DE4391937C2 - Hochfrequenz-Koppeleinrichtung für ein drahtloses Kommunikationsgerät - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hochfrequenz-Koppeleinrichtung für ein drahtloses Kommunikationsgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die herkömmlichen Maßnahmen zum Koppeln von Signalen in einem tragbaren Zwei-Wege-Funkgerät oder Rufgerät zwischen der Antenne und dem Signalprozessor bestanden in der Verwen­ dung einer koaxialen Steckverbindung, die innerhalb des Ge­ häuses der speziellen Vorrichtung anzufinden war. Es gibt Schwierigkeiten, wann immer RF-(Funkfrequenz-)Energie zwi­ schen Gegenständen übertragen werden müssen, die sich gegen­ einander drehen. Gleitkontakte sind eine Lösung, aber sie besitzen eine eingeschränkte Lebensdauer aufgrund der Abnut­ zung und können elektrisches Rauschen verursachen. Flexible Kabel sind eine andere Lösung, aber diese schränken die Dre­ hung ein, können Rauschen verursachen und besitzen eine ein­ geschränkte Flexibilitäts-Lebensdauer. Daraus folgt ein Be­ darf für eine kleine, preiswerte und zuverlässige Vorrich­ tung zum Koppeln von RF-Energie zwischen zwei beweglichen Tei­ len.

Aus der US-PS 5 014 346 ist eine gattungsbildende Koppelein­ richtung bekannt, die in einem Scharnier angeordnet ist, welche ein bewegliches Element mit dem Hauptkörper eines Funktelefons verbindet. Die Koppeleinrichtung besteht aus der Serienschal­ tung eines Kondensators mit einer Spule, die auf der Seite des Hauptkörpers so dimensioniert sind, daß eine Impedanzanpassung an die Empfangs-Sendeschaltkreise erzielt wird. Der Teil der Koppeleinrichtung, der dem beweglichen Element zugeordnet ist, umfaßt ebenfalls eine Serienschaltung aus einem Kondensator und einer Spule und ist auf die Resonanzfrequenz der Antenne abgestimmt.

Aus der US-PS 5 057 847 ist eine Koppelanordnung zwischen einem Funktelefon und einem stationären Halter in einem Fahrzeug be­ kannt. Die Koppelanordnung umfaßt eine Serienschaltung aus einem Plattenkondensator und einer Spule, wobei eine Platte des Plattenkondensators im Funktelefon angeordnet ist und eine Platte in dem stationären Halter.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Koppeleinrichtung für ein drahtloses Kommu­ nikationsgerät anzugeben, die eine zufriedenstellende Si­ gnalübertragung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird von einer Koppeleinrichtung mit den Merkma­ len des Anspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand meh­ rerer Unteransprüche.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines tragba­ ren Funktelephons, das die Antennenkopplungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet.

Fig. 2 zeigt eine detaillierte Ansicht der Antennenkopp­ lungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die mit einer Antenne in einem klappbarem Element verbunden ist.

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines elektrischen Ersatz­ schaltbildes der Antennenkoppelvorrichtung.

Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm eines typischen Funktele­ phons.

Fig. 5 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Die Antennenkopplungsvorrichtung der vorliegenden Erfin­ dung koppelt kapazitiv RF-Energie zwischen einem Hauptkörper einer elektronischen Vorrichtung und einem Scharnierelement der Vorrichtung. Die Kopplungsvorrichtung erreicht die RF- Kopplung ohne Kontakte oder flexible Kabel, die sich abnut­ zen.

Fig. 1 zeigt ein tragbares Funktelephon, bei dem die An­ tennenkopplungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ver­ wendet werden kann. Das Funktelephon umfaßt einen Hauptkör­ per (101) und ein klappbares Element (102). Das klappbare Element (102) ist über Scharniere mit dem Hauptkörper (101) verbunden. Die Antennenkopplungsvorrichtung (103) ist ko­ axial in dem Scharnier angeordnet, wie in dem aufgeschnitte­ nen Bereich der Fig. 1 gezeigt.

Der Hauptkörper (101) umfaßt zusätzlich zu der weiteren, von dem Funktelephon benötigten Elektronik einen Empfänger (401). Ein vereinfachtes Blockdiagramm des Empfangsbereichs (401) und der weiteren Elektronik ist in Fig. 4 gezeigt. Wieder unter Bezugnahme auf Fig. 1, enthält das klappbare Element (102) die Antenne (110), die mit dem Empfänger (401) über die Antennenkopplungsvorrichtung (103) verbunden ist. Diese Antenne ist in dem aufgeschnittenen Bereich des klapp­ baren Elements (102) gezeigt.

