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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne für eine Vorrichtung für drahtlose
Kommunikation gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 und eine Mobilstation gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10.
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Bekannte
Antennen, die in Mobilstationen zum Senden und Empfangen von Hochfrequenzsignalen
verwendet werden, umfassen die Monopolantenne und die Helixantenne.
Um einen korrekten elektrischen Betrieb sicherzustellen, müssen diese Antennen
im freien Raum außerhalb
des Gehäuses der
Mobilstation angeordnet werden. Die Hochfrequenzsignale zwischen
dem Funkabschnitt der Mobilstation und der Antenne werden gewöhnlich mittels Leitungen
und Verbinder übertragen.
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Die
Monopolantenne ist im Prinzip ein gerader Leiter über einer
leitenden Ebene und im Wesentlichen senkrecht zu dieser und seine
Länge hängt unter
anderem von dem Frequenzbereich der verwendeten Hochfrequenzsignale
ab. GSM-Mobilkommunikationsnetze verwenden z. B. den 900 MHz-Frequenzbereich,
wobei die entsprechenden Wellenlängen
in der Luft im Bereich von etwa 30 cm liegen. Dabei sollte die Länge des
Antennendrahts, der für
eine Monopolantenne etwa Lambda/2 misst, etwa 15 cm betragen. Bei
der praktischen Implementierung kann die Länge des Antennenleiters in
gewissem Umfang verkürzt
werden, indem eine so genannte Verlängerungsspule in den Anpassungselementen
der Antenne verwendet wird. Eine bekannte Implementierung des Standes
der Technik der Monopolantenne in einer Mobilstation ist derart,
dass der Antennenleiter in einem flexiblen oder starren und schützenden
rohrförmigen
Teil aus isolierendem Material angeordnet ist, das mittels eines
Verbinders an der Mobilstation befestigt ist. Dieser Verbinder schafft
außerdem
eine elektrische Kopplung zwischen der Antenne und dem Funkabschnitt
der Mobilstation. Eine derartige Antenne ist jedoch lang im Vergleich
mit der eigentlichen Mobilstation und ist, da sie außerhalb
der Mobilstation angeordnet ist, auf Beschädigungen empfindlich, z. B.
durch einen Aufprall beim Herabfallen.
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Eine
weitere Implementierung des Standes der Technik der Monopolantenne
ist eine herausziehbare Struktur, derart, dass der Antennenleiter
oder dergleichen, der in dem Körper
einer Mobilstation angeordnet ist, z. B. für die Dauer eines Anrufs aus
der Mobilstation herausgezogen werden kann. Wenn der Antennenleiter
auf die maximale Ausdehnung herausgezogen ist, ist er verriegelt
und mit dem Funkabschnitt der Mobilstation elektrisch verbunden.
Nach dem Anruf wird der Antennenleiter gewöhnlich zurück in das Gehäuse der
Mobilstation geschoben. Wenn sich der Antennenleiter jedoch vollständig in dem
Gehäuse
der Mobilstation befindet, ist die Signalverstärkung nicht so gut wie sie
andernfalls sein würde,
was insbesondere bei einem schwachen Signalfeld bewirken kann, dass
die Verbindung zwischen dem Mobilkommunikationssystem und der Mobilstation
unterbrochen wird. Die Antenne muss dann aus dem Gehäuse der
Mobilstation herausgezogen werden, wenn die Mobilstation in dem
Mobilkommunikationssystem angemeldet werden soll, um z. B. ankommende
Anrufe zu empfangen.
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Eine
derartige bewegliche Antenne umfasst jedoch Abschnitte, die mechanisch
verschleißen,
so dass im Laufe der Zeit die Notwendigkeit entstehen kann, wenigstens
einen Teil der Antennenelemente zu ersetzen. Gleichfall kann eine
sorglose Behandlung der Mobilstation den Antennenleiter beschädigen, insbesondere
dann, wenn er herausgezogen oder eingeschoben wird. Der Verschleiß von Teilen und
die falsche Behandlung der Antenne kann außer der Notwendigkeit der Ersetzung
von Teilen eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit der Mobilstation bewirken.
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Eine
Helixantenne ist ein in Rechtsrichtung oder Linksrichtung zu einer
Spule gewickelter Leiter, der über
einer leitenden Ebene angeordnet ist. Die Helixstruktur schafft
bei gleichem Betriebsfrequenzbereich eine kürzere Antenne als die Monopolstruktur.
