EP1345281A1 - Mobiles Endgerät mit schmalbandiger Antenne - Google Patents
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- EP1345281A1 EP1345281A1 EP02005760A EP02005760A EP1345281A1 EP 1345281 A1 EP1345281 A1 EP 1345281A1 EP 02005760 A EP02005760 A EP 02005760A EP 02005760 A EP02005760 A EP 02005760A EP 1345281 A1 EP1345281 A1 EP 1345281A1
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- H01Q9/04—Resonant antennas
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- H01Q9/14—Length of element or elements adjustable
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/12—Supports; Mounting means
- H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
- H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
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- H01Q1/242—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
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- H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
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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
Definitions
- the invention relates to a mobile terminal Use of a mobile service that is used to transmit A frequency spectrum is specified with a radio signal Antenna for sending and receiving the radio signals.
- antennas of mobile devices for the whole Frequency spectrum of the cellular service that is used designed.
- External antennas come for example Antennas, extendable antennas and integrated antennas for Commitment.
- Frequency spectrum predetermined that consists of two Frequency ranges.
- a first frequency range ranges from 880 to 960 MHz, while a second Frequency range between 1,710 and 1,880 MHz is arranged.
- this Antenna used in connection with a high bandwidth of 80 MHz in the lower frequency range and from 170 MHz in the upper frequency range.
- the high bandwidth of the antenna means that for the Volume required is quite large to an antenna to achieve adequate adjustment. From physical Without additional electronics, the volume required for the antenna must be provided, must not be diminished.
- the invention is based on the object to create a mobile device, the antenna of which is low Volume needed.
- This task is done with the aforementioned mobile Terminal solved in that the antenna has a bandwidth having a part of the frequency spectrum of the Mobile service corresponds, and a control device for Set the resonance frequency of the antenna to one desired frequency value within the frequency spectrum is provided.
- the invention is based on the basic idea, instead of previously used that entire frequency spectrum covering antennas comparatively narrowband antennas, like monoband antennas, to use their resonance frequency is adjustable.
- a control device is provided for this purpose, which is carried out electronically and suitable components for Shift the resonance frequency to a desired value having.
- the control device for setting the Resonance frequency based on information about a current transmit or receive frequency channel. For example, the control device can receive information be fed, which relates to the just relevant Frequency band in one frequency spectrum and on one transmit or defined within the frequency band Obtain the receiving channel. Based on this information the control device performs an adjustment of the Resonance frequency to the desired value.
- the control device with a power control of an antenna output stage of the Terminal is connected, the power control for acquiring a current measured value for one of the Antenna reflected transmission power of the terminal and to Forward this measured value to the control device is trained.
- the power control for acquiring a current measured value for one of the Antenna reflected transmission power of the terminal and to Forward this measured value to the control device is trained.
- measured value for the reflected transmission power as a measure for the goodness of matching the antenna to a straight one determine the current channel and the resonance frequency in the Setting a regulation to an optimal value.
- a high level of reflected transmit power evaluated as a comparatively poor adaptation of the antenna be so that the control device is influenced their components for adjusting the resonance frequency causes the reflected transmission power to be a local one Minimum assumes. This is equivalent to one applicable setting of the resonance frequency of the antenna the current broadcast channel.
- Control device diodes, RF switch and / or varicaps have, which are standard components.
- the bandwidth of the antenna is preferably less than 30%, in particular 20% of the width of the frequency spectrum.
- the Antenna for example in connection with a GSM dual-band terminal used, the total width of the Frequency spectrum 80 MHz for EGSM operation. In this Fall can the bandwidth of the antenna below 16 MHz lie.
- the bandwidth of the antenna is even more preferably in Range from 10% to 20% of the width of the frequency spectrum.
- For the upper frequency ranges of the dual-band device apply comparable ratios between the range of Antenna and the width of the frequency spectrum, from 1,710 ranges up to 1,880 MHz.
- FIG. 1 The general structure of the aggregation is shown in FIG a circuit board 1 of a mobile terminal and one narrow-band antenna 2 emerges from a Antenna volume 3 is surrounded.
- the antenna volume is 3 compared to the required volume of an antenna according to the state of technology covering an entire spectrum of frequencies Mobile service covers, significantly reduced.
- Electrical shielding elements 4, 5 are required to comply with relevant SAR values of the terminal device.
- a control device 6 is provided for antenna 2.
