DE69427146T2

DE69427146T2 - Antennenanordnung

Info

Publication number: DE69427146T2
Application number: DE69427146T
Authority: DE
Inventors: Tsunekawa Koichi; Hagiwara Seiji
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Mobile Communications Networks Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-09-29
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2014-09-29
Also published as: EP0650215A2; EP0650215A3; EP0650215B1; US5617105A; DE69427146D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antennenanordnung zur Verwendung in Kraftfahrzeug-, tragbaren und schnurlosen Telefonen und anderen Mobilstationsfunkeinheiten.
Das Mobilfunkkommunikationsnetz wurde ständig erweitert, um der wachsenden Nachfrage für den täglichen Gebrauch nachzukommen, und es kann nicht in einem einzigen Frequenzband untergebracht werden, daß ihm in herkömmlicher Weise zugeordnet ist; nun wird ihm ein weiteres Frequenzband zugeordnet. Es ist daher erwünscht, daß jede Mobilstationsanordnung zwischen diesen zwei Frequenzen hin- und herschaltbar sein soll - dies erfordert eine Antennenanordnung, die mit zwei verschiedenen Frequenzen in Resonanz schwingt. Die Fig. 1 und 2 zeigen Beispiele gemäß dem Stand der Technik derartiger Antennenanordnungen, die für die Resonanz mit zwei Frequenzen angepaßt sind. In dem Beispiel von Fig. 1 ist eine Resonanzschaltung 7 in einem Punkt in der Mitte eines Antennenelements 11 vorgesehen und weist eine Resonanzfrequenz auf, die sich von derjenigen des Antennenelements 11 unterscheidet, und außerdem ist eine Anpassungsschaltung 8 zwischen eine Speiseleitung 14 und das Antennenelement 11 geschaltet, um deren Impedanzen anzupassen. In dem Beispiel von Fig. 2 ist die Anpassungsschaltung 8 zwischen dem Antennenelement 11 und der Speiseleitung 14 so angepaßt, daß sie mit zwei Frequenzen in Resonanz schwingen kann.
Bei der Einheit von Fig. 1 weist die Anpassungsschaltung 8 einen relativ einfachen Aufbau auf, aber das Vorsehen der Resonanzschaltung 7 an einem Punkt in der Mitte des Antennenelements 11 bringt zusätzliche Komplexität im mechanischen Aufbau der Antennenanordnung, und im allgemeinen wird das Antennenelement 11 an jenem Abschnitt relativ leicht abgeknickt. In dem Beispiel von Fig. 2 weist die Anpassungsschaltung 8 einen komplizierten Aufbau auf, und das Vorsehen einer derartigen komplizierten Anpassungsschaltung 8 erhöht den Leistungsverlust oder die Dissipation durch die Antennenschaltung entsprechend. Außerdem entsteht bei dem Beispiel gemäß dem Stand der Technik der Fig. 1 und 2 ein Antennenstrom in einem Antennengehäuse 9 (durch ein Symbol des Massepotentials bezeichnet); demzufolge variiert in einer Funkeinheit von dem Typ, bei dem das Gehäuse in der Hand gehalten wird, die Stromverteilung damit, wie das Gehäuse gehalten wird, und mit der Bewegung des menschlichen Körpers, was eine Änderung der Strahlungscharakteristik der Antenne hervorruft. Außerdem ist auch die Antennencharakteristik selbst durch die Form und das Material des Gehäuses und der daran montierten Teile (wie beispielsweise ein Wählfeld und ein Flüssigkristallanzeigeschirm) beeinflußt.
In der japanischen Offenlegungsschrift 213303/87 ist eine Antennenanordnung mit einem Aufbau offenbart, bei dem eine Koaxialleitung mit einer Länge λ/4 (wobei λ die verwendete Wellenlänge ist) und einer charakteristischen Impedanz Z&sub0; zwischen den Speisepunkt einer λ/2-Stabantenne und eine Speiseleitung mit einer charakteristischen Impedanz Zb geschaltet ist, und die Impedanz Za des Antennenspeisepunkts und die Impedanzen Zb und Z&sub0; der vorgenannten Speiseleitung und der Koaxialleitung werden so gewählt, daß gilt Z&sub0; = (ZaZb)1/2, wodurch die beabsichtigte Impedanzanpassung implementiert wird. Die Antennenanordnung mit dem obigen Aufbau kann einen hohen Gewinn für Wellenlängen erzielen, die ganzzahlige Vielfache von λ/2 sind; außerdem ist, da die Impedanz des Antennenspeisepunkts sehr hoch ist (theoretisch unendlich), der zum Gehäuse fließende Antennenstrom begrenzt, und demzufolge ist die Abhängigkeit der Antennencharakteristik von dem Gehäuseaufbau gering, und selbst wenn das Gehäuse in der Hand gehalten wird, ändert sich die Strahlungscharakteristik der Antenne nicht wesentlich. Bei dem vorbeschriebenen Antennenaufbau ist jedoch eine zweite Betriebswellenlänge auf ganzzahlige Vielfache von λ/2 im Gegensatz zur ersten Wellenlänge λ beschränkt und kann daher nicht frei gewählt werden. Außerdem ist es schwierig, einen hohen Gewinn für zwei Wellenlängen zu erzielen, die innerhalb von λ/2 in dem für die Mobilfunkkommunikation zugeordneten Frequenzband relativ nahe beieinander liegen.
Tragbare Funktelefone verwenden in vielen Fällen eine Teleskopantennenanordnung dergestalt, daß das Antennenelement während der Kommunikation aus der Gehäuseeinheit herausgezogen ist, jedoch außerhalb des Betriebs im Gehäuse untergebracht ist. In der japanischen Offenlegungsschrift 170201/89 ist beispielsweise eine Antenne mit einem Aufbau offenbart, bei dem ein erster Stab (0,6 λ) in einem zweiten Stab (0,5 λ) aufgenommen ist, der in einem dritten Stab aufgenommen ist, welcher seinerseits innerhalb eines Metallrohrs angeordnet ist, und die somit eine Impedanzanpassungskoaxialleitung der Länge λ/4 bilden. Eine derartige Teleskopantennenanordnung ermöglicht ein einfaches Tragen des Funktelefons, während es nicht für die Kommunikation in Verwendung ist, jedoch muß das tragbare Funktelefon im Warteempfangsmodus gehalten werden, in dem es ebenfalls ständig elektrische Wellen von einer Basisstation empfängt, während es nicht in Benutzung für die Kommunikation ist. Demzufolge ändert sich, wenn das Antennenelement in dem vorgenannten Warteempfangsmodus in die Gehäuseeinheit zurückgezogen und in ihr untergebracht ist, die Impedanzcharakteristik der Antenne, was zu einer extremen Reduzierung ihres Gewinns für empfangene Wellen führt. In diesem Fall geht, wenn das Gehäuse aus Metall hergestellt ist, die Empfindlichkeit der Antenne auf nahezu Null, da sie mit Metall bedeckt ist. Daher ist es im Prinzip unmöglich, eine derartige Antenne in ihrem zurückgezogenen Zustand bei dem Funktelefon zu verwenden, das während der Nichtkommunikationsperiode in dem Warteempfangsmodus gehalten werden muß. Andererseits erfordert eine Diversity-Antenne zwei Antennenelemente und ist daher unweigerlich unhandlich groß.
Eine Antennenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist im Dokument GB-A-2 257 836 offenbart. Bei diesem Stand der Technik ist der Durchmesser des Innenleiters größer als derjenige des Stabantennenelements. Das Antennenelement ist an seinem unteren Ende mit einer Impedanzanpassungsinduktivität versehen, der an den Innenleiter angeschlossen ist. Wenn das Antennenelement zurückgezogen ist, sind seine beiden Enden über den Innenleiter und zwei zusätzliche Hülsen kurzgeschlossen. Somit wird das die Impedanzanpassungsinduktivität enthaltende Antennenelement deaktiviert, und die aus einem dielektrischen Rohr, dem Innenleiter und dem Außenleiter gebildete Koaxialleitung dient lediglich als Speisung für ein zweites schraubenförmiges Antennenelement. Da das Stabantennenelement in den zylindrischen Innenleiter zurückgezogen ist, verbleibt der Innenleiter für die Funktion als Innenleiter der Koaxialleitung, und daher ändert sich die Impedanz der Koaxialleitung vor und nach dem Zurückziehen der Stabantenne nicht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antennenanordnung zu schaffen, die mit einer Mehrzahl von Frequenzen in Resonanz schwingt, einfach aufgebaut ist, geringe Verluste aufweist und deren Strahlungscharakteristik nicht vom menschlichen Körper oder von dem Gehäuse der Einheit beeinflußt wird.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Antennenanordnung zu schaffen, die, wenn sie in das Gehäuse der Einheit zurückgezogen ist, eine so große Empfindlichkeit aufweist, daß der Warteempfangsmodus möglich ist und deren Strahlungscharakteristik nicht vom menschlichen Körper oder dem Gehäuse der Einheit beeinflußt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Antennenanordnung zu schaffen, die sehr klein ist, wenn sich auch für einen Diversity-Empfang gebildet ist.
