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Diese
Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für ein zellulares Mobiltelefon,
welche über
eine radioelektrische Verbindung zwischen dem besagten Mobiltelefon
und einer Einheit aus Satellitenstationen, die auf der Polarumlaufbahn
oder quasi der Polarumlaufbahn um die Erde kreisen, betrieben wird.
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Sie
betrifft auch ein mit solch einer Antennenanordnung ausgestattetes
Mobiltelefon.
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Im
Rahmen der Diversifikation und der Extension der zellularen Mobiltelefonnetze
wächst
die Anzahl an Basisstationen in Regionen mit hoher Bevölkerungsdichte
kontinuierlich an, und sie stehen jetzt kurz davor, von den herkömmlichen
Netzwerken der hauptsächlichen
Betreiber vollkommen abgedeckt zu werden. Das Problem der Abdeckung
stellt sich jedoch auch für
andere geographische Gebiete. Es ist in Wüstenregionen oder Meeresgebieten
besonders wichtig.
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Die
Erfindung ist insbesondere für
neue Betreiber angepasst, die sich anbieten, diesen Mangel an herkömmlichen
Netzwerken zu beseitigen, indem sie zellularsysteme vorschlagen,
die über
radioelektrische Verbindungen zwischen dem Mobiltelefon und einer
Einheit aus Satelliten, die auf der Polarumlaufbahn um die Erde
kreisen, betrieben werden. Die diversen Projekte sind unterschiedlich
weit fortgeschritten und variieren im präzise verwendeten Frequenzband
im Bereich von 1 oder 2 GHz, in der Anzahl an Satelliten und ihren
Umlaufbahnen und in der Rechtsstellung der Einrichtung für den Aufbau
des Netzwerks. Für
diese neuen Netzwerke und für
diese Verbindungsarten müssen
auch Mobiltelefone mit neuen Antennen vorgesehen werden, die sich
nicht mehr auf eine einfache Litze beschränken können, da die Satelliten (d.
h. die Basisstationen), mit denen man kommunizieren muss, sei es
im Gesprächsmodus
oder im Bereitschaftsmodus, mehrere Tausend Kilometer im Weltraum
entfernt können
sein.
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Die
Gestaltung und die Auswahl der Antennen für derartige Mobiltelefone ist
im Falle eines Satellitennetzwerks besonders kritisch: Die wichtigsten
Gründe
hierfür
sind die Distanzen zwischen der Basisstation und dem Mobiltelefon,
die erforderliche Zirkularpolarisation für die Wellen, die Leistung
des Verhältnisses
Verstärkung/Rauschtemperatur
beim Empfang und die unterschiedlichen Verhaltensweisen, die ein
Mobiltelefon in Bezug auf den Satelliten entsprechend der Verwendung
des ersteren und der Position des letzteren annehmen kann. Außerdem gibt
es den Begriff der mechanischen Bezugs bei Mobiltelefon-Anwendungen
nicht: Jede Definition des Polarisationswinkels ist illusorisch,
da der Anwender die Antenne des Telefons in einem beliebigen Winkel
ausrichtet, der sich ändert,
wenn er sich bewegt, und es wäre
unmöglich,
beispielsweise einen vertikalen oder horizontalen Polarisationswinkel
vorzugeben.
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Die
Qualität
des Empfangs hängt
von der Verstärkung
der Antenne ab, aber auch von der Gesamtheit seines Strahlungsdiagramms,
das im radioelektrischen Bereich in verrauschte Richtungen, d. h.
im Wesentlichen zum Erdboden, schwache Werte aufweisen muss. Das
gemeinhin verwendete Qualitätskriterium
ist dabei außerdem
das Verhältnis
zwischen der Antennenverstärkung
in der Richtung der erhaltenen Wellen und der global erhaltenen
Rauschtemperatur, also G/T.
