DE3853909T2

DE3853909T2 - Drehbarer kontaktloser Antennenschalter und Antenne.

Info

Publication number: DE3853909T2
Application number: DE3853909T
Authority: DE
Inventors: Robert Michael Johnson Jr; James P Phillips; Michael Walter Zurek
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1988-01-04
Filing date: 1988-12-22
Publication date: 1996-01-04
Anticipated expiration: 2008-12-23
Also published as: JP2602083B2; KR0152073B1; EP0323614A2; EP0323614B1; ATE186156T1; KR890012409A; CA1302502C; ATE123358T1; MX168716B; DE3856376T2; US5014346A; DE3853909D1; JPH01198121A; EP0323614A3; HK99497A; EP0643436A1; EP0643436B1; DE3856376D1

Description

Diese Erfindung ist allgemein auf Koppler gerichtet, die eine Übertragung von AC-Energie zwischen Objekten ermöglicht, die sich relativ zueinander drehen, und auf eine Antenne, die fur einen Betrieb in zwei Moden geeignet ist. Der kontaktlose Koppler ist noch genauer auf einen drehbaren, kontaktlosen Signalkoppler gerichtet, der HF-Signale zwischen einer Antenne und einem HF-Signalprozessor, wie beispielsweise ein Sender oder ein Empfänger, in einem Zweiwege-Funkgerät koppelt.
Eine Schwierigkeit besteht immer dann, wenn AC-Energie zwischen Objekten, die sich relativ zueinander drehen, übertragen werden muß. Gleitkontakte sind eine Lösung, allerdings besitzen sie eine beschränkte Lebensdauer aufgrund einer Abnutzung und können elektrisches Rauschen verursachen. Flexible Kabel sind eine andere Lösung, allerdings begrenzen diese die Drehung und können oftmals eine Abnutzung oder ein Rauschen bewirken.
Als herkömmliche Einrichtung zum Koppeln von Signalen in portablen Zweiwege-Funkgeräten und Rufeinrichtungen bzw. Pagern zwischen der Antenne und dem Signalprozessor ist ein koaxialer Verbinder verwendet worden, der innerhalb des Gehäuses der bestimmten Einrichtung vorgefunden wird. Dort, wo es erforderlich ist, daß sich die Antenne relativ zu dem Funkgerät dreht, wird ein neuer Typ einer Einrichtung benötitgt, der klein, billig, wirksam und hoch zuverlässig zum Koppeln von HF-Energie zu der Antenne ist. Dies ist insbesondere dort wichtig, wo die Antenne an einem Klappenbereich eines portablen Zweiwege-Funkgeräts angeordnet wird.
Portable Funkgeräte arbeiten an sich variierenden und ungünstigen Orten. Der Wunsch nach kleineren Funkgeräten hat stark die verfügbaren Antennenstellen eingeschränkt und hat die Antennenleistung aufgrund dieser Größe und ihrer Anordnung innerhalb der Einrichtung verschlechtert. Für eine maximale Leistung sollte die Antenne so weit wie möglich von dem Benutzer entfernt sein. Neuere Modelle portabler Funkgeräte sind mit einer Klappe aufgebaut worden, die sich nach unten zum Sprechen faltet und nach oben für eine Unterbringung in der Tasche faltet. Der Klappenabschnitt ist eine gute Antennenstelle und das Hauptgehäuse ist gewöhnlicherweise den Funkgeräteelektroniken zugeteilt. Die Variation in der Nähe der Antenne zu dem Gehäuse und dem Benutzer ist so groß, daß eine Optimierung für irgendeinen Zustand stets die Leistung anderer, ähnlich wahrscheinlicher Zustände herabsetzen wird. Deshalb wird die optimale Antenne eine solche sein, die am meisten hinsichtlich der sich variierenden Zustände tolerant ist.
Das US-Patent Nr. 4,644,366 offenbart eine kompakte Antenne, die innerhalb eines Klappenabschnitts einer Kommunikationseinrichtung enthalten ist. Die Antenne kann mit dem verbleibenden Kommunikationsschaltkreis, der innerhalb des Gehäuses der Kommunikationseinrichtung enthalten ist, durch ein koaxiales Kabel oder eine flexible, gedruckte Schaltkreisleiterplatte verbunden sein.
Das US-Patent Nr. 4,313,119 offenbart eine Dualmodus-Senderempfängerantenne für einen miniaturisierten Funkgeräte-Sendeempfänger, der eine drehbare Antenne besitzt. Eine koaxiale Leitung verbindet den Funkgeräteschaltkreis mit der Antenne.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes, portables Funkgerät zu schaffen, das einen Antennenkoppler bzw. -verbinder besitzt, der keine direkte mechanische Verbindung zwischen der Antenne und dem HF-Signalprozessor des Funkgeräts verwendet.
Es ist auch eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Verbinder zu schaffen, der unter hohen AC-Frequenzen verwendet werden kann, um Energie wirksam durch ein sich nicht abnutzendes Drehgelenk zu verwenden.
Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Antennensystem für ein portables Funkgerät zu schaffen, das im wesentlichen innerhalb eines Klappenabschnitts des Funkgeräts angeordnet ist, wobei der Klappenabschnitt hinsichtlich des Funkgerätegehäuses, das die Funkgeräteelektroniken enthält, drehbar ist.
Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung wird ein portables Funkgerät geschaffen, das aufweist:
ein Gehäuse;
einen schwenkbaren Klappenabschnitt, der an dem Gehäuse durch die Scharniereinrichtungen befestigt ist, um eine Drehung um eine Achse zuzulassen, die durch die Scharniereinrichtungen und das Gehäuse gebildet ist;
eine Signalverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten von HF-Signalen, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist;
eine elektrische HF-Komponente, die innerhalb des schwenkbaren Klappenabschnitts angeordnet ist; und