Diese Aufgaben werden mit einer Antennenanordnung gemäß Anspruch 1 und 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Diagramm, das schematisch ein Beispiel einer herkömmlichen Antennenanordnung zeigt, bei der eine Resonanzschaltung mit einem stabartigen Antennenelement verbunden ist, um zwei Resonanzstellen zu schaffen;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das schematisch ein Beispiel einer herkömmlichen Antennenanordnung zeigt, bei der eine Resonanzschaltung mit einer Anpassungsschaltung verbunden ist, die mit einer stabartigen Antenne verbunden ist, um zwei Resonanzstellen zu schaffen;
Fig. 3A ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, bei der ein Stabantennenelement und ein Spulenantennenelement so ausgebildet sind, daß sie selektiv arbeiten, abhängig davon, ob die Antenne in ihrer herausgezogenen oder zurückgezogenen Position gehalten wird, und der Anpassungszustand oder -pegel des Koaxialimpedanzwandlers wird entsprechend geändert;
Fig. 3B ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht, die die Antennenanordnung von Fig. 3A zeigt, wobei die Antenne in ihrer zurückgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 3C ist eine Längsschnittansicht von Fig. 3A;
Fig. 3D ist eine Längsschnittansicht von Fig. 3B;
Fig. 4A ist ein Graph, der die Impedanzcharakteristik der Ausführungsform von Fig. 3A zeigt, wenn die Antenne in ihrer herausgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 4B ist ein Graph, der die Impedanzcharakteristik der Ausführungsform von Fig. 3A zeigt, wenn die Antenne in ihrer zurückgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 5A ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht, die eine modifizierte Form der Ausführungsform von Fig. 3A darstellt, bei der der Innenleiter des Koaxialimpedanzwandlers teilweise dick gemacht wird;
Fig. 5B ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht, welche die Ausführungsform von Fig. 5A zeigt, wobei die Antenne in ihrer zurückgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 6A ist eine Längsschnittansicht, welche eine andere modifizierte Form von Fig. 3A darstellt, bei der der Koaxialimpedanzwandler mit einer Zwischenanzapfung der das Spulenantennenelement bildenden Spule verbunden ist, wenn die Antenne in der zurückgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 6B ist eine Längsschnittansicht, welche die Antennenanordnung von Fig. 5A zeigt, wobei die Antenne in ihrer zurückgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 7A ist ein Graph, der die Echodämpfungscharakteristik der Auführungsform von Fig. 6A zeigt, wobei die Antenne in ihrer herausragenden Position gehalten ist;
Fig. 7B ist ein Graph, der die Echodämpfungscharakteristik der Ausführungsform von Fig. 6A zeigt, wobei die Antenne in ihrer zurückgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 8A ist eine Längsschnittansicht, die eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, bei der ein Viertelwellenspulenantennenelement mit der Spitze eines Viertelwellenstabantennenelements verbunden ist, um eine Halbwellenantenne zu bilden;
Fig. 8B ist eine Längsschnittansicht, welche die Antennenanordnung von Fig. 8A zeigt, wobei die Antenne in ihrer zurückgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 9A ist eine Längsschnittansicht, welche eine modifizierte Form der Ausführungsform von Fig. 8A darstellt, bei der das Spulenantennenelement gegenüber dem Stabantennenelement elektrisch isoliert ist und ersteres mit dem Koaxialimpedanzwandler verbunden ist, wenn die Antenne in ihrer herausgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 9B ist eine Längsschnittansicht der Antennenanordnung von Fig. 9A, wobei die Antenne in ihrer zurückgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 10A ist eine Längsschnittansicht, die eine modifizierte Form der Ausführungsform von Fig. 9A darstellt, bei der eine umgekehrte F-Antenne mit dem Koaxialimpedanzwandler verbunden ist, wenn die Antenne in ihrer herausgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 10B ist eine Längsschnittansicht, welche die Antennenanordnung von Fig. 10A zeigt, wobei die Antenne in ihrer zurückgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 11 A ist eine Längsschnittansicht, die eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, bei welcher der Innenleiter des Koaxialimpedanzwandlers als Antennenzurückziehführung verwendet wird;
Fig. 118 ist eine Längsschnittansicht, welche die Antennenanordnung von Fig. 11A zeigt, wobei die Antenne in ihrer zurückgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 12A ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Diversity-Antenne darstellt, welche die vorliegende Erfindung realisiert, wobei die Antenne in ihrer herausgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 12B ist eine perspektivische Ansicht, die das Beispiel von Fig. 12A zeigt, wobei die Antenne in ihrer zurückgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 12C ist eine Längsschnittansicht des Beispiels von Fig. 12A;
Fig. 12D ist eine Längsschnittansicht, welche die Diversity-Antenne mit der zurückgezogenen Antenne zeigt;
Fig. 13A ist ein Graph, der die Impedanzcharakteristik des Stabantennenelements in dem Beispiel von Fig. 12A zeigt, wenn die Antenne in ihrer herausgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 138 ist ein Graph, der die Impedanzcharakteristik des Spaltantennenelements zeigt, wenn die Antenne in ihrer herausgezogenen Position gehalten ist;
Fig. 14A ist ein Graph, der die Kopplungscharakteristik des Stab- und des Spaltantennenelements zeigt, wenn die Antenne in ihrer herausgezogenen Position gehalten wurde;
Fig. 14B ist ein Graph, der die Echodämpfungscharakteristik des Stabantennenelements zeigt, wenn die Antenne in ihrer zurückgezogenen Position gehalten wird;
Fig. 15A ist ein Diagramm, das die Beziehungen des Stabantennenelements, des Antennengehäuses, der gemessenen elektrischen Felder und der zum Messen der Strahlungsmuster des Beispiels von Fig. 12A verwendeten Koordinaten zeigt;
Fig. 15B ist ein Diagramm, welches das Strahlungsmuster des Stabantennenelements in der Horizontalebene (X-Y) zeigt;
Fig. 15C ist ein Diagramm, welches das Strahlungsmuster der Stabantenne in der Vertikalebene (X-Z) zeigt;
Fig. 15D ist ein Diagramm, welches das Strahlungsmuster des Spaltenantennenelements in der Horizontalebene (X-Y) zeigt;
Fig. 15E ist ein Diagramm, welches das Strahlungsmuster des Spaltenantennenelements in der Vertikalebene (X-Z) zeigt;
Fig. 16A ist eine perspektivische Ansicht, die eine modifizierte Form einer Antenne darstellt, wobei die Antenne in ihrer herausgezogenen Position gehalten ist; und
Fig. 16B ist eine perspektivische Ansicht, welche das Beispiel von Fig. 16A zeigt, wobei die Antenne in ihrer zurückgezogenen Position gehalten ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 3A ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform gemäß der Erfindung darstellt, wobei ein Stabantennenelement 11 aus einem Gehäuse 9 herausgezogen ist, und Fig. 3B ist ebenfalls eine perspektivische Ansieht, die den Zustand zeigt, in dem die Stabantenne 11 in das Gehäuse 9 zurückgezogen ist. Die Fig. 3C und 3D sind Längsschnittansichten entsprechend den Fig. 3A und 3B. Bei dieser Ausführungsform ist das Stabantennenelement 11 in einem Metallzylinder 12 gleitend verschiebbar längs seiner Mittelachse aufgenommen, so daß es bei Bedarf aus ihm herausgezogen werden kann. Ein feiner Draht 13 erstreckt sich im wesentlichen längs der Mittelachse des Metallzylinders 12, und im unteren Endabschnitt des Metallzylinders 12 sind das untere Ende des feinen Drahts 13 und ein Kernleiter 14a einer Speiseleitung 14 miteinander verbunden. Unmittelbar oberhalb des Metallzylinders 12 ist ein ringförmiges Kontaktmetallelement 18 vorgesehen, welches das Stabantennenelement 11 aufnimmt und einen Gleitkontakt mit ihm herstellt und an dem das obere Ende des feinen Drahts 13 angeschlossen ist. Ein Rahmen- bzw. Spulenantennenelement 16 ist außerhalb des Kontaktmetallelements 18 konzentrisch mit diesem angeordnet, und wenn das Stabantennenelement 11 in den Metallzylinder 12 zurückgezogen ist, stellt das obere Ende des Spulenantennenelements 16 elastischen Kontakt mit einer an der Oberseite des Antennenelements 11 befestigten Metallscheibe 11C her.
