DE69619453T2

DE69619453T2 - Einrichtung zur Verbindung eines Radiotelefonapparates mit einer aussenliegenden Antenne

Info

Publication number: DE69619453T2
Application number: DE69619453T
Authority: DE
Inventors: Antero Lehtola
Original assignee: Nokia Oyj; Nokia Inc
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1995-09-26
Filing date: 1996-08-16
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2016-08-17
Also published as: EP0766339A3; EP0766339B1; FI954552L; FI954552A0; EP0766339A2; DE69619453D1; FI954552A7; US5822705A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden eines Funkkommunikationsgeräts, vorzugsweise eines Mobiltelefons in einem Zellennetz, mit einer Außenantenne. Die Erfindung ist vorzugsweise bei der Verbindung eines Mobiltelefons mit einer Fahrzeugantenne anwendbar.
Um die Verwendbarkeit eines Mobiltelefons in einem Fahrzeug zu verbessern, ist es in der Technik bekannt, die sogenannte Fahrzeugantenne außerhalb der Karosserie zu verwenden, wobei das im Fahrzeug zu benutzende Mobiltelefon über ein Koaxialkabel, dessen eines Ende mit einem HF-Verbinder versehen ist, mit der Antenne verbunden ist. Zu diesem Zweck muss das bekannte Mobiltelefon über ein Gegenstück zum HF-Verbinder verfügen. Die eingebaute Mobiltelefonantenne muss in diesem Fall abgetrennt werden, was entweder durch einen automatischen Taktunterbrecher erfolgt, der mit dem Gegenstück zum HF-Verbinder gekoppelt ist, oder dadurch, dass der Benutzer einen gesonderten Kontaktunterbrecher verwendet, so dass durch die gleichzeitige Verwendung der eingebauten Antenne und der Fahrzeugantenne keine Störungen und Verluste auftreten.
Der genannte HF-Verbinder und sein Gegenstück können z. B. eine übliche Koaxialverbindung auf Grundlage einer galvanischen Verbindung erzeugen, jedoch unterliegt diese Art einer Lösung Oxidation, Schmutz und Abnutzung. In der Technik sind die finnische Patentveröffentlichung Nr. 84536 und die entsprechende EP-Veröffentlichung Nr. 0 399 975 bekannt, die eine Lösung beschreiben, bei der die HF-Kopplung zwischen dem Mobiltelefon und dem Verbinder der Fahrzeuganlage kapazitiv über ein entsprechendes Paar von Metallplatten gebildet ist. Diese Lösung überwindet die oben genannten Probleme hinsichtlich Oxidation, Verschmutzung und Abnutzung, jedoch beseitigt sie nicht das Erfordernis eines gesonderten HF-Unterbrechers zum Abschalten der eingebauten Antenne im Mobiltelefon während der Benutzung im Fahrzeug.
In der Technik ist das Patent GB-2 266 997 bekannt, das für eine Lösung gemäß der Fig. 1 sorgt, bei der ein Verbinder B mit einem Resonanzelement C durch eine Befestigungseinrichtung vom Typ mit Einhakbarkeit und Verbindungsschleife oder dergleichen am Gehäuse des Mobiltelefons A befestigt wird, damit dieses in einem Fahrzeug benutzbar ist. Durch Verbinden des Verbinders B mit dem Mobiltelefon A wird das genannte Resonanzelement C so nahe an die eingebaute Antenne D des Mobiltelefons gebracht, dass es elektromagnetisch mit der Antenne gekoppelt ist und in Resonanz gerät, so dass es von der Mobiltelefonantenne B emittierte und durch Koaxialkabel E an die Fahrzeugantenne übertragene HF-Energie absorbiert. Ein Nachteil dieser Lösung ist die Abhängigkeit der Verbindung zwischen der Mobiltelefonantenne D und dem Resonanzelement C von ihrem wechselseitigen Ort. Auch lädt das externe Resonanzelement die Mobiltelefonantenne auf elektrische Weise, wodurch seine Resonanzfrequenz abfällt und die Kopplung im oberen Teil des zu verwendenden Frequenzbands schwächer wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Verbinden eines Funkkommunikationsgeräts, vorzugsweise eines Mobiltelefons in einem Zellennetz, mit einer Außenantenne so zu schaffen, dass die oben genannten Nachteile in Zusammenhang mit den bekannten Lösungen teilweise vermieden und teilweise verringert werden können. Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Verbinden des Funkkommunikationsgeräts mit einer Außenantenne ohne gesonderten Umschalter für die Antenne zu schaffen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Realisieren der oben genannten Kopplung mit minimalen Verlusten zu schaffen.
