DE69222218T2 - Verbesserungen in Zusammenhang mit Antennen eines tragbaren Telefongeräts - Google Patents
Verbesserungen in Zusammenhang mit Antennen eines tragbaren TelefongerätsInfo
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich auf Antennen und insbesondere auf Antennen hoher Leistungsfähigkeit zur Verwendung in handgehaltenen und ähnlichen tragbaren Geräten, wie handgehaltenen Funktelefonen.
- Die spezifische Anwendung dieser Erfindung ist in einem digitalen, schnurlosen CT2-Telefon, welches bei 864-868 MHz arbeitet. Das Telefon ist vom Stil her ein kleines Handgerät mit einer Schwenkklappe, welche sich öffnet, um eine Tastatur freizulegen. Wenn das Handgerät nicht benutzt wird, ist die Klappe geschlossen, um die Telefongröße zu vermindern und die Tastatur zu verbergen.
- Die Figuren 1 und 2 der begleitenden Zeichnungen zeigen ein typisches Handgerät, von denen eines oder mehrere potentiell mit einer Basiseinheit (nicht abgebildet) kommunizieren, welche einen Senderempfänger enthält, zusammen mit Schnittstellenschaltungen zur Verbindung mit einem zugeordneten Telefonnetzwerk. Die Elektronik des Handgeräts, einschließlich eines Senderempfängers und einer zugeordneten Antenne für die Kommunikation mit der Basiseinheit, ist innerhalb eines Gehäuses 1 aus einem Plastikmaterial enthalten. Eine Schwenkklappe 2, welche in Figur 2 in der offenen Position gezeigt ist, erlaubt den Zugang zu einer Tastatur 3.
- In einem solchen System ist klar, daß die Funkleistungsfähigkeit inhärent verschlechtert wird, indem das Handgerät gegen ein Hindernis gehalten wird. Im Falle eines Telefons, wird das Handgerät immer gegen den Kopf des Benutzers gehalten, wenn das Telefon benutzt wird. Dies führt zu einer Dämpfung, welche insbesondere bei hohen Frequenzen erkennbar ist, wie bei jenen von zellularen und CT2-Systemen. Es ist möglich dem Handgerät eine externe Antenne hinzuzufügen, um den Effekt zu verringern, indem die Antenne einen kurzen Abstand vom Kopf weg bewegt wird. Diese Erfindung schafft speziell ein Antennensystem innerhalb des Handgerätekörpers, welches eine verbesserte Leistungsfähigkeit schafft, ohne daß eine externe Antenne erforderlich ist. Sie schafft ebenso effizient ein Antennenumschalten, ohne daß irgendwelche zusätzlichen Komponenten erforderlich sind.
- US-A-4,694,301 beschreibt eine Einzelantennenanordnung zur Verwendung mit einem tragbaren Telefon, umfassend ein Gehäuse, welches mindestens teilweise aus isolierenden Material besteht, auf welchem senkrecht zueinander ein Anstrahler-Leiter und ein Erdungsebenen-Leiter montiert sind, wobei jeder rechteckige Streifen aus leitfähigen Material umfaßt, welche von einem Ende gespeist werden.
- US-A-4,313,119 beschreibt eine Zweimoden-Antenne zur Verwendung mit einem kleinen Funk-Senderempfänger, in welchem ein Teil der Antenne auf einer Klappe gebildet ist, welche bezüglich des Hauptteils des Gehäuses für den Funk-Senderempfänger, auf welchem die anderen Teile der Antenne ausgebildet sind, schwenkbar ist. Die Klappe ist relativ zum Hauptteil des Gehäuses zwischen zwei Positionen beweglich, wobei die Form der Zweimoden-Antenne sich zwischen zwei unterschiedlichen Positionen verändert, von einer Dipol-Antennenform zur einer U-Form, wobei die unterschiedlichen Formen für unterschiedliche Betriebsmoden des Funk-Senderempfängers besonderes geeignet sind.
