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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Antennenvorrichtung für eine tragbare
Kommunikationseinrichtung, insbesondere für in der Hand tragbare Telefone,
mit Schaltungen zum Senden und/oder Empfangen von
Funksignalen sowie einem Chassis und einem Zuführpunkt,
der die elektrische Verbindung der Antennenvorrichtung
mit der Kommunikationseinrichtung bewirkt, wobei die
Antennenvorrichtung eine hohle wendelförmige Antenne,
die außen am Chassis befestigt ist, und einen durch die
wendelförmige Antenne hindurch verschiebbaren
Antennenstab aufweist, der einen im wesentlichen geraden
Strahler enthält.
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Antennen für in der Hand tragbare Telefone können in
zwei Hauptgruppen unterteilt werden, Viertelwellen- und
Halbwellenstrahler, obwohl irgendwo zwischen und
außerhalb dieser liegenden Arten vorkommen können.
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Charakteristisch für einen Viertwellenstrahler sind:
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- die Länge seines aktiv strahlenden Teils ist ein
Viertel einer Wellenlänge (die Länge des
strahlenden Teils beträgt etwa 8 cm bei 900 MHz),
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- seine Zuführverbindungsimpedanz ist niedrig, was
seinen unmittelbaren Anschluß an die 50 Ohm des
Telefons ohne Impendanzwandlung ermöglicht,
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- aufgrund seiner geringen Länge bei 900 MHz wird er
vom Telefonbenutzer nicht als störend empfunden,
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- seine Funktion ist abhängig von einer Erdungsebene
(ground plane).
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Charakteristisch für einen Strahler mit halber
Wellenlänge sind:
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- die Länge seines aktiv strahlenden Teils ist gleich
der halben Wellenlänge (die Länge des strahlenden
Teils beträgt etwa 16 cm bei 900 MHz),
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- seine Zuführverbindungsimpendanz ist hoch, was eine
Impedanzwandlung auf die 50 Ohm des Telefons
erfordert,
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- er ist für kleine Telefone aufgrund seiner
Gesamtlänge von 18 bis 20 cm, einschließlich Verbinder
ungeeignet,
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- seine Funktion ist unabhängig von einer
Erdungsebene.
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In der nachstehenden Beschreibung und den Ansprüchen
beziehen sich die Begriffe "Halbwellenstrahler" und
"Viertelwellenstrahler" auf Antennen, die jeweils im
wesentlichen die vorstehend aufgeführten Eigenschaften
haben.
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Ein gerader Strahler, der auf die Außenseite des
Chassis eines in der Hand tragbaren Telefons montiert ist,
nimmt beträchtlichen Platz ein und ist Beanspruchungen
ausgesetzt, z. B. durch Brechen. Ferner ist nur eine
geringe Antennenleistung erforderlich, wenn kein Gespräch
stattfindet. Aus diesem Grund ist der gerade Strahler
oft einziehbar ausgeführt und mit einer wendelförmigen
Antenne kombiniert, die eine geringe Antennenleistung
hat, aber deutlich weniger sperrig ist.
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Das US-Patent 4 868 576 beschreibt eine
Antennenvorrichtung vom erwähnten Typ, wobei die Vorrichtung einen
einziehbaren kapazitiv gekoppelten Halbwellenstrahler
in Kombination mit einer wendelförmigen
Halbwellenantenne aufweist. Diese bekannte Vorrichtung löst das
erwähnte Problem bei einem Telefon mit großen
Abmessungen, aber ist zum Bereitstellen einer ausreichenden
Antennenleistung auf einen Halbwellenstrahler angewiesen.
Jedoch sind die physischen Abmessungen von modernen in
der Hand tragbaren Telefonen so klein, daß ein
Halbwellenstrahler kaum der Länge nach eingebaut werden kann,
sofern er nicht mit einer komplizierten
Teleskopiereinrichtung ausgerüstet ist. Auch ist er nicht ästhetisch,
da seine Länge unverhältnismäßig zum kleinen Format
moderner Telefone ist.
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Ferner benötigt der Halbwellenstrahler einen
Impedanzwandler, der innerhalb des Telefons Platz beansprucht
und durch zusätzliche Komponenten höhere Kosten
verursacht.