Um das Stabantennenelement 11 exakt längs der Achse des Metallzylinders 12 zu führen, ist innerhalb des Metallzylinders 12 ein mit diesem koaxiales isolierendes Führungsrohr 19 vorgesehen. Das untere Ende des isolierenden Führungsrohrs 19 ist fest an einer isolierenden Trägerplatte 19A (Fig. 3C und 3D) befestigt, die in den unteren Endabschnitt des Metallzylinders 12 eingepaßt ist, und der feine Draht 13 erstreckt sich in Axialrichtung des isolierenden Führungsrohrs 19 und ist an dessen Außenseite befestigt. Das Stabelement 11 setzt sich aus einem dünnen oder geraden ersten Stab 11, mit der Metallscheibe 11C an dessen Spitze und einem rohrförmigen zweiten Stab 112 zusammen, der den ersten Stab 11, aufnimmt. Wenn er in das isolierende Führungsrohr 19 geführt ist, ist in dem zweiten Stab 112 der erste Stab 11, aufgenommen. Die Länge des Stabantennenelements 11 ist in dessen ausgefahrener Stellung im wesentlichen gleich λ/2. Wenn sich die Stabantenne 11 in der in den Fig. 3A und 3C gezeigten ausgefahrenen Stellung befindet, ist es erforderlich, die 50-Ohm-Impedanz der Speiseleitung 14 und eine Impedanz von Hunderten von Ohm, die durch Speisen des Halbwellenstabantennenelements 11 von seinem unteren Ende aus entsteht, anzupassen. Um dies auszuführen, ist eine Koaxialanpassungsanordnung (ein Impedanzwandler) zwischen dem Stabantennenelement 11 und der Speiseleitung 14 vorgesehen.
Der Koaxialaufbau setzt sich aus dem Metallzylinder 12 mit etwa einem Viertel der Wellenlänge, der den Außenleiter des Koaxialaufbaus bildet, und dem feinen Draht 13 zusammen, der den Innenleiter bildet. Um die charakteristische Impedanz Z&sub0; des Koaxialaufbaus auf beispielsweise etwa 200 Ohm einzustellen, einen Wert nahe bei Z&sub0; = (ZaZb)1/2, wobei die Impedanz Zb der Speiseleitung 14 50 Ohm und die Impedanz Za des Stabantennenelements 11 Hunderte von Ohm beträgt, braucht das Durchmesserverhältnis der Innen- und Außenleiter nur etwa 6 zu sein. Bei dieser Ausführungsform ist, da der den Innenleiter bildende feine Draht 13 längs der Außenfläche des isolierenden Führungsrohrs 19 verläuft, das die Stabantenne 11 aufnimmt, der Innenleiter bezüglich der Mittelachse des Außenleiters versetzt; trotzdem kann eine geeignete charakteristische Impedanz erzielt werden. Wenn das Stabantennenelement 11 in seiner herausragenden Position gehalten wird, ist die Spulenantenne 16 völlig isoliert, und ihre Resonanzwellenlänge weicht von der Betriebswellenlänge ab; demzufolge hat dann das Spulenantennenelement 16 keinen Einfluß auf die Betriebscharakteristik der Stabantenne 11.
Wenn das Stabantennenelement 11 in den Metallzylinder 12 zurückgezogen ist, wie in Fig. 3B und 3D gezeigt, ist der Kern 14a der Speiseleitung 14 über einen an der Unterseite des isolierenden Führungsrohrs 19 vorgesehenen schraubenförmigen elastischen Kontaktanschluß C1 mit dem Stabantennenelement 11 verbunden. Gleichzeitig stellt die Spitze des Spulenantennenelements 16, die einen elastischen Kontaktanschluß C3 bildet, elastischen Kontakt mit der Metallscheibe 11C des Stabantennenelements 11 her, wodurch das Spulenantennenelement 16 mit dem Stabantennenelement 11 verbunden ist. Das Spulenantennenelement 16 ist dafür ausgelegt, mit einer Impedanz in Resonanz zu schwingen, die niedriger als diejenige des Stabantennenelements 11 ist. Das Stabantennenelement 11 dient, wenn es zurückgezogen ist, als Innenleiter des Koaxialimpedanzwandlers 10. Das Stabantennenelement 11 weist einen größeren Durchmesser auf als der feine Draht 13, und die charakteristische Impedanz des Koaxialaufbaus nimmt ab. Wenn beispielsweise der Außendurchmesser des Stabantennenelements 11 3 mm und der Innendurchmesser des Metallzylinders 12 6 mm sind, beträgt die charakteristische Impedanz des Koaxialaufbaus etwa 50 Ohm. In diesem Fall dient der Koaxialaufbau, der aus dem Metallzylinder 12 und dem in ihn zurückgezogenen Stabantennenelement 11 gebildet ist, lediglich als 50-Ohm- Übertragungsleitung, jedoch nicht als Impedanzwandler, und er ist über den elastischen Kontaktanschluß C3 mit dem Spulenantennenelement 16 verbunden, das mit niedriger Impedanz arbeitet. In dieser Situation übt das Stabantennenelement 11 niemals irgendeinen Einfluß auf die Betriebscharakteristik des Spulenantennenelements 16 aus.
Wenn das Stabantennenelement 11 in seiner herausgezogenen Position gehalten wird, dient der Koaxialaufbau 10 als Impedanzwandler, wie oben beschrieben, und demzufolge kann aufgenommene Leistung effizient von dem Hochimpedanz-Stabantennenelement 11, das mit hohem Gewinn als Halbwellenantenne arbeitet, an die Speiseleitung 14 geliefert werden. Andererseits führt, wenn das Stabantennenelement 11 in den Metallzylinder 12 zurückgezogen wird, der Koaxialaufbau 10 die Funktion einer 50-Ohm-Übertragungsleitung als Verlängerung der Speiseleitung 14 aus, und daher kann aufgenommene Leistung effizient aus dem Niederimpedanz- Spulenantennenelement 16 entnommen werden, das als Viertelwellenantenne arbeitet.
Während oben das Stabantennenelement 11 eine Länge von im wesentlichen der halben Wellenlänge und der Metallzylinder 12 eine Länge gleich einem Viertel der Wellenlänge aufweisen, kann die Länge des Stabantennenelements 11 auch beliebig gewählt werden, wobei in diesem Fall die Länge und charakteristische Impedanz des Koaxialaufbaus 10 nur geeignet gewählt zu werden braucht. Auch bei dieser Ausführungsform dient, wenn das Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen Position gehalten wird, der Metallzylinder 12 als Stichleitung und verhindert, daß ein Strom zum Gehäuse 9 fließt, und daher wird das Stabantennenelement kaum von dem Gehäuse beeinflußt, auf dem die Antennenanordnung montiert ist; außerdem ist, da der durch eine Schaltung mit verteilten Konstanten gebildete Koaxialimpedanzwandler als Anpassungsschaltung verwendet wird, die Bandbreite groß, und es kann ein hoher Gewinn erzielt werden.
In den Fig. 4A und 4B sind Impedanzcharakteristika des Koaxialimpedanzwandlers 10 gezeigt, die gemessen werden, wenn das Stabantennenelement 11 in seiner herausgezogenen bzw. zurückgezogenen Position gemäß den Fig. 3A und Fig. 3B gehalten wurde. Der Metallzylinder 5 wies eine Länge von 5 cm und einen Durchmesser von 1 cm auf; das Stabantennenelement 11 war 10 cm lang; Das Spulenantennenelement 16 wies einen Durchmesser von 1 cm auf, und die Anzahl seiner Windungen betrug 2,5; die Antennenanordnung war auf einem Metallgehäuse mit einem Volumen von etwa 200 cm³ montiert. Wie aus den Fig. 4A und 4B ersichtlich, schwang die Antennenanordnung bei 1,44 GHz in Resonanz, wenn das Stabantennenelement 11 sich in der herausgezogenen Position befand, und bei 1,46 GHz, wenn sich der Antennenstab 11 in der zurückgezogenen Position befand; d. h., die Antennenanordnung schwang mit etwa der gleichen Frequenz in Resonanz. Dies zeigt, daß, wenn sich das Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen Position befindet, es 10 cm lang ist und als Halbwellenantenne arbeitet, und daß, wenn die Stabantenne 11 sich in der zurückgezogenen Position befindet, das Spulenantennenelement 16 als Viertelwellenantenne arbeitet, da seine Länge etwa 2,5 cm ist. Aus diesem ist ersichtlich, daß sich die charakteristische Impedanz des Koaxialimpedanzwandlers mit der Position des Stabantennenelements 11 ändert und daß aufgenommene Leistung an jeder Resonanzstelle effizient ausgegeben werden kann. Die Empfangsbandbreite in dem Fall, daß das Stabantennenelement sich in der herausgezogenen Position befindet, beträgt 150 MHz mit VSWR (Rückflußdämpfung) < 2, und die spezifische Bandbreite ist mehr als 10% groß, und auch der Gewinn ist etwa gleich wie derjenige einer Halbwellendipolantenne.
Fig. 5A stellt in perspektivischer Darstellung eine zweite Ausführungsform der Erfindung dar, bei der das Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen Position gehalten wird, und Fig. 5B stellt ebenfalls in perspektivischer Darstellung den Zustand dar, in dem das Stabantennenelement 11 zurückgezogen ist. Diese Ausführungsform weist einen identischen Aufbau wie die Ausführungsform von Fig. 3 auf mit der Ausnahme, daß eine leitfähige Röhre 13A in den unteren Endabschnitt des nicht-leitenden Führungsrohrs 19 koaxial zu jenem eingesetzt ist.
