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Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen das technische Gebiet ebener Antennenanordnungen
in tragbaren Funkvorrichtungen. Die Erfindung betrifft insbesondere,
jedoch nicht ausschließlich,
Anordnungen von Antennen des Typs Inverted F Antenna (invertierte
F-Antenne). Die Erfindung betrifft außerdem eine tragbare Funkvorrichtung,
die mit einer derartigen ebenen Antennenanordnung ausgestattet ist. Die
Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zum Montieren und Prüfen einer tragbaren Funkvorrichtung,
die eine ebene Antenne enthält.
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Flachformantennen,
wie etwa ebene Antennen, sind in der Technik wohlbekannt. Eine der
bekannten und umfassend anwendbaren Lösungen mit ebenen Antennen,
die in Mobiltelephonen verwendet wird, ist die PIFA oder die Planar
Inverted F Antenna. Sie enthält
eine ebene leitende Tafel (die eine regelmäßige äußere Kontur besitzen oder verschiedene Einschnitte
umfassen kann), die als ein Strahler wirkt, und eine ebene leitende
Massefläche,
die im Wesentlichen parallel zu dem Strahler verläuft. Die Oberflächen müssen nicht
exakt eben sein und sie müssen
nicht exakt parallel zueinander verlaufen. Es gibt lediglich eine
oder wenige leitende Verbindungen zwischen dem Strahler und der
Masseoberfläche,
die gewöhnlich
als leitende Pins oder Streifen implementiert sind, die im Wesentlichen
senkrecht zu der Richtung der ebenen Oberflächen verlaufen. Ein Speisepin
oder ein Speisestreifen, der mit einem bestimmten Speisepunkt des
ebenen Strahlers verbunden ist, dient zur Verbindung der Antenne
mit dem Antennenanschluss einer Funkvorrichtung.
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Ein
Beispiel einer Inverted F Antenna ist in 1 der beigefügten Zeichnung
gezeigt. Die Antenne 10 enthält einen Speiseabschnitt 12,
der mit einer kurzgeschlossenen induktiven Stichleitung 14 und
einer kapazitiven Leitung 16 gekoppelt ist. Die induktive
Stichleitung 14 ist mit einer Masseebene 18 verbunden, über die
der Speiseabschnitt 12 um einen Abstand D vorsteht. Die
Masseebene 18 ist offen, um einen Zugang zu dem Speiseabschnitt 12 zu
ermöglichen,
der vom Bezugszeichen 11 von der Masseebene 18 elektrisch
isoliert ist. Die entsprechenden Längen L1, L2 der induktiven
Stichleitung 14 und der kapazitiven Leitung 16 sind
so festgelegt, dass sich eine gewünschte Resonanzfrequenz und
vom Antennenspeisepunkt 12 betrachtet eine Eingangsimpedanz
Zin ergeben. Die Eingangsimpedanz hängt von der
Position des Speiseabschnitts 12 und somit von den Längen L1
und L2 ab und kann so gebildet werden, dass sie im Wesentlichen
widerstandsabhängig ist.
Weitere Einzelhei ten bezüglich
Inverted F oder L Antennas stehen in "Small Antennas", ISBN 086380 048 3, S. 116–151.
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Inverted
F Antennas haben spezielle Anwendungsmöglichkeiten in tragbaren Funkvorrichtungen und
insbesondere Mobiltelephonen gefunden, bei denen ihr großer Gewinn
und die allseitig gerichteten Abstrahlungsmuster besonders geeignet
sind. Sie sind außerdem
bei Anwendungen geeignet, bei denen eine gute Trennschärfe erforderlich
ist. Da die Antennen außerdem
bei typischen Funktelephonfrequenzen verhältnismäßig klein sind, können sie
in dem Gehäuse
eines Funktelephons enthalten sein, wodurch sie nicht die ästhetische
Gesamterscheinung des Funktelephons beeinträchtigen und diesem ein attraktiveres
Erscheinungsbild verleihen als Funktelephone mit Außenantennen.
