DE69714452T2

DE69714452T2 - Antennensystem für ein datenfunkgerät

Info

Publication number: DE69714452T2
Application number: DE69714452T
Authority: DE
Inventors: Steven Carkner; Peter Edmonson; Perry Jarmuszewski; Yihong Qi; Lizhong Zhu
Original assignee: Research in Motion Ltd
Current assignee: BlackBerry Ltd
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2017-09-18
Also published as: DE69714452D1; CA2265948A1; KR20000036190A; US5966098A; CN1107990C; AU713890B2; WO1998012771A1; KR100304152B1; ATE221700T1; CA2265948C; EP0927435A1; CN1231069A; HK1021259A1; EP0927435B1; TW381381B; AU4197097A

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf das Gebiet von Antennen zur Verwendung für HF-Datenkommunikationsvorrichtungen, insbesondere solche, welche zum Übertragen und Empfangen von digitalen Signalen verwendet werden, z. B. Zweiweg-Pager und dergleichen, gerichtet. In den letzten Jahren gab es auf dem Gebiet der HF-Telekommunikation eine starke Vermehrung, wobei Artikel wie etwa drahtlose und mobile Telefone selbstverständliche Artikel geworden sind. Insbesondere Pager sind unter Personen, welche von entfernten Orten schnell erreicht werden müssen, z. B. Techniker, etc. üblich geworden. Bei solchen Vorrichtungen ist es sehr wichtig, ein klares, starkes Signal bereitzustellen, welches die Integrität der Datenübertragung wahrt.
Die für bisherige HF-Datenkommunikationsvorrichtungen verwendeten Antennen sind für viele signifikante Probleme anfällig. Manche Vorrichtungen, wie etwa Pager, werden üblicherweise an der Person des Benutzers getragen. Allerdings weist der menschliche Körper bestimmte inhärente dielektrische Eigenschaften (z. B. aufgrund von Ladungs- und Stromfluktuationen, etc.) auf, welche eine elektromagnetische Grenze erzeugen. Die dem Körper des Benutzers anhaftenden Randbedingungen ändern die umgebende Impedanz, wobei die Antennenstromverteilung und das Signalstrahlungsmuster beeinflußt werden, wodurch der Gewinn der Antenne um etwa 4 dB vermindert wird. Auf diese Weise wird die Antenne "verstimmt". Eine Antennenverstimmung wird auch durch die Präsenz bestimmter Objekte (z. B. metallischer Körper) und auch verschiedene Bezugsebenenbedingungungen hervorgerufen. Dieser Effekt bewirkt bei HF- Datenkommunikationsvorrichtungen, insbesondere Pagern, einen kleineren Wirkradius und eine schlechte Leistungsfähigkeit in Gebäuden.
Bisherige Vorrichtungen unterliegen auch Leistungsproblemen, welche mit den Polarisierungseigenschaften der Übertragungs- und Empfangssignale zusammenhängen. Elektromagnetische Strahlung breitet sich in jeder Ebene aus, und es kann daher angenommen werden, daß sie vertikale und horizontale Polarisierungen aufweist. Um ein starkes Signal zu empfangen, muß eine Antenne richtig mit der Polarisierungsebene des eintreffenden Signals ausgerichtet sein. Wenn sich eine Vorrichtung allerdings im Betrieb befindet, kann sie in alle unterschiedliche Richtungen gedreht werden und ist möglicherweise nicht optimal ausgerichtet, um ein eintreffendes Signal zu empfangen. Bei einer Zweiweg-Vorrichtung ergibt sich ein ähnliches Problem bei einer Übertragung von der Vorrichtung. Antennen bisheriger Vorrichtungen beinhalten ein Schleifendesign, welches beim Implementieren der zwei Polarisierungen nominell wirksam ist, aber einem geringen Gewinn und einer geringen Bandbreite unterliegt. Auch Umgebungsquellen beeinträchtigen den Empfang eines polarisierten Signals. Z. B. "kippt" das Metall in Gebäuden eine vertikal polarisierte Welle gewissermaßen, wodurch die Stärke eines mit einer vertikal polarisierten Antenne empfangenen Signals geschwächt wird.
