DE69312727T2

DE69312727T2 - Antenne für tragbare Einrichtung

Info

Publication number: DE69312727T2
Application number: DE69312727T
Authority: DE
Inventors: Ulf S-184 51 Oesterskaer Saldell
Original assignee: Allgon AB
Current assignee: Laird Technologies AB
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1993-10-27
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2013-10-28
Also published as: EP0667044A1; SE9203199D0; CN1086633A; CN1060289C; DE69312727D1; CA2147007C; KR950702344A; JP2764348B2; DE667044T1; SE501551C2; KR100299299B1; WO1994010720A1; SE9203199L; JPH07508868A; EP0667044B1; US5757325A; CA2147007A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenvorrichtung für eine tragbare Einrichtung, insbesondere in der Hand tragbare Telefone.
Antennen für mobile Telefone können in zwei Hauptgruppen unterteilt werden, Viertelwellen- und Halbwellen- Antennen, obwohl irgendwo zwischen und außerhalb dieser liegende Arten vorkommen können.
Charakteristisch für eine Viertelwellen-Antenne ist:
- die Länge ihres aktiv strahlenden Teils ist ein Viertel einer Wellenlänge (die Länge des Teils beträgt etwa 8 cm bei 900 MHz),
- ihre Zuführverbindingsimpedanz ist niedrig, was einen unmittelbaren Anschluß an die 50 Ohm des Telefons ohne Impedanzwandlung ermöglicht,
- aufgrund ihrer geringen Länge bei 900 MHz wird sie vom Telefonbenutzer nicht als störend empfunden,
- ihre Funktion ist abhängig von einer Erdungsebene (Groundplane).
Charakteristisch für eine Antenne mit halber Wellenlänge ist:
- die Länge ihres aktiv strahlen Teils ist gleich der halben Wellenlänge (die Länge des Teils beträgt etwa 16 cm bei 900 MHz),
- ihre Zuführverbindungsimpedanz ist hoch, was eine Impedanzwandlung auf die 50 Ohm des Telefons erfordert,
- sie ist für kleine Telefone aufgrund ihrer Gesamtlänge von 18 bis 20 cm, einschließlich Verbinder, ungeeignet,
- ihre Funktion ist unabhängig von einer Erdungsebene.
In der nachstehenden Beschreibung und den Ansprüchen beziehen sich die Begriffe "Halbwellen-Antenne" und "Viertelwellen-Antenne" auf Antennen, die jeweils im wesentlichen die vorstehend aufgeführten Eigenschaften haben.
Ein Nachteil bei der Verwendung der Viertelwellen-Antenne, die eine Erdungsebene benötigt, besteht darin, daß die Erdungsebene, die in einem in der Hand tragbaren Telefon zur Verfügung steht, in den meisten Fällen kleiner als eine Wellenlänge in einem Radius vom Zuführpunkt der Antenne ist. Infolgedessen gerät die Erdungsebene in Resonanz, so daß sie zur Erzielung einer optimalen Funktion auf die Antenne abgestimmt werden muß. Darüber hinaus ändert sich die Charakteristik der Erdungsebene (und damit die Leistung der Antenne) in Abhängigkeit davon, ob das Telefon frei angeordnet ist, ob das Telefon (die Erdungsebene) in der Hand gehalten wird, ob der Benutzer transpiriert, ob das Telefon zum Ohr bewegt wird usw.
Ein weiterer Nachteil bei der Benutzung einer Viertelwellen-Antenne für ein in der Hand tragbares Telefon ist in der Tat ihre geringe Länge. Dadurch wird die Antenne, während sie sich in der Rufposition befindet, in einem erheblichen Winkelbereich durch den Kopf des Benutzers stark abgeschirmt.
Trotz der erwähnten Nachteile ist die am häufigsten für in der Hand tragbare Telefone verwendete Antenne eine Viertelwellenlängen-Antenne, da eine kleine Antenne benötigt wird, um das Telefon als in der Hand tragbar oder als Taschentelefon betrachten zu können. Kürzlich ist ein in der Hand tragbares Telefon auf den Markt gekommen, das mit einer ausziehbaren Halbwellen-Antenne versehen ist. Dies ist eine unter dem Gesichtspunkt der Handhabung akzeptable Lösung, da der Platzbedarf der Antenne im eingeschobenen Zustand gering ist. Das Problem hierbei ist jedoch, daß die Antennenfunktion im eingeschobenen Zustand so schlecht ist, daß es schwierig sein kann, einen Anruf zu empfangen.
Die US-Patentschrift 4 868 576 offenbart eine Antenne für ein tragbares Zellentelefon, das einen Halbwellenlängen-Erdungsstrahler und eine wendelförmige Spule aufweist, die mit einem ausziehbaren Halbwellen-Strahler kapazitiv gekoppelt ist. Der ausziehbare Halbwellen-Strahler enthält eine in Kunststoff eingebettete Metallfolie. Der Erdungsstrahler enthält eine serpentinenförmige Übertragungsleitung auf einer flexiblen Schaltungsplatte.
Andere bekannte Mobiltelefone haben eine Kombination aus einer sehr viel kompakteren wendelförmigen Viertelwellen-Antenne als Empfangsantenne für eintreffende Anrufe und aus einer Halbwellen-Antenne, die in eine Rufposition ausgezogen ist. Diese Anordnung ist jedoch unbefriedigend, und zwar wegen der Abhängigkeit der Wendelantenne von der Erdungsebene und weil das Umschalten zwischen der Wendelantenne und der Halbwellen- Antenne kompliziert ist, da immer nur eine Antenne auf einmal angeschlossen werden kann. Ferner hat eine Wendelantenne einen geringeren Wirkungsgrad als beispielsweise eine Stabantenne. Die erwähnten Vorteile werden alle durch eine erfindungsgemäße Antennenvorrichtung vermieden.