Durch die Anordnung der Antenne im Gehäuse eines Funktelephons besteht
für die
Antenne ein geringeres Risiko einer Beschädigung und sie besitzt deswegen
eine längere
Lebensdauer. Die Masseebene einer Inverted F Antenna kann auf einer
gedruckten Leiterplatte hergestellt werden und dadurch eignet sich
die Inverted F Antenna für
eine ebene Herstellungsform auf einer gedruckten Leiterplatte, die
typischerweise in Funktelephonen verwendet wird.
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2 veranschaulicht
einen bekannten PIFA-Aufbau und ihre Verwendung in einem Funktelephon,
das in 1 in einer geöffneten
Stellung gezeigt ist, so dass sein Tastenfeld, Anzeige, Mikrophon und
Lautsprecher, die auf der abgewandten Seite des rechten Teils angeordnet
sind, nicht sichtbar sind. Die funktionellen Teile des Mobiltelephons 201 sind
auf einer gedruckten Leiterplatte oder PWB 202 aufgebaut.
Die PWB mit allen daran angebrachten Komponenten ist in eine äußere Umhüllung 203 eingeschlossen,
die zwei Hälften 203a und 203b enthält und außerdem als
eine Unterstützungsstruktur
dient. Die PWB 202 ist an der vorderen Hälfte 203a der äußeren Umhüllung befestigt.
An dem oberen Ende der PWB 202 sind eine Antennenspeisefläche 204 und eine
Masseebene 205 vorhanden, die Teile der leitenden Strukturen
sind, die auf der ebenen Oberfläche
der PWB ausgebildet sind. In den meisten Mobiltelephonen und anderen
kleinen Funkvorrichtungen ist die PWB vom Mehrschichttyp, wobei
die Masseebene 205 ebenfalls auf einer der inneren Schichten angeordnet
sein sollte.
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An
dem oberen Ende des Innenraums der Umhüllung ist ein leitender Strahler 206 vorhanden. Ein
Speisestift 207 und ein Erdungsstift 208 stehen von
dem leitenden Strahler 206 in eine Richtung zu der PWB 202 vor,
wenn die Teile 206, 103a und 103b aneinander
befestigt sind. Wenn die Umhüllung
geschlossen ist, kommen der leitende Strahler 206 und die
Masseebene 205 in eine parallele Konfiguration und der
Speisestift 207 und der Erdungsstift 208 berühren die
Antennenspeisefläche 204 bzw.
die Messebene 205, so dass eine PIFA-Antenne hergestellt ist.
Die hintere Umhüllung 203b muss
wenigstens an ihrem oberen Ende, an dem der leitende Strahler 206 angeordnet
ist, nicht elektrisch leitend sein.
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Auf
Grund der Tatsache, dass Funktelephone immer kleiner und komplexer
werden, was einen größeren Umfang
an Elektronik in dem Gehäuse
erforderlich macht, wird der für
die Inverted F Antenna verfügbare
Raum trotz der kleinen Abmessungen von ebenen Antennen immer kleiner
und es ist schwieriger, derartige Antennen in das Gehäuse in geeigneter
Weise einzupassen.
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Ein
weiteres Problem bei der Verwendung einer Inverted F Antenna betrifft
die Herstellung und insbesondere die Prüfung der Funkvorrichtung. Die Prüfphase eines
Funktelephons umfasst normalerweise die Ausrichtung und galvanische
Messprüfungen
der HF-Elektronik. Das erfolgt normalerweise vor der Montage der
Antenne, indem eine HF-Prüfsonde an
Kontaktpunkte der Antenne angeschlossen wird. Nach dieser Prüfphase wird
die HF-Prüfsonde
abgetrennt und die Antenne wird montiert und an der Verwendungsstelle
angeschlossen. Schließlich
wird die Funktion der Antenne unter Verwendung eines Kopplers geprüft. Bei
der Massenproduktion von Funkvorrichtungen, wie etwa Funktelephone,
ist es vorteilhaft, eine automatisierte Montage und Prüfung zu verwenden.
