HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Antennensystem und
insbesondere ein Antennensystem für ein tragbares Funktelefon oder
ein ähnliches tragbares Funkgerät.
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Bei einem tragbaren Funkgerät, z. B. einem tragbaren
Funktelefon, ist es im Hinblick auf die Tragbarkeit
wünschenswert, daß bei nicht oder mit niedrigen Pegeln
erfolgendem Senden oder Einpfangen eine reguläre Antenne im
Gerätegehäuse aufgenommen wird, um die Gesamtabmessungen des Geräts
zu verringern. Zur Realisierung der vorgenannten
Antennenaufnahme wurden bisher verschiedene Formen wie folgt
vorgeschlagen:
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Insbesondere kann die Antenne körperlich vom tragbaren
Funkgerät entfernt werden, damit das Gerät in verkleinerter
Gestalt mitgeführt werden kann. Problematisch ist dabei
jedoch, daß das Anbringen und Abnehmen der Antenne mühsam ist
und daß die körperlich vom Gerät getrennte Antenne leicht
verloren gehen kann. Außerdem kann das Funkgerät ohne die
Antenne praktisch kein Funksignal senden oder empfangen.
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Die Antenne kann mit einer faltbaren Struktur versehen
sein, um die Länge des Funkgeräts zu verringern. Ein Nachteil
bei dieser faltbaren Antennenlösung besteht darin, daß in der
Faltposition die Strahlungscharakteristik der Antenne durch
eine Abschirmstruktur und eine Leiterplatte beeinflußt wird,
die gewöhnlich in einem Funkgerät eingebaut sind und ein
angemessenes Senden und Empfangen behindern. Daß zusätzlich die
Antenne ständig außen freiliegt, ist aus optischen Gründen
nicht wünschenswert.
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Eine weitere bisher vorgeschlagene Realisierung besteht
darin, daß bei nicht oder mit niedrigen Pegeln betriebener
Funkausrüstung die normale Antenne in das Gehäuse
eingeschoben und auf eine eingebaute oder interne Antenne umgeschaltet
wird. Diese Lösung ist jedoch nicht praktikabel, ohne auf
zwei unabhängige Antennen und einen Schalter zu ihrem
Umschalten zurückzugreifen. Zusammen mit der Tatsache, daß ein
Mechanismus zum Verriegeln der Antennenumschaltungen
unabdingbar ist, erfordert dies einen beträchtlichen Raum, was
die Miniaturisierung eines solchen Funkgeräts erschwert.
Ferner verschlechtert der zusätzliche Schalter die
Hochfrequenzverluste von Signalen. Das Funkgerät mit dieser
Umschaltlösung für die Antenne hätte eine komplizierte Struktur und
wäre damit teuer.
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Eine weitere Lösung zur Verbesserung der Tragbarkeit
eines tragbaren Funkgeräts ist eine Teleskopantenne. Diese
Antennenart wird teleskopartig in das Gerätegehäuse geschoben,
wenn ein kleiner Antennengewinn ausreichend ist. Eine
Teleskopantenne hat jedoch keine ausreichende mechanische
Festigkeit, da ihr Durchmesser an der Spitze äußerst klein ist.
Außerdem benötigt eine solche Antenne zusätzlichen Raum zu
ihrer Unterbringung im Gerätegehäuse, was die Miniaturisierung
des Geräts behindert. Beim teleskopartigen Einschieben
verschlechtert sich ferner die Strahlungscharakteristik der
Antenne sehr stark.
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In der Beschreibung der US-A-4 860 024, veröffentlicht
am 22. August 1989, wurde ein tragbares Funktelefon mit einem
Hauptantennenelement, das in einem Gehäuse aufgenommen werden
kann, und einem Hilfsantennenelement vorgeschlagen, das
elektrisch mit dem Hauptantennenelement verbunden ist, wenn sich
das Hauptantennenelement im Gehäuse befindet.