Die Aufgabe der Erfindung kann durch eine Konstruktion gelöst werden, die lösbar am Funkkommunikationsgerät angebracht wird, und ein Resonanzelement, ein Erdungselement und ein Anpassungselement aufweist, die auf eine nachfolgend detailliert beschriebene Weise miteinander verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Resonanzelement und einer Signalübertragungseinrichtung, wobei das Resonanzelement über einen ersten und einen zweiten Verbindungspunkt verfügt, ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung zum Verbinden des ersten Verbindungspunkts des Resonanzelements mit der Massepotenzialebene sowie eine Einrichtung zum Verbinden des zweiten Verbindungspunkts mit der Signalübertragungseinrichtung aufweist.
Die Erfindung beruht auf der Idee, dass mittels eines Erdungselements, das kapazitiv mit der Masseebene des Funkkommunikationsgeräts verbunden ist, und durch ein mit dem Resonanzelement gekoppeltes Anpassungselement eine Anpassung für das elektromagnetisch mit der Mobiltelefonantenne gekoppelte Resonanzelement erzielt werden kann, wodurch die Abhängigkeit der Kopplung von der wechselseitigen Positionierung des Resonanzelements und der Mobiltelefonantenne und auch die Übertragungsverluste der Kopplung beträchtlich gesenkt werden können.
Der erfindungsgemäße Aufbau wird nachfolgend anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.
Fig. 1 veranschaulicht einen bekannten Aufbau, bei dem ein Resonanzelement mit dem Gehäuse eines Mobiltelefons verbunden ist, um zwischen ihm und der Mobiltelefonantenne eine elektromagnetische Kopplung zu erzielen;
Fig. 2 ist ein Schaltbild einer Verbindungsanordnung gemäß der Erfindung;
Fig. 3 veranschaulicht den Aufbau einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 veranschaulicht schematisch die Kopplung der Ausführungsform der Fig. 3 mit einem Mobiltelefon;
Fig. 5a veranschaulicht den Aufbau einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und deren Kopplung mit einem Mobiltelefon; und
Fig. 5b veranschaulicht den Aufbau einer dritten Ausführungsform der Erfindung und deren Kopplung mit einem Mobiltelefon.
Vorstehend würde ein bekannter Aufbau gemäß der Fig. 1 beschrieben, so dass nachfolgend die Ausführungsformen der Erfindung hauptsächlich unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 beschrieben werden. In den Figuren der Zeichnungen sind entsprechende Element mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet. Nachfolgend wird ein Funkkommunikationsgerät, mit dem die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird, als Mobiltelefon bezeichnet.
In der Fig. 2 ist die Verbindungsanordnung gemäß der Erfindung als Schaltbild veranschaulicht. Im Diagramm existiert eine Antenne 1 des Mobiltelefons, vorzugsweise als Wendelspulenleiter, der in der Nähe der Massepotenzialebene 2 des Mobiltelefons eine Wendelantenne bildet. Gemäß der Erfindung wird nahe der Antenne ein Resonanzelement 3 angeordnet, das ebenfalls vorzugsweise ein Wendelspulenleiter ist, wobei dessen elektrische Länge vorzugsweise ein Viertel der genutzten Wellenlänge ist. Zwischen der Mobiltelefonantenne 1 und dem Resonanzelement 3 existiert eine elektromagnetische Kopplung 4, die bei der bevorzugten Ausführungsform induktiver Art ist. Das Resonanzelement 3 verfügt über einen ersten Verbindungspunkt 5, der sich bei der beispielhaften Ausführungsform an seinem unteren Ende befindet, wobei das Resonanzelement von hier durch eine kapazitive Kopplung 6 mit der Masseebene 2 des Mobiltelefons verbunden ist.
