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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für ein Mobil-Endgerät und ein
entsprechendes Mobil-Endgerät,
das die Antennenanordnung umfasst.
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Im
Allgemeinen besteht eine Antennenanordnung für ein Mobil-Endgerät aus einer
befestigten Wendelantenne sowie einer einschiebbaren Stabantenne.
Die Wendelantenne arbeitet in einem eingeschobenen Zustand und die
Stabantenne arbeitet in einem ausgezogenen Zustand.
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EP-A-0
590 955 betrifft eine Multibandantenne. Eine Antennenanordnung umfasst
einen stabförmigen
Teleskopstrahler, einen Planarstrahler in der Form einer Schaltfläche, die
um einen Fuß des
Stabstrahlers herum angeordnet ist, und einen Rahmenstrahler, der
sowohl den Planarstrahler als dem Stabstrahler umgibt. Ein Gehäuse enthält Kopplungsschaltungen,
durch die externe elektronische Komponenten mit dem Planarstrahler
und dem Rahmenstrahler gekoppelt werden, und die Karosserie eines
Fahrzeugs weist eine erweiterte Massefläche auf. Die Form der Konstruktion
wird als die Mikrostreifenform der Konstruktion verstanden, da dementsprechend
sowohl der Planarstrahler als auch der Rahmenstrahler abstrahlende
Mikrostreifenkomponenten sind. Der Stabstrahler kann mit einer Spule hergestellt
werden, um seine elektrische Länge
zu verändern.
Eine Manschette ermöglicht,
dass der Stabstrahler den Planarstrahler, die dielektrische Schicht
und die Platte durchlaufen kann, während die elektrische Isolierung
zwischen dem Stabstrahler und dem Planarstrahler sowie zwischen
dem Stabstrahler und der Platte aufrechterhalten wird. Sämtliche
Strahler sind kleiner als ungefähr
eine halbe Wellenlänge
des kürzesten
Wellenlängensignals,
das von der Antenne zu empfangen ist.
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US-A-4
862 181 betrifft eine Miniatur-Funkvorrichtung mit Integralantenne.
Ein Antennenelement ist von einer Massefläche isoliert und geometrisch
konfiguriert, um im Wesentlichen in sich geschlossen zu sein. Das
Antennenelement enthält
ein erstes Ende und ein zweites Ende, wobei wenigstens ein Kondensator
zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Antennenelementes in
Reihe geschaltet ist. Der Kondensator ist veränderlich, um ein Abstimmen
des Antennenelementes bei einer Betriebsfrequenz zu ermöglichen.
Die Antenne umfasst darüber
hinaus ein Koppelelement, das sich gewöhnlich innerhalb des Antennenelementes
befindet. Ein Abschnitt des Koppelelementes ist im Wesentlichen
parallel zu und ausreichend nahe an einem Abschnitt des Antennenelementes
angeordnet, um eine verteilte Kopplung zwischen dem Abschnitt des
Antennenelementes und dem Abschnitt des Koppelelementes zu ermöglichen.
Das Koppelelement verhindert die Ausbildung eines unerwünschten
Signalverlustweges zwischen der Antenne und dem Empfänger, und stellt
für die
Impedanzanpassung den Eingang des Empfängers der Antenne bereit. Es
besteht kein ohmscher Kontakt zwischen dem Antennenelement und dem
Empfängereingang
oder den nachfolgenden Schaltungen des Empfängers. Das Isolierelement fungiert
als Symmetrieübertrager/Impedanzwandler,
der die Impedanz eines Verstärkers
an die Impedanz des Antennenelementes anpasst. Ein veränderlicher
Kondensator ist ebenfalls mit dem Antennenelement und dem Kondensator
in Reihe geschaltet. Die Werte der Kondensatoren werden ausgewählt, so
dass deren kombinierte Kapazität
dem Antennenelement ermöglicht,
innerhalb des erwünschten
Betriebsfrequenzbereiches zu schwingen und der Kondensator wird
dementsprechend eingestellt.