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In Band 9, Nr. 258 (E-350) (1981), 16. Oktober 1985, und
der JP-PS Nr. 60/107903 für Zeneraru Research OBU
Erekutoronitsukusu K. K., veröffentlicht am 13. Juni 1985, wurde eine
Funkausrüstung mit einer ausziehbaren Stabantenne
vorgeschlagen, die so angeordnet ist, daß in ihrem eingeschobenen
Zustand ihr Außenmantel elektrostatisch mit einem geerdeten
Teil des Empfängers gekoppelt war, um die Effektivkapazität
der Antenne zu erhöhen.
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Merkmale der vorliegenden Erfindung sind, daß eine
Antenne für ein tragbares Funkgerät vorgesehen ist, die ohne
Entfernen vom Gerät das Gerät miniaturisiert und seine
Tragbarkeit verbessert, eine wünschenswerte
Strahlungscharakteristik auch dann beibehält, wenn sie in eine Position zum
leichten Mitführen gebracht wird, und ein attraktives
Aussehen hat.
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Ein nachstehend beschriebenes Antennensystem für ein
tragbares Funkgerät hat eine im Gehäuse des Geräts eingebaute
Grundplatte oder Erdplatte, eine erste Antennenkonstruktion
mit einem darin befindlichen Antennenelement und eine zweite
Antennenkonstruktion. Die erste Antennenkonstruktion hat ein
bewegliches Gelenk, durch das sie zwischen einer ersten
Position, in der sie einen Teil der Kontur des Geräts bildet, und
einer zweiten Position, in der sie von der Kontur des Geräts
absteht, bewegt werden kann. Befindet sich die erste
Antennenkonstruktion in der ersten Position, korrigiert die zweite
Antennenkonstruktion die Antennenstrahlungscharakteristik und
die Anpaßcharakteristik der Antenne. Die zweite
Antennenkonstruktion ist an der Erdplatte im Gehäuse befestigt.
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Nachfolgend offenbaren die Beschreibung und die
Zeichnungen anhand von Beispielen die Erfindung, die in den
beigefügten Ansprüchen gekennzeichnet ist, nach denen sich der
Schutzumfang richtet. Es zeigen:
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Fig. 1(a) und 1(b) jeweils Perspektivansichten eines
tragbaren Funkgeräts als Ausführungsform der Erfindung in
einer besonderen Position;
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Fig. 2 ein Blockschaltbild, das schematisch den im
Funkgerät von Fig. 1(a) und 1(b) eingebauten Schaltungsaufbau
darstellt;
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Fig. 3 eine nähere fragmentarische Perspektivansicht
eines Antennenabschnitts der Ausführungsform;
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Fig. 4(a) und 4(b) Diagramme, die für die der
Ausführungsform eigene Strahlungscharakteristik der Antenne typisch
sind;
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Fig. 5(a) und 5(b) jeweils Perspektivansichten einer
alternativen Ausführungsform der Erfindung in einer besonderen
Position; und
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Fig. 6 eine nähere fragmentarische Perspektivansicht
eines Antennenabschnitts der alternativen Ausführungsform.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Fig. 1(a), 1(b) und 2 zeigen ein tragbares Funkgerät als
Ausführungsform der Erfindung mit einem Gehäuse 11. Eine
erste Antennenkonstruktion 12 ist mechanisch mit dem Gehäuse 11
verbunden und stellt ein Hauptelement der Antenne des Geräts
dar. Die erste Antennenkonstruktion 12 hat ein
Antennenelement 13, das das Hauptelement eines Antennenspiegels
darstellt, und ein bewegliches Gelenk 14, das ebenfalls als ein
Teil des Antennenspiegels dient. Iin Gehäuse 11 sind ein
Sender/Empfänger 15, eine den Sender/Empfänger 15 und das
bewegliche Gelenk 14 verbindende Antennenanschlußleitung 16, eine
Basisplatte oder Masseplatte (Erdplatte) 17 und eine zweite
Antennenkonstruktion 18 eingebaut. Im allgemeinen hat der
Sender/Empfänger 15 einen Antennenduplexer 19, einen
Sendeabschnitt 20, einen Empfangsabschnitt 21 und einen
Steuerabschnitt 22 zum Steuern des Sende- und Empfangsabschnitts 20
und 21. Ferner kann das Funkgerät einen
Stromversorgungsabschnitt und einen Wählabschnitt (nicht gezeigt) aufweisen. In
dieser Ausführungsform ist die erste Antennenkonstruktion 12
zwischen zwei unterschiedlichen Positionen beweglich, d. h.,
einer ersten Position, in der die erste Antennenkonstruktion
12 einen Teil der Kontur des Gehäuses 11 bildet (Fig. 1(a)),
und einer zweiten Position, in der sie vom Gehäuse 11 absteht
(Fig. 1(b)).
