EP1247310A1 - Funk-sende-/funk-empfangseinrichtung mit abstimmbarer antenne - Google Patents

Funk-sende-/funk-empfangseinrichtung mit abstimmbarer antenne

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EP1247310A1
EP1247310A1 EP00989808A EP00989808A EP1247310A1 EP 1247310 A1 EP1247310 A1 EP 1247310A1 EP 00989808 A EP00989808 A EP 00989808A EP 00989808 A EP00989808 A EP 00989808A EP 1247310 A1 EP1247310 A1 EP 1247310A1
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EP
European Patent Office
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radio
dielectric
dielectric body
transmission
electrically active
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EP00989808A
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Matthias Lungwitz
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP1247310B1 publication Critical patent/EP1247310B1/de
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/06—Details
    • H01Q9/14—Length of element or elements adjustable
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0442—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular tuning means
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/32—Vertical arrangement of element

Definitions

  • the invention relates to a radio transceiver with tunable antenna according to the preamble of claim 1.
  • messages for example voice, image information or other data
  • the electromagnetic waves are radiated by antennas, the carrier frequencies being in the frequency band provided for the respective system.
  • antenna systems which consist of several antennas, each of which covers a specific frequency range.
  • a disadvantage of such antenna systems is on the one hand the increased space requirement and on the other hand a suboptimal adaptation solution of the antennas to the individual frequencies from the respective frequency band.
  • a disadvantage of such systems is the wear of mechanically loaded movable components (adjusting means) and the associated increased probability of failure.
  • the object on which the invention is based is to design a radio transceiver in such a way that, when covering a large frequency range, it ensures an almost constant stable antenna gain.
  • the radio transceiver according to the invention has a first electrically active antenna body, in the close range of which a dielectric body is arranged, close range means that the dielectric body to the antenna body with respect to wavelengths from a for mobile radio -Sender- / radio receiving device allowable wavelength range has a distance such that the phase run resulting from the distance do not produce any radiation characteristics changed compared to the desired radiation characteristics.
  • the dielectric body is designed in such a way that its dielectric is changed on the basis of at least one control signal which is generated by a control device as the output signal can.
  • the control signal is generated by the control device until a dielectric body of the dielectric body, which has an optimal value of at least one physical, a function of the transmission / reception quality of the radio transmission / radio reception device, is established by the configuration of this dielectric body representing, guaranteed size, which is detected by detection means and forwarded to the control device, as an input signal, an optimal value, which can be predetermined or limited in particular by the dimensioning of the electronic components of the radio transceiver , then it is given if the value of the physical quantity representing a function of the transmission / reception quality of the radio transmission / radio reception device allows the conclusion that the transmission / reception quality - in particular within the scope of the possibility given by the dimensioning - is maximal is.
  • the main advantage of the mobile radio transceiver according to the invention is a largely stable antenna gain in a large frequency range, which by regulating to an optimum value of the quantity (s) representing the reception quality by means of variation of the dielectric of the dielectric body in the close range, i.e. is achieved in the immediate vicinity of the antenna body, with neither the antenna (the antenna body) nor the dielectric body having to be moved, which reduces the required space and manufacturing costs.
  • An essential advantage of the development according to claim 2 is the cost-effective implementation of the dielectric body with changeable dielectric, since ferromagnetic domains experience a change in the dielectric of the dielectric body with them through an external direct voltage field which is generated using the first
  • the development according to claim 3 enables the first layer to be protected from external influences, but it can also fix the first layer in particular if the first layer is an electrolyte.
  • a major advantage of the development according to claim 4 is the high dielectric constant that ceramic has, since the frequency range in which the antenna can be tuned and used can grow proportionally with the dielectric constant of the hollow body used and the acquisition costs are low because ceramic bodies , in particular with ferromagnetic domains, are produced in large numbers, for example as bodies for resonators and capacitors.
  • a major advantage of the development according to claim 5 is the minimization of undirected external influences, since these have a greater impact the greater the electrically effective antenna length of an antenna.
  • a significant advantage of the development according to claim 6 is the minimization of a directed electrical influence on the antenna by the user, in particular his head and hands, the radio transmitter / radio receiver device and vice versa.
  • the main advantage of the development according to claim 10 is the possible use of the mobile radio transceiver in a frequency range in which the ratio of the highest to the lowest frequency is at least 1.5 octaves.
  • the detection of the leading transmission power or returning transmission power according to claim 11 as a physical quantity representing a function of the transmission / reception quality of the radio transmission / radio reception device enables the regulation (adaptation) of the antenna to be implemented easily, since in the Radio transmitters / radio receivers can use existing means.
  • the development according to claim 12 realizes a filter, for example a helix filter, which enables tuning of an antenna within a large frequency range without having to change the structure of the antenna.
  • FIGURE 1 Mobile radio transceiver with rod antenna, in which a dielectric body designed as a rod is arranged parallel to the antenna, the dielectric of the dielectric body varies by a DC voltage supplied via a circuit of the rod antenna can be.
  • FIGURE 2 Mobile radio transceiver with
  • Rod antenna which is enclosed by a dielectric body designed as a hollow cylinder (in a sectional view), the dielectric of the dielectric body being able to be varied by means of a direct voltage supplied via a circuit of the rod antenna.