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1 illustriert
eine herkömmliche
Antennenvorrichtung in dem ausgezogenen Zustand sowie deren periphere
Schaltungen, und 2 illustriert die herkömmliche
Antennenvorrichtung in dem eingeschobenen Zustand sowie deren periphere
Schaltungen. Die detaillierte Struktur und Funktionsweise der Antennenvorrichtung
ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 107414/1996 gut offenbart.
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In
Bezug auf die 1 und 2 besteht
die Antennenvorrichtung für
ein Mobil-Endgerät 100 aus einer
Wendelantenne 130, die auf einem oberen Abschnitt eines
Gehäuses 301 zu
einer Seite tendierend befestigt ist, und einer Stabantenne 120,
die durch eine Antennenkappe 106 an dem Gehäuse 301 befestigt
ist. Die hohle Antennenkappe 106 weist einen Vorsprung 107 auf,
der an einer oberen, inneren Wand ausgebildet ist, durch die die
Stabantenne 120 eingeführt
wird. Unter der Antennenkappe 106 ist eine leitende Schraubenmutter 111 an
dem oberen Ende des Gehäuses 301 befestigt.
Eine zylindrische Schraube 109 mit Außengewinde, die ein Durchgangsloch
aufweist, wird in die Schraubenmutter 111 eingeschraubt.
Ein Kopf der zylindrischen Schraube 109 mit Außengewinde
ist an einem unteren Ende einer Wendel 108 befestigt, die
in ei ne Öffnung
der Antennenkappe 106 eingeführt ist. Die Antennenkappe 106 ist
an dem Gehäuse 301 befestigt,
so dass ein unteres Ende der Antennenkappe 106 an dem Kopf der
zylindrischen Schraube 109 mit Außengewinde befestigt ist. Die
Stabantenne 120 besteht aus einem Polyacetal-Stab 104,
einer in den Polyacetal-Stab 104 eingeführten Antennenkernleitung 105,
einem Isolierelement 103 mit einer Befestigungsnut 102,
die an einem oberen Außenumfang
gebildet ist, und einem Herausziehelement 101, das an einem
oberen Ende der Isolierelementes 103 gebildet ist. Die
Stabantenne 120 ist in die Antennenkappe 106 eingeführt, wobei
sie entlang einer Mittelachse der Wendelantenne 130 und
des Durchgangsloches der zylindrischen Schraube 109 mit
Außengewinde
verläuft.
An dem unteren Ende des Polyacetal-Stabs 104 ist ein Stopper 110 befestigt.
In dem eingeschobenen Zustand der Stabantenne 120 ist der
an dem oberen Abschnitt der Antennenkappe 106 gebildete
Vorsprung 107 in die Befestigungsnut 102 des Isolierelementes 103 eingeführt, so
dass die Stabantenne 120 nicht von selbst herausrutschen
kann. In dem ausgezogenen Zustand der Stabantenne 120 wird
der Stopper 110, der an dem unteren Ende des Polyacetal-Stabs 104 befestigt
ist, durch eine Blattfeder 112 gestoppt, die an dem Durchgangsloch
der zylindrischen Schraube 109 mit Außengewinde angebracht ist.
Die Schraubenmutter 111 ist mit einer Leiterplatte (PCB – Printed
Circuit Board) 205 mittels eines Speisesteckverbinders 201 verbunden.
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Wie
dargestellt, erstreckt sich die Antennenkernleitung 105 von
dem Stopper 110 zu dem unteren Ende des Isolierelementes 103.
Die Stabantenne 120 besteht aus dem Polyacetal-Stab 104,
der eine gute Rückstellkraft
aufweist, und dient als ein Schutzstab für die Antennenkernleitung 105.
Die Antennenkernleitung 105 kann aus einem versilberten
Kupferdraht oder Stahldraht oder einem superelastischen Nickel-Titan-Draht
(das heißt,
Formgedächtnislegierung)
mit einer guten Rückstellkraft
bestehen. Die elektrische Länge
der Antennenkernleitung 105 beträgt zwischen λ/4 und λ/2 (das heißt, ungefähr 87–174 mm
bei 860 MHz), wobei die vertikale Länge des Gehäuses 301 berücksichtigt
wird. In der Praxis kann die physikalische Länge der Antennenkernleitung 105 aufgrund
einer dielektrischen Konstante des Polyacetal-Stabs 104 auf
132 mm reduziert werden. Wenn die vertikale Länge des Gehäuses 301 sehr kurz
ist, kann eine Teleskopantenne als die Stabantenne 120 verwendet
werden.
