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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf Antennensysteme für Funktelefone, und genauer
auf Dualband-Wendelantennensysteme und Verfahren zur Verwendung
mit tragbaren Funktelefonen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Funktelefone, die in der Technik
gut bekannt sind, beziehen sich allgemein auf Kommunikationsendgeräte, die
eine drahtlose Kommunikationsverbindung mit einem oder mehr anderen
Kommunikationsendgeräten
vorsehen können.
Derartige Funktelefone werden in einer Vielfalt von unterschiedlichen Anwendungen
verwendet, inkludierend zellulare Telefone, bewegliche (z. B. Polizei
und Feuerwachen) und Satellitenkommunikationssysteme.
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Im Wesentlichen inkludieren alle
Funktelefone einen gewissen Typ eines Antennensystems zum Übertragen
und/oder Empfangen von Kommunikationssignalen. Historisch wurden
wahrscheinlich am meisten Monopol- und Dipolantennen in verschiedenen
Funktelefonanwendungen wegen ihrer Einfachheit, Breitbandreaktion,
breitem Abstrahlungsmuster und geringen Kosten eingesetzt. Insbesondere
wurden Halbwellenlängen-
(Λ/2) Monopol- und Dipolantennen
erfolgreich in einer großen
Anzahl von Funktelefonanwendungen eingesetzt. Wie nachstehend erörtert wird,
sind jedoch derartige Antennen nicht einfach für gewisse Funktelefonanwendungen
geeignet.
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Während
die Kommunikationstechnologie gereift ist, wurde es möglich, die
Größe der meisten Funktelefone
dramatisch zu verringern, derart, dass nun viele aktuelle Funktelefonanwendungen
für mobile
Benutzer gestaltet sind, die kleine in der Hand gehaltene Funktelefone
fordern, die leicht tragbar sind und die vorzugsweise bequem in
eine Tasche des Benutzers passen. Traditionelle Halbwellenlängen- und
Viertelwellenlängen-Monopolantennen sind jedoch
für derartige
Anwendungen nicht gut geeignet, da die große Größe dieser Antennen in Bezug auf
die relativ kleine Größe von modernen
in der Hand gehaltenen Transceivern derartige Antennen für eine Verwendung
in einem in der Hand gehaltenen Funktelefon unpraktisch machen.
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Wendelantennen repräsentieren
eine potenzielle Lösung
für das
Größenproblem,
das mit Monopolantennen in Funktelefonanwendungen, die in der Hand
gehalten, in Verbindung steht. Diese Klasse einer Antenne bezieht
sich auf Antennen, die ein leitendes Glied umfassen, das in einem
Wendelmuster gewunden ist. Da das leitende Glied um eine Achse gewunden
ist, ist die axiale Länge
einer Viertelwellenlängen-
oder Halbwellenlängen-Wendelantenne
beträchtlich
kleiner als die Länge
einer vergleichbaren Viertelwellenlängen-Monopolantenne, und somit können Wendelantennen
häufig
eingesetzt werden, wo sich die Länge
einer Viertelwellenlängen-Monopolantenne
verbietet. Obwohl eine Halbwellenlängen- oder eine Viertelwellenlängen-Wendelantenne typischerweise
beträchtlich
kürzer
als ihr Halbwellenlängen-
oder Viertelwellenlängen-Monopolantennen-Gegenstück ist,
kann sie außerdem
die gleiche effektive elektrische Länge aufweisen.
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Ein anderer Vorteil, der mit Wendelantennen in
Verbindung steht, der sie für
viele Funktelefonanwendungen gut geeignet macht, ist ihre Gestaltungsflexibilität. Z. B.
können
Wendelantennen gestaltet sein, in mehreren Modi zu arbeiten, von
denen jeder einen anderen Typ eines Abstrahlungsmusters vor sieht.
Ein derartiger Modus wird als der "axiale Modus" eines Betriebs bezeichnet, der typischerweise durch
Gestaltung der Wendelantenne, eine axiale Länge zu haben, die mehrere Male
größer als
die Wellenlänge
entsprechend der beabsichtigten Betriebsfrequenz ist, erreicht werden
kann. In diesem Modus sieht die Wendelantenne typischerweise ein relativ
hohes Verstärkungsabstrahlungsmuster
vor, und dieses Muster kann über
eine relativ große
Betriebsbandbreite erhalten werden. Das Abstrahlungsmuster, das
in einem axialen Modus vorgesehen wird, ist jedoch stark gerichtet
und zirkulär
polarisiert, und daher ist der Betrieb eines axialen Modus typischerweise
nicht für
mobile Funktelefonanwendungen, wie etwa zellulare Telefone, geeignet,
in denen die Handapparate eines Benutzers die Basisstationsantennen
nicht verfolgen.
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Ein zweiter Modus, in dem Wendelantennen arbeiten
können,
wird als normaler Modus bezeichnet. Um in diesem Modus zu arbeiten,
hat eine Wendelantenne typischerweise ein Abstrahlungselement einer
Resonanzlänge
(d. h. ¼Λ, ½Λ, ¾Λ oder Λ einer Länge, wobei Λ die Wellenlänge entsprechend
der mittleren Frequenz des Frequenzbandes ist, über das die Antenne arbeiten
muss), das auf einen kleinen Durchmesser mit einem kleinen Steigungswinkel gewunden
ist. Somit sind Wendelantennen, die gestaltet sind, im normalen
Modus zu arbeiten, angemessen klein und gut geeignet für verschiedene
tragbare Funktelefonanwendungen, wie etwa zellulare Telefone. Im
normalen Modus sieht die Antenne typischerweise ein linear polarisiertes
krapfenförmiges Abstrahlungsmuster
vor, das auch für
zellulare Telefonanwendungen gut geeignet ist, die Antenne sieht aber
dieses Abstrahlungsmuster unglücklicherweise nur über eine
relativ enge Bandbreite vor, das sich um die Resonanzfrequenz herum
befindet. Außerdem
ist die natürliche
Bandbreite der Antenne proportional dem Durchmesser des Zylinders,
der durch das spiralförmig
gewundene Abstrahlungselement der Antenne definiert wird, und somit
gilt bei Gleich heit von allem anderen je kleiner der Durchmesser der
Antenne ist, desto kleiner ist die Betriebsbandbreite.
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Während
Wendelantennen, die entweder im axialen Modus, normalen Modus oder
einer proportionalen Kombination der beiden betrieben werden, eine
logische Wahl in vielen Anwendungen sind, wo eine traditionellere
Dipol- oder Monopolantenne zu groß ist, gibt es eine Reihe von
Funktelefonanwendungen, die eine relativ kleine Antenne erfordern,
die zum Übertragen
und/oder Empfangen von Signalen in zwei oder mehr weit getrennten
Frequenzbändern fähig ist.