  • FIGURE 1 shows a mobile radio transmission / radio reception device SE with a transmission / reception antenna designed as a rod antenna SA, a maximum radio-technically effective antenna length l max being determined by the length of the rod antenna SA.
  • a dielectric body designed as a rod SB is arranged parallel to the longitudinal axis of the rod antenna SA.
  • the spacing of the rod SB should not be too great in relation to the wavelength, since the different phase delays that otherwise occur result in a different radiation characteristic than the radiation characteristic customary for rod antennas (monopole antennas).
  • the wavelengths permitted for the radio transmitter / radio receiver device result (via the known frequency-wavelength-light velocity relationship) from frequencies contained in the frequency range to be covered by the antenna SA.
  • the dielectric body SB can have any other geometric shape. It is only essential that the dielectric body SB is located in the near field of the antenna, the antenna being detuned by varying the dielectric constant of the dielectric body SB so that it is tuned to the current frequency. How the geometric shape is to be selected depends in particular on the antenna or its shape and can be determined, for example, by simulation or by experimental setups.
  • the frequency range covered is greater the greater the interval of the adjustable dielectric of the dielectric body SB, the dielectric body SB having to have a very high dielectric constant (preferably ⁇ r approx. 200) in the idle state - i.e. there is no DC voltage field , which can be ensured in particular by using a dielectric body SB with a high dielectric constant and / or by increasing the volume of the dielectric body SB to be used.
  • a very high dielectric constant preferably ⁇ r approx. 200
  • the dielectric body SB must be made of ceramic, for example, since ceramics, in particular those with ferromagnetic domains, can be produced with a required high dielectric constant of, for example, ⁇ r approx. 200.
  • the dielectric rod SB is made of ceramic and has so-called. Ferromagnetic domains, ie the ceramic is designed in such a way that it has areas with atomic magnetic dipoles that can be aligned parallel or spontaneously or due to external electrical influence, so that magnetic domains arise. Since ferromagnetic domains are susceptible to electrical influences, an applied DC voltage field has an influence on the dielectric of the dielectric rod SB. In order to be able to expose the dielectric rod SB with the ferromagnetic domains to a DC voltage field, the dielectric rod SB is covered with an electrically conductive first layer S1, which, however, does not influence an alternating electrical field, for example radiation from the antenna.
  • the DC voltage field required to influence the dielectric is achieved by applying a DC voltage U S ⁇ to the rod antenna SA in such a way that the rod antenna SA forms a pole of the electrical DC voltage field and the first layer S1 forms the second pole - opposite pole - of the electrical DC voltage field, the first layer S1 via a high-resistance resistor R1 - resistance value which is much larger than 50 ⁇ - with an electrical zero potential - ground - is connected.
  • the high first resistance ensures that transmission / reception signals can be transmitted or received unhindered via the rod antenna SA, despite the dielectric body covered with a conductive material, which is located in the near field of the rod antenna SA.
  • the voltage U s ⁇ can be applied , for example, jointly via an RF connection, which is necessary for the transmission of an RF signal, with a circuit EN, for example a series connection, for decoupling between the RF connection and a connection for the DC voltage U ST a second resistor R2 and a first coil SP1 is provided.
  • a circuit EN for example a series connection, for decoupling between the RF connection and a connection for the DC voltage U ST a second resistor R2 and a first coil SP1 is provided.
  • a second layer ⁇ 2 protects the first layer S1, in particular from external influences, but, especially if the material of the first layer is an electrolyte, is also a device which prevents this material from penetrating outside.
  • the second layer S2 should have a very small dielectric constant, which has a dielectric behavior that is at least almost neutral.
  • the DC voltage U S ⁇ is a signal (control signal) present at the output of a control unit (microprocessor) ⁇ P, whose Amount, sign and / or signal duration depends on the input variable EQ applied to the control unit ⁇ P.
  • the control unit ⁇ P controls or varies the dielectric through the direct voltage U S ⁇ until a physical input variable EQ representing the reception quality of the radio transceiver SE has reached an ideal value (optimum).
  • the DC voltage U s ⁇ is brought to the rod antenna by means of decoupling EN, so that an electrical charge is stored on the surface of the rod antenna and, with the first layer connected to the zero potential, as counter pole, generates a DC voltage field that the dielectric of the dielectric body changed.
  • the surface of the rod antenna SA must therefore also be dimensioned such that an electrical charge necessary for generating the DC voltage field can be stored.
  • the dimensioning of the individual physical quantities (dielectric at rest, surface of the antenna, etc.) of the circuit can be determined, for example, by means of circuit simulation and optimized after using a prototype.
  • a DC voltage U S ⁇ is generated, which generates a predetermined value of the dielectric to be set (default value) and increases this value continuously, so that the dielectric also changes continuously. If the evaluation shows that the input variable EQ moves away from the ideal value, the DC voltage value U ST / until the input variable EQ has reached the ideal value.
  • control unit ⁇ P receives the control unit ⁇ P from means EFM for the acquisition of physical input variables EQ dependent on the overlap dimension M, which are transformed by these means into a form necessary for the control unit ⁇ P.
  • the means EFM also detect several physical input variables EQ and, if necessary, prepare them before they are forwarded to the control unit ⁇ P, the control unit ⁇ P correspondingly checking several input variables for reaching an ideal value.
  • FIG. 2 shows a mobile radio transceiver SE with a transmission / reception antenna designed as a rod antenna SA, a maximum radio-effective antenna length l max being determined by the length of the rod antenna SA.