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Die
Wendel 108 der Wendelantenne 130 besteht aus einem
versilberten Stahldraht mit einem Durchmesser von 5,6 mm. Die elektrische
Länge der Wendel 108 bezieht
sich auf die Länge
der Antennenkernleitung 105 der Stabantenne 120.
Die physikalische Länge
der Wendelantenne 130 ist relativ viel kürzer als
die der Stabantenne 120.
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Wie
dargestellt, ist die Antennenvorrichtung tendierend zu einer Seite
des Mobil-Endgerätes angeordnet.
Demzufolge wird die Gesamtlänge
der Antennenvorrichtung in dem eingeschobenen Zustand der Stabantenne 120 verringert,
und lediglich die Wendelantenne 130 strahlt ein Funksignal
ab. In diesem Fall wird aufgrund der Positionsasymmetrie der Wendelantenne 130 das
Strahlungsdiagramm verzerrt, wobei die Strahlungsverteilung in einer
spezifischen Richtung verringert wird. Demgegenüber ist in dem ausgezogenen
Zustand der Stabantenne 120 die Gesamtlänge der Antennenvorrichtung
erhöht, wodurch
die Strahlungscharakteristik und die Kommunikationsqualität verbessert
werden. In dem Fall jedoch, in dem die Antennenvorrichtung tendierend zu
einer Seite des Mobil-Endgerätes
angeordnet ist, ist das Strahlungsdiagramm der Antennenvorrichtung
asymmetrisch und die Empfangsempfindlichkeit kann von der Position
des Mobil-Endgerätes abhängen. Dieses
Asymmetrieproblem wird insbesondere in dem eingezogenen Zustand
der Stabantenne ernst. Darüber
hinaus erfordert ein Anstieg der Betriebsfrequenz eine Erweiterung
der Größe des Mobil-Endgerätes hinsichtlich
der Wellenlänge,
die die Verzerrung des Strahlungsdiagramms beschleunigt, wodurch
es schwierig wird, ein kompaktes Mobil-Endgerät zu konzipieren.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ungerichtete Antennenanordnung
für ein Mobil-Endgerät mit einer
stabilen Empfangsempfindlichkeit sowie ein entsprechendes Mobil-Endgerät bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Gegenstände der
Patentansprüche
1 und 15 gelöst.
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Die
Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, dass sie eine Antennenanordnung
für ein
Mobil-Endgerät
mit einem symmetrischen Strahlungsdiagramm bereitstellt.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
werden durch die abhängigen
Patentansprüche
definiert.
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Wenn
die Antennenvorrichtung in einem PCS (Personal Communication Service)-Band
verwendet wird, ist es möglich,
die Asymmetrie des Strahlungsdiagramms zu vermeiden, wodurch die Kommunikationsqualität verbessert
wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden ausführlichen
Beschreibung unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen ersichtlicher,
wobei:
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1 ein
Diagramm ist, das eine herkömmliche
Antennenvorrichtung in dem ausgezogenen Zustand sowie deren periphere
Schaltungen illustriert;
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2 ist
ein Diagramm, das die Antennenvorrichtung von 1 in
dem eingeschobenen Zustand sowie deren periphere Schaltungen illustriert;
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3 ist
ein Diagramm, das eine Antennenvorrichtung für ein Mobil-Endgerät in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert;
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4 ist
ein Diagramm, das die Antennenvorrichtung von 3 in
dem ausgezogenen Zustand illustriert;
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5 ist
ein Diagramm, das die Antennenvorrichtung von 3 in
dem eingeschobenen Zustand illustriert;
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6 ist
ein Diagramm, das eine Stromverteilung der Antennenvorrichtung in
dem ausgezogenen Zustand illustriert;
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7 ist
ein Diagramm, das einen veränderlichen
Kondensator (411) in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert;
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8 ist
ein Diagramm, das einen veränderlichen
