DE19532925A1 - Mehrpositions-Flächenantenne und Verfahren hierfür - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Antennen für Kommunika­ tionsgeräte.

Funk-Kommunikationseinrichtungen schließen einen Sender und/oder Empfänger ein, der mit einer Antenne gekoppelt ist, die Funk-Frequenzsignale aussendet und/oder erfaßt. Die Einrichtung kann ein Mikrophon zur Eingabe von Audiosignalen in einen Sender oder einen Lautsprecher zur Ausgabe von Signalen enthalten, die von einem Empfänger empfangen wer­ den. Beispiele solcher Funk-Kommunikationseinrichtungen umfassen Einrichtungs-Funkgeräte, Zweirichtungs-Funkgeräte, Funktelefone, persönliche Kommunikationseinrichtungen und eine Vielfalt anderer Ausrüstung. Diese Kommunikationsein­ richtungen weisen häufig eine Bereitsschaftsausgestaltung auf, wobei die Einrichtung zur Aufbewahrung zusammengeklappt ist und eine aktive Kommunikationsausgestaltung, bei der die Antenne für eine optimale Leistung ausgezogen ist.

Bei Funktelefonen und Zweiweg-Funkgeräten ist es typischer­ weise wünschenswert, daß diese Einrichtungen während eines Bereitschaftsmodus eine geringe Größe aufweisen, um ihre Aufbewahrung und ihren Transport zu erleichtern. Beispiels­ weise bevorzugen Benutzer, daß die Funktelefone im Bereit­ schaftsmodus ausreichend klein sind, damit sie in einer Hemd- oder Jackentasche aufbewahrt werden können. Im aktiven Kommunikationszustand ist für die Einrichtung erwünscht, daß sie ausreichend lang ist, damit der Lautsprecher nahe dem Ohr des Benutzers, das Mikrophon nahe dem Mund des Benutzers und die Antenne von dem Körper des Benutzers fort angeordnet werden können. Es ist für die Antenne wünschenswert, daß sie von dem Körper des Benutzers fort angeordnet wird, da der Körper des Benutzers eine Erdungsebene ist, die den Empfang des Funk-Frequenzsignals stört. Eine besonders wirksame Weise, die Antenne von dem Körper des Benutzers fort zu positionieren, ist die Antenne von dem Körper der Ein­ richtung während der Verwendung fortgerichtet zu verlän­ gern. Indem eine Antenne vorgesehen wird, die zur Aufbewah­ rung zusammengefaltet wird und zur aktiven Kommunikation ausgedehnt wird, wird eine Antenne mit einem optimalen akti­ ven Betriebsmodus in einer ohne weiteres auf zubewahrenden Einrichtung geschaffen.

Eine Schwierigkeit, der man bei solchen veränderbaren Kom­ munikationseinrichtungen begegnet, ist eine Antenne mit hoher Leistung im Bereitschaftsmodus zu schaffen. Es sind beispielsweise Funktelefone bekannt, die Aufrufsignale, elektronische Post und Anruf-Warnsignale im Bereitschafts­ modus empfangen. Jedoch ist typischerweise der Körper der Einrichtung einschließlich der internen, elektronischen Schaltung innerhalb dieses Körpers typischerweise in dem reaktiven Nahfeld der Antenne in der Aufbewahrungsposition. Diese Masse in dem reaktiven Nahfeld verschlechtert die Leistung der Antenne, was für den Signalempfang in dem Be­ reitschaftsmodus schädlich ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Antennensystem mit einer hohen Leistungscharakteristik zu schaffen, wenn die Kommu­ nikationseinrichtung in einem aktiven Kommunikationsbe­ triebsmodus entfaltet ist und wenn die Kommunikationsein­ richtung in einem Bereitschaftsbetriebsmodus zusammengefal­ tet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden an Hand von Aus­ führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, in denen:

Fig. 1 eine vordere, perspektivische Ansicht ist, die ein entfaltetes Funktelefon einschließlich eines An­ tennensystems gemäß der Erfindung darstellt;

Fig. 2 eine vordere, perspektivische Ansicht ist, die ein zusammengefaltetes Funktelefon gemäß Fig. 1 dar­ stellt, das in der Bereitschaftskonfiguration ist;

Fig. 3 eine perspektivische Sprengdarstellung von oben zeigt, die das vordere Gehäuse, die gedruckte Schaltungsplatte mit dem HF-Teil, die gedruckte Schaltungsplatte mit dem Logikteil und den rück­ wärtigen Gehäuseabschnitt darstellt,

