DE19525047C2 - Kommunikationsvorrichtung - Google Patents
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Description
Diese Erfindung bezieht sich auf eine
Kommunikationsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Persönliche Kommunikationssysteme (Personal Communication Systems - PCS)
setzen schnurlose Handapparate ein, die oftmals so klein wie möglich
aufgebaut sind, um die Vorrichtungen einfacher tragbar zu gestalten. Um
die Handeinheit leicht tragbar zu halten, werden Merkmale bzw. Maßnahmen,
wie beispielsweise einziehbare Antennen, in das Handgerät eingebaut, so
daß das Handgerät so wenig Platz wie möglich in Anspruch nehmen wird,
wenn es in eine Tasche oder eine Aktentasche gelegt wird. In Systemen,
die ein Antennendiversity erfordern, wird eine zweite Antenne in das
Handgerät eingebaut, und dies stellt demzufolge die Herausforderung dar,
die Handgerätefunktion bzw. -leistung auf einem optimalen Niveau zu halten,
während eine ergonomisch geeignete Lösung für den Benutzer geschaffen
wird. In Handgeräten, die Verschlußklappen besitzen, ist eine mögliche
Lösung für dieses Problem das Einbauen der zweiten Antenne in die
Klappe. Derzeitige Klappenantennen sind typischerweise mit dem Handgerät-
Sendeempfänger unter Verwendung eines Koaxialkabels oder einer
flexiblen Schaltkreiszwischenverbindung (Litze) verbunden. Allerdings
kann die Verwendung eines flexiblen bzw. Litzen-Schaltkreises und eines
Koaxialkabels oftmals schwierige Montageaufgaben in einer Fertigung darstellen,
wo Montagezeit und Herstellzuverlässigkeit von primärer Wichtigkeit
sind. Mechanische Probleme können hinsichtlich der Abnutzung und
einem Reißen entstehen, denen flexible Schaltkreise und Koaxialkabel
ausgesetzt sind, wenn die Klappe wiederholt geöffnet und geschlossen
wird. Weiterhin werden Antennen, die gänzlich in die Klappe eingebaut
werden, normalerweise verstimmt, wenn die Klappe geschlossen wird, da
sich die Antenne mit einer Erdungs- bzw. Massepotential- (Ground Potential
- GND) Ebene des Sendeempfängers verbindet. Demzufolge erfordert ein
Handgerät, das eine Antenne besitzt, die gänzlich in die Klappe eingebaut
ist, daß die Klappe offen verbleibt, damit die Antenne gut funktioniert.
Zusätzlich entsteht bei Handgeräten, die ohne eine Klappe aufgebaut sind,
ein Problem dahingehend, wo die zweite Antenne plaziert werden soll, wenn
eine Variation als Teil des Kommunikationsprotokolls erforderlich ist.
Demzufolge ist ein Bedarf für eine Antenne vorhanden, die in eine Kommunikationsvorrichtung
eingebaut werden kann, die eine bessere Zwischenverbindung
zwischen der Klappe und dem Sendeempfänger liefert, um die
Montagezeit und die Kosten bei der Herstellung zu reduzieren. Diese Antenne
sollte weiterhin eine Betriebsweise sowohl in einer geöffneten als
auch einer geschlossenen Klappenposition liefern. Zusätzlich würde ein
Handgerät, das keine Klappe besitzt und ein Diversity besitzt, von Vorteil
für den Benutzer sein, der keine Klappe wünscht.
Aus der US-PS 51 70 173 ist eine gattungsbildende Kommunikationseinrichtung
bekannt mit einer ausziehbaren Antenne und
einer in der Klappe angeordneten Mikrostreifenleiterantenne.
Die Mikrostreifenleiterantenne ist über eine im Scharnier angeordnete
kapazitive Koppeleinrichtung mit den elektrischen
Schaltkreisen des Funktelefons verbunden.
In der EP 644 607 A1 ist vorgeschlagen worden, eine ausschwenkbare
Antenne an einem Funktelefon anzuordnen, wobei die Kopplung
zwischen Antenne und den elektronischen Schaltkreisen des
Funktelefons über eine induktive Kopplung realisiert ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer gattungsbildenden
Kommunikationseinrichtung die Antennenanordnung so zu
verbessern, daß verbesserte Empfangseigenschaften erzielt werden.
