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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Textilantenne, insbesondere
eine Antenne zur Einfügung
in ein Kleidungsstück.
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Eine
Antenne in einem Kleidungsstück
bereitzustellen, beispielsweise zur Verwendung in einem mobilen
Telekommunikationssystem, ist bekannt. Ein Beispiel dazu ist in
EP-A-0 637 094 für Matsushita
gegeben, das eine Antenne beschreibt, die metallene Antennenelemente
in der Form leitfähiger
Platten umfasst, die auf entgegengesetzten Seiten einer dielektrischen
Tafel gebildet sind; wobei die Antenne zum Anbringen auf einer menschlichen Schulter
vorgesehen ist und die Steifigkeit der dielektrischen Tafel Verformung
der Antenne verhindert. Jedoch bewirkt die Steifigkeit außerdem,
dass die Antenne unkomfortabel und unbequem zu tragen ist. EP-A-0
637 094 beschreibt den Oberbegriff von Anspruch 1.
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Bekannt
ist ebenfalls, eine Antenne in der Form eines mindestens teilweisen
textilartigen Aufbaus bereitzustellen. In US-Patentschrift Nummer 5,771,027
umfasst das leitende Gewebe einer Antenne ein Netz elektrischer
Leiter, die in die Kette eines harzverstärkten Stoffs gewoben sind,
der eine Schicht einer mehrschichtigen Laminatstruktur bildet, insbesondere
ein polarisierendes Netz, das in die laminierte Struktur eines Reflektors
einer Leichgewichts-Parabolantenne integriert ist, aber eine derartige
Antenne ist für
Telekommunikations-Verwendung nicht geeignet. Diese fehlende Eignung
liegt in gewissem Maße
an der im Allgemeinen unhandlichen Größe und Konfiguration einer
Parabolantenne, ist aber auch durch deren fehlende Eignung in Situationen
bedingt, in denen die Forderung nach einer Antenne mit einer omnidirektionalen
Fähigkeit
besteht.
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Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Textilantenne
bereitzustellen, die zur unaufdringlichen Einfügung in ein Kleidungsstück in der
Lage und für
mobile Telekommunikations-Verwendung geeignet ist.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Antenne für mobile
Telekommunikations-Verwendung
bereitgestellt, die Folgendes umfasst:
erste und zweite, mit
Abstand angeordnete Schichten elektrisch leitenden Materials;
eine
Schicht elektrisch isolierenden Materials zwischen den ersten und
zweiten Schichten;
erste Verbindungsmittel, durch die elektrischer
Kontakt zwischen den ersten und zweiten Schichten hergestellt wird;
und
zweite Verbindungsmittel, durch die die ersten und zweiten
Schichten mit Telekommunikations-Einrichtungen verbindbar sind;
dadurch
gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Material ein leitendes
flexibles Gewebe ist und dass die Schicht elektrisch isolierenden
Materials ein isolierendes flexibles Gewebe ist.
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In
einer Ausführungsform
ist die Antenne in einen Schulterabschnitt eines Kleidungsstücks eingefügt, beispielsweise
ein Schulterpolster. In einer anderen Ausführungsform ist die Antenne
in einen Aufschlag eines Kleidungsstücks eingefügt. In beiden Ausführungsformen
ist es sehr zu bevorzugen, dass die Schicht elektrisch leitenden
Gewebes in der Nähe
eines Trägers
des Kleidungsstücks
von wesentlich größerer Fläche als
die andere Schicht elektrisch leitenden Gewebes ist und als Masseebene
angeschlossen ist, sodass der Benutzer gegenüber den stärksten elektrischen Feldern
isoliert ist, die durch die Antenne abgestrahlt werden.
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In
einer bevorzugten Anordnung umfasst die Antenne ein einzelnes Stück elektrisch
leitenden Gewebes, das um das isolierende Gewebe herum gefaltet
ist, wobei die Falte im leitenden Gewebe die ersten Verbindungsmittel
darstellt.
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Durch
Verwenden der Erfindung als die Antenne in mobilen Telekommunikations-Einrichtungen kann
der Rest des Handgeräts
durch Separieren der Komponententeile kleiner und leichter hergestellt werden,
als dies vorher möglich
war, insbesondere da die Gesamtgröße vieler Mobiltelefon-Handgeräte durch
die Größe der verwendeten
Antennenbaugruppe erzwungen ist. Eine derartige Antenne ist flexibel und
leicht und behindert die Bewegungen des Benutzers nicht. Die mobilen
Telekommunikations-Einrichtungen
können
ein Mobiltelefon oder ein Funkrufempfänger oder ein drahtloses lokales
Netzwerk (LAN) sein.