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Für die Anwendung
im Mobilfernmeldewesen muss die Antenne dieses Kriterium möglichst
während der
Kommunikationsphasen optimieren, während denen der Anwender sein
Telefon ungefähr
in vertikaler Position hält,
ohne dieses Kriterium während
der Bereitschaftsphasen zu sehr zu beeinträchtigen, um eine ausreichende
Betriebsweise zu ermöglichen
und mit einem Anwender Kontakt aufnehmen zu können, der sein Mobiltelefon
auf einer horizontalen Fläche
abgelegt hat. Während
der Kommunikation beträgt
der über
der horizontalen Fläche
entlang der Hauptachse des Telefons abzudeckende Festwinkel 2 Π Steradianten.
Umgekehrt, wenn das Mobiltelefon flach hingelegt wurde, liegt der
interessierende Winkel für
den Erhalt der Signale von einem Satelliten nahe des Perigäums rechtwinklig
zu seiner Hauptachse an der Seite des Telefons, was dem Horizont
entspricht, wenn das Mobiltelefon in seine normale (vertikale) Haltung
zurückgebracht
wird, und die Verstärkung
muss dann einen gewissen Wert in dieser Richtung aufweisen.
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Als
Antenne mit Zirkularpolarisation, dafür bestimmt, die Erfindung umzusetzen,
wird eine Antenne mit der Form einer konischen Spiralantenne mit
mehreren Litzen gewählt.
Eine solche Antenne ist an sich aus dem Patent US-A 4,656,485 bekannt.
Es handelt sich dabei um eine in Bezug auf den Boden feste Antenne,
vorgesehen zum Senden und Empfangen in Kurzwellen mit Frequenzen
im Bereich von einigen MHz. Sie kann in zwei Schaltungsmodi arbeiten,
durch Umkehrung der Versorgung von 2 unter den 4 Litzen, um Rundstrahlungsdiagramme
zu erhalten, mit mehr oder weniger großen Ortswinkeln und im Übrigen mit
unterschiedlichen Frequenzen je nach Erregungsmodus.
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Die
internationale Patentanmeldung WO 97/35356 beschreibt eine Antenne
eines gleichartigen Typs. Es handelt sich dabei um eine zylindrische
Antenne mit 2 oder 4 Litzen, die respektive von 1 oder 3 Hybridkopplern
phasenverschoben versorgt werden.
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Ein
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer fest verbundenen
Antenne-Mobiltelefon-Einheit, die mit einer Satelliten-Einheit kommuniziert
und die während
den Kommunikationsphasen nominal und während den Bereitschaftsphasen
akzeptabel arbeiten kann.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer fest verbundenen
Antenne-Mobiltelefon-Einheit, die mit einer Satelliten-Einheit kommuniziert
und die so in vertikaler Position nominal und in horizontaler Position
akzeptabel arbeiten kann.
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Gemäß der Erfindung
werden diese Ziele erreicht und die vorgenannten Bedingungen dank
der Tatsache erfüllt,
da die im ersten Absatz vermerkte Antennenanordnung für zellulares
Mobiltelefon dadurch bemerkenswert ist, dass die Antennenanordnung
die Form einer konischen Spiralantenne mit mehreren Litzen hat und
an ihrer Basis Mittel für
die Umschaltung des Betriebsmodus (CMF-Mittel) enthält, die
fest mit dem besagten Mobiltelefon verbunden sind, und 4 Litzen,
im Winkel von n/2 voneinander getrennt, gemäß einer Drehung um die Achse
eines Kegelstumpfsträgers,
befestigt mit seiner großen
Basis am oberen Ende des Handgeräts,
wobei die besagten CMF-Mittel Phasenverschiebmittel enthalten, um
die besagten Litzen entsprechend der radioelektrischen Frequenzsignale,
phasenverschoben um n/2 zwischen angrenzenden Litzen in einem ersten
Betriebsmodus und phasenverschoben um n zwischen angrenzenden Litzen
in einem zweiten Betriebsmodus, zu versorgen.
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Die
Dimensionen der Antenne, die hier beschrieben wird, sind angepasst
an die Frequenzen der zu verarbeitenden Signale, und werden in Zentimetern
gezählt,
im Gegensatz zur Festantenne des vorgenannten amerikanischen Patents,
das von einem mehrere Meter hohen vertikalen Masten getragen wird.
Die Phasenverschieber sind beispielsweise Hybridkoppler 0-180° und 0-90°.
