DE29623129U1 - Cellular antenna device (N antenna) - Google Patents
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Description
Pan, Bahr und Becks ··· Mobilfünls-TNi-AntennenvorrichtungPan, Bahr and Becks ··· Mobile radio TNi antenna device
Beschreibung
Mobilfunk-AntennenvorrichtungDescription
Mobile radio antenna device
Die Erfindung betrifft eine Mobilfunk-Antennenvorrichtung zur Erzielung einer nahezu kreisförmigen lateralen Strahlungscharakteristik und zur Erhöhung des Antennenwirkungsgrades - unter Einbeziehung des Abschattungseffektes durch den Kopf des Benutzers bei gleichzeitiger Reduktion der spezifischen Absorptionsrate (SAR) im Kopf des Benutzers von portablen Telekommunikationsgeräten und insbesondere von Mobilfunktelefonen.The invention relates to a mobile radio antenna device for achieving an almost circular lateral radiation characteristic and for increasing the antenna efficiency - taking into account the shadowing effect of the user's head while simultaneously reducing the specific absorption rate (SAR) in the head of the user of portable telecommunications devices and in particular of mobile radio telephones.
Die Absorption elektromagnetischer Strahlung z. B. von Mobilfunktelefonen durch den Menschen gerät zunehmend in die Diskussion, da Verdachtsmomente hinsichtlich einer eventuellen gesundheitlichen Beeinträchtigung nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden können.The absorption of electromagnetic radiation, e.g. from mobile phones, by humans is increasingly being discussed, as suspicions of a possible health impairment cannot be ruled out with certainty.
Maßnahmen zur Verringerung der spezifischen Absorptionsrate (SAR) bei Mobilfunktelefonen sind in zahlreichen Varianten bekannt. So wird von Hombach et al. vom Forschungszentrum Telekom in Darmstadt im Vortrag "Einfluß der Antennenform eines Handfunkgerätes auf das Antennendiagramm und die Exposition des Nutzers" der ITG-Fachtagung im April 1994 in Dresden (ITG Fachbericht 128, Antennen, Seiten 315 - 320) vorgeschlagen, den Antennenfußpunkt auf der dem Kopf abgewandten Seite oder Kante des Gehäuses anzuordnen. Darüber hinaus soll der Speisepunkt durch eine zwischengeschaltete Koaxialleitung, einem sogenannten Extender, nach oben verlagert werden. Durch eine Erhöhung des Speisepunktes von standardmäßig 4 cm auf 20 cm würden sich die maximalen SAR-Werte um mehr als den Faktor 10 reduzieren und die Verlustleistung im Kopf auf unter 4 % verringern.There are numerous ways of reducing the specific absorption rate (SAR) in mobile phones. For example, Hombach et al. from the Telekom Research Center in Darmstadt proposed in their presentation "Influence of the antenna shape of a handheld radio on the antenna diagram and the user's exposure" at the ITG conference in April 1994 in Dresden (ITG Technical Report 128, Antennas, pages 315 - 320) that the antenna base point should be placed on the side or edge of the housing facing away from the head. In addition, the feed point should be moved upwards using an intermediate coaxial cable, a so-called extender. By increasing the feed point from the standard 4 cm to 20 cm, the maximum SAR values would be reduced by more than a factor of 10 and the power loss in the head would be reduced to less than 4%.
Die vorgeschlagenen Anordnungen sind jedoch nicht für die Praxis geeignet. Der Benutzer verlangt in zunehmendem Maße kompakte Mobilfunktelefone mit möglichst kurzen Antennen. Ein Extender mit einer Länge von 20 cm würde mit aufgesetzter Antenne die Höhe derzeitiger Mobilfunktelefone nahezu verdreifachen, was vom Kunden in der Regel nicht akzeptiert würde. Ein solches Mobilfunktelefon wäre nur an wenige gesundheitsbewußte Menschen zu verkaufen, der überwiegende Teil derHowever, the proposed arrangements are not suitable for practical use. Users are increasingly demanding compact mobile phones with the shortest possible antennas. An extender with a length of 20 cm and an attached antenna would almost triple the height of current mobile phones, which would generally not be accepted by customers. Such a mobile phone could only be sold to a few health-conscious people; the majority of
Pan, Bahr und Becks ··* Mobilfunk'-TNT-AntennenvorrichtungPan, Bahr and Becks ··* Mobile radio TNT antenna device
Kundschaft würde sich für eine kompaktere Ausführungsform, z. B. ein Fabrikat der Konkurrenz, entscheiden.Customers would opt for a more compact version, e.g. a competitor’s product.