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Gemäß Fig. 1(a) bildet die erste Antennenkonstruktion 12
einen Teil der Kontur des Funkgeräts, die hauptsächlich durch
das Gehäuse 11 definiert ist. Es soll angenommen werden, daß
das Antennenelement 13 nahe an der Erdplatte 17 positioniert
ist, die gemäß Fig. 1(a) im Gehäuse 11 eingebaut ist und ein
Massepotential hat, und daß die zweite Antennenkonstruktion
18 fehlt. In diesem Fall würde sich die
Antennencharakteristik des Funkgeräts, z. B. der Antennengewinn und die
Strahlungsimpedanz, im Vergleich zur Charakteristik im Zustand, in
dein das Antennenelement 13 als im freien Raum vorhanden
betrachtet wird, ändern und verschlechtern. Die zweite
Antennenkonstruktion
18 dient zur Korrektur einer solchen
Antennencharakteristik, die sich ansonsten verschlechtern würde.
Die zweite Antennenkonstruktion 18 ist an der Erdplatte 17
befestigt sowie so positioniert, geformt und dimensioniert,
daß sie eine angemessene Korrektur durchführen kann, was
nachstehend beschrieben wird.
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Gemäß Fig. 1(b) kann die erste Antennenkonstruktion 12
durch das bewegliche Gelenk 14 in die zweite Position gedreht
werden, in der sie von der Kontur des Gehäuses 11 absteht.
Das Gelenk 14 ist von der Art, die mit einer drehbaren Welle
versehen und weithin bekannt ist. Während Fig. 1(b) aus
Gründen der Deutlichkeit nicht die Innenanordnung des Gehäuses 11
zeigt, stellt sie eine spezifische Gestalt des in der ersten
Antennenkonstruktion 12 angeordneten Antennenelements 13 dar.
Insbesondere ist das Antennenelement 13 mit einer
Spiralpeitschenstruktur versehen, die mit einem Metalldraht realisiert
ist. In der zweiten Position gemäß Fig. 1(b) haben das
Antennenelement 13 und die Antennenkonstruktion 18 einen Abstand
zueinander und sind daher miteinander elektrisch mäßig
gekoppelt. Daraus folgt, daß die Antennencharakteristik des
Funkgeräts im wesentlichen durch die Charakteristik des
Antennenelements 13 bestimmt wird. Im Zustand gemäß Fig. 1(b) läßt
sich die Antennencharakteristik ohne Rücksicht auf die
Charakteristik der zweiten Antennenkonstruktion 18 bestimmen.
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Fig. 3 zeigt näher die erste und zweite
Antennenkonstruktion 12 und 18, die die Hauptcharakteristik der Antenne
bestimmen, sowie die Erdplatte 17. Darstellungsgemäß weist
die Antennenkonstruktion das mit einem Metalldraht
realisierte Antennenelement 13, eine aus Kunststoff oder einem
ähnlichen dielektrischen Stoff hergestellte Abdeckung 23 zum
Schutz des Antennenelements 13 sowie das bewegliche Gelenk 14
auf. Das aus Kunststoff oder einem ähnlichen Stoff
hergestellte Gehäuse 11 ist so gestaltet und positioniert, daß es
die erste Antennenkonstruktion 12 von der Erdplatte 17 und
der zweiten Antennenkonstruktion 18 isoliert. Die
Antennenanschlußleitung 16 ist an einem Ende mit dem beweglichen Gelenk
14 und am anderen Ende mit dem Duplexer 19 (Fig. 2)
verbunden.