  • a dielectric body HK configured as a hollow body is arranged symmetrically to the longitudinal axis of the rod antenna SA such that the longitudinal axis of the rod antenna SA coincides with the longitudinal axis of the dielectric hollow body HK.
  • the diameter of the hollow body HK should be chosen so that the side walls of the hollow body are not too far apart in relation to the wavelength, since the different phase delays that occur otherwise result in a different radiation characteristic compared to the radiation characteristic usual for rod antennas (monopole antennas).
  • the hollow body has ferromagnetic domains and is likewise covered with a first layer S1 and a second layer S2.
  • This voltage U S ⁇ is a signal (control signal) present at the output of a control unit (microprocessor) ⁇ P, the magnitude, sign and / or signal duration of which depends on the input variable EQ present at the control unit ⁇ P.
  • the input variable EQ is determined by the means of registration provided.
  • These detection means EFM can be designed in such a way that they have a directional coupler RK, which decouples a leading transmission power and a returning transmission power from a transmission signal (this configuration of the detection means can also be carried out in the embodiment of the invention described in FIG. 1).
  • the leading transmission power is then first rectified by a first rectifier and the rectified leading transmission power is then converted into a first digital signal by a first analog / digital converter.
  • the returning transmission power is rectified by a second rectifier and the rectified returning transmission power is then converted by a second analog / digital converter into a second digital signal.
  • the digital signals are present as an input signal on the control unit ⁇ P, the control unit ⁇ P being designed, for example, as a (micro) processor with associated software.
  • the processor ⁇ P checks whether the signals are at an ideal value for the digital signals present - no return current transmission power or minimum returning transmission power and maximum forward transmission power - have reached.
  • the processor ⁇ P first increases the value of the current DC voltage U s ⁇ continuously, for example, so that the dielectric of the hollow body changes, in particular based on the default value.
  • the processor checks the input signals changed by this process - forward and returning transmission power - which are applied to the processor with regard to the ideal values to be achieved. If the values of the signals - forward and returning transmission power - have deteriorated with a view to reaching the ideal values, the value of the direct voltage U ST is reduced, for example continuously,. This can even lead to the reversal of the sign of the signal U s ⁇ .
  • the DC voltage U S ⁇ is generated until the dielectric changed by the DC voltage field resulting from the DC voltage U s ⁇ ensures that the forward and returning transmission power have reached their ideal values.
  • Mobile radio transceivers have been described above, in particular because the invention is used particularly advantageously in mobile radio transceivers, in particular by reducing weight, saving space, etc., but the invention is not only in the case of mobile radio Transmitter / radio receiving devices are advantageous but also with radio transceiver devices.

Landscapes

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Description

Beschreibung
Fun -Sende-/Funk-Empfangseinrichtung mit abstimmbarer Antenne
Die Erfindung betrifft eine Funk-Sende-/Funk-Empfangsein- richtung mit abstimmbarer Antenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Funk-Kommunikationssystemen werden Nachrichten (bei- spielsweise Sprache, Bildinformation oder andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen übertragen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt durch Antennen, wobei die Trägerfrequenzen, in dem für das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen.
Neben der Forderung, daß bei mobilen Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtungen die Abmessungen der Antenne zu begrenzen sind, besteht auch in zunehmendem Maße die Forderung nach der Sende-/Empfangsfähigkeit in unterschiedlichen Frequenzberei- chen. Aus diesem Grunde werden Antennen benötigt, die in mehreren Frequenzbereichen nutzbar sind.
Mit herkömmlichen Antennen, beispielsweise stabför igen Antennen, die insbesondere in Mobilteilen eingesetzt werden, kann die geforderte Abdeckung eines möglichst großen Frequenzbereiches bzw. mehrerer Frequenzbänder nicht gewährleistet werden, daß die Impedanz und Antennengewinn der Antenne in Abhängigkeit der Frequenz stark variiert, so daß ein Einsatz der Antenne in bestimmten Frequenzbereichen nicht mög- lieh ist.
Daher sind zur Lösung dieses Problems bisher Antennensysteme im Einsatz, die aus mehreren Antennen bestehen, von denen jeweils eine einen bestimmten Frequenzbereich abdeckt.
Nachteilig bei derartigen Antennensystemen ist einerseits der erhöhte Platzbedarf sowie anderseits eine suboptimale Anpas- sung der Antennen an die einzelnen Frequenzen aus dem jeweiligen Frequenzband.
Aus der deutschen Anmeldung mit dem a tl. Aktenzeichen 19943118.3 sowie der deutschen Anmeldung mit dem amtl. Kennzeichen 19919107.7 sind jeweils abstimmbare Antennen bekannt, wobei die Abstimmung der Antenne abhängig von mindestens einer eine Funktion der Sende-/Empfangsqualität der Funk-Sende- /Funk-Empfangseinrichtung (SE) darstellenden Größe mit Hilfe von Verstellmitteln durchgeführt wird.
Nachteilig bei derartigen Systemen ist die Abnutzung mechanisch belasteter beweglicher Bauelemente (Verstellmittel) und die damit verbundene erhöhte Ausfallwahrscheinlichkeit.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, eine Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung derart auszugestalten, daß sie, bei Abdeckung eines großen Frequenzbereiches, einen nahezu gleichbleibenden stabilen Antennengewinn gewährlei- stet.