Fig. 4 eine Teilansicht ist, die das Innere des Funkte­ lefongehäuses gemäß Fig. 1 darstellt und schema­ tisch einen Sendeempfänger zeigt,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Abdeckung des Funktele­ fons gemäß der Fig. 1 ist, wobei der vordere Ge­ häuseabdeckungsabschnitt entfernt und eine erste Antenne dargestellt ist,

Fig. 6 eine Seitenansicht der Antenne für die Abdeckung ist,

Fig. 7 eine perspektivische Sprengdarstellung von oben ist, die die Abdeckung darstellt,

Fig. 8 eine perspektivische Sprengdarstellung von unten ist, die die Abdeckung darstellt,

Fig. 9 eine Draufsicht ist, die eine Flächenantenne dar­ stellt,

Fig. 10 eine Draufsicht ist, die eine Flächenantenne dar­ stellt,

Fig. 11 eine Seitenansicht ist, die schematisch die Anten­ ne einer Abdeckung eines Funktelefons in der geöf­ fneten Position darstellt, und

Fig. 12 eine Querschnittsansicht ist, die die Abdeckung entlang der Ebene XII-XII in Fig. 11 darstellt.

Eine HF-Schaltungsanordnung für eine Funk-Kommunikations­ einrichtung ist in dem ersten Gehäuseteil angeordnet. Ein zweiter Gehäuseteil ist bewegbar an dem ersten Gehäuseteil gehalten, so daß er zwischen einer entfalteten, offenen Position und einer zusammengefalteten Position bewegt werden kann, wobei der zweite Gehäuseteil von dem ersten Gehäuse­ teil in der offenen Position nach außen hervorsteht. Eine Antennenanordnung ist in dem zweiten Gehäuseteil angeordnet. Die Antennenanordnung enthält einen Antennenleiter und ein Erdelement, wobei das Erdelement zwischen dem Antennenleiter und der HF-Schaltungsanordnung angeordnet ist, wenn sich der erste und zweite Gehäuseteil in der zusammengefalteten Posi­ tion befinden.

Das Antennensystem gemäß der Erfindung ist in einem Funkte­ lefon 100 dargestellt, das eine Abdeckung 103 (Fig. 1) um­ faßt, in der die unmittelbare Erfindung besonders vorteil­ haft ist. Jedoch kann die Erfindung auch vorteilhaft in anderen Einrichtungen verwendet werden, wie in Einweg- und Zweiweg-Funkgeräten oder irgendeiner anderen Kommunika­ tionseinrichtung, die eine Antenne verwendet. Demgemäß be­ zieht sich "Einrichtung", wie es hier verwendet wird, auf alle solche Ausrüstungen und ihre Äquivalente.

Ein Funktelefon 100 ist in Fig. 1 dargestellt. Das Funkte­ lefon umfaßt ein Gehäuse 102, das einen ersten Gehäuseteil 101 und einen zweiten Gehäuseteil 103 einschließt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der erste Gehäuseteil 101 ein Funktelefonkörper und der zweite Gehäuseteil 103 ist eine Abdeckung, die verschwenkbar mit dem Körper verbunden ist. Der Abdeckungsgehäuseteil 103 kann sich zwischen einer entfalteten oder offenen Position, die in Fig. 1 dargestellt ist, während eines aktiven Kommunikationsmodus und einer zusammengefalteten oder geschlossenen Position in einem Bereitschaftsmodus bewegen, der in Fig. 2 dargestellt ist.

Der Funktelefonkörper 101 schließt einen rückwärtigen Kör­ pergehäuseabschnitt 104 und einen vorderen Körpergehäuse­ abschnitt 105 ein, die miteinander verbunden sind, um ein inneres Volumen zu begrenzen, das die elektronische Schal­ tung einschließlich einer gedruckten Schaltungskarte für den HF-Teil 315 (Fig. 3) und einer gedruckten Schaltungskarte für den Logikteil 314 aufnimmt. Ein Tastenfeld 106 enthält Tasten 109 (von denen nur einige numeriert sind), die dem Tastenfeld zugeordnet sind. Auf die Tasten 109 kann zur Handbetätigung durch den Benutzer zugegriffen werden, um selektiv Druckschalter 322 (von denen nur einige numeriert sind) zu schließen. Der dargestellte Abdeckungsgehäuseteil 103 überdeckt zumindest teilweise das Tastenfeld 106, wenn er geschlossen ist. Der Abdeckungsgehäuseteil kann länger sein, um alle Tasten zu überdecken. Der Abdeckungsgehäuse­ teil verhindert die Betätigung der Tasten 109, wenn die Abdeckung geschlossen ist. Ferner kann der Abdeckungsgehäu­ seteil das Telefon in einen Bereitschaftsmodus bringen, wenn er geschlossen ist.

