DE4024090A1 - Sende- und/oder empfangsantenne fuer ein tragbares, in verschiedenen kommunikationsarten betreibbares geraet der nachrichtentechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sende- und/oder Empfangsantenne für ein tragbares, in verschiedenen Kommunikationsarten betreibbares Gerät der Nachrichtentechnik gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Um dem Wunsch des Fernsprechteilnehmers nach mobiler Kommunikation zu entsprechen, sind in den letzten Jahren verstärkt Mobilfunkdienste, die man grob in die Bereiche Funktelefondienst, Funkrufdienst und andere Mobilfunkdienste, z. B. Datenfunk oder Betriebsfunk, gliedern kann, weiter entwickelt worden.

Auch durch sogenannte schnurlose Telefonapparate (cordless telephone) kann der Bewegungsbereich des Benutzers erweitert werden. Die Informationsübertragung zwischen einer Basisstation und der zugehörigen Mobilstation des schnurlosen Telefonapparates erfolgt über ein Funkübertragungskanalpaar. Die Basisstation wird mittels einer Verbindungsdose an das Fernmeldenetz angeschlossen, so daß für den Benutzer beispielsweise der Zugang zum Öffentlichen Fernsprechnetz möglich ist.

Dadurch, daß die Basisstation und die Mobilstation über einen Funkübertragungskanal miteinander in Verbindung stehen, ist der Bewegungsbereich des Benutzers auf einen Umkreis bis zu 200 m zum jeweiligen Anschluß (Verbindungsdose) erweitert.

Bei der Basisstation löst ein von der zugehörigen Steuereinrichtung erkannter ankommender Ruf auf der Amtsleitung die Funkkanalsuche aus. Durch Betätigen der Gabelumschalt-Taste wird in der Mobilstation die Funkkanalsuche eingeleitet. In der EP-B1-00 74 940 ist der dabei vorgenommene Kennungsaustausch und in der EP-A2-03 43 465 eine drehbare Antenne mit Lager und Gegengewicht näher beschrieben und erläutert.

Eine weitere Anwendung für schnurlose Telefonapparate ist bei öffentlichen Telepoint-Diensten gegeben. Beim Telepoint-Dienst sind die Basisstationen an öffentlichen Stellen, wie etwa an großen Plätzen, Bahnhöfen, Flughäfen, Einkaufszentren, Autobahnraststätten, usw. installiert. Der Besitzer eines geeigneten Handapparates (Mobilteil) kann im Umkreis von einigen 100 Metern einer solchen Basisstation an das öffentliche Fernsprechnetz gelangen, um Gespräche zu führen.

Um die Erreichbarkeit im häuslichen Bereich oder im Büro zu verbessern, wurde der europäische Funkrufdienst eingeführt, bei dem ein Funkrufempfänger über maximal vier Rufnummern erreichbar ist. In der Funkrufzentrale werden Codesignale gebildet, die dem mit der Funkrufzentrale verbundenen UKW-Sender zur Rufaussendung zugeführt werden. Die ausgesendeten Codesignale werden vom Funkrufempfänger empfangen und decodiert. Bei Übereinstimmung zwischen dem im Decoder eingestellten Code mit dem empfangenen Code werden ein akustisches und ein optisches Signal erzeugt. Die Bedeutung der Codesignale muß zwischen dem Funkrufteilnehmer und dem anrufenden Teilnehmer abgesprochen sein.

Weiterhin ist ein als City-Ruf bezeichneter Funkrufdienst bekannt. Beim City-Ruf werden kurze Informationen als Ziffern oder Texte auf der Anzeigeeinrichtung (Display) des Funkrufempfängers dargestellt. Die Informationsübermittlung ist beim City-Ruf in drei Rufklassen möglich: Nur-Ton für Ton-Funkrufempfänger, die entsprechend wie beim europäischen Funkrufdienst vier verabredete Signale empfangen können; Numeric für Numeric-Funkrufempfänger zum Empfang von bis zu fünfzehn Ziffern oder Sonderzeichen und Alphanumeric für Alphanumeric-Funkrufempfänger zum Empfangen von Text (Ziffern- und Buchstabenfolgen) bis zu achtzig Zeichen.