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Die europäische Patentanmeldung 0 467 822 A2 offenbart
ein anderes Antennensystem für ein in der Hand
tragbares Telefon, das einen einziehbaren
Viertelwellenstrahler aufweist, der in seinem oberen Ende mit einer
wen
delförmigen Viertelwellenantenne ausgerüstet ist,
welche im wesentlichen nicht mit dem Viertelwellenstrahler
gekoppelt ist. Ein Viertelwellenstrahler ist nur in
vollausgezogener Position angeschlossen und die
wendelförmige Antenne nur in voll eingezogener Position.
Dieses System löst das erwähnte Problem bei einem
kleinformatigen Telefon, aber hat den Nachteil, daß dem
Telefon die vollständige Antennenfunktion fehlt, sobald
der einziehbare Viertelwellenstrahler nicht in einer
seiner Endpositionen ist. Außerdem ist es sowohl eine
ästhetische Beeinträchtigung als auch ein Nachteil
hinsichtlich der Festigkeit die wendelförmige Antenne am
oberen Ende des Viertelwellenstrahlers vorzusehen.
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Eine erfindungsgemäße Antennenvorrichtung genügt den
Ansprüchen für ein kleines Antennenformat, der Funktion
im ausgezogenen und eingezogenen Zustand sowie eine
einfache und dauerhafte Konstruktion. Die Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die wendelförmige Antenne
eine Viertelwellenantenne ist und ständig über den
Zuführpunkt mit den Schaltungen verbunden ist, daß der
gerade Strahler ein Viertelwellenstrahler ist und daß
die wesentliche Antennenvorrichtung mit einer
Schaltvorrichtung versehen ist, die den geraden Strahler über
den Zuführpunkt mit den Schaltungen parallel zur
wendelförmigen Antenne verbindet, wenn der Antennenstab
ausgezogen ist, während die Schaltvorrichtung den
geraden Strahler von den Schaltungen und dem Zuführpunkt im
wesentlichen trennt, wenn der Antennenstab eingezogen
ist.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
weist die Schaltvorrichtung einen unteren Teil des
Viertelwellenstrahlers, eine mit dem Zuführpunkt
verbundene Hülse und ein in der Hülse angeordnetes
flexi
bles,
Kontaktteil auf, wobei das Kontaktteil ein
Viertelwellenstrahler und die Hülse verbindet, wenn der
Antennenstab ausgezogen ist. Die Schaltvorrichtung kann
ferner so ausgebildet werden, daß sie auch als
mechanisches Verriegelungsmittel für den Viertelwellenstrahler
in seiner ausgezogenen Lage dient.
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Einige Telefonsysteme sind so breitbandig, daß eine
wendelförmige Antenne eine unzureichende Leistung
erbringt. Um dieses Problem zu lösen ist eine
Übertragungsleitung mit geringer Impedanz parallel zum
Zuführpunkt geschaltet, wobei die Übertragungsleitung z. B.
auf einer flexiblen verlustarmen Platte angeordnet ist
und eine Stärke von nur einigen Hundertstel Millimeter
hat.
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Um die Antennenfunktion weitgehend davon unabhängig zu
machen, ob das Telefon berührt wird, kann das oben
erwähnte Antennensystem mit einer abgestimmten
Erdungsebene kombiniert sein, so daß die Spiegelströme
der Antenne in dieser abgestimmten Erdungsebene anstatt
in dem Chassis des Telefons fließen. Die abgestimmte
Erdungsebene kann zum Beispiel auf einer eigenen
flexiblen Platte oder als ein in dem Chassis oder der
Schaltungsplatte des Telefons integriertes Muster
ausgebildet sein.
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Es ist möglich die beschriebenen Eigenschaften bei
entweder galvanischer oder nicht galvanischer
Niedrigimpedanzkopplung von HF-Signalen z. B. zwischen dem
Viertelwellenstrahler und der wendelförmigen Antenne/der
Übertragungsleitung/den Schaltungen und/oder zwischen
wendelförmiger Antenne/dem Viertelwellenstrahler und der
Übertragungsleitung/den Schaltungen (siehe Fig. 5A,
5B), zu erreichen.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand beiliegender
Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele
beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1A teilweise im Querschnitt eine Ansicht
eines Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung bei
eingezogenem Antennenstab,
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Fig. 1B teilweise im Querschnitt eine Ansicht
des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1A
bei ausgezogenem Antennenstab,
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Fig. 2 die Antennenvorrichtung nach Fig. 1A mit
getrennten Bauteilen,
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Fig. 3 die Antennenvorrichtung nach Fig. 1A in
Verbindung mit der daran angeschlossenen
Übertragungsleitung,
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Fig. 4 die Antennenvorrichtung nach Fig. 1A in
Verbindung mit einer daran
angeschlossenen abgestimmten Erdungsebene,
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Fig. 5A, 5B alternative Arten Verbindungen
vorzusehen zwischen einer wendelförmigen
Antenne, einem Viertelwellenstrahler und
gegebenenfalls einer
Übertragungsleitung/Schaltungen zum Senden und/oder
Empfangen, die in einer
erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung enthalten sind.