eine Kopplungseinrichtung zum Koppeln eines HF-Signals zwischen der elektrischen HF-Komponenten und der Signalverarbeitungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung koaxial innerhalb der Scharniereinrichtung angeordnet ist, wobei die Kopplungseinrichtung einen ersten Übertrager, der eine primäre Wicklungseinrichtung und eine sekundäre Wicklungseinrichtung besitzt, aufweist, wobei die primäre Wicklungseinrichtung mit der Signalverarbeitungseinrichtung verbunden ist, wobei die sekundäre Wicklungseinrichtung mit der elektrischen HF-Komponenten verbunden ist, wobei die primäre Wicklungseinrichtung und die sekundäre Wicklungseinrichtung koaxial zu den Scharniereinrichtungen positioniert sind, derart, daß eine im wesentlichen konstante induktive Kopplung dazwischen über einen Drehbereich beibehalten wird und eine im wesentlichen konstante Signalkopplung zwischen der elektrischen HF-Komponenten und der Signalverarbeitungseinrichtung über den Drehbreich auftritt.
Vorzugsweise weist die elektrische HF-Komponente eine Antenne auf.
Gemäß einem anderen Aspekt dieser Erfindung wird ein Antennensystem fur ein portables Funkgerät dahingehend geschaffen, daß es eine Antenneneinrichtung und eine drehbare Kopplungseinrichtung zum Koppeln von HF-Signalen zwischen der Antenneneinrichtung und einem HF-Signalprozessor in dem portablen Funkgerät aufweist, wobei das Antennensystem im wesentlichen innerhalb eines Klappenabschnitts des portablen Funkgeräts angeordnet ist, das durch Scharniereinrichtungen mit dem Funkgerätegehäuse verbunden ist, das den HF-Signalprozessor enthält und drehbar um eine Achse, die durch die Scharniereinrichtungen und das Funkgerätegehäuse gebildet ist, angeordnet ist, gekennzeichnet durch:
die drehbare Kopplungseinrichtung ist koaxial innerhalb der Scharniereinrichtungen angeordnet und weist einen ersten Übertrager auf, der eine primäre Substrateinrichtung, mindestens eine primäre Wicklung, eine sekundäre Substrateinrichtung und mindestens eine sekundäre Wicklung besitzt,
die mindestens eine primäre Wicklung ist an mindestens einer Hauptoberfläche der primären Substrateinrichtung zur Erzeugung magnetischer Felder von HF-Signalen angeordnet und ist mit der Signalverarbeitungseinrichtung verbunden,
die mindestens eine sekundäre Wicklung ist an mindestens einer Hauptoberfläche der sekundären Substrateinrichtung angeordnet und ist mit der Antenneneinrichtung verbunden, wobei die mindestens eine Hauptoberfläche der sekundären Substrateinrichtung im wesentlichen parallel zu und dadurch von der mindestens einen Hauptoberfläche der primären Substrateinrichtung getrennt ist, und
die primäre Wicklungseinrichtung und die sekundäre Wicklungseinrichtung sind koaxial zu den Scharniereinrichtungen positioniert derart, daß eine im wesentlichen konstante, induktive Kopplung dazwischen über einen Drehbereich beibehalten wird und eine im wesentlichen konstante Signalkopplung zwischen der Antenneneinrichtung und der Signalverarbeitungseinrichtung über den Drehbereich auftritt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines handgehaltenen Zweiwege-Funkgeräts, das einen Antennenverbinder bzw. -koppler gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
Fig. 2A und 2B stellen vergrößerte Explosionsansichten des Antennenkopplers und der Antenne gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild, das ein portables Zweiwege-Funkgerät darstellt, das so verbunden ist, um Übertragungs- und Empfangsantennen zu trennen.
Fig. 4A bis 4C zeigen schematische Ansichten der Dualmodus-Antenne der vorliegenden Erfindung.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zusammen mit weiteren Vorteilen und Eigenschaften davon wird Bezug auf die nachfolgende Offenbarung und die beigefügten Zeichnungen in Verbindung mit der vorstehenden Beschreibung genommen.
Wie insbesondere die Fig. 1 zeigt, ist dort ein handgehaltenes Zweiwege-Funkgerät 10 dargestellt, das ein Gehäuse 11, eine Hörmuschel oder einen Lautsprecher 12, eine sichtbare Anzeige 14, ein Eingabetastenfeld 16 und einen schwenkbar aufgehängten Klappenbereich 18, der an dem Gehäuse 11 mittels Scharniereinrichtungen 20 befestigt ist, aufweist. Die Scharniereinrichtungen 20 ermöglichen eine Drehung einer Klappe oder eines drehbaren Bereichs 18 um eine Schwenkachse, die durch die Schwenkeinrichtungen 20 und das Gehäuse 11 gebildet ist. Das Funkgerät 10 umfaßt auch eine Mikrofondurchgangsöffnung 22 und eine erste Antenne 24, die innerhalb des Klappenbereichs 18 angeordnet ist. Das Funkgerät 10 umfaßt weiterhin Einrichtungen zum Verarbeiten von HF-Signalen und eine Einrichtung zum Koppeln der HF-Signale 26, die teilweise koaxial innerhalb der Schwenkeinrichtungen 20 angeordnet ist.
Wie nun die Fig. 2A zeigt, weisen die Koppeleinrichtungen 26 einen ersten Übertrager, der eine primäre Wicklungseinrichtung 28A und eine sekundäre Wicklungseinrichtung 28B besitzt, wobei die primäre Wicklungseinrichtung 28A mit einer Signalverarbeitungseinrichtung Innerhalb des Funkgerätegehäuses 11 gekoppelt oder verbunden ist, und eine sekundäre Wicklungseinrichtung 28B, die mit einer ersten Antenne 24 gekoppelt oder verbunden ist, auf. Die primäre Wicklungseinrichtung 28A und die senkundäre Wicklungseinrichtung 28B sind koaxial innerhalb der Schwenkeinrichtungen 20 entlang der Schwenkachse (wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist) derart schwenkbar verbunden, daß eine im wesentlichen konstante, induktive Kopplung dazwischen über einen Drehbereich beibehalten wird, und die Signalkopplung zwischen der Antenne 24 und der Signalverarbeitungseinrichtung tritt unabhängig einer Drehung auf. Die magnetische Kopplung zwischen den Wicklungen ändert sich nicht wesentlich, wenn das Gelenk bewegt wird.
