DE69422414T2 - Antennenvorrichtung für tragbares gerät - Google Patents
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Description
- 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.
- 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.
- Charakteristisch für einen Viertwellenstrahler sind:
- - die Länge seines aktiv strahlenden Teils ist ein Viertel einer Wellenlänge (die Länge des strahlenden Teils beträgt etwa 8 cm bei 900 MHz),
- - seine Zuführverbindungsimpedanz ist niedrig, was seinen unmittelbaren Anschluß an die 50 Ohm des Telefons ohne Impendanzwandlung ermöglicht,
- - aufgrund seiner geringen Länge bei 900 MHz wird er vom Telefonbenutzer nicht als störend empfunden,
- - seine Funktion ist abhängig von einer Erdungsebene (ground plane).
- Charakteristisch für einen Strahler mit halber Wellenlänge sind:
- - die Länge seines aktiv strahlenden Teils ist gleich der halben Wellenlänge (die Länge des strahlenden Teils beträgt etwa 16 cm bei 900 MHz),
- - seine Zuführverbindungsimpendanz ist hoch, was eine Impedanzwandlung auf die 50 Ohm des Telefons erfordert,
- - er ist für kleine Telefone aufgrund seiner Gesamtlänge von 18 bis 20 cm, einschließlich Verbinder ungeeignet,
- - seine Funktion ist unabhängig von einer Erdungsebene.
- 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.
- 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.
- 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.
- Ferner benötigt der Halbwellenstrahler einen Impedanzwandler, der innerhalb des Telefons Platz beansprucht und durch zusätzliche Komponenten höhere Kosten verursacht.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Nachstehend wird die Erfindung anhand beiliegender Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1A teilweise im Querschnitt eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung bei eingezogenem Antennenstab,
- Fig. 1B teilweise im Querschnitt eine Ansicht des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1A bei ausgezogenem Antennenstab,
- Fig. 2 die Antennenvorrichtung nach Fig. 1A mit getrennten Bauteilen,
- Fig. 3 die Antennenvorrichtung nach Fig. 1A in Verbindung mit der daran angeschlossenen Übertragungsleitung,
- Fig. 4 die Antennenvorrichtung nach Fig. 1A in Verbindung mit einer daran angeschlossenen abgestimmten Erdungsebene,
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
Claims (7)
1. Antennenvorrichtung für eine tragbare
Kommunikationseinrichtung mit Schaltungen (23) zum Senden
und/oder Empfangen von Funksignalen sowie einem
Chassis (25) und einem Zuführpunkt (22), der die
elektrische Verbindung der Antennenvorrichtung mit
der Kommunikationseinrichtung bewirkt, wobei die
Antennenvorrichtung eine hohle wendelförmige
Antenne (6), die außen am Chassis befestigt ist, und
einen durch die wendelförmige Antenne hindurch
verschiebaren Antennenstab aufweist, der einen geraden
Strahler (1) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß
die wendelförmige Antenne (6) eine
Viertelwellenantenne ist und ständig über den Zuführpunkt (22) mit
den Schaltungen (23) verbünden ist, daß der gerade
Strahler (1) ein Viertelwellenstrahler ist und daß
die Antennenvorrichtung mit einer Schaltvorrichtung
(2, 12, 13) versehen ist, die den geraden Strahler
(1) über den Zuführpunkt (22) mit den Schaltungen
(23) parallel zur wendelförmigen Antenne verbindet,
wenn der Antennenstab ausgezogen ist, während die
Schaltvorrichtung (2, 12, 13) den geraden Strahler
von den Schaltungen (23) und dem Zuführpunkt (22)
im wesentlichen trennt, wenn der Antennenstab
eingezogen ist.
2. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Antennenvorrichtung mit einer
Schaltvorrichtung (2, 12, 13) versehen ist, die den
geraden Strahler (1) entweder galvanisch mit den
Schaltungen (23) parallel zur wendelförmigen
Antenne (6) verbindet oder den geraden Strahler (1)
abtrennt.
3. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Antennenvorrichtung mit einer
Schaltvorrichtung (2, 12) versehen ist, die den
geraden Strahler entweder kapazitiv mit den
Schaltungen (23) parallel zur wendelförmigen Antenne (6)
verbindet oder den geraden Strahler (1) abtrennt.
4. Antennenvorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaltvorrichtung (2, 12, 13) einen unteren Teil (2) des
geraden Strahlers (1), eine an dem Zuführpunkt
angeordnete und mit diesem verbundene Hülse (12) sowie
ein flexibles Kontaktteil (13) aufweist, das in der
Hülse angeordnet ist und den geraden Strahler (1)
mit der Hülse (12) verbindet, wenn der Antennenstab
ausgezogen ist.
5. Antennenvorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaltvorrichtung (2, 12, 13) als mechanisches
Verriegelungsmittel für den geraden Strahler (1) in seiner
ausgezogenen Lage dient.
6. Antennenvorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Übertragungsleitung (18, 19) mit dem Zuführpunkt (22)
verbunden ist, um die Bandbreite der wendelförmigen
Antenne (6) zu erhöhen.
7. Antennenvorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem
Zuführpunkt (22) eine abgestimmte Erdungsebene (20,
21) angeordnet ist, ohne mit diesem direkt in
galvanischem Kontakt zu stehen, wobei die Erdungsebene
mit der Schutzerde des Telefons verbunden und in
der Lage ist, Spiegelströme aufzunehmen.
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