- the Antenna 2 has a bandwidth that is in the range between 10% and 20% of the width of the frequency spectrum which is one of assigned to the mobile terminal mobile service to be used is.
- the Control device 6 has an electronic Antenna matching circuit 7 and one as software implemented control 8 for the antenna matching circuit 7 on.
- the control 8 receives information from the logic part 9 via the channel to be used and the associated one Frequency band, for example a specific transmission channel in the Uplink frequency band for GSM.
- Regulation 8 also receives from a power control 10 of a power amplifier 11 an antenna output stage of the mobile terminal Information about antenna matching.
- the information from the Power control 10 from a measured value for that of the Antenna 2 reflected transmission power by the Power amplifier 11 of the antenna output stage is delivered.
- FIGS. 3A and 3B show how control 8 of the power control 10 of the antenna output stage obtained Processed measured values for reflected power.
- the antenna 2 is at the beginning of a setting the resonance frequency corresponding to the position of an ellipse in 3A, 3B
- the control 8 is modified the electronic antenna matching circuit 7 in such a way that the reflected power assumes a local minimum, which is shown by a square in FIGS. 3A, 3B is marked.
- the electronic antenna pass circuit 7 even in a changed environment e.g. hand nearby the antenna, device lies on a table
- an optimal Adjustment for the current, relevant frequency range to adjust e.g. hand nearby the antenna, device lies on a table.
- FIGS 5, 6 and 7 show embodiments of the Antenna matching circuit 7, being in these figures
- regulation 8 the logic part 9, the power control 10 and the power amplifier 11 are designated together with the reference number 12.
- an RF switch 13 provided, which is controlled by the antenna matching circuit 7 becomes.
- the HF switch 13 switches between different Antenna contacts A1, A2, ..., um.
- These antenna contacts are on a PIFA antenna, for example arranged in different places so that the PIFA antenna as an example for the antenna 2 for each of the antenna contacts A1, A2, ..., shows a different antenna adaptation.
- FIG. 6 there is between the antenna 2 and the unit 12 a Varicap 14 connected to ground is provided, the Capacity is adjustable via control 8.
- FIG. 7 shows an embodiment of the Antenna matching circuit 7, in which a diode 15 is used becomes.
- a capacitor 16 of the antenna matching circuit 7 after this embodiment is adjustable.
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Abstract
Bei einem mobilen Endgerät zur Nutzung eines Mobilfunkdienstes, dem zur Übertragung von Funksignalen zwischen dem Endgerät und einer Basisstation ein Frequenzspektrumvorgegeben ist, mit einer Antenne (2) zum Aussenden und Empfangen der Funksignale, wird die Aufgabe, das für die Antenne benötigte Volumen zu vermindern, dadurch gelöst, dass die Antenne (2) eine Bandbreite aufweist, die einem Teil des Frequenzspektrums des Mobilfunkdienstes entspricht, und eine Steuereinrichtung (6) zum Einstellen der Resonanzfrequenz der Antenne auf einen gewünschten Frequenzwert innerhalb des Frequenzspektrums vorgesehen ist. <IMAGE>
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine mobiles Endgerät zur
Nutzung eines Mobilfunkdienstes, dem zur Übertragung von
Funksignalen ein Frequenzspektrum vorgegeben ist, mit einer
Antenne zum Aussenden und Empfangen der Funksignale.
Bisher sind Antennen von mobilen Endgeräten, für das gesamte
Frequenzspektrum des Mobilfunkdienstes, der genutzt wird,
ausgelegt. Als Antennentypen kommen beispielsweise externe
Antennen, ausziehbare Antennen und integrierte Antennen zum
Einsatz. Für ein GSM-Dualband-Gerät ist beispielsweise ein
Frequenzspektrum vorbestimmt, dass sich aus zwei
Frequenzbereichen zusammensetzt. Ein erster Frequenzbereich
reicht von 880 bis 960 MHz, während ein zweiter
Frequenzbereich zwischen 1.710 und 1.880 MHz angeordnet ist.
Für ihre Funktionsfähigkeit benötigt somit eine in diesem
Zusammenhang eingesetzte Antenne eine hohe Bandbreite von 80
MHz in dem unteren Frequenzbereich und von 170 MHz in dem
oberen Frequenzbereich.
Die hohe Bandbreite der Antenne führt dazu, dass das für die
Antenne benötigte Volumen recht groß ist, um eine
ausreichende Anpassung zu erzielen. Aus physikalischen
Gründen kann ohne zusätzliche Elektronik das Volumen, das für
die Antenne vorzusehen ist, nicht vermindert werden.
