DE19722506A1 - Funkgerät - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Funkgerät nach der Gattung des Hauptanspruchs aus.

Aus der WO 95/24746 ist bereits ein Sende- und/oder Empfangshandapparat bekannt, der ein verlängertes Gehäuse, einen elektrischen Schaltkreis innerhalb des Gehäuses, eine Hörvorrichtung an einer Seite und an einem Ende des Gehäuses, eine elektrische Massefläche auf der anderen Seite des Gehäuses gegenüber der Hörvorrichtung, ein Antennenresonatorelement, das näherungsweise der Massefläche parallel angeordnet ist und ein erstes freies und ein zweites Ende aufweist, das elektrisch durch einen Masseverbinder mit der Massefläche verbunden ist und Mittel zur Verbindung der Massefläche und des Resonatorelementes mit dem elektrischen Schaltkreis umfaßt. Das freie Ende des Resonatorelementes weist in Richtung zum Ende des Gehäuses.

Da das Antennenresonatorelement an einem Ende elektrisch leitend mit der Massefläche verbunden ist, ist an diesem Ende die Stärke des elektrischen Feldes geringer als am freien Ende des Resonatorelementes. Außerdem ist das Resonatorelement durch die elektrisch leitfähige Verbindung mit der Massefläche nur in einer Richtung resonanzfähig.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Funkgerät mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Antennenresonatorelement besser ausgenutzt wird, indem es in zwei aufeinander senkrecht stehenden Achsen angeregt werden kann, also zwei Resonatoren aufweist. Auf diese Weise kann das Funkgerät in zwei Frequenzbereichen mit guter Anpassung statt in nur einem Frequenzbereich eingesetzt werden. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn es ein getrenntes Sende- und Empfangsband gibt, wie beispielsweise nach dem GSM-Standard (Global System for Mobile Communications).

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die beiden Resonatoren des Antennenresonatorelementes auch 90° phasenverschoben gespeist werden können. Dies führt dann zu einer zirkularen Polarisation der vom Antennenresonatorelement abgestrahlten Signale. Die zirkulare Polarisation hat den Vorteil, daß sich beim Kippen der Antenne die Feldstärke nicht verringert, wie es bei der linearen Polarisation der Fall ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die elektrische Feldstärke an einander gegenüberliegenden Enden eines jeden Resonators des Antennenresonatorelementes ungefähr gleich groß ist, so daß die Abschattung des einen Endes des Resonators durch Abdeckung beispielsweise mit der Hand nicht gleich zum Ausfall der Antenne aufgrund von Totalreflexion führt, da an dem gegenüberliegenden Ende des Resonators noch eine genügend hohe elektrische Feldstärke für die Abstrahlung des Sendesignals zur Verfügung steht.