Es ist deswegen ein Nachteil, dass die HF-Elektronik und die Antenne
getrennt geprüft
werden müssen,
wobei zwischen den Prüfphasen
eine Montagephase liegt. Deswegen sollte das Funktelephon bei einer
automatisierten Herstellung zuerst an einer automatischen Montagelinie
zum Montieren der Elektronik angeordnet werden, dann auf einem automatischen
Prüftisch
zum Prüfen
der (HF-) Elektronik, und nach dem Prüfen der Elektronik sollte das
Gerät auf
einer nächsten
Montagelinie zum Montieren der Antenne angeordnet werden und schließlich sollte das
Gerät nochmals
auf einem Prüftisch
zum Prüfen der
Antenne angeordnet werden. Das Vorhandensein von derartig vielen
Montage-/Prüfphasen
bewirkt zusätzliche
Zeit und Kosten für
die Herstellung von Funktelephonen.
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Das
Dokument
EP 0 709 686
A offenbart eine Antennenschaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ebene Antennenstruktur
zu schaffen, mit der die Nachteile von Lösungen des Standes der Technik
verringert oder vermieden werden können. Es ist insbesondere eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass die Antennenstruktur bei
der Massenproduktion von Funkvorrichtungen, einschließlich bei
der Prüfung
anwendbar ist.
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Eine
Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, in der Strahlerplatte
der ebenen Antenne eine Öffnung
vorzusehen. Ein HF-Prüfpunkt
ist vorgesehen, um die HF-Elektronik auszurichten, wobei der HF-Prüfpunkt in
Bezug auf Öffnung
des Strahlers so angeordnet ist, dass das Prüfsignal einfach durch die Öffnung geleitet
wird. Es ist ferner vorteilhaft, dass ein HF-Schalter vorgesehen
ist, um die ebene Antenne und die HF-Elektronik miteinander zu verbinden
und voneinander zu trennen. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist der HF-Schalter
in den HF-Prüfpunkt
integriert. Die erfindungsgemäße Anordnung
ermöglicht
somit das Prüfen
der HF-Elektronik, nachdem die Strahlerplatte an der PWB angebracht
worden ist.
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Die
vorliegende Erfindung besitzt wichtige Vorteile gegenüber dem
Stand der Technik. Das Abstimmen und die Prüfung der Funkvorrichtung können mit
einer einzigen automatischen Anordnung ausgeführt werden und die Vorrichtung
muss nur einmal an dem Prüftisch
angebracht werden. Es ist außerdem
möglich,
vor der Prüf-/Abstimmprozedur
die automatische Montagearbeit auf einer einzigen Linie durchzuführen. Es
ist nicht erforderlich, nach der Prüf-/Abstimmprozedur irgendeine wesentliche
Montagearbeit auszuführen.
Es ist folglich möglich,
unter Verwendung der vorliegenden Erfindung Montage- und Prüfprozeduren
zu schaffen, wobei im Wesentlichen die gesamte Montagearbeit ohne
dazwischen liegenden Prüfphasen
ausgeführt
werden kann und die gesamte Prüfung
ohne dazwischen liegenden Montagephasen ausgeführt werden kann.
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Wenn
die Öffnung
ein Loch ist, d. h. sie wird durch das Strahlerelement der Antenne
begrenzt, besitzt das Loch keine wesentliche nachteilige Auswirkung
auf die Strahlungseigenschaften der Antenne. Die Anordnung des HF-Schalters
und des Prüfpunkts unter
dem Strahlerelement spart jedoch Platz auf der ge druckten Leiterplatte
und die Funkvorrichtung, wie etwa das Funktelephon, kann kleiner
entworfen werden.