Kondensator (411) in Übereinstimmung
mit einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert;
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9 ist
ein Diagramm, das ein spannungsabhängiges Stehwellenverhältnis (VSWR – Voltage Standing
Wave Ratio) der Antenne in dem eingeschobenen Zustand illustriert;
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10 ist
ein Diagramm, das ein spannungsabhängiges Stehwellenverhältnis (VSWR – Voltage
Standing Wave Ratio) der neuartigen Antenne in dem ausgezogenen
Zustand illustriert;
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11 ist
ein Diagramm, das ein Strahlungsdiagramm der neuartigen Antennenvorrichtung
auf einer Azimutebene in dem eingeschobenen Zustand illustriert;
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12 ist
ein Diagramm, das ein Strahlungsdiagramm der herkömmlichen
Antennenvorrichtung auf der Azimutebene in dem eingeschobenen Zustand
illustriert;
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13 ist
ein Diagramm, das ein Strahlungsdiagramm der neuartigen Antennenvorrichtung auf
einer Elevationsebene in dem eingeschobenen Zustand illustriert;
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14 ist
ein Diagramm, das ein Strahlungsdiagramm der herkömmlichen
Antennenvorrichtung auf der Elevationsebene in dem eingeschobenen
Zustand illustriert;
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15 ist
ein Diagramm, das ein Strahlungsdiagramm der neuartigen Antennenvorrichtung auf
der Azimutebene in dem ausgezogenen Zustand illustriert;
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16 ist
ein Diagramm, das ein Strahlungsdiagramm der herkömmlichen
Antennenvorrichtung auf der Azimutebene in dem ausgezogenen Zustand
illustriert, und
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17 ist
ein Diagramm, das ein Strahlungsdiagramm der neuartigen Antennenvorrichtung auf
der Elevationsebene in dem ausgezogenen Zustand illustriert.
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Im
Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung in Bezug auf die angehängten
Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden gut
bekannte Funktionen und Konstruktionen nicht ausführlich beschrieben.
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3 illustriert
eine Antennenvorrichtung für ein
Mobil-Endgerät
in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die 4 und 5 illustrieren
die Antennenvorrichtung von 3 jeweils
in dem ausgezogenen Zustand und in dem eingeschobenen Zustand.
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In
Bezug auf die 3 bis 5 besteht eine
Antennenvorrichtung in Übereinstimmung
mit der Erfindung aus einer rechteckigen Hula-Hoop-Antenne 410 und
einer Stabantenne 420. Die Hula-Hoop-Antenne 410 ist
in einer oberen inneren Mitte eines Gehäuses 401 des Mobil-Endgerätes angeordnet.
Die Stabantenne 420, die aus dem Gehäuse 401 herausgezogen
und in das Gehäuse 401 eingeschoben
werden kann, ist an einer bestimmten Ecke der Hula-Hoop-Antenne 410 angeordnet.
Die Hula-Hoop-Antenne 410 wird durch eine Leiterplatte (PCB – Printed
Circuit Board) 430 unterstützt. Darüber hinaus ist ein Ende der
Hula-Hoop-Antenne 410 mit einem veränderlichen Kondensator 411 auf
der Leiterplatte 430 verbunden und ein anderes Ende ist mit
einer Masseplatte 431 auf der Leiterplatte 430 verbunden.
Zum Speisen einer Anordnung der Antennenvorrichtung wird die Masseplatte
an dem oberen Abschnitt der Leiterplatte 430 entfernt.
Eine Mikrostreifenleitung 412, die mit der Hula-Hoop-Antenne 410 verbunden
ist, ist mit einem rauscharmen Verstärker (LNA – Low Noise Amplifier) 413 in
einem Transceiver des Mobil-Endgerätes verbunden. Ein leitendes
Befestigungselement 414, das ein Durchgangsloch aufweist,
ist an einer Ecke der Hula-Hoop-Antenne 410 befestigt,
und ein zylindrisches Befestigungselement 415 ist in das
Durchgangsloch des leitenden Befestigungselementes 414 eingeführt. Die
Stabantenne 420 ist durch das zylindrische Befestigungselement 415 beweglich
an dem Gehäuse 401 befestigt.
