhängig voneinander montierbaren Antennen.

Erfindungsgemäß sind die erste Helix-Antenne, die zweite Helix-Antenne sowie die Stabantenne jeweils auf ¼ der Wellenlänge λ des zu sendenden/empfangenden Frequenzbereichs abgestimmt. Jede der genannten Antennen bildet also für sich einen sogenannten Viertel-Wellen-Strahler (λ/4-Strahler). Durch die erfindungsgemäße Kombination der genannten Antennen wird an den ersten Viertel-Wellen-Strahler, nämlich der ersten Helix-Antenne, jeweils ein weiterer Viertel-Wellen- Strahler angekoppelt. In ausgezogenem Zustand der Stabantenne wird die Stabantenne als Viertel-Wellen-Strahler an die erste Helix-Antenne angekoppelt, im eingefahrenen Zustand der Stabantenne wird dagegen die zweite Helix-Antenne an die erste Helix-Antenne angekoppelt. Sowohl im eingefahrenen wie auch im ausgezogenen Zustand der Stabantenne wird somit insgesamt ein λ/2-Strahler gebildet, was eine für die nötige Empfangs-/Sendeleistung vorteilhafte Abstimmung der Antennenvorrichtung darstellt.

Vorteilhafterweise besteht die Stabantenne in ihrem Bereich, der im eingeschobenen Zustand der Stabantenne in der Nähe der Helix-Antennen liegt, aus einem nicht leitenden Material. Dadurch wird gewährleistet, daß die Felder der ersten und der zweiten Helix-Antenne im eingeschobenen Zustand der Stabantenne, in dem nur die zweite Helix-Antenne an die erste Helix-Antenne gekoppelt ist, durch die Stabantenne kaum beeinflußt werden.

Die erste Helix-Antenne ist vorzugsweise eine Spule auf einer Leiterplatte.

Ein besonders geringer Platzbedarf ergibt sich, wenn die Stabantenne koaxial zu der Helix-Antenne angeordnet ist. In dieser Hinsicht ist es besonder günstig, wenn die erste Helixantenne parallel und leicht versetzt zu der zweiten Helixantenne angeordnet ist.

Die vorliegende Erfindung sieht weiterhin ein Mobilfunkgerät mit einer Antennenvorrichtung der oben genannten Art vor. Hinsichtlich des Platzbedarfs ist es dabei besonders vorteilhaft, wenn die zweite Helix-Antenne in einem stummelförmigen Ansatz im Gehäuse des Mobilfunkgeräts untergebracht ist.

Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und anhand der Figuren der Zeichnung besser ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Antennenvorrichtung im ausgezogenen Zustand, und

Fig. 2 die Antennenvorrichtung von fig. 1 im eingeschobenen Zustand.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Antennenvorrichtung im in ein Mobilfunkgerät eingebauten Zustand, wobei die Stabantenne ausgezogen ist.

In der Fig. 1 ist ein Mobilfunkgerät 6 mit einem Gehäuse 9 zu sehen. Das Mobilfunkgerät 6 ist beispielsweise ein sogenanntes Mobiltelefon (Handy) des GSM-Standards. Gemäß dem GSM-Standard werden Informationen in einem Frequenzbereich zwischen 900 und 1000 MHz übertragen. In der Figur ist weiterhin eine Antennenvorrichtung zu sehen, die aus einer in das Gehäuse 9 des Mobilfunkgeräts 6 eingebauten Helix-Antenne (Spiralantenne) 1, einem Verbindungselement (Antennenkontaktelement) 7, einer zweiten Helix-Antenne 2 sowie einer Stabantenne 3 besteht. In der Fig. 1 ist die Antennenvorrichtung in dem Zustand gezeigt, in dem die Stabantenne 3 aus dem Gehäuse 9 des Mobilfunkgeräts 6 ausgezogen ist. In der Fig. 2 ist die Antennenvorrichtung in dem Zustand gezeigt, in dem die Stabantenne 3 in das Gehäuse 9 des Mobilfunkgeräts 6 eingeschoben ist. In der Fig. 1 ist weiterhin eine Leiterplatte 4 gezeigt, die beispielsweise eine nicht gezeigte Verarbeitungsschaltung des Mobilfunkgeräts 6 trägt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die erste Helix-Antenne 1, die zweite Helix-Antenne 2 sowie die Stabantenne 3 jeweils eine effektive Länge auf, die ¼ der Wellenlänge λ des zu empfangenden/sendenden Frequenzbereichs beträgt. Bei dem GSM- Standard beträgt ¼ der Wellenlänge λ des zu sendenden/empfangenden Frequenzbereichs 7-9 cm. Die Abmessungen der einzelnen Antennen sind also so, daß sie einer Integration in ein kompaktes Mobilfunkgerät 6 nicht entgegenstehen. Die erste Helix-Antenne 1, die zweite Helix- Antenne 2 und die Stabantenne 3 bilden also jeweils für sich einen sogenannten Viertel-Wellen-Strahler oder λ/4-Strahler.

