DE69721102T2

DE69721102T2 - Tragbarer Rechner mit einer integrierten Mehrmodenantenne

Info

Publication number: DE69721102T2
Application number: DE69721102T
Authority: DE
Inventors: John Peter Kardis; Saila Ponnapalli
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1996-02-20
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2017-01-24
Also published as: EP0791878A3; EP0791878A2; EP0791878B1; TW291549B; JPH09246829A; DE69721102D1; JP3282985B2; US5684672A; KR100237980B1; KR970062858A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft Notebook- oder Laptop-Computer und insbesondere Funk-(Hochfrequenz-)Antennen für solche Computer.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Der Zugang tragbarer Computer zur Funkübertragung ist durch die Verwendung von Steckkarten im PCMCIA-Format (Personal Computer Memory Card International Adapter) ermöglicht worden. In diesem Format sind gegenwärtig zahlreiche Funk-Steckkarten erhältlich. Außerdem befinden sich sowohl für den europäischer als auch für den US-Markt weitere Steckkarten mit integrierter schnurlosen Modems in der Entwicklung. Üblicherweise weisen diese Steckkarten eine eigene Antenne auf, die aus der Karte und infolgedessen aus dem seitlichen PCMCIA-Steckplatz des Laptops herausragt. An dieser Stelle können die Antenne sowie der Laptop durch zufälliges Berühren der Antenne leicht beschädigt werden. Benutzer des Laptops müssen bei der Aufbewahrung des Laptops und bei seiner Anwendung unter beengten Verhältnissen äußerste Vorsicht walten lassen. Ebenso kann die seitlich aus dem Laptop herausragende Antenne durch die geerdete Fläche des Bildschirms abgeschattet werden und so die Übertragungsleistung mindern.
In der US-Patentschrift 4 888 549 wird ein Laptop-Computer mit den Merkmalen des kennzeichnenden Anfangsteils von Anspruch 1 beschrieben.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, durch das die obigen Nachteile beseitigt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Laptop-Computer nach Anspruch 1 bereitgestellt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können am besten aus der beiliegenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beiliegenden Figuren verstanden werden, von denen:
Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht eines Laptop-Computers mit einer an seiner Abdeckung angebrachten Antenne ist;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 ist, bei der die Gesamtansicht der Antenne gezeigt ist;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1 ist;
Fig. 4 eine Teilansicht eines Laptop-Computers mit einer in der Abdeckung untergebrachten Antenne ist;
Fig. 5 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 4 ist, bei der die Gesamtansicht der Antenne gezeigt ist; und
Fig. 6 eine dreidimensionale Darstellung einer alternativen Antenneneinheit ist, die bei den in den Fig. 1 und 4 gezeigten Laptop-Computern verwendet werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