Der Übertrager-Koppler der Verbindungseinrichtung 26 besteht aus zwei abgestimmten Schaltkreisen in enger Nachbarschaft und hat den zusätzlichen Vorteil einer Schaffung der Fähigkeit einer Kopplung unsymmetrischer zu symmetrischer Übertragungsleitungen. Diese Eigenschaft einer Kopplung zwischen unterschiedlichen Übertragungsleitungstypen kann als ein Vorteil angesehen werden, da viele Antennen einen symmetrischen Eingang erfordern und die meisten HF-Schaltkreise so konFiguriert sind, daß sie mit unsymmetrischen Übertragungsleitungen verbunden werden müssen. Diese abgestimmten Übertrager besitzen die Einschränkung, daß die Kopplung und deshalb der Zwischenraum zwischen den Wicklungen einen optimalen Wert besitzt. Dies behindert das Zulassen irgendeiner wesentlichen seitlichen oder axialen Bewegung einer Wicklung hinsichtlich der anderen.
Allerdings wird die Drehung der einen Wicklung hinsichtlich der anderen ermöglicht und demzufolge kann HF-Energie über ein Scharnier oder eine sich drehende Verbindung durch diese Einrichtung übertragen werden.
Die Kopplungseinrichtung 26 kann auch als eine drehbare, kontaktlose Einrichtung zum Koppeln von HF-Signalen zwischen dem HF-Signalprozessor des Funkgeräts und einigen anderen elektrischen HF-Komponenten angesehen werden, da die Übertragung von HF-Energie über ein Scharnier oder ein Verbindungsgelenk ohne einen Wicklungskontakt auftritt und unabhängig einer Drehung auftritt. Die andere elektrische HF-Komponente kann eine Antenne oder ein anderer HF-Signalprozessor sein. Diese fähigkeit in einem Funkgerät würde Komponenten ermöglichen, wie beispielsweise Sender oder Empfänger, daß sie in zwei zwischen dem Gehäuse und dem scharniermäßig verbundenen Bereich des Funkgeräts aufgeteilt und zusammen über die drehbare, kontaktlose Einrichtung gekoppelt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung bildet ein Paar mit zwei Wicklungen eng gewickelter Wicklungen, die aus einem Draht mit 0,508 mm (0,020 inch) im Durchmesser hergestellt sind, einen Übertrager, der HF-Energie mit weniger als 0,25 db Verlust über eine Bandbreite von 150 MHz bei einer Mittenfrequenz von ungefähr 850 MHz hindurchläßt. Beide Wicklungen besitzen einen innenseitigen Durchmesser von ungefähr 5,08 mm (0,2 inch) und sind 1,524 mm (0,060 inch) voneinander beabstandet. Ein Kondensator, der auf 0,9 pF eingestellt ist, wird in Reihe mit jeder der Wicklungen verbunden, um die Streuinduktivität jeder Wicklung zu kompensieren. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind der Übertrager und die Antenne aus Mustern auf einer Schaltkreisleiterplatte gebildet.
Wie weiterhin die Fig. 2A zeigt, ist dort ein Antennensystem 29 dargestellt, das eine Ausführungsform einer Kopplungseinrichtung 26 in der Form von Leiterbahnen auf doppelseitig bedruckten Schaltkreisleiterplatten umfaßt. Genauer gesagt ist eine primäre Wicklung 28A an einer ersten Schaltkreisleiterplatte oder einer Verbinderplatte 30 angeordnet. In einem System, bei dem eine Kopplungseinrichtung aus zwei Übertragern zusammengesetzt ist, ist ein zweiter Übertrager, der eine primäre Wicklung 33A besitzt, an einer Verbinderplatte 32 angeordnet, wie dies dargestellt ist. Sekundäre Wicklungen 28B und 33B sind an zweiten Schaltkreisleiterplatten oder Antennenleiterplatten 34 und 36 jeweils angeordnet. Verbinderleitplatten 30 und 32 ermöglichen eine impedanzanpassung zwischen primären Wlcklungen 28A und 33A und der Schnittstelle des Funkgeräts unter Verwendung eines Serienkondensators 31, der an jeder der Verbinderleiterplatten angeordnet ist.
Wie die Fig. 2A und 28 zeigen, sind sekundäre Wicklungen 288 und 338 im wesentlichen ähnlich den primären Wicklungen 28A und 33A, allerdings ist jedes Ende der sekundären Wicklungen mit Kondensatoren C1 und C2 verbunden, wie dies dargestellt ist, und sie werden dann mit Leiterbahnen auf der gedruckten Schaltkreisleiterplatte verbunden, die als Sendeleitungselemente für die Antennen 24 und 24A wirken. Das Verhältnis der Kondensatorimpedanzen setzt den Summen- und Differenzstrom der Sendeleitungselemente der Antenne 24 fest (siehe Fig. 4). Die Werte der Kondensatoren zusammen mit der Länge und dem Abstand der Sendeleitungselemente der Antenne bestimmen die Resonanzfrequenz der Antenne.
Zuerst werden gedruckte Schaltkreisleiterplatten oder Verbinderleiterplatten 30 und 32 innerhalb des Gehäuses 11 angeordnet und sie werden an Schwenkeinrichtungen 20 befestigt. Zweitens werden die gedruckten Schaltkreisleiterplatten oder Antennenleiterplatten 34 und 36 innerhalb des Klappenabschnitts 18 angeordnet und werden an Scharniereinrichtungen 20 befestigt. Der Abstand zwischen den Verbinderleiterplatten und den Antennenleiterplatten ist optimal bei einem Abstand von 0,508 mm (0,020 inch). Die Toleranz dieser Dimension sollte bei ± 0,127 mm (+/-0,005 Inch) gehalten werden, um eine maximale Leistung sicherzustellen.