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Eine
vorgezogene Ausführungsform
der Erfindung ist dadurch bemerkenswert, dass die besagten CMF-Mittel
außerdem
für eine
Umschaltung auf der Grundlage eines Auswahlkriteriums a priori Quecksilbertropfenschalter
enthalten, um den besagten ersten Betriebsmodus für die bidirektionale
Verbindung mit einem Satelliten zu verwirklichen, wenn sich die
Antenne mit dem sie tragenden Telefon in einer grundsätzlich vertikalen
Position befindet, und um den besagte zweite Betriebsmodus zu verwirklichen,
bestehend aus einer Stand-by-Phase für den Erhalt einer Verbindung
mit einem Satelliten in einer grundsätzlich horizontalen Position.
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Beim
ersten Betriebsmodus ist das Strahlungsdiagramm der Antenne quasi
sphärisch,
nach oben zur Antenne gerichtet und eher eine vertikale Antennenposition
begünstigend,
wobei die Übertragung
in Richtung der Erde für
die 2 Π unteren
Steradianten schwach oder beinahe Null ist. Beim zweiten Betriebsmodus
hat das erhaltene Diagramm dagegen eine Ringform, wobei die Achse
des Rings die der Antenne ist, was bei jeder horizontalen Position
garantiert, dass ein Teil der Strahlung nach oben geleitet wird.
In vertikaler Position ist das Strahlungsdiagramm in der zweiten
Ausführungsform
noch bei ziemlich schwachen Ortswinkeln positiv, doch bei Ortswinkeln,
die sich Π/2
nähern.
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Eine
andere vorgezogene Ausführungsform
der Erfindung ist dadurch bemerkenswert, dass die besagten CMF-Mittel
bei einer Schaltung auf Grundlage eines Auswahlkriteriums a posteriori
außerdem
periodische Mittel zum Testen des besagten ersten und zweiten Betriebsmodus
und zum Anschluss der besagten Phasenverschiebmittel aufweisen,
um die Auswahl des Besten der 2 getesteten Betriebsmodi zu versichern.
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Gemäß dieser
letzten Ausführungsform
ist es nicht mehr so sehr die Stellung des Telefons, welche den einen
oder den anderen Anschluss der Antenne steuert, sondern eher die
Winkelposition des Satelliten, mit dem das Telefon kommuniziert.
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Um
nicht sperrig und kompatibel mit einem Telefon geringer Größe zu sein
zieht man es für
die Antenne vor, einen dielektrischen Träger mit höher Permittivität zu verwenden,
um die Strahlungslitzen zu unterstützen. Mit dieser Zielsetzung
wird die Antenne beispielsweise aus einem Kegelstumpf aus Keramik
angefertigt, auf den die besagten Litzen gemäß der Technologie der Hybridschaltungen
aufgebracht werden, und mit entlang seiner Achse einem Loch, durch
das Koaxialkabel für
die Versorgung der Litzen verlaufen.
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Die
folgende Beschreibung wird hinsichtlich der beigefügten Zeichnungen
als nicht erschöpfendes Beispiel
gut verständlich
machen, wie die Erfindung gebaut werden kann.
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1A zeigt ein Mobiltelefon, das mit einer
Antennenanordnung gemäß der Erfindung
ausgestattet ist.
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1B zeigt
eine konische Spiralantenne, die in der Antennenanordnung gemäß der Erfindung
verwendet wird.
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2 ist
ein synoptisches Schema der Antennenanordnung gemäß der Erfindung.
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3 und 4 stellen
im Schnitt die Strahlungsdiagramme dar, die respektive gemäß dem ersten und
dem zweiten Betriebsmodus der Antennenanordnung erhalten wurden.
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Schaltmittel von Betriebsmodi für die Antennenanordnung gemäß der Erfindung.
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Das
auf 1A dargestellte Mobiltelefon 1 ist
ein zellulares Telefon für
die Kommunikation per Funk mit einer Satelliten-Einheit wie 2,
wobei diese Satelliten in der Polar- oder quasi Polarumlaufbahn
um die Erde kreisen; für
diesen Zweck enthält
es eine konische Spiralantenne mit mehreren Litzen, 3.