Das Resonanzelement 3 verfügt über einen zweiten Verbindungspunkt 7, an dem es mit dem Koaxialkabel 8 verbunden ist, um die in diese eingekoppelte HF- Energie an eine Außenantenne, vorzugsweise eine Fahrzeugantenne 17, zu übertragen. Anstelle eines Koaxialkabels 8 könnte ein Anschluss mit einem damit verbundenen gesonderten Leiter verwendet werden oder irgendeine andere in der Technik bekannte Signalübertragungseinrichtung. Der Ort des zweiten Verbindungspunkts 7 in Bezug auf die Enden des Resonanzelements 3 und speziell in Bezug auf den ersten Verbindungspunkt 5 ist so bestimmt, dass die Impedanz der Verbindungsanordnung gemäß der Verbindung auf die bestmögliche Weise an die Impedanz der Außenantenne angepasst ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der das Resonanzelement 3 eine Wendel ist, wird die Verbindung mit dem Koaxialkabel 8 als Abgriff bezeichnet, und sie befindet sich ungefähr eine Windung entfernt vom geerdeten Element 5 der Wendel. Der Mantel 9 des Koaxialkabels ist über dieselbe kapazitive Kopplung 6 wie der erste Verbindungspunkt 5 des Resonanzelements 3 mit der Masseebene des Mobiltelefons verbunden. Die kapazitive Kopplung zwischen der Masseebene 2 des Mobiltelefons und dem Mantel 9 des Koaxialkabels verhindert, dass Gehäuseströme des Mobiltelefons Störsignale emittieren.
Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung verfügt ferner über ein Anpassungselement 10, das ebenfalls in der Nähe der Mobiltelefonantenne 1 liegt. Es handelt sich vorzugsweise um ein Resonanzelement, insbesondere ein Wendelelement, das dazu vorgesehen ist, die in der Anordnung auftretenden Übertragungsverluste zu senken. Das Anpassungselement 10 ist über eine elektromagnetische Kopplung 11 insbesondere mit der Mobiltelefonantenne 1 gekoppelt, jedoch mit einer schwächeren Kopplung 12 auch mit dem Resonanzelement 3, wobei seine elektrische Länge vorzugsweise der Hälfte der genutzten Wellenlänge entspricht. Dies verringert Abstrahlungsverluste von der Mobiltelefonantenne und erhöht die Reflexionsverluste der erfindungsgemäßen Anordnung sowohl aus der Richtung des Anschlusses 13 der Mobiltelefonantenne als auch aus der Richtung der Außenantenne 17, was die Übertragungsverluste der Anordnung senkt.
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu vorgesehen ist, mit einer trennbaren Verbindung mit einem in einem Fahrzeug oder dergleichen zu nutzenden Mobiltelefon verbunden zu werden, muss sie über Kontaktaufbauten verfügen und vorzugsweise über eine möglichst einfache mechanische Verbindung mit dem Mobiltelefon verbindbar sein. Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Resonanzelement 3 und das Anpassungselement 10 Wendelspulenleiter, d. h. Wendeln, sind. Sie sind durch einen nicht leitenden Mantel 13 abgedeckt, was zu einem kompakten Aufbau führt. Die Anordnung verfügt auch über eine Masseplatte 14. Die Konstruktion ist dergestalt, dass dann, wenn die Vorrichtung gemäß der Fig. 3 mit einem Mobiltelefon (nicht dargestellt) verbunden ist, die Masseplatte 14 in der Nähe irgendeines geerdeten, plattenähnlichen Teils des Mobiltelefons liegt, so dass diese beiden gemeinsam eine kapazitive Masseverbindung bilden, die im Schaltbild der Fig. 2 durch die Bezugszahl 6 gekennzeichnet ist. Das Ziel der kapazitiven Kopplung besteht im Vermeiden von Nachteilen einer galvanischen Verbindung, wie sie oben in Zusammenhang mit der bekannten Lösung beschrieben sind. Das Koaxialkabel 8 ist so mit der Konstruktion verbunden, dass sein Innenleiter mit dem Abgriffpunkt 7 des Resonanzelements 3 verbunden ist und sein Mantel 9, wie auch der erste Verbindungspunkt 5 des Resonanzelements 5, mit der Masseplatte 14 verbunden ist. Wenn die elektrische Länge der Masseplatte 14 ein Viertel der Wellenlänge beträgt, dämpft sie auch Mantelströme, die sich auf andere Weise vom Resonanzelement 3 zur Antennenleitung 8 ausbreiten. Die in der Fig. 3 dargestellte Verbindung, durch die die Masseplatte 14 mit dem Rest des Aufbaus verbunden ist, ist für die Erfindung nicht wesentlich, sondern sie veranschaulicht nur eine mögliche Realisierung.
