DE69201556T2

DE69201556T2 - ANTENNA CONSTRUCTION WITH A EXTENDABLE ANTENNA ELEMENT.

Info

Publication number: DE69201556T2
Application number: DE69201556T
Authority: DE
Inventors: Erik Bech
Original assignee: DANCALL TELECOM AS
Current assignee: DANCALL TELECOM AS
Priority date: 1991-03-19
Filing date: 1992-03-18
Publication date: 1995-06-29
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: EP0576531B1; DK49191D0; GR3015692T3; DK168346B1; WO1992016980A1; AU1452992A; EP0576531A1; ATE119318T1; DE69201556D1; ES2071501T3; DK49191A

Abstract

An antenna construction with a rod-shaped antenna element is adapted for use preferably in portable telephones. The rod-shaped antenna element is adapted to be slidably moveable in a tube between a first position in which substantially the entire rod-shaped antenna element protrudes from the tube and contributes to radiation, and a second position where just part of the rod-shaped antenna element protrudes from the tube and contributes to radiation. The rod-shaped antenna element is adapted to be received in the tube to provide a coaxial transmission line. The coaxial transmission line is adapted such that in the second position where part of the antenna element is received in the tube, it has a length and is terminated in a manner such that the impedance of the transmission line is high seen from the protruding part of the antenna element and thus does not affect this part. The coaxial transmission line may e.g. be an open half-wave transmission line. However, the transmission line may also be realized in the form of a short circuited quarter-wave transmission line or an open, shortened half-wave transmission line.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antennenaufbau, vorzugsweise zur Verwendung in einem tragbaren Telefon. Der Antennenaufbau ist von dem Typ, welcher ein stabförmiges Antennenelement umfaßt, das gleitend zwischen zwei Positionen verschiebbar ist.The invention relates to an antenna structure, preferably for use in a portable telephone. The antenna structure is of the type which comprises a rod-shaped antenna element which is slidable between two positions.

In dem Maße, in dem die Entwicklung auf dem Gebiet der tragbaren Telefone dazu führt, daß die Modelle handlicher und gleichzeitig kleiner werden, fordern die Verbraucher, daß die Antenne eines tragbaren Telefons nicht wesentlich zur Gesamtgröße des Telefons beiträgt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Telefon nicht im Übertragungsmodus ist. Es muß jedoch trotzdem möglich sein, Gesprächssignale selbst dann zu empfangen, wenn sich das tragbare Telefon in einem passiven Modus befindet.As developments in the field of portable telephones result in models becoming more portable and smaller, consumers require that the antenna of a portable telephone does not add significantly to the overall size of the telephone. This is particularly the case when the telephone is not in transmit mode. However, it must still be possible to receive call signals even when the portable telephone is in a passive mode.

Die Europäische Patentanmeldung Nr. 323 726 A beschreibt eine Teleskopantenne, die mehrere Stäbe mit einer Länge entsprechend der halben Wellenlänge hat. Zwischen dem Antennenkabel und der Antenne ist ein Impedanzabgleich vorgesehen. Ein stationärer Hohlantennenstab nimmt die anderen Antennenelemente auf, wenn die Antenne eingezogen ist. Der stationäre Antennenstab ist koaxial in einem leitenden Außenrohr angeordnet, das mit der Abschirmung des Antennenkabels verbunden ist.European Patent Application No. 323 726 A describes a telescopic antenna having several rods with a length equal to half the wavelength. An impedance match is provided between the antenna cable and the antenna. A stationary hollow antenna rod accommodates the other antenna elements when the antenna is retracted. The stationary antenna rod is arranged coaxially in a conductive outer tube which is connected to the shield of the antenna cable.

Die US-Patentschrift 4 890 114 versucht genau diese Probleme zu überwinden, indem sie einen Antennenaufbau mit einem ausziehbaren Antennenelement bereitstellt. Dieses Antennenelement ist zwischen zwei Extrempositionen gleitend verschiebbar, wobei es sich in einer ersten aktiven Position des Telefons im wesentlichen außerhalb des Gehäuses des tragbaren Telefons befindet. In einer zweiten passiven Position des Telefons befindet sich ein erheblicher Teil des Antennenelements innerhalb des Gehäuses des tragbaren Telefons, so daß nur die äußerste, leitende Spitze aus dem Gehäuse des tragbaren Telefons herausragt. In dieser Patentschrift wird gesagt, daß dies ausreicht, um eine vorgegebene Empfangsempfindlichkeit zu erzielen. Das von dem kurzen Teil der Antenne empfangene Signal wird jedoch von Reflexionen von dem langen, eingezogenen Teil der Antenne gestört. Dies verringert die Empfangsempfindlichkeit der Antenne im passiven Modus des tragbaren Telefons, was den Empfang verschlechtert.US Patent 4,890,114 attempts to overcome precisely these problems by providing an antenna structure with an extendable antenna element. This antenna element is slidable between two extreme positions, wherein in a first active position of the telephone it is located substantially outside the housing of the portable telephone. In a second passive position of the telephone a substantial part of the antenna element is located inside the housing of the portable telephone so that only the outermost, conductive tip protrudes from the housing of the portable telephone. In this The patent states that this is sufficient to achieve a given reception sensitivity. However, the signal received by the short part of the antenna is disturbed by reflections from the long, retracted part of the antenna. This reduces the reception sensitivity of the antenna in the passive mode of the portable phone, which degrades reception.