Diese Aufgabe wird von einer Kommunikationsvorrichtung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sind Gegenstand mehrerer
Unteransprüche.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer Kommunikationsvorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung, die die bevorzugte Ausführungsform der
Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung erläuternd darstellt.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das die Antenne, wie sie gemäß Erfindung
beschrieben ist, mit einem Dipol in einem freien Raum vergleicht.
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung, die eine standardmäßige, ausziehbare
Antenne mit einer Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung vergleicht.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das die erwartete Leistung des Handgeräts
gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung basierend auf den
Daten, die in Fig. 4 dargestellt sind, zeigt.
Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen stellt ein portables Funkgerät, oder
ein Handtelephon, 100 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung dar. Die Erfindung, die hier beschrieben wird, wendet ein
drahtloses Telefon-Handgerät der zweiten Generation (CT2) an, allerdings
könnten andere Kommunikationseinrichtungen ebensogut verwendet werden.
Das Handgerät 100 umfaßt ein Gehäuse 102 und eine Klappe bzw. einen
Deckel 104, der mit dem Gehäuse über ein Gelenk bzw. Scharnier 106 verbunden
ist. Das Handgerät 100 umfaßt auch jeweils eine erste und eine
zweite Antenne 108 und 110. Die erste Antenne 108 ist eine standardmäßige,
ausziehbare Antenne, die aus zwei Hauptabschnitten besteht, einem
parasitären Antennenabschnitt, der als ausgezogener Abschnitt 112 dargestellt
ist, und einem direkten Speisebereich 114, der innerhalb des Gehäuses
102 angeordnet und mit dem Sendeempfängerabschnitt einer gedruckten
Schaltkreisleiterplatte (nicht dargestellt), die innerhalb des Gehäuses
102 angeordnet ist, verbunden ist. Die zwei Bereiche 112 und 114
verbinden sich, wenn sie ausgezogen sind, induktiv und werden als komplette
Antenne 108 verwendet. Wenn der parasitäre Antennenabschnitt 112
zurückgezogen ist, wird nur der direkte Zuführabschnitt 114 für die Antenne
108 verwendet. In der zurückgezogenen Position wird die Leistung
etwas herabgesetzt, da nur der direkte Speiseabschnitt 114 verwendet
wird, um ein Funkfrequenz-(HF)-Signal zu empfangen oder zu senden. Ein
Kunststoffteil mit einer Länge von einem halben Inch an jedem Ende des
parasitären Antennenabschnitts 112 ermöglicht den zwei Bereichen
eine induktive Kopplung, wenn sie sich in der ausgezogenen Position befinden,
und ermöglicht nur die Verwendung des direkten Speiseabschnitts
114, in der zurückgezogenen bzw. eingeschobenen
Position.
Das Handtelephon 100 umfaßt die zweite Antenne 110, die in
zwei Bereiche unterteilt ist. Der erste Bereich (der später dargestellt
wird) der zweiten Antenne 110 ist innerhalb des Gehäuses 102 angeordnet,
während der zweite Bereich eine parasitäre Antenne 116 ist, die innerhalb
der Klappe 104 angeordnet ist. Die zweite Antenne 110 wird im Detail
in Fig. 2 beschrieben, allerdings erzeugt, kurz gesagt, entsteht die zweite Antenne durch eine induktive
Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich.
Die ausziehbare Antenne 108 und die zweite Antenne 110 statten das Handtelephon
100 mit einer Diversity aus.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Klappe 104
zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegt werden, wobei die
erste Position vorzugsweise eine geöffnete Position und die zweite Position
eine geschlossene Position ist. Die Klappe ist vorzugsweise aus
einem Kunststoffmaterial hergestellt und schließt ein leitendes Material,
wie beispielsweise Kupfer, ein, das in einer vorbestimmten Form auf der
Kunststoffoberfläche aufgebracht ist und den parasitären Strahler
116 bildet. Das leitende Material kann ebensogut in den Kunststoff
eingebettet werden. Die zweite Antenne 110, die hier beschrieben
werden wird, stattet das Handtelephon mit der Fähigkeit aus, die
Diversity mit der Klappe offen, geschlossen oder sogar
mit der Klappe vollständig von dem Handgerät entfernt vorzusehen.