In Fig. 1 ist eine Teleskopantenne 110 in einer gegossenen metallbeschichteten Kunststoffhülse 112 mit einem halbkreisförmigen Querschnitt untergebracht, die die Antenne vollständig umschließt. Die metallbeschichtete Hülse ist seitlich an der Abdeckung 114 des Laptop-Computers 116 durch biegsame Klammern 117 befestigt, die wiederum seitlich an der Abdeckung befestigt sind. Die Antenne 110 ist durch ein Koaxialkabel 120 mit einer bestimmten Länge elektrisch mit der Grundeinheit 118 des Laptops 116 verbunden. Ein kurzer Teil des Koaxialkabels 120 erstreckt sich von der Hülse 112 zu einer Funksteckkarte 130, die in einem PCMCIA-Steckplatz 132 in der Grundeinheit 118 steckt. Der Mittenleiter 124 am kurzen Teil des Koaxialkabels 120 wird ebenso wie das Innere der Metallhülse vor elektromagnetischer Strahlung abgeschirmt. Das Koaxialkabel 120 verläuft innerhalb der Abschirmung nach oben bis zur Vorderkante der Abdeckung 114, wo es mit einem in einer Verdickung 126 befindlichen LC-Abschlussschaltung verbunden ist.
Fig. 2 zeigt die mit dem Metallgehäuse 214 eines elektrischen Kontakts verbundene Schaltung 200. Die die LC-Schaltung und die Abschirmung enthaltende Verdickung 126 sind hier stark vergrößert dargestellt, um die LC-Schaltung 200 in geeigneter Weise zu veranschaulichen. Der Kontakt wird als Kugel 210 veranschaulicht, die auf einer Feder 212 in einem Metallgehäuse 214 lagert. Ein Teil der Kugel 210 erstreckt sich aus einer Öffnung in dem Gehäuse 114 durch eine Öffnung in einer Innenwand einer elektrisch nichtleitenden Kunststoffführung 215, wo sie mit leitenden Ringen 216 und 218 an der Teleskopantenne 110 in Kontakt treten kann. Obwohl der Kontakt als Kugel und Feder veranschaulicht ist, kann er ebenso aus einer auf einer passenden Kunststoffunterlage befestigten Metallplatte mit einer Nase bestehen, die sich bis in die Innenwand der Führung erstreckt, um einen Gleitkontakt mit den Metallringen herzustellen; ebenso kann der Kontakt ein anderer elektrischer Schiebekontakt sein.
Die Teleskopantenne 110 enthält zwei in einen für elektromagnetische Strahlung durchlässigen Kunststoffstab 224 eingebettete längliche Metallteile 220 und 222. Die Metallteile 220 und 222 besitzen eine Länge von λ/2 oder λ/4, wobei λ die Wellenlänge der Arbeitsfrequenz ist. Die Ringe 216 und 218 sind in den Stab 220 eingebettet, wobei jeder Ring einen elektrischen Kontakt zu den länglichen Metallteilen 220 oder 222 herstellt. Die beiden länglichen Metallteile befinden sich in einem ausreichenden Abstand voneinander, so dass sie im Wesentlichen voneinander entkoppelt sind.
Die Oberflächen der eingebetteten Ringe 216 und 218 schließen möglichst bündig an die Kunststoffteile der zylindrischen Antenne an oder sind durch Beschichtung auf dem Kunststoff hergestellt, so dass die Antenne in der Nylonführung 215 in der Hülse weich gleitet. Die Metallringe 216 und 218 enthalten jeweils eine Nut 228 bzw. 230. Diese Nuten 228 und 230 bilden eine Raststellung für die Teleskopantenne 110. Wenn die Antenne in der Führung in der Hülse gleitet, rastet die Kugel oder Nase in die Nut ein und zeigt positiv an, dass die Antenne richtig ausgefahren und elektrisch verbunden ist.
Wenn die Antenne nicht benutzt wird, ist sie ganz in die Hülse eingefahren, um eine versehentliche Beschädigung auszuschließen. Wenn die Teleskopantenne teilweise ausgefahren ist und das kürzere Metallteil herausragt, wird die Impedanz des kürzeren Metallteils 220 durch das längere Metallteil 222 und die Hülse 112 kapazitiv belastet. Wenn die Teleskopantenne ganz ausgefahren ist, wird das längere Metallteil 220 mit einem bestimmten Betrag durch das kürzere Metallteil 222 kapazitiv belastet, obwohl die Antennenelemente durch einen Abstand voneinander getrennt sind. Mit nur einer Abschlussimpedanz 200 können die beiden Antennenabschnitte auf die Koaxialleitung 120 abgestimmt werden.