Die Leiterröhre 13A weist etwa den gleichen Durchmesser wie das isolierende Führungsrohr 19 auf, in dem das Stabantennenelement 11 aufgenommen ist. Das untere Ende der Leiterröhre 13A ist mit dem Innenleiter 14a der Speiseleitung 14 verbunden, und deren oberes Ende ist mit dem feinen Draht 13 verbunden. Wenn sich das Stabantennenelement 11 in der zurückgezogenen Position befindet, ist der untere Endabschnitt von deren zweitem Stab 112 in der Leiterröhre 13A aufgenommen und bildet zusammen mit dieser den Innenleiter der Niederimpedanz-Koaxialleitung. Dabei ist der Kontaktanschluß C3 des Spufenantennenelements 16 über die Metallscheibe 11C mit dem Innenleiter der Koaxialleitung 10 verbunden, wie es bei der Ausführungsform von Fig. 3 der Fall ist. Wenn das Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen Position gehalten wird, setzt sich der Koaxialaufbau 10 unter Verwendung des Metallzylinders 12 als Außenleiter, aus einem Teil unter Verwendung des feinen Drahts 13 als Innenleiter und einem Teil unter Verwendung des Innenleiters der Leiterröhre 13A zusammen, die in Serie mit dem feinen Draht 13 geschaltet ist. Da die zwei Teile unterschiedliche charakteristische Impedanzen aufweisen, kann der Impedanzwandler mit einem höheren Freiheitsgrad ausgelegt werden. D. h., das Vorsehen eines derartigen Zweistufen-Impedanzwandlers erleichtert es, die doppelte Resonanzcharakteristik zu erzielen, und ermöglicht eine Verbreiterung des Bands der Antennencharakteristik.
Wenn die Charakteristik des Teils, der die Leiterröhre 13A als Innenleiter verwendet, auf 50 Ohm eingestellt wird, arbeitet nur der Teil, in dem der feine Draht 13 als Innenleiter dient, als Impedanzwandler; somit ist es möglich, die Länge des Impedanzwandlerteils allein zu ändern, während die Länge des Metallzylinders 12 unverändert bei der Viertelwellenlänge beibehalten wird. Auch in diesem Fall bilden, wenn das Stabantennenelement 11 in der zurückgezogenen Position gehalten wird, die Leiterröhre 13A und der in ihr aufgenommene zweite Stab 112 eine untereinander einheitliche Struktur. Dieser Zustand ist identisch mit dem in den Fig. 3B und 3D gezeigten, und das Betriebsprinzip ist ebenfalls gleich. Somit erzielt die Ausführungsform von Fig. 5 unabhängig davon, ob sich das Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen oder der zurückgezogenen Position befindet, einen hohen Gewinn und implementiert eine Breitbandcharakteristik.
Fig. 6A ist eine Längsschnittansicht, teilweise im Schnitt, einer dritten Ausführungsform der Erfindung, bei der das Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen Position gehalten ist, und Fig. 6B ist eine Längsschnittansicht, die den Zustand zeigt, in dem sich das Stabantennenelement 11 in der zurückgezogenen Position befindet. Diese Ausführungsform weist einen identischen Aufbau wie die Ausführungsform von Fig. 3 auf, mit der Ausnahme, daß der Kontaktanschluß C3 an eine Zwischenanzapfung 16T der das Spulenantennenelement 16 bildenden Spule angeschlossen ist und daß ein Kondensator 15 zwischen das obere Ende der Spulenantenne 16 und das ringförmige Kontaktmetallelement geschaltet ist, falls erforderlich. Wenn das Stabantennenelement 11 in den Metallzylinder 12 zurückgezogen ist, stellt demzufolge die Anzapfung 16T des Spulenantennenelements 16 einen Kontakt mit der an der Spitze des Stabantennenelements 11 befestigten Metallscheibe 11C her.
Wenn sich das durch den ersten Stab 11, und den zweiten Stab 112 gebildete Stabantennenelement 11 mit der zweistufigen Struktur in der herausgezogenen Position befindet, beträgt seine Länge etwa λ/2, und die Länge des Metallzylinders 12 beträgt etwa λ/4. Bei einem derartigen Aufbau dieser Ausführungsform ist, wenn sich das Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen Position befindet, eine, aus dem Spulenantennenelement 16 und dem Kondensator 15 gebildete Resonanzschaltung parallel zum Stabantennenelement 11 vorgesehen, wodurch die Zwei-Resonanzen-Charakteristik erzielt werden kann. Wenn das Stabantennenelement 11 in das Gehäuse 9 zurückgezogen ist, stehen die Metallscheibe 11C und der Kontaktanschluß C3 in Kontakt miteinander, und die Anzapfung 16T des Spulenantennenelements 16 ist über das Antennenelement 11 mit der Speiseleitung 14 verbunden, und demzufolge dient das Spulenantennenelement 16 als Viertelwellenstrahlungselement mit einer Ein-Resonanz-Charakteristik. In diesem Fall wird der Spulensteil vom oberen Endabschnitt des Spulenantennenelements 16 bis zur Anzapfung 16T kurzgeschlossen und zieht im wesentlichen keinen Strom.
Fig. 7A ist ein Graph, der die Reflexions- bzw. Echodämpfungscharakteristik zeigt, die gemessen wird, wenn sich das in Fig. 6A gezeigte Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen Position befand, wobei f1 und f2 Resonanzfrequenzen sind. Fig. 7B ist ein Graph, der die Echodämpfungscharakteristik zeigt, die gemessen wurde, wenn sich das Stabantennenelement 11 in der zurückgezogenen Position befand, wobei f3 eine Resonanzfrequenz ist. Der Metallzylinder 12 war 8 cm lang und 1 cm im Durchmesser; die maximale Länge des Stabantennenelements 11 betrug 15 cm; das Spulenantennenelement 16 wies einen Durchmesser von 1 cm auf, und die Anzahl seiner Windungen betrug 3; die Kapazität des Kondensators 15 betrug etwa 1 pF; und die Antennenanordnung war auf einem Gehäuse mit einem Volumen von etwa 200 cm³ montiert. Wie in Fig. 7A gezeigt, wurde eine Zwei-Resonanzen-Charakteristik erzielt, bei der die Antenne bei f1 = 835 MHz und f2 = 1005 MHz in Resonanz schwingt. Wie in Fig. 7B gezeigt, wurde, wenn sich die Stabantenne 11 in der zurückgezogenen Position befand, eine Charakteristik erzielt, bei der die Antenne bei f3 990 MHz in Resonanz schwingt, indem die Anzapfung 16T so mit dem Abschnitt des Spulenantennenelements 16 verbunden wurde, daß die Anzahl an Windungen etwa 2,5 betrug. Somit ist es durch Auswählen der Anzahl an Windungen des Spulenantennenelements 16, des Kapazitätswerts des Kondensators 15 und der Position des Anschlusses der Anzapfung 16T möglich, die Zwei-Resonanzen-Charakteristik zu erzielen, wenn sich das Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen Position befindet, und eine Charakteristik mit nur einer einzigen Resonanz, wenn sich die Stabantenne in der zurückgezogenen Position befindet.
Fig. 8A ist eine Schnittansicht, die eine vierte Ausführungsform der Erfindung darstellt, wobei das Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen Position gehalten ist, und Fig. 8B ist eine Schnittansicht, die den Zustand zeigt, bei dem die Stabantenne 11 zurückgezogen ist.
Bei dieser Ausführungsform ist wie in den Ausführungsformen der Fig. 3, 5 und 6, wenn sich die Stabantenne 11 in der herausgezogenen Position befindet, der aus dem Metallzylinder 12 mit einer Länge von im wesentlichen der halben Wellenlänge und aus dem feinen Draht 13 gebildete Koaxialimpedanzwandler 10 zwischen dem Stabantennenelement 11 und der Speiseleitung 14 angeschlossen, und wenn sich die Stabantenne 11 in der zurückgezogenen Position befindet, dient die Koaxialleitung 10 aus dem Stabantennenelement 11 und dem Metallzylinder 12 als Übertragungsleitung mit etwa der gleichen niedrigen Impedanz wie derjenigen der Speiseleitung 14. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den Ausführungsformen der Fig. 3, 5 und 6 insofern, als die Länge des Stabantennenelements 11 im wesentlichen gleich einem Viertel der Wellenlänge ist und daß das Spulenantennenelement 16 mit der Spitze des Stabantennenelements 11 verbunden ist, anstatt daß es unmittelbar oberhalb des Metallzylinders 12 vorgesehen ist. Wenn sich das Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen Position befindet, arbeitet das Spulenantennenelement 16 zusammen mit dem Stabantennenelement 11 als Halbwellenantenne, während, wenn sich die Stabantenne 11 in der in den Metallzylinder 12 zurückgezogenen Position befindet, das Spulenantennenelement 16 genau oberhalb des Metallzylinders 12 positioniert ist und als Viertelwellenantenne arbeitet.
Die Fig. 9A und 9B stellen Längsschnittansichten dar, die eine fünfte Ausführungsform der Antennenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen. Diese Ausführungsform hat mit der Ausführungsform von Fig. 8 das Vorsehen des gleichen Koaxialimpedanzwandlers gemeinsam, unterscheidet sich von ihr jedoch insofern, als sich die Stabantenne 11 aus einem ersten Stab 11&sub1; und einem zweiten Stab 11&sub2; zusammensetzt und eine Länge aufweist, die gleich der halben Wellenlänge ist, wenn sie herausgezogen ist, und das Viertelwellenspulenantennenelement 16 an der Spitze des ersten Stabs 11&sub1; montiert ist, jedoch elektrisch von ihm isoliert ist. Wenn das Stabantennenelement 11 in den Metallzylinder 12 zurückgezogen ist, stellt der Kontaktanschluß C3 am unteren Ende des Spulenantennenelements 16 einen Kontakt mit dem Kontaktmetallelement 18 her und ist somit mit der Niederimpedanzkoaxialleitung unter Verwendung des zweiten Stabs 11&sub2; als Innenleiter verbunden.