Fig. 2 der beigefügten Zeichnungen stellt die bevorzugte Ausführungsform
der zweiten Antenne 110 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Antenne
110 ist in zwei Bereiche, die an einer Frequenz, die von Interesse
ist, resonant sind, aufgeteilt, und zwar den direkten Antennenspeisebereich
202 und den parasitären Antennenbereich 116. Die Antenne 110 weist
auch ein Substrat 206 auf, vorzugsweise den Sendeempfängerbereich des
Handtelephons 100, der den direkten Speisebereich 202 umfaßt. Die Klappe
104, die mit dem Gehäuse (wie in Fig. 1 dargestellt) gekoppelt ist,
weist die parasitäre Antenne 116 auf. In der bevorzugten Ausführungsform
ist der direkte Speisebereich 202 als ein Mikrostreifenleiter in
dem Layout des gedruckten Schaltkreisleiterplattensubstrats 206
enthalten und der Mikrostreifenleiter ist bei der Frequenz, die von Interesse
ist, resonant. Das Substratmaterial ist vorzugsweise ein feuerhemmendes
Epoxidharz/Glasgewebelaminat-(FR-4)-Material, allerdings können auch
andere pcb-Substrate (Flachbaugruppen-Substrate), die nach dem Stand der
Technik bekannt sind, verwendet werden.
Die parasitäre Antenne 116 kann bei der Klappe 104 unter Verwendung
eines leitenden Materials, wie beispielsweise ein Kupferband oder leitende
Farbe, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, aufgebracht werden.
Während die bevorzugte Ausführungsform die Klappe 104 so beschreibt,
daß sie aus Kunststoff hergestellt ist, könnten auch andere Materialien,
wie pcb-Substratmaterialien, verwendet werden. Durch Einbauen der parasitären
Antenne 116 in die Klappe und durch induktive Kopplung der Antenne
mit dem direkten Speisebereich 202 der gedruckten Schaltkreisleiterplatten
206 wird das Erfordernis einer Zwischenverbindung eines Koaxialkabels
oder einer Litze zwischen dem Sendeempfänger und der Klappe beseitigt.
Das Muster des Mikrostreifenleiters für den direkten Speisebereich 202 kann
in irgendeiner Form aufgebaut werden, die bei der Frequenz, die von Interesse
ist, resonant ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist der
direkte Speisebereich 202 vorzugsweise eine Viertelwellenlängenantenne,
die bei Frequenzen über den 864-868 MHz (Megahertz) Bereich resonant ist,
während der parasitäre Antennenbereich 116 vorzugsweise eine Halbwellenantenne
ist, die bei derselben Frequenz, die von Interesse ist, resonant
ist.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der direkte Speisebereich
202 der Antenne 110 eine Viertelwellenlängenantenne, allerdings
könnten anderen Längen in Sprüngen von Viertelwellenlängen, wie beispielsweise
eine halbe Wellenlänge und eine volle Wellenlänge, ebensogut verwendet
werden. Die parasitäre Antenne 116 könnte auch, wenn eine
halbe Wellenlänge bevorzugt wird, in bezug auf andere Wellenlängen in
Halbwellenlängenzuwachsraten aufgebaut werden. Für eine optimale Leistung
bzw. Funktion werden die zwei in Resonanz tretenden Elemente 202 und 116
vorzugsweise so aufgebaut, daß sich dann, wenn die Klappe 104 zu der
geschlossenen Position bewegt wird, die zwei Elemente nicht überlappen.
Um eine Diversity zu liefern, kann die Antenne 110, wie
sie durch die Erfindung beschrieben ist, in ein Handgerät eingebaut werden,
das schon eine standardmäßige, ausziehbare Antenne 108 besitzt, wie
diese anhand der Fig. 1 beschrieben ist. Da einige Benutzer ein Handtelephon
mit einer Klappe bevorzugen, wird das Diversitymerkmal eingebaut, ohne
daß der Benutzer aufgefordert wird, irgendwelche gesonderten Schritte als
diejenigen, die er schon vornimmt, durchzuführen. Wenn die Klappe 104
offengelassen wird, kann entweder die erste Antenne 108 oder die zweite
Antenne 110 das HF-Signal in Abhängigkeit von der Richtung des Signals
und der Position des Handtelephons entweder die erste Antenne 108 oder
der direkte Speisebereich 202 der zweiten Antenne 110 die Einrichtung,
mit der das HF-Signal empfangen oder gesendet werden kann. Während eine
optimale Leistung mit der Klappe 104 in der offenen Position erreicht
wird, trägt der direkte Speisebereich 202 der zweiten Antenne 110 noch zu
einer Diversity in dem Handtelephon 100 mit geschlossener Klappe bei. Für
Kunden, die die Klappe 104 entfernt haben wollen, wird nur der direkte
Speisebereich 202 als zweite Antenne verwendet. Wenn die Klappe 104
geschlossen ist oder wenn die Klappe entfernt ist, wirkt der direkte
Speisebereich 202 selbst als eine Antenne, da er sich nicht von seiner
Ursprungsstelle weg bewegt hat.
