DE69422414T3

DE69422414T3 - Antennenvorrichtung für tragbares gerät

Info

Publication number: DE69422414T3
Application number: DE69422414T
Authority: DE
Inventors: Ulf Saldell
Original assignee: AMC Centurion AB
Current assignee: Laird Technologies AB
Priority date: 1993-05-24
Filing date: 1994-04-29
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2014-04-30
Also published as: EP0722622B2; SE9301761L; SE9301761D0; US5661495A; SE500331C2; WO1994028593A1; EP0722622B1; CN1046382C; DE69422414T2; JP2764349B2; KR100299298B1; JPH08503830A; DE69422414D1; CN1116012A; EP0722622A1; DE722622T1

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 diesen und außerhalb dieser liegende Arten vorkommen können.
Charakteristisch für einen Viertwellenstrahler ist:

– 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 ist:

– 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. kann er Durchbrechen. 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, ist aber auf einen Halbwellenstrahler mit einer ausreichenden Antennenleistung angewiesen. Jedoch sind die 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, hat aber den Nachteil, daß das Telefon keine vollständige Antennenfunktion hat, 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 erfüllt die Forderungen nach einem kleinen Antennenformat, der Antennenfunktion im ausgezogenen und eingezogenen Zustand sowie einer einfachen und dauerhaften 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 Antennenvorrichtung mit einer Schaltvorrichtung versehen ist, die den Viertelwellen-Strahler über den Zuführpunkt galvanisch mit den Schaltungen parallel zur wendelförmigen Antenne verbindet, wenn der Antennenstab ausgezogen ist, während die Schaltvorrichtung den geraden Strahler galvanisch und weitgehend kapazitiv von den Schaltungen und dem Zuführpunkt trennt, wenn der Antennenstab eingezogen ist. Eine ähnliche Antennenvorrichtung ist in der GB 2 253 949 offenbart. Dieses Dokument lehrt jedoch offensichtlich eine kapazitive Kopplung zwischen dem geraden Strahler und den Schaltungen. Es weist auch daraufhin, daß eine mechani sche Verbindung einer Abnutzung unterliegt und nicht als dauerhaft und wiederholbar angesehen werden kann.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Schaltvorrichtung einen unteren Teil des geraden Strahlers, eine mit dem Zuführpunkt verbundene und an diesem angeordnete Hülse und ein in der Hülse angeordnetes, flexibles Kontaktteil auf, wobei das Kontaktteil den geraden Strahler und die Hülse verbindet, wenn der Antennenstab ausgezogen ist. Die Schaltvorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, 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 Kopplung von HF-Signalen z.B. zwischen dem Viertelwellenstrahler und der wendelförmigen Antenne/der Übertragungsleitung/den Schaltungen zu erreichen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand beiliegender Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:
1A teilweise im Querschnitt eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung bei eingezogenem Antennenstab,
1B teilweise im Querschnitt eine Ansicht des Ausführungsbeispiels nach 1A bei ausgezogenem Antennenstab,
2 die Antennenvorrichtung nach 1A mit getrennten Bauteilen,
3 die Antennenvorrichtung nach 1A in Verbindung mit der daran angeschlossenen Übertragungsleitung und
4 die Antennenvorrichtung nach 1A in Verbindung mit einer daran angeschlossenen abgestimmten Erdungsebene.
Die in den 1A, 1B und 2 gezeigte Antennenvorrichtung ist außerhalb an dem isolierenden 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 ansonsten mit einem isolierenden Gehäuse 3 versehen ist, und dessen oberes Ende mit einem oberen Teil 4 verbunden ist, 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 mit einem Zuführpunkt 22 des Viertelwellenstrahlers und der wendelförmigen Antennne und mit einer Brücke 24 zu Schaltungen 23 des in der Hand tragbaren Telefons in Kontakt 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 12 ein schützendes, isolierendes Rohr (nicht dargestellt) befestigt, in das der Antennenstab eintritt, wenn er durch die Hülse 12 eingezogen wird.
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. In dieser Lage ist die Viertelwellenantenne galvanisch und weitgehend kapazitiv von der wendelförmigen Antenne 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 der Viertelwellenstrahler 1 ausgezogen, wobei sein unterer Teil 2 galvanisch, über die Hülse 12 und das 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.
3 zeigt die Antennenvorrichtung nach 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 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 genügen, 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 parallelgeschaltet.
4 zeigt die Antennenvorrichtung nach 1 in Verbindung mit einer spiegelsymmetrischen Erdungsebene in 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 nicht durch eine Berührung des Telefonchassis beeinflußt wird. Dies ist eine Folge davon, 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

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 Vierwellen-Strahler (1) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die wendelförmige Antenne (6) eine Viertelwellenantenne ist und ständig über den Zuführpunkt (22) mit den Schaltungen (23) verbunden 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 galvanisch und weitgehend kapazitiv von den Schaltungen (23) und dem Zuführpunkt (22) trennt, wenn der Antennenstab eingezogen ist.
Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführpunkt (22) mit den Schaltungen (23) ohne Impedanzwandlung verbunden ist.
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.
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.
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.
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.