In der Fig. 1 ist mit 7 ein im Sinne eines Blockschaltbildes schematisch dargestelltes Kontaktelement bezeichnet. Der innere Aufbau des Kontaktelemets 7 ist aus der Figur nicht ersichtlich. Gemäß der Erfindung ist das Kontaktelement 7 so ausgeführt, daß es in dem in der Figur gezeigten, aus dem Gehäuse 9 des Mobilfunkgeräts 6 ausgefahrenen Zustand der Stabantenne 3 nur die Stabantenne 3 mit der ersten in das Gehäuse 9 des Mobilfunkgeräts 6 eingebauten Helix-Antenne 1 verbindet. In dem ausgefahrenen Zustand der Stabantenne 3 bilden also die erste Helix-Antenne 1 und die Stabantenne 3 zusammen einen sogenannten λ/2-Strahler. Wenn die Stabantenne 3 nicht oder alternativ nicht vollständig aus dem Gehäuse 9 des Mobilfunkgerätes 6 herausgezogen ist, verbindet die Kontaktvorrichtung 7 dagegen die Stabantenne 3 nicht mehr mit der im Gehäuse eingebauten ersten Helix-Antenne 1. Sobald die Kontaktvorrichtung 7 die Verbindung zwischen der Stabantenne 3 und der in dem Gehäuse 9 des Mobilfunkgerätes 6 eingebauten ersten Helix-Antenne 1 löst, stellt es eine Verbindung zwischen der zweiten Helix-Antenne 2 und der ersten Helix- Antenne 1 her. Für den Fall, daß die Stabantenne 3 also nicht bzw. nicht vollständig aus dem Gehäuse 9 des Mobilfunkgerätes 6 herausgezogen ist, ist nur die zweite Helix-Antenne 2 mit der ersten Helix-Antenne 1 verbunden. In diesem Zustand bilden also die erste Helix-Antenne 1 und die zweite Helix- Antenne 2 zusammen einen λ/2-Strahler. Gemäß der Erfindung gewährleistet also die Kontaktvorrichtung 7, daß unabhängig von dem Zustand der Stabantenne 3 stets ein weiterer Viertel- Wellen-Strahler an die erste Helix-Antenne 1 angekoppelt ist, die ebenfalls einen Viertel-Wellen-Strahler bildet. Insbesondere ist durch die erfindungsgemäße Antennenvorrichtung gewährleistet, daß eine ausreichende Sende-/Empfangsleistung gegeben ist, selbst wenn der Benutzer vergessen sollte, die Stabantenne 3 vollständig aus dem Gehäuse 9 des Mobilfunkgeräts 6 herauszuziehen. Es ist anzumerken, daß die Funktion des Kontaktelements 7 wie oben beschrieben aus der schematischen Darstellung in den Fig. 1 und 2 nicht vollständig zu erkennen ist.

Die erste Helix-Antenne 1 kann durch eine Spule auf der Leiterplatte 4 gebildet werden. Somit ergibt sich eine sehr platzsparende und kostengünstige Lösung. Alternativ kann die erste Helix-Antenne 1 als fest installierter Helix-Teil ausgeführt sein. In diesem Fall ist die erste Helix-Antenne 1, wie in der Figur gezeigt, auf der von der Kontaktvorrichtung 7 abgewandten Seite mit einem Antennen- Anpaßnetzwerk 8 versehen, das auf einen λ/2-Strahler (Halbwellenstrahler) abgestimmt ist. Durch dieses Antennen- Anpaßnetzwerk 8 ist die erste Helix-Antenne 1 mit der auf der Leiterplatte 4 vorgesehenen Verarbeitungsschaltung (nicht gezeigt) des Mobilfunkgeräts 6 verbunden. Die erste Helix- Antenne 1 kann dem Antennen-Anpaßnetzwerk 8 räumlich zugeordnet werden. Das Antennennetzwerk 8 ist in der Figur nur schematisch in Sinne eines Blockschaltbildes dargestellt, da es auf seinen inneren Aufbau hinsichtlich der Erfindung nicht ankommt.

Gemäß der Erfindung ist also stets gewährleistet, daß unabhängig von dem eingefahrenen oder ausgezogenen Zustand der Stabantenne 3 ein λ/2-Strahler gebildet wird, was eine optimale Sende-/Empfangsleistung der Antennenvorrichtung ergibt. Die Stabantenne macht im ausgezogenen Zustand die zweite Helix-Antenne 2 unwirksam, so daß in jedem Fall nur ein Viertel-Wellen-Strahler an den ersten Viertel-Wellen- Strahler, nämlich der ersten Helix-Antenne 1, angekoppelt wird.