Diese Aufgabe wird durch Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung gemäß Anspruch 1 weist einen ersten elektrisch wirksamen Antennenkörper auf, in dessen Nahbereich ein dielektrischer Körper angeordnet ist, wobei Nahbereich bedeutet, daß der dielektrischen Körper zum Antennenkörper im Bezug auf Wellenlängen aus einem für die mobile Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung zulässigen Wellenlängenbereich einen Abstand derart aufweist, daß sich die durch den Abstand ergebende Phasenlauf eiten keine gegenüber der gewünschten Abstrahlcharakteristik geänderte Abstrahlcharakteristiken erzeugen. Der dielektrische Körper ist derart ausgestaltet, daß seine Dielektrizität aufgrund mindestens eines Steuersignales, das von einer Regeleinrichtung als Ausgangssignal erzeugt wird, geändert werden kann. Das Steuersignal wird von der Regeleinrichtung solange erzeugt, bis sich durch die Ausgestaltung dies dielektrischen Körpers eine Dielektrizität des dielektrischen Körpers einstellt, der einen optimalen Wert mindestens einer physikali- sehen, eine Funktion der Sende-/Empfangsqualität der Funk- Sende-/Funk-Empfangseinrichtung darstellenden, Größe gewährleistet, die von Erfassungsmitteln erfaßt und an die Regeleinrichtung, als Eingangssignal, weitergeleitet wird, wobei ein optimaler Wert, der insbesondere durch die Dimensionie- rung der elektronischen Bauelemente der Funk-Sende-/Funk- Empfangseinrichtung vorgegeben bzw. begrenzt sein kann, dann gegeben ist, wenn der Wert der physikalischen eine Funktion der Sende-/Empfangsqualität der Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung darstellenden Größe den Rückschluß zuläßt, daß die Sende-/Empfangsqualität - insbesondere im Rahmen der durch die Dimensionierung gegebenen Möglichkeit - maximal ist.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen mobilen Funk- Sende/Empfangseinrichtung ist ein weitgehend stabiler Antennengewinn in einem großen Frequenzbereich, der durch die Regelung auf einen optimalen Wert der die Empfangsqualität darstellenden Größe (n) mittels Variation der Dielektrizität des dielektrischen Körpers im Nahbereich, d.h. in unmittelbarer Nähe, des Antennenkörpers erzielt wird, wobei weder die Antenne (der Antennenkörper) noch der dielektrische Körper bewegt werden müssen, was benötigten Raum sowie Herstellungskosten reduziert.
Ein wesentlicher Vorteil der Weiterbildung gemäß Anspruch 2 ist die kostengünstige Realisierung des dielektrischen Körpers mit veränderbarer Dielektrizität, da ferromagnetische Domänen eine Änderung der Dielektrizität des mit ihnen behafteten dielektrischen Körpers durch ein äußeres Gleichspan- nungsfeld erfahren, welches unter Verwendung der ersten
Schicht als einen elektrischen Pol und des ersten elektrischen Antennenkörpers als zweiten elektrischen Pol nur durch Anlegen einer Gleichspannung erzeugt werden kann, so daß nur ein Steuersignal erforderlich ist.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht zum einen den Schutz der ersten Schicht vor äußeren Einflüssen, sie kann aber auch insbesondere, wenn es sich bei der ersten Schicht um einen Elektrolyten handelt, die erste Schicht fixieren. Ein wesentlicher Vorteil der Weiterbildung nach Anspruch 4 ist die hohe Dielektrizitätszahl, die Keramik aufweist, da der Frequenzbereich, in der die Antenne durchgestimmt und damit verwendet werden kann, proportional mit der Höhe der Dielektrizitätszahl des verwendeten Hohlkörpers wächst und die Anschaffungskosten gering sind, da Keramikkörper, insbesondere mit ferromagnetischen Domänen versehene, in hoher Zahl produziert werden, beispielsweise als Körper für Resonatoren und Kondensatoren.
Ein wesentlicher Vorteil der Weiterbildung nach Anspruch 5 ist das Minimieren von ungerichteten äußeren Einflüssen, da sich diese stärker auswirken je größer die elektrisch wirksame Antennenlänge einer Antenne ist.
Wesentlicher Vorteil der Weiterbildung gemäß Anspruch 6 ist das Minimieren einer gerichteten elektrischen Beeinflussung der Antenne durch den Benutzer, insbesondere seines Kopfes und seiner Hände, der Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung und umgekehrt .
Wesentliche Vorteile der Weiterbildung gemäß Anspruch 7 sind Flexibilität und Aktualisierungsmöglichkeit der Umsetzung der Regelung, die durch den Einsatz von (Regelsoftware-) Software ermöglicht wird sowie die Möglichkeit, bereits vorhandene Prozessoren für die Steuerung der erfindungsgemäßen mobilen Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung durch den Einsatz von zusätzlicher bzw. Anpassung der vorhandenen Software zu nutzen. Wesentliche Vorteile der Weiterbildung nach Anspruch 8 sind die einfache und günstige Realisierung der Regeleinheit sowie die Möglichkeit, dieses Schaltwerk als integrierte Schaltung in einen Erweiterungsbaustein zu implementieren.
Durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 9 wird ein gesendetes bzw. empfangenes Signal weitestgehend von störenden Einflüssen durch das Steuersignal USτ geschützt.