Eine Beispielanwendung sind zellulare Dualband-Telefone, die sich
auf zellulare Telefone beziehen, die in zwei Frequenzbändern arbeiten,
wie etwa den Frequenzbändern
von 850 MHz und 1920 MHz. Verschiedene Satellitenkommunikationssysteme
sehen ein anderes Beispiel von Anwendungen vor, das Dualbandfähigkeit
erfordert, wie etwa Systeme, die typischerweise weit getrennte Übertragungs- und
Empfangsfrequenzbänder
haben. Wie oben erörtert,
sind jedoch Wendelantennen unglücklicherweise
allgemein nicht gut geeignet für
diese Anwendungen, da sie typischerweise zum Vorsehen eines Quasi-Omnirichtungsabstrahlungsmusters über ein breites
Band von Frequenzen wegen den potenziellen Bandbreitenbeschränkungen
dieses Typs einer Antenne, wenn sie in einem normalen Modus betrieben
wird, nicht fähig
sind.
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Ungeachtet der oben erwähnten Begrenzungen
von Wendelantennen wurden mehrere Dualband-Wendelantennensysteme
vorgeschlagen. Z. B. erörtert
US-Patent Nr. 4,554,554 von Olesen et al eine quadrifilare Wendelantenne,
die PIN-Diodenschalter entlang jedes ihrer Elemente inkludiert,
um Mittel zum selektiven Mitschwingen der Antenne in einer von zwei
verschiedenen Frequenzen durch Ändern
der elektrischen Länge
der Elemente vorzusehen. Die Antenne, die in Olesen et al offengelegt wird,
löst jedoch
nicht das oben erwähnte
Problem, da sie im axialen Modus arbeitet und daher nicht ein Omnirichtungsabstrah lungsmuster
vorsieht, und eine beliebige entsprechende Gestaltung der Antenne, um
in einem normalen Modus zu arbeiten, für in der Hand gehaltene Funktelefone
unpraktisch sein kann.
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Ähnlich
erörtert
US-Patent Nr. 4,494,122 von Garay et al ein Antennensystem, umfassend
ein oberes Abstrahlungselement und eine Behälterschaltung, die bei einer
Frequenz mitschwingen, und ein spiralförmiges Element und ein zugehöriges Hülsenglied,
die bei einer zweiten Frequenz mitschwingen. Während dieses Gerät potenziell
kürzer
als ein konventioneller Dipol mit Hülse ist, ist es dennoch relativ groß, und die
verwendbare Betriebsbandbreite der Antenne um jede Resonanzfrequenz
herum ist sehr klein, derart, das dieses Antennensystem für viele potenzielle
Dualband-Anwendungen, wie etwa ein zellulares Telefon, nicht geeignet
ist.
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US-Patent Nr. 4,442,438 von Siwiak
et al erörtert
ein Antennensystem, umfassend zwei Viertelwellenlängen-Wendelantennenelemente
und ein lineares leitendes Glied, von dem behauptet wird, bei zwei
unterschiedlichen Frequenzen mitzuschwingen. Die in Siwiak et al
offengelegt Antenne schwingt jedoch nicht bei weit getrennten Frequenz
mit (die offengelegten Resonanzfrequenzen waren 827 MHz und 850
MHz), da die Antenne gestaltet ist, die Antennenreaktion zu erweitern,
um eine einzelne Betriebsbandbreite im Gegensatz zum Vorsehen eines Betriebs
in zwei weit getrennten Frequenzbändern abzudecken. Die internationale
Patentanmeldung WO 97/11507 legt eine oktifilare Dualband-Wendelantenne
offen, die zwei quadrifilare Wendelantennen umfasst, die auf einem
gemeinsamen Substrat verschachtelt sein können. In einer der offengelegten Ausführungsformen
wird eine der quadrifilaren Wendelantennen passiv angesteuert. Die
in WO 97/11507 offengelegte Antenne arbeitet jedoch im radiale Modus
im Gegensatz zum normalen Modus und erfordert zwei quadrifilare
Wendelantennen für
insgesamt acht getrennte Wendelelemente.
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EP
0,635,898 legt eine Wendelantenne offen, die im normalen
Modus arbeitet und ein zusätzliches
Glied inkludiert, das abgestimmt ist, als eine Viertelwellen-Abstrahlungsvorrichtung
in einem Bereich um die obere Grenze des gewünschten Betriebsfrequenzbereiches
zu arbeiten, während
die Wendelantenne auf eine Frequenz in dem unteren Abschnitt des
gewünschten
Betriebsfrequenzbereiches abgestimmt ist, um eine Antenne mit erhöhter Bandbreite
vorzusehen. Die darin offengelegte Antenne löst jedoch auch nicht die oben
erwähnten
Probleme, da sie nicht bei weit getrennten Frequenzbändern mitschwingt
und daher nicht zur Verwendung als eine Dualbandantenne geeignet
ist.
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Die zuvor erwähnte PCT-Anmeldung WO 98/10485
zeigt eine koaxiale Dualbandantenne mit einem Antennenelement und
einem parasitären
Element in enger Nähe.
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Schließlich werden zusätzliche
Wendelantennensysteme im japanischen Patent Nr. 5-136623 und im
US-Patent Nr. 6 112 102 offengelegt, die Dualbandbetrieb durch Verwendung
einer leitenden Röhre
bzw. variabler Neigungswindungen erörtern. Der Mechanismus zum
Vorsehen von Dualbandbetrieb, der in diesen beiden Ansätzen verwendet
wird, nämlich
Koppeln zwischen benachbarten Windungen auf der Wendel, führt jedoch
typischerweise zu einer engen Betriebsbandbreite in dem höheren der
Frequenzbänder
und kann ferner nur begrenzte Gestaltungsflexibilität vorsehen.
Außerdem
hat die Antenne, die in dem japanischen Patent Nr. 5-136623 erörtert wird,
auch eine reduzierte effektive Apertur in dem höheren der Frequenzbänder.
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Angesichts der oben erwähnten Anforderung nach
Dualband-Funktelefonen und der Probleme mit aktuellen Antennensystemen
für derartige
Funktelefone gibt es eine Notwendigkeit für kleine Omnirichtungsfunktelefon-Antennensysteme,
die zum Arbeiten in zwei weit getrennten Frequenzbändern fähig sind.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Angesichts der obigen Begrenzungen
in Verbindung mit existierenden Funktelefonen ist es ein Ziel der
vorliegenden Erfindung, ein Antennensystem für ein Dualband-Funktelefon
vorzusehen, das ausreichend klein ist, um mit modernen in der Hand
gehaltenen Funktelefonen eingesetzt zu werden.
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Ein anderes Ziel der vorliegenden
Erfindung ist es, ein Dualband-Antennensystem für ein Funktelefon vorzusehen,
das keine zusätzliche
Schaltungstechnik erfordert, um über
beide Bänder
zu arbeiten oder sich mit dem Transceiver zu verbinden.