Andere haben versucht, diese ungünstige Kopplung zwischen dem in das Gehäuse des tragbaren Telefons eingezogenen Antennenelementteil und dem aus dem Gehäuse zum Empfang möglicher Gespräche herausragenden Teil auszugleichen. Dies hat man dadurch gemacht, daß man die Antenne in zwei getrennte Antennenelemente teilt, die in Verlängerung zueinander angeordnet und gegenseitig isoliert sind. Ein relativ kurzes Element am äußersten Ende der Antenne sorgt dann für die Überwachungsfunktion im passiven Modus des tragbaren Telefons, während ein längeres Antennenelement für die Antennenfunktion im aktiven Modus des tragbaren Telefons sorgt. Dies hat den Nachteil, daß die tatsächliche Antenne länger aus dem Gehäuse des tragbaren Telefons herausragt, wenn das tragbare Telefon im aktiven Modus ist, da der äußerste Teil der Antenne nicht zur Strahlung beiträgt, sondern gegenüber dem aktiven Teil der Antenne isoliert ist und somit in diesem Zustand nur als Pseudoelement betrachtet werden kann.Others have attempted to compensate for this unfavourable coupling between the antenna element part retracted into the housing of the portable telephone and the part protruding from the housing for receiving possible calls. This has been done by dividing the antenna into two separate antenna elements which are arranged in extension of each other and are mutually insulated. A relatively short element at the extreme end of the antenna then provides the monitoring function in the passive mode of the portable telephone, while a longer antenna element provides the antenna function in the active mode of the portable telephone. This has the disadvantage that the actual antenna protrudes longer from the housing of the portable telephone when the portable telephone is in the active mode, since the outermost part of the antenna does not contribute to the radiation but is insulated from the active part of the antenna and can thus only be considered as a pseudo-element in this state.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antennenaufbau des im einführenden Absatz beschriebenen Typs bereitzustellen, bei dem ein Antennenelement gleitend zwischen zwei Extrempositionen verschiebbar ist, wobei der Antennenaufbau so ausgeführt sein muß, daß er Gespräche in beiden dieser Positionen empfangen kann, ohne daß der in die Übertragungs/Empfangs-Einheit eingeführte Antennenteil den aktiven Teil der Antenne stört.The object of the present invention is to provide an antenna structure of the type described in the introductory paragraph, in which an antenna element can be slid between two extreme positions, whereby the antenna structure must be designed in such a way that it can receive calls in both of these positions without the antenna part introduced into the transmission/reception unit interfering with the active part of the antenna.

Die Aufgabe wird durch den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Antennenaufbau gelöst. Die Länge des Antennenelements ist so gewählt, daß der in das Gehäuse der Übertragungs/Empfangs-Einheit geschobene Teil als eine Koaxialübertragungsleitung mit einer von dem Einspeisungspunkt des kurzen, aktiven Teils des Antennenelements aus gesehen hohen Impedanz dient.The object is achieved by the antenna structure specified in the characterizing part of claim 1. The length of the antenna element is selected such that the part pushed into the housing of the transmission/reception unit acts as a coaxial transmission line with a high impedance as seen from the feed point of the short, active part of the antenna element.

Laut Anspruch 2 kann die elektrische Länge des Antennenelements so gewählt sein, daß der lange, eingezogene Teil des Antennenelements einer offenen Halbwellen-Übertragungsleitung entspricht. Der Anspruch 3 definiert eine alternative Ausführungsform, bei der der eingezogene Teil als eine Viertelwellen- Übertragungsleitung aufgebaut ist, die kurzgeschlossen ist. Dies kann verwirklicht werden, indem man z.B. eine Gleithülse in einem Abstand zum Einspeisungspunkt der Antenne entsprechend 1/4 Wellenlänge anbringt, wobei die Gleithülse in der Lage ist, einen elektrischen Kurzschluß zwischen dem Antennenelement und dem koaxial angeordneten leitenden Rohr herzustellen. Die Impedanz des im Gehäuse der Übertragungs-/Empfangs-Einheit aufgenommenen Antennenelementteils wird hierdurch von dem Einspeisungspunkt der Antenne aus gesehen eine hohe Impedanz haben. In der eingezogenen Position wird somit der in dem Gehäuse aufgenommen Teil nicht den relativ kurzen Teil, der aus dem Gehäuse herausragt, beeinträchtigen.According to claim 2, the electrical length of the antenna element can be chosen so that the long, retracted part of the antenna element corresponds to an open half-wave transmission line. Claim 3 defines an alternative embodiment in which the retracted part is constructed as a quarter-wave transmission line that is short-circuited. This can be achieved by, for example, placing a sliding sleeve at a distance from the feed point of the antenna corresponding to 1/4 wavelength, the sliding sleeve being able to create an electrical short circuit between the antenna element and the coaxially arranged conductive tube. The impedance of the antenna element part accommodated in the housing of the transmission/reception unit will hereby have a high impedance as seen from the feed point of the antenna. Thus, in the retracted position, the part housed in the housing will not interfere with the relatively short part protruding from the housing.

Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher in Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; es zeigen:The invention is described in more detail below in connection with preferred embodiments and with reference to the drawings, in which:

Fig. 1 das Prinzip einer bevorzugten Ausführungsform eines Antennenaufbaus entsprechend der Erfindung, wobei die Antenne in der ausgezogenen Position ist;Fig. 1 shows the principle of a preferred embodiment of an antenna structure according to the invention, wherein the antenna is in the extended position;

Fig. 2 den Antennenaufbau der Fig. 1, wobei das Antennenelement in der eingezogenen Position ist;Fig. 2 shows the antenna structure of Fig. 1, with the antenna element in the retracted position;

Fig. 3 ein Ersatzdiagramm des in der Fig. 1 gezeigten Antennenaufbaus sowie dessen Adaption;Fig. 3 is an equivalent diagram of the antenna structure shown in Fig. 1 and its adaptation;

Fig. 4 eine alternative Ausführungsform des Antennenaufbaus entsprechend der Erfindung;Fig. 4 shows an alternative embodiment of the antenna structure according to the invention;

Fig. 5 die mögliche praktische Verwirklichung des Antennenaufbaus der Fig. 1; undFig. 5 the possible practical realization of the antenna structure of Fig. 1; and

Fig. 6 die mögliche praktische Verwirklichung einer alternativen Ausführungsform mit einem verkürzten Antennenelement in schematischer Weise.Fig. 6 shows the possible practical realization of an alternative embodiment with a shortened antenna element in a schematic manner.

Die Prinzipien einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt, wobei der Antennenaufbau ein Antennenelement 1 umfaßt, welches gleitend zwischen zwei Extrempositionen verschiebbar ist. Eine ist in der Fig. 1 dargestellt, und das Antennenelement 1 ist hier aus dem Gehäuse des tragbaren Telefons herausgezogen, so daß das tragbare Telefon mit maximaler Leistung übertragen und mit maximaler Empfindlichkeit empfangen kann, wobei das tragbare Telefon hiermit in der Lage ist, die Anforderungen seitens der Behörden für die NMT-System-zulassung zu erfüllen. Die Fig. 2 zeigt, wie das Antennenelement 1 in das Gehäuse des tragbaren Telefons (in den Figuren nicht dargestellt) eingezogen und ein einem elektrisch leitenden Rohr 2 aufgenommen ist, wobei das Rohr 2 zusammen mit dem Antennenelement 1 eine Koaxialübertragungsleitung bildet. In seinem Einspeisungspunkt ist das Antennenelement 1 elektrisch mit den Übertragungs-/Empfangsteilen (nicht dargestellt) des tragbaren Telefons über ein Koaxialkabel 4 gekoppelt, dessen Innenleiter mit einem Rohrabschnitt 3 verbunden ist, welcher koaxial mit dem Antennenelement 1 angeordnet ist und mit dem Antennenelement 1 über eine kapazitive Kopplung gekoppelt ist. Der Rohrabschnitt 3 ist elektrisch gegenüber dem Rohr 3 isoliert, welches mit Erde verbunden ist, was in der bevorzugten Ausführungsform über die Abschirmung oder den Außenleiter des Koaxialkabels 4 erfolgt. Das Hochfrequenzsignal kann hierdurch mit dem Antennenelement 1 ohne Verwendung physikalischer Kontaktanordnungen gekoppelt werden.The principles of a preferred embodiment of the invention are shown in Figures 1 and 2, the antenna structure comprising an antenna element 1 which is slidable between two extreme positions. One is shown in Figure 1, and the antenna element 1 is here pulled out of the housing of the portable telephone so that the portable telephone can transmit with maximum power and receive with maximum sensitivity, the portable telephone hereby being able to meet the requirements of the authorities for NMT system approval. Figure 2 shows how the antenna element 1 is pulled into the housing of the portable telephone (not shown in the figures) and housed in an electrically conductive tube 2, the tube 2 together with the antenna element 1 forming a coaxial transmission line. At its feed point, the antenna element 1 is electrically coupled to the transmitting/receiving parts (not shown) of the portable telephone via a coaxial cable 4, the inner conductor of which is connected to a tube section 3 which is arranged coaxially with the antenna element 1 and is coupled to the antenna element 1 via a capacitive coupling. The tube section 3 is electrically insulated from the tube 3 which is connected to earth, which in the preferred embodiment is done via the shield or the outer conductor of the coaxial cable 4. The high frequency signal can hereby be coupled to the antenna element 1 without using physical contact arrangements.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, wird das Antennenelement 1 durch eine Spule 5 abgeschlossen. In der bevorzugten Ausführungsform ist ein Teil L&sub1; des Antennenelements 1, das aus dem Rohr 2 herausragt, kürzer als 1/4 Wellenlänge im passiven Modus des tragbaren Telefons. Eine solche Antenne ist kapazitiv und kann z.B. mittels einer in der Mitte oder am Kopf der Antenne angeordneten Spule abgestimmt werden. Die Verwendung einer Kopfspule ist am praktischsten, da sie in einem Antennenknopf verborgen und geschützt werden kann, wie in Zusammenhang mit der Fig. 5 erläutert wird.As can be seen from Figs. 1 and 2, the antenna element 1 is terminated by a coil 5. In the preferred embodiment, a part L₁ of the antenna element 1 that protrudes from the tube 2 is shorter than 1/4 wavelength in the passive mode of the portable telephone. Such an antenna is capacitive and can be tuned, for example, by means of a coil arranged in the middle or at the top of the antenna. The use of a Head coil is the most convenient because it can be hidden and protected in an antenna button, as explained in connection with Fig. 5.