Der Satellit, mit dem das Telefon in einem bestimmten Zeitpunkt
kommuniziert, befindet sich in einer Distanz der Größenordnung von
einem bis mehreren Tausend Kilometern, und er befindet sich in einem
beliebigen Ortswinkel, d. h. zwischen 0 und Π/2 enthalten. Die hauptsächliche
Bedingung, die bei diesem Kommunikationstyp erfüllt werden muss, besteht darin,
dass das Verhältnis
G/T zwischen der Verstärkung
der Antenne in Richtung der erhaltenen Wellen und der global erhaltenen
Rauschtemperatur möglichst
während
den Kommunikationsphasen optimiert wird, während denen der Anwender sein
Telefon in ungefähr
vertikaler Position verwendet, ohne dieses Kriterium während der
Bereitschaftsphasen zu sehr zu beeinträchtigen, um eine ausreichende
Betriebsweise für
die Kontaktaufnahme mit einem Anwender zu ermöglichen, der sein Mobiltelefon
auf einer horizontalen Fläche
abgelegt hat. Die Antenne 3 enthält dafür 4 verflochtene Litzen
B1, B2, B3, B4 (1B), versorgt an der Spitze
des Trägerkegels,
wobei diese Spitze in der Praxis die kleine Basis eines Kegelstumpf
ist, in 2 mit 4 bezeichnet,
und die gesonderte Versorgung dieser 4 Litzen auf zwei unterschiedliche
Weisen wie hiernach beschrieben ausgeführt werden kann.
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1B zeigt das von der Antenne 3 erzeugtes
elektrisches Feld E→. Diese Antenne bietet die Besonderheit, dass
sich die geometrische Form der Strahlungslitzen während einer
Multiplikation der Dimensionen mit einem konstanten Faktor K identisch
wiederholt. Dagegen macht diese Homothetie eine Drehung in Bezug auf
die vertikale Achse 5, die vom Verhältnis K und vom Winkel Ψ der Wicklung
der Spiralen zur Bildung der Strahlungslitzen abhängt. Diese
Eigenschaft ermöglicht
die Erstellung von Antennen mit breitbandiger Betriebsfrequenz,
da die Form der Antenne gewissermaßen für alle Frequenzen dieselbe
ist; die Ströme
in den Litzen breiten sich vom Erregerpunkt an der Spitze des Kegels
zur Basis aus und verringern sich nach und nach gemäß der Strahlungsleistung.
Die Wicklung der Litzen erhöht
ihre Länge
um ein bestimmtes Volumen, was es ermöglicht, das Betriebsband der
tiefen Frequenzen zu vermindern; bei den hohen Frequenzen bildet einzig
die Ausführungspräzision der
Litzen an der Spitze des Kegels die theoretische Grenze; die Polarisation der
entlang der Achse gesendeten Welle ist eine Zirkularpolarisation,
was aus der Symmetrie der Phasen der Strahlungslitzen in Verbindung
mit ihrer mechanischen Drehungssymmetrie in Bezug auf die Achse
der Antenne resultiert. Die Richtung der Zirkularpolarisation hängt von
der Richtung der Wicklung der Spirale ab. In der Praxis ist die
Antenne der 1 für den im zwischen 0,8 und 2
GHz enthaltenen Band vorgesehen; sie ist u. a. durch folgende Winkeldefinitionen
gekennzeichnet:
- Ψ,
Wicklungswinkel der Spiralen
- Θ,
ortsgebundener Winkel (Ortswinkel erhöht um Π/2)
- Φ,
Größenwinkel.
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Die
Symmetrie entlang der Hauptachse 5 garantiert eine Größenrundstrahlung,
also eine Amplitude des elektrischen Felds E→ entsprechend dem Winkel Φ konstant.
Die Ortstrahlung ist dagegen ausgerichtet, und die Amplitude des
Felds E→ hängt
ab vom Winkel Θ:
außerdem
hängt dieses
Variationsgesetz von der relativen Phase der Versorgungssignale
der verschiedenen Litzen ab. Die Polarisation ist elliptisch: Eine
Polarkomponente E→Φ des
Felds ist orthogonal zur Achse 5 und zum Vektorstrahl 7,
und eine andere radiale Komponente des Felds E→Θ ist orthogonal zum Vektorstrahl,
aber auf der von diesem und der Achse 5 gebildeten Ebene.
