DE19815322A1

DE19815322A1 - Reflektorantenne für analoge und digitale mobile Telefone (GSM, DECT, UMTS etc.)

Info

Publication number: DE19815322A1
Application number: DE19815322A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kreitmair-Steck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 1999-10-07

Abstract

Zur Vermeidung von Einstrahlungen in den Kopf eines Mobilfunknutzers sowie zur Erhöhung der Richtwirkung einer Antenne eines Mobilfunkgeräts wird eine Reflektorantenne vorgeschlagen, die aus einer Dipolantenne oder einer Stabantenne (die idealerweise eine Länge hat, die einem Viertel der Funk-Wellenlänge entspricht) und einem in das Gehäuse des Mobilfunkgeräts eingebrachten metallischen Spiegel (Reflektor) besteht. Der Reflektor kann planar oder - zur Verbreiterung des Antennendiagramms - konvex ausgelegt sein. Der Sockel der Antenne ist als leitende Ebene ausgelegt. DOLLAR A In einer anwendungsfreundlichen Ausprägung der Erfindung kann die Stabantenne in den Befestigungs-Clip des Mobilfunkgeräts integriert sein.

Description

Stand der Technik a. Stand der Technik

Mobilfunk-Antennen sind zum überwiegenden Teil als Stabantennen (evtl. elektronische Stabantennen) ausgelegt. Die Strahlcharakteristik dieser Antennen ist kugelförmig (in alle Raumrichtungen).

Es ist aus der Literatur bekannt (z. B. E. Stirner, Antennen, Band 1: Grundlagen. Heidel berg: Hüthig-Verlag 1984), daß ein Dipol vor einer großflächigen leitenden Fläche/Wand die Ausbreitung einer abgestrahlten Welle nur in der Richtung zuläßt, in der sich die Antenne befindet. Die vom Dipol ausgehende Kugelwelle wird von der Wand reflektiert. Hierbei kann man sich vorstellen, daß die reflektierte Welle von einem "Spiegelbild" des Dipols hinter der Wand ausgeht. Die Anwendung eines solchen Antennenspiegels für Mobilfunkanwendungen ist bisher allerdings unbekannt.

Spiegelantennen (insbesondere Parabolspiegel) werden dem Stand der Technik gemäß in erster Linie zur Erhöhung der Richtwirkung von Antennen auf einen Winkelbereich von wenigen Graden eingesetzt. Die Anwendung beim Mobiltelefon zur Optimierung der Richtcharakteristik der Antenne insbesondere durch einen Konvex-Spiegel ist ebenfalls unbekannt.

Mit Patentschrift DE 41 21 333.5 ist eine Antenne für Funktelefone bekannt, die als Folie aus strahlenden, induktiv miteinander verbundenen Elementen aufgebaut ist. Diese sog. Folienantenne kann in das Gehäuse integriert werden.

In Patentschrift DE 41 13 277.7 wird eine Antenne mit Kopfkapazität für mobile Telefone nach dem GSM-Standard vorgeschlagen. Die Dachkapazität dieser Antenne ist flächenhaft ausgebildet und U-förmig umgebogen. Die gesamte Schaltung bestehend aus Kopfkapazität, Verlängerungsspule und Spartrafo ist vorteilhafterweise auf einer Folie als gedruckte Schaltung ausgeführt.

b. Nachteile des Stands der Technik

Nachteile der derzeit verwendeten Mobilfunkantennen ist die kugelförmige Strahlcharakteristik, die in Richtung Kopf des Mobilfunkbenutzers mit gleicher Energie strahlt wie in die Richtung der Funkstation. Messungen haben ergeben, daß es bei längeren Telefonaten durchaus zu einer Erwärmung des Kopfes (Kopfhaut, Schädel und Gehirnteilen) kommen kann. Auch bei Mobilgeräten, die in der Brusttasche eingesteckt und auf Empfangsbereitschaft geschaltet sind, ist der Organismus (aufgrund der Herznähe) durch die kugelförmige Abstrahlung der Sendeenergie (von bis zu 3 Watt bei GSM-Telefonen) starken Belastungen ausgesetzt.