Wenn die Antenne voll herausgezogen ist, hat sie eine Länge L&sub1; + L&sub2;, die beispielsweise 5/8 der Wellenlänge oder 3/4 der Wellenlänge sein kann. Bei einer Gesamtantennenlänge von 5/8 Wellenlänge wird die Antenne eine kapazitive Impedanz haben und kann deshalb mit einer Serienspule abgestimmt werden. In der bevorzugten Ausführungsform ist ein Antennenelement mit einer Gesamtlänge von 3/4 Wellenlänge bevorzugt, wobei die Antennenimpedanz dadurch im wesentlichen reell ist, so daß kein Bedarf für ein Abstimmglied in dem Antennenaufbau besteht. In der ausgezogenen Position hat diese Antenne ein Strommaximum im Einspeisungspunkt.When the antenna is fully extended, it has a length L₁ + L₂ which may be, for example, 5/8 of the wavelength or 3/4 of the wavelength. With a total antenna length of 5/8 of the wavelength, the antenna will have a capacitive impedance and can therefore be tuned with a series coil. In the preferred embodiment, an antenna element with a total length of 3/4 of the wavelength is preferred, the antenna impedance thereby being essentially real, so that there is no need for a tuning element in the antenna structure. In the extended position, this antenna has a current maximum at the feed point.

Die nachstehende Verwendung des Ausdrucks "kurze und lange" Antenne bezieht sich auf den aktiven Teil der Antenne, wenn das tragbare Telefon im passiven Modus bzw. im aktiven Modus ist.The use of the term "short and long" antenna below refers to the active part of the antenna when the portable phone is in passive mode and active mode, respectively.

Wie aus dem Folgenden ersichtlich wird, ist es wünschenswert, daß die Eingangsimpedanz des kurzen Antennenteils niedrig ist, und vorzugsweise erfolgt die Abstimmung mit der Kopfspule, wie zuvor erwähnt. In der bevorzugten Ausführungsform ist die lange Antenne so gewählt, daß sie präzise 1/2 Wellenlänge länger ist als die kurze Antenne und mit derselben Kopfspule abgestimmt wird. Somit besteht keine Notwendigkeit für ein Abstimmglied im Einspeisungspunkt. Ohne Verwendung einer Isolierung wird die lange Antenne eine elektrische Länge haben, die der physikalischen Länge entspricht. Die Fig. 3 zeigt ein elektrisches Ersatzdiagramm des Antennenaufbaus entsprechend der bevorzugten Ausführungsform, wenn das Antennenelement 1 in das Rohr 2 so eingeführt ist, daß gerade die Spitze herausragt. Wie zuvor erwähnt, wird die kurze Antenne mit der Kopfspule 5 abgestimmt, deren physikalische Ausführungsform wichtig ist, da die Spule nicht als ein einfaches Impedanzwandlerglied, sondern als Bestandteil des Antennenstrahlers dient, der aufgrund der Schraubenform eine längere elektrische als physikalische Länge hat.As will be seen below, it is desirable that the input impedance of the short antenna section be low, and preferably the tuning is done with the head coil as previously mentioned. In the preferred embodiment, the long antenna is chosen to be precisely 1/2 wavelength longer than the short antenna and is tuned with the same head coil. Thus, there is no need for a tuning element in the feed point. Without the use of insulation, the long antenna will have an electrical length that corresponds to the physical length. Figure 3 shows an electrical equivalent diagram of the antenna structure according to the preferred embodiment when the antenna element 1 is inserted into the tube 2 so that the tip just protrudes. As previously mentioned, the short antenna is tuned to the head coil 5, the physical design of which is important since the coil does not serve as a simple impedance converter element, but as a component of the antenna radiator, which, due to its helical shape, has a longer electrical than physical length.

Vom Basispunkt A der Antenne aus gesehen hat die Antenne eine niedrige Impedanz, während der von dem Rohr aufgenommene Antennenteil mit einer Länge entsprechend 1/2 Wellenlänge eine hohe Impedanz hat. Wie zu sehen sein wird, gibt es keine anderen Abstimmglieder in dem Antennenaufbau.Viewed from the base point A of the antenna, the antenna has a low impedance, while the part of the antenna taken up by the tube, with a length corresponding to 1/2 wavelength, has a high impedance. As will be seen, there are no other tuning elements in the antenna structure.

Wenn das Antennenelement in den Vorrichtung geschoben wird, wird an Anteil der Länge L&sub2; in einem dünnen und vorzugsweise zylindrischen Metallrohr aufgenommen, um so wenig Raum wie möglich in der Vorrichtung einzunehmen. Das Antennenelement kann entsprechend den an seine Funktion gestellten Anforderungen gewählt werden und wird vorzugsweise ein ununterbrochener Metalldraht mit einer gewissen Biegsamkeit sein. Da der eingeführte Teil L&sub2; des Metalldrahtes mit einer elektrischen Länge von 1/2 Wellenlänge ausgeformt ist und zusammen mit dem Rohr 2 eine offene koaxiale Halbwellen-Übertragungsleitung bildet, wird die Impedanz vom Basispunkt aus gesehen hoch sein, so daß der kurze Antennenteil mit niedriger Impedanz nicht beeinträchtigt wird. Für eine optimale Nutzung dieses Prinzips, wird in die kurze Antenne ein Strommaximum eingespeist.When the antenna element is pushed into the device, a portion of the length L2 is accommodated in a thin and preferably cylindrical metal tube in order to take up as little space as possible in the device. The antenna element can be chosen according to the requirements placed on its function and will preferably be a continuous metal wire with a certain flexibility. Since the inserted portion L2 of the metal wire is shaped with an electrical length of 1/2 wavelength and together with the tube 2 forms an open coaxial half-wave transmission line, the impedance seen from the base point will be high so that the short antenna portion with low impedance is not affected. For optimal use of this principle, a maximum current is fed into the short antenna.