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Die
Antennenschaltungsanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst:
- – eine ebene Antenne mit einer
Masseebene und einem ebenen Strahler, der im Wesentlichen parallel
zu der Masseebene angeordnet ist;
- – eine
HF-Schaltung, die mit der ebenen Antenne gekoppelt ist, um HF-Signale, die von
der ebenen Antenne empfangen werden, und/oder HF-Signale, die durch
die Antenne gesendet werden sollen, zu verarbeiten, und
- – einen
Prüfpunkt,
der einen Anschlusspunkt für ein
Prüfsignal
zu/von der HF-Schaltung bildet,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antennenschaltungsanordnung ferner umfasst:
- – eine Öffnung in
dem ebenen Strahlerelement, um das Prüfsignal durch die Öffnung zu
transportieren.
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Die
Erfindung wird außerdem
bei einer tragbaren Funkvorrichtung angewendet, die eine Antennenanordnung
gemäß Anspruch
1 umfasst.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zum Montieren und Prüfen einer Antennenanordnung,
die eine ebene Antenne und HF-Elektronik umfasst, wobei die ebene
Antenne eine Masseebene und einen ebenen Strahler aufweist, wobei
- – die
HF-Elektronik montiert wird,
- – der
ebene Strahler an der HF-Elektronik-Montageeinheit befestigt wird,
- – die
HF-Elektronik durch ein Prüfsignal
in die/von der HF-Elektronik, die von der ebenen Antenne entkoppelt
ist, geprüft
wird,
- – die
ebene Antenne mit der HF-Elektronik gekoppelt wird und
- – die
ebene Antenne geprüft
wird, wenn sie mit der HF-Elektronik gekoppelt ist. Sie ist dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Schritt des Prüfens der
HF-Elektronik ein Prüfsignal
durch eine Öffnung
in dem ebenen Strahlerelement der ebenen Antenne zu einem/von einem
Prüfpunkt
der HF-Elektronik transportiert wird.
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Die
Definitionen "Strahlerebene" und "Strahlerelement" werden hier verwendet, wobei
diese Definitionen jedoch nicht die Funktion des Elements der Antenne
auf eine HF-Übertragung
einschränken
soll, sondern die Definition schließt außerdem Elemente von Antennen
ein, die für
den HF-Empfang verwendet werden.
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Die
neuartigen Merkmale, die als charakteristisch für die Erfindung betrachtet
werden, sind in den beigefügten
Ansprüchen
dargestellt. Die Erfindung selbst, sowohl in Bezug auf ihren Aufbau
als auch auf das Verfahren ihres Betriebs, wird jedoch gemeinsam
mit ihren zusätzlichen
Aufgaben und Vorteilen aus der folgenden Beschreibung spezieller Ausführungsformen
am besten verstanden, wenn diese in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung gelesen
wird.
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1 veranschaulicht
eine ebene Antenne des Standes der Technik;
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2 veranschaulicht
einen Aufbau einer ebenen Antenne des Standes der Technik in einem Mobiltelephon;
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3 veranschaulicht
einen Querschnitt einer beispielhaften Planar Inverted F Antenna
gemäß der Erfindung;
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4 veranschaulicht
die elektrische Kopplung einer ebenen Antenne mit der weiteren HF-Schaltungsanordnung;
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5 veranschaulicht
eine ebene Antennenanordnung auf einer gedruckten Leiterplatte eines
Mobiltelephons;
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6 veranschaulicht
eine Explosionsansicht einer beispielhaften ebenen Antennenkonstruktion
gemäß der Erfindung,
wobei das Strahlerelement an einem Kunststoff-Trägerelement angebracht ist;
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7A veranschaulicht
eine Draufsicht einer Inverted F Antenna, wobei die Öffnung ein
Loch ist;
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7B veranschaulicht
eine Draufsicht einer Inverted F Antenna, wobei die Öffnung an
drei Seiten durch Strahlerelemente begrenzt ist;
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7C veranschaulicht
eine Draufsicht einer Inverted F Antenna, wobei die Öffnung an
zwei Seiten durch Strahlerelemente begrenzt ist; und
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8 veranschaulicht
einen Ablaufplan eines Verfahrens zum Montieren und Prüfen einer Funkvorrichtung.