Diese neue Antennenvorrichtung für eine tragbare Einrichtung enthält in Kombination eine Halbwellenlängen- Wendelantenne außerhalb eines Hauptkörpers der tragbaren Einrichtung, eine ausziehbare Halbwellen-Antenne und einen Impendanzwandler. Es ist daher keine Erdungsebene für die Antennenfunktion erforderlich. Ferner ist das Problem der Abschirmung der Antenne durch den Kopf des Benutzers aufgrund der hinreichenden Länge der Halbwellenlängen-Antenne erheblich vermindert. Darüber hinaus ist ein einfaches Umschalten möglich, da die Wendelantenne und die Halbwellenlängen-Antenne denselben Impedanzwandler benutzen können. Die Halbwellenlängen-Antenne kann bei der Benutzung sogar zur Wendelantenne parallelgeschaltet sein, und zwar aufgrund der Impedanzunterschiede. Erfindungsgemäß wird diese Möglichkeit ausgenutzt, so daß nur eine sehr einfache Umschaltvorrichtung erforderlich ist. Die Umschaltvorrichtung kann durch Herausziehen und Einschieben der Antenne betätigt werden.
Im eingeschobenen Zustand (siehe Fig. 3a) ist die Halbwellenlängen-Antenne weder galvanisch noch kapazitiv mit dem Impedanzwandler gekoppelt. In diesem Zustand ist allein die Wendelantenne in Betrieb, die ständig mit dem Impedanzwandler verbunden ist. Im eingeschobenen Zustand, bei möglicher Kopplung, ist das untere Ende mit hoher Impedanz zum oberen Ende umgewandelt, was die Influenz minimiert.
Im ausgezogenen Zustand sind die Wendelantenne und die Halbwellenlängen-Antenne parallel zum Impedanzwandler geschaltet. Da die Impedanz der Halbwellenlängen-Antenne im Vergleich zur Impedanz der Wendelantenne klein ist, ist die Antennenfunktion in dieser Lage bzw. in diesem Zustand weitgehend die gleiche wie die einer Halbwellen-Antenne.
Mit der beschriebenen Vorrichtung werden mithin die Anforderungen an die Antennengröße, um das Telefon als mit der Hand tragbar ansehen zu können, an die Antennenleistung in der Rufposition und an die Telefonerreichbarkeit für eintreffende Anrufe, wenn sich die Halbwellen-Antenne im eingeschobenen Zustand befindet, erfüllt.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen zweier Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung,
Fig. 2 die Antennenvorrichtung nach Fig. 1 mit getrennten Bauteilen,
Fig. 3a Einzelheiten eines Beispiels einer Umschaltvorrichtung der Antennenvorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 3b und 3c zwei Ansichten von Einzelheiten eines Beispiels eines Impedanzwandlers der Antennenvorrichtung nach Fig. 1.
Das in den Fig. 1, 2, 3a und 3b dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel der Antennenvorrichtung besteht aus drei Hauptbauteilen.
Erstens aus einer Halbwellen-Antenne 1 (Stabantenne), deren unteres Ende 2 frei liegt, um die galvanische Verbindung zu erleichtern, während sie ansonsten mit einem isolierenden Gehäuse 3 versehen ist, und deren oberes Ende an einem oberen Teil 4 aus isolierendem Material angebracht ist. Die Halbwellen-Antenne 1 und der obere Teil 4 bilden zusammen einen Antennenstab, der vorzugsweise mit einem Knopf 5 an seinem oberen isolierenden Ende versehen ist.
Zweitens aus einer Wendelantenne 6 in Form einer Halbwellenlängen-Antenne, die in einem Gehäuse 7 aus einem schützenden Isolationsmaterial eingebettet ist, das eine in seinem unteren Ende befestigte Hülse 12 aus leitendem Material aufweist. Die Hülse 12 ist mechanisch und galvanisch mit der unteren Wendelantenne 6 verbunden und enthält einen elastischen Kontaktteil 13. Der Antennenstab 1 ist durch die Wendelantenne 6, das Gehäuse 7, die Hülse 12 und den Kontaktteil 13 hindurch beweglich angeordnet.
Die erwähnten Teile sind weitgehend symmetrisch in bezug auf die mittlere Längsachse des Antennenstabs angeordnet.
Drittens einem Impendanzwandler 8, der beispielsweise aus einem induktiven Bauteil 9 besteht, das auf einer Schaltungsplatte 11 montiert ist, deren Kapazität auf die Umgebung abgestimmt ist. Der Impedanzwandler ist mit einem Koaxialkabel 14 versehen, das mit dem Sende- Empfangsteil des Telefons verbunden ist, und mit einer galvanischen Verbindung zur Hülse 12 durch eine Verbindungsschleife 10. Die Hülse 12 ist ebenfalls eine die Antennenvorrichtung mit dem mit der Hand tragbaren Telefon 15 verbindende Vorrichtung. Vorzugsweise ist ein isolierendes Schutzrohr 16 an der Unterseite der Hülse 12 angebracht, in das der Antennenstab eindringt, während er durch die Hülse 12 hindurch eingeschoben wird.
Bei mobilen Telefonen findet das Senden und Empfangen auch dann statt, wenn keine Rufverbindung vorliegt. In diesem Falle ist der Antennenstab vollständig eingeschoben, so daß sein oberer nichtleitender Teil 4 innerhalb der Wendelantenne liegt. Wenn dies der Fall ist, ist die Halbwellen-Antenne galvanisch und weitgehend kapazitiv von der Wendelantenne 6 getrennt, so daß letztere die gesamte Antennenfunktion übernimmt.
Während eines Anrufs oder wenn es aus anderen Gründen für den Betrieb der Antenne erforderlich ist, wird die Halbwellen-Antenne ausgezogen, wobei ihr unterer Teil 2 galvanisch über den Kontaktteil 13 parallel zur Wendelantenne 6 mit dem Impedanzwandler 8 verbunden ist. Da die Impedanz der Halbwellen-Antenne 1 im Vergleich zur Impedanz der Wendelantenne 6 niedrig ist, ist die Antennenfunktion in diesem Falle weitgehend die gleiche wie die einer Halbwellen-Antenne allein.
Das An- und Abkoppeln der Halbwellen-Antenne 1 geschieht daher jeweils durch Ausziehen und Einschieben des Antennenstabs 1. Das Ausziehen des Antennenstabs wird durch das Anschlagen des unteren Teils 2 der Halbwellen-Antenne am Kontaktteil 13 und der Hülse 12 begrenzt. Der Kontaktteil 13 dient auch als mechanische Verriegelungseinrichtung des Antennenstabs im ausgezogenen Zustand, während seine Einschubbewegung beispielsweise durch den Knopf 5 oder einen Boden des isolierenden Rohres 16 begrenzt ist.