Bei der Ausführungsform der Fig. 3 ist das Anpassungselement als Schleife gebogen, um besser in das Innere des Gehäuses 13 zu passen und zu einem kleinen Aufbau zu führen. Wenn die Vorrichtung gemäß der Fig. 3 auf die in der Fig. 4 veranschaulichte Weise mit einem Mobiltelefon verbunden ist, befindet sich das Resonanzelement 3 in der Nähe der Mobiltelefonantenne 1, und das andere Ende des Anpassungselements 10 liegt nahe der Oberseite der Mobiltelefonantenne 1. Auf diese Weise können zwischen den verschiedenen Elementen die erforderlichen elektromagnetischen Kopplungen erzielt werden.
Die Ausführungsform der Fig. 3 entspricht der einzigen Art zum wechselseitigen Positionieren der Antenne 1 und der Elemente 3 und 10 bei der erfindungsgemäßen Anordnung. Das Gehäuse 13 kann gemäß den Fig. 5a und 5b so konzipiert werden, dass es über eine zylindrische Aussparung 15 (Fig. 5a) oder eine Öffnung 16 (Fig. 5b) verfügt, in die die Mobiltelefonantenne 1 eingeschoben wird, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Mobiltelefon zusammengesetzt werden. Bei dieser Art von Anordnung kann entweder das Resonanzelement 3 oder das Anpassungselement 10 oder beide so angeordnet werden, dass sie sich während des Betriebs koaxial zur Mobiltelefonantenne befinden, wobei eine vollständige oder teilweise Überlappung besteht. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 ist das Resonanzelement 3 benachbart zur Mobiltelefonantenne 1 angeordnet, und das Anpassungselement 10 befindet sich koaxial zur Mobiltelefonantenne, wobei es mit dieser teilweise überlappt. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 sind sowohl das Resonanzelement 3 als auch das Anpassungselement 10 mit vollständig überlappender Anordnung koaxial zur Mobiltelefonantenne positioniert. Auch könnte bei der Ausführungsform der Fig. 5a das Anpassungselement im Teil, der sich nicht um die Aussparung 15 herum befindet und demgemäß mit der Mobiltelefonantenne 1 überlappt, als Schleife gebogen sein. Die Ausführungsformen der Fig. 5a und 5b geben nur beispielhaft die wechselseitige Position der Antenne 1 und der Elemente 3, 10 an, und der Deutlichkeit halber sind andere Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung weggelassen.
Die Erfindung ist im Vergleich mit den bekannten Lösungen von beträchtlichem Vorteil. Ein Mobiltelefon muss nicht zur Verwendung in einem Fahrzeug mit irgendwelchen speziellen Komponenten versehen sein, was die Herstellkosten des Telefons senkt und Raum einspart. Die erfindungsgemäße Anordnung verfügt über keine Verbindungsflächen, die Schmutz, Oxidation oder Abnutzung ausgesetzt sind, was die Zuverlässigkeit im Gebrauch verbessert. Durch die erfindungsgemäße Lösung werden beim Verbinden eines Mobiltelefons mit einer Außenantenne kleinere Übertragungsverluste als bei bekannten Vorrichtungen erzielt, und sie arbeitet im gesamten Frequenzbereich, z. B. im GSM- System, für Mobiltelefone, für die sie speziell geeignet ist, auf gute Weise. Wenn die in der detaillierten Beschreibung der Erfindung oben genannten Elemente geeignet konzipiert werden, ist die Erfindung bei vielen anderen Systemen und in mehreren Frequenzbereichen anwendbar.

