DE60029758T2 - Verbesserte gewebeantenne - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Textilantenne, insbesondere eine Antenne zur Einfügung in ein Kleidungsstück.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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. - 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.
- 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.
- 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.
- Die Erfindung wird jetzt anhand eines Beispiels unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, wobei:
-
1 eine erste Ausführungsform der Erfindung in der Form einer Schulterpolsterantenne darstellt; -
2 den textilartigen Teil der Antenne aus1 darstellt; -
3 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Form einer Aufschlagantenne darstellt; -
4 eine Aufschlagantenne in Benutzung darstellt; -
5 die Schulterpolsterantenne aus1 darstellt, die durch eine Mikrostreifen-Speiseleitung versorgt wird; und -
6 die Schulterpolsterantenne aus1 darstellt, die durch eine Triplate-Speiseleitung versorgt wird. - In
1 umfasst eine Schulterpolster-Patchantenne10 eine untere Schicht12 leitenden Gewebes in „D"-Form, eine Anzahl Schichten14 isolierenden Gewebes derselben Größe und Form wie die untere Schicht12 und eine obere Schicht16 leitenden Gewebes, die von näherungsweise rechteckiger Form und wesentlich kleiner als die untere Schicht12 ist. Die oberen und unteren Schichten sind durch eine Verjüngung17 leitenden Gewebes verbunden. - Ein Koaxialkabel
18 speist die Antenne, wobei der Kern bei20 mit der oberen Schicht16 verbunden ist und der Außenleiter an Position22 , wo die isolierenden Schichten14 ausgeschnitten sind, mit der unteren Schicht12 verbunden ist. Das Kabel18 ist mit einem Element von mobilen Telekommunikations-Einrichtungen verbunden (nicht gezeigt). - Die untere Schicht
12 ist so in einem Kleidungsstück zu positionieren, dass sie in der Nähe des Trägers ist. Die untere Schicht12 ist als die Masseebene der Antenne10 angeschlossen, und die relativen Formen der oberen und unteren Schichten16 ,12 sind derart, dass sich die Masseebene wesentlich über den abstrahlenden Rand der oberen Schicht16 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. - 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. -
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 Schichten14 sind ebenfalls geschnitten, sodass sie nur einen „D"-förmigen Teil A mit einem Ausschnitt bei22 aufweisen, um elektrische Verbindung zu ermöglichen. Der rechteckige Teil B der leitenden Schicht ist über die isolierenden Schichten gefaltet, um die obere leitende Schicht16 zu bilden, und dadurch ist gute elektrische Verbindung zwischen den oberen und unteren Schichten16 ,12 sichergestellt. - 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 Elektrode16 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. - 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.
- Aus
1 ist zu ersehen, dass der abstrahlende Bereich der Antenne, d.h. das offene Ende24 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 Verbindung17 . - 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. - Nun das Koaxialkabel
18 und dessen Verbindung zu den leitenden Schichten12 ,16 betrachtend, versteht es sich, dass die Position des Anschlusses20 entlang dem Rand der oberen leitenden Schicht16 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 Schichten16 ,12 näher sein, während bei Speiseleitungen höherer Impedanz der Anschluss weiter von dieser Verbindung fort sein muss. - 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 Schichten12 ,16 durch leitfähige Klebstoffe verbunden. - 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. -
3 stellt eine Aufschlagantenne30 von im Allgemeinen rechteckiger Form dar, die obere und untere leitende Schichten32 ,36 umfasst, die durch isolierende Schichten33 ,34 getrennt sind. Die oberen isolierenden und leitenden Schichten33 ,32 sind schmaler und kürzer als die unteren leitenden und isolierenden Schichten36 ,34 . In diesem Beispiel ist die Antenne durch einen einzelnen Streifen leitenden Gewebes31 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. - 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 Schichten33 ,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. - Wenn der Patch
30 im Aufschlag eines Kleidungsstücks eines Benutzers angeordnet ist, kann der abstrahlende Bereich der Antenne, d.h. das offene Ende38 des Patches, angeordnet sein, um nach unten zu zeigen, d.h. um weiter vom Kopf den Benutzers fort als das gefaltete Ende zu sein. - In
3 wird elektrische Verbindung zu einem mobilen Telekommunikationsgerät durch eine Testsonde40 hergestellt, die mit dem Kern eines koaxialen Testkabels42 verbunden ist; ein SMA-Kopplerflansch44 berührt die untere leitende Schicht36 und die Sonde40 berührt die obere Leiterschicht32 . Eine derartige Testsonde kann verwendet werden, um falsche Impedanzanpassung an Positionen entlang der Seite der Antenne nachzuweisen. Eine dauerhafte Verbindung zur Aufschlagantenne30 kann durch ein dauerhaft befestigtes Koaxialkabel oder einen Mikrostreifenleiter oder Doppelleiter usw. wie bei der Schulterpolsterantenne hergestellt werden. -
4 zeigt einen Benutzer50 eines Mobiltelefons, wobei eine Antenne gemäß der Erfindung benutzt wird. Der Benutzer50 trägt eine Jacke52 , die einen Aufschlag54 aufweist, innerhalb dessen es eine Aufschlag-Patchantenne30 gibt, die gepunktet gezeigt ist. Die Antenne30 ist durch einen Textil-Doppelleiter56 mit einer leichten Hör-Sprech-Garnitur verbunden, die einen Tragbügel58 , eine Hörmuschel60 und ein Mikrofon62 umfasst. - 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.