Ein weiterer Vorteil bei Verteilung der Sendeleistung auf zwei Resonatoren besteht darin, daß durch Außeneinflüsse deutlich geringere Verstimmungen der Antenne verursacht werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Funkgerätes möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, daß das Antennenresonatorelement Kontakte umfaßt, die mit Kontaktflächen auf einer ersten Seite einer Leiterplatte elektrisch leitend verbunden sind und daß auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte die elektrische Bezugspotentialfläche angeordnet ist, so daß zwischen den Kontaktflächen und der Bezugspotentialfläche jeweils eine kapazitive Kopplung besteht. Somit ist eine besonders einfache und geringe Herstellungskosten erfordernde Möglichkeit gegeben, die beiden elektrischen Resonanzkreise zu schließen, so daß zwei aufeinander senkrecht stehende Dipole realisiert werden. Dabei können übliche Fertigungsverfahren genutzt werden, bei denen die Leiterplatte geätzt, das Antennenresonatorelement gestanzt und die Leiterplatte mit dem Antennenresonatorelement bestückt und verlötet wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Kontakte vom Antennenresonatorelement weggebogen sind. Auf diese Weise befindet sich zwischen dem Antennenresonatorelement und der Bezugspotentialfläche ein Dielektrikum aus Leiterplattenmaterial und Luft. Durch die Verwendung von Luft als Dielektrikum wird der Einfluß von Fertigungstoleranzen auf die Dielektrizitätskonstante reduziert. Der Einfluß solcher Fertigungstoleranzen auf die Resonanzfrequenz im interessierenden Frequenzbereich wird dadurch erheblich verringert, ein Abgleich der Resonanzfrequenz ist somit nicht erforderlich. Bei der Verwendung von Luft als Dielektrikum ergeben sich außerdem geringere Signalverluste. Durch die Verwendung von Luft als Dielektrikum erhält man somit einen deutlich höheren Wirkungsgrad der Antenne.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß zwei Kontaktflächen über eine Koppelleitung elektrisch leitend verbunden sind. Die Koppelleitung verkoppelt die beiden Resonatoren miteinander. Die Verkoppelung der beiden Resonatoren ist notwendig, um über einen möglichst großen Frequenzbereich Anpassung am Speisepunkt der Antenne zu erreichen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine elektrisch leitfähige Abschirmung vorgesehen ist, die mit der Bezugspotentialfläche elektrisch leitend verbunden ist und daß eine Hörvorrichtung des Funkgerätes auf einer dem Antennenresonatorelement abgewandten Seite der Abschirmung angeordnet ist. Dadurch weist die Hauptstrahlrichtung der Antenne vom Kopf des Benutzers weg, so daß die Einstrahlung in den Kopf des Benutzers verringert wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Antennenresonatorelement in einem Endbereich des Funkgerätes angeordnet ist. Auf diese Weise befindet sich das Antennenresonatorelement in einem Bereich des Funkgerätes, der nicht von der Hand des Benutzers gehalten wird, so daß die Einstrahlung in die Hand des Benutzers verringert wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Antennenresonatorelement eine quadratische metallische Fläche bildet. Auf diese Weise werden die Herstellkosten weiter reduziert, da das Antennenresonatorelement auf einfache Weise aus einem Metallblech gestanzt werden kann.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein Gehäuse des Funkgerätes im Bereich des Antennenresonatorelementes aus elektrisch isolierendem Material gebildet ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß von der Antenne abzustrahlende bzw. zu empfangende Signale durch das Gehäuse abgeschirmt werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Vorder- und eine Rückseite einer Leiterplatte, Fig. 2 eine Vorder- und eine Seitenansicht eines Antennenresonatorelementes, Fig. 3 ein auf die Leiterplatte angebrachtes Antennenresonatorelement in einer Aufsicht und in einer Seitenansicht und Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Funkgerät in einer Seitenansicht.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1a) ist eine erste Seite 30 einer Leiterplatte 1 dargestellt. Die Leiterplatte 1 ist etwa quadratisch ausgebildet. Dabei weist die erste Seite 30 in den vier Ecken der Leiterplatte 1 jeweils eine ebenfalls quadratische Kontaktfläche 25, . . ., 28 auf. Die vier Kontaktflächen 25, . . ., 28 haben dabei ungefähr jeweils die gleiche Fläche. Die erste Seite 30 weist somit in der linken oberen Ecke eine erste Kontaktfläche 25, in der rechten oberen Ecke eine zweite Kontaktfläche 26, in der linken unteren Ecke eine dritte Kontaktfläche 27 und in der rechten unteren Ecke eine vierte Kontaktfläche 28 auf. Die vier Kontaktflächen 25, . . ., 28 sind jeweils als Metallschicht auf die Leiterplatte 1 aufgebracht. Die erste Kontaktfläche 25 ist mit der dritten Kontaktfläche 27 über eine Koppelleitung 3 elektrisch leitend verbunden.

In Fig. 1b) ist eine zweite, der ersten Seite 30 gegenüberliegende Seite 35 der Leiterplatte 1 dargestellt. Die zweite Seite 35 der Leiterplatte 1 ist fast vollständig metallisiert. Diese Metallisierung bildet eine Bezugspotentialfläche 4. Auf der zweiten Seite 35 der Leiterplatte 1 ist außerdem ein Speisepunkt 5 als ebenfalls etwa quadratische metallische Fläche vorgesehen, die von der umgebenden Bezugspotentialfläche 4 elektrisch isoliert ist. Der Speisepunkt 5 liegt der zweiten Kontaktfläche 26 direkt gegenüber und ist deshalb mit der zweiten Kontaktfläche 26 kapazitiv verkoppelt.