Claims

1. Vorrichtung zum Verbinden eines mit einer ersten Antenne (1) versehenen Funkkommunikationsgeräts mit einer zweiten Antenne (17), wobei diese Vorrichtung Folgendes aufweist:

- ein Resonanzelement (3) zum Übertragen von Funkenergie über eine elektromagnetische Kopplung (4) zwischen der ersten Antenne und dem Resonanzelement (3), wobei das Resonanzelement über einen ersten Verbindungspunkt (5) und einen zweiten Verbindungspunkt (7) verfügt; und

- eine Signalübertragungseinrichtung (8) zum Übertragen der Funkenergie zwischen dem Resonanzelement (3) und der zweiten Antenne (17);

gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung (14) zum elektrischen Verbinden des ersten Verbindungspunkts (5) des Resonanzelements (3) mit der Massepotenzialebene (2) des Funkkommunikationsgeräts und zum Verbinden des zweiten Verbindungspunkts (7) mit der Signalübertragungseinrichtung (8); und

- ein Anpassungselement (10), das elektromagnetisch mit der ersten Antenne (1) verbindbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung (14) zum Verbinden des ersten Verbindungspunkts (5) über eine kapazitive Kopplung (6) mit der Massepotenzialebene (2) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Verbinden des ersten Verbindungspunkts (5) über eine kapazitive Kopplung mit der Massepotenzialebene (2) eine Masseplatte (14) aufweist, deren elektrische Länge im Wesentlichen einem Viertel der Wellenlänge entspricht, die der Betriebsfrequenz des Funkkommunikationsgeräts entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassungselement (10) außerdem elektromagnetisch mit dem Resonanzelement (3) koppelt.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonanzelement (3) ein Wendelspulenleiter ist, dessen elektrische Länge im Wesentlichen einem Viertel der Wellenlänge entspricht, die der Betriebsfrequenz des Funkkommunikationsgeräts entspricht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassungselement (10) ein Wendelspulenleiter ist, dessen elektrische Länge im Wesentlichen der Hälfte der Wellenlänge entspricht, die der Betriebsfrequenz des Funkkommunikationsgeräts entspricht.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragungseinrichtung (8) ein Koaxialkabel aufweist, dessen Mantel (9), der aus irgendeinem leitenden Material besteht, mit dem ersten Verbindungspunkt (5) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie über eine lösbare Verbindung am Funkkommunikationsgerät anbringbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn sie am Funkkommunikationsgerät angebracht ist, das Resonanzelement (3) koaxial zur ersten Antenne (1) liegt.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn sie am Funkkommunikationsgerät angebracht ist, das Resonanzelement (3) in der Nähe der ersten Antenne (1) liegt.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassungselement (10) einen Abschnitt aufweist, der koaxial zur ersten Antenne (1) liegt, wenn die Vorrichtung am Funkkommunikationsgerät angebracht ist.