Als eine Alternative zu der obengenannten offenen Halbwelle- Übertragungsleitung kann die Koaxialübertragungsleitung als eine kurzgeschlossene Viertelwellen-Übertragungsleitung aufgebaut werden. Dies wird verwirklicht, indem man einen Gleitkontakt 6 in dem Rohr 2 in einem Abstand zum Einspeisungspunkt anordnet, der einer Viertelwellenlänge entspricht, was in der Fig. 4 gezeigt ist. Der in das Rohr 2 eingeführt Teile wird vom Einspeisungspunkt aus gesehen eine hohe Impedanz haben und wird deshalb die Funktion der kurzen Antenne nicht beeinträchtigen. Diese hohe Impedanz ist unabhängig von dem unterhalb des Gleitkontaktes 6 vorhandenen Antennenelementteil, so daß die physikalische Länge des eingeführten Teils frei gewählt werden kann. Das Antennenelement kann z.B. als ein elastisches Element aufgebaut sein, dessen Ende z.B. mit einem Motor verbunden ist, so daß das Antennenelement benutzergesteuert in das und aus dem Gehäuse des tragbaren Telefons eingefahren bzw. ausgefahren werden kann.As an alternative to the above-mentioned open half-wave transmission line, the coaxial transmission line can be constructed as a short-circuited quarter-wave transmission line. This is realized by arranging a sliding contact 6 in the tube 2 at a distance from the feed point that corresponds to a quarter wavelength, as shown in Fig. 4. The part inserted into the tube 2 will have a high impedance as seen from the feed point and will therefore not impair the function of the short antenna. This high impedance is independent of the antenna element part present below the sliding contact 6, so that the physical length of the inserted part can be freely chosen. The antenna element can be constructed, for example, as an elastic element, the end of which is connected, for example, to a motor, so that the antenna element can be retracted or extended into and out of the housing of the portable telephone under user control.

Das in dem Rohr 2 befindliche Antennenelement hat dieselbe elektrische und physikalische Länge, wenn das Antennenelement nicht von einem dielektrischen Material umgeben ist. Ist das Antennenelement von einem Dielektrikum umgeben, so wird die physikalische Länge gleich sein der elektrischen Länge multipliziert mit der Quadratwurzel der effektiven Dielektrizitätskonstante. Dies ist durch den folgenden Ausdruck gegegen:The antenna element located in the tube 2 has the same electrical and physical length if the antenna element is not surrounded by a dielectric material. If the antenna element is surrounded by a dielectric, the physical length will be equal to the electrical length multiplied by the square root of the effective dielectric constant. This is given by the following expression:

L&sub2; = (λ/2) (&epsi;eff)1/2 1,L2; = (λ/2) (εeff)1/2 1,

wobei sich &epsi;eff aus dem Ausdruck:where &epsi;eff is the expression:

eeff = ln(r&sub2;/r) (&epsi;r/(ln(r&sub1;/r) + &epsi;rln(r&sub2;/r))) 2,eeff = ln(r₂/r) (εr/(ln(r₁/r) + εrln(r₂/r))) 2,

ergibt, wobeiwhere

r&sub2; der Radius des Rohrs 2,r2 is the radius of the pipe 2,

r der Radius des Antennenelements 1,r is the radius of the antenna element 1,

r&sub1; der Radius des das Antennenelement 1 umgebenden Dielektrimums undr1 is the radius of the dielectric surrounding the antenna element 1 and

&epsi;r die relative Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums ist.εr is the relative dielectric constant of the dielectric.