Eine bekannte Implementierung des Standes der Technik der Helixantenne
in Mobilstationen ist derart, dass der Antennenleiter in einem schützenden
zylindrischen oder konischen Teil aus isolierendem Material angeordnet
ist, das mittels eines Verbinders an der Mobilstation befestigt
ist. Dieser Verbinder dient außerdem
als eine elektrische Kopplung zwischen der Antenne und dem Funkabschnitt
der Mobilstation. Auch diese Struktur, die außerhalb der Mobilstation angeordnet
ist, ist auf Beschädigungen,
die z. B. durch Herabfallen der Mobilstation verursacht werden,
sowie auf andere äußere Stöße anfällig.
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Da
eine Außenantenne
in einer Mobilstation auf Beschädigungen
anfällig
ist, müssen
die eigentliche Antenne und die Befestigung der Antenne an der Mobilstation
dauerhaft und fest hergestellt werden, was dem Versuch entgegensteht,
optimale elektrische Charakteristiken für die Mobilstation zu erreichen,
und vor allem den Preis der Antenne ansteigen lässt. In Bezug auf die Montagearbeiten
bei der Mobilstation bedeutet eine äußere Antennenstruktur mehr
Arbeitsstufen und deswegen steigen die Kosten der Montagearbeiten.
Die Antenne muss außerdem
für eine
Massenproduktion geeignet sein, was bedeutet, dass die Verbindungen
zwischen den Abschnitten der Mobilstation und den verschiedenen Abschnitten
der Antenne für
eine automatische Montage geeignet sein müssen.
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Insbesondere
bei kleinen handgehaltenen Telephonen kann die äußere Antenne nahe am Kopf des
Benutzers angeordnet sein, wenn dieser das Telephon verwendet, wodurch
die elektrische Funktion der Antenne beeinträchtigt wird. Gleichfalls kann
ein Teil der von der Antenne abgestrahlten elektrischen Energie
in den Kopf des Benutzers gekoppelt werden. Um diese gekoppelte
Leistung zu verringern, muss die äußere Antenne so angeordnet
werden, dass sie so weit wie möglich
vom Kopf des Benutzers entfernt ist, wenn die Mobilstation in der
Betriebsposition ist. Das hat ebenfalls einige Einschränkungen am
Aufbau der Mobilstation zur Folge.
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Eine
Antenne, bei der bekanntlich einige Nachteile der äußeren Antenne
vermieden werden, ist die luftisolierte ebene Antenne in Form eines
umgekehrten F (Abkürzung
PIFA). Diese Art der Antenne ist in EP-A-0 757 405 offenbart.
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Die
PIFA-Antenne enthält
eine dünne
parallelogrammförmige
Antennenplatte, die aus einem leitenden Material, wie etwa Metall
oder eine mit einem leitenden Material beschichtete Platte, hergestellt
ist. Die Länge
der Seiten der PIFA-Antenne hängen
von dem Betriebsfrequenzbereich der Antenne ab. Wenn der Betriebsfrequenzbereich
von etwa 880 bis 960 MHz geht, sind geeignete Abmessungen der PIFA-Platte
etwa 50 mm für
die langen Seiten und 25 mm für
die kurzen Seiten. Die Abmessungen der Antennenplatte sind zur Wellenlänge des
Betriebsfrequenzbereichs proportional. Das nutzbare Frequenzband
kann außerdem
mit einer PIFA-Antenne breiter gemacht werden als mit einer Helixantenne.
Es ist ferner außerdem
einfacher, die PIFA-Antenne in der Weise herzustellen, dass die
Fertigungstoleranzen ausreichend sind, um die gewünschte elektrische Funktion
sicherzustellen.
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Bei
der PIFA-Antenne ist die Antennenplatte im Wesentlichen parallel
zu der Struktur, die als die Erdungsebene dient, und in einem Abstand
von dieser angeordnet. Die Erdungsebene kann z. B. ein wenigstens
teilweise leitender Schutzkörper
in der Mobilstation sein. Eine kurze Seite der Antennenplatte ist
mittels eines Leiters mit der Erdungsebene kurzgeschlossen und ein
Hochfrequenzsignal wird über eine
elektrische Schaltung, die einen Kondensator und eine Induktivität aufweist,
die in Reihe geschaltet sind, zu der Antennenplatte geleitet. Der
Kondensator und die Induktivität
bilden eine Reihenresonanzschaltung, deren Resonanzfrequenz gemäß dem Betriebsfrequenzbereich
der Mobilstation dimensioniert ist, der z. B. von etwa 880 bis 960
MHz geht. Der Signalspeisepunkt der Antennenplatte kann an der kurzen
Seite der Platte nahe an der Kurzschlussverbindung angeordnet sein.