Ein Verfahren, den zuvor erwähnten Einschränkungen, welche durch Signalempfang in einer HF-Datenkommunikationsvorrichtung wie etwa einem Pager auferlegt sind, zu begegnen, besteht darin, eine Zweiweg-Kommunikation so herzustellen, daß ein Bestätigungs- oder Antwortsignal von dem Pager zurück zu der Quelle übertragen wird. Da allerdings diese Vorrichtungen üblicherweise in enger Nähe zu dem Körper des Benutzers getragen oder verwendet werden, reduziert die elektromagnetische Grenze um den Körper des Benutzers herum die Übertragungseffizienz ebenfalls deutlich. Auch sind bei bisherigen Zweiweg-Pagern so geringe Übertragungsbandbreiten wie 1/2% typisch. Auf diese Weisen liefern die Antennen von bisherigen HF- Datenkommunikationsvorrichtungen nicht den zuverlässigen und effizienten Betrieb, welcher für die Übertragung und den Empfang eines digitalen Signals erforderlich ist.
Ein Antennensystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine HF-Datenkommunikationsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6 und ein Verfahren zum Verbessern der Leistungsfähigkeit einer mit einer HF-Datenkommunikationsvorrichtung verbundenen Antenne gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 11 sind sowohl aus der US-A-5,138,328 als auch der US-A-4,584,709 als auch der EP-A-0 571 124 bekannt.
Angesichts der Schwierigkeiten und Nachteile, welche mit den bisherigen Antennen für HF-Datenkommunikationsvorrichtungen verbunden sind, wäre es vorteilhaft, ein Antennensystem zu schaffen, welches die vorgenannten Probleme durch Implementieren eines zuverlässigeren und effizienteren Antennendesigns löst.
Daher gibt es ein Bedürfnis nach einem verbesserten Antennensystem, welches eine HF-Datenkommunikationsvorrichtung mit einem vergrößerten Wirkradius liefert.
Es gibt auch ein Bedürnis nach einem verbesserten Antennensystem, welches eine Zweiweg-Datenkommunikationsvorrichtung mit verbesserter Leistungsfähigkeit in Gebäuden liefert.
Es gibt auch ein Bedürnis nach einem Antennensystem, welches eine HF-Datenkommunikationsvorrichtung weniger empfindlich gegenüber umgebenden Fluktuationen macht.
Es gibt auch ein Bedürnis nach einem Antennensystem, welches einer HF-Datenkommunikationsvorrichtung ermöglicht, mit geringerer Empfindlichkeit hinsichtlich einer Richtungslage zu arbeiten.
Es gibt auch ein Bedürnis nach einer HF-Datenkommunikationsvorrichtung, welche eine stabile Zweiweg-Datenkommunikation mit hohem Gewinn liefert.
Es gibt auch ein Bedürnis nach einem Antennensystem, welches gleichzeitiges Übertragen und Empfangen von Daten in einer HF-Datenkommunikationsvorrichtung erlaubt.
Es gibt auch ein Bedürnis nach einem Verfahren zum Verbessern von Übertragung und Empfang durch ein Antennensystem, welches in Verbindung mit einer HF-Datenkommunikationsvorrichtung verwendet wird.
Diese und andere Bedürfnisse werden durch die Antenne der vorliegenden Erfindung verwirklicht, welche vorzugsweise einen Dipol beinhaltet, welcher zwei im wesentlichen senkrechte Elemente zum Empfangen und Übertragen eines elektromagnetischen Signals aufweist. Eine elektromagnetische Kopplung wird verwendet, um die Signalstärke zwischen jedem Dipolelement auszugleichen, um eine gewünschte Resonanzbandbreite herzustellen. Es ist eine Impedanzanpaßschaltung, vorzugsweise in der Form einer konzentrierten LC-Anpaßschaltung, vorgesehen, welche wenigstens eine Kapazität und wenigstens eine Induktivität zum elektrischen Verbinden der Dipole mit der Datenkommunikationsvorrichtung beinhaltet.