Das bewegliche Gelenk 14 besteht aus einem Metall und
verbindet das Antennenelement 13 elektrisch mit der
Anschlußleitung 16. Außerdem befestigt das bewegliche Gelenk 14 das
Gehäuse 11 und die erste Antennenkonstruktion 12 mechanisch.
Im abgewickelten Zustand beträgt die Länge des spiralförmigen
Antennenelements 13 im wesentlichen ein Viertel der
Wellenlänge der verwendeten Frequenz. Eine Einstellung erfolgt so,
daß eine im wesentlichen optimale Antennencharakteristik
eingestellt ist, wenn die erste Antennenkonstruktion 12 gemäß
Fig. 1(b) positioniert ist. Zu beachten ist, daß der Einfluß
des Gehäuses 11 und der Abdeckung 23 auf die
Antennencharakteristik vernachlässigt werden kann, solange sie minimale
Verluste haben und dünn sind. Wird andererseits die
Antennenkonstruktion 12 in die Position gemäß Fig. 1(a) umgelegt,
kommt es zu einer spürbaren Beeinflussung der
Antennencharakteristik. Insbesondere würde sich bei Fehlen der zweiten
Antennenkonstruktion 18 der Gewinn der ersten Antenne
verglichen mit dem im freien Raum um über 20 dB verringern. Dies
läßt sich auf die Strahlungsimpedanz zurückführen, die sich
bei Annäherung des Antennenelements 13 an die Erdplatte 17
infolge der resultierenden Kapazitätszunahme zwischen dem
Element 13 und der Platte 17 verringert. Die zweite
Antennenkonstruktion 18 weist einen Metalldraht auf, der an einem
Ende elektrisch mit der Erdplatte 17 verbunden ist. Die zweite
Antennenkonstruktion 18 ist unter Berücksichtigung einer
notwendigen Frequenz und ihres Bands so geformt, dimensioniert
und positioniert, daß sie angemessen an die erste
Antennenkonstruktion 12 angepaßt ist. Beispielsweise kann die zweite
Antennenkonstruktion 18 eine rechtwinklig ringartige Gestalt
haben und nahe am offenen Ende des Antennenelements 13
angeordnet sein. Diese ringartige Gestalt verringert erfolgreich
den Abstand zwischen der Erdplatte 17 und der ersten
Antennenkonstruktion 12 und damit die Gesamtabmessungen des
Funkgeräts. Die zweite Antennenkonstruktion 18 kann an der
Erdplatte 17 durch ein Befestigungsteil befestigt sein, das
z. B. aus Kunststoff besteht. Bei einer derartigen Gestalt
spielt die zweite Antennenkonstruktion 18 die Rolle eines
induktiven Elements und kompensiert daher eine
Kapazitätskomponente, die sich auf die Position der ersten
Antennenkonstruktion 12 nahe an der Erdplatte 17 zurückführen läßt. Es dürfte
deutlich sein, daß die vorstehend beschriebene Struktur und
die elektrische Charakteristik der zweiten
Antennenkonstruktion 18 nur als Veranschaulichung dienen und so ausgewählt
werden können, daß sie an die Charakteristik der ersten
Antennenkonstruktion 12 und die erforderliche
Antennencharakteristik angepaßt sind. Ferner kann die Erdplatte 17 so
gestaltet sein, daß ein Teil von ihr ein Strukturelement der ersten
Antennenkonstruktion 12 bildet.