Der Kondensator der Reihenresonanzschaltung ist z. B. in dem Funkabschnitt
der Mobilstation angeordnet und die Induktivität ist zwischen die Antennenplatte
und den Funkabschnitt gekoppelt.
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Das
Frequenzband der Antenne hängt
außerdem
von dem Abstand zwischen der Erdungsebene und den verschiedenen
Elementen der Antennenplatte ab, so dass dann, wenn die Antennenplatte
bewegt wird, das Frequenzband der Antenne gegenüber dem gewünschten Frequenzbereich verschoben wird.
Um das zu verhindern, muss die Antennenplatte sicher an einer Basis
befestigt werden. In der Zusammenbauphase der Mobilstation muss
die Antennenplatte genau in dem richtigen Abstand von der Erdungsebene
befestigt werden. Die Befestigung sollte eine Bewegung der Antennenplatte
in Bezug auf die Erdungsplatte sowohl längs der Ebene der Antennenplatte
als auch in der Richtung senkrecht zu dieser Ebene verhindern.
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Es
ist eine Aufgabe dieser Erfindung, die oben erwähnten Nachteile von Antennenstrukturen des
Standes der Technik in Mobilstation zu eliminieren und eine Antenne
für eine
Mobilstation zu schaffen, die in Bezug auf die Herstellung der verschiedenen
Teile der Antenne möglichst
einfach ist, und in Bezug auf die Montage der Mobilstation möglichst leicht
montiert werden kann und möglichst
zuverlässig
ist. Die Antenne umfasst vorteilhaft eine PIFA-Antenne. Die Antenne
gemäß der Erfindung
ist durch die Offenbarung in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch
1 gekennzeichnet. Die Mobilstation gemäß der Erfindung ist durch die
Offenbarung in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 10 gekennzeichnet.
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Die
betreffende Antenne besitzt beträchtliche
Vorteile. Bei Verwendung dieser Antenne kann die Antenne im Außengehäuse der
Mobilstation angeordnet werden, so dass die Antenne im Gehäuse gut
geschützt
ist und Fehler, die durch das Herabfallen der Mobilstation und Brechen
der äußeren Antenne
hervorgerufen werden, vermieden werden können. Die PIFA-Antenne ist
außerdem
einfach, so dass in Bezug auf die Antenne bei der Herstellung und
Produktion der Mobilstation eine automatische Herstellung und Montage
angewendet werden können.
Eine Tatsache, die die Zuverlässigkeit
der Mobilstation verbessert, besteht darin, dass bei der PIFA-Antenne
keine Notwendigkeit besteht, dass sich Teile während des Betriebs zueinander
bewegen und somit verschleißen.
Die elektrische Kopplung der PIFA-Antenne mit einer inneren gedruckten
Leiterplatte kann außerdem
ohne große
und starke Verbinder realisiert werden.
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Die
Antenne der Erfindung ermöglicht,
die Anzahl von Arbeitsstufen beim Zusammenbau zu verringern und
ermöglicht
gleichzeitig eine genaue Positionierung der Antenne, die für den Betrieb
der Mobilstation wesentlich ist, in Bezug auf die Erdungsebene.
Die Struktur der Antenne verhindert außerdem, dass die Antennenplatte
durch andere Abschnitte der Antenne unterstützt wird, so dass äußere Stöße, wie
etwa Schläge, Änderungen
der Position und Bewegungen der Mobilstation, die Dimensionierung
der Antenne, soweit dadurch die elektrische Funktion betroffen ist,
nicht verändern.
In Bezug auf den Zusammenbau der Mobilstation ist die Antenne gemäß der Erfindung
zuverlässig
und leicht zu installieren, wodurch sie für eine Massenproduktion geeignet
ist.
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Die
kleine Größe der Antenne
und ihre Anpassungsfähigkeit
an verschiedene Formen von Mobilstationen ermöglichen eine einfache Entwurfsgestaltung.