Ein weiterer Vorschlag zur Reduzierung der im Kopf des Benutzers absorbierten elektromagnetischen Feldenergie wird von Jensen et. al. im Beitrag "EM Interaction of Handset Antennas and a Human in Personal Communications" (Proceedings of the IEEE, Vol. 83, No.l, January 1995, pp. 7 - 16) diskutiert. Durch die Verwendung einer speziellen Antennenausführung, nämlich der "planar inverted F antenna (PIFA)", die auf der vom Kopf des Benutzer eines Mobilfunktelefones abgewandten Rückseite im Gehäuse integriert anzuordnen ist, wobei das elektrisch leitende Gehäuse wie eine Schirmung zwischen der Antenne und dem Kopf des Benutzers wirkt, kann die im Kopf absorbierte Strahlungsleistung um bis zu 48 % reduziert werden.Another proposal for reducing the electromagnetic field energy absorbed in the user's head is discussed by Jensen et al. in the article "EM Interaction of Handset Antennas and a Human in Personal Communications" (Proceedings of the IEEE, Vol. 83, No.l, January 1995, pp. 7 - 16). By using a special antenna design, namely the "planar inverted F antenna (PIFA)", which is integrated into the housing on the back of a mobile phone facing away from the user's head, with the electrically conductive housing acting as a shield between the antenna and the user's head, the radiation power absorbed in the head can be reduced by up to 48%.
Auch dieser Vorschlag führt jedoch bei kompakten Ausführungsformen zu Problemen. So wird nun die das Mobilfunktelefon haltende Hand anstelle des Kopfes der Strahlung in zunehmendem Maße ausgesetzt. Nach Angaben der Verfasser des Beitrages können auf diese Weise bis zu 68 % der zur Antenne gelieferten Hochfrequenzleistung vom Gewebe absobiert werden. Die Verlagerung der SAR-Werte vom Kopf zur Hand ist jedoch keine vom potentiellen Kunden zu akzeptierende Lösung des Strahlungsproblems. Durch das hohe Maß der in der Hand absorbierten Feldenergie sinkt zudem der Antennenwirkungsgrad. Durch die schirmende Wirkung des Gehäuses wird zwar der Kopf hinsichtlich der von der Antenne ausgehenden Strahlung nur in einem geringen Maße betroffen, gleichzeitig findet jedoch eine starke Abschattung der Sendeleistung in Richtung des Kopfes statt, wodurch die Strahlungscharakteristik der Antenne stark richtungsabhängig wird. Dadurch kann beispielsweise die Funkverbindung abrupt unterbrochen werden, wenn der Benutzer während des telephonierens den Kopf bewegt oder sich dreht.However, this suggestion also leads to problems with compact designs. The hand holding the mobile phone is now increasingly exposed to radiation instead of the head. According to the authors of the article, up to 68% of the high-frequency power delivered to the antenna can be absorbed by the tissue in this way. However, shifting the SAR values from the head to the hand is not a solution to the radiation problem that potential customers would accept. The high level of field energy absorbed in the hand also reduces the antenna's efficiency. The shielding effect of the housing means that the head is only slightly affected by the radiation emitted by the antenna, but at the same time there is a strong shadowing of the transmission power in the direction of the head, which makes the antenna's radiation characteristics highly direction-dependent. This can, for example, cause the radio connection to be abruptly interrupted if the user moves their head or turns while making a phone call.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die vom Benutzer eines portablen Telekommunikationsgerätes und insbesondere eines Mobilfunktelefons insgesamt zu erleidende spezifische Absorptionsrate (SAR), insbesondere im Kopf, zu reduzieren und dabei gleichzeitig einerseits den Antennenwirkungsgrad zu erhöhen und andererseits den Abschattungseffekt zu verringern.The invention specified in claim 1 is based on the problem of reducing the specific absorption rate (SAR) suffered by the user of a portable telecommunications device and in particular a mobile phone, in particular in the head, and at the same time increasing the antenna efficiency on the one hand and reducing the shadowing effect on the other.