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Die
Erfindung wird jetzt anhand eines Beispiels unter Bezug auf die
zugehörigen
Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine
erste Ausführungsform
der Erfindung in der Form einer Schulterpolsterantenne darstellt;
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2 den
textilartigen Teil der Antenne aus 1 darstellt;
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3 eine
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in der Form einer Aufschlagantenne darstellt;
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4 eine
Aufschlagantenne in Benutzung darstellt;
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5 die
Schulterpolsterantenne aus 1 darstellt,
die durch eine Mikrostreifen-Speiseleitung versorgt wird; und
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6 die
Schulterpolsterantenne aus 1 darstellt,
die durch eine Triplate-Speiseleitung versorgt wird.
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In 1 umfasst
eine Schulterpolster-Patchantenne 10 eine untere Schicht 12 leitenden
Gewebes in „D"-Form, eine Anzahl
Schichten 14 isolierenden Gewebes derselben Größe und Form
wie die untere Schicht 12 und eine obere Schicht 16 leitenden Gewebes,
die von näherungsweise
rechteckiger Form und wesentlich kleiner als die untere Schicht 12 ist.
Die oberen und unteren Schichten sind durch eine Verjüngung 17 leitenden
Gewebes verbunden.
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Ein
Koaxialkabel 18 speist die Antenne, wobei der Kern bei 20 mit
der oberen Schicht 16 verbunden ist und der Außenleiter
an Position 22, wo die isolierenden Schichten 14 ausgeschnitten
sind, mit der unteren Schicht 12 verbunden ist. Das Kabel 18 ist
mit einem Element von mobilen Telekommunikations-Einrichtungen verbunden
(nicht gezeigt).
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Die
untere Schicht 12 ist so in einem Kleidungsstück zu positionieren,
dass sie in der Nähe des
Trägers
ist. Die untere Schicht 12 ist als die Masseebene der Antenne 10 angeschlossen,
und die relativen Formen der oberen und unteren Schichten 16, 12 sind
derart, dass sich die Masseebene wesentlich über den abstrahlenden Rand
der oberen Schicht 16 hinaus erstreckt, und dies isoliert
den Träger
von den stärksten
elektrischen Feldern. Darüber
hinaus wird die Gesamt-Bandbreite der Patchantenne erhöht, und
der Betrag des Signals, der durch den Träger absorbiert wird, wird verringert.
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Es
versteht sich, dass die Antenne 10 im Gebrauch gebogen
werden kann, um zur Schulter des Trägers zu passen und daher im
Gebrauch komfortabel zu sein, aber die Antenne bleibt trotzdem voll
betriebsfähig.
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2 stellt
die textilartigen Schichten vor dem Falten zu einer Schulterpolsterantenne
dar. Das leitende Gewebe ist so geschnitten, dass es einen „D"-förmigen Teil
A und einen kleinen rechteckigen Teil B aufweist, verbunden durch
eine kurze Verjüngung
C. Die isolierenden Schichten 14 sind ebenfalls geschnitten,
sodass sie nur einen „D"-förmigen Teil
A mit einem Ausschnitt bei 22 aufweisen, um elektrische Verbindung
zu ermöglichen.
Der rechteckige Teil B der leitenden Schicht ist über die
isolierenden Schichten gefaltet, um die obere leitende Schicht 16 zu
bilden, und dadurch ist gute elektrische Verbindung zwischen den
oberen und unteren Schichten 16, 12 sichergestellt.
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Typischerweise
besitzt die Antenne 10 entlang des Maßes d eine Größe von 240
Millimetern und entlang des Maßes
e eine Größe von 130
Millimetern; die obere Elektrode 16 weist Maße f und
g, wie gezeigt, von 80 Millimetern bzw. 72 Millimetern auf. Die
Dicke beträgt
typischerweise 10 Millimeter. Eine derartige Antenne weist eine
3-dB-Bandbreite von über 200
MHz und eine Mittenfrequenz von 925 MHz auf; sie ist daher zur Verwendung
als die Antenne eines GSM-Telefons (Global System for Mobile Communications)
geeignet und bildet einen Viertelwellenlängen-Patchresonator.
