DE69731266T2

DE69731266T2 - Gemeinsame Antenne und tragbares Funkgerät mit einer derartigen Antenne

Info

Publication number: DE69731266T2
Application number: DE69731266T
Authority: DE
Inventors: Akihiro Tsuduki-ku Suguro; Shinichi Tsuduki-ku Nakada; Tooru Tsuduki-ku Obata
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1997-12-04
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2017-12-05
Also published as: DE69731266D1; EP0847103A3; EP0847103B1; CN1192596A; EP0847103A2; JPH10163731A; US6150984A; CN1120545C; JP3580654B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Nachrichtenübertragung und insbesondere eine Antenne zur Verwendung in einem tragbaren Funkgerät, das einen Satelliten nutzt, und in einem tragbaren Funkgerät zur Nachrichtenübertragung zwischen erdgebundenen Funkstationen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein tragbares Funkgerät, das die Antenne verwendet.
In den letzten Jahren ist das Konzept eines tragbaren Telefons, das einen Satelliten nutzt, vorgeschlagen worden. Ein Frequenzband von 1,6 GHz ist Nachrichtenübertragungen von einem erdgebundenen tragbaren Telefon zu einem Satelliten zugewiesen, und ein Frequenzband von 2,4 GHz ist Nachrichtenübertragungen von einem Satelliten zu einem erdgebundenen tragbaren Telefon zugewiesen. Das Frequenzband von 1,6 GHz ist ferner bidirektionalen Nachrichtenübertragungen zwischen der Erde und einem Satelliten zugewiesen.
Frequenzbänder von 800 MHz, 1,5 GHz und 1,9 GHz sind bereits erdgebundenen Nachrichtenübertragungen zugewiesen worden. Hinsichtlich einer Mehrbereichs-Antenne, die sowohl für Satellitenübertragungen als auch für erdgebundene Übertragungen verwendet wird, ist ein Verfahren zum Einspeisen von Energie in das obere Ende einer Bifilarwendelantenne vorgeschlagen worden, die eine Koaxialleitung und Zuleitungsdrähte verwendet (ungeprüfte JP-Patentveröffentlichung 9-219 621).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antenne anzugeben, die sowohl für Satellitenübertragungen als auch für erdgebundene Übertragungen verwendet werden kann, und ein tragbares Funkgerät (oder Mobiltelefon) anzugeben, das sowohl Satellitenübertragungen als auch erdgebundene Übertragungen ermöglicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Mehrbereichs-Antenne angegeben, welche die Merkmale von Anspruch 1 aufweist. Weiterentwicklungen davon sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine solche Antenne wird sowohl bei Satellitenübertragungen als auch bei erdgebundenen Übertragungen ohne das Erfordernis eines mechanischen Vorgangs verwendet, indem ein lineares Strahlerelement über ein kapazitives Element an dem Vorderende eines Versorgungsstifts angebracht wird, der einer Microstrip-Flächenantenne einen Hochfrequenzstrom zuführt.
Eine Mehrbereichs-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Microstrip-Flächenantenne 1 (nachstehend einfach als MSA bezeichnet), eine kapazitives Element 7 und ein lineares Strahlerelement 8 auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Mehrbereichs-Antenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Ansicht, die eine Verbundantenne zeigt, die durch Verbindung einer Wendelantenne mit dem unteren Ende der Mehrbereichs-Antenne gebildet ist;
3 ist eine allgemeine Ansicht, die ein Beispiel eines tragbaren Funkgeräts zeigt, das die in 2 gezeigte Verbundantenne hat, die stabförmig ausgebildet ist.