- In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine tragbare elektronische Vorrichtung geschaffen, welche ein Gehäuse umfaßt, das in zwei Abschnitten gebildet ist, welche im Verhältnis zueinander zwischen einer ersten und einer zweiten Relativposition der Abschnitte beweglich sind, wobei das Gehäuse elektronische Schaltungen enthält, einschließlich eines Antennensystems, und das Antennensystem eine erste Antenne umfaßt, die auf einem der Abschnitte angebracht ist, und eine zweite Antenne, welche auf dem anderen Abschnitt angebracht ist, und wobei die erste und zweite Antenne mit den elektronischen Schaltungen über den gleichen Knoten verbunden sind, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die erste Antenne in der ersten Relativposition der Abschnitte von den elektronischen Schaltungen beabstandet ist, und so eingestellt ist, daß sie an den elektronischen Schaltungen in dieser Position elektrisch gut angepaßt ist, und die erste Antenne in der zweiten Relativposition der Abschnitte relativ näher an den elektronischen Schaltungen ist, so daß ihre Nähe zu den Schaltungen die Antenne verstimmt und bewirkt, daß sie zu den elektronischen Schaltungen elektrisch fehlangepaßt ist.
- Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun eine Ausführung der Erfindung im Wege eines Beispiels beschrieben, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen:
- Figuren 1 und 2 Perspektivansichten eines Telefon- Handgeräts sind, welches typisch ist für die Art von Gerät, mit welcher sich die vorliegende Erfindung beschäftigt;
- Figur 3 eine diagrammartige Perspektivansicht ist, welche eine erste Ausführung der Antenne der vorliegenden Erfindung zeigt, eingebaut in die Klappe des in den Figuren 1 und 2 gezeigten Handgeräts;
- Figuren 4 und 5 teilweise Vorder- und Seitenrandansichten des Handgerätgehäuses sind, welche diagrammartig eine zweite Antenne zeigen; und
- Figur 6 eine diagrammartige Perspektivansicht ist, welche eine alternative Ausführung der Klappenantenne zeigt.
- Die Figuren 3 bis 5 zeigen eine erste Ausführung der Erfindung, in welcher ein Paar von Antennen, welche von einem gemeinsamen Knoten in den Schaltungen des Senderempfängers gespeist werden, jeweils auf der Klappe 2 (Figur 3) und im Gehäuse 1 (Figuren 4 und 5) angebracht sind.
- Um den Effekt des Haltens des Handgeräts an den Kopf zu vermindern, ist die Hauptantenne in das Ende der Klappe 2 eingebaut. Die Antenne hat eine planare Konstruktion und umfaßt in der veranschaulichten Ausführung einen Monopol 4 über einer Erdplatte bzw. Erdungsebene (groundplane) 5, gespeist von einer Koaxialzuführung 6 aus den Schaltungen des Handgerät- Senderempfängers. Aufgrund der räumlichen Begrenzungen liegt das Aktivelement 4 parallel zur Erdplatte 5, was sich von einem Standardmonopol unterscheidet, welcher senkrecht zur Erdplatte positioniert ist. Die Antenne erscheint induktiv und ist daher durch Kondensatoren C kapazitiv angepaßt. Wird das Telefon nun verwendet, dann ist die Klappe 2 vom Kopf entfernt, und dies reicht aus, um die nachteiligen Naheffekte (proximity effect) wesentlich zu vermindern. Es wird eine Antennen- Leistungsfähigkeit erzielt, welche mit der einer externen Antenne vergleichbar ist.
- Ein Nachteil der Klappenantenne wird offensichtlich, wenn die Klappe geschlossen ist (wenn das Telefon nicht benutzt wird) In dieser Position befindet sich der Rest der Schaltungen des Senderempfängers über der Antenne, was eine sehr effektive Abschirmung gegenüber eingehenden Signalen schafft. Die Antennen-Leistungsfähigkeit wird somit in inakzeptabler Weise verschlechtert.