Des weiteren ist bei der Ausführung von Antennen mobiler
Endgeräte zu beachten, dass die Anforderungen an SAR-Werte
eingehalten werden.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein mobiles Endgerät zu schaffen, dessen Antenne ein geringes
Volumen benötigt.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten mobilen
Endgerät dadurch gelöst, dass die Antenne eine Bandbreite
aufweist, die einem Teil des Frequenzspektrums des
Mobilfunkdienstes entspricht, und eine Steuereinrichtung zum
Einstellen der Resonanzfrequenz der Antenne auf einen
gewünschten Frequenzwert innerhalb des Frequenzspektrums
vorgesehen ist.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, statt der
bisher eingesetzten, dass gesamte Frequenzspektrum
abdeckenden Antennen vergleichsweise schmalbandige Antennen,
wie Monobandantennen, zu verwenden, deren Resonanzfrequenz
einstellbar ist. Dazu ist eine Steuereinrichtung vorgesehen,
die elektronisch ausgeführt ist und geeignete Bauteile zum
Verschieben der Resonanzfrequenz auf einen gewünschten Wert
aufweist.
Bevorzugt ist die Steuereinrichtung zum Einstellen der
Resonanzfrequenz aufgrund von Informationen über einen
aktuellen Sende- oder Empfangsfrequenzkanal ausgebildet.
Beispielsweise können der Steuereinrichtung Informationen
zugeführt sein, die sich auf das gerade relevante
Frequenzband in einem Frequenzspektrum und auf einen
innerhalb des Frequenzbandes definierten Sende- oder
Empfangskanal beziehen. Ausgehend von diesen Informationen
führt die Steuereinrichtung eine Anpassung der
Resonanzfrequenz auf den gewünschten Wert durch.
Es wird als bevorzugt angesehen, das die Steuereinrichtung
mit einer Leistungsregelung einer Antennenendstufe des
Endgerätes in Verbindung steht, wobei die Leistungsregelung
zum Erfassen eines aktuellen Messwertes für eine von der
Antenne reflektierte Sendeleistung des Endgerätes und zum
Weiterleiten dieses Messwertes an die Steuereinrichtung
ausgebildet ist. Auf diese Weise ist es möglich, den
erfassten Messwert für die reflektierte Sendeleistung als Maß
für die Güte der Anpassung der Antenne an einen gerade
aktuellen Kanal festzustellen und die Resonanzfrequenz im
Rahmen einer Regelung auf einen optimalen Wert einzustellen.
Beispielsweise kann ein hohes Maß reflektierter Sendeleistung
als vergleichsweise schlechte Anpassung der Antenne gewertet
werden, so dass die Steuereinrichtung unter Einflussnahme auf
ihre Komponenten zur Einstellung der Resonanzfrequenz
bewirkt, dass die reflektierte Sendeleistung ein lokales
Minimum annimmt. Dies ist gleichbedeutend mit einer
zutreffenden Einstellung der Resonanzfrequenz der Antenne auf
den aktuellen Sendekanal.
Zum Einstellen der gewünschten Resonanzfrequenz kann die
Steuereinrichtung Dioden, HF-Umschalter und/oder Varicaps
aufweisen, bei denen es sich um Standardbauteile handelt.
Bevorzugt ist die Bandbreite der Antenne kleiner als 30%,
insbesondere 20% der Breite des Frequenzspektrums. Wird die
Antenne beispielsweise im Zusammenhang mit einem GSM-Dualband-Endgerät
genutzt, so beträgt die gesamte Breite des
Frequenzspektrums 80 MHz für einen EGSM-Betrieb. In diesem
Fall kann die Bandbreite der Antenne unterhalb von 16 MHz
liegen.
Noch weiter bevorzugt liegt die Bandbreite der Antenne im
Bereich von 10% bis 20% der Breite des Frequenzspektrums. Für
die oberen Frequenzbereiche des Dualband-Gerätes gelten
vergleichbare Verhältnisse zwischen der Bandbreite der
Antenne und der Breite des Frequenzspektrums, das von 1.710
bis 1.880 MHz reicht.
Der Vorteil des Einsatzes einer solchen schmalbandigen
Antenne bei mobilen Endgeräten liegt darin, dass bei
integrierten Antennen das erforderliche Volumen zum Erreichen
einer ausreichenden Anpassung relativ klein gehalten wird.