Bei dem obigen Antennenaufbau arbeitet, wenn sich das Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen Position befindet, nur das Stabantennenelement 11 als Halbwellenantenne, während, wenn sich das Stabantennenelement 11 in der zurückgezogenen Position befindet, nur das Spulenantennenelement 16 als Viertelwellenantenne arbeitet.
Die Fig. 10A und 10B sind Längsschnittansichten einer sechsten Ausführungsform, die eine modifizierte Form der Ausführungsform von Fig. 9 ist. Bei dieser Ausführungsform ist das Spulenantennenelement 16 durch ein umgedrehtes F-Antennenelement 32 ersetzt, das an dem Gehäuse 9 befestigt ist und über eine Speiseleitung 31 mit dem elastischen Kontaktanschluß C3 verbunden ist, der nahe dem Kontaktmetallelement 18 vorgesehen ist. Wenn sich das Stabantennenelement 11 in der zurückgezogenen Position befindet, stellt die an der Spitze des ersten Stabs 11, montierte Metallscheibe 11C den Kontakt mit dem Kontaktanschluß C3 her, wodurch das umgekehrte F-Antenneneiement 32 mit dem zurückgezogenen Stabantennenelement 11 verbunden wird, das den Innenleiter der Niederimpedanzkoaxialleitung bildet.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Fig. 3, 5, 6, 8, 9 und 10 verwenden das isolierende Führungsrohr 19 zum Führen des Stabantennenelements 11 in die zurückgezogene Position und weisen somit den Nachteil auf, daß der feine Draht 13 unweigerlich von der Mittelachse des Metallzylinders 12 entfernt angeordnet ist. Bei diesen Ausführungsformen muß jedoch, wie in den Fig. 11 A und 11B gezeigt, das isolierende Führungsrohr 19 nicht immer vorgesehen sein, und der am unteren Ende der isolierenden Trägerplatte 19A befestigte feine Metalldraht 13 kann, ebenfalls als Führung, auf der Mittelachse des Metallzylinders 12 angeordnet werden. Der feine Draht 13 ist ein elastischer Draht, und wenn sich das aus dem rohrförmigen Element aus Metall gebildete Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen Position befindet, bleibt der obere Endabschnitt des Drahts 13 immer noch in dem rohrförmigen Teil des Antennenelements 11 und stellt einen Gleitkontakt zu diesem her.
Bei dieser Ausführungsform weist der zylindrische isolierende Halter 17 einen Abschnitt mit großem Durchmesser auf, dessen Innendurchmesser nahezu gleich dem Außendurchmesser des Metallzylinders 12 ist, und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser, der von dem Abschnitt mit großem Durchmesser aus nach oben hervorragt und dessen Außendurchmesser kleiner als derjenige des Metallzylinders 12 ist, und der Abschnitt mit großem Durchmesser ist in den oberen Endabschnitt des Metallzylinders 12 koaxial zu ihm eingesetzt. Das Spulenantennenelement 16 ist um den Abschnitt mit kleinem Durchmesser des Halters 17 herum angeordnet, und der obere Endabschnitt des Antennenelements 16 ragt von der Oberseite des Halters 17 nach oben. Wenn das Stabantennenelement 11 in den Metallzylinder 12 zurückgezogen ist, stellen die Metallscheibe 11C und der Kontaktanschluß C3 an der Spitze des Spulenantennenelements 16 einen elastischen Kontakt zueinander her.
Wenn der Aufbau dieser Ausführungsform, bei der der feine Draht 13 in den rohrförmigen Teil des Stabantennenelements 11 eingesetzt ist, um als Führung zu dienen, bei den oben beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt wird, bei denen sich das Stabantennenelement 11 aus dem ersten und zweiten Stab 17, bzw. 112 zusammensetzt, braucht nicht gesagt zu werden, daß der erste Stab 11, aus einem rohrförmigen Element aus Metall gebildet ist, um das Einsetzen des feinen Drahts 13 in ihn zu ermöglichen, wenn das Stabantennenelement 11 in den Metallzylinder 12 zurückgezogen wird. Dieser Aufbau ist ebenfalls bei den unten unter Bezug auf die Fig. 12 und 16 beschriebenen Ausführungsformen einsetzbar.
Die Fig. 12A bis 12D steilen eine siebte Ausführungsform der Antennenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung dar, bei der eine Spaltantenne 20 in der Ausführungsform von Fig. 5 vorgesehen ist, um eine kleine Diversity-Antenne zur Verwendung bei tragbaren Radios bzw. Funkgeräten zu bilden, die selbst dann einen hohen Gewinn erzielen, wenn sich das Stabantennenelement 11 in der zurückgezogenen Position befindet. Das Gehäuse 9 ist aus einem dielektrischen Material wie beispielsweise einem Kunstharz gebildet. An der Außenseite des oberen Abschnitts kleinen Durchmessers des isolierenden Halters 17, der an der Spitze des Metallzylinders 12 montiert ist, ist das Spulenantennenelement 16 praktisch koaxial mit dem Stabantennenelement 11 angeordnet. Wenn sich das Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen Position befindet, ist das Spulenantennenelement 16 gegenüber dem Stabantennenelement 11 und dem Impedanzwandler 10 isoliert.
Ein aus Metall hergestelltes rohrförmiges Gleitkontaktelement 18 ist in den rohrförmigen isolierenden Halter 17 eingesetzt, wobei die Achse des ersteren im wesentlichen mit der Achse des Außenleiters 12 ausgerichtet ist, und das Stabantennenelement 11 ist gleitend verschiebbar im rohrförmigen Gleitkontaktelement 18 aufgenommen. Das Stabantennenelement 11 weist an seinem unteren Ende einen Flansch 11B auf, um zu verhindern, daß es aus dem rohrförmigen Gleitkontaktelement 18 herausgezogen wird. Der Abschnitt 13a kleinen Durchmessers des Innenleiters 13 ist mit dem rohrförmigen Gleitkontaktelement 18 verbunden und elektrisch dadurch mit dem Stabantennenelement 11 verbunden. Die Länge des Spulenantennenelements 16 über die gesamte Spule ist nahezu gleich einem Viertel der Wellenlänge ausgewählt. Das Stabantennenelement 11 weist eine Länge auf, die im wesentlichen gleich der halben Wellenlänge ist, wenn sie herausgezogen ist.
Das Spulenantennenelement 16 und die Metallscheibe 11C müssen nur elektrisch miteinander verbunden sein und brauchen daher nicht immer mechanisch in Kontakt zueinander stehen. Daher kann durch Ausnutzung der durch die Nähe des Spulenantennenelements 16 und der Metallscheibe 11C, die in nur geringem Abstand von ihm angeordnet ist, gebildete Kapazität Strom an das Spulenantennenelement 16 geliefert werden.
Bei diesem Kontaktzustand bleibt das innere Ende des Stabantennenelements 11 in dem Abschnitt 13b großen Durchmessers des Innenleiters 13, und das Stabantennenelement 11 ist über den Abschnitt 13b großen Durchmessers mit der Speiseleitung 14 elektrisch verbunden, mit dem Ergebnis, daß das Spulenantennenelement 16 über das Stabantennenelement 11 erregt wird. Bei dieser Ausführungsform stößt der am unteren Ende des Stabantennenelements 11 befestigte Flansch 11B an die Blockierendplatte des Abschnitts 13b großen Durchmessers an, um die Abwärtsbewegung des Stabantennenelements 11 weiter zu begrenzen.
Bei diesem Beispiel ist das Stabantennenelement 11 teleskopisch, und dessen zweiter Stab 11&sub2; nahe dem Impedanzwandler 10 ist rohrförmig, und der erste Stab 11, weist einen kleineren Durchmesser als der zweite Stab 11&sub2; auf, so daß der erstere in den zweiten gleitend hinein- und aus ihm herausgeschoben werden kann.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Spulenantennenelement 16 in einem Kegelstumpfabschnitt 9b angeordnet, der von der oberen Wand 9a des Gehäuses 9 hervorsteht. Der Koaxialimpedanzwandler 10 ist an dem Gehäuse 9 an dessen Innenseite befestigt, um daran die Antennenanordnung zu befestigen. Die Speiseleitungen 14 und 24 sind mit Empfangsabschnitten 30 und 35 im Gehäuse 9 verbunden, und die empfangenen Ausgangssignale werden in einem nicht gezeigten Kombinierungsteil Diversity-kombiniert.
Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Länge des Stabantennenelements 11 und die Länge des Außenleiters 12 als etwa λ/2 bzw. λ/4 beschrieben wurden, kann die Länge des Stabantennenelements 11 beliebig sein, wobei in diesem Fall die Länge und die charakteristische Impedanz des Koaxialimpedanzwandlers 10 nur nach Maßgabe der Länge des Stabantennenelements 11 geeignet gewählt zu werden braucht. Es ist beispielsweise möglich, die Länge des Stabantennenelements 11 zu 0,7 λ zu wählen und es um maximal 30º nach oben in die das Stabantennenelement 11 enthaltende Vertikalebene zu richten, oder die Länge des Stabantennenelements 11 zu 0,3 λ zu wählen und es um etwa maximal 30º nach unten zu richten. Die Richtung der maximalen Richtwirkung des Stabantennenelements 11 mit einer Länge von 0,5 λ in der Vertikalebene ist übrigens die Horizontalrichtung (die Lateralrichtung).