Die Stabantenne 420 besteht aus einem Polyacetal-Stab,
einem Isolierelement mit einer Länge
NC sowie einem Herausziehelement 421. Der Polyacetal-Stab
weist eine leitende Kernleitung (nicht dargestellt) auf, die entlang
einer Mittelachse gebildet ist. Die unteren Enden der leitenden
Kernleitung und des Polyacetal-Stabs sind an einem Stopper (nicht
dargestellt) befestigt.
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In
dem eingeschobenen Zustand erreicht ein unteres Ende der Stabantenne 420 verlaufend
durch das zylindrische Befestigungselement einen Einschiebepunkt
(nicht dargestellt) in dem Gehäuse 401.
In dem ausgezogenen Zustand erreicht das Herausziehelement 421 der
Stabantenne 420 einen Ausziehpunkt (nicht dargestellt) über dem
Gehäuse 401.
In diesem Fall wird der an dem unteren Ende des Polyacetal-Stabs
befestigte Stopper durch das zylindrische Befestigungselement 415 gestoppt.
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Die
Stabantenne 420, die aus einem Metalldraht besteht, weist
eine Länge
L1 auf, so dass sie als eine λ/2-Antenne
in dem ausgezogenen Zustand dienen kann. Die Hula-Hoop-Antenne 410 besteht aus
einem Metallstreifen oder -draht. Die Stabantenne 420 ist
mit einem nicht leitenden Material beschichtet, so dass sie in dem
eingeschobenen Zustand nicht mit der Hula-Hoop-Antenne 410 gekoppelt
sein kann. Darüber
hinaus ist die Stabantenne 420 so dick, dass sie in Kontakt
mit der Hula-Hoop-Antenne 410 ist und in dem ausgezogenen Zustand
nicht aus dem zylindrischen Befestigungselement 415 herausgezogen
werden kann.
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Bei
dieser Antennenvorrichtung dienen die Länge (2 × h2 + 2 × h3) und die Höhe h1 der
Hula-Hoop-Antenne 410 und des veränderlichen Kondensators 411 dazu,
eine Anpassungseigenschaft zu verbessern. Aus diesem Grund benötigt die
Antennenvorrichtung keine separate Anpassungsschaltung, indem ein
Funksignal unter Verwendung der Mikrostreifenleitung 412 in
die Hula-Hoop-Antenne 410 eingespeist wird. Es ist tatsächlich möglich, eine
Eingangsimpedanz von ungefähr
50 Ω zu
erhalten, indem die Höhe
der Hula-Hoop-Antenne 410 eingestellt wird oder ein Speisepunkt
nach rechts oder nach links verschoben wird.
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6 illustriert
die Stromverteilung der Antennenvorrichtung in dem ausgezogenen
Zustand. Wie vorangehend dargelegt wurde, ist die Stabantenne 410 in
dem eingeschobenen Zustand von dem Speisepunkt entkoppelt, so dass
diese nicht als ein Abstrahlelement dient. Dementsprechend ist eine wie
in 6 dargestellte symmetrische Stromverteilung gegeben.
Für diese
symmetrische Stromverteilung wird ein Strahlungsdiagramm auf der
Azimutebene als nahezu kreisförmig
gemessen.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf die 3 bis 5 ist
das leitende Befestigungselement 414 an einer Ecke der
Hula-Hoop-Antenne 410 angeordnet, wo die Stromverteilung
relativ geringer ist als an anderen Stellen. Das heißt, die
Stabantenne 420 ist an einer bestimmten Position der Hula-Hoop-Antenne 410 angeordnet,
die eine relativ geringe Stromverteilung aufweist.
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7 illustriert
den veränderlichen
Kondensator 411 in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, ist der veränderliche
Kondensator 411 aus einem Gewindezylinder 500 und
einer Schraube 510, die in den Gewindezylinder 500 eingeführt ist,
zusammengesetzt. Eine Kapazität
des veränderlichen Kondensators 411 kann
geändert
werden, indem die Schraube 510 nach oben und nach unten
geschraubt wird.
