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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Unterdrücken von
Energie, die von einer Antennenvorrichtung abgestrahlt wird, und bezieht
sich insbesondere auf ein Verfahren zum Verhindern, dass von einer
elektromagnetischen Welle die Gefahr ausgeht, die Gesundheit des
Bedieners zu schädigen,
wenn eine solche Antennenvorrichtung an einer tragbaren Funkfernsprecheinrichtung wie
einem mobilen Satellitentelefon angebracht ist.
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In
den letzten Jahren wurden Konzepte für mobile Satellitentelefone,
die in einer niedrigen oder mittleren Umlaufbahn um die Erde kreisende
Satelliten nutzen, von verschiedenen Firmen vorgeschlagen. Im Hinblick
auf die dafür
verwendeten Frequenzbänder
gibt es zwei Satellitenübertragungsprotokolle.
In einem Protokoll wird der Verbindung von einem am Boden befindlichen
tragbaren Satellitentelefon zum Satelliten ein 1,6 GHz-Band zugeteilt,
und der Verbindung vom Satelliten zum am Boden befindlichen tragbaren
Satellitentelefon wird ein 2,4 GHz-Band zugeteilt. In dem anderen
Protokoll wird einer Zweiwegeverbindung vom Boden zum Satelliten
und vom Satelliten zum Boden ein 1,6 GHz-Band zugeteilt. Die meisten
Satellitenverbindungssysteme verwenden eine zirkular polarisierte
oder kreispolarisierte Welle.
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In
den letzten Jahren wurden Stimmen laut, dass von der elektromagnetischen
Welle eine Gefahr für
die Gesundheit der Nutzer von Mobiltelefonen ausgeht. Obwohl der
kausale Zusammenhang zwischen einer elektromagnetischen Welle und
gesundheitlicher Schädigung
gegenwärtig
noch unbekannt ist, sollte ein Verfahren zur Verhinderung, dass
eine elektromagnetische Welle eine Gefahr für die Gesundheit von Benutzern
darstellt, etabliert werden, um die Satellitenverbindung mit einem
Mobiltelefon zu bewerkstelligen, das eine elektromagnetische Welle
zum Satelliten überträgt.
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Die
EP 0 634 808 bezieht sich
auf eine erhöht
angeordnete Patch-Antenne, die für
einen weiten oberirdischen Abdeckbereich und eine zufriedenstellende
Bandbreite sorgt und sich wirtschaftlich und problemlos herstellen
lässt.
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Die
DE 4326177 bezieht sich
auf eine Antenne, bei der die Masseplatte vom Basisteil zum Kopf des
Benutzers hin so verlängert
ist, dass die Strahlung zur Benutzerseite unterdrückt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine tragbare
Funkverbindungsvorrichtung bereitzustellen, bei der verhindert wird,
dass von der elektromagnetischen Welle eine Gefahr für die Gesundheit
eines Benutzers ausgeht.
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Um
die vorstehende Aufgabe nach der Erfindung wie sie in den Ansprüchen 1 bis
3 definiert ist, zu lösen,
wird eine tragbare Funkverbindungsvorrichtung mit einem Gehäusekörper und
einer Antennenvorrichtung bereitgestellt, die mindestens einen Flächenabschnitt
aufweist, auf welchem die von der Antennenvorrichtung abgegebene
Strahlung mit einer bestimmten Polarisierung unterdrückt ist.
Die Antennenvorrichtung ist so am Gehäusekörper angebracht, dass die Strahlungsabgabeunterdrückungsfläche so angeordnet
ist, dass sie zum Betriebszeitpunkt der Benutzerseite der Verbindungsvorrichtung zugewandt
ist. Die Antennenvorrichtung umfasst eine Flachantenne, die so gerichtet
ist, dass sie im Wesentlichen in einer ersten Richtung strahlt,
und mehrere linear strahlende Elemente, die an einen Masseleiter
der Flachantenne angeschlossen und an der Antennenvorrichtung angeordnet
sind. Die linear strahlenden Elemente sind unterschiedlich lang,
so dass die Strahlung der Antennenvorrichtung, die von mindestens
einem Flächenabschnitt
von dieser abgegeben wird, in einer zweiten, zur ersten Richtung senkrechten
Richtung unterdrückt
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Antennenvorrichtung, bei der
nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung linear strahlende Elemente elektrisch
an einen Masseleiter einer Mikrostrip-Flachantenne (MSA) angeschlossen
sind;
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2 ist
eine Vorderansicht eines tragbaren Satellitentelefons, an dem die
in 1 dargestellte Antennenvorrichtung angebracht
ist;
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3A ist
eine Schnittansicht der MSA 1 entlang der Linie A-A von 3B;
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3B ist
eine Ansicht der MSA 1 genau von oben;
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die 4A und 4B sind