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2 ermöglicht die
Erklärung
des Grundprinzips der Erfindung. In dieser Figur wurde die Antenne 3 per
Draufsicht und stilisiert gezeigt, um die Zeichnung verständlich zu
machen und sie nicht zu überladen.
Sie enthält
entlang ihrer Achse (5, 1B)
ein zentrales Loch 9 für
den Durchgang von 4 Koaxialkabeln C1, C2, C3, C4 zur Versorgung
der Litzen B1 bis B4. Der Kern dieser Koaxialkabel ist einerseits
mit dem Ende der Litzen verbunden, die an der kleinen Basis 4 des
Kegelstumpfs liegen, und andererseits mit Mitteln für die Umschaltung
des Betriebsmodus (CMF-Mittel), im gestrichelten Umkreis 11 enthalten,
wobei der Umkreis 12 das Mobiltelefon 1, das die Antenne 3 trägt, einschließt. Man
weise darauf hin, dass die Hüllen
der Koaxialkabel mit der Masse des zellulares Mobiltelefons verbunden
sind, wie in der Figur dargestellt. Die CMF-Mittel sind mit zwei
Blöcken,
Phasenverschiebmitteln 13 und Schaltmitteln 14 symbolisiert.
Eine bidirektionale Verbindung 15 verbindet die Phasenverschiebmittel 13 mit
Block 16, der den Rest der Elektronik des Geräts symbolisiert; diese
Verbindung 15 ist Träger
des Signals I, von der Antenne 3 erhalten oder übertragen.
Im Rahmen der CMF-Mittel
symbolisiert eine Verbindung 17 mit mehreren Leitern die
Steuerung der Phasenverschiebmittel durch die Schaltmittel 14 auf
eine Weise, um die eine oder andere der 2 möglichen Konfigurationen der
Phasenverschiebungen zwischen Trägerlitzen
des Signals I herstellen zu können,
wobei diese 2 Konfigurationen weiter unten beschrieben werden. Der
Schalter selbst wird an Block 16 von einem Leiter 18 gesteuert,
der im logischen Zustand 1 oder im logischen Zustand 0 ist, wobei
diese zwei Zustände
den einen oder den anderen Betriebsmodus der Antenne 3 voraussetzen.
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Die
2 für die
Umsetzung der Erfindung betrachteten Strahlungsdiagramme sind das
Ergebnis der 2 Erregungsmodi der Antenne mit 4 Litzen, also 2 Dipole,
wobei I1, I2, I3, I4 das Signal I benennt, das respektive den Litzen
B1 bis B4 zugeführt
wird, wie in folgender Tabelle angegeben:
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Das
aus Modus 1 (m1) resultierende Strahlungsdiagramm wird in 3 dargestellt,
wobei EΦ gestrichelt
dargestellt das Höchstmodul
der Komponente E→Φ und
EΘ ungestrichelt
das Höchstmodul
von E→Θ ist (an
der Stelle, an der sich die Kurven schneiden, ist die Polarisation
kreisförmig,
und nach den anderen Richtungen elliptisch). Dieses Diagramm kann
entsprechend den Charakteristiken leicht verändert werden: Spiralwinkel
und Breite der Litzen. Gemäß dieser
ersten Ausführungsform
fließt
der Strom von der Spitze (von der kleinen Basis) oben am Kegel zur
großen
Basis, doch die Strahlung verläuft
in die entgegengesetzte Richtung, in der sich die Ströme in den
unterschiedlichen Teilen der Litzen bei identischer Phase addieren,
also in der zur Spitze des Kegels gerichteten Richtung. Dieses Diagramm
deckt auf akzeptable Weise die obere Hemisphäre, vorzugsweise für Kommunikationsphasen,
während
in den zur Erde gerichteten Richtungen, woher das Rauschen hauptsächlich kommt,
die Amplitude der Felder E→Θ und E→ Φ schwach
ist. Diese Felder sind sinusförmig
bei Hochfrequenz und sind in Quadratur zeitlich phasenverschoben,
was den Ursprung der zirkularen Polarisation bildet, wenn die Module
der zwei Komponenten gleich sind, und leicht elliptischen, wenn
sie voneinander abweichen.