In den Fig. 13 bis 15 sind die Ergebnisse von Experimenten gezeigt, die mit der Antennenanordnung der Ausführungsform von Fig. 12 ausgeführt wurden. Die in den Fig. 13 bis 15 gezeigten Werte sind Impedanzcharakteristika, die in dem Fall gemessen wurden, in dem der Außenleiter 12 5 cm lang war und einen Durchmesser von 1 cm aufwies, das Stabantennenelement 11 10 cm lang war und das Spulenantennenelement 16 einen Durchmesser von 1 cm aufwies und eine Anzahl von 2,5 Windungen aufwies, der Spalt 12G 5 cm Lang und 3 mm breit war, der Kondensator 21 eine Kapazität von 1 pF aufwies und der Koaxialimpedanzwandler 10 in einem elektrischen Gehäuse 9 mit einem Volumen von etwa 200 cm³ angeordnet war. Fig. 13A zeigt die Echodämpfungscharakteristik des Stabantennenelements 11, wenn es herausgezogen war, Fig. 13B die Echodämpfungscharakteristik der Spaltantenne 20, wenn das Stabantennenelement 11 sich in der herausgezogenen Position befand, Fig. 14A die Kopplungscharakteristik des Stabantennenelements 11 und der Spaltantenne 20, wenn erstere sich in der herausgezogenen Position befand, und Fig. 14B die Charakteristik des Stabantennenelements 11, wenn es sich in der zurückgezogenen Position befand.
Fig. 13A und 13B zeigen, daß, wenn sich das Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen Position befindet, es mit einer Frequenz von etwa 1,44 GHz in Resonanz schwingt und die Spaltantenne 20 mit einer Frequenz von etwa 1,49 GHz in Resonanz schwingt; ihre Kopplung ist maximal etwa 9 dB, und wenn das Stabantennenelement 11 zurückgezogen ist, schwingt es mit einer Frequenz von etwa 1,46 GHz in Resonanz. D. h., es wurde experimentell nachgewiesen, daß, wenn sich das Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen Position befindet, das Stabantenneneiement 11 und die Spaltantenne 20 dazu gebracht werden können, unabhängig voneinander in Resonanz zu schwingen, obwohl sie sich im gleichen Raum befinden, daß ihre Kopplung etwa 9 dA beträgt und daß das Stabantennenelement 11 dazu gebracht werden kann, mit einer beliebigen Frequenz in Resonanz zu schwingen, selbst wenn es sich in der zurückgezogenen Position befindet.
Die Fig. 15A bis 15E zeigen die Strahlungsmuster, die gemessen wurden, wenn das Stabantennenelement in der herausgezogenen Position gehalten wurde. In Fig. 15A sind die Beziehungen zwischen dem Gehäuse 9, dem Stabantennenelement 11, den Koordinatenachsen X, Y und Z, dem von der Z-Achse ausstrahlenden elektrischen Feld Eθ auf einer Kugelfläche mit deren Mittelpunkt im Ursprung 0 und dem elektrischen Feld Eφ auf einem Kreis in der X-Y-Ebene mit deren Mittelpunkt im Ursprung 0 gezeigt. Fig. 15 zeigt das Strahlungsmuster des Stabantennenelements 11 in der Horizontalebene (X-Y-Ebene), Fig. 15C das Strahlungsmuster des Stabantennenelements 11 in der Vertikalebene (Y-Z-Ebene), Fig. 15D das Strahlungsmuster der Spaltantenne 20 in der Horizontalebene (X-Y-Ebene) und Fig. 15E das Strahlungsmuster der Spaltantenne 20 in der Vertikalebene (X-Z-Ebene> .
Wie in den Fig. 15B und 15C dargestellt, ist das Strahlungsmuster des Stabantennenelements 11 in der Horizontalebene (X-Y-Ebene) praktisch rund, und das Strahlungsmuster in der Vertikalebene kommt einem Ziffer-8-förmigen Muster nahe, und der Strahlungspegel ist etwa gleich wie derjenige einer Halbwellendipolantenne. Dies zeigt, daß das Stabantennenelement 11 als Halbwellenantenne arbeitet und praktisch keine Verluste erleidet. Die Spaltantenne 20 weist ein relativ unidirektionales Muster in der Horizontalebene auf, und der Strahlungspegel ist um etwa 3 dB kleiner als bei der Dipolantenne. Des weiteren lag die Korrelationsfunktion der beiden Antennen, die im Freien gemessen wurde, unterhalb 0,6, obwohl sie sich im gleichen Raum befanden. Aus den Strahlungsmustern und dem gemessenen Wert der Korrelationsfunktion ist ersichtlich, daß auch der Richtwirkungseffekt zufriedenstellend ist. Somit ermöglicht dieser Antennenaufbau die Implementierung einer Antennenanordnung, die einen hohen Gewinn und eine Breitbandcharakteristik aufweist, den Einfluß des Antennengehäuses abschwächt und einen hohen Gewinn erzielt, wenn sich das Stabantennenelement in der zurückgezogenen Position befindet und die als Diversity-Antenne sehr klein gemacht werden kann.
Die Fig. 16A und 16B stellen eine achte Ausführungsform der Antennenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Bei dieser Ausführungsform arbeitet, wenn es sich in der herausgezogenen Position befindet, nur das Stabantennenelement 11 als Antenne, während, wenn sich das Antennenelement 11 in der zurückgezogenen Position befindet, nur die Spaltantenne 20 als Antenne arbeitet. Wie es bei der Ausführungsform von Fig. 12 der Fall ist, ist das Stabantennenelement 11 gleitend verschiebbar im Koaxialimpedanzwandler 10 aufgenommen. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich das isolierende Führungsrohr 19 nahezu über die gesamte Länge des Außenleiters 12. Außerdem ist das rohrförmige Gleitkontaktelement 18 ebenfalls so vorgesehen, daß es das Stabantennenelement 11 gleitend verschiebbar aufnehmen kann.
Bei dieser Ausführungsform ist das andere Ende der Speiseleitung 24 für die Spaltantenne 20 am Anschlußpunkt des Impedanzwandlers 10 und der Speiseleitung 14 parallel zur Speiseleitung 14 geschaltet. Die Länge des Impedanzwandlers 10 wird nahezu gleich einem Viertel der Wellenlänge gewählt. Des weiteren ist eine Kurzschlußanordnung 11C vorgesehen, um das hervorragende Ende des Stabantennenelements 11 mit dem Außenleiter 12 zu verbinden, wenn sich das Stabantennenelement 11 in der zurückgezogenen Position befindet. Bei dem dargestellten Beispiel ist der obere Endabschnitt des Stabantennenelements 11 in einem im wesentlichen rechten Winkel abgebogen, um die Kurzschlußanordnung 11C zu bilden. Um einen guten Kontakt der Kurzschlußanordnung 11C mit dem Außenleiter 12 sicherzustellen, erstreckt sich ein kleines Kontaktstück 12C von der Randkante des Außenleiters 12 in der Nähe des Stabantennenelements 11 zum Innenleiter 12 hin, so daß sich die Kurzschlußanordnung 11C nach unten in Kontakt mit den kleinen Kontaktstücken 12C bewegt, wenn das Stabantennenelement 11 zurückgezogen wird. Um zu verhindern, daß sich das Stabantennenelement 11 um seine Achse dreht, ist beispielsweise sein Flansch 11B (vgl. Fig. 12C und 12D) teilweise abgeschnitten, und eine Rippe ist an der Innenfläche des Führungsrohrs 19 in Axialrichtung gebildet, so daß sie in Eingriff mit der Kerbe des Flansches 11B gleitet.
Die Kapazität des Kondensators 21 ist so gewählt, daß, wenn sich das Stabantennenelement in der zurückgezogenen Position befindet, die Spaltantenne 20 mit einer gewünschten Frequenz in Resonanz schwingt und die Impedanz auf der Seite der Speiseleitung 24 aus Sicht des Anschlußpunkts der Speiseleitungen 14 und 24 gleich der charakteristischen 50-Ohm-Impedanz des Koaxialkabels wird. Wenn sich das Stabantennenelement 11 in der herausgezogenen Position befindet, ist die Resonanzfrequenz der Spaltantenne 20 niedrig, und das Frequenzband ist schmal; daher wird die Impedanz an der Seite der Speiseleitung 24 aus Sicht des Anschlußpunkts der Speiseleitungen 14 und 24 sehr groß gemacht.
Wenn das Stabantennenelement 11 herausgezogen ist, ist daher die Impedanz der Spaltantenne 20 aus Sicht des Anschlußpunkts der Speiseleitungen 14 und 24 sehr hoch, und nur die Impedanz des Stabantennenelements 11, vom Koaxialimpedanzwandler 10 auf 50 Ohm gewandelt, wird beobachtet, und das Stabantennenelement 11 strahlt ab. Andererseits wird, wenn das Stabantennenelement 11 zurückgezogen ist, der Koaxialimpedanzwandler 10 aus Sicht des Anschlußpunkts der Speiseleitungen 14 und 24 eine λ/4-Kurzschlußleitung und liefert eine unendliche Impedanz, da die Spitze des Wandlers 10 durch die Kurzschlußanordnung 11C kurzgeschlossen ist. Da jedoch die Spaltantenne 20 auf 50 Ohm angepaßt ist, wird über die Speiseleitung 14 Strom an die Spaltantenne 20 geliefert, und die Spaltantenne 20 strahlt ab.
Dieser Antennenaufbau kann auf eine Diversity-Antenne angewendet werden, indem zwei Spalte gebildet werden und indem einer von ihnen als Spaltantenne ausschließlich für die Diversity- Antenne verwendet wird. Somit ermöglicht dieser Antennenaufbau die Implementierung einer Antennenanordnung, die einen hohen Gewinn und eine Breitbandcharakteristik aufweist, den Einfluß des Antennengehäuses vermindert und einen hohen Gewinn erzielt, wenn sich das Stabantennenelement in der zurückgezogenen Position befindet, und die als Diversity-Antenne sehr klein gemacht werden kann.