Pan, Bahr und Becks *** Mobilfunk'-TST-AntenhenvorrichtungPan, Bahr and Becks *** Mobile radio TST antenna device
Dieses Problem wird mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruch 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.This problem is solved with the features of the preamble of patent claim 1 by the characterizing features of patent claim 1. Useful further developments of the invention emerge from the subclaims.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß auf einfache und kostengünstige Art und Weise, in vom Käufer sehr gut akzeptierbarer und für die Massenproduktion geeigneter Form, gleichzeitig die spezifische Absorptionsrate (SAR) im Kopf des Benutzers von portablen Telekommunikationsgeräten und insbesondere von Mobilfunktelefonen verringert, die Abschattung durch den Benutzer reduziert und der Antennenwirkungsgrad erhöht werden kann.The advantages achieved by the invention are in particular that, in a simple and cost-effective manner, in a form that is very well accepted by the buyer and suitable for mass production, the specific absorption rate (SAR) in the head of the user of portable telecommunications devices and in particular of mobile telephones can be reduced, the shadowing by the user can be reduced and the antenna efficiency can be increased.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 ermöglicht es, sowohl das Strahlungsdiagramm als auch den Antennenwirkungsgrad noch weiter zu verbessern.An advantageous embodiment of the invention is specified in claim 2. The further development according to claim 2 makes it possible to further improve both the radiation pattern and the antenna efficiency.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 3 angegeben. Auch die Weiterbildung nach Patentanspruch 3 ermöglicht es ebenfalls, sowohl das Strahlungsdiagramm als auch den Antennenwirkungsgrad noch weiter zu verbessern.A further advantageous embodiment of the invention is specified in claim 3. The further development according to claim 3 also makes it possible to further improve both the radiation pattern and the antenna efficiency.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigenSome embodiments of the invention are shown in the following drawings and are described in more detail below. They show
Fig. 1 schematisch eine perspektivische Darstellung der Mobilfunk-N-Antennenvorrichtung auf dem Gehäuse (G) von einem portablem Telekommunikationsgerät. Fig. 1 shows a schematic perspective view of the mobile radio N antenna device on the housing (G) of a portable telecommunications device.
Fig. 2 Details zum Aufbau des U-förmigen Strahlers in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 Details of the structure of the U-shaped radiator in perspective view,
Fig. 3 die verschiedenen Abmessungen des U-förmigen Strahlers, Fig. 3 the different dimensions of the U-shaped radiator,
Fig. 4 Details zum Aufbau des Hohlzylinders (HZ), Fig. 4 Details of the structure of the hollow cylinder (HZ),
Fig. 5 Erläuterungen der Wirkungsweise des U-förmigen Strahlers mit Hilfe geeigneter Ersatzschaltbilder, Fig. 5 Explanations of the operation of the U-shaped radiator using suitable equivalent circuit diagrams,
Fig. 6 verschiedene Ausführungsbeispiele der Verbindungsplatte (VP) des U-förmigen Strahlers. Fig. 6 different embodiments of the connecting plate (VP) of the U-shaped radiator.
Die in Fig. 1 schematisch perspektivisch gezeigte Anordnung der Mobilfunk-N-Antennenvorrichtung mit dem Hohlzylinder (HZ) auf demThe arrangement of the mobile radio N antenna device with the hollow cylinder (HZ) on the
Pan, Bahr und Becks ·" MobiifunkVN-AntennenvorrichtungPan, Bahr and Becks ·" Mobile radio antenna device