Die Antenne kann so positioniert werden, dass sie während des
Betriebs an der Rückseite
der Mobilstation in Bezug auf den Benutzer angeordnet ist, was bedeutet,
dass im Vergleich zu einer äußeren Antenne
beträchtlich
weniger Leistung in den Kopf des Benutzers gekoppelt wird. Gleichzeitig
ist während
des Betriebs die nachteilige Wirkung des Kopfes auf die elektrischen
Charakteristiken der Antenne verringert.
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung genauer beschrieben,
in der:
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1 eine
Explosionsansicht des Aufbaus der Antenne gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2a eine
Draufsicht eines beispielhaften Aufbaus des Antennenplattenblechs
zeigt, das bei der Herstellung der Antennenplatte gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird;
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2b eine
perspektivische Ansicht der Antennenplatte gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2c eine
perspektivische Ansicht des Aufbaus des Unterstützungsrahmens gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2d einen
vereinfachten Querschnitt der Antenne gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt, wobei die Antenne in einer Betriebsposition
ist, d. h. in einer Mobilstation installiert ist;
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3 einen
vereinfachten Schaltplan einer Speiseschaltung der Antenne zeigt;
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4 eine
Explosionsansicht des Aufbaus der Antenne gemäß einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt; und
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5 einen
vereinfachten Querschnitt einer weiteren vorteilhaften Antenne gemäß der Erfindung zeigt,
wobei die Antenne in einer Mobilstation installiert ist.
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1 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
der Antenne 1 gemäß der Erfindung
in Verbindung mit einer Vorrichtung für drahtlose Kommunikation,
wie etwa eine Mobilstation 2. Die Antenne 1 umfasst
eine Antennenplatte 3, die als ebener Strahler wirkt. Die
Mobilstation 2 umfasst eine Erdungsplatte 4, die
vorteilhaft ein Schutzschild für
elektromagnetische Störfreiheit
(EMC) der Mobilstation bildet, dessen Aufgabe darin besteht zu verhindern,
dass Störsignale,
die möglicherweise
von der Mobilstation 2 erzeugt werden, in die Umgebung
gestreut werden und andererseits Störsignale, die aus der Umgebung kommen,
die Funktionsweise der Mobilstation 2 beeinflussen. Die
Hochfrequenzsignal-Speisung
erfolgt mittels eines Speiseelements 5, das zwischen die Antennenplatte 3 und
den Funkabschnitt 7 gekoppelt ist (3). Die
Antennenplatte 3 ist durch ein Erdungselement 6 mit
der Erdungsebene 4 kurzgeschlossen, so dass die Antenne 1 elektrisch
eine Viertelwellenlängen-Antenne
ist. Das Speise element 5 ist vorteilhaft eine Induktivität und das
Erdungselement 6 ist ein Leiter, der sowohl mit der Antennenplatte 3 als
auch mit der Erdungsebene 4 elektrisch verbunden ist, wenn
die Antenne an ihrem Platz installiert ist.
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2a zeigt
ein Antennenplattenblech 8 für die Antenne 1, die
in 1 gezeigt ist, genauer, und 2a zeigt
eine Antennenplatte 3, die aus dem Antennenplattenblech 8 hergestellt
ist. Das Antennenplattenblech 8 ist vorzugsweise eine flexible
dünne Metallplatte
oder eine elektrisch leitende Platte, wie etwa eine mit einem leitenden
Material beschichtete Platte. Die Antennenplatte 3, die
als Strahler wirkt, ist eben und vorteilhaft wie ein Parallelogramm
oder ein Polygon geformt. Um die Antennenplatte 3 an einem Unterstützungsrahmen 10 genau
zu positionieren, sind in die Antennenplatte Führungslöcher 9 gestanzt oder
gebohrt, die klein sind im Vergleich zu den Abmessungen der Antennenplatte 3.
In dieser bevorzugten Ausführungsform,
die durch 2a veranschaulicht ist, umfasst
die Antenne 1 außerdem
ein Speiseelement 5, das aus dem selben Blech und vorzugsweise
zum gleichen Zeitpunkt wie die Antennenplatte 3 mittels
Stanzen oder eines anderen geeigneten Arbeitsverfahrens hergestellt
ist, und ein Erdungselement 6. Das Speiseelement 5 wird
realisiert, indem ein stufenförmiger
Metallstreifen verwendet wird, bei dem die Länge der Stufen und die Breite
des Streifens bei jeder Stufe von der gewünschten elektrischen Funktion
abhängen.