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Die 1 und 2 wurden
bereits oben bei der Beschreibung des Standes der Technik beschrieben.
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3 veranschaulicht
einen Querschnitt einer beispielhaften ebenen Antennenanordnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Sie umfasst eine Masseebene 318 auf einer gedruckten
Leiterplatte 334 und ein Strahlerelement 316,
das an seiner Kante 319 mit der Masseebene verbunden ist.
Der Speisepunkt des Strahlerelements ist über einen Stift 312 mit
einer gedruckten Leitung 332 der PWB verbunden, die außerdem mit
dem ersten Kontaktabschnitt 326 des HF-Schalters verbunden
ist. Der zweite Kontaktabschnitt 324 des HF-Schalters ist
mit einer gedruckten Leitung 333 verbunden, die außerdem mit einem
Duplexfilter 340 der HF-Elektronik verbunden ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist an dem Strahlerelement 316 eine Öffnung 322 vorhanden,
um eine HF-Prüfsonde
mit dem HF-Prüfpunkt 324 zu
verbinden. Der HF-Prüfpunkt
ist in den HF-Schalter integriert, so dass es möglich ist, die Verbindung zwischen
dem Strahlerelement und der HF-Elektronik zu trennen, indem der
Schalter durch Drücken
der HF-Sonde gegen den Prüfpunkt
des Schalters geöffnet
wird. Wenn die Antenne auf diese Weise getrennt ist, können die
Empfänger-
und Senderabschnitte der HF-Elektronik geprüft werden, indem die HF-Sonde
verwendet wird, um ein Prüfsignal in
die Empfängerschaltung
einzuspeisen und ein Ausgangssignal von der Senderschaltung zu messen.
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4 veranschaulicht
einen Blockschaltplan einer beispielhaften Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.
Das Strahlerelement der Antenne 410 ist mit dem HF-Schalter 29 verbunden,
der die Antenne mit dem Duplexfilter 440 verbindet bzw.
von diesem trennt. Das Duplexfilter schaltet die Signale des Empfangsfrequenzbands
von dem HF-Schalter zu dem Empfangsabschnitt (RX) der HF-Elektronik 444 und
die Signale auf dem Senderfrequenzband werden von dem Senderabschnitt
der HF-Elektronik 445 zu dem HF-Schalter geschaltet. Das
Prüfgerät kann mit
einer HF-Sonde mit dem Prüfpunkt 424 des HF- Schalters verbunden
werden, wobei die Antenne gleichzeitig von der HF-Elektronik getrennt
wird. Die Antenne kann mit einem drahtlosen Koppler geprüft werden,
nachdem die HF-Elektronik ausgerichtet und die HF-Sonde von dem
Prüfpunkt 424 getrennt
wurde.
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5 veranschaulicht
eine beispielhafte ebene Antennenanordnung gemäß der Erfindung auf einer gedruckten
Leiterplatte 502 eines Mobiltelephons. Das Strahlerelement 516 der
ebenen Antenne ist mit der Masseebene 518 an ihrem Rand 519 verbunden
und der Speisepunkt des Strahlerelements ist mit einem Stift 512 mit
der PWB-Leitungsführung
verbunden. Das Strahlerelement besitzt eine Öffnung 522, durch
die der HF-Schalter und der HF-Prüfpunkt 524 erreicht
werden können.
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6 veranschaulicht
eine Explosionsansicht einer beispielhaften ebenen Antennenkonstruktion
gemäß der Erfindung,
bei der ein Strahlerelement 604 an einem Trägerrahmen 660 angebracht ist.
Der Trägerrahmen
kann einen äußeren Rahmen 660a und
eine Trägerstruktur 660b, 660c enthalten. Der
Trägerrahmen
ist aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, wie etwa Kunststoff,
hergestellt.