Gehäuse (G) des Mobilfunktelefons visualisiert das grundsätzliche Prinzip der Erfindung. Der U-förmige Strahler schirmt mit seiner breiten Grundplatte (GP) die schmalere Strahlerplatte (SP) zum Kopfe des Benutzers hin ab. Während die Grundplatte (GP) das Erd- bzw. Massepotential bildet, strahlt das offene Ende der Strahlerplatte (SP) die von der Koaxialleitung eingespeiste elektromagnetische Feldenergie in den Raum. Dabei wird ein lokal begrenzter Bereich in unmittelbarer Nähe des U-förmigen Strahlers durch die Grundplatte (GP) abgeschattet. Dieser Bereich entspricht in etwa der typischen Größe und dem Ort des Kopfes eines Benutzers bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Mobilfunktelefons. Der Einspeisepunkt (E) des U-förmigen Strahlers befindet sich in der Höhe (L3) über dem Gehäuse (G) des Mobilfunktelefons. Um den Fußpunkt (F) der speisenden Koaxialleitung (KL) herum befindet sich u. a. zur Unterdrückung von Mantelwellen ein Hohlzylinder (HZ). Das Gehäuse (G) des Mobilfunktelefons besitzt die Höhe (c), die Breite (a) und die Tiefe (b). Es ist zur Erzielung eines kreisförmigen Strahlungsdiagramms vorteilhaft, den Fußpunkt (F) nicht in der Mitte der Tiefe des Gehäuses (G) - also nicht bei b/2 - entspringen zu lassen, sondern einen Versatz mit der Tiefe (e) zu verifizieren. Dies führt ebenfalls zu einer gezielt gewollten Beeinflussung der Richtcharakteristik des Strahlungsdiagramms der Mobilfunk-N-Antennenvorrichtung. The housing (G) of the mobile phone visualizes the basic principle of the invention. The U-shaped radiator shields the narrower radiator plate (SP) towards the user's head with its wide base plate (GP). While the base plate (GP) forms the earth or ground potential, the open end of the radiator plate (SP) radiates the electromagnetic field energy fed in by the coaxial cable into the room. A locally limited area in the immediate vicinity of the U-shaped radiator is shaded by the base plate (GP). This area corresponds approximately to the typical size and location of a user's head when the mobile phone is used as intended. The feed point (E) of the U-shaped radiator is located at a height (L3) above the housing (G) of the mobile phone. A hollow cylinder (HZ) is located around the base point (F) of the feeding coaxial cable (KL) to suppress sheath waves, among other things. The housing (G) of the mobile phone has the height (c), the width (a) and the depth (b). In order to achieve a circular radiation pattern, it is advantageous not to let the base point (F) originate in the middle of the depth of the housing (G) - i.e. not at b/2 - but to verify an offset with the depth (e). This also leads to a targeted, desired influence on the directional characteristics of the radiation pattern of the mobile radio N antenna device.
Durch die mit Hilfe geeigneter Computerprogramme dimensionierten Abmessungen der einzelnen Komponenten wird die in den Raum abgestrahlte Sendeenergie hinsichtlich der Richtcharakteristik in gewünschter Weise beeinflußt.By dimensioning the individual components using suitable computer programs, the transmitted energy radiated into the room is influenced in the desired way with regard to the directional characteristics.
Das horizontale Richtdiagramm wird durch die hier vorgestellte erfindungsgemäße Antennenvorrichtung im Vergleich zu bereits bekannten Anordnungen durch die absorbierenden Eigenschaften des Kopfes im Fernfeld nicht gestört, d. h. bei der neu erfundenen Vorrichtung ist das horizontale Richtdiagramm weitestgehend kreisförmig. Dies bedeutet, daß die vorteilhafte Rundstrahlcharakteristik voll erhalten bleibt. Dadurch ist die drahtlose elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem Mobilfunktelefon einerseits und der jeweiligen zugehörigen Basisstation andererseits, stets richtungsunabhängig. Der Benutzer des Mobilfunktelefons kann sich daher völlig frei bewegen und den Kopf nachIn comparison to already known arrangements, the horizontal directional pattern is not disturbed by the absorbing properties of the head in the far field by the antenna device according to the invention presented here, i.e. in the newly invented device the horizontal directional pattern is largely circular. This means that the advantageous omnidirectional characteristic is fully retained. As a result, the wireless electromagnetic interaction between the mobile phone on the one hand and the respective associated base station on the other hand is always independent of direction. The user of the mobile phone can therefore move completely freely and turn his head in the
Pan, Bahr und Becks ··· Mobilfunk'-TsT-AnfenhenvorrichtungPan, Bahr and Beck's ··· mobile radio' TsT receiver
allen Seiten drehen, stets ist die Funkverbindung optimal.No matter how you turn it, the radio connection is always optimal.