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Es ist noch ein weiteres Ziel der
vorliegenden Erfindung, ein Antennensystem vorzusehen, das zum Mitschwingen
in zwei oder mehr unterschiedlichen Frequenzen fähig ist.
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Zusätzliche Ziele, Merkmale und
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden
detaillierten Beschreibung und der angefügten Ansprüche und bei Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
offensichtlich.
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Diese und andere Ziele der vorliegenden
Erfindung werden durch Wendelantennensysteme vorgesehen, die eine
Wendelantenne und ein oder mehr parasitäre Elemente inkludieren, die
benachbart zu der Wendelantenne positioniert sind, um das Antennensystem
zu veranlassen, in mindestens zwei getrennten Frequenzbändern mitzuschwingen.
Durch vorteilhaftes Positionieren der parasitären Elemente und durch Koppeln
nur ausgewählter
Windungen der Wendel mit dem parasitären Element ist es möglich, ein
kleines Dualband-Antennensystem mit hohem Leistungsverhalten vorzusehen,
das gute Impedanzanpassung aufweist und das relativ preiswert herzustellen
ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Antennensystem zum Übertragen
und Empfangen elektrischer Signale in zwei weit getrennten Frequenzbändern vorgesehen,
das eine Wendelantenne und ein parasitäres Element, das der Wendelantenne
benachbart ist, umfasst. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist das parasitäre
Element derart positioniert, dass. wenn Funkfrequenzenergie in dem
höheren
der Frequenzbänder
auf das Antennensystem einfällt,
die Wendelantenne und das parasitäre Element kapazitiv gekoppelt
sind, während
wenn Funkfrequenzenergie in dem unteren der Frequenzbänder auf
das Antennensystem einfällt,
die Wendelantenne im Wesentlichen von dem parasitären Element
isoliert ist. Außerdem
ist die effektive Apertur des Antennensystems in beiden Frequenzbändern im
Wesentlichen die gleiche.
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In einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann die Wendelantenne konfiguriert sein,
im normalen Modus zu arbeiten, und die Impedanz der Antenne, wie
in der Antennenzuführung
gesehen, kann ungefähr
50 Ohm sein. Außerdem
kann das Antennensystem derart gestaltet sein, dass Energie zwischen
der Wendelantenne und dem parasitären Element nur in nicht-benachbarten
Windungen gekoppelt wird. Außerdem
kann das Antennensystem ferner ein Dielektrikum zum physischen Isolieren
der Wendelantenne von dem parasitären Element umfassen.
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Die Wendelantenne gemäß der vorliegenden Erfindung
kann auch gestaltet sein, unabhängig
von dem parasitären
Element in dem unteren der Frequenzbänder mitzuschwingen. Außerdem kann
das parasitäre
Element außerhalb
der Wendelantenne benachbart zu mindestens zwei Windungen der Wendelantenne
positioniert sein. Außerdem
kann das Antennensystem in Kombination mit einem Funktelefon mit
einem Sender, einem Empfänger,
einer Benutzerschnittstelle und einem Antennenzuführungssystem
implementiert werden.
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In einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das parasitäre Element diagonal durch das
Innere der Wendelantenne positioniert. In dieser Ausführungsform
kann das parasitäre
Element derart positioniert sein, um in enger Nähe zu mindestens zwei Windungen
in der Wendelantenne zu sein. In noch einer anderen Ausführungsform kann
das parasitäre
Element außerhalb
von und benachbart zu der Wendelantenne positioniert sein.
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In noch einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung kann ein zweites parasitäres Element benachbart zu der
Wendelantenne vorgesehen sein, wobei das zweite parasitäre Element
derart positioniert ist, dass wenn Funkfrequenzenergie in einem dritten
Frequenzband, das höher
als das untere der beiden weit getrennten Frequenzbänder ist,
auf das Antennensystem einfällt,
die Wendelantenne und das zweite parasitäre Element kapazitiv gekoppelt sind,
während
wenn Funkfrequenzenergie in dem unteren der beiden weit getrennten
Frequenzbänder auf
das Antennensystem einfällt,
die Wendelantenne im Wesentlichen von dem zweiten parasitären Element
isoliert ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung überträgt und empfängt das Antennensystem
elektrische Signale in den Frequenzbändern von 824 bis 894 MHz und
von 1850 bis 1990 MHz. In dieser Ausführungsform der Erfindung kann
der Durchmesser der Wendelantenne ungefähr 6–10 Millimeter sein, die axiale
Länge der Wendelantenne
kann ungefähr
20–25
Millimeter sein und das parasitäre
Element kann eine Länge
von ungefähr
10–14
Millimetern haben.
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Somit sehen die Antennensysteme der
vorliegenden Erfindung relativ kleine Quasi-Omnirichtungsantennen
vor, die zum Arbeiten in zwei oder mehr weit getrennten Frequenzbändern fähig sind. Dieser
Betrieb wird passiv dadurch erreicht, dass er nicht aktives Umschalten
oder eine Benutzereingabe erfordert. Außerdem können diese Antennen derart gestaltet
sein, keinerlei Impedanzanpassung zu erfordern und die gesamte Apertur
der Antenne effektiv zu verwenden, wenn in jedem Betriebsfrequenzband gearbeitet
wird, und deshalb den Betrag von Signalenergie, die durch die Antenne übertragen
und/oder empfangen wird, zu maximieren. Da die Antennensysteme der
vorliegenden Erfindung gestaltet sein können, nur Kopplung über nicht-benachbarte
Windungen zu gestatten, ist es außerdem möglich, die Betriebsbandbreite
des Antennensystems in allen Frequenzbändern, in denen die Antenne
arbeiten muss, zu maximieren.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Dualband-Funktelefons, das ein Antennensystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung inkludiert;
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2 veranschaulicht
eine bevorzugte Ausführungsform
des Antennensystems der vorliegenden Erfindung;
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3 veranschaulicht
eine alternative Ausführungsform
des Antennensystems der vorliegenden Erfindung;
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4 veranschaulicht
eine alternative Ausführungsform
des Antennensystems der vorliegenden Erfindung;
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5 veranschaulicht
eine alternative Ausführungsform
des Antennensystems der vorliegenden Erfindung;
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6 veranschaulicht
das Leistungsverhalten einer bevorzugten Ausführungsform des Antennensystems
der vorliegenden Erfindung in dem unteren Frequenzband (850 MHz);
und
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7 veranschaulicht
das Leistungsverhalten einer bevorzugten Ausführungsform des Antennensystems
der vorliegenden Erfindung in dem höheren Frequenzband (1920 MHz).