Der City-Rufdienst wird in regionalen Zonen (sog. Rufzonen) ausgestrahlt, wobei das Versorgungsgebiet in etwa den gesamten Einzugsbereich einer großen Stadt abdeckt.

Der City-Ruf kann von den Teilnehmern auch grenzüberschreitend genutzt werden, beispielsweise kann der Funkrufdienst Alphapage in Frankreich, Teledrine in Italien sowie Europage in Großbritannien genutzt werden. Hierzu muß sich der City-Ruf-Teilnehmer in eine internationale europäische Rufzone einbuchen. Für die Verwendung in Funkrufsystemen wurde ein europäischer Standard gemäß "CCIR Radio Paging Code No. 1" (Pocsag-Code gemäß British Post Office Code Standardistation Advisory Group) vereinbart. Die Struktur des Poscag-Codes (beispielsweise in der EP-B1-01 18 153 beschrieben) und der Aufbau der Codewörter (Adreß- und Nachrichten- Codewörter) sind an die Eigenschaften des Funkübertragungskanals angepaßt.

Aus der DE-PS 38 39 015 ist ein schnurloses Telefon bekannt, bei dem das Mobilteil des schnurlosen Telefons zusätzlich die Funktion eines Funkrufempfängers übernimmt. Hierzu wird die im Mobilteil vorhandene Schaltung aus Mikroprozessorschaltung, Bedienungs- und Anzeigeelementen mitbenutzt, um die vom Mobilteil empfangene Nachricht zu formatieren und anzuzeigen. Eine Anregung, wie die Kombination aus Mobilteil und Funkrufempfänger realisiert werden kann, ist dem Gegenstand der DE-PS 38 39 015 nicht zu entnehmen.

Weiterhin ist in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 40 19 010.2 der Anmelderin vom 13.06.1990 eine Funkgerätekombination, insbesondere eine Kombination aus telepointfähigem Mobilteil und/oder Mobilteil eines schnurlosen Telefonapparats mit im Mobilteil integriertem Funkrufempfänger vorgeschlagen worden, bei dem durch den Benutzer oder automatisch durch den Mikroprozessor die Konfiguration von Modulen einer einzigen im Mobilteil angeordneten Empfängereinrichtung änderbar ist. Dadurch wird der Zugang zu verschiedenen Fernmeldediensten ermöglicht.

Im einzelnen enthält die Empfängereinrichtung der Funkgerätekombination einen ersten und zweiten Mischer und eine zwischen erstem und zweitem Mischer angeordnete Schalteinrichtung. Bei einer ersten Ausführungsform weist das Mobilteil zwei Antennen auf und die Schalteinrichtung, deren Ausgang an den zweiten Mischer angeschlossen ist, ist entweder mit dem ersten Mischer oder mit einer der beiden Antennen verbunden. Bei einer zweiten näher beschriebenen Ausführungsform ist der erste Mischer als Verstärker schaltbar, wodurch nur eine Antenne im Mobilteil erforderlich ist.

Ein weiteres multifunktionales, in verschiedene Betriebsarten umsteuerbares Funkgerät ist in der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 40 19 009.9 der Anmelderin vom 13.06.1990 beschrieben, bei dem zusätzlich noch ein Anrufbeantworter im Mobilteil integriert ist.

Bei solchen Geräten oder Gerätekombinationen tritt nun das Problem der Ausgestaltung der Antenne auf, da deren Form und Größe in der Regel durch das Gerät, insbesondere durch das Geräte-Gehäuse vorbestimmt wird.

Bei Antennen, die im Gerät integriert sind, steht für die Antenne selbst meist nur sehr wenig Raum zur Verfügung. Ein besonderer Fall sind kleine Funkrufempfänger, die beispielsweise in der Brusttasche getragen werden.

Es ist meist nicht möglich, herkömmliche Dipole (λ/2-Dipol) einzusetzen, da die Längenausdehnung zu groß ist oder bei Verkürzung der Länge des Dipols der Wirkungsgrad sinkt.