Claims

1. Antennenanordnung, umfassend:

einen Metallzylinder (12);

einen Innenleiter (13), der sich in dem Metallzylinder längs dessen Mittelachse erstreckt, um zusammen mit dem Metallzylinder eine Koaxialleitung zu bilden;

ein Stabantennenelement (11) als erstes Antennenelement, das längs der Mittelachse des Metallzylinders zwischen einem herausragenden Zustand, in dem es aus dem Metallzylinder herausragt, und einem zurückgezogenen Zustand, in dem es in den Metallzylinder zurückgezogen ist, bewegbar ist; und

ein zweites Antennenelement (16), das an das Stabantennenelement angeschlossen ist, wenn sich das Stabantennenelement in seinem zurückgezogenen Zustand befindet;

gekennzeichnet durch

eine Gleitkontaktanordnung (18), die dazu dient, daß ein Ende des Innenleiters einen Gleitkontakt mit dem Stabantennenelement bildet, wobei das Stabantennenelement einen Durchmesser aufweist, der größer als derjenige des Innenleiters ist; und

eine Speiseleitung (14) mit einem an den Innenleiter angeschlossenen Kernleiter (14a) und einem Außenleiter 114b), der an den Metallzylinder an dessen einem Ende angeschlossen ist, das von dem Stabantennenelement abgewandt ist; wobei,

wenn sich das Stabantennenelement in seinem zurückgezogenen Zustand befindet, das innere Ende des Stabantennenelements einen Kontakt mit dem Kernleiter (14a) der Speiseleitung herstellt, um zusammen mit dem Metallzylinder eine Koaxialleitung zu bilden, die im wesentlichen die gleiche Impedanz wie die Speiseleitung aufweist und das zweite Antennenelement mit der Speiseleitung verbindet, während,

wenn sich das Stabantennenelement in seinem herausragenden Zustand befindet, das zweite Antennenelement nicht mit dem Stabantennenelement verbunden ist und der Metallzylinder und der Innenleiter einen Koaxialimpedanzwandler bilden, der die Impedanzen des Stabantennenelements und der Speiseleitung anpaßt und diese untereinander verbindet.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, bei der das zweite Antennenelement (16) ein Spulenantennenelement ist, das an der Oberseite des Metallzylinders (12) so angebracht ist, daß es einen Teil des Stabantennenelements (11) umgibt, das Stabantennenelement in der Nähe seines oberen Endes einen Kontaktanschluß (11C) aufweist, der sich im rechten Winkel zu dessen Axialrichtung erstreckt, und der Kontaktanschluß einen Kontakt mit dem Spulenantennenelement herstellt, wenn das Stabantennenelement in den Metallzylinder zurückgezogen ist.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 2, bei der das Spulenantennenelement (16) eine Zwischenanzapfung (16T) aufweist, die einen Kontakt mit dem Kontaktanschluß (11C) herstellt, wenn das Stabantennenelement (11) in den Metallzylinder zurückgezogen ist.

4. Antennenanordnung nach Anspruch 3, bei der ein Ende des Spulenantennenelements (16) über einen Kondensator (15) an die Gleitkontaktanordnung (18) angeschlossen ist.

5. Antennenanordnung nach Anspruch 1, bei der der Innenleiter (13) einen rohrförmigen Abschnitt großen Durchmessers für den mit der Speiseleitung (14) verbundenen Abschnitt aufweist und das in den Metallzylinder zurückgezogene Stabantennenelement in den rohrförmigen Abschnitt großen Durchmessers des Innenleiters eingesetzt ist.

6. Antennenanordnung nach Anspruch 1, bei der das zweite Antennenelement (16) ein Spulenantennenelement ist, das am oberen Ende des Stabantennenelements angeordnet ist, jedoch elektrisch gegenüber ihm isoliert ist.

7. Antennenanordnung nach Anspruch 1, bei der das zweite Antennenelement ein umgedrehtes F-Antennenelement (32) ist, das in der Nähe des oberen Endes des Metallzylinders (12) angeordnet ist.

8. Antennenanordnung nach Anspruch 1, bei der das Stabantennenelement (11) einen ersten und einen zweiten Stab (11&sub1;, 11&sub2;) umfaßt, von denen einer in den anderen zurückziehbar ist, das Stabantennenelement eine Länge von etwa der halben Wellenlänge aufweist, die verwendet wird, wenn es ausgezogen ist, und die Länge des Metallzylinders (12) etwa ein Viertel der verwendeten Wellenlänge ist.