Die Funktionsweise des Speiseelements 5 in Verbindung mit
dem Betrieb der Antenne 1 entspricht einer Induktivität und die
Größe der Induktivität hängt von
den Abmessungen und dem Betriebsfrequenzbereich des Speiseelements 5 ab.
Die Aufbaulänge
des Erdungselements 6 und des Speiseelements 5 ist
wenigstens gleich dem Abstand ihres Befestigungspunkts in der Antennenplatte 3 von
dem entsprechenden Befestigungspunkt in dem Funkabschnitt 7 der
Mobilstation, dargestellt in 1 durch
eine Signalleiter-Schnittstelle 15 und eine Erdungsleiter-Schnittstelle 16,
die in der leitenden Schicht der gedruckten Leiterplatte 14 ausgebildet sind.
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Der
Abstand der Antennenplatte 3 von der Erdungsplatte 4 kann
an unterschiedlichen Abschnitten der Antennenplatte verschieden
sein. Die Antennenplatte kann z. B. gekrümmt sein, wie in der Zeichnung
gezeigt ist. Die Krümmung
entspricht der Form der Abdeckstruktur 12, so dass die
Abdeckstruktur 12 die Antennenplatte 3 gleichmäßig unterstützt. Je
näher beieinander
die Antennenplatte 3 und die Erdungsplatte 4 angeordnet
sind, desto größer ist
offensichtlich die Kapazität
zwischen ihren. Das vergrößert die
Resonanzfre quenz der Antenne 1 um ein bestimmtes Maß, was bei
der Dimensionierung der Antennenplatte 3 für den gewünschten
Betriebsfrequenzbereich berücksichtigt
werden muss. In dieser Ausführungsform
umfasst die Antennenplatte 3 außerdem Federelemente 11,
die aus dem Antennenplattenblech 8 z. B. durch Stanzen
und Biegen hergestellt sind und mit einer Seite an der Antennenplatte befestigt
sind. Der Zweck der Federelemente 11 besteht darin, die
Antennenplatte gegen die Oberfläche der
Innenseite der Antennenabdeckungsstruktur 12 zu spannen,
um die flexible Antennenplatte 3 genau gegen den Unterstützungsrahmen 10 zu
drücken, damit
sichergestellt ist, dass der Abstand der Antennenplatte 3 von
der Erdungsebene 4 korrekt ist.
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Es
ist klar, dass die Form der Antennenplatte 3 von der Form
eines Parallelogramms oder von einer ebenen Form verschieden sein
kann, so dass bei ihrer Positionierung in der Vorrichtung mehrere
Möglichkeiten
vorhanden sind. Gleichfalls hängen
die Anzahl und die Positionierung der Federelemente 11 u. a.
von der Struktur des Unterstützungsrahmens 10 ab.
Soweit der elektrische Betrieb betroffen ist, kann das Erdungselement 6 durch
einen separaten Metallerdungsleiter ersetzt werden und das Speiseelement 5 kann
durch einen separaten Metallspeiseleiter ersetzt werden, der zu
einer Spule gewickelt in seiner elektrischen Funktion einem Leiter
entspricht. Ein Strahler kann außerdem hergestellt werden,
indem als Antennenplatte 3 eine geformte oder gegossene Kunststofflage,
die mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet ist, verwendet
wird oder er z. B. durch Mischen einer elektrisch leitenden Substanz
in ein Kunststoffrohmaterial gebildet wird.
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Die
Antenne 1 gemäß der Erfindung
kann außerdem
ohne ein Erdungselement 6 realisiert sein, wobei der Strahler
dann notwendigerweise größer wird.
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Eine
vorteilhafte Implementierung des Antennenunterstützungsrahmens 10,
der in 2c gezeigt ist, umfasst einen
ebenen äußeren Rahmen 10a,
der z. B. aus Kunststoff durch Gießen hergestellt ist und eine
damit verbundene Unterstützungsstruktur 10b, 10c.
Der Unterstützungsrahmen 10 ist
aus einem Material hergestellt, das ein elektrischer Isolator ist.
Die Dicke des Unterstützungsrahmens 10 kann
an verschiedenen Stellen variieren. Die Form der äußersten
Kante des durchgängigen äußeren Rahmens 10a in
dem Unterstützungsrahmen 10 folgt vorteilhaft
der Form der Antennenplatte 3, die durch sie unterstützt wird.