Aus diesem Grund werden meist Einwindungsrahmen (auch Ringantenne genannt) eingesetzt. Diese Antennen brauchen kein Gegengewicht. Als Nachteil ist anzusehen, daß die Rahmenlänge λ/4 oder ein Mehrfaches davon sein sollte, um entsprechende Phasenbeziehungen in den Antennenteilen (Einzelelemente der Antenne) sicherzustellen. Eine Antenne mit λ/2 Rahmenlänge läßt sich wegen der Phasenprobleme nicht anwenden.

In den Funkrufempfängern lassen sich infolge der Gehäuseform lange schmale Antennen meist gut unterbringen. Eine Antenne mit λ/4 Länge wird dadurch nur wenig Fläche einschließen, wodurch der Wirkungsgrad sinkt.

In dem Fachbuch "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik" von Meinke/Gundlach, 2. Auflage, erschienen im Springer-Verlag, 1962, Seiten 542 bis 547 sind verschiedene Ausführungsformen von Rahmen- und Ringantennen ausführlich beschrieben und erläutert. Im Vergleich von Rahmen- und Ringantenne als Empfangsantennen ist auf Seite 543 ausgeführt, daß der Ringantenne die Rahmenantenne weit überlegen ist, allerdings eine Anwendung aus naheliegenden baulichen Gründen auf kürzere Wellenlänge beschränkt ist. Auf Seite 544 des obengenannten Fachbuchs sind Ausführungsformen von Ringantennen mit einer und mit zwei Speisungsstellen näher beschrieben. Breitbandeigenschaften hat die mit zwei Wirkwiderständen abgeschlossene, zweifach gespeiste Ringantenne von Abb. 24.4 d, deren Wirkungsgrad für S < S_max (S:Umfang) allerdings klein ist.

Schließlich ist aus der EP-A2-03 48 187 ein tragbarer Funkempfänger bekannt, in dessen Schutzgehäuse zwei Antennen untergebracht sind. Während des Gesprächszustandes wird die elektrische Feldstärke gemessen und gegebenenfalls eine Umschaltung auf die Antenne mit der höheren Empfangsspannung vorgenommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sende- und/oder Empfangsantenne für ein tragbares Gerät der Nachrichtentechnik auszugestalten, welches in verschiedenen Kommunikationsarten betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Antenne durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Antenne weist den Vorteil auf, daß auf überraschend einfache Art und Weise durch das Zusammenschalten von Antennenelementen eine Antenne konfiguriert werden kann, welche in bestimmten Frequenzbändern eines breiten Frequenzbereichs betrieben werden kann, ohne daß sich der Wirkungsgrad der Antenne im jeweiligen Frequenzband des Mobilfunkdienstes und/oder des schnurlosen Telefonapparats verringert. Als Schalteinrichtung kann beispielsweise eine aus der DE-PS 27 09 096 bekannte Antennenumschalteinrichtung benutzt werden, welche beim Gegenstand der DE-PS 27 09 096 zum Umschalten zwischen Empfangs- und Sendebetrieb dient.

Die Ausführungsform der Antenne nach Patentanspruch 2 weist den Vorteil auf, daß hohe Anforderungen an die Empfindlichkeit der Antenne erfüllt werden. Der Hauptspeisungspunkt wird dabei so gewählt, daß dieser von den beiden Speisungspunkten auf der Antenne gleich weit entfernt ist.

Gemäß der Ausführungsform nach Patentanspruch 3 hat die Antenne eine Länge von λ/2 und wirkt wie zwei parallel geschaltete λ/4-Antennen. Dadurch wird die eingeschlossene bzw. ausgekoppelte Fläche verdoppelt, so daß beispielsweise die Empfangsspannung um den Faktor √ steigt.

Die Ausführungsform der Antenne nach Patentanspruch 4 weist den Vorteil auf, daß - bei gleichphasiger Speisung der Antennenelemente - der Gewinn in der Horizontalebene entsprechend der vorgegebenen Forderung verändert werden kann.