Wie verstanden werden wird, kann die Erfindung andere und unterschiedliche Ausführungsformen annehmen, und ihre vielfältigen Details können Modifizierungen unterschiedlicher Art annehmen, all dies ohne von der Erfindung abzuweichen. Demgemäß sind die Zeichnungen und die Beschreibung von ihrer Natur her als beschreibend, aber nicht als einschränkend zu betrachten.
Die Ausführungsformen der Erfindung werden nun, nur im Wege des Beispiels, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, in welchen die Bauteile gleiche Bezugsziffern tragen und in welchen:
Fig. 1A eine tragbare Datenkommunikationsvorrichtung zeigt, welche eine einzelne Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
Fig. 1B eine alternative Ausführungsform einer tragbaren Datenkommunikationsvorrichtung zeigt, welche zwei Antennen gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
Fig. 2 die Konfiguration und den Betrieb der Antenne der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 3 die Einzelheit der Anpaßschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 4A und 4B jeweils die Amplitude und räumliche Empfindlichkeit für eine untergekoppelte und eine kritisch gekoppelte Dipolantenne gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Fig. 5A und 5B jeweils die Amplitude und räumliche Empfindlichkeit für eine übergekoppelte Dipolantenne gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Fig. 6A und 6B jeweils eine Ein-Antennen- und eine Zwei-Antennen-Konfiguration einer HF-Datenkommunikationsvorrichtung zeigen, welche die vorliegende Erfindung beinhaltet.
Fig. 7A ein Diagramm einer HF-Datenkommunikationsvorrichtung ist, welche eine Ein-Antennen-Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
Fig. 7B ein Diagramm einer HF-Datenkommunikationsvorrichtung ist, welche eine Zwei-Antennen-Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
Mit Bezug nun auf die Zeichnungen, welche nur zum Zwecke der Darstellung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und nicht zum Zwecke der Einschränkung derselben vorgesehen sind, zeigen die Figuren eine Ausführungsform der Erfindung, in welcher eine einzele Dipolantenne mit einer elektromagnetischen Kopplung und einer LC-Impedanzanpaßschaltung, welche eine Umwandlung von unsymmetrisch zu symmetrisch bereitstellt, aufweist. Eine zweite Ausführungsform, welche die Verwendung einer Konfiguration mit zwei Antennen darstellt, ist ebenfalls gezeigt. Die Antenne, ob alleine oder als Teil einer Zwei-Antennen-Konfiguration, ist insbesondere zum Übertragen und Empfangen in einem Bereich von 800- 1000 Mhz geeignet, obwohl für den durchschnittlichen Fachmann verständlich sein wird, daß die Antenne so konstruiert sein kann, daß sie in anderen Frequenzbereichen arbeitet.
Fig. 1A zeigt im Wege des Beispiels der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung eine Vorrichtung 10, wie etwa einen Pager, welcher eine Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet. In ihrer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Gerät einen Deckel 12 und ein Gehäuse 14. Der Deckel 12 beinhaltet vorzugsweise eine LCD-Anzeige 16 zum Anzeigen von sowohl eintreffenden als auch ausgesendeten alphanumerischen Daten. Das Gehäuse 14 nimmt die elektronischen Komponenten, welche das Gerätesignal verarbeiten und andere Gerätefunktionen bereitstellen, auf und hält sie. Antenne 20 ist vorzugsweise in den Gerätedeckel 14 eingebaut und daher vor Blicken verborgen. Fig. 1B zeigt zwei Antennen 30 in einer Konfiguration, welche entweder für gleichzeitiges Übertragen und Empfangen von Daten oder zum Reduzieren der Entwurfsanforderungen, welche durch eine Ein-Antennenstruktur auferlegt sind, ausgelegt ist.