In Fig. 2 ist eine detaillierte Ansicht der Anten­ nen/Abgleich-Struktur der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Die Antenne (110) umfaßt eine leitende Schleife mit einer kapazitiven Last, die durch einen Luftspalt (120) erzeugt wird. Die Eingangsimpedanz der Antenne wird unter Verwendung eines Abgleichsnetzwerks, das aus Nebenschluß- und Reihenka­ pazitäten besteht, abgeglichen. Die Nebenschlußkapazität wird aus durch zwei parallele Plattenkondensatoren (201 und 202) gebildet, die auch als kontaktlose, rotierende Kopp­ lungsvorrichtung (103) für das RF-Signal, das von der An­ tenne zur in dem Hauptkörper des Funktelephons befindlichen Empfangsvorrichtung geleitet wird, dient.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Antennenkopplungsvor­ richtung (203) zwei Gruppen von Metallplatten, wobei jede Gruppe einen Kondensator bildet. Die leitenden Platten (203-206) sind zueinander koaxial angeordnet und ko­ axial mit dem Drehmittelpunkt des mechanischen Scharniers zwischen den beiden Bereichen des Funktelephons angeordnet. Eine Platte jedes Kondensators ist elektrisch mit den ausge­ glichenen Speisepunkten der Antennenstruktur verbunden und mechanisch an dem klappbaren Bereich (102) des Funktelephons befestigt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind es die äußeren Platten (205 und 206) der beiden Kondensatoren, die mit den Speisepunkten verbunden sind. Die inneren Platte jedes Kondensators (203 und 204) ist elektrisch mit dem Ein­ gang des Verstärkers verbunden und mechanisch an dem Haupt­ körper (101) des Funktelephons befestigt. In einem alterna­ tiven Ausführungsbeispiel sind die inneren Platten (203 und 204) mit den Antennenspeisepunkten verbunden und die äußeren Platten (205 und 206) mit den Verstärkereingängen verbunden.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel können sich die inneren Platten (203 und 204) frei in der Richtung parallel zur Scharnierachse bewegen. Eine Feder (207) ist über di­ elektrische Blöcke (214 und 215) an den inneren Platten (203 und 204) befestigt. Der Federdruck hält einen konstanten Ab­ stand zwischen den Platten der Kondensatoren (201 und 202), wodurch trotz mechanischer Toleranzen in der Scharnieran­ ordnung eine konstante Kapazität beibehalten wird. Die Me­ tallplatten (203-206) werden durch dielektrische Schichten getrennt.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfassen die di­ elektrischen Schichten jeweils zwei individuelle Platten aus dielektrischem Material (210 und 211, und 212 und 213). In jeder Schicht ist eine Platte (210 und 212) an der inneren Metallplatte (204 und 203) befestigt und eine Platte (211 und 213) an der äußeren Metallplatte (205 und 206) befe­ stigt. Die dielektrischen Platten (210-213) bilden einen Zwischenraum und verhindern eine Abnutzung der Platten (203-206). In einem alternativen Ausführungsbeispiel können die dielektrischen Schichten aus einer von zwei verschiedenen Anzahl von dielektrischen Platten oder aus einem Luftspalt zwischen den Platten bestehen.

Die Feder (207) könnte beseitigt werden, um ein alterna­ tives Ausführungsbeispiel zu bilden, in dem sich die inneren Platten (203 und 204) nicht frei lateral entlang der Schar­ nierachse bewegen können. In diesem Fall würden die dielek­ trischen Blöcke (214 und 215) einen festen Block bilden.

Ein schematisches Diagramm des äquivalenten Schaltkrei­ ses der Antennen/Kopplungsstruktur ist in Fig. 3 gezeigt. Die Eingangsimpedanz der Antenne wird durch die Impedanz Z_a (302) dargestellt. Die Kapazität (301) ist eine Nebenschluß­ kapazität. Die Kapazitäten (303 und 304) bilden die Reihen­ kapazitäten und sind Kapazitäten der sich drehenden Kopp­ lungsvorrichtung.