Dies führt dazu, dass das Endgerät auch insgesamt weniger
Volumen benötigt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand
der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:
Aus Figur 1 geht der allgemeine Aufbau der Aggregation aus
einer Leiterplatte 1 eines mobilen Endgerätes und einer
schmalbandigen Antenne 2 hervor, die von einem
Antennenvolumen 3 umgeben ist. Das Antennenvolumen 3 ist
gegenüber dem benötigten Volumen einer Antenne nach dem Stand
der Technik, die ein gesamtes Frequenzspektrum eines
Mobilfunkdienstes abdeckt, deutlich vermindert.
Elektrische Abschirmelemente 4, 5 sind zur Einhaltung der
einschlägigen SAR-Werte des Endgerätes angeordnet.
Zur Einstellung einer gewünschten Resonanzfrequenz der
Antenne 2 ist eine Steuereinrichtung 6 vorgesehen. Die
Antenne 2 hat eine Bandbreite, die im Bereich zwischen 10%
und 20% der Breite des Frequenzspektrums liegt, das einem von
dem mobilen Endgerät zu nutzenden Mobilfunkdienst zugeordnet
ist.
Die Abläufe zur Einstellung der Resonanzfrequenz der Antenne
2 werden nunmehr anhand der Figuren 2, 3A, 3B erläutert. Die
Steuereinrichtung 6 weist eine elektronische
Antennenanpassschaltung 7 und eine als Software
implementierte Regelung 8 für die Antennenanpassschaltung 7
auf. Aus dem Logikteil 9 erhält die Regelung 8 Information
über den gerade zu benutzenden Kanal und das zugehörige
Frequenzband, beispielsweise ein bestimmter Sendekanal im
Uplink-Frequenzband für GSM. Außerdem erhält die Regelung 8
von einer Leistungsregelung 10 eines Leistungsverstärkers 11
einer Antennenendstufe des mobilen Endgerätes weitere
Informationen über die Antennen-Anpassung. Im einzelnen
besteht bei einem Ausführungsbeispiel die Information von der
Leistungsregelung 10 aus einem Messwert für die von der
Antenne 2 reflektierte Sendeleistung, die von dem
Leistungsverstärker 11 der Antennenendstufe abgegeben wird.
Aus den Figuren 3A und 3B geht hervor, wie die Regelung 8 von
der Leistungsregelung 10 der Antennenendstufe erhaltene
Messwerte für eine reflektierte Leistung weiterverarbeitet.
Ist die Antenne 2 beispielsweise zu Beginn einer Einstellung
der Resonanzfrequenz entsprechend der Lage einer Ellipse in
den Figuren 3A, 3B eingestellt, modifiziert die Regelung 8
die elektronische Antennenanpassschaltung 7 in der Weise,
dass die reflektierte Leistung ein lokales Minimum annimmt,
was in den Figuren 3A, 3B jeweils durch ein Quadrat
gekennzeichnet ist. Es erfolgt somit entweder eine Anpassung
der elektronischen Antennenanpassschaltung 7 zu niedrigeren
Frequenzen (Figur 3A) oder zu höheren Frequenzen (Figur 3B),
wobei die zusätzliche elektronische Antennenanpassschaltung 7
zu diesem Zweck, HF-Umschalter und/oder Varicaps aufweisen
kann.
Nach Erreichen des optimalen Zustands für die elektronische
Antennenanpassschaltung 7 wird ein Sendesignal von dem
Leistungsverstärker 11 unter günstigen Bedingungen über die
Antenne 2 ausgestrahlt.
Zum Vergleich der Bandbreiten einer Antenne nach dem Stand
der Technik und einer schmalbandigen Antenne nach der
Erfindung dienen die Figuren 4A, 4B. Der Verlauf der
Anpassung einer integrierter Antenne nach dem Stand der
Technik nach Figur 4A erstreckt sich über das gesamte
Frequenzspektrum, das einem genutzten Mobilfunkdienst
zugeordnet ist. Demgegenüber sind in Figur 4B insgesamt vier
Verläufe der Anpassung einer bei der vorliegenden Erfindung
eingesetzten schmalbandigen Antenne 2 dargestellt, wobei die
beiden in Figur 4B links nebeneinander dargestellten
Anpassungsverläufe einem GSM-TX-Kanal bzw. einem GSM-RX-Kanal,
der dem GSM-TX-Kanal zugeordnet ist, entsprechen. Im
hochfrequenten Bereich entspricht der linke Anpassungsverlauf
einem PCN-TX-Kanal und der rechte Anpassungsverlauf einem
PCS-RX-Kanal. Es wird ersichtlich, dass die Bandbreite der
Antenne 2 deutlich geringer ist, als diejenige der im Stand
der Technik eingesetzten Antenne.