In Fig. 2a) ist ein Antennenresonatorelement 6 in einer Aufsicht dargestellt. Das Antennenresonatorelement 6 besteht dabei aus einem etwa quadratischen Stück Metallblech und weist daher eine doppelsymmetrische Geometrie mit zwei aufeinander senkrecht stehenden Symmetrieachsen 15, 20 auf. Eine erste Symmetrieachse 15 verläuft dabei horizontal durch das Antennenresonatorelement 6 und teilt dieses in zwei zueinander spiegelbildliche Rechtecke auf. Eine zweite Symmetrieachse 20 verläuft vertikal durch das Antennenresonatorelement 6 und teilt dieses ebenfalls in zwei zueinander spiegelbildliche Rechtecke auf. An jedem Kantenende weist das Antennenresonatorelement 6 einen Kontakt 7 auf, so daß in jeder Ecke des Antennenresonatorelementes 6 zwei zueinander senkrecht liegende Kontakte 7 und somit insgesamt acht Kontakte 7 vorgesehen sind. Die Kontakte 7 sind dabei alle in gleicher Richtung vom Antennenresonatorelement 6 weggebogen, wie in der Seitenansicht des Antennenresonatorelementes 6 gemäß Fig. 2b) zu erkennen ist.

In Fig. 3a) ist in einer Aufsicht die Befestigung des Antennenresonatorelementes 6 auf der ersten Seite 30 der Leiterplatte 1 dargestellt. Dabei kontaktieren die jeweils in einer Ecke des Antennenresonatorelementes 6 befindlichen Kontakte 7 mit einer der Kontaktflächen 25, . . ., 28. Mittels eines Koordinatensystems sind in Fig. 3a) die Richtungen der Symmetrieachsen 15, 20 angedeutet. So verläuft die erste Achse 15 in x-Richtung und die zweite Achse 20 in y-Richtung. Die z-Achse steht dabei senkrecht auf der Ebene des Antennenresonatorelementes 6 und weist von diesem in der Leiterplatte 1 abgewandter Richtung weg, wie auch der zugehörigen Seitenansicht gemäß Fig. 3b) entnommen werden kann. Die Kontakte 7 sind mit den Kontaktflächen 25, . . ., 28 mittels Lötverbindungen elektrisch leitend verbunden.

Die Leiterplatte 1 und das Antennenresonatorelement 6 bilden eine Antenne. Das Antennenresonatorelement 6 ist durch seine Doppelsymmetrie in x- und in y-Richtung resonanzfähig und ermöglicht die Bildung zweier elektrischer Resonanzkreise. Die Kontaktflächen 25, . . ., 28 bilden Kapazitäten gegen die Bezugspotentialfläche 4 und schließen damit die beiden elektrischen Resonanzkreise. Das Ergebnis sind zwei Dipole, die senkrecht aufeinander stehen. Die Koppelleitung 3 auf der Leiterplatte 1 verkoppelt die beiden elektrischen Resonanzkreise miteinander. Die Verkopplung der beiden elektrischen Resonanzkreise ist notwendig, um über einen möglichst großen Frequenzbereich eine Anpassung der Antennen am Speisepunkt 5 zu erreichen. Durch Verkopplung der beiden elektrischen Resonanzkreise erhält man ein zweikreisiges Koppelfilter. Die Antenne erhält hierdurch die günstige Eigenschaft, in zwei Frequenzbereichen eine gute Anpassung am Speisepunkt 5 zu haben. Durch geeignete Dimensionierung der Koppelleitung 3, der Kontaktflächen 25, . . ., 28 und des Speisepunktes 5 können die beiden Frequenzbereiche mit guter Anpassung am Speisepunkt 5 jeweils auf ein Sende- und ein Empfangsband gelegt werden. Die Antenne kann somit sowohl für Sende- als auch für Empfangsbetrieb verwendet werden. Sende- und Empfangsband sind beispielsweise nach dem GSM-Standard (Global System for Mobile Communications) getrennt, und zwischen beiden Frequenzbändern gibt es einen nicht genutzten Frequenzbereich. Dies ist auch bei anderen Funksystemen der Fall.

Der Speisepunkt 5 ist mit einer elektronischen Schaltung verbunden, die die Antenne im Sendebetrieb über die kapazitive Kopplung mit der zweiten Kontaktfläche 26 mit abzustrahlenden Sendesignalen speist und im Empfangsbetrieb über die kapazitive Kopplung zwischen der zweiten Kontaktfläche 26 und dem Speisepunkt 5 empfangene Signale weiterverarbeitet.