Claims

1. Antennenvorrichtung einer tragbaren Einrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Funksignalen, wobei die Antennenvorrichtung eine Wendelantenne (6) mit weitgehend den Eigenschaften einer Halbwellen-Antenne, eine Halbwellen-Antenne (1) und einen Impedanzwandler (8) aufweist, wobei die Wendelantenne (6), die Halbwellen-Antenne (1) und der Impedanzwandler (8) in wenigstens zwei verschiedenen Kombinationen, die verschiedene Antennenbetriebsfunktionen ergeben, miteinander verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung zweier verschiedener Antennenbetriebsfunktionen entweder die Wendelantenne (6) allein mit dem Impedanzwandler (8) leitend verbunden ist oder die Wendelantenne (6) und die Halbwellen-Antenne (1) parallel zueinander leitend mit dem Impedanzwandler (8) verbunden sind.

2. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenvorrichtung mit einer Umschaltvorrichtung (2, 12, 13) versehen ist, die den Impedanzwandler (8) entweder leitend mit der Halbwellen-Antenne (1) parallel zur Wendelantenne (6) verbindet oder die Halbwellen-Antenne (1) abschaltet.

3. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschaften entweder der Wendelantenne (6) oder der Halbwellen-Antenne (1) hauptsächlich bei verschiedenen Anforderungen an die Antennenleistung ausgenutzt werden.

4. Antennenvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbwellen-Antenne (1) ausziehbar und einschiebbar ist.

5. Antennenvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbwellen-Antenne (1) teleskopisch ausziehbar und einschiebbar ist.

6. Antennenvorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbwellen-Antenne (1) mit einer Umschaltvorrichtung (2, 12, 13) versehen ist, die derart betätigbar ist, daß sie die Halbwellen- Antenne (1) anschaltet, wenn sie ausgezogen wird, und abschaltet, wenn sie eingeschoben wird.

Antennenvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltvorrichtung (2, 12, 13) auch als mechanische Verriegelungseinrichtung für die Halbwellen-Antenne (1) in ihrem ausgezogenen Zustand dient.

8. Antennenvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltvorrichtung aus einem unteren Teil (2) der Halbwellen-Antenne, einer mit der Wendelantenne (6) und dem Impedanzwandler (8) verbundenen Hülse (12) und einem Kontaktteil (13) besteht, der den unteren Teil (2) und die Hülse (12) miteinander verbindet.