Der Abdeckungsgehäuseteil 103 enthält eine Antenne 107, die hier als eine Abdeckungsantenne bezeichnet wird. Die Abdec­ kungsantenne ist zwischen einem vorderen Abdeckungsgehäuse­ abschnitt 111 (Fig. 7 und 8) und einem hinteren Abdeckungs­ gehäuseabschnitt 112 angeordnet, und ist derart gestrichelt in Fig. 1 dargestellt. Der vordere Abdeckungs- und der hin­ tere Abdeckungsgehäuseabschnitt 111 und 112 sind allgemein ebene Elemente. Der hintere Abdeckungsgehäuseabschnitt 112 enthält eine Ausnehmung 439 zur Aufnahme der Antenne 107 und einen vorderen Gehäuseabschnitt 111. Die Abdeckungsgehäuse­ abschnitte werden aus einem geeigneten dielektrischen Mate­ rial hergestellt, wie einem organischen Polymer. Die Abdec­ kungsantenne 107 ist zwischen diese Elemente eingefügt. Die Abdeckungsantenne 107 ist in einer entfalteten Position, die in Fig. 1 dargestellt ist, wenn die Abdeckung 103 offen ist. Die Abdeckungsantenne ist in einer zusammengefalteten oder zurückgenommenen Position, wenn die Abdeckung 103 geschlos­ sen ist (Fig. 2).

Die Sendeempfängerschaltung 415 ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Die Sendeempfängerschaltung ist auf einer HF- Schaltungskarte 315 montiert (Fig. 3). Die Sendeempfänger­ schaltung kann unter Verwendung irgendeines geeigneten her­ kömmlichen Sendeempfängers ausgeführt werden. Die Sendeemp­ fängerschaltung 415 ist durch herkömmliche Mittel in dem ersten Gehäuseteil 101 positioniert, wie durch Zusammenbau der gedruckten Schaltungskarte 315 mit dem vorderen Gehäu­ seabschnitt 305. Die Sendeempfängerschaltung ist mit einem elastomeren Verbinder 319 oder einer anderen Einrichtung verbunden, die mit einem flexiblen Leiter 320 verbunden ist. Der flexible Leiter 320 erstreckt sich zu einer Scharnier­ anordnung 418. Die Scharnieranordnung 418 enthält ein Gelenk 419.

Wie es in Fig. 5 dargestellt ist, enthält die Scharnieran­ ordnung 418 auch ein Gelenk 420 an dem Abdeckungsgehäuseteil 103, um an dem Gelenk 419 einzugreifen. Der flexible Leiter oder die Übertragungsleitung 320 ist mit der Abdeckungsan­ tenne 107 durch die Scharnieranordnung 418 hindurch verbun­ den, wenn die Abdeckung 103 mit dem Körper 102 verbunden ist. Die Übertragungsleitung und die Scharnieranordnung 418, die die Verbindung zwischen der Abdeckungsantenne 107 und der Sendeempfängerschaltung 415 liefern, kann irgendeine geeignete Konstruktion haben, wie das Scharnier, das in der US Patentanmeldung Aktenzeichen Nr. 08/148,178 geoffenbart ist, die auf den Namen von Tanya Rusch u. a. am 08. November 1993 hinterlegt worden ist und deren Offenbarung hier durch Bezugnahme auf sie eingegliedert wird.

Die Abdeckungsantenne 107 ist eine flächige Antenne, die unter Bezugnahme auf die Fig. 6, 9 und 10 beschrieben wird. Die Antenne enthält einen flächigen Leiter 542, eine die­ lektrische Schicht 544 und eine Erdungsschicht 446. Der flächige Leiter 542 ist ein Mikrostreifenfeld. Der Leiter 542 (Fig. 9) ist als ein allgemein rechteckförmiger Leiter mit halber Wellenlänge dargestellt, der als ein Dünnfilm auf die dielektrische Schicht 544 aufgebracht ist. Alternativ kann der flächige Leiter 542 ein Leiter mit Viertelwellen­ länge sein, wobei der von der Zuführleitung 440 entfernt liegende Rand durch leitende Verbinder 550 mit der Erdungs­ schicht 546 verbunden ist. Der Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet erkennt, daß die Ausgestaltung des flächigen Leiters ein Kreis, ein Oval, ein Quadrat oder irgendeine andere geeignete Konfiguration sein kann. Der Leiter kann aus irgendeinem geeigneten elektrisch leitenden Material hergestellt werden, wie Kupfer, Kupferlegierung, Alumini­ umlegierung oder irgendeinem anderen geeigneten Material, das als dünne Schicht auf das Dielektrikum aufgebracht wer­ den kann, indem das Material in einem flüssigen Zustand gesprüht oder das Material in einem festen Zustand unter Verwendung eines Klebemittels befestigt wird. Der flächige Leiter ist mit der Sendeempfängerschaltung 415 über den Zuführleitungsleiter 440, die Bahn 320 und den Leiter 319 verbunden. Der Leiter 440 ist mit dem flächigen Leiter 542 über irgendein geeignetes Mittel verbunden, wie Löten, un­ mittelbare Verbindung der zwei Leiter unter Verwendung eines Klebebandes oder irgendein anderes geeignetes Mittel.