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wird nun
nachstehend vollständiger
mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, worin bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt werden. Diese Erfindung kann jedoch in vielen
verschiedenen Formen verkörpert
werden und sollte nicht als auf die hierin dargelegten Ausführungsformen
begrenzt ausgelegt werden; vielmehr sind diese Ausführungsformen
vorgesehen, damit diese Offenlegung gründlich und vollständig ist,
und werden den Bereich der Erfindung einem Durchschnittsfachmann
vollständig übermitteln.
Außerdem
wird durch einen Durchschnittsfachmann verstanden, das die vorliegende Erfindung
in einer Vielfalt von Anwendungen vorteilhaft verwendet werden kann,
und somit die vorliegende Erfindung keineswegs als auf die hierin
beschriebenen Beispielanwendungen begrenzt ausgelegt werden sollte.
Gleiche Bezugszeichen verweisen überall
auf gleiche Elemente.
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Eine Ausführungsform eines Funktelefons 10,
das ein Antennensystem 20 gemäß der vorliegenden Erfindung
inkludiert, wird in 1 veranschaulicht.
Funktelefon 10 kann einen beliebigen Typ eines drahtlosen
Zweiweg-Funksprachkommunikationsendgerätes umfassen, wie etwa z. B.
ein Satellitenkommunikationsendgerät, ein in der Hand gehaltenes
zellulares Telefon oder ein Bürgerband-Funktransceiver.
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Wie in 1 gezeigt
inkludiert Funktelefon 10 typischerweise einen Sender 12,
einen Empfänger 14 und
eine Benutzerschnittstelle 16. Wie einem Durchschnittsfachmann
gut bekannt ist, konvertiert Sender 12 die Information,
die durch Funktelefon 10 zu übertragen ist, in ein elektromagnetisches
Signal, das für
Funkkommunikationen geeignet ist, und Empfänger 14 demoduliert
elektromagnetische Signale, die durch Funktelefon 10 empfangen
werden, um die Information, die in den Signalen enthalten ist, Benutzerschnittstelle 16 in
einem Format bereitzustellen, das für den Benutzer verständlich ist.
Eine breite Vielfalt von Sendern 12, Empfängern 14 und Benutzerschnittstellen 16 (z.
B. Mikrofone, Tastenfelder, Drehwählscheiben), die zur Verwendung
mit in der Hand gehaltenen Funktelefonen geeignet sind, sind einem
Durchschnittsfachmann bekannt, und derartige Vorrichtungen können im
Funktelefon 10 implementiert sein.
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2 stellt
eine bevorzugte Ausführungsform
des Antennensystems 20 der vorliegenden Erfindung dar.
Wie in 2 gezeigt, umfasst
das Antennensystem 20 allgemein einen Antennenzuführungsaufbau 22,
ein Abstrahlungselement 30 und ein parasitäres Element 40.
Außerdem
kann Antennensystem 20 zusätzlich eine Antennenkuppel
inkludieren, die in einer bevorzugten Ausführungsform eine Plastikröhre mit
einer Abschlusskappe ist.
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Abstrahlungselement 30 umfasst
vorzugsweise einen kontinuierlichen Draht oder Streifen aus elektrisch
leitendem Material, wie etwa Kupfer. Wie in 2 gezeigt, ist dieser Draht oder Streifen
in einem spiralförmigen
Muster gewunden. In der in 2 dargestellten
Ausführungsform
ist der Ursprung 32 von Abstrahlungselement 30 mit
Antennenzuführungsaufbau 22 elektrisch
gekoppelt, und das distale Ende 34 ist ein offener Kreis.
Wie durch einen Durchschnittsfachmann verstanden wird, muss Abstrahlungselement 30 jedoch
nicht notwendigerweise von Ursprung 32 gespeist werden,
sondern kann alternativ vom distalen Ende 34 gespeist werden.
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Wie in 2 veranschaulicht,
hat die Wendelantenne von Antennensystem 20 einen Durchmesser
(D) entsprechend dem Durchmesser des Zylinders, der durch Abstrahlungselement 30 definiert wird,
und eine axiale Länge
(H) entsprechend der Höhe
dieses Zylinders. Die Antenne wird weiter durch die Länge (L)
des Abstrahlungselementes und den Neigungswinkel, der eine Funktion
der Zahl von Drehungen ist, die sich die Wendel pro Einheit von axialer
Länge dreht,
definiert. In der Ausführungsform
von Antennensystem 20, die in 2 dargestellt wird, ist Abstrahlungselement 30 auf
einem kleinen Durchmesser mit einem kleinen Neigungswinkel gewunden,
und daher gestaltet, im normalen Modus zu arbeiten.
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Wie auch in 2 veranschaulicht ist, kann Abstrahlungselement 30 durch
Winden des leitenden Drahtes oder Streifens in einem spiralförmigen Muster
entlang der Länge
einer koaxialen Stützungsröhre 38 implementiert
werden. Wie jedoch durch einen Durchschnittsfachmann verstanden
wird, ist eine koaxiale Stützungsröhre 38 nicht
erforderlich, da die Antenne als ein selbststützender elektrischer Draht oder
Streifen 30, gewunden in einem spiralförmigen Muster, implementiert
werden kann. Wo das Abstrahlungselement 30 als ein Streifen
aus leitendem Material implementiert ist, wird vorzugsweise ein
relativ breiter Streifen (z. B. in der Größenordnung von 3–5 Millimetern
breit für
eine Antenne, die gestaltet ist, um in dem Frequenzbereich von 1500–1660 MHz
zu arbeiten) verwendet, um den Verlust zu reduzieren und um die
Induktivität
zu minimieren, die mit Abstrahlungselement 30 in Verbindung
steht, wobei dadurch eine Anpassung der Impedanz von Antenne 20 zu
der Impedanz von Sender 12 und Empfänger 14 erleichtert
wird.
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Wie auch durch einen Durchschnittsfachmann
verstanden wird, muss Abstrahlungselement 30 nicht eine
richtige Wendel in dem Sinne sein, dass sie einen konstanten Durchmesser überall in
ihrer koaxialen Länge
aufrechterhält.
Im Gegensatz dazu inkludieren alternative Ausführungsformen, die innerhalb
des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegen, Abstrahlungselemente 30,
die in dem Sinne spiralförmig
sind, dass sie eine Spule oder Teilspule um eine Achse bilden, sich
aber auch im Durchmesser von einem Ende zu dem anderen ändern. Während die
bevorzugte Ausführungsform
von Antennensystem 20 ein Abstrahlungselement 30 hat,
das eine zylindrische Hülle
definiert, ist es somit möglich,
ein Antennensystem 20 zu implementieren, um ein Abstrahlungselement 30 aufzuweisen,
das stattdessen eine konische Hülle
oder eine andere Umdrehungsoberfläche definiert.