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8 illustriert
den veränderlichen
Kondensator 411 in Übereinstimmung
mit einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, ist der veränderliche
Kondensator 411 aus einer Leiterplatte 431 gebildet,
die eine Vielzahl von Schaltflächen 520 aufweist,
wobei jede durch eine Schaltflächen-Verbindungsleitung 530 mit
den angrenzenden Schaltflächen
verbunden ist. Die Kapazität
des veränderlichen
Kondensators 411 kann verändert werden, indem die Schaltflächen-Verbindungsleitung 530 an
bestimmten Positionen durchschnitten wird.
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Die 9 und 10 illustrieren
jeweils die spannungsabhängigen
Stehwellenverhältnisse
(VSWR – Voltage
Standing Wave Ratios) der Antennenvorrichtung in dem eingeschobenen
Zustand und in dem ausgezogenen Zustand.
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11 illustriert
das Strahlungsdiagramm der Antennenvorrichtung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung auf einer Azimutebene in dem eingeschobenen
Zustand, und 12 illustriert ein Strahlungsdiagramm
der herkömmlichen
Antennenvorrichtung auf der Azimutebene in dem eingeschobenen Zustand.
Für die
Antennenvorrichtung in Übereinstimmung
mit der Erfindung beträgt
eine Verstärkungsdifferenz
zwischen der Maximal- und der Mindestverstärkung auf der Azimutebene 9
dB, was viel geringer ist als die der herkömmlichen Antennenvorrichtung.
Die geringe Verstärkungsdifferenz
verringert den Richtfaktor der Antennenvorrichtung, wodurch die
verbesserte Kommunikationsqualität
sowie die stabile Empfangsempfindlichkeit bewerkstelligt werden.
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13 illustriert
das Strahlungsdiagramm der Antennenvorrichtung in Übereinstimmung
mit der Erfindung auf einer Elevationsebene in dem eingeschobenen
Zustand, wobei die höchste
Verstärkung bei
ungefähr
90 ° auftritt.
Die herkömmliche
Antennenvorrichtung weist jedoch die höchste Verstärkung bei ungefähr 140 ° auf, wie
in 14 dargestellt ist. Da die Stromverteilung der
Hula-Hoop-Antenne 410 im Wesentlichen symmetrisch ist,
kann die Antennenvorrichtung in Übereinstimmung
mit der Erfindung das symmetrische Strahlungsdiagramm selbst in
dem eingeschobenen Zustand der Stabantenne 420 aufrechterhalten.
Darüber
hinaus kann, da die Stabantenne 420 so konstruiert ist,
dass sie in dem ausgezogenen Zustand als eine λ/2-Antenne dient, die Erhöhung der
Länge der
Antennenvorrichtung den Antennengewinn erhöhen, wodurch die Kommunikationsqualität verbessert
wird.
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15 zeigt
das Strahlungsdiagramm der Antennenvorrichtung in Übereinstimmung
mit der Erfindung auf der Azimutebene in dem ausgezogenen Zustand,
wobei die Verstärkungsdifferenz
zwischen der Maximal- und der Mindestverstärkung 5 dB beträgt. Wie
in 16 dargestellt ist, weist jedoch die herkömmliche
Antennenvorrichtung die Verstärkungsdifferenz
von 8 dB auf, welche um 3 dB höher ist
als die der Antennenvorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung.
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17 illustriert
das Strahlungsdiagramm der Antennenvorrichtung in Übereinstimmung
mit der Erfindung auf der Elevationsebene in dem ausgezogenen Zustand,
wobei die höchste
Verstärkung
bei ungefähr
0–90 ° auftritt.
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Die
Antennenvorrichtung in Übereinstimmung
mit der Erfindung wird vorzugsweise in einem PCS (Personal Communication
Service)-Band verwendet.
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Schließlich weist
die Antennenvorrichtung eine stabile Empfangsempfindlichkeit und
die Ungerichtetheit auf, indem das symmetrische Strahlungsdiagramm
sichergestellt wird.