In Fig. 3 ist nun eine graphische Darstellung gezeigt, die ein Beispiel
von Daten, die gesammelt sind, darstellt, die die Leistung des Handtelephons
einschließlich der Antenne 110, wie dies durch die Erfindung beschrieben
ist, mit offener Klappe und geschlossener Klappe zu einem Dipol im
freien Raum vergleicht. Die Daten wurden in einer echofreien bzw. reflexionsfreien
Kammer aufgenommen und sind für die Leistung der Antenne
im freien Raum repräsentativ. Alle Leistungspegel sind in Dezibel relativ
zu einem Milliwatt (dBm) gemessen. Der Dipol wird als Referenz verwendet
und wird um einen Radius von 360° mit Sendeleistungspegel, die überwacht
werden, gedreht. Die Linie 302 stellt den Dipol im freien Raum dar und
besitzt eine Durchschnittsleistung von -39,1 dBm, während die Leitung 304
die Antenne, wie sie durch die Erfindung beschrieben ist, mit der Klappe
offen darstellt und einen durchschnittlichen Leistungspegel von -40,9 dBm
(oder 1,8 dB unterhalb des Referenzdipols) besitzt. Die Leitung 306 stellt
die Antenne dar, wie sie durch die Erfindung beschrieben wird, mit der
Klappe geschlossen, und mißt eine Durchschnittsleistung von 42,1 dBm. Das
gesamte Delta im Leistungspegel zwischen der Klappe, die geschlossen ist,
und dem Referenzdipol beträgt nur 3 dB, was als akzeptabler Pegel einer
Herabsetzung angesehen wird. Da das Handgerät 100 mit der Klappe 104 in
der geschlossenen Position grundsätzlich nur die direkte Speisung 202
als Einrichtung zum Empfangen des HF-Signals verwendet, kann eine akzeptable
Leistung mit und ohne Klappe erwartet werden.
In Fig. 4 ist eine graphische Darstellung 400 dargestellt, die ein
Beispiel von Daten erläutert, die Sendeleistungspegel an den einzelnen
Antennen 108 und 110 darstellt, während das Handgerät 100 durch den
Benutzer gehalten wird. Die Linie 402 stellt einen akzeptablen Schwellwert
in dBm dar, oberhalb dem der Sendeleistungspegel eines HF-Signals
aufrechterhalten werden muß, um eine Kommunikationsverbindung beizubehalten.
Die einzelnen Antennen 108 und 110 wurden separat gemessen, um deren
jeweilige Signalstärken zu vergleichen. Die Linie 404 stellt den Leistungspegel
in dBm dar, der durch die erste Antenne gesendet wird, bei
der es sich um eine standardmäßige, ausziehbare Antenne handelt. Die
Linie 406 stellt den Leistungspegel dar, der durch die zweite Antenne 110
gesendet wird, wie dies durch die Erfindung beschrieben wird, mit der
Klappe offen. Der durchschnittliche Leistungspegel für die standardmäßige,
ausziehbare Antenne 108 in der ausgezogenen Position wird mit
-49,8 dBm gemessen, während der durchschnittliche Leistungspegel für die
Antenne 110 mit der Klappe in der offenen Position mit -51,2 dBm gemessen
wird.
Die Daten von der graphischen Darstellung 400 stellen den Benutzer dar,
wenn der sich um einen Radius von 360° dreht, wobei der Sendeleistungspegel
überwacht wird. Wie anhand der graphischen Darstellung 400 gesehen
werden kann, fällt die Klappenantenne (Linie 406) unterhalb des Schwellwertes
an zwei Hauptstellen 180° (Punkt 408) und 270° (Punkt 410) ab.