Ansichten von Strahlungsverläufen,
die von der Antennenvorrichtung nach einer wie in 1 gezeigten
Ausführungsform
der Erfindung ausgehen, wenn die Strahlungsverläufe jeweils in zwei Polarisierungsebenen
in der Richtung des O-W-Abschnitts gemessen wurden;
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die 5A und 5B sind
Ansichten von Strahlungsverläufen,
die von der Antennenvorrichtung nach einer wie in 1 gezeigten
Ausführungsform
der Erfindung ausgehen, wenn die Strahlungsverläufe jeweils in zwei Polarisierungsebenen
in der Richtung des S-N-Abschnitts gemessen wurden;
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die 6A und 6B sind
Ansichten von Strahlungsverläufen
einer Vergleichsantenne zum Vergleich mit der vorliegenden Erfindung,
wenn die Strahlungsverläufe
jeweils in zwei Polarisierungsebenen in der Richtung des O-W-Abschnitts gemessen
wurden; und
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die 7A und 7B sind
Ansichten von Strahlungsverläufen
einer Vergleichsantenne zum Vergleich mit der vorliegenden Erfindung,
wenn die Strahlungsverläufe
jeweils in zwei Polarisierungsebenen in der Richtung des S-N-Abschnitts gemessen wurden.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 1 bezeichnet
die Bezugszahl 1 eine Mikrostrip-Flachantenne (MSA). Im
Speziellen bezeichnet das Bezugszeichen 1a einen Einspeisungsstift
oder Feederstift der MSA; 1b ein Strahlungselement der
MSA; 1c eine dielektrisches Substrat der MSA; 1d einen
Masseleiter der MSA; 1e einen Einspeisungsstift oder Feederstift
der MSA; 2 ein rohrartiges Dielektrikum zum Haltern der
MSA; und 3E, 3W, 3S und 3N linear
strahlende Elemente oder lineare Strahlungselemente, die elektrisch
an den Masseleiter der MSA angeschlossen sind. Die Bezugszahl 4 bezeichnet
eine Speiseleitung zum Speisen der MSA 1. 2 zeigt
einen Zustand, in dem die Antennenvorrichtung an einem tragbaren Satellitentelefon
angebracht ist. In 2 bezeichnet die Bezugszahl 11 einen
Körper
eines tragbaren Satellitentelefons; 12 einen Anzeigeabschnitt; 13 einen Lautsprecher; 14 einen
Bedienabschnitt; und 15 ein Mikrofon. Die Antennenvorrichtung
von 1 ist so ausgelegt, dass die mit einem niedrigen
Erhebungswinkel zur Seite 3E abgestrahlte HF-Strahlung so untergedrückt wird,
dass sie gering ist. Wenn dementsprechend die Seite 3E der
Antennenvorrichtung wie in 2 gezeigt
zur Vorderseite des Körpers 11 des tragbaren
Satellitentelefons hin gerichtet ist, wird eine Strahlung mit relativ
hochpegeliger HF-Energie zum Kopfabschnitt eines Benutzers hin beim
Sprechen verhindert. Darüber
hinaus sind mittels des rohrartigen Dielektrikums 2 die
MSA 1 und die linear strahlenden Elemente 3E, 3W, 3S und 3N an
Stellen angeordnet, die höher
liegen als der Körper 11 des tragbaren
Satellitentelefons. Darüber
hinaus ist der Lautsprecher 13 unter dem Anzeigeabschnitt 12 angeordnet.
Entsprechend kann die Antennenvorrichtung beim Sprechen vom Kopfabschnitt
des Benutzers weiter weg gehalten werden.
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Nun
wird mit Bezug auf die 3A und 3B der
Betrieb einer vierseitigen Flachantenne zur Erzeugung einer zirkular
polarisierten Welle beschrieben. Das Strahlungselement 1b der
MSA 1 ist ein teilflächenartiges
Leiterelement, das einen geringfügigen
Unterschied zwischen den längs-
und seitlich verlaufenden Seiten aufweist. Dementsprechend schwingt
die lange Seite des Strahlungselements 1b mit einer relativ
niedrigen Frequenz f1, und die kurze Seite des Strahlungselements 1b schwingt mit
einer relativ hohen Frequenz f2. Der Betrieb der Antenne als zirkular
polarisierte Antenne wird nahe einer Frequenz f0 erzielt, die zwischen
f1 und f2 liegt, so dass die Antenne hauptsächlich in einer vertikalen Richtung
(Zenithrichtung) einen kreisförmig
polarisierten Wellentyp aufweist. Hier ist der Einspeisungsstift 1a zu
Zwecken der Impedanzanpassung seitlich von der Mitte der Flachantenne
versetzt.
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Die
Antennenvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, bei der die
linear strahlenden oder linearen Strahlungselemente 3E, 3W, 3S und 3N elektrisch
an den Masseleiter 1d der MSA 1 angeschlossen
sind, wird nachstehend beschrieben. In einem Beispiel der vorliegenden
Erfindung waren die linearen Strahlungselemente 3E, 3W, 3S und 3N aus
Kupferfolie (Breite: 12,5 mm) entsprechend den jeweiligen Seiten
des Vierseits hergestellt. Die linearen Strahlungselemente 3E, 3W, 3S und 3N leiten
die Strahlung hauptsächlich
in horizontale Richtungen (niedrige Erhebungswinkelrichtungen).