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Der
Unterstützungsrahmen 10 umfasst
Führungsstifte 13,
die an seinem äußeren Rahmen 10a oder
seiner Unterstützungsstruktur 10b, 10c befestigt
sind, so dass die Stifte im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene
des Unterstützungsrahmens 10 sind.
Die Führungsstifte 13 sind
auf dem Unterstützungsrahmen 10 angeordnet,
so dass beim Zusammenbau der Antenne 1 die Führungsstifte 13 die
Führungslöcher 9 an
den entsprechenden Stellen in der Antennenplatte 3 treffen
und sie längs
der Hauptebene der Antennenplatte 3 an dem Unterstützungsrahmen 10 befestigen.
Der äußere Rahmen 10a des
Unterstützungsrahmens 10 oder
seine Unterstützungsstruktur 10b, 10c umfasst
vorzugsweise flexible Verriegelungselemente 14, die in
dem Unterstützungsrahmen
vorzugsweise an Positionen angeordnet sind, die den äußeren Kanten
der Antennenplatte 3 entsprechen, vorzugsweise derart,
dass der Rand der Antennenplatte 3 durch sie eingespannt
wird. Der Zweck der Verriegelungselemente 14 besteht darin, den
Unterstützungsrahmen 10 an
der Antennenabdeckstruktur 12 zu verriegeln. Das wird erreicht,
indem z. B. an jedem Verriegelungselement 14 ein Zahn oder
ein anderer krallenähnlicher
Abschnitt angeordnet wird, der in der Betriebsposition auf sein (nicht
gezeigtes) Gegenstück,
wie etwa eine Nut, in der Abdeckstruktur 12 trifft. Die
flexible Struktur der Verriegelungselemente 14 ermöglicht,
dass der krallenähnliche
Abschnitt zur Seite geschoben wird und zurückkehrt, wenn der Unterstützungsrahmen 10 in der
Abdeckstruktur 12 installiert wird. Das hat z. B. den Vorteil,
dass die Antennenplatte 3 schnell installiert wird und
die Antennenplatte 3 trotzdem in Bezug auf den Unterstützungsrahmen 10 und
somit in Bezug auf die Erdungsebene 4 genau positioniert
werden kann. Die Abdeckstruktur 12 umfasst vorzugsweise
flexible Gegenstücke 22,
die gegen die Oberfläche
der Antennenplatte 3 gedrückt werden, wenn die Antennenplatte 3 installiert
wird.
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Der
Unterstützungsrahmen
von 2a enthält
außerdem
für das
Speiseelement 5 und das Erdungselement 6 eine
Unterstützungsbasis 17,
gegen die das Speiseelement 5 und das Erdungselement 6, die
aus dem Antennenplattenblech 8 gebildet sind, angeordnet
sind, wenn die Antennenplatte 3 installiert ist.
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Die
oben beschriebene Antenne 1 wird an einer Mobilstation 2 vorteilhaft
befestigt, indem die Abdeckstruktur 12 mit den oben erwähnten strukturellen Abschnitten
der Antenne 1 z.B. mittels Schrauben oder unter Verwendung
ei nes anderen bekannten Befestigungsverfahrens an dem Gehäuse 23 oder der
gedruckten Leiterplatte 14 der Mobilstation befestigt wird. 2d zeigt
einen vereinfachten Querschnitt der Antenne 1 gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung in der Betriebsposition, d. h. installiert in einer
Mobilstation 2.
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Es
werden beispielhaft Abmessungen für die Antenne 1 von 1,
die in einer Mobilstation 2 des GSM-Mobilkommunikationssystems
verwendet werden soll, angegeben. Der Frequenzbereich beträgt etwa
880 bis 960 MHz, der Wellenlängen
von etwa 34 bis 31 cm entspricht. Die Größe der Antennenplatte 3 ist
etwa 5 _ 2,5 cm und der Abstand von der Erdungsebene beträgt an einer
ersten Kante etwa 2 mm und ist an einer zweiten Kante etwas größer. Die
Länge des
Erdungsleiters 6 beträgt
etwa 11,5 mm und ist mit einer Ecke der Antennenplatte 3 verbunden.