Konkavspiegel wie z. B. Parabolspiegel schaffen eine sehr starke Richtwirkung im Bereich weniger Grade. Durch sie wird die Energie gebündelt in eine Richtung abgegeben. Für Mobilfunkanwendungen ist diese starke Fokussierung jedoch nicht wünschenswert, da bereits bei geringen Bewegungen des Telefonierenden der Funkkontakt abreißen kann.

Folienantennen gemäß DE 41 21 333.5 und DE 41 13 277.7 haben den Nachteil, daß der Antennengewinn gegenüber Reflektorantennen deutlich geringer ist, d. h. die einzuspeisende Energie sehr viel höher sein muß.

c. Referenzen

Patentschrift DE 41 21 333.5, Folienantenne, Ch. Petermann und H. Fluegel.
Patentschrift DE 41 13 277.7, Antenne mit Kopfkapazität für mobile Telefone, H. Fluegel und Ch. Petermann.
K. S. Kelleher and G. Hyde, Reflector Antennas.-In: R. C. Johnson (ed.), Antenna Engineering Handbook, S. 17-1-17-57. New York et al.: McGraw Hill, Inc. 1993.
K. Rothammel, Antennenbuch. Stuttgart: Telekosmos-Verlag, Franckh'sche Verlagsbuchhandlung 1988.
E. Stirner, Antennen, Band 1: Grundlagen. Heidelberg: Hüthig-Verlag 1984.
C. T. Tai and S. A. Long, Dipoles and Monopoles.-In: R. C. Johnson (ed.), Antenna Engineering Handbook, S. 4-1-4-34. New York et al.: McGraw Hill, Inc. 1993.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antenne zu schaffen, die ohne aufwendige bauliche und elektronische Maßnahmen einen hohen Wirkungsgrad sowie eine Richtcharakteristik zwischen 240° und 180°aufweist. Gleichzeitig soll diese Antennen-Vorrichtung den Kopf des Mobiltele fon-Benutzers weitestgehend vor Funkwellen-Einstrahlungen (auch vor Nebenzipfeln der Funkausbreitung) schützen. Ein weiterer Bestandteil der Aufgabe ist es, die Antenne möglichst in das Gehäuse, beziehungsweise in ohnehin nötige Gehäuseerweiterungen wie z. B. in einen Ansteck-Clip zu integrieren.

Lösung der Aufgabe und erzielbare Vorteile

Diese Aufgabe wird bei der Reflektorantenne für analoge und digitale Telefone durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Antenne optisch unauffällig in Telefongehäuse und Ansteck-Clip integriert werden kann, und der Kopf des Mobiltelefonbenutzers von Funkwelleneinstrahlungen effektiv abgeschirmt ist. Die Reflektorantenne läßt sich dadurch wirtschaftlich herstellen, daß der Reflektorspiegel als Metallisierung der Innenseite der Gehäuserückseite oder durch Einkleben einer Metallfolien in die Gehäuserückseite ausgeführt wird. Mit einer Krümmung der Gehäuserückseite läßt sich gleichzeitig eine Krümmung des Funkwellen-Spiegels erreichen, so daß damit automatisch ein Konvex-Reflektor entsteht.

Beschreibung der Erfindung

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wird in oder an die Rückwand eines mobilen Telefones eine metallische Schicht eingebracht (z. B. aufgedampft oder eingeklebt). Diese metallische Fläche dient als Funkwellenreflektor für Funksignale, die von einer davor angebrachten Dipol- oder Stabantenne abgestrahlt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist diese Dipolantenne als λ/2 Antenne, die Stabantenne als λ/4 Antenne ausgelegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu geeignet, Einstrahlungen in den Kopf eines Mobiltelefonnutzers zu vermeiden, sowie die Richtwirkung der Antenne eines Mobiltelefons durch die Reflektorantenne positiv zu beeinflussen. Der in das Gehäuse integrierte (metallische) Reflektor kann planar oder - zur Verbreiterung des Antennendiagramms über 180° hinaus - konvex ausgelegt sein. Der Sockel der Antenne ist als leitende Ebene ausgelegt.

Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine strahlungsbedingte Gesundheitsschädigung durch die Funkwellen weitestgehend ausgeschlossen werden. Die Richtwirkung der Antenne erlaubt darüberhinaus eine Reduktion der Sendeleistung und verbessert die Empfangsleistung der Antenne gegenüber dem Stand der Technik bei mobilen Telefonen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 die Grundanordnung von Reflektor, Stab-Antenne und Antennensockel;

Fig. 2 die Seitenansicht eines Mobiltelefons mit Reflektor, Stab-Antenne, Antennensockel und Verbindungssteg zum Sender/Empfänger;

Fig. 3 den Antennensockel (Draufsicht) in Bezug zum Gesamtgerät;

Fig. 4 den durch den Antennenreflektor abgeschirmten Bereich sowie exemplarisch einige Strahlenverläufe von Funkwellen;

Fig. 5 die Schirmwirkung der Reflektorantenne im Bezug auf den Kopf des Mobiltelefonnutzers.

Fig. 6 (a)-(c) einen alternativen Antennenquerschnitt gemäß Anspruch (4) und alternative Antennenformen gemäß Anspruch (5).

Im Detail

Fig. 1 zeigt die grundsätzliche Anordnung der Komponenten der Reflektorantenne (Sicht von der Rückseite des Telefons: Der Antennensockel (3) ist Fußpunkt einer Stabantenne (2); Antennensockel und Stabantenne sind vor dem beispielsweise konvexen Reflektor (1) angebracht; der Antennensockel ist nichtleitend mit dem Reflektor verbunden.

Eine seitliche Ansicht der Antennen-Konfiguration zeigt Fig. 2. (5) zeigt hier das gesamte Gehäuse des Telefons. Der Verbindungssteg (4) - z. B. ausgestaltet als Koaxkabel oder als Hohlleiter - verbindet die Antenne mit der hinter dem Reflektor liegenden Sende-/Empfangseinheit.

Fig. 3 zeigt die Konfiguration von oben, wobei mit (3) der Fußpunkt der Antenne besonders hervorgehoben ist.

Basierend auf den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Anordnungen von Antenne und Reflektor ergeben sich die in Fig. 4 und 5 dargestellte Abschirmwirkung und Funkreflexionen: Der zum Kopf (8) des Telefonbenutzers orientierte Bereich (7) wird von der Sendeenergie abgeschattet (dies zeigt Fig. 5, in welcher das Telefon in seiner Relativposition zum Kopf (8) und zu den Ohren (9) des Telefonierenden dargestellt ist); die Reflexionen der Sende- und Empfangssignale (6) ergeben sich wie bei einem optischen Spiegel nach dem Prinzip "Einfallswinkel = Ausfallwinkel" und bedingen dadurch eine bestimmte Form einer Richtcharakteristik des Antennenkomplexes.

Fig. 6(a) zeigt einen alternativen Querschnitt zur Stabantenne gemäß Anspruch (4); 6(b) und 6(c) zeigen in der Seitenansicht verschiedene Möglichkeiten der Ausführung von Antennen gemäß Anspruch (5): 6(b) zeigt die Ausgestaltung in Form einer Haifischflosse, 6(c) die Ausgestaltung in Form einer abgerundeten Lasche.

Claims

1. Vorrichtung bestehend aus Stab- oder Dipolantenne und metallischem Reflektor zum Empfangen und Abstrahlen von Funkwellen bei analogen oder digitalen mobilen Telefonen dadurch gekennzeichnet, daß ein innerhalb oder an der Rückseite des Telefons angebrachter planarer oder konvexer Funkwellen-Reflektor die von einem Dipol oder einer Stabantenne ausgesandten Funkwellen in einem bestimmten Winkelbereich α abschirmt und für die Gesamt-Antenne (sowohl für Senden als auch für Empfangen) eine Richtwirkung im verbleibenden Winkelbereich von 360°-α erzwingt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Reflektor durch Metallisierung der Gehäuserückseite erzeugt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabantenne in den Ansteck-Clip des Telefons integriert ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne statt eines runden einen ovalen oder rechteckigen Querschnitt aufweist und dadurch eine größere Sende-/Empfangs-Bandbreite für das Telefongeräts bietet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne die Form einer Haifischflosse oder einer abgerundeten Lasche aufweist und dadurch die Sende-/Empfangs-Bandbreite für das Telefongeräts noch weiter optimiert.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne gegebener Länge mit einer Verlängerungsspule oder einem Verkürzungskondensator an die Sende-/Empfangs-Wellenlänge des Telefongeräts angepaßt wird.