Dadurch ergeben sich zugleich zwei Vorteile. Zum einen wird bedeutend weniger Feldenergie im Gewebe des Kopfes des Benutzers absorbiert, wodurch die spezifische Absorptionsrate (SAR) insgesamt signifikant sinkt und zum anderen steht somit eine insgesamt im Feldraum verbleibende höhere effektive Sendeleistung zur Verfügung, wodurch der Antennenwirkungsgrad signifikant erhöht wird. Der bei bekannten Anordnungen üblicherweise im Gewebe des Benutzers absorbierte Anteil der von einer Antenne abgestrahlten Sendeleistung geht bei der hier vorgestellten erfindungsgemäßen neuen Vorrichtung also nicht verloren, sondern wird quasi um den Kopf herum geführt und noch zusätzlich abgestrahlt. Dadurch werden mit dieser Vorrichtung erheblich höhere Reichtweiten zwischen dem Mobilfunktelefon und der jeweiligen zugehörigen Basisstation erzielt, ohne dafür die Sendeleistung erhöhen zu müssen.This results in two advantages. Firstly, significantly less field energy is absorbed in the tissue of the user's head, which significantly reduces the specific absorption rate (SAR) overall, and secondly, a higher effective transmission power is available in the field area, which significantly increases the antenna efficiency. The portion of the transmission power emitted by an antenna that is usually absorbed in the user's tissue in known arrangements is therefore not lost in the new device according to the invention presented here, but is guided around the head and additionally emitted. This means that significantly greater ranges are achieved with this device between the mobile phone and the respective associated base station without having to increase the transmission power.
Die Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung die Details zum Aufbau des U-förmigen Strahlers. Der Strahler besteht aus einer Grundplatte (GP), einer Verbindungsplatte (VP) und einer Strahlerplatte (SP). Die Strahlerplatte (SP) ist von der Grundplatte (GP) im Abstand (t) separiert und wird von dem inneren Leiter der Koaxialleitung (KL) gespeist. Der äußere Mantel der Koaxialleitung (KL) ist am Einspeisepunkt (E) mit der Grundplatte (GP) elektrisch leitend verbunden. Fig. 2 shows the details of the structure of the U-shaped radiator in perspective. The radiator consists of a base plate (GP), a connecting plate (VP) and a radiator plate (SP). The radiator plate (SP) is separated from the base plate (GP) at a distance (t) and is fed by the inner conductor of the coaxial cable (KL). The outer jacket of the coaxial cable (KL) is electrically connected to the base plate (GP) at the feed point (E).
Die verschiedenen Abmessungen des U-förmigen Strahlers zeigt Fig. 3. Die Grundplatte (GP) besitzt die Länge (Ll) und die Breite (Wl). Die Strahlerplatte (SP) besitzt die Länge (L2) und die Breite (W2). Die im Abstand (s) von der Verbindungsplatte (VP) eingespeiste Koaxialleitung (KL) besitzt einen Durchmesser (Dl) des inneren Leiters und einen Durchmesser (D2) des äußeren Leiters. Die gezielte Dimensionierung dieser Abmessungen mit Hilfe geeigneter Computerprogramme bestimmen in hohem Maße das elektrische Verhalten des U-förmigen Strahlers.The various dimensions of the U-shaped radiator are shown in Fig. 3. The base plate (GP) has the length (Ll) and the width (Wl). The radiator plate (SP) has the length (L2) and the width (W2). The coaxial line (KL) fed in at a distance (s) from the connecting plate (VP) has a diameter (Dl) of the inner conductor and a diameter (D2) of the outer conductor. The targeted dimensioning of these dimensions with the help of suitable computer programs determines to a large extent the electrical behavior of the U-shaped radiator.
Die von der im Mobilfunktelefon integrierten Senderendstufe zur Antenne gelieferte Sendeleistung wird nur dann vollständig abgestrahlt, wenn keine Reflektionen auf der speisenden Koaxialleitung (KL) zum Einspeisepunkt (E) des U-förmigen Strahlers stattfinden. Dazu muß die am Fußpunkt (F) vorliegende Eingangsimpedanz der Antenne einen zuvor festgelegten Wert exakt einhalten. Üblicherweise wird ein reellerThe transmission power delivered to the antenna by the transmitter output stage integrated in the mobile phone is only radiated completely if there are no reflections on the feeding coaxial line (KL) to the feed point (E) of the U-shaped radiator. For this to happen, the input impedance of the antenna at the base point (F) must exactly adhere to a previously defined value. Usually, a real
Pan, Bahr und Becks ·*· MobilfMnk-N-AiifennenvorrichtungPan, Bahr and Becks ·*· Mobile radio-frequency device
Widerstandswert von exakt 50 Ohm angestrebt. Dabei ist zu beachten, daß der frequenzabhängige Imaginärteil der Fußpunktimpedanz bei der angestrebten Nutzfrequenz (z. B. 1,9 GHz) vollständig verschwindet. Der ebenfalls frequenzabhängige Realteil der Fußpunktimpedanz hingegen muß bei der angestrebten Nutzfrequenz (z. B. 1,9 GHz) möglichst exakt den Wert 50 Ohm annehmen.A resistance value of exactly 50 ohms is aimed for. It should be noted that the frequency-dependent imaginary part of the base impedance completely disappears at the desired operating frequency (e.g. 1.9 GHz). The real part of the base impedance, which is also frequency-dependent, must, however, assume the value of 50 ohms as precisely as possible at the desired operating frequency (e.g. 1.9 GHz).