Die Länge der zweiten Sendeleitungs-Leiterbahnen auf den Antennenleiterplatten 34 und 36 sollte geringfügig größer als eine viertel Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz sein. Um die Länge der Antenne innerhalb des Klappenabschnitts 18 aufzunehmen, werden die Sendeleitungselemente der Antennen in einer SerpentinenkonFiguration auf den Antennenleiterplatten so gebildet, daß die gesamten Antennen innerhalb des Klappenabschnitts 1B hineingebracht werden können. Die Leistung der Antenne wird geringfügig durch diese KonFiguration herabgesetzt, allerdings minimiert eine solche KonFiguration eine Herabsetzung der Strahlung.
Wie wiederum die Fig. 2B zeigt, sind die Kondensatoren C1 und C2 keramische Chip-Kondensatoren, die mit den Sendeleitungselementen der Antenne 24 verbunden werden. in einer anderen Ausführungsform kann der Kondensator C1 aus Flächenbereichen auf entgegengesetzten Seiten der Antennenleiterplatten 34 oder 36 gebildet werden, auf der die Antenne aufgebaut ist. Der Kondensator C2 erfordert andererseits eine höhere Kapazität, und der Flächenbereich, der erforderlich ist, wird zu groß sein, falls die Antennenleiterplatte für das Dielektrikum verwendet wird. Eine Lösung ist diejenige, einen aufgelegten Kondensator mit einem Aluminiumoxid mit einer Dicke von ungefähr 0,254 mm (0,010 inch) zu haben, das an der Leiterplatte mit einem Band befestigt ist. Dies würde der einzige vorspringende Teil an entweder der Antenne oder der Übertrager-Antennenleiterplatte sein. Dieser Teil könnte in einem kleinen Hohlraum aufgenommen sein, der in dem Klappenabschnitt 18 eingespritzt ist.
Wie nun die Fig. 3 zeigt, stellt diese Figur ein Blockdiagramm eines portablen Zweiwege-Funkgeräts dar, das mit separaten Sende- und Empfangsantennen verbunden ist. in einer Ausführungsform des Funkgeräts ist eine Einrichtung zur Verarbeitung von HF-Signalen innerhalb des Funkgerätegehäuses separat von der Antenne angeordnet (die Antenne kann innerhalb des Klappenabschnitts 18 angeordnet werden). Die HF-Signalverarbeitungseinrichtung kann entweder einen Sender und/oder einen Empfänger oder eine Mehrzahl Empfänger, und zwar in Abhängigkeit der Anwendung, umfassen. In der Ausführungsform, die in Fig. 3 dargestellt ist, umfaßt das Funkgerät einen Sender 42, einen Sendefilter 44, eine Übertragungsleitung 46 und eine Sendeantenne 48. Das Funkgerät kann auch einen Empfänger 50, einen Empfänger-Vorwahlfilter 52, eine Übertragungsleitung 54 und eine Empfangsantenne 56 umfassen. Alle diese Komponenten, mit Ausnahme der Antenne, können in einer einzelnen Schaltkreisleiterplatte enthalten sein, die innerhalb des Funkgerätegehäuses 11 untergebracht ist. Die Schaltkreisleiterplatte liefert zwei Sätze Antennenanschlüsse, und zwar einen für den Sender und einen für den Empfänger, wobei jeder Anschluß mit einer Primärwicklung 1 der Übertrager verbunden ist, der an einer Verbinderleiterplatte angeordnet ist.
Dort, wo die HF-Signalverarbeitungseinrichtung des Funkgeräts einen Sender und einen Empfänger umfaßt, wird der Sender über die Scharniereinrichtungen 20 (siehe Fig. 2A) mit der ersten Antenne 24 durch einen ersten Übertrager 28 verbunden. Der Empfänger wird über die Scharniereinrichtung 20 mit der zweiten Antenne 24A durch einen zweiten Übertrager 33 verbunden. Dort, wo die HF-Signalverarbeitungseinrichtung eine Mehrzahl Empfänger umfaßt, würde ein erster Empfänger durch den ersten Übertrager 28 über die Scharniereinrichtungen 20 mit der ersten Antenne 24 verbunden werden. Ein zweiter Empfänger würde mit einem zweiten Übertrager mit einer zweiten Antenne verbunden werden.
Die Übertragungsleitungen auf der Funkgeräte-Schaltkreisleiterplatte werden so verwendet, daß sie eine HF-Zusammenschaltung zwischen den Verbinderleiterplatten und entweder dem Sender oder dem Empfänger vorsehen. Deren Länge kann so sein, wie auch immer sie erforderlich ist, um die Verbinderleiterplatten zu erreichen. in einer Ausführungsform liegt die Übertragungsleitung in einer Streifenform vor. Die minimale Länge ist die, die notwendig ist, um eine Verbindung mit einem minimalen elektrischen Verlust entlang der Übertragungsleitung zu schaffen. Die impedanz der Übertragungsleitung beträgt 50 Ohm, da dies die Design-Schnittstellen-Impedanz zwischen den Verbinderleiterplatten und dem Empfänger oder dem Sender ist.
Die Trennung der Antennen voneinander, wie dies in Fig. 2A dargestellt ist, ist nicht kritisch hinsichtlich des Antennendesigns. Der Effekt einer dichten Nähe der Empfangsantenne zu der Sendeantenne kann durch Modifikation der Sendeantenne und in ähnlicher Weise für den Effekt der Übertragung auf die Empfangsantenne kompensiert werden. Je geringer der Effekt ist, den eine Antenne zu der anderen besitzt, desto höher ist die Isolation von einer Antenne zu der anderen. Diese elektrische Isolation wird durch Polarisation, dem Abstand, das Muster und die Bandbreite der Antennen bewirkt. Eine Reduktion der Erfordernisse für das Sendefilter 44 und das Empfangs-Vorauswahlfilter 52 wird aufgrund einer erhöhten Antennenisolation möglich.