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Die in den Fig. 1A, 1B und 2 gezeigte
Antennenvorrichtung ist außerhalb an dem nicht leitenden Chassis 25
eines in der Hand tragbaren Telefons angeordnet und
besteht aus zwei Hauptkomponenten. Erstens einem
Viertelwellenstrahler 1 (Stabantenne), dessen unteres Ende
frei liegt, um eine weitere galvanische Verbindung zu
erleichtern, während er sonst mit einem isolierenden
Gehäuse 3 versehen ist und dessen oberes Ende verbunden
ist mit einem oberen Teil 4, das aus isolierendem
Material besteht. Der Viertelwellenstrahler und das obere
Teil bilden zusammen einen Antennenstab, der
vorzugsweise mit einem Knopf 5 an seinem oberen Ende versehen
ist. Zweitens aus einer wendelförmigen Antenne 6 in
Form einer Viertelwellenantenne, die in einem Gehäuse 7
aus einem schützenden Isolationsmaterial eingebettet
ist, das eine in seinem unteren Teil befestigte Hülse
12 aus leitendem Material aufweist. Die Hülse 12, die
in Kontakt mit einem Zuführpunkt 22 des
Viertelwellenstrahlers und der wendelförmigen Antenne und mit einer
Brücke 24 zu Schaltungen 23 des in der Hand tragbaren
Telefons steht, ist mechanisch und galvanisch mit dem
unteren Ende der wendelförmigen Antenne 6 verbunden und
enthält ein flexibles Kontaktteil 13. Der Antennenstab
1 ist durch die wendelförmige Antenne 6, das Gehäuse 7,
die Hülse 12 und das Kontaktteil 13 hindurch
verschiebbar angeordnet.
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Die erwähnten Teile sind weitgehend symmetrisch in
Bezug auf die mittlere Längsachse des Antennenstabs
angeordnet. Die Hülse 12 ist auch Teil der Mittel zur
Befestigung der Antennenvorrichtung am Chassis 22 des in
der Hand tragbaren Telefons. Vorzugsweise ist auf der
Unterseite der Hülse ein schützendes, isolierendes
Schutzrohr (nicht dargestellt) befestigt, in das die
Antenne hindurch geht, wenn sie durch die Hülse
eingezogen wird.
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Entsprechend dem Beispiel, das in Fig. 5A dargestellt
ist, ist zwischen der Hülse 12, die mit der
wendelförmigen Antenne verbunden ist, und den Schaltungen 23/der
Übertragungsleitung 19 eine Verbindung erreicht, und
zwar mit Hilfe einer leitenden, flexiblen Kontaktzunge
45, die mit der Schaltung 23/der Übertragungsleitung 19
verbunden ist und in engem Kontakt mit dem unteren Teil
von Hülse 12 steht, wobei der untere Teil mit einer
dünnen isolierenden Schicht 47 versehen ist. Die
Verbindung ist in diesem Fall kapazitiv und die
entsprechende Kapazität ist umgekehrt proportional zur Dicke
der isolierenden Schicht 47 und direkt proportional zur
Dielektrizitätskonstante der Schicht und zu einer
Fläche, die jeweils benachbarte Bereiche des unteren Teils
der Hülse 12 und der flexiblen Kontaktzunge begrenzt.
Die gewünschte Kapazität der Verbindung wird durch eine
geeignete Auswahl der erwähnten Parameter erreicht. In
einem Ersatzschaltbild ist der in beschriebener Weise
gebildete Kondensator mit 46, die Hülse durch einen
Block 42, und eine Verbindung zu den Schaltungen 23/der
Übertragungsleitung 19 durch den Punkt 43 dargestellt.
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Bei in der Hand tragbaren Telefonen findet das Senden
und Empfangen auch dann statt, wenn keine Rufverbindung
vorliegt. In diesem Falle ist der Antennenstab
normalerweise vollkommen eingezogen, so daß sein oberer,
nicht leitender Teil 4 innerhalb der Wendelantenne 6
liegt. Wenn dies der Fall ist, ist die
Viertelwellenantenne galvanisch und weitgehend kapazitiv von der
wendelförmigen Antenne getrennt, so daß letztere die
gesamte Antennenfunktion übernimmt.