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Das Abstrahlungsmuster, das durch
die Wendelantenne von Antennensystem 20 vorgesehen wird,
ist hauptsächlich
eine Funktion des Wendeldurchmessers (D), des Neigungswinkels und
der Elementlänge
(L). In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Länge von Abstrahlungselement 30 ungefähr Λ/4, Λ/2, 3Λ/4 oder Λ (wobei Λ die Wellenlänge entsprechend
der mittleren Frequenz des unteren der Frequenzbänder ist, in dem die Antenne
arbeiten muss), wie etwa eine Antenne, die in Resonanz im unteren der
Betriebsfrequenzbänder
arbeitet. Wie jedoch durch einen Durchschnittsfachmann angesichts
der vorliegenden Offenlegung verstanden wird, muss der spiralförmige Abschnitt
von Antennensystem 20 nicht gestaltet sein, in dem unteren
der Frequenzbänder,
in dem die Antenne arbeiten muss, natürlich resonant zu sein, da
viele parasitäre
Elemente verwendet werden können,
um viele Resonanzpunkte zu erstellen, derart, dass es nicht notwendig
ist, dass Abstrahlungselement 30 in einem der Betriebsbänder mitschwingt.
Wie hierin erörtert,
kann es außerdem
wünschenswert
sein, unter Verwendung eines Abstrah lungselementes einer Länge von Λ/4 zu arbeiten,
im Gegensatz zu einem anderen Vielfachen einer Viertelwellenlänge, da
die Impedanz von einem Abstrahlungselement dieser Länge (die
typischerweise in der Größenordnung
von 50 Ohm ist) einfacher an die Impedanz der Quellenübertragungsleitung 18 angepasst
werden kann.
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Wie auch durch einen Durchschnittsfachmann
verstanden wird, kann die tatsächliche
physikalische Länge
von Abstrahlungselement 30 des Weiteren wegen Antennenkuppeleffekten
merklich verkürzt
werden, da die Antennenkuppel dazu tendiert, die Geschwindigkeit
einer Ausbreitung derart zu ändern,
dass die Länge
kürzer
als im freien Raum ist. Ein derartiger Effekt ist von Vorteil, wo
eine kleinere Größe ein wichtiges
Ziel ist, und somit wird verstanden, dass Antennensystem 20 der
vorliegenden Erfindung auch in oder nahe Resonanz mit einem Abstrahlungselement 30 mit
einer physischen Länge, die
nicht ein Viertelwellenlängenvielfaches
ist, betrieben werden kann. Während
Wendelantennen mit Elementen tatsächlicher oder elektrischer
(wo Antennenkuppeleffekte zutreffen) Länge von Λ/4, Λ/2, 3Λ/4 und Λ bekannt sind, um in Resonanz
zu arbeiten, kann außerdem
ein derartiger Resonanz- oder Betrieb nahe Resonanz auch mit Abstrahlungselementen 30 anderer
Längen
durch die Verwendung zusätzlicher
Anpassungsmittel erhalten werden, wobei dadurch gute Leistungsübertragung
zwischen der Quelle und der Last vorgesehen wird. Entsprechend sollte
erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Wendelantennen
mit Abstrahlungselementlängen
begrenzt ist, die Vielfache einer Viertelwellenlänge sind.
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Wie auch in 2 veranschaulicht wird, inkludiert Antennensystem 20 ein
parasitäres
Element 40, das sich benachbart, aber nicht in direktem
elektrischen Kontakt mit dem Abstrahlungselement 30 befindet.
Das parasitäre
Element 40 kann beliebiges elektrisch leitendes Material
umfassen, das in der Nähe
von Abstrahlungselement 30 platziert ist. In einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das parasitäre Element 40 einen nicht-resonanten
leitenden Draht oder Streifen, dessen Enden 42, 44 in
enger Nähe
zu den Windungen der Wendel sind. In der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die in 2 veranschaulicht
wird, befindet sich das parasitäre
Element 40 gerade außerhalb
von und parallel zu dem Zylinder, der durch die Windungen von Abstrahlungselement 30 definiert wird,
mit einem Endpunkt 44 benachbart zu der letzten Windung
an dem distalen Ende von Abstrahlungselement 30 und einem
Endpunkt 42 benachbart zu der letzten Windung in dem Ursprungsende
von Abstrahlungselement 30.
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Wie auch in 2 veranschaulicht wird, befindet sich
das parasitäre
Element 40 vorzugsweise isoliert von Abstrahlungselement 30 durch
ein dielektrisches Material 46, wie etwa TEFLON, Polycarbonat,
Polyurethan oder dergleichen, das dazu dient zu verhindern, dass
das parasitäre
Element 40 in direkten elektrischen Kontakt mit Abstrahlungselement 30 kommt
und auch beim Aufrechterhalten der optimalen Beabstandung zwischen
dem parasitären
Element 40 und Abstrahlungselement 30 helfen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das parasitäre
Element 40 als ein leitender Draht oder Streifen implementiert,
der in ein Plastikgehäuse
geformt ist. Wie jedoch durch einen Durchschnittsfachmann verstanden
wird, ist ein dielektrischer Materialpuffer 46 nicht erforderlich.
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Antennensystem 20 arbeitet
wie folgt. Wenn elektromagnetische Signale in dem unteren der Frequenzbänder, in
dem das Funktelefon 10 zu arbeiten hat, auf Antennensystem 20 einfallen,
arbeitet Abstrahlungselement 30 in Resonanzmodus (in dem Fall,
wo Abstrahlungselement 30 von Resonanzlänge für Signale in dem unteren Frequenzband
ist), der Kommunikationen in diesem Frequenzband vorsieht. Durch
sorgfältiges
Auswählen
des Abstands zwischen Enden 42, 44 vom parasitären Element 40 und Abstrahlungselement 30 kann
Antennensystem 20 derart gestaltet sein, dass sich in diesen
unteren Frequenzen das Signal, das in das Abstrahlungselement 30 einfällt, nicht
leicht mit dem parasitären
Element 40 koppelt, sondern stattdessen vorherrschend oder vorzugsweise
ausschließlich
im Abstrahlungselement 30 verbleibt. In dem höheren Betriebsband
jedoch erhöht
sich eine kapazitive Kopplung zwischen Abstrahlungselement 30 und
parasitären
Element 40 beträchtlich
derart, dass Energie von dem Abstrahlungselement 30 zum parasitären Element 40 und dann
zurück
zum Abstrahlungselement 30 entlang eines Pfades gekoppelt
wird, der eine oder mehr der Windungen der Wendel umgeht. Somit
erfährt
ein Teil der Energie in dem höheren
Frequenzband, die auf Antennensystem 20 einfällt, einen
verkürzten
elektrischen Pfad wegen kapazitiven Kopplungseffekten, was eine
zweite effektive Resonanzfrequenz für Antennensystem 20 vorsieht.