Der wesentliche Vorteil der Weiterbildung nach Anspruch 10, ist der damit mögliche Einsatz der mobilen Funk-Sende-/Funk- Empfangseinrichtung in einem Frequenzbereich, in dem das Verhältnis der höchsten zur niedrigsten Frequenz mindesten 1,5 Oktaven beträgt.
Das Erfassen der vorlaufenden Sendeleistung bzw. rücklaufenden Sendeleistung gemäß Anspruch 11 als physikalische eine Funktion der Sende-/Empfangsqualität der Funk-Sende-/Funk- Empfangseinrichtung darstellende Größe ermöglicht eine Einfa- ehe Realisierung der Regelung (Anpassung) der Antenne, da dazu in der Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung bereits vorhandene Mittel genutzt werden können.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 12 realisiert einen Filter, beispielsweise einen Helixfilter, der ein Abstimmen einer Antenne innerhalb eines großen Frequenzbereichs ermöglicht, ohne den Aufbau der Antenne verändern zu müssen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der FIGUREN 1 bis 2 erläutert. Dabei zeigen:
FIGUR 1 Mobile Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung mit Stabantenne, bei der ein als Stab ausgestalteter dielektrischer Körper parallel zur Antenne angeordnet wird, die Dielektrizität des dielektrischen Körpers durch eine über eine Schaltung der Stabantenne zugeführte Gleichspannung variiert werden kann. FIGUR 2 Mobile Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung mit
Stabantenne, die von einem als Hohlzylinder ausgestalteten dielektrischen Körper umschlossen wird (in Schnittdarstellung) , wobei die Dielektrizität des dielektrischen Körpers durch eine über eine Schaltung der Stabantenne zugeführte Gleichspannung variiert werden kann.
FIGUR 1 zeigt eine mobile Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrich- tung SE mit einer als Stabantenne SA ausgebildete Sende- /Empfangsantenne, wobei eine maximale funktechnisch wirksame Antennenlänge lmax durch die Länge Stabantenne SA bestimmt ist .
Parallel zur Längsachse der Stabantenne SA ist ein als Stab SB ausgestalteter dielektrischer Körper angeordnet. Der Ab- stand des Stabes SB sollte im Bezug auf die Wellenlänge keinen zu großen Abstand haben, da durch die sonst auftretenden unterschiedlichen Phasenlaufzeiten sich eine andere Abstrahlcharakteristik gegenüber der für Stabantennen (Monopolantennen) üblichen Abstrahlcharakteristik ergibt.
Die für die Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung zulässigen Wellenlängen ergeben sich dabei (über die bekannte Frequenz- Wellenlänge-Lichtgeschwindigkeitsbeziehung) aus in dem durch die Antenne SA abzudeckenden Frequenzbereich enthaltenen Fre- quenzen.
Alternativ kann der dielektrische Körper SB eine beliebige andere geometrische Form aufweisen. Wesentlich ist nur, daß sich der dielektrische Körper SB im Nahfeld der Antenne be- findet, wobei die Antenne dadurch verstimmt wird, daß die Dielektrizitätszahl des dielektrischen Körpers SB variiert wird, so daß sie auf die aktuelle Frequenz abgestimmt ist. Wie die geometrische Form zu wählen ist, hängt insbesondere von der Antenne bzw. deren Form ab und kann beispielsweise durch Simulation oder durch Versuchsaufbauten bestimmt werden.
Der abgedeckte Frequenzbereich ist um so größer, je größer das Intervall der einstellbaren Dielektrizität des dielektrischen Körpers SB ist, wobei der dielektrische Körper SB im Ruhezustand - d.h. es liegt kein Gleichspannungsfeld an - eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante (vorzugsweise εr ca. 200) aufweisen muß, was insbesondere durch den Einsatz eines dielektrischen Körpers SB mit hoher Dielektrizitätszahl und/oder durch Vergrößerung des Volumens des einzusetzenden dielektrischen Körpers SB gewährleistet werden kann.
Daher ist der dielektrische Körper SB beispielweise aus Keramik zu fertigen, da Keramiken, insbesondere welche mit ferro- magnetischen Domänen, mit einer erforderlichen hohen Dielektrizitätszahl von beispielsweise εr ca. 200 hergestellt wer- den können.
Der dielektrische Stab SB ist aus Keramik gefertigt und weist sog. ferromagnetische Domänen auf, d.h. die Keramik ist derart ausgestaltet, daß sie Bereiche mit atomaren magnetischen Dipolen aufweist, die spontan oder durch äußeren elektrischen Einfluß, überwiegend parallel ausgerichtet sein können, so daß magnetische Domänen entstehen. Da ferromagnetische Domänen für elektrische Einflüsse empfänglich sind, hat an anliegendes Gleichspannungsfeld einen Einfluß auf die Dielektrizi- tat des dielektrischen Stabes SB. Um den dielektrischen Stab SB mit den ferromagentischen Domänen einem Gleichspannungsfeld aussetzen zu können, ist der dielektrische Stab SB mit einer elektrisch leitenden ersten Schicht Sl überzogen, die jedoch ein elektrisches Wechselfeld, beispielsweise Abstrah- lung der Antenne, nicht beeinflußt. Als Material für die erste Schicht Sl wäre daher beispielsweise ein Elektrolyt oder das Material Graphit denkbar. Das zum Beeinflussen der Dielektrizität notwendige Gleichspannungsfeld wird durch Anlegen einer Gleichspannung USτ an die Stabantenne SA derart erzielt, daß die Stabantenne SA ein Pol des elektrischen Gleichspannungsfeldes bildet und die erste Schicht Sl den zweiten Pol - Gegenpol - des elektrischen Gleichspannungsfeldes bildet, wobei die erste Schicht Sl über einen hochohmigen Widerstand Rl - Widerstandswert der sehr viel größer als 50 Ω - mit einem elektrischen Nullpotential - Masse - verbunden ist.