Wie in Fig. 1A, 1B und 2 gezeigt, ist die bevorzugte Konstruktion von Antenne 20 ein Dipol, welches aus einem horizontalen Arm 22 und einem vertikalen Arm 24 zum Empfangen der Signale in sowohl der vertikalen als auch der horizontalen Polarisierungsebene ausgebildet ist. Die jeweiligen Dipolarme 23, 24 sind in ihrer Größe so gestaltet, daß sie in den Gerätedeckel 12 passen, und sind in dem Fall der Zwei-Antennen-Konfiguration in solcher Weise angeordnet, daß jede Antenne 30 bzgl. einer Leitfähigkeit von der anderen getrennt ist. Die Arme 22, 24 sind vorzugsweise aus Kupfer hergestellt und weisen eine Dicke von etwa 0,0025" auf einem Substrat von 0,001" Kapton-Material auf. Der horizontale Arm 22 ist vorzugsweise 2,04" lang mit einem sich ausweitenden Abschnitt von etwa 0,54". Der vertikale Arm 24 ist vorzugsweise etwa 2,17" lang mit einem unteren Abschnitt von etwa 1,19" Länge. In der bevorzugten Ausführungsform sind der horizontale Arm und der vertikale Arm im wesentlichen orthogonal, d. h. sie bilden einen Winkel von im wesentlichen 90º. Wie der Durchschnittsfachmann erkennen wird, muß die Lage der Arme nur unter einem Winkel stehen, so daß die zwei Arme nicht auf der gleichen Linie vorliegen. Nachdem Antenne 20 eine zweidimensionale Gestalt aufweist, kann sie Signale in beiden Polarisierungsebenen übertragen und empfangen (wie in Fig. 2 gezeigt), wodurch eine derartige Vorrichtung in die Lage versetzt wird, weniger empfindlich bezüglich Neigung und Orientierung zu sein und eine ausgezeichnete Leistungsfähigkeit in Gebäuden bereitzustellen. Die bevorzugte Konstruktion der Dipolantenne 20 resultiert in einem Gewinn von etwa 0 dB bei 900 Mhz, einer Verbesserung im Gewinn von wenigstens 5 dB bezüglich bisheriger in Pagern oft verwendeter Schleifenantennen.
Bei einer Ein-Antennen-Konfiguration wird das Datensignal durch eine konzentrierte LC-Anpaßschaltung 30, wie in Fig. 3 gezeigt, welche vorzugsweise Kapazitäten (C1, C2) und Induktivitäten (L1, L2, L3) zum Verbinden der Dipolarme 22, 24 mit einem Koaxialkabel innerhalb des Gerätegehäuses 14 enthält, umgekehrt verarbeitet. In der bevorzugten Ausführungsform zum Betrieb in dem 900 Mhz-Frequenzbereich sind C1 = 4,3 pF, C2 = 7,5 pF, L1 = L2 = 3,9 nH und L3 = 4,7 nH; das Koaxialkabel ist ein MXFX81- Kabel, und die Anzeige 16, welche auch die Werte von C1, C2, L1, L2 und L3 beeinflussen kann, ist vorzugsweise ein FSTN-LCD, welches von Varitronix, Hongkong, als Bauteil Nr. CRUS 1024-V05 erhältlich ist. Für jede gegebene Datenkommunikationsvorrichtung kann die innere Impedanz der Vorrichtung direkt gemessen werden, und die Werte für C1, C2, L1, L2 und L3 können empirisch aus dieser Messung berechnet werden. LC-Schaltung 30 liefert einen Umwandlungsvorgang, einen Anpaßvorgang und einen symmetrisierenden Vorgang, wie nachfolgend gezeigt werden wird.
Die LC-Schaltung 30 vermittelt der Antenne 20 eine Impedanz, um mit der Impedanz von 50 Ohm der in dem Gerätegehäuse 14 enthaltenen HF-Vorrichtung zusammenzupassen. Diese Impedanzanpassung reduziert Ströme, welche auf die Gerätekomponenten durch das Vorhandensein eines menschlichen Bedieners und vielfältiger Masseebenenbedingungen induziert werden, wodurch der Gewinn der Vorrichtung verbessert wird.
Die vorliegende Anpaßschaltung stellt auch einen Umwandlungsvorgang bereit, wobei die Signalenergie zwischen jedem der Arme proportionalisiert wird. In einem Übertragungsmodus wird ein HF-Signal durch ein Koaxialkabel 32 in die Schaltung 30 gespeist, wo es in jeden der Arme 22, 24 aufgeteilt wird, wo das Signal in elektromagnetische Strahlung, welche sich durch die Luft ausbreitet, umgewandelt wird. In dem Empfangsmodus kombiniert die Anpaßschaltung 30 die empfangenen Signale und wandelt das HF- Signal auf einen nachweisbaren Pegel um. Das nachweisbare Signal wandert dann durch das Koaxialkabel zu der HF-Datenkommunikationsvorrichtung.