Empfänger in enger Nachbarschaft eines Senders leiden oftmals unter einer herabgesetzten Leistung aufgrund der Interferenz von dem Sender. Das am meisten übliche Verfahren einer Reduzierung dieser Herabsetzung wird durch eine elektrische Isolation zwischen dem Empfänger 50 und dem Sender 42 erzielt. Eine Isolation wird gewöhnlicherweise von Frequenzfiltern erhalten, die zwischen dem Empfänger und der Antenne und dem Sender und der Antenne verbunden sind. Allerdings wird, falls separate Sende- und Empfangsantennen verwendet werden, wie in Fig. 3, eine bestimmte Größe einer elektrischen Isolation zwischen den Antennen bestehen und sie kann dazu verwendet werden, die Interferenz zu reduzieren. Die elektrische Isolation des Sendefilters 44 und des Empfangsfilters 52 kann durch die Größe der Isolation zwischen den Antennen reduziert werden.
Die Empfangsleistung kann durch Herabsetzung der Sendeinterferenz über eine erhöhte Antennenisolation verbessert werden. Eine Isolation ist notwendig, um 1) ein Senderrauschen zu reduzieren, das in dem Empfangsfrequenzband auftritt; 2) um das Sendesignal zu reduzieren, das auf das Empfangsfilter einwirkt; und 3) um Störsignale zu reduzieren, die in dem Sender erzeugt werden.
Die Gesamtzurückweisung bzw. Sperre des vom Sender erzeugten Rauschens in dem Empfangsfrequenzband ist die Summe der Antennenisolation und die Sendefilterdämpfung in dem Empfangsfrequenzband. Je größer die Antennenisolation ist, desto geringer ist die Sendefilter-Zurückweisung in dem Empfangsfrequenzband erforderlich. Die Gesamtzurückweisung des Sendesignals, das den Empfänger erreicht, ist die Summe der Antennenisolation und die Empfangsvorauswahlfilterdämpfung in dem Sendefrequenzband. Je größer die Antennenisolation ist, desto geringer ist die Empfangsfilter-Zurückweisung, die in dem Sendeband erforderlich ist. Die Gesamtzurückweisung der Störsignale, die in dem Sender erzeugt werden, ist die Summe der Antennenisolation und die Sendefilterdämpfung zu dem Störsignal und der Empfangsvorauswahlfilterdämpfung zu dem Störsignal. Je größer die Antennenisolation ist, desto geringer ist die Sende- und/oder Empfangsvorauswahlfilterdämpfung, die erforderlich ist. Die vorstehenden drei auf die Antennenisolation bezogenen Zurückweisungen können oftmals, allerdings nicht immer, die Filtererfordernisse reduzieren, falls dort andere Gründe für die Erfordernisse vorliegen. In einer Ausführungsform betrug die Antennenisolation ungefähr 10 db, und dies reduzierte die Filtererfordernisse.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Sende- und Empfangsfilter verdoppelt und mit einer einzelnen Antenne verbunden. Das Bandbreitenerfordernis einer einzelnen Antenne ist nun größer als dasjenige der Anwendung von zwei Antennen, da eine Antenne eine ausreichende Bandbreite besitzen muß, um sowohl das Sende- als auch das Empfangsband gleichzeitig abzudecken. Die separate Antennenanordnung erfordert, daß jede Antenne nur ein einzelnes Frequenzband abdeckt. Beim Duplizieren der Filter werden die Übertragungsleitungen, wie die Übertragungsleitungen 46 und 54, die die Filter 44 und 52 mit einer einzelnen Antenne verbinden, verdoppelt. Hier wird die elektrische Signallänge der Übertragungs leitungen kritisch.
Das Verdoppeln der Filter wird unter Verwendung einer Übertragungsleitung durchgeführt, um die Phase der Übertragungsfilterimpedanz in dem Empfangsfrequenzband zu einem nahen, offenen Schaltkreis hin zu verschieben, und, unter Verwendung einer anderen Übertragungsleitung, um die Phase der Empfangsvorauswahlfilterimpedanz in dem Sendefrequenzband zu einem nahen, offenen Schaltkreis zu reflektieren. Diese zwei Übertragungsleitungen werden an diesen nahen, offenen Schaltkreisimpedanzpunkten verbunden und werden dann zu der einzelnen Antenne oder einer bertragungsleitung, die mit einer Antenne verbunden ist, hin verbunden. Durch Kombinieren des Senders und des Empfängers an diesen Punkten wird deren Effekt aufeinander minimiert. Um eine wiederholbare Verdopplung vorzunehmen, die keine Abstimmung während des Herstellens erfordert, muß die elektrische Länge der Übertragungsleitungen kontrolliert werden und die Sperrbandimpedanz der Filter muß auch kontrolliert werden. Diese zwei Erfordernisse sind nicht in den separaten Antennenanordnungen notwendig.
Die Antennenisolation ist nicht verfügbar, wenn eine einzelne Antenne verdoppelt wird, sondern dort ist eine Verbesserung in der Sendefilterdämpfung in dem Empfangsfrequenzband und in der Empfangsvorauswahlfilterdämpfung in dem Sendeband vorhanden. Diese Verbesserung ist auf ungefähr 6 db begrenzt, falls die Filter, die Übertragungsleitungen und die Antennen alle in der Impedanz angepaßt und verdoppelt werden. Eine Antennenisolation zwischen separaten Antennen wird theoretisch nicht eingeschränkt, allerdings wird eine Antennenisolation normalerweise durch die physikalische Trennung, die innerhalb einer Funkgeräteunterbringung vorhanden ist, beschränkt.
Die Verwendung einer Antenne in dem Funkgerät 10 erfordert, daß die Antenne verschiedene Bedingungen tolerieren muß. Da es eine Dualmodus-Antenne ist, wird sie mit einem Modus arbeiten, der unter bestimmten Umständen dominant ist, und wird mit dem zweiten Modus arbeiten, der dann dominant ist, wenn die Zustände unvorteilhaft für den ersten sind. Der Aufbau der zwei Antennen mit zwei Moden in einer kompakten Form wird gut für portable Funkgeräte sein, wo ein Raum sehr begrenzt ist und wo viele Zustände toleriert werden müssen.