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Ein
geeignetes leitendes Gewebe ist ein gewebtes Nylon, das mit einer
Schicht Kupfer oder Silber oder Nickel versehen ist; geeignet ist
das unter „Shieldex" (Trade Mark) bekannte
Gewebe. Für
die isolierenden Schichten sind typische Materialien für Kleidungsstücke bzw.
Schulterpolster geeignet, wie z.B. Acryl, Rosshaar, Baumwolle, Polyester,
Wolle und Schneiderschaumstoff.
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Aus 1 ist
zu ersehen, dass der abstrahlende Bereich der Antenne, d.h. das
offene Ende 24 des Patches, sich so auf der Schulter des
Benutzers befindet, dass er weiter vom Kopf des Benutzers entfernt
ist als das gekrümmte
Ende des Patches an Verbindung 17.
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Als
Alternative zum Verwenden einer gefalteten Schicht leitenden Materials
können
die oberen und unteren Schichten 12, 16 separat
geformt sein und die elektrische Verbindung durch Zusammennähen derselben
mit elektrisch leitfähigem
Garn oder durch leitfähiges
Verkleben oder durch Zusammennähen
der leitfähigen
Schichten unter Verwendung einer Naht hergestellt werden, die diese
in Druckkontakt bringt.
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Nun
das Koaxialkabel 18 und dessen Verbindung zu den leitenden
Schichten 12, 16 betrachtend, versteht es sich,
dass die Position des Anschlusses 20 entlang dem Rand der
oberen leitenden Schicht 16 durch die Impedanz der Speiseleitung
bestimmt ist; wie wohl bekannt ist, muss bei Speiseleitungen niedrigerer
Impedanz der Anschluss der Verbindung zwischen den oberen und unteren
Schichten 16, 12 näher sein, während bei Speiseleitungen höherer Impedanz
der Anschluss weiter von dieser Verbindung fort sein muss.
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Eine
Alternative zu einem Koaxialkabel 18 als Speiseverbindung
ist ein Mikrostreifen- oder Streifenleiter oder Doppelleiter oder
eine Triplate-Leitung, von denen alle Schichten paralleler Leiter
umfassen, die durch ein Dielektrikum getrennt sind. Es ist daher
möglich,
leitende und isolierende Gewebeschichten ähnlich dem Gewebe der Antenne
zu verwenden, um die Speiseverbindung herzustellen. Eine derartige
Verbindung würde
mit den leitenden Schichten 12, 16 durch leitfähige Klebstoffe
verbunden.
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Welche
Art von Speiseverbindung auch verwendet wird, die Verbindung zu
den oberen und unteren Schichten 16, 12 der Antenne
kann durch Niedrigtemperaturlöten
oder, für
bessere Flexibilität, durch
den Einsatz leitfähigen
Vernähens,
leitfähiger Kleber
und/oder von Druckverbindung hergestellt werden.
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3 stellt
eine Aufschlagantenne 30 von im Allgemeinen rechteckiger
Form dar, die obere und untere leitende Schichten 32, 36 umfasst,
die durch isolierende Schichten 33, 34 getrennt
sind. Die oberen isolierenden und leitenden Schichten 33, 32 sind schmaler
und kürzer
als die unteren leitenden und isolierenden Schichten 36, 34.
In diesem Beispiel ist die Antenne durch einen einzelnen Streifen
leitenden Gewebes 31 gebildet, der um eine gefaltete Schicht isolierender
Wattierung herum gefaltet ist. Typischerweise umfasst die Wattierung
eine Anzahl Schichten des Materials, das in der Modebranche als „Fusible Felt" (wörtlich:
schmelzbarer Filz) bekannt ist; mehrere Schichten dieses Filzes
können
durch Erwärmen mit
einem Haushaltsbügeleisen
verbunden werden, um die benötige
Dicke zu erlangen.
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Typischerweise
ist die Aufschlagantenne 30 100 Millimeter lang, wobei
die oberen Schichten eine Länge
von 72 Millimetern aufweisen; die Gesamtbreite ist 20 Millimeter,
wobei die obere Schicht eine Breite von 16 Millimetern aufweist.
Die Dicke jeder der isolierenden Schichten 33, 34 beträgt im vorliegenden
Beispiel 8 Millimeter. Eine derartige Patchantenne weist eine 3-dB-Bandbreite
von ungefähr
150 MHz und eine Mittenfrequenz von etwa 930 MHz auf. Deren Leistungseigenschaften
sind zur Verwendung in einem GSM-Mobiltelefon ausreichend, und sie
bildet einen Viertelwellenlängen-Patchresonator.