Der hohe erste Widerstand gewährleistet, daß Sende-/Empfangs- signale über die Stabantenne SA, trotz des mit einem leitfähigen Material umhüllten dielektrischen Körpers, der sich im Nahfeld der Stabantennne SA befindet, ungehindert gesendet bzw. empfangen werden können.
Das Anlegen der Spannung Usτ kann beispielsweise gemeinsam über einen HF-Anschluß, der für das Weiterleiten eines HF- Signals notwendig ist, erfolgen, wobei zur Entkopplung zwischen HF-Anschluß und einem Anschluß für die Gleichspannung UST eine Schaltung EN, beispielsweise eine Reihenschaltung aus einem zweiten Widerstand R2 und einer ersten Spule SP1 vorgesehen ist.
Eine zweite Schicht Ξ2 schützt die erste Schicht Sl, insbesondere vor äußeren Einflüssen, ist aber, vor allem wenn das Material der ersten Schicht ein Elektrolyt ist, auch eine Vorrichtung, die das Dringen dieses Materials nach Außen ver- hindert.
Die zweite Schicht S2 sollte eine sehr kleine Dielektrizitätskonstante aufweisen, der ein dielektrisch zumindest nahezu neutrales Verhalten aufweist.
Die Gleichspannung USτ ist ein am Ausgang einer Regeleinheit (Mikroprozessor) μP anliegendes Signal (Steuersignal), deren Betrag, Vorzeichen und/oder Signaldauer von an der Regeleinheit μP anliegenden Eingangsgröße EQ abhängig ist.
Die Regeleinheit μP steuert bzw. variiert die Dielektrizität durch die Gleichspannung USτ solange, bis eine physikalische die Empfangsqualität der Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung SE darstellende Eingangsgröße EQ einen Idealwert (Optimum) erreicht hat.
Dazu wird die Gleichspannung Usτ über Mittel zum Entkoppeln EN an die Stabantenne herangeführt, so daß eine elektrische Ladung auf der Oberfläche der Stabantenne gespeichert wird und mit der mit dem Nullpotential verbundenen ersten Schicht, als Gegenpol, ein Gleichspannungsfeld erzeugt, daß die Dielektri- zität des dielektrischen Körpers verändert.
Die Oberfläche der Stabantenne SA muß daher auch so dimensioniert sein, daß eine für die Erzeugung des Gleichspannungsfeldes notwendige elektrische Ladung gespeichert werden kann. Die Dimensionierung der einzelnen physikalischen Größen (Di- lektrizität im Ruhezustand, Oberfläche der Antenne etc.) der Schaltung kann beispielsweise mittels Schaltungsimulation ermittelt und nach Einsatz eines Prototyps optimiert werden.
Dabei wird zunächst eine Gleichspannung USτ erzeugt, die einen vorbestimmten Wert der einzustellenden Dielektrizität (Defaultwert) erzeugtund dieser Wert stetig erhöht, so daß sich die Dielektrizität ebenfalls stetig ändert. Ergibt die Auswertung, daß sich die Eingangsgröße EQ vom Idealwert ent- fernt, wird der Gleichspannungswert UST/ bis die Eingangsgröße EQ den Idealwert erreicht hat.
Alternativ ist es möglich die Regelung zusätzlich von einem Definierten Startwert der Gelichspannung , beispielsweise Null Volt, beginnen zu lassen. Die ggf. aufbereitete Eingangsgröße EQ erhält die Regeleinheit μP von Mitteln EFM zur Erfassung von physikalischen vom Überlappungsmaß M abhängigen Eingangsgrößen EQ, die von diesen Mitteln ggf. in eine für die Regeleinheit μP notwendige Form transformiert werden.
Alternativ erfassen die Mittel EFM auch mehrere physikalische Eingangsgrößen EQ und bereiten diese ggf. auf, bevor sie an die Regeleinheit μP weitergeleitet werden, wobei die Rege- leinheit μP entsprechend mehrere Eingangsgrößen auf das Erreichen eines Idealwertes überprüfen.
In FIGUR 2 ist eine mobile Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung SE mit einer als Stabantenne SA ausgebildete Sende- /Empfangsantenne, wobei eine maximale funktechnisch wirksame Antennenlänge lmax durch die Länge Stabantenne SA bestimmt ist.
Symmetrisch zur Längsachse der Stabantenne SA ist ein als Hohlkörper ausgestalteter dielektrischer Körper HK derart angeordnet, daß sich die Längsachse der Stabantenne SA mit der Längsachse des dielektrischen Hohlkörpers HK deckt. Der Durchmesser des Hohlkörpers HK sollte so gewählt sein, daß die Seitenwände des Hohlkörpers im Bezug auf die Wellenlänge keinen zu großen Abstand haben, da durch die sonst auftretenden unterschiedlichen Phasenlaufzeiten sich eine andere Abstrahlcharakteristik gegenüber der für Stabantennen (Monopolantennen) üblichen Abstrahlcharakteristik ergibt.