Wie in Fig. 4A dargestellt ist, ist die Antenne der vorliegenden Erfindung einfach und ist aus drei Teilen zusammengesetzt. Der erste Teil ist eine kurze Länge einer Übertragungsleitung mit zwei Leitern, die als L1 von dem Eingang der zwei Serien-Kondensatoren C1 und C2 (Teil 2) bezeichnet ist. Teil drei ist eine zweite Länge, die als L2 einer Übertragungsleitung mit zwei Leitern bezeichnet ist, die links offen endet. Die zwei Moden dieser Antenne resultieren aus dem Verhältnis der zwei Ströme 11 und 12, die in den Leitern von L2 strömen. Ein Modus besitzt ein Ansprechverhalten über ein breites Frequenzband und wird als Breitbandmodus bezeichnet. Der zweite Modus eines Betriebs besitzt ein Ansprechverhalten über ein enges Band und wird als Schmalbandmodus bezeichnet. Der Breitbandmodus strahlt mit üblichen Modusströmen, während der Schmalbandmodus unterschiedliche Modusströme verwendet und demzufolge einen sehr viel kleineren Strahlungswiderstand besitzt. Wenn sich der Klappenabschnitt 18 (wie in Fig. 1 dargestellt ist) in der ausgedehnten Position befindet, strahlt die Energie von der Antenne in beiden Moden. Wenn der Klappenabschnitt eingefaltet ist, strahlt die Energie hauptsächlich in dem Schmalbandmodus. Die variierten Betriebsmoden werden durch die Position des Klappenabschnitts und die unmittelbaren Umgebungen der Antenne, wie beispielsweise die Hand und der Kopf des Benutzers, beeinflußt.
Die Figuren 4A bis 4C stellen schematische Diagramme einer Dualmodusantenne dar. In Fig. 4A stellt 26 den Eingang zu der Antenne dar, der eine Kopplungseinrichtung 26 gemäß den Lehren dieser Erfindung sein kann. Falls die Ströme I1 und I2 gleich sind, heben sich deren Felder auf und keine Strahlung von diesen Strömen tritt auf. Dies ist der normale Betrieb einer Übertragungsleitung. Da L2 länger als eine viertel Wellenlänge gemacht wird, wird dort ein Punkt entlang der Leitung sein, wo ein scheinbarer Kurzschlußkreis besteht. Ein tatsächlicher Kurzschlußkreis kann über die Leitung an diesem Punkt ohne Effekt plaziert werden. Verschiebungsströme werden durch diesen scheinbaren Kurzschlußkreis fließen und eine Strahlung erzeugen, die orthogonal zu den Drähten polarisiert ist. Dieser Betriebsmodus ist in Sendeleitungsantennen verwendet worden und liefert ein enges Band für den Betrieb.
Der andere Modus der Strahlung tritt dann auf, wenn I1 nicht gleich I2 ist. In diesem Fall ist ein Nettostrom (11 - 12) vorhanden, der in der Übertragungsleitung L2 strömt, der eine Strahlung mit einer Polarisation parallel zu den Drähten bewirkt. Dies ist der normale Betrieb einer elektrischen Dipolantenne. Der gefaltete Dipol arbeitet auf diese Art und Weise und die Anregung dieses Modus wird durch Einrichtungen durchgeführt, die in den Fig. 4B und 4C dargestellt sind. Das schematische Basisdiagramm der Fig. 4B ist durch eine Reihe Schritte umgeordnet, die allgemein dazu verwendet werden, die in den Prinzipien der Schaltkreistheorie akzeptiert werden, um zu Fig. 4C zu gelangen.
Wie in Fig. 4C zu sehen ist, wird dieser Modus durch einen Spannungsgenerator erzeugt, der von der Differenz der Spannungen über die zwei Kondensatoren ausgeht. Da gleiche Ströme durch die zwei Kondensatoren strömen, muß der Wert der zwei Kondensatoren ungleich sein. Um einen Nettostromfluß in dieser Konfiguration zu bilden, müssen Kondensatoren unterschiedlicher Werte verwendet werden, um unterschiedliche Spannungen zu erzeugen. In Abhängigkeit von der Anwendung können die Kondensatorwerte zu der Frequenz skaliert werden. Die Betriebsweise dieser Antennen in den zwei Moden erfordert die Erzeugung von Strömen mit dem korrekten Ungleichgewicht hinsichtlich eines Verstärkungsgewinns beider Moden. Das Verhältnis der Kondensatoren wird so ausgewählt, um eine gegebene Balance zwischen den zwei Moden zu erzielen. Solche Verhältnisbereiche reichen von ungefähr 1,5:1 bis ungefähr 10:1, wobei 6:1 das bevorzugte Verhältnis ist.
Falls die Antenne, die in Fig. 1 dargestellt ist, nahe zu willkürlichen Konfigurationen von Leitern, Absorbern und Dielektrika plaziert wird, verschiebt sich der dominante Betriebsmodus von einem zu dem anderen. Zum Beispiel ist, wenn ein portables Funkgerät mit dieser Antenne parallel zu einer großen, leitenden Oberfläche angeordnet wird, der Dipolmodus effektiv verkürzt und nicht arbeitend gestaltet. Allerdings vergrößert diese Anordnung den Betrieb als Sendeleitungsantenne, und die Antenne verbleibt im Betrieb. Wäre der zweite Modus nicht verfügbar, würde die Leistung signifikant herabgesetzt werden.
In einer Ausführungsform, und zwar unter Bezugnahme auffig. 4A, beträgt der Abstand D 12,7 mm (0,500 inch), L1 beträgt 15,24 mm (0,60 Inch), L2 beträgt 88,9 mm (3,5 inch), C1 beträgt 0,75 pf und C2 beträgt 4,30 pf. Die Antenne besitzt eine Bandbreite von 60 MHz, die bei 880 MHz zentriert ist, mit einer Rückflußdämpfung größer als 10 db.
Demzufolge ist ein Antennen-Koppler und eine Antenne für ein portables Zweiwege-Funkgerät dargestellt und beschrieben worden. Der drehbare, kontaktlose Antennen-Koppler dieser Erfindung ist klein, billig und wirksam und zur Kopplung von HF-Energie von einer Signalverarbeitungseinrichtung innerhalb eines Funkgeräts zu einer Antenne höchst zuverlässig. Gemäß einem anderen Gedanken dieser Erfindung ist eine verbesserte Antenne so aufgebaut worden, um in zwei Moden zu arbeiten, um der Antenne zu ermöglichen, effektiver in verschiedenen Umgebungen zu arbeiten. Diese Einfachheit und Kompaktheit dieses bestimmten Designs ist hinsichtlich portabler Antennenaufbauten neu.