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Wenn
der Patch 30 im Aufschlag eines Kleidungsstücks eines
Benutzers angeordnet ist, kann der abstrahlende Bereich der Antenne,
d.h. das offene Ende 38 des Patches, angeordnet sein, um
nach unten zu zeigen, d.h. um weiter vom Kopf den Benutzers fort
als das gefaltete Ende zu sein.
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In 3 wird
elektrische Verbindung zu einem mobilen Telekommunikationsgerät durch
eine Testsonde 40 hergestellt, die mit dem Kern eines koaxialen
Testkabels 42 verbunden ist; ein SMA-Kopplerflansch 44 berührt die
untere leitende Schicht 36 und die Sonde 40 berührt die
obere Leiterschicht 32. Eine derartige Testsonde kann verwendet
werden, um falsche Impedanzanpassung an Positionen entlang der Seite
der Antenne nachzuweisen. Eine dauerhafte Verbindung zur Aufschlagantenne 30 kann durch
ein dauerhaft befestigtes Koaxialkabel oder einen Mikrostreifenleiter
oder Doppelleiter usw. wie bei der Schulterpolsterantenne hergestellt
werden.
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4 zeigt
einen Benutzer 50 eines Mobiltelefons, wobei eine Antenne
gemäß der Erfindung
benutzt wird. Der Benutzer 50 trägt eine Jacke 52,
die einen Aufschlag 54 aufweist, innerhalb dessen es eine
Aufschlag-Patchantenne 30 gibt, die gepunktet gezeigt ist.
Die Antenne 30 ist durch einen Textil-Doppelleiter 56 mit
einer leichten Hör-Sprech-Garnitur verbunden,
die einen Tragbügel 58,
eine Hörmuschel 60 und
ein Mikrofon 62 umfasst.
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Man
wird zu schätzen
wissen, dass bei normaler Kleidung sowohl ein Schulterpolster als
auch ein Aufschlag wesentlich dicker als andere Teile eines Kleidungsstücks sind,
weshalb die Dicke einer Antenne gemäß der Erfindung einfach untergebracht ist.
Die Positionierung der Antenne auf dem oberen Teil des Körpers ist
insofern in hohem Maße
vorteilhaft, als dort ein viel geringeres Risiko besteht, dass Signale
durch den Körper
des Trägers
behindert werden.
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Wie
weiter vorn erwähnt,
sind die Koaxialkabel 18, 42 der Ausführungsformen
der 1, 2 und 3 nicht
die einzigen Speisungsoptionen. 5 zeigt
eine modifizierte Version 70 der Schulterpolsterantenne
mit einer Mikrostreifenleiter-Speiseleitung. Die Speiseleitung besteht
aus einem dünnen Band 72 aus
Gewebe, das mit der oberen leitenden Schicht 16 und oberhalb
einer Fortsetzung der an Masse gelegten unteren leitenden Schicht 12 verbunden
ist.
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6 zeigt
eine weitere modifizierte Version 80 der Schulterpolsterantenne
mit einer Triplate-Speiseleitung. Die Triplate-Speiseleitung ist
der Mikrostreifen-Speiseleitung
aus 5 insofern ähnlich,
als bei ihr das dünne
Band 72 aus Gewebe mit der oberen leitenden Schicht 16 verbunden
ist. Zusätzlich
gib es eine oberste Schicht 82 aus leitender Gewebebahn,
die, wie bei 84 gezeigt, endet, bevor sie den oberen Patch 16 erreicht.
Die oberste Schicht 82 ist oberhalb des Mikrostreifenleiter-Bandes 72 positioniert,
aber von diesem durch eine weitere Schicht dielektrischer Polsterung 86 getrennt.
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Jede
der Speiseleitungen, die in 1, 2, 5 oder 6 dargestellt
sind (oder noch weitere Optionen wie z.B. ein Doppelleiter), können als
Verbindung für
eine Patchantenne zum Rest des Telekommunikationssystems verwendet
werden. Ein Vorteil von Speiseleitungen wie z.B. der Mikrostreifenleiter-
und Triplate-Speiseleitung ist Flexibilität und geringes Gewicht in Situationen,
in denen eine breite Speisung erforderlich ist (sodass Koaxialkabel eine
inakzeptable Unhandlichkeit und Steifigkeit aufweisen würde), wenngleich
bei geringen Leistungen die Unhandlichkeit individueller Kabeltypen
im Vergleich zu Gewebedicken vernachlässigbar ist.