4 ist ein Diagramm, welches das Resultat der Messung von Charakteristiken zeigt, die von der in 3 dargestellten Antenne bei einer Satellitenübertragungsfrequenz und einem Frequenzband von erdgebundenen tragbaren Telekommunikationseinrichtungen abgestrahlt werden; und
5 ist ein Blockbild, das die Schaltung der Antenne des in 3 dargestellten tragbaren Funkgeräts zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine schematische Darstellung, welche die Konfiguration einer Mehrbereichs-Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Zeichnung bezeichnet 1 eine Microstrip-Flächenantenne (MSA); 1a einen Versorgungsstift, 1b ein patchförmiges Strahlerelement; 1c ein dielektrisches Substrat; 4 einen Erdleiter (Leiterplatte); 7 ein kapazitives Element; und 8 ein lineares Strahlerelement.
Die MSA 1 arbeitet als zirkular polarisierte Antenne bei der ersten Frequenz durch entsprechende Auslegung der dielektrischen Konstanten oder Dimension eines dielektrischen Substrats 1c; eines Parameters der dielektrischen Substanz, wie etwa der Dicke; der Dimension des patchförmigen Strahlerelements 1b, das an das dielektrische Substrat 1c angepaßt ist; oder der Position des Versorgungsstifts 1a. Wie 2 zeigt, arbeitet das lineare Strahlerelement 8 bei der zweiten Frequenz als geerdete linear polarisierte Viertelwellenantenne mittels einer Wendelantenne, die unter dem Erdleiter 4 positioniert ist.
Nachstehend wird ein Fall erläutert, in dem die MSA 1 als zirkular polarisierte Antenne arbeitet. Beispielsweise ist ein patchförmiges Strahlerelement 1b an dem dielektrischen Substrat 1c angebracht, so daß eine Einzelpunkt-Rückkopplungs-MSA 1 gebildet ist. Wenn eine längere Seite der MSA 1 mit A und eine kürzere Seite derselben mit B bezeichnet ist, dann ist die MSA 1 so ausgebildet, daß 100 × A/B = ungefähr 102 bis 103% erhalten wird.
Dabei schwingt die längere Seite A bei einer vergleichsweise niedrigen Frequenz, so daß elliptisch polarisierten Charakteristiken auftreten. Die kürzere Seite B schwingt bei einer vergleichsweise hohen Frequenz, so daß elliptisch polarisierte Charakteristiken auftreten, die zu den vorstehenden elliptisch polarisierten Charakteristiken orthogonal sind. Die MSA 1 arbeitet bei einer Frequenz zwischen diesen elliptisch polarisierten Charakteristiken als zirkular polarisierte Antenne.
Um eine Versorgungsleitung 6 mit dem Versorgungsstift 1a zu verbinden, wird eine Impedanzanpassung gewährleistet, indem die Position des Versorgungsstifts 1a eingestellt wird. Dabei ist es wichtig, daß der Versorgungsstift 1a an einem Schnittpunkt von Diagonalen der MSA 1 derart positioniert ist, daß 100 × (A – B)/A mit einem Wert von ungefähr 30% erhalten wird.
Es folgt eine Erläuterung der Kopplung zwischen der MSA 1 und dem linearen Strahlerelement 8. Das kapazitive Element 7, wie etwa ein Kondensator, ist mit dem oberen Ende des Energieversorgungsstifts 1a der MSA 1 verbunden. Das lineare Strahlerelement 8, wie etwa eine Wendelantenne, ist mit der Oberseite des kapazitiven Elements 7 verbunden. Durch das kapazitive Element 7 ist eine Störung zwischen der zirkular polarisierten Antenne, die bei der ersten Frequenz arbeitet, und der linear polarisierten Antenne, die bei der zweiten Frequenz arbeitet, verringert. Insbesondere wird eine Strahlungscharakteristik der zirkular polarisierten Welle verbessert.
2 zeigt ein Beispiel einer Verbundantenne 12, die durch Kombination einer Verbundantenne, die von der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung (JP-Patentanmeldung 8-196 038) vorgeschlagen wird, und der in 1 gezeigten Mehrbereichs-Antenne gebildet ist. Eine Wendelantenne 2, die unterhalb der MSA 1 angeordnet ist, weist lineare Strahlerelemente 2b auf, die mit dem Erdleiter 4 der MSA 1 elektrisch verbunden sind und Energie empfangen. Die Wendelantenne 2 des vorliegenden Beispiels ist zu einer Vierdraht-Wendelantenne als einem repräsentativen Beispiel der Wendelantenne ausgebildet.