Das Speiseelement 5 ist etwa 4 mm von dem Verbindungspunkt
des Erdungsleiters 6 entfernt bei einem Abstand von etwa
2 mm von dem Rand der Antennenplatte angeschlossen.
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Der
Erdungsleiter 6 kann außerdem so realisiert sein,
dass er direkt mit der Erdungsebene 4 gekoppelt ist, wobei
dann in dem obigen Dimensionierungsbeispiel eine Länge von
2 mm für
den Erdungsleiter ausreichend ist. Der Kontakt zwischen dem Erdungsleiter 6 und
der Erdungsebene 4 kann z. B. mittels Zusammendrücken realisiert
sein. Ein weiteres Verfahren der Implementierung besteht darin,
dass eine Kondensatorplatte 24, d. h. eine elektrisch leitende
Platte, die von der Erdungsplatte 4 elektrisch isoliert
ist, auf der Oberseite der Erdungsebene 4 angeordnet wird.
Dann bilden die Kondensatorplatte 24 und die Erdungsplatte 4 eine
Kapazität,
so dass Hochfrequenzsignale zwischen der Kondensatorplatte 24 und
der Erdungsplatte 4 kurzgeschlossen werden. Diese Anordnung
ist in vereinfachter Weise im Querschnitt von 5 dargestellt.
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3 zeigt
ein Beispiel einer Speiseschaltung für die Antenne 1 gemäß der Erfindung,
die einen Funkabschnitt 7 der Mobilstation umfasst, wobei der
Funkabschnitt u. a. einen Sender/Empfänger TX/RX und eine Anpassungskapazität C umfasst. Die
Anpassungskapazität
C und die Induktivität,
die als ein Antennenspeiseelement 5 verwendet wird, bilden
eine Reihenresonanzschaltung, die vorzugsweise auf den Betriebsfrequenzbereich
der Antenne 1 abgestimmt ist, wodurch die Bandbreite der
Antenne 1 vergrößert wird.
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4 zeigt
eine Explosionsansicht der Antenne 1 gemäß einer
zweiten bevor zugten Ausführungsform
der Erfindung. Diese unterscheidet sich von der in 1 dargestellten
Ausführungsform
z. B. darin, dass das Speiseelement 5 und das Erdungselement 6 in
einem separaten Speisemodul 18 implementiert sind, das
in der Mobilstation z. B. mittels Löten an der Signalleiter-Schnittstelle 15 und
der Erdungsleiter-Schnittstelle 16 auf der gedruckten Leiterplatte 14 befestigt
werden kann. Eine vorteilhaft gegenüberliegende Oberfläche des
Speisemoduls 18 weist Kontakte 19, 20 auf,
die das Speiseelement 5 und das Erdungselement 6 in
der Betriebsposition mit der Antennenplatte 3 verbinden.
Diese Ausführungsform
enthält
keinen eigentlichen Unterstützungsrahmen 10,
aber die Antennenplatte weist Zwischenträger 21 auf, mit deren
Hilfe der Abstand der Antennenplatte 3 von der Erdungsebene
auf dem richtigen Wert gehalten wird. Bei dieser Ausführungsform
wird die Installation direkt an der Mobilstation 2 ausgeführt, indem
zuerst das Speisemodul 18 befestigt wird und dann die Antennenplatte
an der richtigen Stelle über
der Erdungsebene 4 angeordnet wird. Auf der Oberseite der
Antennenplatte 3 ist eine Abdeckstruktur 12 angeordnet,
die vorzugsweise flexible Vorsprünge 22 aufweist,
mittels deren die Antennenplatte 3 gegen die Erdungsplatte 4 der
Mobilstation gedrückt
wird. Dadurch wird die Antennenplatte 3 trotz möglicher
Schläge
und anderer Kräfte,
die auf die Mobilstation 2 gerichtet sind, sicher an ihrer
Verwendungsstelle gehalten.
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Es
ist klar, dass die Positionierung und die Anzahl von Führungsstiften 13 und
Verriegelungselementen 14 in dem Unterstützungsrahmen
gemäß der in
Frage kommenden Anwendung variieren können. Die Verriegelungselemente
können
außerdem
in dem Unterstützungsrahmen
so angeordnet sein, dass sie die Antennenplatte durch die darin
befindlichen Löcher
durchdringen. Die Verriegelungs- und Führungsfunktionen können außerdem kombiniert sein,
indem z. B. in den Führungsstiften 13 eine
Kralle oder dergleichen, die als Verriegelungselement 14 dient,
ausgebildet ist. Die Verriegelung des Unterstützungsrahmens 10 an
der Abdeckstruktur 12 kann außerdem unter Verwendung anderer
Befestigungselemente, wie etwa Schrauben oder Klebstoffe, ausgeführt werden.