Die Leistungsfähigkeit der vorliegenden Antenne wird durch die Kopplung zwischen den Dipolarmen 22, 24 in hohem Maße unterstützt. Die Anmelder haben entdeckt, daß das Vorliegen eines anisotropen Mediums in der Nähe der Antenne beim Steuern des elektrischen Umfelds innerhalb der Vorrichtung und Beeinflussen des Ausbreitungsvektors der Antenne wirksam ist. Das Flüssigkristallmaterial in dem vorliegenden LCD 16 ist anisotrop, und wie die Anmelder entdeckt haben, stellt seine anisotrope Natur die gewünschten Kopplungseigenschaften bereit. Wie hierin verwendet, ist die vorliegende "Kopplung" der gegenseitigen Induktanz in einem Umformer, wo sich elektromagnetische Energie über ein Paar von Induktoren in jeweiligen Schwingkreisen ausbreitet, analog.
Durch sorgfältiges Anordnen der zwei Dipolarme, des Einspeisungskabels und des LCD 16 haben die Anmelder entdeckt, daß die zwei Dipolarme 23, 24 so elektromagnetisch gekoppelt werden können, wie es die Induktoren in einem Umformer sind. Das anisotrope Material des LCD 16 erzeugt ein ungleichförmiges elektrisches Feld, welches das von jedem Dipolelement übertragene und empfangene Signal wirksam in rechtwinklige Komponenten aufteilt. Das sich von dem horizontalen Dipol 22 aus ausbreitende Signal breitet sich in einer horizontalen Polarisierung aus. Ein Teil des sich durch das LCD 16 ausbreitenden Signals wird jedoch in die vertikale Polarisierung so transformiert, daß die ursprünglich polarisierte Welle wirksam in Wellen aufgeteilt wird, welche eine vertikale und horizontale Polarisierung aufweisen. In ähnlicher Weise wird das sich von dem vertikalen Dipol 24 aus ausbreitende polarisierte Signal in rechtwinklige Komponenten aufgeteilt. Die elektromagnetische Kopplung durch das LCD 16 ist dergestalt, daß jede dieser jeweiligen rechtwinkligen Komponenten einander in Phase so verstärken, daß für jede Polarisierung konstruktive Wellenfronten erzeugt werden. Auf diese Weise sind die jeweiligen Dipole 22, 24 jeweils elektromagnetisch gekoppelt.
Eine Unterkopplung der Dipole tritt auf, wenn die gegenseitigen Effekte jedes Dipolelements auf das jeweils andere eine einzelne Resonanzamplitudenspitze erzeugt. Eine kritische Kopplung resultiert in einem einzigen Resonanzmodus mit maximaler Amplitude um eine Mittenfrequenz. Das Resonanzansprechverhalten von untergekoppelten und kritsch gekoppelten Antennen ist in Fig. 4A gezeigt. Diese Kopplungen führen auch zu einer räumlichen Amplitudenspitze, wie in Fig. 4B gezeigt, bei welchem ein Antennengewinn um 230 Grad herum eine Spitze aufweist (wobei Null die Vorwärtssichtrichtung des Benutzers ist).
Eine Antennenleistung gemäß der bevorzugten Ausführungsform tritt ein, wenn die Kopplung weiter erhöht wird, so daß der Dipol übergekoppelt wird. Die Resonanzamplitude eines übergekoppelten Dipols weist bei zwei Spitzenfrequenzen gleicher Amplitude eine Resonanz auf, wobei jeweilige Spitzen den symmetrischen und antisymmetrischen Modus zentriert um eine gewünschte Basisfrequenz repräsentieren, wie in Fig. 5A gezeigt. Dies führt zu einer wirksam verbreiterten Resonanzfrequenzbandbreite. Die Frequenzspitzen sind auch doppelbrechend, d. h. jede weist einen Ausbreitungsvektor senkrecht zu der anderen auf. Der übergekoppelte Dipol strahlt somit zwei rechtwinklige