Die Antennen sind für zwei Frequenzbereiche vorgesehen. LAN- Adapter benutzen das ISM-Band (Industrie, Wissenschaft und Medizin) von 2,4 bis 2,496 GHz. AMPS/CDPD-Adapter (Leistungs- Mobiltelefon/Mobildigitalpaketdaten) benutzen das Band von 825 bis 895 MHz. ARDIS-Adapter arbeiten in dem Band von 800 bis 870 MHz. RAM-Adapter arbeiten im Bereich von 860 bis 940 MHz, und GSM-Adapter (Globales System für die mobile Kommunikation) für den europäischen Markt arbeiten im Bereich von 890 bis 960 MHz. Dies zeigt, dass ein Bedarf nach einer mindestens Zweimodenantenne besteht. In Zukunft können weitere Frequenzbereiche berücksichtigt werden. Ein Weg, um weitere Frequenzbereiche in einer einzigen Einheit zu berücksichtigen, besteht darin, austauschbare Antennenmodule vorzusehen. Ein metallischer Gewindedeckel 232 am Boden der Hülse 112 haltert eine schwache Feder 234 und die Teleskopantenne 110 innerhalb der Hülse. Nach Entfernen des Deckels 232 können die Feder und das Teleskopantennenmodul herausgenommen und das Antennenmodul 110 durch ein solches für andere Frequenzbereiche ausgetauscht werden.
Wenn die Antenne vollständig in die Hülse eingefahren ist, wird die Feder 234 durch eine Federarretierung 236 im zusammengedrückten Zustand gehalten, der eine Kante 238 am unteren Teil des Antennenmoduls 110 erfasst. Außer der Arretierung durch den Haken 236 dient die Kante 238 als Führung für die Antenne, damit sie gerade durch die Hülse gleitet. Wenn man auf den Haken drückt, wird er herausgeschwenkt und gibt die Kante 238 frei. Dadurch kann die Feder das Antennenmodul nach oben drücken, so dass die Antenne weit genug aus der Abdeckung nach vorn herausragt, um sie anzufassen. Dann kann man die Antenne so weit herausziehen, bis die Kugel 200 in die erste Nut 228 einrastet, um das erste Metallteil 220 in der ausgefahrenen Stellung zu halten. Um das zweite Metallteil 22 herauszufahren, wird das Ende der Antenne so weit herausgezogen, bis die Kugel 200 in die zweite Nut 230 einrastet. Wenn die Antenne zufällig zu weit herausgezogen wurde, stößt die Kante 238 an die Nylonführung 215 an.
Die Hülse 112 passt wie in Fig. 3 gezeigt in die biegsamen Klammern 117 an der Seite der Abdeckung 114, die mit den Seiten der Hülse zusammenpassen, um die Hülse an Ort und Stelle zu halten. Die Hülse weist an ihrer flachen Seite zwei Nasen 310 auf, die in Vertiefungen 312 der Klammern zu liegen kommen, wenn die Hülse richtig positioniert ist. Alternativ kann an der Seite der Abdeckung ein Kanal mit Innenwänden bereitgestellt werden, dessen Querschnitt mit den Seiten der Hülse zusammenpasst, oder man könnte ein Klettband oder einen Klebstoff dazu verwenden, um die Antenne an der Abdeckung zu befestigen. Das Antennenmodul kann zusammen mit dem Laptop oder als Zubehörartikel verkauft werden.
In Fig. 1 befindet sich am Ende des Koaxialkabels 120 ein Stecker 128. Wenn die Funkeinschubeinheit 130 in den PCMCIA- Steckplatz eingesteckt ist, steckt der Stecker 128 in einer Buchse an der nach außen zeigenden Fläche der Funkeinschubeinheit. Bei dieser Anordnung muss die Funkeinschubeinheit 130 nur geringfügig umgestaltet werden, um die Antenne durch die Buchse zu ersetzen. Ferner sorgt die Anordnung für eine möglichst große Trennung zwischen dem Digitalteil der Funkeinschubeinheit und der Antenne, wodurch die Wechselwirkung zwischen den digitalen und den Funksignalen möglichst niedrig gehalten wird. Alternativ könnte der Stecker 128 in eine Buchse neben dem Steckplatz 132 mit einem Kontakt an der Seite der PCMCIA-Karte in die Grundeinheit 118 gesteckt werden.
Eine alternative Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Bei dieser Ausführungsart ist die Teleskopantenneneinheit 110 nicht an der Außenkante der Abdeckung, sondern innerhalb der Abdeckung des Laptops untergebracht. Die Teleskopantenne ist innerhalb einer zylindrischen Kunststoffhülse 510 untergebracht. Hier wird keine elektromagnetische Abschirmhülse benötigt, da die Antenne im eingezogenen Zustand durch die Abdeckung gegen elektromagnetische Strahlung abgeschirmt wird. Das Antennenmodul ist dem in der Ausführungsart der Fig. 1, 2 und 3 im Wesentlichen gleich, wobei gleiche Bauteile genauso wie in den Fig. 1 bis 3 nummeriert sind. Hier wird durch einen Gewindedeckel an der Hinterkante der Abdeckung 114 ermöglicht, das Antennenmodul zu entfernen und auszutauschen, indem die Feder und das Modul 110 entfernt und das Modul durch ein Modul ersetzt wird, das verschiedene Frequenzbereiche abdeckt. Das Gehäuse 510 ist in die Hinterkante der Abdeckung eingeschraubt, während die Einheit an der Vorderkante durch eine Deckplatte 412 abgedeckt wird.
Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal besteht darin, dass sich weder die Kopplungsschaltung noch das Koaxialkabel in der Hülse befinden. Das Koaxialkabel 120 läuft im Innern der Abdeckung nach unten und durch das Scharnier 410, das die Abdeckung mit der Grundeinheit des Laptops verbindet, wo das Kabel in einer Buchse neben der Funkeinschubeinheit endet. Eine Deckplatte 412 für die Funkadapterkarte in dem PCMCIA- Steckplatz enthält zwei Kontaktstecker 414 und 416, die durch eine HF-Bandleitung 418 miteinander verbunden sind. Die Deckplatte ist normalerweise an dem Adapter befestigt oder wird alternativ an der Grundeinheit geschwenkt und ist hier nur zur besseren Veranschaulichung vom Adapter getrennt. Diese Stecker passen in die Buchsen 420 und 422 an der Grundeinheit bzw. an der Funkeinschubeinheit. Eine alternative Anordnung besteht darin, dass das Koaxialkabel in einem Kontakt in der Wand des Steckplatzes endet, der einen Kontakt in der Funkeinschubeinheit berührt, welcher direkt am Sender/Empfänger der Funkeinschubeinheit liegt.
In Fig. 6 ist eine alternative Form der Antenneneinheit gezeigt. Zwei Antennen in Form von Metallstäben 610 und 612 sind durch einen nichtleitenden Kunststoff-Abstandhalter 614 miteinander verbunden. Ein an dem Ende des längeren Stabes 612 befestigter Zylinder 616 kann nur dann in einer die Antenneneinheit umgebenden Kunststoffhülse 618 frei nach oben gleiten, wenn sich ein an dem Zylinder befindliche Nase 620 in einer der Nuten 622 oder 624 befindet. Befindet sich die Nase in der kürzeren Nut, kann die Antenneneinheit so weit nach oben gezogen werden, dass sich der kürzere Metallstab 610 außerhalb der abschirmenden Abdeckung des Laptops befindet, um in einem der beiden Frequenzbänder zu empfangen oder zu senden. Befindet sich die Nase in der anderen Nut, kann die Antenneneinheit ganz herausgezogen werden, so dass der längere Stab 612 elektromagnetische Energie in dem anderen Frequenzband senden und empfangen kann. Ein Federkontakt 624 schleift an den Metallstäben 610 und 612 entlang, um elektrische Signale durch das Kabel 120 zwischen der Antenneneinheit und der Funkeinschubeinheit 130 in Fig. 4 zu übertragen. Ein am Ende des kürzeren Metallstabs 610 angebrachter Knopf 626 liegt der Oberfläche der Abdeckung 114 unmittelbar an, wenn die Antenne eingezogen ist. Um das Frequenzband auszuwählen, wird der Knopf gedreht. An dem Knopf 626 befindet sich ein Pfeil. An der Abdeckung 114 sind zwei Striche angebracht, die jeweils durch einen Frequenzbereich R1 oder R2 gekennzeichnet sind. In der eingezogenen Stellung der Antenneneinheit kann die Nase 620 zwischen den beiden Strichen frei in dem Raum 628 an unteren Teil der Hülse 618 geschwenkt werden. Wenn der Pfeil auf eine der Markierungen am Gehäuse gestellt wird, befindet sich die Nase unterhalb einer der Nuten 622 und 624, und die Antenneneinheit kann bis zu der durch die Nut bestimmten Länge aus dem Gehäuse gezogen werden. Ein Rastmechanismus 630 wie beispielsweise eine federgelagerte Kugel 630 passt in eine Nut 632 in der Nase, um die Antenneneinheit entweder in ihrer teilweise oder vollständig ausgezogenen Stellung einzurasten.
Oben wurden Ausführungsarten einer Teleskopantenne beschrieben, die in einen Laptop-Computer eingebaut werden können. Es wurde darauf hingewiesen, dass es bei gegenwärtigen PCMCIA-Antennen, die aus der Grundeinheit herausragen, zu deutlichen Abschattungen kommt. Messungen haben gezeigt, dass man bei einer optimalen Teleskopantenne wie bei der beschriebenen endgespeisten λ/2-Antenne (oder einer Dipolantenne) eine Verbesserung der Mindeststrahlungsenergie um 13 bis 15 dB erreicht, wenn die Antenne aus der Abdeckung und nicht aus der Grundeinheit herausragt. Dies entspricht einer 30-fachen Erhöhung der gesendeten Energie und somit einer Verfünffachung der Übertragungsdistanz in bestimmten Übertragungsrichtungen.