Gleichzeitig kann die elektronische Antennenpassschaltung 7
auch bei einer geänderten Umgebung (z. B. Hand in der Nähe
der Antenne, Gerät liegt auf einem Tisch) eine optimale
Anpassung für die aktuellen, relevanten Frequenzbereich
einstellen.
Die Figuren 5, 6 und 7 zeigen Ausführungsformen der
Antennenanpassschaltung 7, wobei in diesen Figuren aus
Gründen der Übersichtlichkeit die Regelung 8, das Logikteil
9, die Leistungsregelung 10 und der Leistungsverstärker 11
gemeinsam mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet sind.
Bei der Ausführungsform nach Figur 5 ist ein HF-Umschalter 13
vorgesehen, der von der Antennenanpassschaltung 7 angesteuert
wird. Der HF-Umschalter 13 schaltet zwischen verschiedenen
Antennenkontakten A1, A2, ..., um. Diese Antennenkontakte
sind beispielsweise bei einer PIFA-Antenne an
unterschiedlichen Orten angeordnet, so dass die PIFA-Antenne
als Beispiel für die Antenne 2 für jeden der Antennenkontakte
A1, A2, ..., eine verschiedene Antennenanpassung zeigt.
In der Figur 6 ist zwischen der Antenne 2 und der Einheit 12
ein gegen Masse geschalteter Varicap 14 vorgesehen, dessen
Kapazität über die Regelung 8 einstellbar ist.
Die Figur 7 zeigt eine Ausführungsform der
Antennenanpassschaltung 7, bei der eine Diode 15 eingesetzt
wird. Ein Kondensator 16 der Antennenanpassschaltung 7 nach
dieser Ausführungsform ist einstellbar.
Claims (6)
- Mobiles Endgerät zur Nutzung eines Mobilfunkdienstes, dem zur Übertragung von Funksignalen zwischen dem Endgerät und einer Basisstation ein Frequenzspektrum vorgegeben ist, mit einer Antenne (2) zum Aussenden und Empfangen der Funksignale,
dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (2) eine Bandbreite aufweist, die einem Teil des Frequenzspektrums des Mobilfunkdienstes entspricht, und eine Steuereinrichtung (6) zum Einstellen der Resonanzfrequenz der Antenne auf einen gewünschten Frequenzwert innerhalb des Frequenzspektrums vorgesehen ist. - Endgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) zum Einstellen der Resonanzfrequenz aufgrund von Informationen über einen aktuellen Sende- oder Empfangsfrequenzkanal ausgebildet ist. - Endgerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) mit einer Leistungsregelung (10) einer Antennenendstufe des Endgerätes in Verbindung steht, wobei die Leistungsregelung zum Erfassen eines aktuellen Meßwertes für eine von der Antenne (2) reflektierte Sendeleistung des Endgerätes und zum Weiterleiten dieses Meßwertes an die Steuereinrichtung (6) ausgebildet ist. - Endgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (6) zum Einstellen der gewünschten Resonanzfrequenz Dioden, HF-Umschalter und/oder Varicaps aufweist. - Endgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreite der Antenne (2) kleiner ist als 30% der Breite des Frequenzspektrums. - Endgerät nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreite der Antenne (2) im Bereich von 10% bis 20% der Breite des Frequenzspektrums liegt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP02005760A EP1345281A1 (de) | 2002-03-13 | 2002-03-13 | Mobiles Endgerät mit schmalbandiger Antenne |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP02005760A EP1345281A1 (de) | 2002-03-13 | 2002-03-13 | Mobiles Endgerät mit schmalbandiger Antenne |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP1345281A1 true EP1345281A1 (de) | 2003-09-17 |
Family
ID=27763378
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP02005760A Withdrawn EP1345281A1 (de) | 2002-03-13 | 2002-03-13 | Mobiles Endgerät mit schmalbandiger Antenne |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1345281A1 (de) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2002
- 2002-03-13 EP EP02005760A patent/EP1345281A1/de not_active Withdrawn
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