Der Hohlkörper weist wie das in dem in Figur 1 beschriebene Ausführungsbeispiel ferromagnetische Domänen auf und ist ebenfalls mit einer ersten Schicht Sl und einer zweiten Schicht S2 überzogen.
Für den Hohlkörper HK gelten daher die gleichen zum dielektrischen Körper aus Figur 1 gemachten Ausführungen, wobei dies auch für die Anschlüsse HF und Einrichtung zum Entkoppeln EN gilt.
Lediglich die Regelung die zur Änderung der Dielektriziät des Hohlkörpers HK aufgrund einer Gleichspannung Usτ führt unterscheidet sich von der in Figur 1 beschriebenen und wird ausführlicher diskutiert.
Diese Spannung USτ ist ein am Ausgang einer Regeleinheit (Mi- kroprozessor) μP anliegendes Signal (Steuersignal) , deren Betrag, Vorzeichen und/oder Signaldauer von an der Regeleinheit μP anliegenden Eingangsgröße EQ abhängig ist.
Die Eingangsgröße EQ wird von vorgesehenen Erfassungsmitteln ermittelt.
Diese Erfassungsmittel EFM können derart ausgestaltet sein, daß sie einen Richtkoppler RK aufweisen, der aus einem Sendesignal eine vorlaufende Sendeleistung und eine rücklaufende Sendeleistung auskoppelt (diese Ausgestaltung der Erfassungsmittel kann auch bei der in Figur 1 beschriebenen Ausführung der Erfindung vorgenommen werden) .
Die vorlaufende Sendeleistung wird dann zunächst von einem ersten Gleichrichter gleichgerichtet und die gleichgerichtete vorlaufende Sendeleistung wird anschließend von einem ersten Analog/Digitalwandler in ein erstes digitales Signal gewandelt. Die rücklaufende Sendeleistung wird von einem zweiten Gleichrichter gleichgerichtet und die gleichgerichtete rück- laufende Sendeleistung anschließend von einem zweiten Analog/Digitalwandler in ein zweites digitales Signal gewandelt.
Die digitalen Signale liegen als Eingangssignal an der Regeleinheit μP an, wobei die Regeleinheit μP beispielsweise als (Mikro-) Prozessor mit zugehöriger Software ausgebildet ist. Der Prozessor μP überprüft bei den anliegenden digitalen Signalen, ob die Signale jeweils einen Idealwert - keine rück- laufende Sendeleistung bzw. minimale rücklaufende Sendeleistung und maximale vorlaufende Sendeleistung - erreicht haben.
Trifft dies zu, wird das aktuelle Steuersignal USτ bzw. das Gleichspannungsfeidkonstant gehalten.
Trifft dies nicht zu, wird vom Prozessor μP zunächst der Wert der aktuellen Gleichspannung Usτ beispielsweise stetig er- höht, so daß sich die Dielektrizität desden Hohlkörpers, insbesondere ausgehend von dem Defaultwert, verändert werden. Die durch diesen Vorgang geänderten Eingangsignale - vor- und rücklaufende Sendeleistung - , die am Prozessor anliegen, überprüft der Prozessor im Hinblick auf die zu erreichenden Idealwerte. Haben sich die Werte der Signale - vor- und rücklaufende Sendeleistung - im Hinblick auf Erreichen der Idealwerte verschlechtert, so wird der Wert der Gleichspannung UST, beispielsweise stetig reduziert, . Dies kann sogar bis zur Umkehrung des Vorzeichens des Signals Usτ führen.
Die Gleichspannung USτ wird im Anschluß an die Ermittlung der korrekten Richtung solange erzeugt, bis die durch das aus der Gleichspannung Usτ resultierende Gleichspannungsfeld veränderte Dielektrizität gewährleistet, daß vor- und rücklaufende Sendeleistung ihre Idealwerte erreicht haben.
Alternativ kann für diesen Regelkreis auch nur eine der beiden Größen - vorlaufende Sendeleistung oder rücklaufende Sendeleistung PR - als Regelgröße verwendet werden, d.h. von den Mitteln EFM erfaßt und vom Prozessor μP auf Erreichen der
Idealwerte - minimale bzw. keine rücklaufende Sendeleistung oder maximal vorlaufende Sendeleistung - überprüft werden.
Als Alternative zum Einsatz eines zusätzlichen Prozessors μP wäre es denkbar, daß bereits vorhandene Prozessoren durch eine geeignete Steuersoftware aufgerüstet werden, um diese Regelung durchführen zu können. Bei Einsatz eines zusätzlichen Prozessors μP wäre auch eine Integration der Mittel EFM in den Prozessor μP denkbar.
Vorstehend sind mobile Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtungen beschrieben worden, insbesondere weil bei mobilen Funk-Sende- /Funk-Empfangseinrichtungen die Erfindung, insbesondere durch Gewichtsreduzierung, Raumeinsparung etc. besonders vorteilhaft eingesetzt ist, jedoch ist die Erfindung nicht allein bei mobilen Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtungen von Vorteil sondern auch bei Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtungen.