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Das
Strahlerelement 616 ist an dem Trägerrahmen angebracht und das
Strahlerelement kann durch Führungslöcher 669 des
Strahlerelements und entsprechende Führungsstifte des Trägerrahmens an
dem Trägerrahmen
genau positioniert werden. Der Trägerrahmen kann außerdem Stifte 664 aufweisen,
um den Rahmen an der Umhüllung
der Vorrichtung anzubringen. Das Strahlerelement kann mit Trägerschenkeln 665 und 667 auf
einen geeigneten Abstand von der Masseebene eingestellt werden.
Der Massestift 608 und der Speisestift 607 werden
durch Stanzen und Biegen des Antennenplattenmaterials hergestellt.
Wenn das Strahlerelement und der Trägerrahmen an der gedruckten
Leiterplatte 602 angebracht sind, verbinden der Massestift 608 und
der Speisestift 607 mit entsprechenden Kontaktbereichen 605 und 604 auf
der PWB. Die gedruckte Leiterplatte umfasst außerdem die Masseebene 618 und den
HF-Schalter/Prüfpunkt 624,
der von der Masseebene 618 isoliert ist (623).
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Das
Strahlerelement besitzt gemäß der Erfindung
eine Öffnung 622.
Der Trägerrahmen
weist ebenfalls ein Loch 666 auf, so dass der HF-Schalter/Prüfpunkt 624 durch
die Löcher 622 und 666 erreicht
werden kann.
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Die 7A, 7B und 7C veranschaulichen
verschiedene Ausführungsformen
des Strahlerelements. In 7A ist
die Öffnung 722a in der
Strahlerplatte 716 angeordnet und bildet dadurch ein Loch.
Der HF-Schalter/Prüfpunkt 724a ist
in dem Loch gezeigt. Wenn die Öffnung
ein Loch ist, besteht der Vorteil, dass die HF-Ströme um das
Loch fließen können und
das Loch somit eine sehr geringe negative Auswirkung auf die Strahlung
besitzt. Insbesondere dann, wenn das Loch sich nahe am Zentrum der Strahlerplatte
befindet, ist die Auswirkung des Lochs auf die Strahlung minimal.
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7B veranschaulicht
eine Ausführungsform,
bei der die Öffnung 722b an
drei Seiten durch das Strahlerelement 716 begrenzt ist.
Ein Trägerrahmen 760 ist
an dem Rand der Öffnung
sichtbar.
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7C veranschaulicht
eine Ausführungsform,
bei der sich die Öffnung 722c in
der Ecke der Strahlerplatte befindet und dadurch an zwei Seiten von
dem Strahlerelement 716 begrenzt wird. Ein Trägerrahmen 760 ist
an den anderen beiden Seiten der Öffnung sichtbar.
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8 veranschaulicht
einen Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens zum Montieren und Prüfen einer
Funkvorrichtung gemäß der Erfindung. Die
HF-Elektronik wird
zuerst montiert (81) und das Strahlerelement der ebenen
Antenne wird gemeinsam mit der HF-Elektronik oder nach der Montagephase
der HF-Elektronik montiert (82). Nach den Montagephasen
wird eine HF-Sonde durch die Öffnung
des Strahlerelements an den HF-Prüfpunkt angeschlossen (83).
Die Antenne wird von der HF-Elektronik elektrisch getrennt, indem
der Prüfpunkt
mit der HF-Sonde gedrückt
wird, wodurch das Öffnen des
HF-Schalters bewirkt
wird (84). Nachdem die Antenne getrennt wurde, wird die
HF-Elektronik ausgerichtet
(85). Nach dem Ausrichten der HF-Elektronik wird die HF-Sonde
von dem Prüfpunkt
getrennt, wodurch die Antenne mit der HF-Elektronik verbunden wird
(86, 87). Die Antenne wird abschließend vorteilhaft
mit einem Koppler geprüft
(88).