Signale ab, welche sich nur leicht in symmetrischer und antisymmetrischer Resonanzfrequenz unterscheiden. Das Resultat ist eine Antenne mit einer verbreiterten effektiven Bandbreite in beiden Polarisierungen, wodurch der Antennengewinn vergrößert wird. Der übergekoppelte Dipol weist auch Resonanzen mit zwei räumlichen Amplitudenspitzen auf, wie in Fig. 5B gesehen. Der Gewinn ist somit über einen größeren Umfang des Benutzers höher, und daher ist die vorliegende Antenne bezüglich des Gewinns weniger empfindlich gegenüber Richtungsabweichungen.
Dipol 20 und Anpaßschaltung 30 arbeiten so zusammen, daß sie eine Zweiweg-HF-Datenkommunikationsvorrichtung ermöglichen, welche stabil und gegenüber einer Antennenverstimmung in dem äußeren Umfeld unempfindlich ist. Eine Antennenverstimmung kann neben vielen Fällen aus einer parasitären Kapazität und ungünstigen Bezugsebenenbedingungen entstehen. Die vorliegende Erfindung ist auch unempfindlich gegenüber Richtungslage und Signalablenkungen innerhalb Gebäuden. Die vorliegende Erfindung bietet wenigstens eine Verbesserung von 5 dB im Gewinn gegenüber bisherigen Schleifenantennen und wenigstens eine Verbesserung von 3 dB im Gewinn gegenüber Patch-Antennen, welche in tragbaren Datenkommunikationsvorrichtungen verwendet werden, und eine operative Bandbreite von etwa 10% im Vergleich mit 1-2% für andere Einweg-Vorrichtungen und 1/2% für andere Zweiweg-Vorrichtungen.
Sich nun Fig. 6A und 6B zuwendend, sind zwei Implementierungen der Erfindung in Verbindung mit einer HF-Datenkommunikationsvorrichtung gezeigt. Fig. 6A zeigt ein einfaches Blockdiagramm einer HF-Datenkommunikationsvorrichtung, wie etwa eines Pagers, welche die vorliegende Erfindung beinhaltet. Eine solche Vorrichtung würde ein Steuerungssubsystem 200, welches einen DSP 130, einen Speicher 140 und eine Steuerung 150 aufweist; einen Funkempfänger 110 und einen Funksender 120; und das Antennensystem 170 der vorliegenden Erfindung, welches eine Dipolantenne 20 in Verbindung mit einer Anpaßschaltung und eine LCD-Anzeige 16 beinhalten, welche, wie zuvor diskutiert, die doppelte Funktion eines Anzeigens von Daten als ein Teil einer Datenschnittstelle 160 und als ein anisotropes Medium zum elektromagnetischen Koppeln der von den Armen der Dipolantenne 20 abstrahlenden Signale bedient, aufweisen. Ein Schalter/Duplexer 175 repräsentiert das Element, welches das Antennensystem 170 in entweder einen Sende- oder Empfangsmodus versetzt. Obwohl als Teil des Antennensystems 20 gezeigt, könnte der Schalter/Duplexer 175 eben so leicht als ein Element repräsentiert und konfiguriert sein, welches außerhalb des Antennensystems 20 arbeitet, jedoch operativ mit diesem verbunden ist. Fig. 7A, welche nachstehend genauer diskutiert ist, veranschaulicht die Anordnung des Schalters/Duplexers 175 außerhalb des Antennensubsystems. Zusätzlich könnte die Funktion, welche der Schalter/Duplexer 175 ausführt, mit einem elektronischen, softwareimplementierten oder mechanischen Schalter oder einem Duplexer oder durch jedes Mittel, durch welches unterschiedliche Datenströme, einer ankommend und einer abgehend, getrennt und über die Dipolantenne 20, wie es passend ist, entweder gesendet oder empfangen werden kann, ausgeführt werden.
Fig. 6B unterscheidet sich von Fig. 6A nur in seiner Verwendung eines Zwei-Antennen-Systems 171. Eine Empfangsantenne 28 und eine Sendeantenne 29 ersetzen die einzele Dipolantenne 20, um die HF-Datenkommunikationsvorrichtung in die Lage zu versetzen, gleichzeitig zu senden und zu empfangen, oder die Auslegungsanforderungen, welche mit einer Ein-Antennen-Konfiguration verbunden sind, zu reduzieren. Diese Konfiguration beseitigt das Erfordernis des Schalters/Duplexers 175, welcher in Fig. 6 gefunden wird, weil jeder Modus in dieser Konfiguration durch eine separate Antenne beherbergt wird.