- Wie weiter vorn erwähnt, sind die Koaxialkabel
18 ,42 der Ausführungsformen der1 ,2 und3 nicht die einzigen Speisungsoptionen.5 zeigt eine modifizierte Version70 der Schulterpolsterantenne mit einer Mikrostreifenleiter-Speiseleitung. Die Speiseleitung besteht aus einem dünnen Band72 aus Gewebe, das mit der oberen leitenden Schicht16 und oberhalb einer Fortsetzung der an Masse gelegten unteren leitenden Schicht12 verbunden ist. -
6 zeigt eine weitere modifizierte Version80 der Schulterpolsterantenne mit einer Triplate-Speiseleitung. Die Triplate-Speiseleitung ist der Mikrostreifen-Speiseleitung aus5 insofern ähnlich, als bei ihr das dünne Band72 aus Gewebe mit der oberen leitenden Schicht16 verbunden ist. Zusätzlich gib es eine oberste Schicht82 aus leitender Gewebebahn, die, wie bei84 gezeigt, endet, bevor sie den oberen Patch16 erreicht. Die oberste Schicht82 ist oberhalb des Mikrostreifenleiter-Bandes72 positioniert, aber von diesem durch eine weitere Schicht dielektrischer Polsterung86 getrennt. - Jede der Speiseleitungen, die in
1 ,2 ,5 oder6 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.
Claims (9)
- Patchantenne (
10 ) für mobile Telekommunikations-Verwendung, die Folgendes umfasst: erste (12 ) und zweite (16 ) mit Abstand angeordnete Schichten elektrisch leitenden Materials; eine Schicht (14 ) elektrisch isolierenden Materials zwischen den ersten und zweiten Schichten; erste Verbindungsmittel (17 ), durch die elektrischer Kontakt zwischen den ersten und zweiten Schichten hergestellt wird; und zweite Verbindungsmittel (18 ), 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. - Antenne nach Anspruch 1, die zur Einfügung in ein Schulterpolster eines Kleidungsstücks geformt ist.
- Antenne nach Anspruch 1, die zur Einfügung in einen Aufschlag eines Kleidungsstücks geformt ist.
- Antenne nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, in der die Schicht elektrisch leitenden Gewebes (
12 oder36 ) in der Nähe eines Trägers des Kleidungsstücks von wesentlich größerer Fläche als die andere Schicht elektrisch leitenden Gewebes (16 oder32 ) ist und als Antennen-Masseebene angeschlossen ist. - Antenne nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, in der der abstrahlende Bereich (
24 ,38 ) der Antenne im Kleidungsstück des Trägers angeordnet ist, um vom Kopf des Trägers entfernt zu sein. - Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ein einzelnes Stück elektrisch leitenden Gewebes (A, B, C) umfasst, das um eine Schicht isolierenden flexiblen Gewebes herum gefaltet ist, wobei die Falte die ersten Verbindungsmittel (
17 ) umfasst. - Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der die Schicht isolierenden Gewebes mehrfache Schichten desselben oder unterschiedlicher isolierender flexibler Gewebe umfasst.
- Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der die zweiten Verbindungsmittel (
56 ) mindestens eine Schicht leitenden Gewebes und mindestens eine Schicht isolierenden Gewebes umfassen, die als Mikrostreifen- oder Streifenleiter oder Doppelleiter oder Triplate angeordnet sind. - Mobiles Telekommunikationssystem (
50 ), das einen Sender (64 ), einen Empfänger (62 ) umfasst und gekennzeichnet ist durch eine Patchantenne (10 oder30 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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