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Die obigen kapazitiven Kopplungseffekte können am
besten mit Bezug auf die Reaktanzgleichung für einen Kondensator verstanden
werden, die: Xc = 1/j2πfCist,
wobei f die Betriebsfrequenz ist und C die Kapazität ist. Diese
Gleichung zeigt, dass die Reaktanz eines Kondensators (in diesem
Fall das parasitäre
Element 40) mit steigender Frequenz kleiner wird, und somit
die kapazitive Kopplung zum parasitären Element 40 bei
höheren
Frequenzen wesentlich vergrößert wird.
Folglich ist es möglich,
ein Antennensystem 20 zu gestalten, sodass das parasitäre Element 40
im Wesentlichen vom Abstrahlungselement 30 in unteren Frequenzen
isoliert ist, aber in höheren
Frequenzbereichen mit Abstrahlungselement 30 kapazitiv
gekoppelt ist.
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Wie durch einen Durchschnittsfachmann verstanden
wird, hängt
der Betrag einer kapazitiven Kopplung, die mit Signalen in dem höheren Frequenzband
auftritt, hauptsächlich
von dem Abstand zwischen dem parasitären Element 40 und
den Windungen von Abstrahlungselement 30 ab. In einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird dieser Abstand so ausgewählt, dass
einiges, aber im wesentlichen nicht alles, der Energie in dem höheren Betriebsfrequenzband,
die auf Abstrahlungselement 30 einfällt, kapazitiv mit dem parasitären Element 40 gekoppelt
wird. Somit agiert das parasitäre
Element 40 in dieser Ausführungsform nicht als ein wirklicher
elektrischer Kurzschluss, sondern erstellt stattdessen eine "verteilte Impedanz", wodurch die Energie
zwischen Abstrahlungselement 30 und dem parasitären Element 40 für die Windungen, die
durch das parasitäre
Element 40 umfasst werden, geteilt wird. Somit strahlt
der gesamte Aufbau, der Antennensystem 20 umfasst, ab,
wenn in sowohl dem unteren als auch dem höheren Frequenzband betrieben,
und als solche ist die effektive Apertur von Antennensystem 20 in
sowohl dem unteren als auch dem höheren Frequenzband im wesentlichen
die gleiche. Dies erlaubt Antennensystem 20 vorteilhafter
Weise, das empfangene Signal zu maximieren, wenn in dem oberen der
Frequenzbänder
betrieben, da alle Windungen der Antenne beim Übertragen und Empfangen elektrischer
Signale in diesem Frequenzband verwendet werden.
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Außerdem ist, wie oben erörtert, in
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Abstrahlungselement 30 eine
Viertelwellenlängenwendel,
die gestaltet sein kann, eine natürliche Impedanz in der Größenordnung
von 50 Ohm aufzuweisen, und ist daher inhärent an die 50 Ohm von Koaxialverbindung 18 angepasst,
die gewöhnlich
in Funktelefonen 10 verwendet wird, um Sender 12 und Empfänger 14 mit
Antennensystem 20 zu koppeln. Gemäß den Unterweisungen der vorliegenden
Erfindung wird auch verstanden, dass außerdem der physische Ab stand
zwischen Enden 42 und 44 vom parasitären Element 40 und
den einzelnen Windungen vom Abstrahlungselement 30 justiert
werden kann, um das Leistungsverhalten von Antennensystem 20 im
Sinne der Frequenzen, bei denen die Antenne mitschwingt, des Spannungsstehwellenverhältnisses (voltage
standing wave ratio, VSWR), das über
jedes der getrennten Betriebsfrequenzbänder erreicht wird, und der
Impedanz vom Antennensystem 20, wie in dem Antennenzuführungssystem 22 gesehen,
zu optimieren.
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Somit ist das Antennensystem, das
in 2 dargestellt wird,
eine relativ kleine Quasi-Omnirichtungsantenne, die zum Arbeiten
in zwei oder mehr weit getrennten Frequenzbändern fähig ist (wobei wie hierin verwendet,
sich der Begriff weit getrennt auf Frequenzbänder bezieht, die um mindestens 30%
der mittleren Frequenz des unteren der Frequenzbänder getrennt sind). Außerdem erfordert
diese Antenne vorteilhafter Weise keinerlei Impedanzanpassung, und
da die gesamte Antenne in beiden Frequenzbändern abstrahlt, ist ihre effektive
Apertur im wesentlichen die gleiche ungeachtet der Betriebsfrequenz
und die Antenne maximiert somit den Betrag von Signalenergie, die
durch die Antenne übertragen
und/oder empfangen wird.
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3 veranschaulicht
eine alternative Ausführungsform
des Antennensystems der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform
befindet sich das parasitäre
Element 40 innerhalb des Innenraums der Wendel, die durch
Abstrahlungselement 30 gebildet wird, und ist diagonal
positioniert, um sich von der oberen linken Seite zu der unteren
rechten Seite der Wendel zu erstrecken. In dieser Ausführungsform
befindet sich das parasitäre
Element 40 in enger Nähe
zu mindestens zwei Punkten in der Wendel (die linke Seite der letzten
Windung in dem distalen Ende vom Abstrahlungselement 30 und
die rechte Seite der Windung, benachbart zum Ursprungsende vom Abstrahlungs element 30),
und somit sieht das parasitäre
Element 40 eine Kopplung zwischen nicht-benachbarten Windungen
in der Wendel vor.
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Wie durch einen Durchschnittsfachmann
angesichts der vorliegenden Offenlegung verstanden wird, sieht das
Gestatten einer Kopplung zwischen-benachbarten Windungen eine beträchtliche Erhöhung von
Gestaltungsflexibilität
vor, da sie eine Optimierung über
den gesamten Abstrahlungsaufbau erlaubt. Somit können die Antennengestaltungen
der vorliegenden Erfindung diese erhöhte Flexibilität verwenden,
um bei einer Anpassung der Impedanz von Antennensystem 20 zu
der Impedanz in dem Antennenzuführungsnetz 22 zu
helfen und um die Betriebsbandbreite des Antennensystems in allen
Frequenzbändern
zu maximieren, in denen die Antenne arbeiten muss. Gemäß den Unterweisungen
der vorliegenden Erfindung kann das parasitäre Element 40 außerdem derart
positioniert sein, um in enger Nähe zu
nicht mehr als zwei der Windungen der Wendel zu sein. Eine derartige
Anordnung kann vorteilhafter Weise die Herstellung des Antennensystems
vereinfachen.
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Eine andere Ausführungsform des Antennensystems
der vorliegenden Erfindung wird in 4 veranschaulicht.
In dieser Ausführungsform
ist das parasitäre
Element 40 nichtlinear und befindet sich außerhalb
der Wendel, die durch Abstrahlungselement 30 gebildet wird,
in einer Position parallel zu der Hauptachse der Wendel. Wegen der
nichtlinearen Gestaltung befindet sich das parasitäre Element 40 nahe
zu mehreren Windungen in der Wendel, während es von anderen weiter
beabstandet ist.
