DE4410174A1 - Handfunkgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Handfunkgerät mit einer Antennenanordnung, mittels derer verschiedene Richtwirkungen einstellbar sind.

Ein solches Handfunkgerät ist bekannt aus DE 41 34 357 A1. Dort sind Antennen angegeben, die aus Einzelelementen bestehen, die mit verschiedenen, einstellbaren Phasen gespeist werden können, woraus sich eine einstellbare Richtwirkung ergibt. Die entsprechende Technik ist, beispielsweise für Radar- und Navigationsanwendungen, bestens bekannt.

Schon mit einer geringen Richtwirkung lassen sich wesentliche Verbesserungen erreichen. Eine Richtwirkung von 3 dB beispielsweise, was dem Faktor 2 entspricht, läßt mit einer um den Faktor 2 reduzierten Sendeleistung eine gleich gute Verbindung erreichen wie ohne Richtwirkung. Bei gegebener Batterieladung ist das Gerät damit beinahe doppelt so lange sendebereit. Die Umweltbelastung durch sogenannten Elektrosmog nimmt um denselben Faktor ab. Die Frequenz kann bereits in geringerer Entfernung wiederverwendet werden. Die dafür erforderliche und auch ausreichende Richtwirkung läßt sich schon durch eine recht einfache Antennenanordnung erreichen.

Ein weiterer Vorteil des genannten Handfunkgeräts liegt darin, daß der Benutzer deutlich weniger durch die Strahlung belastet wird, wenn er sich entsprechend dreht. Eine solche Drehung ist aber nicht immer möglich. Auch kann durch eine Drehung dann einer höheren Strahlenbelastung nicht ausgewichen werden, wenn nicht die Richtung, sondern die Art der Richtwirkung geändert wird, beispielsweise von scharf bündelnd über eine geringe Richtwirkung bis zur Rundstrahlung.

Hier schafft die Erfindung Abhilfe durch ein Handfunkgerät der genannten Art, bei dem im Sendefall die Sendeleistung von der eingestellten Richtwirkung abhängig gemacht wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die Umgebung eines Handfunkgeräts von oben.

Fig. 2 zeigt ein Handfunkgerät mit einer Antennenanordnung, mittels derer verschiedene Richtwirkungen einstellbar sind.

Fig. 1 zeigt ein Polarkoordinatensystem mit den Koordinaten r und ϕ, vier Sektoren S1, S2a, S2b und S3, einen Richtungspfeil D und einen Bereich H. Das Ganze ist eine schematische Sicht von oben auf eine ein Handfunkgerät benützende Person und deren Umgebung.

Im Ursprung des Polarkoordinatensystems, also bei r = 0, ist die Antennenanordnung des Handfunkgeräts. Der Bereich H stellt den Kopf des Benutzers dar. Unabhängig davon, ob der Benutzer das Handfunkgerät mehr an das linke oder an das rechte Ohr oder vor den Mund hält, die Sprech- und Höröffnungen werden auf jeden Fall auf ihn gerichtet sein. Damit ist das Polarkoordinatensystem eindeutig sowohl in Bezug auf den Benutzer, als auch in Bezug auf das Handfunkgerät festgelegt. Die Richtung ϕ = 0 geht vom Ursprung des Koordinatensystems aus und zeigt von der Rückseite des Handfunkgeräts und vom Benutzer weg. Der Richtungspfeil D zeigt auf die Gegenstation. Der Sektor S1 im Bereich von ϕ = -90° bis ϕ = +90° umfaßt den vom Benutzer abgewandten Halbraum hinter dem Handfunkgerät. Daran schließen sich die beiden Sektoren S2a und S2b an, die zwar schon auf der Vorderseite des Handfunkgeräts liegen, den Bereich H mit dem Kopf des Benutzers aber noch nicht einschließen. Der restliche Sektor S3 umfaßt denjenigen Abstrahlbereich, in dem der Kopf des Benutzers liegt.