Gemäß der Ausführungsform der Antenne nach Patentanspruch 5 sind die Antennenelemente in Form einer Acht zusammenschaltbar. Dadurch kann die Antenne an die Form und Größe der meist rechteckigen Geräte angepaßt werden, ohne daß sich im Vergleich zur strengen Kreisform die Strahlungsdiagramme wesentlich ändern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher beschrieben und erläutert. Dabei wird von der Anwendung bei einem schnurlosen Telefonapparat kombiniert mit einem Funkrufempfänger ausgegangen. Der Einsatz in anderen drahtlosen Nachrichtenübertragungssystemen, z. B. Mobilfunkdiensten wie Funktelefondienst, Datenfunk, Betriebsfunk usw., ist ebenfalls möglich.

Die Antenne ist im Gerät G integriert und weist mindestens zwei Antennenelemente A1, A2 auf. Durch eine im Gerät G angeordnete Schalteinrichtung S, welche mit einer einzigen Empfängereinrichtung E, einer Sendeeinrichtung SE und einer Steuereinrichtung ST in Verbindung steht, erfolgt die Zusammenschaltung der Antennenelemente A1, A2.

Die Antennenelemente A1, A2 sind jeweils als Ringantennen ausgestaltet und werden durch die Schalteinrichtung S zu einer zweifach gespeisten Ringantenne zusammengeschaltet.

Durch die Schalteinrichtung S werden die Antennenelemente A1, A2, welche jeweils eine Länge von λ/4 aufweisen, über Kreuz verbunden und gemeinsam abgestimmt. Dadurch weist die Antenne eine Länge von λ/2 auf und wirkt wie zwei parallel geschaltete λ/4-Antennen.

Die Antennenelemente A1, A2 liegen in derselben Antennenebene oder in parallelen oder in einen Winkel zueinander einschließenden Antennenebenen.

Für mindestens eines der Antennenelemente A1, A2 erfolgt die Auskopplung induktiv, kapazitiv oder galvanisch. Dadurch können vorgegebene Forderungen, z. B. wie beim Gegenstand der EP-A2-03 43 465 die Forderung nach galvanischer Trennung der Antenne vom Leitungsnetz zur Stromversorgung des schnurlosen Telefonapparats, erfüllt werden.

Bei der in der Figur dargestellten Ausführungsform der Antenne weisen die Antennenelemente A1, A2 eine quadratische Form auf und sind durch die Schalteinrich­ tung S in Form einer Acht zusammenschaltbar.

In dieser Betriebsart dient die Antenne als Sende- und Empfangsantenne für den schnurlosen Telefonapparat. Die in der Bundesrepublik Deutschland zugelassenen schnurlosen Telefonapparate weisen eine Sendeleistung von bis zu 10 mW auf und für den Aufbau einer Verbindung stehen 40 oder 80 Funkkanäle zur Verfügung. Die mit CT1 bezeichneten schnurlosen Telefonapparate hatten ursprünglich 40 Funkkanäle (mit FDMA; Frequency Division Multiple Access) im um 900 MHz liegenden Frequenzband zur Verfügung. Die Breite eines Kanals beträgt 25 kHz und die beiden Duplexrichtungen werden durch zwei Frequenzen mit einem Abstand von 45 MHz getrennt (mit FDD, Frequency Division Duplex). Neuere, als CT1+ bezeichnete schnurlose Telefonapparate weisen im Frequenzband 885 bis 887/930 bis 932 MHz 80 Funkkanäle zu je zwei mal 25 kHz auf, so daß insgesamt 4 MHz verfügbare Frequenzbandbreite genutzt werden.

Beim zukünftigen DECT (Digital European Cordless Telephone) wird voraussichtlich ein gemischtes TDMA/FDMA-Verfahren (TDMA; Time Division Multiple Access) angewandt, wobei auf einen Träger 12 Duplexkanäle mittels eines TDMA/TDD-Zugriffs (Zeitmultiplex und Zeitduplex) zur Verfügung stehen. Die 12 oder 13 Träger sollen im Frequenzband von 1,88 bis 1,9 GHz liegen, wodurch insgesamt ca. 150 Funkkanäle mit einer Frequenzbandbreite von 20 MHz für die Nachrichtenübertragung genutzt werden können.