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Gemäß den Unterweisungen der vorliegenden
Erfindung kann Antennensystem 20 außerdem mehrere parasitäre Elemente
inkludieren, um einen Betrieb in mehr als zwei getrennten Frequenzbändern vorzusehen. 5 veranschaulicht eine derar tige
Ausführungsform
von Antennensystem 20, die gestaltet ist, in bis zu drei
weit getrennten Frequenzbändern
zu arbeiten. Wie in 5 gezeigt,
inkludiert Antennensystem 20 ein erstes parasitäres Element 50, das
sich außerhalb
von und parallel zu der Hauptachse der Wendel befindet, die durch
Abstrahlungselement 30 gebildet wird, und ein zweites kürzeres parasitäres Element 52,
das sich in der gleichen Ausrichtung an der entgegenliegenden Seite
der Wendel befindet. In dieser Ausführungsform wird Funkfrequenzenergie,
die auf Abstrahlungselement 30 einfällt, die in dem höchsten der
drei Frequenzbänder
ist, in denen die Antenne zu arbeiten hat, kapazitiv zu und von dem
ersten parasitären
Element 50 und dem zweiten parasitären Element 52 gekoppelt,
sodass die Energie zwischen Abstrahlungselement 30 und
ersten und zweiten parasitären
Elementen 50, 52 auf einen derartigen Weg geteilt
wird, dass die kapazitiv gekoppelte Kombination aus Abstrahlungselement 30 und ersten
und zweiten parasitären
Elementen 50, 52 in dem höchsten der Frequenzbänder mitschwingt,
in denen das Antennensystem 20 zu arbeiten hat. Ähnlich wird
Funkfrequenzenergie, die auf Abstrahlungselement 30 einfällt, die
in dem mittleren der drei Frequenzbänder ist, in denen die Antenne
zu arbeiten hat, kapazitiv zu und von mindestens einem der ersten
und zweiten parasitären
Elemente 50, 52 gekoppelt, sodass die Energie
zwischen Abstrahlungselement 30 und mindestens einem von
ersten und zweiten parasitären
Elementen 50, 52 auf einen derartigen Weg geteilt
wird, dass die kapazitiv gekoppelte Kombination aus Abstrahlungselement 30 und
mindestens einem von ersten und zweiten parasitären Elemente 50, 52 in
dem mittleren der drei Frequenzbänder
mitschwingt, in denen das Antennensystem 20 zu arbeiten
hat. Wenn jedoch Funkfrequenzenergie in dem untersten der Frequenzbänder, in
denen die Antenne zu arbeiten hat, auf Abstrahlungselement 30 einfällt, koppelt
sich derartige Energie nicht leicht mit einem von den ersten oder
zweiten parasitären
Elementen 50, 52 und verbleibt stattdessen im Wesentlichen
isoliert davon. Da Abstrahlungselement 30 jedoch gestaltet
ist, in dem untersten der drei Frequenzbänder mitzuschwingen, arbeitet
Abstrahlungselement 30, das allein agiert, um Signale in
dem untersten der Frequenzbänder,
in denen die Antenne zu arbeiten hat, zu übertragen und/oder zu empfangen.
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Wie oben erörtert, ist in einer bevorzugten Ausführungsform
von Antennensystem 20 die Impedanz der Antenne ungefähr 50 Ohm,
wie in der Antennenzuführungsschaltungstechnik 22 gesehen. Eine
derartige Impedanz kann durch Implementieren von Abstrahlungselement 30 als
eine Viertelwellenlängenwendel
und durch Auswählen
des Standorts und der Länge
vom parasitären
Element 40 erreicht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist Antennensystem 20 mit Sender 12 und
Empfänger 14 über eine
Koaxialverbindung 18 gekoppelt, die typischerweise eine
Impedanz in der Größenordnung
von 50 Ohm aufweist. Somit ist es in dieser Ausführungsform möglich, einen
maximalen Energietransfer ohne die Notwendigkeit für Impedanzanpassungsnetze
zu erreichen, da die Impedanz von Antennensystem 20 an
die Impedanz der Quellenübertragungsleitung 18 angepasst ist.
Wie jedoch durch einen Durchschnittsfachmann verstanden wird, sind
Impedanzanpassungsnetze zum Transformieren der Impedanz von einer
Antenne, um die Impedanz einer Quellenübertragungsleitung anzupassen,
in der Technik gut bekannt. Entsprechend müssen Antennen, die gemäß der vorliegenden
Erfindung gestaltet sind, nicht gestaltet sein, eine Impedanz in
der Größenordnung
von 50 Ohm aufzuweisen, obwohl Antennen mit Impedanzen in diesem
Bereich typischerweise den Vorteil aufweisen, dass sie keine zusätzliche
Hardware erfordern, die mit einem Impedanzanpassungsnetz in Verbindung
steht.
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In Übereinstimmung mit den Unterweisungen
der vorliegenden Erfindung wird verstanden, dass das parasitäre Element
in einer Vielfalt von unterschiedlichen Standorten benachbart zu der
Wendelantenne und in einer Vielfalt von unterschiedlichen Ausrichtungen
platziert sein kann. Der optimale Standort und Ausrichtung können jedoch
beträchtlich mit
der speziellen Größe und Leistungsverhaltensanforderungen,
die für
das Antennensystem angegeben sind, variieren. Entsprechend versieht
die Flexibilität,
die mit den Antennensystemen der vorliegenden Erfindung für eine Positionierung
des parasitären Elementes
verfügbar
ist, den Konstrukteur mit mehreren Freiheitsgraden bei einem Versuch,
eine Antenne zu gestalten, die ein akzeptables VSWR und Bandbreitenleistungsverhalten
vorsieht, in zwei oder mehr speziellen Frequenzbändern mitschwingt und vom Benutzer
auferlegte Größen- und
Volumenbeschränkungen
erfüllt.
Diese Gestaltungsflexibilität
ist sehr wichtig, da die zulässige
Größe und Volumen der
Antenne häufig
wegen ästhetischer
Betrachtungen und einer Benutzeranforderung nach kleinen Funktelefonen
sehr beschränkt
sind.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung
werden Verfahren zum Herstellen von Antennensystem 20 offengelegt.