Diese Bedingungen können zusätzlich vorteilhaft durch die geeignete Wahl der in Fig. 4 im Detail gezeigten geometrischen Abmessungen des Hohlzylinders (HZ) am Fußpunkt (F) der Antenne erfüllt werden. Der Hohlzylinder (HZ) ist elektrisch leitend mit dem ebenfalls elektrisch leitenden Gehäuse (G) des Mobilfunktelefons verbunden und besitzt den Durchmesser (D3) und die Länge (h). Das Verhältnis der verschiedenen Durchmesser zueinander bestimmt nach in der Hochfrequenztechnik bekannten Gesetzmäßigkeiten das charakteristische Verhalten der Hochfrequenzleitung in der Nähe des Fußpunktes (F).These conditions can also be advantageously met by the appropriate choice of the geometric dimensions of the hollow cylinder (HZ) at the base point (F) of the antenna, shown in detail in Fig. 4. The hollow cylinder (HZ) is electrically connected to the housing (G) of the mobile phone, which is also electrically conductive, and has the diameter (D3) and the length (h). The ratio of the different diameters to one another determines the characteristic behavior of the high-frequency line in the vicinity of the base point (F) according to laws known in high-frequency technology.
Mit Hilfe feldtheoretischer Computerprogramme lassen sich die elektrischen Verhältnisse durch einen leistungsstarken Personalcomputer jedoch relativ rasch durch die geeignete Wahl der geometrischen Abmessungen(D3, h) für den jeweiligen Anwendungsfall optimieren.However, with the help of field theory computer programs, the electrical conditions can be optimized relatively quickly by a powerful personal computer through the appropriate choice of the geometric dimensions (D3, h) for the respective application.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise des U-förmigen Strahlers dienen die in Fig. 5 dargestellten Ersatzschaltbilder. Die obere Darstellung zeigt eine Leitungsdarstellung des U-förmigen Strahlers. Die Klemme (A) ist mit dem inneren Leiter und die Klemme (B) ist mit dem äußeren Mantel der speisenden Koaxialleitung verbunden. Im Abstand (s) befindet sich ein Leitungskurzschluß, der durch die Verbindungsplatte (VP) gebildet wird, wobei dieser Abstand (s) etwa ein Viertel der Wellenlänge bei der jeweiligen Betriebsfrequenz der Mobilfunk-N-Antennenvorrichtung beträgt. Dadurch wirkt dieser Leitungskurzschluß in der Nähe der Betriebsfrequenz des U-förmigen Strahlers wie ein Parallelresonanzkreis mit einer Spule (Lp) und einem Kondensator (Cp). Die offenen Enden der Leitung sind unterschiedlich lang. Die Länge der auf Massepotential liegenden Grundplatte (GP) beträgt (Ll) und die Länge der Strahlerplatte (SP) beträgt (L2). Das Streufeld am Ende der offenen Leitung bewirkt die Wechselwirkung mit dem freien Raum, der durch den Strahlungswiderstand (Rs) elektrisch berechnet werden kann. Die am Ende offene Leitung wirkt in der Nähe derThe equivalent circuit diagrams shown in Fig. 5 serve to explain the operation of the U-shaped radiator. The upper illustration shows a line diagram of the U-shaped radiator. The terminal (A) is connected to the inner conductor and the terminal (B) is connected to the outer jacket of the feeding coaxial line. At the distance (s) there is a line short circuit formed by the connecting plate (VP), this distance (s) being approximately a quarter of the wavelength at the respective operating frequency of the mobile radio N antenna device. As a result, this line short circuit acts like a parallel resonant circuit with a coil (Lp) and a capacitor (Cp) near the operating frequency of the U-shaped radiator. The open ends of the line are of different lengths. The length of the base plate (GP) at ground potential is (Ll) and the length of the radiator plate (SP) is (L2). The stray field at the end of the open line causes the interaction with the free space, which can be electrically calculated by the radiation resistance (Rs). The open-ended line acts near the
Pan, Bahr und Becks »·* Mobilfunk-N-AiifennenvorrichtungPan, Bahr and Becks »·* Mobile radio N-wave device
Betriebsfrequenz des U-förmigen Strahlers wie ein Serienresonanzkreis mit einer Spule (Ls) und einem Kondensator (Cs).Operating frequency of the U-shaped radiator like a series resonant circuit with a coil (Ls) and a capacitor (Cs).