Claims

1. Portables Funkgerät, das aufweist:

ein Gehäuse (11);

einen schwenkbaren Klappenabschnitt (18), der an dem Gehäuse (11) durch Scharniereinrichtungen (20) befestigt ist, um eine Drehung um eine Achse zuzulassen, die durch die Scharniereinrichtungen (20) und das Gehäuse (11) gebildet ist;

eine Signalverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten von HF-Signalen, die innerhalb des Gehäuses (11) angeordnet ist;

eine elektrische HF-Komponente (24), die innerhalb des schwenkbaren Klappenabschnitts (18) angeordnet ist; und

eine Kopplungseinrichtung (26) zum Koppeln eines HF-Signals zwischen der elektrischen HF-Komponenten (24) und der Signalverarbeitungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung (26) koaxial innerhalb der Scharniereinrichtungen (20) angeordnet ist, wobei die Kopplungseinrichtung einen ersten Übertrager (28), der eine primäre Wicklungseinrichtung (28A) und eine sekundäre Wicklungseinrichtung (28B) besitzt, aufweist, wobei die primäre Wicklungseinrichtung (28A) mit der Signalverarbeitungseinrichtung verbunden ist, wobei die sekundäre Wicklungseinrichtung (28B) mit der elektrischen HF-Komponenten (24) verbunden ist, wobei die primäre Wicklungseinrichtung (28A) und die sekundäre Wicklungseinrichtung (28B) koaxial zu den Scharniereinrichtungen (20) positioniert sind derart, daß eine im wesentlichen konstante induktive Kopplung dazwischen über einen Drehbereich beibehalten wird und eine im wesentlichen konstante Signalkopplung zwischen der elektrischen HF-Komponenten (24) und der Signalverarbeitungseinrichtung über den Drehbreich auftritt.