Mit der Schalteinrichtung S zur Zusammenschaltung der Antennenelemente A1, A2 kann auf überraschend einfache Art und Weise die Anpassung an zukünftige Systemparameter vorgenommen werden. Dies kann beispielsweise in der Weise erfolgen, daß für den Betrieb als CT1+ die Antennenelemente A1, A2 als einfach gespeiste Ringantenne zusammen geschaltet werden (in der Zeichnung strichliniert dargestellt), während für den Betrieb als DECT die Antennenelemente A1, A2 durch die Schalteinrichtung S über Kreuz verbunden und zweifach gespeist werden.

Entsprechend kann die Umschaltung zwischen Betrieb als schnurloses Telefon oder als Cityrufempfänger erfolgen, wobei dann in der zuletzt genannten Betriebsart die Antennenelemente A1, A2 als einfach gespeiste Ringantenne zusammen geschaltet werden (in der Zeichnung strichliniert dargestellt). Die modulierten und über die Antenne abgestrahlten Hochfrequenzsignale weisen dabei folgende Eigenschaften auf:

• - Senderfrequenz um 466 MHz,
• - Frequenzhub ± 4 kHz, logisch "0" entspricht der höheren Frequenz,
• - Kanalabstand 20 kHz,
• - Datenrate 512 Bit/s, 1200 Bit/s ist geplant.

Zur Erzielung der Breitbandeigenschaft können in den Antennenelementen A1, A2 Wirkwiderstände eingefügt werden (in der Zeichnung nicht dargestellt). In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Antennenelemente unterschiedliche Längen aufweisen (um unterschiedliche Frequenzbereiche abzudecken) und/oder können Antennenelemente in entsprechender Anordnung zusammengeschaltet werden. Beispielsweise ist es möglich, vier gekreuzte λ/4 Antennenelemente in Schmetterlingsform zusammenzuschalten.

Das Umschalten bzw. Zusammenschalten kann durch passive und/oder aktive Schaltelemente erfolgen. Dabei können die aktiven Schaltelemente, z. B. Schaltverstärker in deren Wirkung (Verstärkung) gesteuert werden.

Claims (6)

1. Sende- und/oder Empfangsantenne für ein tragbares, in verschiedenen Kommunikationsarten betreibbares Gerät der Nachrichtentechnik, insbesondere für einen Rundfunkempfänger und/oder ein telepointfähiges Mobilteil und/oder Mobilteil eines schnurlosen Telefonapparats und/oder einen Rufempfänger, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne im Gerät (G) integriert ist und mindestens zwei Antennenelemente (A1, A2) aufweist und daß durch eine im Gerät (G) angeordnete Schalteinrichtung (S), welche mit einer einzigen Empfängereinrichtung (E), einer Sendeeinrichtung (SE) und einer Steuereinrichtung (ST) in Verbindung steht, die Zusammenschaltung der Antennenelemente (A1, A2) erfolgt.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenelemente (A1, A2) jeweils als Ringantennen ausgestaltet sind und durch die Schalteinrichtung (S) zu einer zweifach gespeisten Ringantenne zusammengeschaltet werden.

3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenelemente (A1, A2), welche jeweils eine Länge von etwa λ/4 aufweisen, durch die Schalteinrichtung (S) über Kreuz verbunden und gemeinsam abgestimmt sind, wodurch die Antenne eine Länge von λ/2 aufweist und wie zwei parallel geschaltete λ/4-Antennen wirkt.

4. Antenne nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenelemente (A1, A2) in derselben Antennenebene oder in parallelen oder in einen Winkel zueinander einschließenden Antennenebenen liegen.

5. Antenne nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenelemente (A1, A2) eine quadratische Form aufweisen und durch die Schalteinrichtung (S) in Form einer Acht zusammenschaltbar sind.

6. Antenne nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens eines der Antennenelemente (A1, A2) die Auskopplung induktiv, kapazitiv oder galvanisch erfolgt.