9. Antennenanordnung, umfassend:

einen Metallzylinder (12);

einen Innenleiter (13), der sich in dem Metallzylinder längs dessen Mittelachse erstreckt und zusammen mit dem Metallzylinder eine Koaxialleitung bildet;

ein Spulenantennenelement (16) als zweites Antennenelement, das an einem Ende an die Spitze des Stabantennenelements angeschlossen ist;

gekennzeichnet durch

eine Speiseleitung (14) mit einem an den Innenleiter angeschlossenen Kernleiter (14a) und einem Außenleiter (14b), der an den Metallzylinder an dessen einem Ende angeschlossen ist, das von dem Stabantennenelement abgewandt ist; wobei,

wenn sich das Stabantennenelement in seinem zurückgezogenen Zustand befindet, das Spulenantennenelement (16) aus dem oberen Ende des Metallzylinders herausragt und das innere Ende des Stabantennenelements einen Kontakt mit dem Kernleiter der Speiseleitung herstellt, um zusammen mit dem Metallzylinder eine Koaxialleitung zu bilden, die im wesentlichen die gleiche Impedanz wie die Speiseleitung aufweist und das Spulenantennenelement mit der Speiseleitung verbindet, während,

wenn sich das Stabantennenelement in seinem herausragenden Zustand befindet, das Stab- und das Spulenantennenelement zusammen eine einzige Antenne bilden und der Metallzylinder und der Innenleiter einen Koaxialimpedanzwandler bilden, der die Impedanzen des Stabantennenelements und der Speiseleitung anpaßt und diese untereinander verbindet.

10. Antennenanordnung nach Anspruch 9, bei der das Stabantennenelement (11) eine Länge von im wesentlichen einem Viertel der verwendeten Wellenlänge aufweist und das Spulenantennenelement (16) eine Resonanzstelle bei dieser verwendeten Wellenlänge aufweist.

11. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 9, bei der ein isolierendes Führungsrohr (19) zum Führen und Zurückziehen des Stabantennenelements (11) dort hinein in dem Metallzylinder (12) vorgesehen ist, die Mittelachse des Führungsrohrs und diejenige des Metallzylinders in Ausrichtung zueinander gehalten sind, der Innenleiter (13) über die Außenumfangsfläche des Führungsrohrs in dessen Axialrichtung verläuft und die Gleitkontaktanordnung (18) ein Metallstück ist, das mit einem Ende des Innenleiters verbunden ist und einen Gleitkontakt mit dem Stabantennenelement herstellt.

12. Antennenanordnung nach Anspruch 11, bei der das die Gleitkontaktanordnung (18) bildende Metallstück ein ringförmiges Element ist und das Stabantennenelement (11) zur Herstellung eines Gleitkontakts mit ihm in dieses eingesetzt ist.

13. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 9, bei der das Stabantennenelement (11) ein rohrförmiges Element ist, der Innenleiter (13) ein elastischer Draht ist, der längs der Mittelachse des Metallzylinders (12) angeordnet ist und dessen oberer Endabschnitt in das rohrförmige Element eingesetzt ist, um das Stabantennenelement zu führen, wenn es in den Metallzylinder zurückgezogen wird, wobei der Spitzenendabschnitt des elastischen Drahts die Gleitkontaktanordnung bildet, die einen Gleitkontakt mit dem Stabantennenelement in dem rohrförmigen Element herstellt.

14. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 9, bei der der Metallzylinder (12) einen in dessen Axialrichtung gebildeten Spalt (12G) zur Bildung einer Spaltantenne aufweist, und ein Kernleiter sowie ein Außenleiter einer anderen Speiseleitung (24) an am Spalt gegenüberliegenden Randkanten des Metallzylinders angeschlossen sind.

15. Antennenanordnung nach Anspruch 14, bei der ein Kondensator (21) zur Frequenzeinstellung mit den beiden am Spalt (12G) gegenüberliegenden Randkanten des Metallzylinders (12) verbunden ist.

16. Antennenanordnung nach Anspruch 1, bei der der Metallzylinder (12) einen längs seiner Axialrichtung gebildeten Spalt (12G) zur Bildung einer Spaltantenne aufweist; und bei der eine zweite Speiseleitung (24) an einem Ende der Spaltantenne angeschlossen ist.

17. Antennenanordnung nach Anspruch 16, bei der das zweite Antennenelement (16) ein Spulenantennenelement ist, das um einen Teil des Stabantennenelements (11) herum koaxial mit ihm in der Nähe des oberen Endabschnitts des Metallzylinders (12) angeordnet ist, wobei das Spulenantennenelement kapazitiv mit dem Stabantennenelement gekoppelt ist, wenn das Stabantennenelement in den Metallzylinder zurückgezogen ist.

18. Antennenanordnung nach Anspruch 16, bei der

das zweite Antennenelement (16) ein Spulenantennenelement (16) umfaßt, das um einen Teil des Stabantennenelements (11) herum koaxial mit ihm in der Nähe des oberen Endabschnitts des Metallzylinders (12) angeordnet ist, wobei das Spulenantennenelement gegenüber der Stabantenne und dem Metallzylinder elektrisch isoliert ist;

die Gleitkontaktanordnung (18) mit der Spitze des Innenleiters (13) verbunden ist und einen Gleitkontakt mit dem Stabantennenelement herstellt; und

ein Kontaktanschluß (11C) sich von der Spitze des Stabantennenelements aus im rechten Winkel zu dessen Achse erstreckt und einen Kontakt mit einem Ende des Spulenantennenelements herstellt, wenn das Stabantennenelement in den Metallzylinder zurückgezogen ist.

19. Antennenanordnung nach Anspruch 18, bei der ein isolierendes Führungsrohr (19) in dem Metallzylinder (12) im wesentlichen längs dessen Mittelachse zur Führung des in dieses eingesetzten Stabantennenelements (11) angeordnet ist und bei der der Innenleiter (13) über die Außenumfangsfläche des Führungsrohrs in dessen Axialrichtung verläuft.

20. Antennenanordnung nach Anspruch 19, bei der die Gleitkontaktanordnung (18) ein ringförmiges Metallelement ist, welches das in dieses eingesetzte Stabantennenelement (11) hält.

21. Antennenanordnung nach Anspruch 16, bei der

das Stabantennenelement (11) an seiner Spitze einen Kurzschlußabschnitt (11C) aufweist, der in Kontakt mit dem Metallzylinder (12) steht, wenn das Stabantennenelement in den Metallzylinder zurückgezogen ist;

das andere Ende der zweiten Speiseleitung (24) parallel zur ersten Speiseleitung (14) geschaltet ist; und

die Länge der zweiten Speiseleitung so gewählt ist, daß die Impedanz an der Seite der zweiten Speiseleitung, gesehen vom Anschlußpunkt der ersten und der zweiten Speiseleitung, sehr hoch ist, wenn das Stabantennenelement aus dem Metallzylinder herausgezogen ist, und niedrig ist, wenn das Stabantennenelement in den Metallzylinder zurückgezogen ist.

22. Antennenanordnung nach Anspruch 16, 18 oder 21, bei der der Abschnitt des Innenleiters (13) in der Nähe der ersten Speiseleitung (14) einen größeren Durchmesser aufweist als der Abschnitt des Innenleiters in der Nähe des Stabantennenelements (11).

23. Antennenanordnung nach Anspruch 16, 18 oder 21, bei der die Länge des Stabantennenelements (11) etwa die Hälfte der Betriebswellenlänge ist und die Länge des Metallzylinders (12) in dessen Axialrichtung etwa ein Viertel dieser verwendeten Betriebswellenlänge ist.

24. Antennenanordnung nach Anspruch 16, 18 oder 21, bei der ein Kondensator (22) parallel zum Anschlußpunkt der ersten Speiseleitung (14) und der Koaxialleitung geschaltet ist.

25. Antennenanordnung nach Anspruch 18, bei der das Stabantennenelement (11) ein rohrförmiges Element ist und der Innenleiter (13) ein elastischer Draht ist, der längs der Mittelachse des Metallzylinders (12) angeordnet ist und dessen Spitze in das rohrförmige Element des Stabantennenelements eingesetzt ist, wobei der elastische Draht in dem rohrförmigen Element des Stabantennenelements gleitet, um es zu führen, wenn das Stabantennenelement in den Metallzylinder zurückgezogen wird, und die Spitze des elastischen Drahts die Gleitkontaktanordnung bildet, die einen Gleitkontakt mit dem Stabantennenelement in dessen rohrförmigem Element herstellt.