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Die
Antennenabdeckstruktur 12, die in der Zeichnung gezeigt
ist, ist vorteilhaft ein parallelogrammförmiges Teil, das durch Gießen aus
einem Kunststoffmaterial hergestellt ist und eine konvexe äußere Oberfläche aufweist.
Die konkave innere Oberfläche
der Abdeckstruktur 12 weist (nicht gezeigte) Ausnehmungen auf,
die durch Bohren oder beim Gießen
hergestellt werden. Die Ausnehmungen sind in der Antennenabdeckstruktur 12 an
Stellen angeordnet, die den Stellen der Führungsstifte 13 des Unterstützungsrahmens
entsprechen, wenn die Antenne vollständig zusammengebaut ist. Die
Funktion der Ausnehmungen besteht darin, den Unterstützungsrahmen 10 in
Bezug auf die Abdeckstruktur 12 auszurichten. Die konkave
innere Oberfläche
der Abdeckstruktur 12 enthält außerdem Verriegelungsnute, die
durch Bohren oder beim Gießen
hergestellt werden und die an Stellen angeordnet sind, die den Stellen
der Verriegelungselementen 14 des Unterstützungsrahmens
entsprechen, so dass der Unterstützungsrahmen 10 an
der Abdeckstruktur 12 verriegelt werden kann.
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Es
ist klar, dass die Form des Rands der Abdeckstruktur 12 und
die Konvexität
der äußeren Seite gemäß den Komponenten,
in deren unmittelbarer Umgebung die Antenne 1 in der Mobilstation 2 befestigt
ist, stark variieren können.
Die Abdeckstruktur 12 kann gleichfalls ein oder mehrere
Löcher
für die
Befestigung der Antenne 1 an der Mobilstation 2 mittels Schrauben
enthalten. Die Abdeckstruktur 12 kann außerdem ein
oder mehrere Verriegelungselemente 14 aufweisen, die an
der Einfassung oder am Randabschnitt befestigt sind und deren Zweck
darin besteht, mit Randverriegelungsnuten, die an entsprechenden
Stellen in der Mobilstation 2 angeordnet sind, zu verbinden.
Die Befestigung der Abdeckstruktur 12 stellt den korrekten
Abstand der Antennenplatte 3 von der Antennenerdungsplatte 4 sicher.
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Der
einfache Aufbau der Antenne 1 ist ein beträchtlicher
Vorteil bei den Zusammenbauarbeiten. Die Antennenplatte ist auf
die Rahmenstruktur mit Hilfe der Führungsstifte 13 und
der Antennenplatten-Führungslöchern 9 ausgerichtet
und die Antennenplatte 3 ist gemäß der Form des Unterstützungsrahmens 10 geformt.
Der Unterstützungsrahmen 10 mit
der Antennenplatte 3 ist auf die innere Oberfläche der
Abdeckstruktur 12 mit Hilfe der Führungsstifte 13 und
Ausnehmungen in der Abdeckstruktur ausgerichtet. Die Verriegelungselemente 14 in
dem Unterstützungsrahmen 10 sind
in Randverriegelungsnuten in der Abdeckstruktur 12 verriegelt.
Federelemente 11 an der Antennenplatte 3 werden
gegen die innere Seite der Abdeckstruktur 12 gedrückt und
schieben die Antennenplatte 3 dann genau gegen den Unterstützungsrahmen 10.
Die Druckwirkung kann verbessert werden, indem Gegenstücke 22,
die aus einem flexiblen Material hergestellt sind, an der inneren Oberfläche der
Abdeckstruktur 12 angeordnet werden.
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Der
Aufbau der Antenne 1 gemäß der Erfindung wurde oben
in Verbindung mit einer Mobilstation 2 beschrieben, er
kann jedoch außerdem
bei anderen Vorrichtungen für
drahtlose Kommunikation angewendet werden, die bei ihren Kommunikationen Hochfrequenzsignale
verwenden. Derartige Vorrichtungen enthalten z. B. Funktelephone
und schnurlose Telephone.