Einen weiteren zur Optimierung der elektrischen und mechanischen Eigenschaften des U-förmigen Strahlers zu verwendenden Freiheitsgrad bietet die Gestaltung der Form der Verbindungsplatte (VP). Einige beispielhafte Ausführungsformen sind in Fig. 6 dargestellt. So ist ein trapezförmiger Übergang der Höhe (t) von der Weite (Wl) der Grundplatte (GP) zur Weite (W2) der Strahlerplatte mit einer geringen induktiv wirkenden Komponente möglich. Eine andere mögliche Ausführungsform besitzt die Weite (W2) über eine Höhe (ti) und eine Weite (Wl) über eine Höhe (t2). Die dadurch erzielte induktive Wirkung der Verbindungsplatte (VP) ist größer und läßt sich durch die Wahl der Höhen (ti) und (t2) gezielt einstellen. Eine weitere mögliche Ausführungsform besitzt die Weite (W2) über der gesamten Höhe (t). Dadurch wird eine maximale induktive Komponente der Verbindungsplatte /(VP) erzielt. Durch die zusätzliche induktive Komponente können insbesondere die kapazitiven Anteile in der Fußpunkimpedanz weitgehend kompensiert werden. Dadurch wird es dem Rechnerprogramm erleichtert, die übrigen geometrischen Abmessungen der Mobilfunk-N-Antennenvorrichtung in einem höheren Maße hinsichtlich der Abstrahlcharakteristiken zu optimieren, da beispielsweise die Forderung zur Kompensation des Imaginärteils in der Fußpunktimpedanz bereits durch eine geeignete Wahl der Form der Verbindungsplatte (VP) für die angestrebte Betriebsfrequenz weitgehend erfüllt werden kann.Another degree of freedom that can be used to optimize the electrical and mechanical properties of the U-shaped radiator is the design of the shape of the connecting plate (VP). Some exemplary embodiments are shown in Fig. 6. For example, a trapezoidal transition of the height (t) from the width (Wl) of the base plate (GP) to the width (W2) of the radiator plate with a small inductive component is possible. Another possible embodiment has the width (W2) over a height (ti) and a width (Wl) over a height (t2). The inductive effect of the connecting plate (VP) achieved in this way is greater and can be specifically adjusted by selecting the heights (ti) and (t2). Another possible embodiment has the width (W2) over the entire height (t). This achieves a maximum inductive component of the connecting plate /(VP). The additional inductive component can largely compensate for the capacitive components in the base point impedance. This makes it easier for the computer program to optimize the remaining geometric dimensions of the mobile radio N antenna device to a greater extent with regard to the radiation characteristics, since, for example, the requirement to compensate for the imaginary part in the base point impedance can already be largely met by a suitable choice of the shape of the connecting plate (VP) for the desired operating frequency.
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29623129U Expired - Lifetime DE29623129U1 (en) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | Cellular antenna device (N antenna) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29623129U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19823186A1 (en) * | 1998-05-23 | 1999-11-25 | Friedrich Knapp | Radiation protection for mobile telephone etc. users |
| DE102004015856A1 (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-27 | Siemens Ag | Standing wave trap unit |
-
1996
- 1996-02-22 DE DE29623129U patent/DE29623129U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19823186A1 (en) * | 1998-05-23 | 1999-11-25 | Friedrich Knapp | Radiation protection for mobile telephone etc. users |
| DE102004015856A1 (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-27 | Siemens Ag | Standing wave trap unit |
| US7233148B2 (en) | 2004-03-31 | 2007-06-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Sheath wave barrier unit |
| DE102004015856B4 (en) * | 2004-03-31 | 2014-04-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Standing wave trap unit |
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