Die Fig. 5 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Antennenaufbaus entsprechend der Erfindung, wobei der Antennenaufbau ein Antennenelement 1 umfaßt, welches einen Stab 28 aus einem leitenden Material umfaßt, der mit einer Isolierschicht 29 beschichtet ist, die z.B. Kunststoff sein kann. Ein Knopf 30 ist am Kopf des Antennenelements vorgesehen, der eine zuvor erwähnte Verlängerungsspule 31 enthält. Das Antennenelement 1 ist fast vollständig aus dem Gehäuse des tragbaren Telefons herausgezogen, wobei das Antennenelement 1 durch eine Öffnung in einer Wandung 10 des Gehäuses verschieblich ist. Der Antennenaufbau ist mit der Übertragungs-/Empfangs-Einheit in dem tragbaren Telefon über ein Koaxialkabel 20 verbunden, dessen Außenleiter 21 an einem Ring 25 befestigt ist, der den Außenleiter 21 über einen Steckverbinder 26 mit einem Rohr 27 verbindet, das so ausgeführt ist, daß es das Antennenelement 1 aufnimmt, wenn es in das Gehäuse des tragbaren Telefons eingeführt wird. Ein Innenleiter 23 des Koaxialkabels 20, der gegenüber dem Außenleiter 21 durch eine Isolierung 22 isoliert ist, ist mit dem in der Fig. 1 dargestellten kapazitiven Kopplungsrohr, das z.B. die Form des entsprechenden in der Fig. 5 gezeigten Kopplungsrohrs 17 hat, verbunden. Wie zuvor beschrieben, dient das Kopplungsrohr 17 zur Übertragung elektromagnetischer Energie an das Antennenelement 1, ist hier jedoch außerdem so aufgebaut, daß es zur Steuerung der Bewegungen des Antennenelements 1 bezüglich des Rohrs 27 dient. Das Kopplungsrohr 17 ist deshalb mit Schultern versehen, die durch einen Isolierring 14 mit der Innenseite der Gehäusewandung 10 in Eingriff kommen. Der aus dem Gehäuse herausragende Teil des Kopplungsrohrs 17 dient als ein Befestigungsteil und ist deshalb mit einem Außengewinde versehen, mit dessen Hilfe das Kopplungsrohr 17 bezüglich des Gehäuses durch Klemmen einer Mutter 15 befestigt ist. Das Antennenelement 1 ist damit so ausgeführt, daß es verschieblich in dem Kopplungsrohr 17 aufgenommen ist, wobei ein Dichtring 16 sicherstellt, daß bei einer Verschiebung des Antennenelements 1 kein Wasser in das Rohr 27 eindringt. Das Innenteil des Befestigungsteils auf dem Kopplungsrohr 17 ist aus ausgebildet, daß dem Antennenelement 1 eine gewisse Querbewegung gestattet ist. Das untere Ende des Antennenelements 1 ist mit einem Anschlag 19 versehen, der bei Ausziehen des Antennenelements in die ausgezogene Position veranlaßt wird, in das Ende des Kopplungsrohrs 17 einzugreifen. Dies verhindert, daß das Antennenelement 1 vollständig aus dem Gehäuse des tragbaren Telefons bewegt wird.Fig. 5 shows a possible embodiment of an antenna structure according to the invention, the antenna structure comprising an antenna element 1 comprising a rod 28 of a conductive material coated with an insulating layer 29, which may be e.g. plastic. A button 30 is provided on the head of the antenna element, which contains an extension coil 31 mentioned above. The antenna element 1 is almost completely pulled out of the housing of the portable telephone, the antenna element 1 being displaceable through an opening in a wall 10 of the housing. The antenna structure is connected to the transmission/reception unit in the portable telephone via a coaxial cable 20, the outer conductor 21 of which is attached to a ring 25 which connects the outer conductor 21 via a connector 26 to a tube 27 which is designed to receive the antenna element 1 when it is introduced into the casing of the portable telephone. An inner conductor 23 of the coaxial cable 20, which is insulated from the outer conductor 21 by an insulation 22, is connected to the capacitive coupling tube shown in Fig. 1, which has, for example, the shape of the corresponding coupling tube 17 shown in Fig. 5. As previously described, the coupling tube 17 serves to transmit electromagnetic energy to the antenna element 1, but here it is also constructed so that it serves to control the movements of the antenna element 1 with respect to the tube 27. The coupling tube 17 is therefore provided with shoulders which engage the inside of the casing wall 10 through an insulating ring 14. The part of the coupling tube 17 protruding from the casing serves as a fastening part and is therefore provided with an external thread by means of which the coupling tube 17 is fastened with respect to the casing by clamping a nut 15. The antenna element 1 is thus designed to be slidably received in the coupling tube 17, with a sealing ring 16 ensuring that no water penetrates into the tube 27 when the antenna element 1 is displaced. The inner part of the fastening part on the coupling tube 17 is designed to allow the antenna element 1 a certain transverse movement. The lower end of the antenna element 1 is provided with a stop 19 which, when the antenna element is pulled out to the extended position, is caused to engage the end of the coupling tube 17. This prevents the antenna element 1 from being moved completely out of the housing of the portable telephone.

Der in der Fig. 5 dargestellte Antennenaufbau hat eine Gesamtlänge von 3/4 Wellenlänge und damit eine Gesamtlänge von ca. 20 cm, wenn er in Verbindung mit einem NMT-System verwendet wird. Befindet sich das tragbare Telefon in dem aktiven Modus, wird also die lange Antenne eine Länge von 3/4 Wellenlänge (einschließlich Kopfspule) haben. Befindet sich das tragbare Telefon in dem passiven Modus, so wird die kurze Antenne eine Viertelwellenantenne mit Kopfspule, während der eingeführte Teil des Antennenelements als ein Halbwellenresonator in dem Rohr 27 dient. Für diesen Antennenaufbau ist kein Abstimmglied erforderlich. Die Länge des Rohrteils 17 wird typischerweise in der Größenordnung von 25-50 mm liegen.The antenna structure shown in Fig. 5 has a total length of 3/4 wavelength and thus a total length of about 20 cm when used in conjunction with a NMT system. If the portable phone is in the active mode, the long antenna will have a length of 3/4 wavelength (including head coil). If the portable phone is in the passive mode, the short antenna will be a quarter-wave antenna with head coil, while the inserted part of the antenna element will act as a half-wave resonator in the Tube 27 is used. No tuning element is required for this antenna structure. The length of the tube part 17 will typically be in the order of 25-50 mm.