Gemäß diesem
Aspekt der Erfindung wird Antennensystem 20 zum Kommunizieren
in zwei getrennten Frequenzbändern
durch Vorsehen eines Abstrahlungselementes 30 und eines
parasitären
Elementes 40, das sich benachbart zum Abstrahlungselement 30 befindet,
vorgesehen. Das parasitäre
Element 40 ist derart positioniert, dass wenn Funkfrequenzenergie
in dem höheren
der Frequenzbänder
auf das Antennensystem 20 einfällt, das Abstrahlungselement 30 und
das parasitäre
Element 40 kapazitiv gekoppelt sind, während wenn Funkfrequenzenergie
in dem unteren der Frequenzbänder
auf das Antennensystem 20 einfällt, das Abstrahlungselement 30 im
wesentlichen von dem parasitären
Element 40 isoliert ist. Wie durch einen Durchschnittsfachmann
angesichts der vorliegenden Offenlegung verstanden wird, kann der
Durchmesser für
das Abstrahlungselement in einer bevorzugten Ausführungsform
als der größte Durchmesser
einer Wendelantenne gewählt
werden, die in das Volumen, das für Antennensystem 20 zulässig ist,
passen wird. Die Länge
von Abstrahlungselement 30 kann als die Länge entsprechend
einer Resonanzlänge
für die Antenne
gewählt
werden, die in einer bevorzugten Ausführungsform ein Viertel der
Wellenlänge
der mittleren Frequenz des unteren der Betriebsfrequenzbänder ist.
Die axiale Länge
von Antennensystem 20 kann als die Länge gewählt werden, die für Antennensystem 20 in
den Gestaltungsspezifikationen zulässig ist.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
kann die optimale Position für
das parasitäre
Element durch Vorsehen von Funkfrequenzenergie zu Antennensystem 20 und
Messen der Ausgabe von Antenne 20 unter Verwendung eines
Netzanalysators bestimmt werden, wenn parasitäre Elemente 40 verschiedener
Größe in verschiedene
Positionen und Ausrichtungen benachbart zu Abstrahlungselement 30 platziert
werden. Durch dieses Verfahren können
die Größe, Standort
und Ausrichtung vom parasitären
Element 40 ausgewählt
werden, um ein Antennensystem 20 vorzusehen, dass eine
angegebene Größe, VSWR
und Frequenzreaktionsanforderungen erfüllt. In einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist das parasitäre Element 40 derart
positioniert, dass die effektive Apertur des Antennensystems 20 im
wesentlichen die gleiche in beiden Frequenzbändern ist, in denen es zu arbeiten
hat.
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BEISPIEL 1
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Es wurde ein Antennensystem 20 gemäß den Unterweisungen
der vorliegenden Erfindung für einen
Betrieb in dem AMPS-Frequenzband von 824 MHz bis 894 MHz und dem
PCS-Frequenzband von 1850 MHz bis 1990 MHz konstruiert. In dieser
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst Abstrahlungselement 30 einen
Kupferstreifen, der ungefähr
6 Drehungen auf einer Fiberglasröhre
gewunden ist, wobei die Länge
von Abstrahlungselement 30 ungefähr 88 Millimeter (eine Viertelwellen länge bei
850 MHz) ist, die axiale Länge
in der Größenordnung
von 25 Millimetern ist und der Durchmesser der Wende ungefähr 8 Millimeter
ist. In dieser Ausführungsform
wurde das parasitäre
Element 40 als ein nicht-resonanter Draht mit 13 Millimeter
Länge implementiert,
der außerhalb
von, aber benachbart zu (ungefähr
0,2 Millimeter einer Trennung) der Wendel, die durch Abstrahlungselement 30 gebildet
wird, in einer Position parallel zu der Hauptachse der Wendel positioniert
wurde. Das Abstrahlungselement 40 inkludiert eine dielektrische
Beschichtung 46 um die Außenfläche des Drahtes. In dieser
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wurde das parasitäre Element 40 durch
Wickeln eines seiner Enden ungefähr
eine oder zwei Windungen um Abstrahlungselement 30 ungefähr eine
und eine halbe Windungen aufwärts
von dem Ursprung 32 von Abstrahlungselement 30 und
Wickeln des anderen Endes vom parasitären Element 40 eine
oder zwei Drehungen um Abstrahlungselement 30 ungefähr vier
und eine halbe Windungen aufwärts
von Ursprung 32 positioniert. In dieser Ausführungsform
berührt
die dielektrische Beschichtung 46, die das parasitäre Element 40 umgibt, beide
Zwischenwindungen von Abstrahlungselement 30 (d. h. die
Windungen zwischen den Windungen, wo das parasitäre Element 40 um Abstrahlungselement 30 gewickelt
ist).
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BEISPIEL 2
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Es wurde ein zweites Antennensystem 20 gemäß den Unterweisungen
der vorliegenden Erfindung konstruiert, das auch für einen
Betrieb in dem AMPS-Frequenzband von 824 MHz bis 894 MHz und in
dem PCS-Frequenzband von 1850 MHz bis 1990 MHz gestaltet wurde.
In dieser Ausführungsform
umfasst Abstrahlungselement 30 einen Kupferstreifen, der
ungefähr
fünf und
eine halbe Drehungen auf einer Fiberglasröhre gewunden ist, wobei die
Länge von
Abstrahlungselement 30 ungefähr 88 Millimeter ist (eine
Viertelwellenlänge
bei 850 MHz), die axiale Länge
in der Größenordnung
von 20 Millimetern ist und der Durchmesser der Wendel ungefähr 7 Millimeter
ist. In dieser Ausführungsform
wurde das parasitäre
Element 40 als ein nicht-resonanter leitender Draht mit
einer Länge
von 10 Millimetern implementiert, der außerhalb von, aber benachbart
zu (ungefähr
0,2 Millimeter einer Trennung) der Wendel, die durch Abstrahlungselement 30 gebildet
wird, in einer Position parallel zu der Hauptachse der Wendel positioniert
wurde. Das parasitäre
Element 40 inkludierte eine dielektrische Beschichtung 46 um
die Außenfläche des
Drahtes. In dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wurde das parasitäre Element 40 durch
Wickeln eines seiner Enden eine oder zwei Drehungen um Abstrahlungselement 30 ungefähr eine
und eine halbe Windungen aufwärts
von dem Ursprung 32 von Abstrahlungselement 30 und
Wickeln des anderen Endes vom parasitären Element 40 eine
oder zwei Drehungen um Abstrahlungselement 30 ungefähr vier
und eine halbe Windungen von dem Ursprung 32 positioniert.
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6 und 7 veranschaulichen die Reaktion dieses
Antennensystems 20 über
die beiden Betriebsfrequenzbänder.
Wie in 6 veranschaulicht, sieht
Antennensystem 20 ein VSWR von weniger als 2,0 über den
Frequenzbereich von 824 bis 894 MHz vor, und 7 zeigt, dass ähnlich ein VSWR von weniger
als 2,5 über
den Frequenzbereich von 1850 bis 1990 MHz aufrechterhalten wird.
Somit sieht das Antennensystem Dualbandbetrieb über beide AMPS- und PCS-Frequenzbänder vor.