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Das
zweite Strahlungsdiagramm, das aus Modus 2 (m2) resultiert, wird
in 4 dargestellt. Es entspricht den Phasenverschiebungen
von Π Radianten
zwischen einer Strahlungslitze und ihrem Nachbarn. Dieser Diagrammtyp
in Ringform eignet sich für
die zweite von der Antenne erforderte Funktionalität, also
die Abdeckung der Ränder,
um a priori die radioelektrische Verbindung mit dem Satelliten in
den Anrufphasen des Mobiltelefons von einem entfernt gelegenen Anwender,
vorzugsweise mit dem Mobiltelefon in horizontaler Position, zu versichern.
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Es
können
mehrere Auswahlkriterien des Strahlungsmodus berücksichtigt werden, wobei diese
Kriterien a priori oder a posteriori aufgestellt werden.
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Wenn
das a priori aufgestellte Kriterium darin besteht, zu sagen, dass
das Mobiltelefon während
einer Kommunikation in vertikaler Position und in Stand-by in horizontaler
Position ist, besteht ein einfaches Mittel darin, dass der Kommunikationsaufbau
des Mobiltelefons autoritär
den Modus 1 (m1) aktiviert und das Ende der Kommunikation den Modus
2 (m2) aktiviert. Die notwendigen Mittel zur Verwirklichung dieser
Funktionalität,
was dem Fachmann zugänglich
ist, werden mit Block 21 in Block 16, 2,
symbolisiert.
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Weiterhin
gemäß demselben
Kriterium a priori, doch unter Ermöglichung von Moduswechseln
während
der Konversations- oder der Stand-by-Phase, kann das Mobiltelefon
einen Winkeldetektor enthalten, der die Tatsache erkennt, dass es
flach hingelegt wurde. Dieser Detektor kann ein einfacher Quecksilbertropfenkontakt
sein, der dem Leiter 18 (2) den einen
oder den anderen möglichen
binären
Zustand übermittelt. Diese
Steuermittel des Betriebsmodus werden mit Block 22, 2,
symbolisiert. Die Schaltmittel 14 wählen den Modus 2 aus, wenn
das Telefon flach liegt. Dagegen wählen die Schaltmittel Modus
1 aus, wenn der Winkeldetektor die Information sendet, dass das
Mobiltelefon in vertikaler Position ist; handele es sich dabei um eine
Kommunikations- oder
eine Stand-by-Phase.
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Es
kann eine Information zur Qualität
des Empfangs in Sachen Bitfehlerquote bei der erhaltenen digitalen Übertragung
für die
Optimierung der Modusschaltung verwendet werden. Die Schaltungen
sind dann komplexer; doch der beste Empfangsmodus der Antenne wird
ungeachtet der elektrischen Umgebung des Kanals gewählt. Beispielsweise
in Übergangssituationen,
wie wenn der Satellit zum Horizont rückläufig ist oder das Mobiltelefon
in schräger
Position gehalten wird, kann eine Rückkehr in Modusposition m1
vorteilhaft sein, um das Verhältnis
G/T beim Empfang zu optimieren. Es handelt sich dabei um ein Auswahlkriterium
a posteriori, und seine Umsetzung erfordert Mittel für den Test
des ersten (m1) und zweiten (m2) Funktionsmodus und des Anschlusses
der Phasenverschiebmittel (13) zur Versicherung der Auswahl über die
Schaltmittel 14 des besten unter den 2 getesteten Funktionsmodi
nach jeder Testphase. Diese Test- und Anschlussmittel werden mit
Block 23, 2, symbolisiert. Man weise darauf
hin, dass das Telefon 1 eines der Auswahlmittel 21, 22, 23 oder
zwei oder drei davon kann enthalten. In diesem letzten Fall muss
man autoritäre
Mittel zur Auswahl eines dieser Mittel unter Ausschluss des oder
der anderen vorkehren.