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Fig. 4(a) und 4(b) stellen die Ergebnisse spezifischer
Messungen bei den in Fig. 1(a) bzw. 1(b) gezeigten Positionen
dar. Darstellungsgemäß betrug bei einer Frequenz von 962 MHz
der durchschnittlich gemessene Gewinn Gav -4,8 dBd (dBd:
Antennengewinn, normiert durch Dipolantennengewinn) in der
Position von Fig. 1(a) und -3,5 dBd in der Position von Fig.
1(b). Mit der veranschaulichten Ausführungsform kann daher
die Verringerung des Antennengewinns auch dann auf 1,3 dB
begrenzt werden, wenn die erste Antennenkonstruktion 12 in die
Position gebracht wird, in der sie als Teil der Kontur des
Funkgeräts betrachtet wird.
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Anhand von Fig. 5(a) und 5(b) wird nunmehr eine
alternative Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Auch diese
Ausführungsform hat eine erste Antennenkonstruktion 51, die
zwischen zwei unterschiedlichen Positionen beweglich ist,
d. h., einer ersten Position, in der sie in ein Gehäuse 52
eingeschoben ist (Fig. 5(a)), und einer zweiten Position, in
der sie vom Gehäuse 52 absteht (Fig. 5(b)). In der
veranschaulichten Ausführungsform befindet sich im Inneren der
ersten Antennenkonstruktion 51 ein Antennenelement 53 mit einer
flachen plattenförmigen Gestalt. Ein an sich herkömmlicher
Schiebemechanismus 54 wird verwendet, damit sich die
Antennenkonstruktion zwischen den beiden genannten Positionen
bewegen kann.
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Die erste Antennenkonstruktion 51 und eine zweite
Antennenkonstruktion 55, die die Hauptcharakteristik der Antenne
des Funkgeräts bestimmen, sind näher in Fig. 6 zusammen mit
einer Basisplatte oder Erdplatte 56 gezeigt.
Darstellungsgemäß hat die Antennenkonstruktion 51 ein Antennenelement 53,
eine aus einem Kunststoff hergestellte Abdeckung 57 zum
Schutz des Antennenelements 53 und einen Teil des
Schiebemechanismus 54. Das Gehäuse 52 isoliert die zweite
Antennenkonstruktion 55 und die Erdplatte 56 von der ersten
Antennenkonstruktion 51. Eine Antennenanschlußleitung 58 ist in der
Nachbarschaft einer Seite des Flachantennenelements 53
angeschlossen. Die Gesamtlänge der Seiten des Antennenelements 53
ist so ausgewählt, daß sie im wesentlichen der Hälfte der
Wellenlänge der verwendeten Frequenz entspricht. Die zweite
Antennenkonstruktion 55 ist mechanisch an der Erdplatte 56
befestigt und mit dieser elektrisch an einer Position
verbunden, die im wesentlichen einem Viertel der Wellenlänge
entspricht, gemessen von der Seite des Antennenelements 53, die
der Position am nächsten ist, an der die
Antennenanschlußleitung 58 angeschlossen ist. Insbesondere entspricht diese
Position dem offenen Ende der Flachantennen und erlaubt die
leichteste Einstellung der Antennenanpassung. Wie die
Antennenkonstruktion 18 in Fig. 1 ist die zweite
Antennenkonstruktion 55 mit einem ringartigen Metalldraht realisiert, der ein
induktives Element darstellt. Wiederum wird beim Bewegen des
Antennenelements 53 zur Erdplatte 56 die resultierende
Kapazitätskomponente durch die zweite Antennenkonstruktion 55
kompensiert. Dadurch wird erfolgreich eine Verringerung des
Antennengewinns der Antenne des Funkgeräts verhindert.
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Obwohl die Erfindung anhand von speziellen
Ausführungsformen als Beispiele beschrieben wurde, dürfte deutlich sein,
daß Änderungen und Abwandlungen sowie andere
Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche
möglich sind.