In 2 sind gleiche Elemente wie die in 1 gezeigten mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das Bezugszeichen 2a bezeichnet eine dielektrische Säule (eine dielektrische säulenartige Abstützung), um die herum die linearen Strahlerelemente 2b gewickelt sind. 2c ist eine isolierende Substanz, die zwischen den linearen Strahler elementen 2b angeordnet ist, um einen direkten Kontakt an einem Schnittpunkt der linearen Strahlerelemente 2b an dem unteren Ende der Wendelantenne 2 zu verhindern.
2d ist ein Schnittpunkt, an dem die linearen Strahlerelemente 2b einander schneiden, und zwar ohne physischen Kontakt aufgrund der Anwesenheit der isolierenden Substanz 2c. 3 bezeichnet einen Speisepunkt, welcher der MSA 1 und der Wendelantenne 2 gemeinsam ist.
Der Versorgungsstift 1a ist mit einer Versorgungsleitung (einer Koaxialleitung) 6 verbunden, die durch das dielektrische Substrat 1c verläuft und außer Kontakt mit Löchern bleibt, die in dem Erdleiter 4 gebildet sind. Die lineare Antenne 8 ist mit dem oberen Ende der Versorgungsleitung 6 über das kapazitive Element 7 elektrisch verbunden.
3 zeigt ein Beispiel der in 2 dargestellten Verbundantenne 12, die zu einem Stab geformt und an einem tragbaren Funkgerät 11 angebracht ist. 4 zeigt das Resultat der Messung von Strahlungscharakteristiken der Verbundantenne 12, die über den Längs-Querschnitt der Verbundantenne 12 bei den Frequenzbändern von 1,6 GHz und 800 MHz mit einer Konfiguration gebildet sind, die zu der in 2 gezeigten äquivalent ist.
Charakteristiken, die in der unteren rechten und linken Richtung abgestrahlt werden, werden bei einem Frequenzband von 800 MHz abgestrahlt. Die hauptsächlich in einer Aufwärtsrichtung abgestrahlte Charakteristik wird bei einem Frequenzband von 1,6 GHz abgestrahlt. In 3 sind gleiche Elemente wie die in 2 gezeigten mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Verbundantenne 12 ist mit einem Antennenhaltezylinder 13 ummantelt und so ausgebildet, daß sie sich um eine Drehachse A dreht. Wenn das tragbare Funkgerät 11 auf einen ankommendes Anruf wartet, kann die Verbundantenne 12 zum Kollabieren in Richtung eines Gehäuses des tragbaren Funkgeräts 11 gebracht werden. Eine einge baute Microstrip-Flächenantenne (MSA) 30 ist an der Innenseite einer oberen Oberfläche des Gehäuses des tragbaren Funkgeräts 11 vorgesehen.
Eine Diversityantenne wird von der MSA 30 und der Verbundantenne 12 in Kombination gebildet. Die MSA 30 hat eine Verstärkung in einem rechtsdrehenden (oder linksdrehenden) zirkular polarisierten Modus, der gleich demjenigen der Verbundantenne hauptsächlich im Zenit ist. Die Diversityantenne weist folgendes auf: die in 5 gezeigte Verbundantenne 12, die MSA 30, eine Funkeinheit 31 und eine Signalzusammensetzungseinrichtung (oder Signalwähleinrichtung) 32, welche die Verbundantenne 12 und die MSA 30 aufweist.
In 3 ist die Verbundantenne 12 mit dem Antennenfestlegezylinder 13 festgelegt und in einer erhöhten Position positioniert, die von dem Gehäuse des tragbaren Funkgeräts 11 nur um die Länge des Verbindungsabschnitts 13a beabstandet ist, so daß Verstärkungsverluste des Funkgeräts bei einem kleinen Elevationswinkel vermieden werden, die anderenfalls durch den Kopf des Benutzers während eines Anrufs verursacht würden.