2. Portables Funkgerät nach Anspruch 1, wobei die elektrische HF-Komponente eine erste Antenne (24) aufweist.

3. Portables Funkgerät nach Anspruch 2, wobei die primäre Wicklungseinrichtung (28A) auf einer ersten Schaltkreisleiterplatte (30) angeordnet ist, wobei die erste Schaltkreislei terplatte (30) innerhalb des Gehäuses (11) angeordnet und an den Scharniereinrichtungen (20) befestigt ist.

4. Portables Funkgerät nach Anspruch 2 oder 3, wobei die sekundäre Wicklungseinrichtung (28B) und die erste Antenne (24) auf der zweiten Schaltkreisleiterplatte (34) angeordnet sind, wobei die zweite Schaltkreisleiterplatte (34) innerhalb des Klappenabschnitts (18) angeordnet und an der Scharniereinrichtungen (20) befestigt ist.

5. Portables Funkgerät nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die Kopplungseinrichtung einen zweiten Übertrager (33) aufweist, wobei der zweite Übertrager (33) eine primäre Wicklungseinrichtung (33A) und eine sekundäre Wicklungseinrichtung (33B) besitzt.

6. Portables Funkgerät nach Anspruch 5, wobei die HF-Signalverarbei tungseinrichtung einen Sender (42) und einen Empfänger (50) umfaßt, wobei der Sender (42) über die Scharniereinrichtungen (20) mit der ersten Antenne (24) durch den ersten Übertrager (28) verbunden ist und der Empfänger (50) über die Scharniereinrichtungen (20) mit einer zweiten Antenne (24A) durch den zweiten Übertrager (33) verbunden ist, wobei die erste und die zweite Antenne (24, 24A) innerhalb des Klappenabschnitts (18) angeordnet sind.

7. Portables Funkgerät nach Anspruch 5, wobei die HF-Signalverarbeitungseinrichtung eine Mehrzahl Empfänger (50) umfaßt, wobei der erste Übertrager (28) mit einem ersten Empfänger über die Scharniereinrichtungen (20) mit der ersten Antenne (24) verbunden ist und der zweite Übertrager (33) mit einem zweiten Empfänger mit einer zweiten Antenne (24A) verbunden ist.

8. Portables Funkgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kopplungseinrichtung weiterhin einen Satz erster Schaltkreisleiterplatten (30, 32) und einen Satz zweiter Schaltkreisleiterplatten (34, 36) umfaßt, wobei die ersten Schaltkreisleiterplatten teilweise innerhalb des Gehäuses (11) angeordnet sind und die primäre Wicklungseinrichtung (28A, 33A), die daran angeordnet ist, besitzen, wobei die zweiten Schaltkreisleiterplatten (34, 36) teilweise innerhalb des Klappenabschnitts angeordnet sind und die sekundäre Wicklungseinrichtung (28B, 33B), die daran angeordnet ist, besitzen.

9. Antennensystem für ein portables Funkgerät (10), das eine Antenneneinrichtung (24) und eine drehbare Kopplungseinrichtung (26) zum Koppeln von HF-Signalen zwischen der Antenneneinrichtung (24) und einem HF-Signalprozessor in dem portablen Funkgerät (10) aufweist, wobei das Antennensystem im wesentlichen innerhalb eines Klappenabschnitts (18) des portablen Funkgeräts (10) angeordnet ist, das durch Scharniereinrichtungen (20) mit dem Funkgerätegehäuse (11) verbunden ist, das den HF-Signalprozessor enthält und drehbar um eine Achse, die durch die Scharniereinrichtungen (20) und das Funkgerätegehäuse (11) gebildet ist, angeordnet ist, gekennzeichnet durch:

die drehbare Kopplungseinrichtung (26) ist koaxial innerhalb der Scharniereinrichtungen (20) angeordnet und weist einen ersten Übertrager (28) auf, der eine primäre Substrateinrichtung (30), mindestens eine primäre Wicklung (28A), eine sekundäre Substrateinrichtung (34) und mindestens eine sekundäre Wicklung (28B) besitzt,

die mindestens eine primäre Wicklung (28A) ist an mindestens einer Hauptoberfläche der primären Substrateinrichtung (30) zur Erzeugung magnetischer Felder von HF-Signalen angeordnet und ist mit der Signalverarbeitungseinrichtung verbunden,

die mindestens eine sekundäre Wicklung (288) ist an mindestens einer Hauptoberfläche der sekundären Substrateinrichtung (34) angeordnet und ist mit der Antennenelnrichtung (24) verbunden, wobei die mindestens eine Hauptoberfläche der sekundären Substrateinrichtung (34) im wesentlichen parallel zu und dadurch von der mindestens einen Hauptoberfläche der primären Substrateinrichtung (30) getrennt ist, und

die primäre Wicklungseinrichtung (28A) und die sekundäre Wicklungseinrichtung (28B) sind koaxial zu den Scharniereinrichtungen (20) positioniert derart, daß eine im wesentlichen konstante, induktive Kopplung dazwischen über einen Drehbereich beibehalten wird und eine im wesentlichen konstante Signalkopplung zwischen der Antenneneinrichtung (24) und der Signalverarbeitungseinrichtung über den Drehbereich auftritt.

10. Antennensystem nach Anspruch 9, wobei die Antenneneinrichtung (24) eine Übertragungsleitungseinrichtung aufweist, die eine effektive elektrische Länge größer als eine viertel Wellenlänge der HF-Signale besitzt.

11. Antennensystem nach Anspruch 10, wobei Kondensatoren (C1, C2) mit ungleichem Wert mit den Leitern der Übertragungsleitungseinrichtungen verbunden sind.