Die genannten Ausführungsbeispiele stellen nur einen Teil der durch die Erfindung möglichen Ausführungsformen dar. So ist ein auf diesem Gebiet tätiger Fachmann in der Lage, durch vorteilhafte Modifikationen eine Vielzahl von weiteren Ausführungsformen zu schaffen, ohne daß dabei der Charakter (Wesen) der Erfindung - Abstimmen einer Antenne durch Bewegung eines dielektrischen Körpers im Nahfeld der Antenne - verän- dert wird. Diese Ausführungsformen sollen ebenfalls durch die Erfindung mit erfaßt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung (SE) mit folgenden Merkmalen: a) Ein elektrisch wirksamer Antennenkörper (SA) , in dessen Nahfeld ein dielektrischer Körper angeordnet ist, b) der dielektrischer Körper ist derart ausgestaltet, daß die Dielektrizität des dielektrischen Körpers durch mindestens ein Steuersignal (USτ) variierbar ist, c) Mittel (EFM) zum Erfassen von mindestens einer physikalischen, eine Funktion der Sende-/Empfangsqualität der Funk- Sende-/Funk-Empfangseinrichtung (SE) darstellenden, Größe (EQ), d) die Erfassungsmittel (EFM) sind mit einer Regeleinrichtung (μP) derart verbunden, daß die physikalische, eine Funktion der Sende-/Empfangsqualität der Funk-Sende-/Funk- Empfangseinrichtung (SE) darstellende, Größe (EQ) , als Eingangsgröße (EQ' ) der Regeleinrichtung (μP) zugeführt wird, e) die mit den Erfassungsmitteln (EFM) verbundene Regeleinrichtung (μP) steuert in Abhängigkeit von der Eingangsgröße (EQ') bzw. von den Eingangsgrößen (EQ' ) die Dielektrizität mittels des Steuersignales (Usτ) solange bis ein optimaler Wert der physikalischen, eine Funktion der Sende- /Empfangsqualität der Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung (SE) darstellenden, Größe (EQ) gewährleistet ist.
2. Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung (SE) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß a) der dielektrische Körper (DK) ferromagnetische Domänen aufweist, b) der dielektrische Körper (DK) zumindest teilweise mit einer ersten Schicht (Sl) derart überzogen ist, daß die Dielektrizität des dielektrischen Körpers gegenüber elektri- sehen Wechselfeldern resistent ist und von elektrischen Gleichspannungsfeldern beeinflussbar ist.
3. Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung (SE) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Körper mit einer zweiten Schicht (S2) derart überzogen ist, daß die zweite Schicht (S2) die erste Schicht (Sl) vor äußeren mechanischen Eiflüssen schützt und/oder die erste Schicht (Sl) fixiert.
4. Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung (SE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Körper aus Keramik ausgebildet ist.
5. Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung (SE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß a) der elektrisch wirksame Antennenkörper (SA) als Stabantenne (SA) ausgestaltet ist, b) der dielektrische Körper als Hohlkörper (HK) ausgestaltet ist, c) der dielektrische Körper entlang der Längsachse der Stabantenne (SA) die Stabantenne (SA) zumindest teilweise umhüllt.
6. Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung (SE) nach einem der Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß a) der elektrisch wirksame Antennenkörper (SA) als Stabantenne (SA) ausgestaltet ist, b) der dielektrische Körper als Stab (SB) ausgestaltet ist, c) der Stab (SB) parallel auf einer Längsseite der Stabantenne (SA) parallel zur Stabantenne (SA) angeordnet ist.
7. Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung (SE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (μP) ein Prozessor mit einer für die Erzeugung des Steuersignals (USτ) bzw. der Steuersignale (USτ) ausgestalteten Software ist.
8. Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung (SE) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (μP) als Schaltwerk ausgestaltet ist.
9. Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung (SE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) zwischen einem Anschluß für das Steuersignal (Usτ) und dem elektrisch wirksamen Antennenkörper (SA) Entkopplungsmit- tel (EN) angeordnet sind, b) die Entkopplungsmittel (EN) derart ausgestaltet sind, daß ein hochfrequentes Signal, das von dem ersten elektrisch wirksamen Antennenkörper (SA) empfangen oder gesendet wird, von dem Steuersignal (USτ) entkoppelt ist.
10. Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung (SE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (μP) derart ausgestaltet ist, daß sie zu Beginn der Einstellung als Ausgangswert stets einen festgelegten Wert der Dielektrizitätszahl des dielektrischen Körpers einstellt.
11. Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung (SE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsmittel (EFM) derart ausgestaltet sind, daß sie eine vorlaufende Sendeleistung und/oder rücklaufende Sendeleistung eines Sendesignals erfassen.
12. Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung (SE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) im Nahfeld des elektrisch wirksamen Antennenkörpers (SA) ein weiterer elektrisch wirksamer Antennenkörper angeordnet ist, b) der dielektrische Körper im Nahfeld des elektrisch wirksamen Antennenkörpers (SA) und im Nahfeld des weiteren elektrisch wirksamen Antennenkörpers angeordnet ist, c) das die Regeleinrichtung (μP) , die Erfassungsmittel (EFQ) und die Entkopplungsmittel (EN) derart ausgestaltet sind, daß der elektrisch wirksame Antennenkörper, der weitere elektrisch wirksame Antennenkörper und der dielektrische Körper ein abstimmbares Filter realisieren.
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