- Um dieses Problem zu überwinden, sieht eine Ausführung der Erfindung vor, daß eine zweite Antenne in ein Ende des Hauptkörpers des Handgeräts (in diesem Fall unten) eingebaut ist. Der Entwurf der internen Antenne, welche in dem veranschaulichten Beispiel verwendet wird, ist dem der Klappenantenne 4/5 ähnlich, und ist in den Figuren 4 und 5 abgebildet. Ein Kupferstreifen 7 liegt unten am Handgerät, parallel zur Erdplatte 8, welche durch die internen Schaltungsplatten bereitgestellt wird. Die Länge des Streifens 7 ist ungefähr 1/4-Wellenlänge, und ist mit der Serieninduktivität L abgestimmt. Die zweite Antenne wird von den elektronischen Schaltungen über einen Anschluß 10 gespeist, welcher mit einem Ende der Induktivität L verbunden ist. Das andere Ende der Induktivität L ist mit einem Ende des Streifens 7 verbunden. Diese interne Antenne hat eine viel bessere Leistungsfähigkeit als die Klappenantenne, wenn die Klappe geschlossen ist. Wenn das Telefon beim Benutzen gegen den Kopf gehalten wird, ist jedoch das Gegenteil der Fall. Die Nähe zum Kopf und die Tendenz des Benutzers das Ende des Telefons zu halten, führen beide dazu, daß Leistung absorbiert wird.
- Um eine optimale Leistungsfähigkeit zu erhalten, sind die Antennen an einem gemeinsamen Knoten verbunden und werden in Abhängigkeit von dem Status des Telefons ein- und ausgeschaltet. Wenn das Telefon benutzt wird, wird nur die Klappenantenne ausgewählt, während bei geschlossener Klappe nur die interne Antenne verwendet wird.
- Das Antennenumschalten kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden. Die meisten Möglichkeiten gehen mit zusätzlichen Schaltungen (mehr Raum) und zusätzlichem Strom (kürzere Batterielebensdauer) einher. Beide sind in einem handgehaltenen Produkt von vorrangiger Bedeutung. Diese Erfindung schafft ein Antennenumschalten ohne zusätzliche Komponenten: sie verläßt sich auf die sorgfältige Auslegung der Antennenimpedanzen.
- Die Klappenantenne 4/5 ist ausgelegt, um an die verbindenden Handgeräteschaltungen gut angepaßt zu sein, so daß die gesamte Leistung übertragen wird, wenn die Klappe 2 offen ist und das Telefon benutzt wird. Wenn die Klappe geschlossen ist, bewirkt die Nähe des Rests der Handgeräteschaltungen eine zusätzliche Kapazität zwischen dem Klappenantennen-Aktivelement 4 und der Erdplatte 5. Dies bewirkt, daß die Antenne verstimmt ist, woraus der Effekt resultiert, daß die Antennenimpedanz auf eine schlechte Fehlanpassung bei der erforderlichen Frequenz verändert wird. Dies bewirkt seinerseits, daß der größte Teil der Leistung von der Antenne zurückreflektiert wird. Dies bedeutet, daß die Antenne elektrisch abgeschaltet ist, aber ohne daß Umschaltungskomponenten erforderlich sind.
- Die Antennenfehlanpassung (antenna mismatch) wurde sorgfältig entworfen, so daß die Klappenantenne als offene Leitung (open circuit) erscheint, wenn die Klappe geschlossen ist. Dies wird dadurch verwirklicht, daß die Klappenantenne mit dem Handgerät mit einer Länge einer 50 Ohm Leitung verbunden wird, welche die beliebig fehlangepaßte Antenne in eine offene Leitung umwandelt. Dies ermöglicht es, eine gut angepaßte Antenne an den gleichen Konten anzuschließen, ohne daß eine Störung durch die (abgeschaltete) Klappenantenne auftritt. Somit, wenn die Klappe geschlossen ist, wird die gesamte Leistung auf diese zweite Antenne umgeleitet, welche die interne Antenne 7/8 ist.