Ein Anruf erfolgt, während die Verbundantenne 12 in einer aufrechten Position ist, wie in 3 gezeigt, und eine Kommunikation wird durch eine gegebene rechtsdrehende (oder linksdrehende) zirkular polarisierte Welle hergestellt. Wenn das Funkgerät 11 in einem Wartezustand ist, wird die Verbundantenne 12 zu der seitlichen Oberfläche des Gehäuses des tragbaren Funkgeräts 11 gedreht und in engen Kontakt damit gebracht.
Ein drehbarer Verbinder 33 dreht die Verbundantenne 12 in bezug auf das Gehäuse des tragbaren Funkgeräts 11. Eine in 5 gezeigte gestrichelte Linie zeigt einen kollabierten Zustand der Verbundantenne 12 als ein Resultat der Drehung. In dem kollabierten Zustand ist die Verbundantenne 12 in die Richtung orientiert, die zu ihrer Richtung beim Gebrauch des Funkgeräts 11 entgegengesetzt ist, so daß die Drehrichtung der zirkular polarisierten Welle umgekehrt ist.
Die Empfindlichkeit der Verbundantenne 12 wird also erheblich verschlechtert, und die MSA 30 arbeitet hauptsächlich dann, wenn das Funkgerät 11 in einem Wartezustand ist. 4 ist ein Diagramm, welches das Ergebnis der Messung von Charakteristiken zeigt, die von der in 3 dargestellten Antenne bei einer Satellitenübertragungsfrequenz und einem Frequenzband von erdgebundenen tragbaren Telekommunikationseinrichtungen abgestrahlt werden.
Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein tragbares Funkgerät eine Vielzahl von Funkdiensten ohne einen mechanischen Schaltvorgang bewältigen, und zwar durch Hinzufügung eines linearen Strahlerelements über ein kapazitives Element an dem Vorderende eines Versorgungsstifts, der einer Microstrip-Flächenantenne einen Hochfrequenzstrom zuführt. Da kein mechanischer Schaltvorgang erforderlich ist, wird die Zuverlässigkeit der Antenne und des Hauptkörpers des Funkgeräts verbessert.

Claims

Mehrbereichs-Antenne zur Verwendung in einem tragbaren Funkgerät, wobei die Mehrbereichs-Antenne eine Microstrip-Flächenantenne (1) mit Rückkopplung besitzt, wobei die Microstrip-Antenne folgendes aufweist: einen patchförmigen Leiter (1b), der an der einen Oberfläche einer plattenartigen dielektrischen Substanz (1c) vorgesehen ist, und eine Erdleiterplatte (4), die an der anderen Oberfläche der dielektrischen Substanz (1c) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelner Versorgungsstab (1a) mit dem patchförmigen Leiter (1b) der Microstrip-Flächenantenne (1) verbunden ist und daß ein lineares Strahlerelement (8) mit dem oberen Ende des Versorgungsstabs (1a) über ein kapazitives Element (7) elektrisch verbunden ist.
Mehrbereichs-Antenne nach Anspruch 1, wobei die Microstrip-Flächenantenne (1) eine zirkular polarisierte Antenne ist und das lineare Strahlerelement (8) eine linear polarisierte Antenne ist.
Mehrbereichs-Antenne nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Wendelantenne (2) mit einer unteren Oberfläche des Erdleiters (4) der Microstrip-Flächenantenne (1) elektrisch verbunden ist, welche die Mehrbereichs-Antenne bilden.
Mehrbereichs-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Microstrip-Flächenantenne (1) bei einer ersten Frequenz arbeitet und das lineare Strahlerelement (8) bei einer zweiten Frequenz arbeitet, die von der ersten Frequenz verschieden ist.