Die Längen der
linearen Strahlungselemente 3E, 3W, 3S und 3N wurden
so ausgewählt,
dass sie 9,0 cm, 4,0 cm, 8,5 cm bzw. 10 cm betrugen. Ansichten der
gemessenen Strahlungsverläufe
sind in den 4A, 4B, 5A und 5B gezeigt.
Die 4A und 4B zeigen
die Fälle,
bei denen die Strahlungsverläufe zweier
polarisierter Wellenkomponenten in der Richtung eines O-W-Schnitts
der Antennenvorrichtung gemessen wurden. Die 5A und 5B zeigen die
Fälle,
bei denen die Strahlungsverläufe
zweier polarisierter Wellenkomponenten in der Richtung eines S-N-Schnitts der Antennenvorrichtung
gemessen wurden. Insbesondere wird aus 4B deutlich, dass
die Strahlung in die E-Richtung (Osten) unterdrückt und die Strahlung in die
W-Richtung verstärkt war.
Auch in 1 war die Strahlung in die E-Richtung
(Osten) unterdrückt.
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Wenn
dementsprechend die Antenne so an einem Telefon angebracht wird,
dass wie in 2 gezeigt das lineare Strahlungselement 3E in
dieselbe Vorderrichtung wie der Empfängerabschnitt 13 gerichtet
ist, an den der Benutzer sein Ohr beim Sprechen anlegt, kann die
HF-Energie, die zum Kopfabschnitt des Benutzers hin abgestrahlt
wird, um mehrere dB gesenkt werden. Da darüber hinaus die Strahlung zur
Abwärtsrichtung
(umgekehrten Zenithrichtung) der Antenne unterdrückt wird, ist die Unterdrückung zur
Senkung der elektrischen Leistung nützlich, die von der tragbaren
Funkverbindungsvorrichtung verbraucht wird.
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Zum
Vergleich mit dem Beispiel der vorliegenden Erfindung wurde eine
Vergleichsantenne bereitgestellt, bei der die Längen der linearen Strahlungselemente 3E, 3W, 3S und 3N so
ausgewählt waren,
dass sie jeweils 14 cm betrugen. Beispiele, bei denen Strahlungsverläufe der
Vergleichsantenne gemessen wurden, sind in den 6A, 6B, 7A und 7B dargestellt.
Wie in den 6B und 7B gezeigt
ist, wurde keine der Strahlungen in die jeweiligen Richtungen E
(Ost), W, S und N unterdrückt,
so dass die Vergleichsantenne die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
nicht erfüllen
konnte. Darüber
hinaus wurde die Strahlung in der Abwärtsrichtung (umgekehrten Zenithrichtung)
der Vergleichsantenne im Verhältnis
so stark, dass sie ein Hemmnis für
die Senkung der elektrischen Leistung darstellte, die von der tragbaren
Funkverbindungsvorrichtung verbraucht wurde.
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Obwohl
die Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung für
einen Fall beschrieben wurde, bei dem alle vier linearen Strahlungselemente 3E, 3W, 3S und 3N elektrisch
direkt an den Masseleiter 1d angeschlossen waren, kann
die Anzahl der linearen Strahlungselemente, die Breite, Länge und
Montagestelle jedes linearen Strahlungselements, das Verfahren zum
Anschließen
der linearen Strahlungselemente an den Masseleiter 1d (elektrische
Kopplung, kapazitive Kopplung o. dgl.) usw. geeignet ausgewählt werden,
um sich dem erforderlichen Richtfaktor anzupassen.
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Obwohl
der Einfachheit halber eine Ausführungsform
der Erfindung beschrieben wurde, die eine vierseitige MSA verwendet,
lässt sich
die Erfindung auch unter Verwendung einer kreisförmigen MSA umsetzen. Die Form
der MSA kann wunschgemäß ausgewählt werden.
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Obwohl
ein tragbares Satellitentelefon als spezielle Ausführungsform
der Erfindung beschrieben wurde, lässt sich die Erfindung selbstverständlich auch
auf ein Mobiltelefon zur Verbindung mit einer Bodenbasisstation
anwenden.
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Wie
vorstehend beschrieben kann nach der vorliegenden Erfindung verhindert
werden, dass von einer elektromagnetischen Welle eine Gesundheitsgefahr
für einen
Benutzer ausgeht, wenn ein tragbares Telefon verwendet wird. Da
die Strahlung in die Abwärtsrichtung
(umgekehrte Zenithrichtung) der Antenne unterdrückt ist, ist die Erfindung
darüber
hinaus zur Senkung der elektrischen Leistung nützlich, die von der tragbaren
Funkverbindungsvorrichtung verbraucht wird.