Nun wird davon ausgegangen, daß das Handfunkgerät eine Antennenanordnung aufweist, mittels derer verschiedene Richtwirkungen einstellbar sind. Primär soll darunter verstanden werden, daß die Antennenanordnung eine Richtcharakteristik mit einstellbarer Hauptstrahlrichtung aufweist. Es soll aber nicht ausgeschlossen werden, daß sich die Richtwirkung derart ändert, daß z. B. zwischen einer scharf bündelnden Anordnung, einer mäßig bündelnden Anordnung und einer rundstrahlenden Anordnung umgeschaltet wird. Je schärfer die Bündelung ist, mit desto geringeren Leistungen kann eine zufriedenstellende Verbindung aufrechterhalten werden. Dies setzt aber einen relativ bewegungslosen Benutzer voraus. Bei starker Bewegung, - ob Fortbewegung, Gestik oder Wechsel zwischen Sprech- und Hörhaltung -, darf jedoch nicht so scharf gebündelt werden. Zum Betrieb mit mehr als einer Gegenstation, z. B. in Zellfunksystemen zur Signalisierung mit mehreren Basisstationen zum Zwecke des sogenannten "Location-Updating" oder des "Handover" kann Rundstrahlung vorteilhafter sein.

Bei fester Sendeleistung und einstellbarer Richtwirkung ist die Strahlenbelastung des Kopfes sehr unterschiedlich. Die stärkste Belastung ergibt sich bei scharfer Bündelung und Abstrahlrichtung direkt in Richtung des Kopfes. Die geringste Belastung ergibt sich bei scharfer Bündelung und Abstrahlrichtung vom Kopf weg, aber auch bei Rundstrahlung mit den für Signalisierung typischen sehr kurzen Sendeintervallen. Für die anderen einstellbaren Richtwirkungen ergeben sich dazwischen liegende Belastungen.

Die möglichen einstellbaren Richtwirkungen sind von der jeweils konkret vorliegenden Antennenanordnung abhängig. Eine Einstellbarkeit ist nur innerhalb vorgegebener Grenzen möglich. Dabei sollte darauf geachtet werden, daß die Antennenanordnung so ausgebildet wird, daß die absolut möglichen Maxima nicht gerade in Richtung des Kopfes liegen.

Im einfachsten Fall wird nun die Sendeleistung mit einem von der eingestellten Richtwirkung abhängigen Faktor bewertet. Beispielsweise kann im Sektor S1 der Faktor 1, in den Sektoren S2a und S2b der Faktor 0,5 und in Sektor S3 der Faktor 0,25 verwendet werden. Auch andere Werte, feinere Stufungen oder eine kontinuierliche Funktion, beispielsweise cos ϕ/3, sind denkbar. Bei nur mäßiger Bündelung kann beispielsweise im Sektor S3 ein höherer Faktor, etwa 0,3 oder 0,4 verwendet werden. Bei Rundstrahlung in Kombination mit nur kurzen Sendeintervallen kann allgemein der Faktor 1 verwendet werden.

Die für die einzelnen einstellbaren Richtwirkungen vorgesehenen Faktoren können werksseitig fest vorgegeben, möglicherweise auch vom Benutzer einprogrammierbar sein. Dabei können wissenschaftliche Erkenntnisse, empirische Untersuchungen, persönliche Verhaltensweisen (kurze oder lange Durchgänge) und die persönliche Einstellung zur Gefährlichkeit von Strahlenbelastungen Berücksichtigung finden.

Auch kann die von der Richtwirkung abhängige Einstellung der Sendeleistung abschaltbar gestaltet werden, um im Einzelfall zugunsten einer besseren Verbindung die höhere Belastung in Kauf nehmen zu können.

Bei Handfunkgeräten mit manueller oder automatischer Reduziermöglichkeit der Sendeleistung ist die zusätzliche Bewertung mit einem von der eingestellten Richtwirkung abhängigen Faktor nicht unbedingt angebracht. Hier bietet es sich an, für jede einstellbare Richtwirkung eine zulässige maximale Sendeleistung vorzugeben. Dies wird dann die maximal mögliche, mit dem oben beschriebenen Faktor bewertete Sendeleistung sein.

Da moderne Handfunkgeräte in der Regel ohnehin mikroprozessorgesteuert sind, besteht die Realisierung der Erfindung nur in der Einfügung einer Tabelle und deren Aufruf durch das Programm.

Nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, aber Voraussetzung hierfür ist ein Handfunkgerät mit einer Antennenanordnung, mittels derer verschiedene Richtwirkungen einstellbar sind. Ein Handfunkgerät, das praktikabler ist als das aus der eingangs genannten DE 41 34 357 A1 bekannte Handfunkgerät wird im folgenden anhand der Fig. 2 näher erläutert:

Die Fig. 2 zeigt ein Handfunkgerät 1 mit einer Antenne 2 in Querschnitt a), Seitenansicht b) und Vorderansicht c). Details, insbesondere Mikrophon- und Lautsprecheröffnungen, sowie Anzeigen und Tastaturen, sind nicht dargestellt.

Detaillierter dargestellt ist dagegen die Antenne 2, deren Aufbau besonders im Querschnitt a) deutlich wird. Die gesamte Antenne ist in diesem Beispiel in einem zylinderförmigen, nicht leitfähigen Gehäuse enthalten, das am oberen Ende des Handfunkgeräts an dieses angeformt ist.

Eine Antenne ist, ganz allgemein, umso wirkungsvoller, je größer sie ist. Eine Antenne mit etwa 8 cm Durchmesser und 6 cm Höhe wird als noch akzeptabel angesehen. In dem für viele zukünftige Anwendungen vorgesehenen Frequenzbereich von 1,8 GHz bis 2 GHz wird eine derartige Antenne, auch im Hinblick auf die erreichbare Richtwirkung, als ausreichend angesehen.

Die Antenne 2 besteht aus mehreren Einzelelementen E, die auf zwei konzentrischen Kreisen 21 und 22 und im Kreismittelpunkt 23 angeordnet sind. Die Einzelelemente E sind untereinander gleich; sie sind alle parallel zueinander angeordnet. Der äußere Kreis 21 trägt acht Einzelelemente, der innere Kreis 22 deren vier. Die Einzelelemente auf dem inneren Kreis können auch entfallen. Gleiches gilt für das Einzelelement im Kreismittelpunkt. Dies hängt vom Aufwand ab, der für die phasenrichtige Ankopplung der Einzelelemente getrieben werden soll und kann. Es hängt aber auch von der Betriebsfrequenz ab. Bei sehr hohen Frequenzen, wenn also die Einzelelemente sehr klein sind , kann auch an gestockte Anordnungen gedacht werden, wodurch sich auch in Elevationsrichtung eine Richtwirkung ergibt.

Die Einstellung einer Richtwirkung ist sowohl für den Sende-, wie für den Empfangsfall sinnvoll. Sie ist auch für beide Fälle gleichermaßen möglich. Insbesondere ist die Einstellung einer Richtwirkung im Empfangsfall zur Ortung der Gegenstation erforderlich, um im Sendefall überhaupt die einzustellende Richtung zu kennen.

Die phasenrichtige Ankopplung der Einzelelemente zur Erzielung einer bestimmten Richtwirkung kann nach jeder dafür geeigneten Methode erfolgen. Im einfachsten Fall wird nur der äußere Kreis 21 verwendet und es werden jeweils zwei einander entgegengesetzte Einzelelemente ausgewählt, die dann mit einem ihrem Abstand entsprechenden Phasenunterschied gespeist werden.

Auch für die Ortung kann jede dafür geeignete Methode verwendet werden. Beispielsweise kann bei der Verbindungsaufnahme das Richtdiagramm einmal rotieren und während der laufenden Verbindung leicht hin und her geschwenkt werden, um zunächst die Richtung mit bestem Empfang zu ermitteln und später nachzuführen.

Das Einzelelement im Kreismittelpunkt 23 kann sowohl als Bestandteil der Richtantenne als auch als separat zu nutzende Einzelantenne verwendet werden. Eine separate Einzelantenne kann z. B. als reine Empfangsantenne Verwendung finden. Sie kann beispielsweise auch zur Signalisierung in Sende- und Empfangsrichtung verwendet werden, wenn mit mehr als einer Gegenstation Signalisierung ausgetauscht werden soll.

Claims (3)

1. Handfunkgerät mit einer Antennenanordnung, mittels derer verschiedene Richtwirkungen einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Sendefall die Sendeleistung von der eingestellten Richtwirkung abhängig gemacht wird.

2. Handfunkgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeleistung mit einem von der eingestellten Richtwirkung abhängigen Faktor bewertet wird.

3. Handfunkgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede einstellbare Richtwirkung eine zulässige maximale Sendeleistung vorgegeben ist.