Auch wenn das spezielle Beispiel einer kapazitiv bela­ steten Schleifenantenne für illustrative Zwecke verwendet wurde, kann die Antennenkopplungsvorrichtung der vorliegen­ den Erfindung jede beliebige Antennenstruktur verwenden. Auch ist die Antennenkopplungsvorrichtung nicht auf die Ver­ wendung des einfachen Nebenschluß-Reihen-Kapazitäts-Ab­ gleichnetzwerks, wie es in diesem Beispiel verwendet wurde, beschränkt. Die Vorrichtung kann ein verallgemeinertes Ab­ gleichnetzwerk mit einer beliebigen Anzahl von Komponenten verwenden, vorausgesetzt, daß eine Komponente eine Reihenka­ pazität ist, die als parallele Plattenkondensatoren, die die sich drehende Kopplung umfassen, ausgeführt werden kann.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Antenne der vorliegenden Erfindung nur mit dem Empfänger des Funkte­ lephons verbunden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Antenne auch mit dem Sender verbunden werden, um sowohl als Sende- als auch als Empfangsantenne verwendet zu werden.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel haben die Platten (203-206) alle dieselbe Größe und eine kreisförmige Form. Dies ermöglicht, daß sich das Scharnier ohne Änderung der Kapazität der Kopplung drehen kann. Alternative Ausführungs­ beispiele der Antennenkopplungsvorrichtung könnten in Abhän­ gigkeit von der erforderlichen Reihenkapazität unterschied­ liche Größen und Formen für die Kondensatorplatten verwen­ den. Zum Beispiel können die Merkmale des Abgleichsnetzwerks eine Änderung verlangen, um den Antennenbetrieb aufrechtzu­ erhalten, wenn sich eine Klappantenne im geschlossenen Zu­ stand befindet. In diesem Fall könnten Platten ohne Kreis­ symmetrie verwendet werden, um die erforderliche Kapazi­ tät/Rotations-Charakteristik zu erzeugen.

Ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Die Platten in diesem Ausführungsbeispiel befinden sich im Umfangsbereich des Scharniers. Die beiden kreisförmigen Kernplatten (501 und 502), die mit dem Eingang des Empfängers verbunden sind, sind an dem Hauptkörper (101) befestigt, während die beiden äußeren Platten (503 und 504), die mit der Antenne (110) verbunden sind, an dem klappbaren Element (102) befestigt sind. Die klappbaren Elementplatten (503 und 504) besitzen einen größeren Umfang als die Hauptkörperplatten (501 und 502). Dies ermöglicht, daß sich die Hauptkörperplatten (501 und 502) innerhalb der klappbaren Elementplatten (503 und 504) drehen. Ein dielektrisches Material befindet sich zwi­ schen den äußeren und inneren Platten, um einen reibenden Kontakt zu verhindern. Das Volumen innerhalb der Platte (503) aber außerhalb der Platte (501) bildet den Kondensator (303) der Fig. 3, während das Volumen innerhalb der Platte (504) aber außerhalb der Platte (502) den Kondensator (304) bildet.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel verwendet eine An­ tenne, die eine ausgeglichene Speisung erfordert. Daher müs­ sen zwei RF-Verbindungen über das Scharnier gebildet werden, und zwei parallele Plattenkondensatoren (201 und 202) sind erforderlich. Ein alternatives Ausführungsbeispiel könnte eine unausgeglichene Antennenstruktur verwenden. In diesem Fall würde nur eine RF-Verbindung über das Scharnier gebil­ det werden, und nur ein paralleler Plattenkondensator wäre erforderlich.

Claims (5)

1. Hochfrequenz-Koppeleinrichtung für ein drahtloses Kommunika­ tionsgerät, das einen Hauptkörper (101) und ein bewegliches Element (102) aufweist, die über ein Scharnier miteinander ver­ bunden sind, wobei die in dem Scharnier angeordnete Koppeleinrichtung Hochfrequenzsignale zwischen dem Hauptkörper (101) und dem beweglichen Element (102) überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung (201, 202) für eine kapazitive Kopp­ lung zwischen dem beweglichen Element (102) und dem Hauptkörper (101) wenigstens ein Paar von Platten (203-206) aus elektrisch leitendem Material aufweist, die voneinander getrennt angeordnet sind und als Koppelkapazität für die zu übertragenden Hochfrequenzsignale wirken.

2. Koppeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung zwei Paare von Platten (203-206) auf­ weist, wobei die Platten jedes Paares voneinander beabstandet angeordnet sind und zwischen ihnen ein dielektrisches Ma­ terial (210-213) angeordnet ist.

3. Koppeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Platten (203-206) kreisförmig sind und im we­ sentlichen dieselben Abmessungen besitzen.

4. Koppeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein federndes Element (207) zwischen den zwei Paaren von Platten (203-206) angeordnet ist.

5. Verwendung der Koppeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem Funktelefon, das einen Hauptkörper (101) mit einer Sende-Empfangseinrichtung und ein bewegliches Element (102) mit einer Antenne (110) aufweist.