Claims

1. Tragbarer Rechner (116), der Folgendes umfasst:

a) eine Grundeinheit (118) mit einem seitlichen Steckplatz (132) zum Aufnehmen einer Funkeinschubeinheit (130);

b) eine Abdeckeinheit (114), die einen durch Scharniere an einem Ende der Grundeinheit verbundenen Anzeigebildschirm enthält, damit der Anzeigebildschirm im geöffneten Zustand sichtbar ist;

c) eine Antenneneinheit, die Bestandteil der Abdeckeinheit ist;

d) ein Teleskopantennenmodul (110), das sich in die Antenneneinheit hinein- und aus ihr herausbewegt und das elektromagnetische Strahlung empfängt, wenn sie aus der Vorderseite der Abdeckung herausragt;

dadurch gekennzeichnet, dass

das Antennenmodul zwei elektromagnetisch entkoppelte und durch ein nichtleitendes Material voneinander getrennte Leiter (220, 222) unterschiedlicher Längen umfasst, so dass die Antenne unter Verwendung eines der Leiter in einem Frequenzbereich arbeitet, wenn die Antenne teilweise ausgefahren ist, und unter Verwendung des anderen Leiters in einem anderen Frequenzbereich arbeitet, wenn die Antenne vollständig ausgefahren ist.

2. Tragbarer Rechner nach Anspruch 1, wobei die Antenneneinheit in einer Hülse, die elektromagnetische Strahlung abschirmt, an der Seite der Abdeckeinheit befestigt ist.

3. Tragbarer Rechner nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich die Antenneneinheit in der Abdeckeinheit befindet, die aus einem elektromagnetischen Abschirmmaterial besteht.

4. Tragbarer Rechner nach einem der vorangehenden Ansprüche, der Folgendes enthält:

a) ein Schlüsselmittel an dem Antennenmodul;

b) eine Hülse mit darin befindlichen unterschiedlich langen Nuten zum Aufnehmen des Schlüsselmittels, um die Aufwärtsbewegung des Antennenmoduls aus der Abdeckeinheit bis zu der teilweise ausgefahrenen Stellung zu begrenzen, wenn sich der Schlüssel in einer der Nuten befindet, und bis zu der vollständig ausgefahrenen Stellung zu begrenzen, wenn sich der Schlüssel in der anderen Nut befindet.