Die dielektrische Schicht 544 ist vorzugsweise ein Material mit einer großen dielektrischen Konstanten. Der Durch­ schnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, daß, umso größer die dielektrische Konstante des für die dielektrische Schicht verwendeten Materials ist, umso kleiner das Muster des Leiters 542 sein kann. Das Dielektrikum kann alternativ ein beladenes Dielektrikum sein. Das Dielektrikum ist vor­ zugsweise ein festeres Material, das Kräften widerstehen kann, die auf die Einrichtung ausgeübt werden, wenn sie fallengelassen oder sonst wie mißhandelt wird. Demgemäß ist Duroid 6010, das einen dielektrischen Wert von 10 hat, ein bevorzugtes, dielektrisches Material, da es nicht bricht, wenn das Funktelefon 100 fallengelassen wird. Keramiken, die höhere dielektrische Werte haben, können statt Duroid 6010 verwendet werden.

Die Erdungsschicht 446 wird durch irgendeinen geeigneten elektrischen Leiter vorgesehen. Beispielsweise ist die Er­ dungsschicht eine rechteckförmige Platte aus Kupferlegie­ rung. Die Erdungsschicht oder das Element 446 ist mit Erde bzw. Masse über den Leiter 441, den flexiblen Streifen 420 und einen Leiter 338 verbunden. Der Erdungsleiter 338 ist mit der Erdungsschaltung verbunden, die eine metallisierte Schicht einschließt, die auf das Innere des Funktelefonge­ häuse 105 aufgebracht ist. Der Leiter 441 ist mit dem Er­ dungselement 446 durch irgendeine geeignete Einrichtung verbunden, wie Verlöten, direkten Kontakt von zwei Leitern mit Klebeband über dem Kontaktpunkt oder irgendein anderes geeignetes Mittel.

Um die Abdeckung zusammenzubauen, wird die Abdeckungsantenne 107 in die Ausnehmung 439 (Fig. 7) eingeführt, wobei die Erdungsschicht 446 nach oben weist. Mit dieser Ausrichtung weist der flächige Leiter 542 nach unten und stößt gegen die innere Oberfläche 760 in dem rückwärtigen Abdeckungsgehäuse­ abschnitt 112. Der vordere Abdeckungsgehäuseabschnitt 111 wird dann in der Ausnehmung 439 über der flächigen Antenne 107 angeordnet. Der vordere und der rückwärtig Gehäuseab­ schnitt können durch geeignete Klebemittel, Befestigungs­ mittel oder ähnlichem angebracht werden.

Flexible Streifen 440 und 441 erstrecken sich von dem Ab­ deckungsgehäuseteil nach außen. Diese Leiter laufen in den flexiblen Streifen 320. Der flexible Streifen 320 ist ein­ geführt, damit er sich durch das Scharnier 418 hindurch und in den Körpergehäuseabschnitt 105 erstreckt. Die Leiter in dem flexiblen Streifen sind zur Verbindung mit dem Erdungs­ leiter 338 und der Sendeempfängerschaltung 415 getrennt.

Beim Betrieb in der geöffneten Position, die in Fig. 11 dargestellt ist, befindet sich das Gesicht des Benutzers (nicht dargestellt) derart, daß das Ohr des Benutzers gegen die Ohrmuschel 160 (Fig. 1) gedrückt wird und sich das Kinn des Benutzers nahe dem Tastenfeld 106 befindet. Die flächige Antenne 107 ist in der Abdeckung derart angeordnet, daß das Erdungselement gegen den vorderen Gehäuseabschnitt 111 stößt, der zu dem Benutzer weist. Infolgedessen ist der flächige Leiter 542 (Fig. 11 und 12) von dem Benutzer fort­ gewandt und dem freien Raum zugewandt. Somit ist das Er­ dungselement 446 zwischen dem flächigen Leiter und dem Be­ nutzer angeordnet und arbeitet als eine Abschirmung zwischen dem Benutzer und dem flächigen Element. Somit stört der Körper des Benutzers nicht die Abstimmung des flächigen Leiters 542 in der aktiven Position.