Fig. 7A und 7B sind detaillierte Versionen der in Fig. 6A bzw. 6B gezeigten HF-Kommunikationsvorrichtungen. Antenne 20 und Anzeige 16 sind durch ein Antenne/Anzeige-Subsystem 600 repräsentiert. Funkempfänger 110 ist durch Elemente 111-117, IQ-Demodulator 118, sekundären lokalen Oszillator-Synthesizer 119 und lokalen Oszillator-Synthesizer 200 repräsentiert, welchen der Funkempfänger 110 mit dem Funksender 120 teilt. Funksender 120 enthält Elemente 311-314, 321-324, 330-336, eine Taktschaltung 210 und den lokalen Oszillator-Synthesizer 200, welchen er mit dem Funkempfänger 110 teilt. Speicher 140 wird durch einen Flash-RAM 141 und einen SRAM 142 repräsentiert. Steuerung 150 wird durch einen Mikroprozessor 500 in Verbindung mit einer Steuerungsleitung 151 repräsentiert. Die Datenschnittstelle ist durch die serielle Leitung 161 in Verbindung mit dem Mikroprozessor 500 repräsentiert. Wie zuvor erwähnt, könnte die Anzeige 16 auch als Teil der Datenschnittstelle 160 betrachtet werden. Zusätzlich würde jede Eingabevorrichtung wie etwa eine Tastatur, eine Maus, ein Sensorbildschirm etc. als Teil der Datenschnittstelle 160 betrachtet werden.
Zusätzlich zu den vorgenannten Elementen illustrieren Fig. 7A und 78 andere Komponenten der HF-Datenkommunikationsvorrichtung. Elemente 601 und 602 repräsentieren die Schaltungsanordnung zum Verarbeiten von Daten von einem Batteriespannungssensor 603. Elemente 701 und 702 repräsentieren die Schaltungsanordnung zum Verarbeiten von Daten von einem Temperatursensor 703. Ebenso in der Vorrichtung enthalten ist eine Energiemanagement-Schaltungsanordnung 100.
Fig. 7B unterscheidet sich von Fig. 7A nur darin, daß sie eine Zwei-Antennen-Konfiguration beinhaltet, welche durch die Empfangsantenne 28 und die Sendeantenne 29 repräsentiert wird. Demzufolge wird Schalter-Duplexer 175, welcher einen T/R-Schalter 176 aufweist, nicht länger benötigt. Es sollte jedoch erwähnt werden, daß es, weil die Empfangsschaltung und die Sendeschaltung den lokalen Oszillator-Synthesizer 200 gemeinsam benutzen, für diese Vorrichtung nicht möglich ist, die Zwei-Antennen-Struktur zu verwenden, um gleichzeitig zu senden und zu empfangen. Durch Replizieren der Funktionen, welche geteilt werden, durch Einschließen eines zusätzlichen lokalen Oszillator- Synthesizers kann man leicht sehen, daß die Verwendung der Doppelantennen in diesem Fall simultanes Senden und Empfangen ermöglichen würden.
Wie zuvor beschrieben, löst die vorliegende Erfindung viele Probleme, welche mit bisherigen Antennen zur Verwendung in der HF-Datenübertragung verbunden sind, und zeigt verbesserte Effizienz und Betriebsfähigkeit. Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf einen Pager beschrieben worden ist, weist die Erfindung eine Anwendbarkeit auf jede Vorrichtung auf, welche das Bedürfnis nach einem Antennensystem aufweist, welches viele in vorbekannten Antennen gefundene Probleme löst. Ohne die Allgemeinheit der vorliegenden Erfindung zu beschränken, sollte erwähnt werden, daß unter den Vorrichtungen, auf welche das Antennensystem der vorliegenden Erfindung angewendet kann, Notebook-Computer, kombinierte Mobiltelefone und Pager, PDAs, PIMs und andere persönliche Datenvorrichtungen sind einschließlich derer, die am Handgelenk, in Verbindung mit Brillen oder als ein Gürtel um den Körper herum getragen werden.