Wie in Zusammenhang mit der Fig. 4 erwähnt, kann der in der Fig. 5 dargestellte Antennenaufbau modifiziert werden, indem man einen Gleitkontakt im Inneren des Rohrs 27 anordnet, wobei der Gleitkontakt dann in einem Abstand entsprechend 1/4 Wellenlänge vom Einspeisungspunkt der Antenne positioniert ist. Auch hier wird die lange Antenne mit einer Länge entsprechend 3/4 Wellenlänge (einschl. Kopfspule) bereitgestellt, was etwa 20 cm entspricht. Die kurze Antenne wird eine Viertelwellenantenne mit Kopfspule sein, wobei der in dem Rohr 27 aufgenommene Antennenelementteil als ein Viertelwellenresonator dient. Um jedoch eine elektrische Kontaktgabe zwischen dem Gleitkontakt 6 (Fig. 4) und dem leitenden Teil des Antennenelements 1 bereitzustellen, muß das Antennenelement über wenigstens einen Teil seiner Längserstreckung abisoliert sein.As mentioned in connection with Fig. 4, the antenna structure shown in Fig. 5 can be modified by arranging a sliding contact inside the tube 27, the sliding contact then being positioned at a distance corresponding to 1/4 wavelength from the feed point of the antenna. Here too, the long antenna is provided with a length corresponding to 3/4 wavelength (including head coil), which corresponds to about 20 cm. The short antenna will be a quarter-wave antenna with head coil, the antenna element part accommodated in the tube 27 serving as a quarter-wave resonator. However, in order to provide electrical contact between the sliding contact 6 (Fig. 4) and the conductive part of the antenna element 1, the antenna element must be stripped over at least part of its longitudinal extent.

Bei der ersten der beiden obigen Ausführungsformen wurde angenommen, daß die Dicke der Isoliermaterialschicht 29 bezüglich des Radius des Rohrs 27 klein ist. Eine Zunahme der Isoliermaterialschicht bei dem in der Fig. 5 dargestellten Antennenaufbau bringt den Vorteil, daß die physikalische Länge des Antennenelements verringert werden kann, während seine elektrische Länge beibehalten wird. Die verschiedenen Radien können somit bezüglich der effektiven Dielektrizitätskonstante gemäß Ausdruck 2 angepaßt werden, und es ist möglich, ein Antennenelement 1 mit einer physikalischen Länge von z.B. 16 cm zu verwenden. Damit wird die lange Antenne eine Länge von 5/8 Wellenlänge haben, während die kurze Antenne immer noch eine Viertelwellenantenne mit Kopfspule ist, wobei der in dem Rohr 27 aufgenommene Antennenelementteil einen verkürzten Halbwellenresonator darstellt. Nunmehr wird jedoch ein Abstimmglied zwischen dem Mittelleiter 23 des Koaxialkabels 20 und einem Steckverbinder 24 erforderlich. Dieses Glied muß als Antwort auf den Modus des tragbaren Telefons mit dem Pfad der Hochfrequenzsignale verbunden und von diesem getrennt werden können.In the first of the two embodiments above, it was assumed that the thickness of the insulating material layer 29 is small with respect to the radius of the tube 27. An increase in the insulating material layer in the antenna structure shown in Fig. 5 brings the advantage that the physical length of the antenna element can be reduced while its electrical length is maintained. The various radii can thus be adjusted with respect to the effective dielectric constant according to expression 2 and it is possible to use an antenna element 1 with a physical length of e.g. 16 cm. Thus, the long antenna will have a length of 5/8 wavelength, while the short antenna is still a quarter-wave antenna with head coil, the antenna element part accommodated in the tube 27 representing a shortened half-wave resonator. However, a tuning element is now required between the center conductor 23 of the coaxial cable 20 and a connector 24. This element must be capable of being connected to and disconnected from the path of the radio frequency signals in response to the mode of the portable telephone.