In der geschlossenen Position, die in Fig. 2 dargestellt ist, weist der rückwärtige Gehäuseabschnitt 112 von den interenen elektronischen Schaltungskarten 314 und 315 in­ nerhalb des Funktelefonkörpers 102 fort. Die Erdungsschicht 446 ist gegen den vorderen Abdeckungsabschnitt 111 (Fig. 12) angeordnet, der gegen das Tastenfeld 106 stößt. Somit ist die Erdungsschicht 446 zwischen dem flächigen Leiter und den elektronischen Schaltungen in dem Gehäuse 102 angeordnet. Die Erdungsschicht liefert eine Abschirmung zwischen der HF- Schaltung in dem Gehäuseteil 102 des Funktelefonkörpers und der leitenden, flächigen Schicht 542. Die an Erde liegende Abschirmung begrenzt die Wirkung der Sendeempfängerschaltung auf die Abstimmung der flächigen Antenne in der geschlosse­ nen Position. Die flächige Antenne hat somit im wesentlichen die gleiche Abstimmungscharakteristik in der zusammengefal­ teten Aufbewahrungsposition und der entfalteten, aktiven Position. Infolgedessen ist die Betriebskonstanz der Antenne in der zusammengefalteten und Aufbewahrungsposition be­ trächtlich verbessert.

In der Praxis wird in Betracht gezogen, daß eine flexible, dielektrische Schicht, wie Duroid 6010 verwendet wird, das im Handel von Rogers Corporation in Chandler Arizona er­ hältlich ist. Bei einem solchen Dielektrikum verlangt eine halbe Wellenlänge bei einer Betriebsfrequenz des Sendeemp­ fängers von 800 MHz ungefähr 5,92 cm, und die Viertelwellen­ länge verlangt ungefähr 3 cm. Bei 1.500 MHz verlangt die Ausführung mit halber Wellenlänge ungefähr 3,2 cm und die Ausführungsform mit der Viertelwellenlänge verlangt ungefähr 1,6 cm. Das dielektrische und das Erdungselement besitzen vorzugsweise Außenabmessungen, die größer als der flächige Leiter sind, wie es in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist.

Claims (5)

1. Tragbare Funk-Kommunikationseinrichtung, gekennzeichnet durch:
ein erstes Gehäuseteil (101),
eine HF-Schaltung (415), die in dem ersten Gehäuseteil (101) angeordnet ist,
ein zweites Gehäuseteil (103), das bewegbar an dem ersten Gehäuseteil gehalten ist, damit es zwischen einer entfalteten, offenen Position und einer zusam­ mengefalteten Position bewegbar ist, wobei der zweite Gehäuseteil von dem ersten Gehäuseteil in der offenen Position nach außen hervorsteht,
eine Antenneneinrichtung (107), die in dem zweiten Gehäuseteil angeordnet ist, wobei die Antenneneinrich­ tung umfaßt
einen Antennenleiter (542),
eine flexible, dielektrische Schicht (544), wobei der Antennenleiter (542) an der flexiblen, dielektrischen Schicht (544) angebracht ist,
einen Erdungsleiter (446), der an der flexiblen, die­ lektrischen Schicht (544) angebracht ist, wobei der Erdungsleiter (446) zwischen dem Antennenleiter (542) und der HF-Schaltung (415) angeordnet ist, wenn sich der erste und zweite Gehäuseteil in der zusammengefal­ teten Position befinden, und
ein Zuführungsleitungsstreifen (440), der zwischen den Antennenleiter und die HF-Schaltung gekoppelt ist.

2. Tragbare Funk-Kommunikationseinrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdungsleiter (446) ein flächiges Element ist, das eine Umfangsabmessung aufweist, die wesentlich größer als eine Umfangsabmes­ sung des Antennenleiters (542) ist.

3. Tragbare Funk-Kommunikationseinrichtungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible, dielektrische Schicht (542) aus einem Material mit einer hohen dielektrischen Konstanten ist.

4. Tragbare Funk-Kommunikationseinrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gehäuseteil (103) eine dielektrische Ab­ schnitte (111, 112) einschließende Abdeckung ist und die Antenneneinrichtung (107) zwischen die dielektri­ schen Abschnitte zwischengefügt ist.

5. Tragbare Funk-Kommunikationseinrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Gehäuseteil (101, 103) durch eine Scharnieranordnung (418) verbunden sind und der Zuleitungsstreifen (440) einen flexiblen Leiter einschließt, der sich durch die Scharnieranordnung hin­ durch erstreckt.