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5 zeigt
als Beispiel eine Vorrichtung zur Kopplung und Versorgung der Strahlungslitzen
mit einem Modus m1 vorbehaltenen Eingang 26 und einem Modus
m2 vorbehaltenen Eingang 25 für das Hochfrequenzsignal I.
Es handelt sich in diesem Fall um mit Hybridkoppler 0-180° und 0-90° bewirkte
Phasenverschiebmittel. Die 4 Zweistellungsschalter CO1, CO2, CO3,
CO4, intern in dieser Anordnung, führen den isolierten Zugängen der
Koppler 50-ΩLadungen
zu. Es ist zu beachten, dass diese Widerstände normalerweise keinerlei
Energie entladen, wenn die Koppler gut ausgeglichen sind, doch sie
werden für
den guten Betrieb der Koppler dennoch benötigt.
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In 5 ist
die Stellung der Schalter CO1 bis CO4 so, dass der Betriebsmodus
m1 gewählt
wird; in ihrer umgekehrten Stellung wäre es der Modus m2. Man weise
darauf hin, dass andere mögliche
Ausführungsformen
der Kopplungsvorrichtung dieselben Funktionen der Phaseneinsortierung
wie die Vorrichtung der 5 ausführen, insbesondere über Schaltverzögerung per
Verzögerungsketten;
Kopplung 0°/180° von zwei entgegengesetzten
Litzen durch Transformatoren,....
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Im
mechanischen Bereich muss die Antenne 3 (1 und 2)
die Symmetrieeigenschaften der Strahlungselemente in Bezug auf die
Achse 5 der konischen Struktur beibehalten, was allgemein
Versorgungsleitungen für
die Strahlungsdipole erfordert, die in dieser am weniges kostspieligen
Ausführungsform
auf dieser Achse zentriert sind. Die Dimensionen einer solchen Antenne
können
der Größenordnung
von 10 Zentimetern Höhe
für eine
Frequenz der Größenordnung
von 2 GHz sein, was eine Länge
einer Strahlungslitze von etwa 16 cm bei einem Winkel des Kegels 2 Θ0 gleich 20° und einen Wicklungswinkel der
Spirale Ψ von
50° ergibt und
für den
aus 2 entgegengesetzten Litzen gebildeten Dipol 2,11 Mal der Wellenlänge entspricht.
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Für eine maximale
Miniaturisierung können
diese Dimensionen auf mehrere Weisen vermindert werden:
Erstens
unter Verwendung eines dielektrischen Trägers mit hoher Permittivität, um die
Strahlungslitzen zu unterstützen.
Ein Material, das sich sehr gut für diesen Zweck eignet, ist
Keramik, und in diesem Fall werden die Litzen am Kegel(-Stumpf)
gemäß der Technologie
der Hybridschaltungen aufgebracht.
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Man
kann auch die Enden der Strahlungslitzen mit Widerständen laden.
Dies bewirkt die Erhöhung
der Bandbreite zu tiefen Frequenzen bezüglich der Antennenimpedanz,
aber zum Nachteil der Leistung in diesem Teil der Bandbreite, da
die Widerstände
dann der Antenne, die nicht bestrahlt wird, zugeführte Energie
entladen. Diese Lösung
kann jedoch für
Doppelfrequenzantennen, beispielsweise 0,9 GHz/2 GHz, interessant
sein.
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Schließlich kann
eine andere Reduzierung des Volumens der Antenne in Betracht gezogen
werden, indem einer der Durchmesser der Zirkularbasis des Kegels,
der dann elliptisch werden würde,
reduziert wird; der Elliptizitätsumfang
wäre dann
entsprechend der zulässigen
Beeinträchtigung
des Rundstrahlungsdiagramms entsprechend der Winkelgröße Φ zu bestimmen.
- Ψ
- = Spiralewicklungswinkel
- Θ
- = ortsgebundener Winkel
- Φ
- = Größenwinkel
- E→
- = elektrisches Feld
- B
- = Litzen
- I
- = Signal
- C
- = Koaxialkabel
- m
- = Modus
- Ω
- = Ohm