- Mit dem Anschließen der internen Antenne und der Klappenantenne an den gleichen Knoten, gibt es jedoch ein Problem, wenn das Telefon benutzt wird. Nun erscheinen die Klappenantenne 4/5 und die interne Antenne 7/8 beide gut angepaßt für die Handgeräteschaltungen, so daß die Hälfte der Leistung zwischen der internen Antenne und der Klappenantenne aufgeteilt wird. Da die interne Antenne neben dem Kopf eine schlechte Leistungsfähigkeit hat, kann die Einspeisung der Hälfte der Leistung als eine Leistungsverschwendung gegenüber der Klappenantenne angesehen werden. Die Klappenantenne arbeitet ebenfalls bei halber Leistung, so daß diese verschlechtert ist. Um eine gute Telefonleistungsfähigkeit zu verwirklichen, wenn die Klappe offen ist, muß die interne Antenne abgeschaltet werden. Dies kann ohne das Erfordernis von Umschalt-Schaltungen auf zwei Wegen verwirklicht werden.
- Der erste Weg besteht darin, eine absichtliche Impedanz- Fehlanpassung zwischen der internen Antenne und der Klappenantenne einzuführen. Beispielsweise kann die Impedanz der internen Antenne wesentlich höher gemacht werden als jene der Klappenantenne. Wenn die Klappe 2 offen ist, ist die an die Klappenantenne gelieferte Leistung größer als jene in der internen Antenne, um ein Verhältnis, welches gleich dem Kehrwert der relativen Antennenimpedanzen ist. Wenn die Klappe geschlossen ist, ist die Klappenantenne eine offene Leitung, so daß Leistung nur an die interne Antenne geliefert wird. Aufgrund der Fehlanpassung gibt es einen geringfügigen Verlust des Wirkungsgrads der internen Antenne. In einem Beispiel wird die Impedanz der internen Antenne auf einen typischen Wert von zwei mal jener der angepaßten Klappenantenne erhöht. Wenn die Klappe geschlossen ist, erscheint die Klappenantenne immer noch als offene Leitung, und die 2:1-Fehlanpassung zwischen dem Handgerät und der internen Antenne führt zur einem akzeptablen Verlust. Wenn die Klappe offen ist, führt das 1:2- Impedanzverhältnis dazu, daß doppelt so viel Leistung in die Klappenantenne fließt, wie in die interne Antenne. Dies bringt die Leistungsfähigkeit der Klappenantenne wieder auf ein akzeptables Niveau, während der Beitrag von der redundanten internen Antenne reduziert wird.
- Der zweite Weg besteht darin, ein mechanisches Abstimmelement in die interne Antenne einzufügen (siehe Figur 6). Dieses Element ist die zusätzliche Erdplatte 9, welche unten an der Klappe in der Nähe der internen Antenne plaziert wird. Was die Klappenantenne betrifft, bewegt sich dieses Element wenn die Klappe geöffnet wird, 59 daß die relative Kapazität zwischen der internen Antenne und der Klappe sich verändert, was zu einem Verstimmeffekt führt. Diese Fehlanpassung bewirkt, daß weniger Leistung in der internen Antenne abgestrahlt wird, was die Effektivität der Klappenantenne erhöht.
Claims (15)
1. Tragbare elektronische Vorrichtung, umfassend ein Gehäuse
(1), welches in zwei Abschnitten ausgebildet ist, welche
im Verhältnis zueinander zwischen einer ersten und einer
zweiten Relativposition der Abschnitte beweglich sind,
wobei das Gehäuse (1) elektronische Schaltungen enthält,
einschließlich eines Antennensystems (4, 5, 6, 7, 8, 10), und
das Antennensystem eine erste Antenne (4, 5) umfaßt, die an
einem der Abschnitte (2) angebracht ist, und eine zweite
Antenne (7, 8), welche an dem anderen Abschnitt angebracht
ist, und wobei die ersten und zweiten Antennen mit den
elektronischen Schaltungen über den gleichen Knoten
verbunden sind, und die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet
ist, daß die erste Antenne (4, 5) in der ersten
Relativposition der Abschnitte von den elektronischen
Schaltungen beabstandet und so eingestellt ist, daß sie in
dieser Position an die elektronischen Schaltungen
elektrisch gut angepaßt ist, und die erste Antenne (4, 5)
in der zweiten Relativposition relativ näher an den
elektronischen Schaltungen ist, so daß ihre Nähe zu den
Schaltungen die Antenne verstimmt und bewirkt, daß sie
gegenüber den elektronischen Schaltungen elektrisch
fehlangepaßt ist.
2. Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, in
welcher die erste Antenne (4, 5) ein Aktivelement (4) und
eine Erdplatte (5) umfaßt, wobei das Aktivelement (4) eine
Länge von leitfähigem Material umfaßt, welche parallel zur
Erdplatte (5) angeordnet ist und von einem Ende gespeist
wird.
3. Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, in
welcher eine Kondensatorvorrichtung (1) zwischen dem
Aktivelement (4) und der Erdplatte (5) der ersten Antenne
angeschlossen ist, um die Antenne (4, 5) kapazitiv
anzupassen.
4. Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
in welcher die erste Antenne (4, 5) auf einer Lage
isolierenden Materials montiert ist, welche ein Teil des
Gehäuses (1) bildet, und eine erste rechteckige Lage aus
leitfähigem Material umfaßt, welche die Erdplatte (5)
bildet, und eine zweite, gestreckte rechteckige Lage aus
leitfähigen Material, welche das Aktivelement (4) bildet.
5. Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, in
welcher die Lage einen Teil der einen (2) der Abschnitte
bildet, und wobei der andere der Abschnitte die
elektronischen Schaltungen enthält.
6. Tragbare elektronische Vorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, in welcher die zwei Abschnitte
klappbar verbunden sind.
7. Tragbare elektronische Vorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, in welcher die zweite Antenne
(7, 8) ein Aktivelement (7) und eine Erdplatte (8) umfaßt,
wobei das Aktivelement (7) eine Länge von leitfähigen
Material umfaßt, die parallel zu der Erdplatte (8)
angeordnet ist, und von einem Ende gespeist wird.
8. Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, in
welcher die zweite Antenne auf einer Lage von isolierendem
Material montiert ist, und eine erste rechteckige Lage aus
leitfähigen Material umfaßt, welche die Erdplatte (8)
bildet, und eine zweite, gestreckte rechteckige Lage aus
leitfähigen Material, welche das Aktivelement (7) bildet.
9. Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, in
welcher die Lage, welche die Erdplatte (8) der zweiten
Antenne bildet, ferner eine Erdplatte (8) für die
elektronischen Schaltungen bildet.
10. Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
welche eine Induktivitäts-Abstimmvorrichtung enthält, die
in Reihe mit dem Aktivelement (7) der zweiten Antenne
angeordnet ist.
11. Tragbare elektronische Vorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, in welcher die Fehlanpassung der
ersten Antenne (4, 5) so ist, daß sie gegenüber den
elektronischen Schaltungen als offene Leitung erscheint.
12. Tragbare elektronische Vorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, in welcher die erste (4, 5) und
zweite (7, 8) Antenne so entworfen sind, daß zwischenihnen
eine elektrische Fehlanpassung besteht, aus Sicht der
elektronischen Schaltungen.
13. Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 12, in
welcher die charakteristische Impedanz einer der Antennen
(7,8) bedeutend höher ist als jene der anderen (4, 5).
14. Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 12, in
welcher ein mechanisches Abstimmelement (9) angebracht
ist, um sich mit einem der Abschnitte des Gehäuses (1) zu
bewegen, wobei das Abstimmelement (9) so positioniert ist,
daß während die zwei Abschnitte gegeneinander bewegt
werden, das Element (9) eine der Antennen (7, 8) verstimmt,
aber nicht die andere, wodurch eine elektrische
Fehlanpassung zwischen ihnen eingeführt wird.
15. Tragbare elektronische Vorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, in der Form eines Handgeräts (1)
für eine schnurlose Telefonvorrichtung, in welcher der
andere der Abschnitte den Hauptgehäuseabschnitt umfaßt,
welcher Senderempfänger-Schaltungen und eine
Telefontastatur enthält, und wobei der eine der Abschnitte
(2) eine Klappe (2) bildet, welche bezüglich dem
Hauptgehäuseabschnitt schwenkbar angebracht ist, und die
Tastatur (3) abdecken kann, wenn das Handgerät (1) nicht
benutzt wird.
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