Als Variante besteht auch die Möglichkeit, die beiden elektrischen Resonanzkreise um 90° phasenverschoben über den Speisepunkt 5 mit abzustrahlenden Signalen zu speisen. Dies führt dann zu einer zirkularen Polarisation der Antenne. Die zirkulare Polarisation hat den Vorteil, daß sich beim Kippen der Antenne die Feldstärke nicht verringert, wie es bei der linearen Polarisation der Fall ist. Für die Abstrahlung zirkularpolarisierter Signale von der Antenne ist wiederum eine geeignete Dimensionierung der Koppelleitung 3, der Kontaktflächen 25, . . ., 28 und des Speisepunktes 5 notwendig. Dabei wird die Breite des Frequenzbereichs bei dennoch guter Anpassung am Speisepunkt 5 reduziert. Außerdem lassen sich keine zwei voneinander getrennten Frequenzbereiche realisieren.

Gemäß Fig. 4 kennzeichnet 10 ein Funkgerät, in das eine elektrisch leitfähige Abschirmung 8 integriert ist. Ein Gehäuse 9 des Funkgerätes ist aus elektrisch isolierendem Material gebildet. Das Funkgerät 10 weist in einem oberen Teil einen Endbereich 50 auf, in den die aus der Leiterplatte 1 und dem Antennenresonatorelement 6 gebildete Antenne integriert ist. Dabei ist die Bezugspotentialfläche 4 elektrisch leitend mit der Abschirmung 8 verbunden. Auf einer der Antenne abgewandten Seite 45 der Abschirmung 8 ist eine Hörvorrichtung 40 und ein Mikrophon 55 am Gehäuse 9 des Funkgerätes 10 angeordnet. Durch die Anordnung gemäß Fig. 4 wird eine Abstrahlung von Sendesignalen hauptsächlich in z-Richtung bewirkt, wobei gemäß Fig. 4 die z-Richtung senkrecht zum Antennenresonatorelement 6 und damit zur Leiterplatte 1 bzw. zur Abschirmung 8 steht und von der Abschirmung 8 in der Hörvorrichtung 40 abgewandter Richtung wegweist. Da die Hauptstrahlrichtung somit vom Kopf des Benutzers wegzeigt, wird die Einstrahlung in den Kopf des Benutzers verringert. Dadurch, daß die Antenne im Endbereich 50 des Funkgerätes 10 integriert ist, ist gewährleistet, daß die Hand des Benutzers sich nicht über der Fläche des Antennenresonatorelementes 6 befindet, so daß die Einstrahlung in die Hand des Benutzers ebenfalls verringert wird. Das Gehäuse 9 des Funkgerätes 10 darf vor allem im Bereich des Antennenresonatorelementes 6 nicht elektrisch leitfähig sein, um nicht die Abstrahlung von Sendesignalen bzw. den Empfang von Funksignalen durch Abschirmung zu verhindern.

Das etwa parallel zur Bezugspotentialfläche 4 angeordnete Antennenresonatorelement 6 steht mit dieser in kapazitiver Kopplung.

Durch die vom Antennenresonatorelement 6 weggebogenen Kontakte 7 ergibt sich zwischen dem Antennenresonatorelement 6 und der Bezugspotentialfläche 4 ein Dielektrikum aus Leiterplattenmaterial und Luft. Dabei führt die Verwendung von Luft als Dielektrikum zu geringeren Signalverlusten. Weiterhin wird eine geringere Abhängigkeit von Fertigungstoleranzen bewirkt, durch die die Resonanzfrequenz im interessierenden Frequenzbereich beeinflußt werden können, da die Dielektrizitätskonstante von Luft homogen ist. Somit ist auch kein Abgleichen der Resonanzfrequenz bei der erfindungsgemäßen Antenne erforderlich.

Aufgrund der galvanischen Trennung des Antennenresonatorelementes 6 von der Bezugspotentialfläche 4 ergibt sich an gegenüberliegenden Seiten des quadratischen Antennenresonatorelementes 6 im Sendebetrieb ungefähr die gleiche elektrische Feldstärke, so daß für den Fall, daß an einer Seite beispielsweise durch Abdeckung mit einer Hand eine Abschattung durch Totalreflexion erfolgt, über die andere Seite immer noch genügend Abstrahlleistung verfügbar ist, so daß ein dadurch bedingter Ausfall der Antenne nahezu ausgeschlossen werden kann.