Die Fig. 6 zeigt, wie ein solcher Antennenaufbau verwirklicht werden kann. In der Fig. 6 sind nur die notwendigsten Teile zur Veranschaulichung des Prinzips enthalten. Das Gehäuse des tragbaren Telefons hat eine Wandung 110 mit einer Öffnung, in der ein Kopplungsrohr 117 eingebaut ist. Das Antennenelement 1, das aus einem leitenden Teil 128 mit umgebendem Isoliermaterial 129 besteht, ist in dem Kopplungsrohr 117 zwischen zwei Extrempositionen verschiebbar. Ein Dauermagnet 140 ist in der Verlängerung des leitenden Teils 128 des Antennenelements angeordnet. Dieser Magnet 140 trägt nicht zur Strahlungsfunktion der Antenne bei und ist deshalb gegenüber dem leitenden Antennenelement 128 isoliert. Wie später erläutert werden wird, trägt der Magnet 140 zum Verbinden und Trennen eines Antennen-Abstimmgliedes bei. Das Antennenelement ist so ausgeführt, daß es in einem elektrisch leitenden Rohr 127 aufgenommen wird, das über einen Außenleiter 121 eines Koaxialkabels 120 mit Erde verbunden ist. Das Koaxialkabel 120 koppelt des Hochfrequenzsignal über das Kopplungsrohr 117, das über das Abstimmglied mit einem Mittelleiter 123 des Koaxialkabels 120 verbunden ist, mit dem Antennenelement 1. Ein Antennen-Abstimmglied ist zwischen dem Koaxialkabel 120 und dem Kopplungsrohr 117 vorgesehen, wobei das Antennen-Abstimmglied eine Induktivität Ls1 umfaßt, die mit dem Mittelleiter 123 des Koaxialkabels 120 verbunden ist und die außerdem über eine zweite Induktivität Ls2 mit Masse und über eine dritte Induktivität Ls3 mit dem Kopplungsrohr 117 verbunden ist. Ein Reed-Kontakt, bestehend aus einem Kontaktteil 142 und einem Dauermagneten 141 ist parallel über der ersten Induktivität Ls1 angeordnet. Wie ersichtlich ist, sind die beiden Magnete von entgegengesetzter Polarität. Es wird dadurch sichergestellt, daß der Kontakt 142 schließt, wenn die Antenne in das Gehäuse des tragbaren Telefon bewegt wird, wobei der Magnet 140 von dem Kontakt wegbewegt wird. Der Magnet 141 domiert hierdurch den Reed-Kontakt und stellt die Kontaktgabe sicher. Wird die Antenne wieder ausgezogen, wird der Magnet 140 nahe an dem Magneten 141 positioniert, wobei das das Kontaktelement 142 beeinflussende Magnetfeld wegen der entgegengesetzten Polarität der beiden Magnete 140 und 141 dadurch verringert wird. Der Kontakt 142 wird hiermit unterbrochen. Die Reiheninduktivität Ls1 ist so dimensioniert, daß das Antennenelement, das eine Länge von 5/8 Wellenlänge hat, in ausgezogener Position abgestimmt wird. Die anderen Abstimm-Induktivitäten Ls2 und Ls3 stimmen unvermeidliche parallele Kapazitäten bzw. Die Reihenkapazität in dem Kopplungsrohr ab. Diese Induktivitäten sind entsprechend dimensioniert.Fig. 6 shows how such an antenna structure can be realized. In Fig. 6 only the most necessary parts are included to illustrate the principle. The housing of the portable telephone has a wall 110 with an opening in which a coupling tube 117 is installed. The antenna element 1, which consists of a conductive part 128 with surrounding insulating material 129, is displaceable in the coupling tube 117 between two extreme positions. A permanent magnet 140 is arranged in the extension of the conductive part 128 of the antenna element. This magnet 140 does not contribute to the radiation function of the antenna and is therefore insulated from the conductive antenna element 128. As will be explained later, the magnet 140 contributes to the connection and disconnection of an antenna tuning element. The antenna element is designed to be accommodated in an electrically conductive tube 127 which is connected to ground via an outer conductor 121 of a coaxial cable 120. The coaxial cable 120 couples the high frequency signal to the antenna element 1 via the coupling tube 117 which is connected to a center conductor 123 of the coaxial cable 120 via the tuning member. An antenna tuning member is provided between the coaxial cable 120 and the coupling tube 117, the antenna tuning member comprising an inductance Ls1 which is connected to the center conductor 123 of the coaxial cable 120 and which is also connected to ground via a second inductance Ls2 and to the coupling tube 117 via a third inductance Ls3. A reed contact, consisting of a contact part 142 and a permanent magnet 141, is arranged in parallel above the first inductance Ls1. As can be seen, the two magnets are of opposite polarity. This ensures that the contact 142 closes when the antenna is moved into the housing of the portable telephone, whereby the magnet 140 is moved away from the contact. The magnet 141 thereby dominates the reed contact and ensures contact. When the antenna is pulled out again, the magnet 140 is positioned close to the magnet 141, whereby the magnetic field influencing the contact element 142 is thereby reduced due to the opposite polarity of the two magnets 140 and 141. The Contact 142 is hereby interrupted. The series inductance Ls1 is dimensioned so that the antenna element, which has a length of 5/8 wavelength, is tuned in the extended position. The other tuning inductances Ls2 and Ls3 tune unavoidable parallel capacitances and the series capacitance in the coupling tube, respectively. These inductances are dimensioned accordingly.

Claims

1. An antenna structure with a rod-shaped antenna element (1) and preferably for use in portable telephones, wherein the rod-shaped antenna element (1) is arranged to be accommodated in a tube (2; 27; 127) and to be slidably displaceable between a first position (Fig. 1) in which substantially the entire rod-shaped antenna element (1) protrudes from the tube (2; 27; 127) and contributes to the radiation, and a second position (Fig. 2) in which only a part of the rod-shaped antenna element (1) protrudes from the tube (2; 27; 127) and contributes to the radiation, characterized in that a coaxial transmission line is formed by the tube (2; 27; 127) and the movable antenna element (1) when the antenna element (1) is accommodated in the tube, in that the feed point (A) of the antenna is arranged between the radiating part (L₁) of the movable antenna element (1) and the upper end of the tube, which is part of the coaxial transmission line, and in that the coaxial transmission line is terminated in the second position of the element (1) in such a way that the impedance of the transmission line is high as seen from the projecting part (L₁) of the antenna element and does not affect it.

2. An antenna structure according to claim 1, characterized in that the transmission line is an open half-wave transmission line.

3. An antenna structure according to claim 1, characterized in that the transmission line is a short-circuited quarter-wave transmission line.

4. An antenna structure according to claim 1 or 2, characterized in that the transmission line is an open, shortened half-wave transmission line.

5. An antenna structure according to claim 1 to 4, characterized in that the antenna element is fed by a capacitive resonance coupling (3).