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Während eines Anrufs oder wenn es aus anderen Gründen
für den Betrieb der Antenne erforderlich ist, wird der
Viertelwellenstrahler 1 ausgezogen, wobei sein unterer
Teil 2 galvanisch oder kapazitiv, über die Hülse 12 und
dem Kontaktteil 13, parallel mit der Wendelantenne 6,
über den Zuführpunkt 22 und die Brücke 24 mit den
Schaltungen 23 des in der Hand tragbaren Telefons,
verbunden ist. In diesem Falle ist die Antennenfunktion im
wesentlichen die gleiche wie die des
Viertelwellenstrahlers 1 alleine.
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Das An- und Abkoppeln des Viertelwellenstrahlers 1
geschieht daher jeweils durch Ausziehen und Einschieben
des Antennenstabs 1. Das Ausziehen des Antennenstabs
wird durch das Anschlagen des unteren Teils 2 des
Viertelwellenstrahlers am Kontaktteil 13 und der Hülse 12
begrenzt. Das 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 begrenzt ist.
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Entsprechend dem in Fig. 5B gezeigten Beispiel, kann
eine Verbindung zwischen dem Viertelwellenstrahler 1,
in seiner ausgezogenen Lage, und der Hülse 12, durch
Versehen des unteren Endes 2 des Viertelwellenstrahlers
1 mit einer dünnen isolierenden Schicht 40 erreicht
werden. In diesem Fall ist die Verbindung zwischen dem
Viertelwellenstrahler 1 und der Hülse 12 kapazitiv. Die
entsprechende Kapazität ist umgekehrt proportional zur
Dicke der isolierenden Schicht 40 und direkt
proportional zur Dielektrizitätskonstanten der Schicht und zu
einer Fläche, die jeweils benachbarte Bereiche der
Hülse 12 und das unteren Teils 2 begrenzt. Da eine hohe
Kapazität für diese Verbindung wünschenswert ist,
wer
den die Parameter entsprechend ausgewählt. In einem
Ersatzschaltbild ist der in beschriebener Weise gebildete
Kondensator mit 41, die Hülse durch einen Block 42, die
wendelförmige Antenne und der Viertelwellenstrahler je
durch die Symbole 6 und 1, und eine Verbindung zu den
Schaltungen 23/der Übertragungsleitung 19 durch den
Punkt 43 dargestellt.
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Fig. 3 zeigt die Antennenvorrichtung nach Fig. 1 in
Kombination mit einer Übertragungsleitung von geringer
Impedanz in der Form eines flexiblen Laminates 18, das
auf der einen Seite mit einem Leiter 19 mit zwei Enden
versehen ist, von denen das erste Ende über eine Brücke
17 mit der leitenden Hülse 12 und das zweite Ende über
eine Durchführung mit einer Erdungsebene verbunden ist,
die auf der anderen Seite des flexiblen Laminates 18
angeordnet ist, wobei die Erdungsebene mit der
Signalerde des Telefons verbunden ist. Dieser Aufbau kann
angewandt werden, um den Erfordernissen in
Telefonsystemen zu begegnen, die so breitbandig sind, daß eine
wendelförmige Antenne alleine nicht als Antenne geeignet
ist. Die Übertragungsleitung geringer Impedanz ist über
den Zuführpunkt 22 und die Hülse 12 mit der
wendelförmigen Antenne parallel geschaltet.
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Fig. 4 zeigt die Antennenvorrichtung nach Fig. 1 in
Verbindung mit einer spiegelsymmetrischen Erdungsebene
in der Form einer flexiblen Platte 20 mit einem Leiter
21, dessen Mitte mit der Schutzerde des Telefons
verbunden ist. Der Leiter steht jedoch nicht in direkter
galvanischer Verbindung mit der Hülse 12. Die
abgestimmte Erdungsebene gewährleistet, daß die
Antennenfunktion von Berührung des Chassis des Telefons
unbeeinflußt ist. Dies ist eine Folge daraus, daß die
Spiegelströme der Antenne in der abgestimmten Erdungsebene
fließen, anstatt z. B. in dem Chassis des Telefons. Die
abgestimmte Erdungsebene kann durch eine separate
flexible Leiterplatte oder ein Leitermuster, das im
Chassis oder in der Leiterplatte des Telefons integriert
ist, gebildet sein.