Wie in der Figur ersichtlich, besteht die Stabantenne 3 aus einem oberen Bereich 5 sowie einem unteren Bereich 10. Als oberer Bereich 5 ist dabei der Bereich der Stabantenne 3 zu verstehen, der im eingefahrenen Zustand der Stabantenne 3 in der Nähe der beiden Helix-Antennen 1, 2 liegt. D. h., der obere Bereich 5 der Stabantenne 3 erstreckt sich im wesentlichen vom oberen Ende 12 der Stabantenne 3 bis zu der Übergangsstelle 13 der Stabantenne 3, die im eingefahrenen Zustand der Stabantenne 3 (Fig. 2) gegenüber bzw. unterhalb des Anpaßnetzwerks 8 liegt. Der obere Bereich 5 der Stabantenne 3 ist vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitenden Material gebildet. Dadurch wird gewährleistet, daß die Felder der ersten Helix-Antenne 1 und der zweiten Helix- Antenne 2 im eingeschobenen Zustand der Stabantenne 3 durch die Stabantenne 3 nur gering beeinflußt werden, d. h. daß die Felder der Helixantennen 1, 2 durch die Stabantenne 3 nicht passiv verformt werden. Die elektrische Länge der Stabantenne 3 ist in diesem Fall die Länge von dem unteren Ende 14 der Stabantenne 3 bis zu der Übergangsstelle 13. Der obere Bereich 5 der Stabantenne 3 hat insbesondere die Funktion, das Einschieben der Stabantenne 3 derart zu ermöglichen, daß kein leitfähiger Bereich der Stabantenne 3 in deren eingeschobenen Zustand (Fig. 2) in der Nähe der Helix- Antennen 1, 2 liegt. Der obere Bereich 5 stellt also eine Einschub-Verlängerung dar.

Wie in der Figur ersichtlich ist es hinsichtlich der Kompaktheit der Antennenvorrichtung besonders günstig, wenn die zweite Helix-Antenne 2 in einem stummelförmigen Ansatz 11 des Gehäuses 9 des Mobilfunkgeräts 6 untergebracht ist. Die Stabantenne 3 kann dann koaxial innerhalb der zweiten Helix- Antenne 2 verschiebbar untergebracht sein. Die erste, im Gehäuse eingebaute Helix-Antenne 1 liegt vorteilhafterweise und wie gezeigt parallel und leicht versetzt zu der Achse der zweiten Helix-Antenne 2.

Auch wenn in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die effektive elektrische Länge der ersten Helix-Antenne 1, der zweiten Helix-Antenne 2 und der Stabantenne 3 jeweils ¼ der Wellenlänge λ des zu empfangenden Frequenzbereichs betragen, so ist doch anzumerken, daß die Aufteilung der elektrischen Längen der genannten Antennen beliebig ist, solange die Summe der elektrischen Längen der Antennen die gewünschte Gesamtlänge, vorzugsweise die Hälfte der Wellenlänge λ des zu empfangenden Frequenzbereichs, beträgt.

Natürlich ist in diesem Fall darauf zu achten, daß die elektrische Länge der zweiten Helix-Antenne 2 gleich der elektrischen Länge der Stabantenne 3 ist, da nur so gewährleistet ist, daß auf jeden Fall, d. h. unabhängig von dem Zustand der Stabantenne 3 eine abgestimmte Antennenvorrichtung gebildet ist.

Bezugszeichenliste

1

erste Helixantenne

2

zweite Helixantenne

3

Stabantenne

4

Leiterplatte

5

oberer Bereich der Stabantenne (

3

)

6

Mobilfunkgerät

7

Verbindungs (Kontakt)-Element

8

Anpaßnetzwerk

9

Gehäuse des Mobilfunkgeräts (

6

)

10

unterer Bereich der Stabantenne (

3

)

11

stummelförmiger Ansatz am Gehäuse (

8

)

12

oberes Ende der Stabantenne (

3

)

13

Übergangsstelle zwischen dem oberen (

5

) und dem unteren (

10

) Bereich der Stabantenne (

3

)

14

unteres Ende der Stabantenne (

3

)

Claims

1. Antennenvorrichtung, insbesondere für Mobilfunkgeräte, mit

- einer ersten Helixantenne (1),
- einer mit der ersten Helixantenne (1) verbindbaren zweiten Helixantenne (2), und
- einer ausziehbaren Stabantenne (3),

wobei ein Verbindungselement (7) vorgesehen ist, das im aus gezogenen Zustand der Stabantenne (3) nur die Stabantenne (3) mit der ersten Helixantenne (1) verbindet und im eingeschobe nen Zustand der Stabantenne (3) nur die zweite Helixantenne (2) mit der ersten Helixantenne (1) verbindet,
daß die erste Helixantenne (1), die zweite Helixantenne (2) sowie die Stabantenne (3) jeweils auf ein Viertel der Wellen länge des zu sendenden/empfangenden Frequenzbereichs abge stimmt sind.

2. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabantenne (3) in ihrem im eingeschobenen Zustand in der Nähe der Helixantennen (1, 2) liegenden Bereich (5) aus einem nichtleitenden Material besteht.

3. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Helixantenne (1) eine Spule auf einer Leiter platte (4) ist.

4. Antennenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabantenne (3) koaxial in der zweiten Helixantenne (2) angeordnet ist.

5. Antennenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Helixantenne (1) parallel und leicht versetzt zu der zweiten Helixantenne (2) angeordnet ist.

6. Mobilfunkgerät, aufweisend eine Antennenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

7. Mobilfunkgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Helixantenne (2) in einem stummelförmigen An satz (11) im Gehäuse (8) des Mobilfunkgeräts (6) unterge bracht ist.