Die Abschirmung 8 kann als Schirmgehäuse ausgeführt sein und die zu der elektronischen Schaltung gehörenden elektronischen Bauteile umfassen, so daß keine Störeinstrahlung in die elektronische Schaltung und keine Auskopplung von Störungen aus der elektronischen Schaltung möglich ist.

Aufgrund der Tatsache, daß die Antenne in das Funkgerät 10 integriert ist, wird die Handhabung des Funkgerätes 10 erheblich verbessert, da keine externe Antenne mehr erforderlich ist, an der sich Kleidungsstücke verhaken könnten, die leicht beschädigt werden könnte, und die zu Verletzungen führen könnte. Durch die beschriebene Anordnung wird außerdem die bei üblicherweise eingesetzten externen Antennen vorhandene Rundstrahlcharakteristik vermieden, die zur Bestrahlung des Kopfes des Benutzers führt. Die in das Gehäuse 9 des erfindungsgemäßen Funkgerätes 10 integrierte Antenne hingegen kann gerichtet vom Kopf des Benutzers wegstrahlen und damit die Einstrahlung in den Körper des Benutzers deutlich verringern.

Für die Antenne und speziell das Antennenresonatorelement 6 ist auch eine andere als die quadratische Form möglich, sofern sie eine doppelsymmetrische Geometrie mit zwei aufeinander senkrecht stehenden Symmetrieachsen aufweist.

Weiterhin kann statt Luft ein anderes Dielektrikum zwischen dem Antennenresonatorelement 6 und der Bezugspotentialfläche 4 gewählt werden, wobei dann gegebenenfalls die bei Inhomogenität des Dielektrikums auftretenden beschriebenen Nachteile in Kauf zu nehmen sind und ein spezieller Abgleich der Resonanzfrequenz nötig sein kann.

Claims (9)

1. Funkgerät (10) mit einer elektrischen Bezugspotentialfläche (4) und einem Antennenresonatorelement (6), das etwa parallel zur elektrischen Bezugspotentialfläche (4) angeordnet ist und mit dieser in kapazitiver Kopplung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennenresonatorelement (6) galvanisch von der Bezugspotentialfläche (4) getrennt ist und eine doppelsymmetrische Geometrie aufweist, so daß es in Richtung zweier aufeinander senkrecht stehender Symmetrieachsen (15, 20) resonanzfähig ist.

2. Funkgerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennenresonatorelement (6) Kontakte (7) umfaßt, die mit Kontaktflächen (25, . . ., 28) auf einer ersten Seite (30) einer Leiterplatte (1) elektrisch leitend verbunden sind, und daß auf einer zweiten, der ersten Seite (30) gegenüberliegenden Seite (35) der Leiterplatte (1) die elektrische Bezugspotentialfläche (4) angeordnet ist, so daß zwischen den Kontaktflächen (25, . . ., 28) und der Bezugspotentialfläche (4) jeweils eine kapazitive Kopplung besteht.

3. Funkgerät (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (7) vom Antennenresonatorelement (6) weggebogen sind.

4. Funkgerät (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kontaktflächen (25, 27) über eine Koppelleitung (3) elektrisch leitend verbunden sind.

5. Funkgerät (10) nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zweiten Seite (35) der Leiterplatte (1) ein Speisepunkt (5) angeordnet ist, der mit einer elektronischen Schaltung des Funkgerätes (10) verbunden ist, und daß dem einen Speisepunkt (5) auf der ersten Seite (30) der Leiterplatte (1) eine der Kontaktflächen (25, . . ., 28) gegenüberliegt und mit diesem kapazitiv verkoppelt ist.

6. Funkgerät (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch leitfähige Abschirmung (8) vorgesehen ist, die mit der Bezugspotentialfläche (4) elektrisch leitend verbunden ist und daß eine Hörvorrichtung (40) des Funkgerätes (10) auf einer dem Antennenresonatorelement (6) abgewandten Seite (45) der Abschirmung (8) angeordnet ist.

7. Funkgerät (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennenresonatorelement (6) in einem Endbereich (50) des Funkgerätes (10) angeordnet ist.

8. Funkgerät (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennenresonatorelement (6) eine quadratische metallische Fläche bildet.

9. Funkgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (9) des Funkgerätes (10) im Bereich des Antennenresonatorelementes (6) aus elektrisch isolierendem Material gebildet ist.