Claims

1. Antennensystem zum Verbessern der Leistung einer HF- Datenkommunikationsvorrichtung, welches eine Dipolantenne (20; 28, 29) mit einem sich in einer ersten Richtung erstreckenden ersten Arm (22) und einem sich in einer zweiten Richtung, welche sich nicht in der gleichen Linie wie die erste Richtung befindet, erstreckenden zweiten Arm (24) aufweist,

gekennzeichnet durch:

einen elektromagnetischen Koppler, welcher ein in der Nähe der Dipolantenne (20; 28, 29) plaziertes anisotopes Medium (16) aufweist, wobei der elektromagnetische Koppler die Signalstärke zwischen dem ersten Arm (22) und dem zweiten Arm (24) abgleicht und eine gewünschte Resonanzbandbreite zum Betreiben der HF-Datenkommunikationsvorrichtung herstellt, und

eine Impedanzanpaßschaltung (30), welche wenigstens ein kapazitives Element und wenigstens ein induktives Element enthält, wobei die Impedanzanpaßschaltung (30) die Impedanz der HF-Datenkommunikationsvorrichtung, mit welcher die Antenne (20; 28, 29) operativ verbunden ist, anpaßt.

2. Antennensystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das anisotrope Medium eine Flüssigkristallanzeige (16) aufweist.

3. Antennensystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzanpaßschaltung eine konzentrierte LC-Schaltung (30) ist.

4. Antennensystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte jeder Induktivität und jeder Kapazität ausgewählt sind, um eine Impedanzanpassung und eine Symmetrie-zu-Asymmetrie-Umformung zwischen der Dipolantenne (20; 28, 29) und der HF-Datenkommunikationsvorrichtung bereitzustellen.

5. Antennensystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dipolantenne eine erste Dipolantenne (28) ist und das Antennensystem weiter eine zweite Dipolantenne (29) aufweist, welche in der Nähe der ersten Dipolantenne (28) und des elektromagnetischen Kopplers plaziert ist.

6. HF-Datenkommunikationsvorrichtung mit verbesserter Antennenleistung, welche aufweist:

eine Datenschnittstelle (160);

einen Funkempfänger (110);

einen Funksender (120), wobei

die Datenschnittstelle (160), der Funkempfänger (110) und der Funksender (120) durch einen Mikroprozessor (130) verbunden sind; und

ein Antennensystem, wobei das Antennensystem eine Dipolantenne (20; 28, 29) mit einem sich in einer ersten Richtung erstreckenden ersten Arm (22) und einem sich in einer zweiten Richtung, welche sich nicht in der gleichen Linie wie die erste Richtung befindet, erstreckenden zweiten Arm (24),

dadurch gekennzeichnet, daß das Antennensystem weiter aufweist:

einen elektromagnetischen Koppler, welcher ein in der Nähe der Dipolantenne (20; 28, 29) plaziertes anisotopes Medium (16) aufweist, wobei der elektromagnetische Koppler die Signalstärke zwischen dem ersten Arm (22) und dem zweiten Arm (24) abgleicht und eine gewünschte Resonanzbandbreite zum Betreiben der HF-Datenkommunikationsvorrichtung herstellt, und eine Impedanzanpaßschaltung (30), welche wenigstens ein kapazitives Element und wenigstens ein induktives Element enthält, wobei die Impedanzanpaßschaltung (30) die Impedanz der HF-Datenkommunikationsvorrichtung, mit welcher die Antenne (20; 28, 29) operativ verbunden ist, anpaßt.

7. HF-Datenkommunikationsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter einen Sende- Empfangsschalter (175) aufweist, wobei der Schalter (175) die Betriebsart des Antennensystems von Sendung zu Empfang und von Empfang zu Sendung umschaltet, die Dipolantenne (20; 28, 29) zum Senden verwendet wird, wenn der Schalter (175) die Betriebsart des Antennensystems auf Sendung geschaltet hat, und die Dipolantenne (20; 28, 29) zum Empfangen verwendet wird, wenn der Schalter (20, 28, 29) die Betriebsart des Antennensystems auf Empfang geschaltet hat.

8. HF-Datenkommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sende-Empfangsschalter ein Duplexer (175) ist.

9. HF-Datenkommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dipolantenne eine erste Dipolantenne (28) ist und das Antennensystem weiter eine zweite Dipolantenne (29) aufweist, welche in der Nähe der ersten Dipolantenne (28) und des elektromagnetischen Kopplers plaziert ist.

10. HF-Datenkommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein HF-Signalempfang durch die erste Dipolantenne (28) stattfindet und eine HF-Signalübertragung durch die zweite Dipolantenne (29) stattfindet.

11. Verfahren zum Verbessern der Leistung einer mit einer HF-Datenkommunikationsvorrichtung verbundenen Antenne, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte:

Plazieren eines anisotropen Mediums (16) zwischen zwei Armen (22, 24) einer Dipolantenne (20; 28, 29); und

elektromagnetisches Koppeln des anisotropen Mediums (16) mit der Dipolantenne (20; 28, 29), so daß von jedem Dipolantennenarm (22, 24) abstrahlende Signale in orthogonale Komponenten gespalten werden, um eine gewünschte Resonanzbandbreite zu erzeugen.