Diese Abfallstelle am Punkt 408 entspricht der Rückseite des Kopfes des
Benutzers, der zu dem strahlenden Element mit der Klappe nach vorne ausgerichtet
hin gerichtet ist, während der Abfall an dem Punkt 410 der Hand
des Benutzers entspricht, die die Klappe verdeckt. Die standardmäßige
Antenne (Linie 404) fällt unterhalb des Schwellwerts bei 0°, 100° und
360° ab, wie durch die Bezugszeichen 412, 414 und 416 jeweils dargestellt
ist. Die zwei Antennen 108 und 110 wirken grundsätzlich als ergänzende
Einrichtungen miteinander. Demzufolge kann in einem Diversity-Handtelephon,
falls das empfangene oder gesendete Signal von einer Antenne überblendet
bzw. überdeckt wird (als Fading wirkt), die andere Antenne
eingeschaltet werden, um die Kommunikationsverbindung aufrechtzuerhalten.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das die erwarteten Sendeleitungspegel basierend
auf dem Diagramm der Fig. 4 des Diversity-Handtelephons 100 erläutert,
das zwischen der standardmäßigen, ausziehbaren Antenne 108 in der
ausgezogenen Position und der Antenne 110, wie sie durch die Erfindung
mit der Klappe 104 offen beschrieben ist, umschaltet. Das Bezugszeichen
502 stellt eine Änderung von der standardmäßigen Antenne 108 zu der
zweiten Antenne 110 dar, das Bezugszeichen 504 stellt eine Änderung zurück
zu der standardmäßigen Antenne 108 dar und das Bezugszeichen 506
stellt eine Umschaltung zurück zu der zweiten Antenne 110 dar. Durch
Verbesserung der Fähigkeit, das HF-Leistungssignal zu senden und zu empfangen,
wird der Bereich, über den das Handtelephon arbeiten kann, vergrößert.
Eine verbesserte Antennenleitung in einer Kommunikationsvorrichtung kann
durch Einsetzen der Antenne 110, wie sie durch die Erfindung beschrieben
ist, in Verbindung mit der standardmäßigen, ausziehbaren Antenne 108
erreicht werden. Durch induktive Kopplung des parasitären Antennenbereichs
mit dem direkten Speisebereich wird das Erfordernis für ein Koaxialkabel
oder eine andere Übertragungsleitung, die durch das Scharnier
führt, beseitigt. Dies vereinfacht den Aufbau des Handtelephons und erhöht
die Zuverlässigkeit der Antenne, wenn die Klappe über die Zeit wiederholt
geöffnet und geschlossen wird. Das Handtelephon fährt fort, eine Diversity
zu liefern, ob nun die Klappe geöffnet oder geschlossen ist, da die Leistung
des direkten Speisebereichs im wesentlichen dieselbe, unabhängig
der Position der Klappe, verbleibt. Weiterhin kann der Benutzer die Klappe
entfernen und fortfahren, das Handgerät zu benutzen, und zwar unter
Verwendung der standardmäßigen, ausziehbaren Antenne als die erste Antenne
und des direkten Speisebereichs als die zweite Antenne.
Claims (4)
1. Kommunikationsvorrichtung (100) mit einem Gehäuse (102) und
einem darin angeordneten Substrat (206), mit einer ausziehbaren
ersten Antenne (108), welche mit dem Gehäuse (102) verbunden
ist und mit einer zweiten Antenne (110), wobei die beiden
Antennen eine Antennen-Diversity erzeugen, ferner mit einer
Klappe (104), die am Gehäuse befestigt ist und zwischen einer
offenen Stellung, in der die Klappe vom Gehäuse weg weist und
einer geschlossenen Stellung, in der sich die Klappe nahe am
Gehäuse befindet, verschwenkbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Antenne (110) eine auf dem Substrat (206) ausgebildete
direkte Speiseantenne (202) und eine parasitäre Antenne
(116) umfaßt, welche so auf der Klappe (104) angeordnet ist,
daß sie mit der direkten Speiseantenne (202) induktiv gekoppelt
ist, wenn sich die Klappe (104) in der offenen Stellung befindet.
2. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die direkte Speiseantenne (202) eine Viertelwellenlängenantenne
ist und die parasitäre Antenne (116) eine
Halbwellenlängenantenne ist.
3. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die parasitäre Antenne (116) so ausgebildet
ist, daß sie im Ansprechen auf die direkte Speiseantenne (202)
mit einer bestimmten gewünschten Frequenz in Resonanz schwingt.
4. Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die direkte Speiseantenne (202)
und/oder die parasitäre Antenne (116) als gedruckte Mikrostreifenleiterantenne
ausgebildet ist.
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