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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet von Antennen. Spezifischer
wird eine Mehrfach-Element-Antenne vorgesehen, die insbesondere
gut geeignet ist zur Verwendung in drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen,
wie PDAs (Personal Digital Assistants), zellularen Telefonen und
drahtlosen Zweiweg-Email-Kommunikationsvorrichtungen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Mobile
Kommunikationsvorrichtungen („Mobile
Vorrichtungen")
mit Antennenstrukturen, die eine Kommunikation in mehrfachen Betriebsfrequenzbändern unterstützen, sind
bekannt. Viele unterschiedliche Typen von Antennen für mobile
Vorrichtungen sind ebenso bekannt, einschließlich Helix-, „invertiertes
F"-, Faltdipol-
und einziehbare Antennenstrukturen. Helix- und einziehbare Antennen sind typischerweise
außerhalb
einer mobilen Vorrichtung angebracht, und „invertierte F"- und Faltdipol-Antennen sind
typischerweise eingebettet in einer Verkleidung oder einem Gehäuse einer
mobilen Vorrichtung. Im Allgemeinen sind eingebettete Antennen gegenüber externen
Antennen für
mobile Vorrichtungen aus mechanischen und ergonomischen Gründen bevorzugt. Eingebettete
Antennen werden durch die Verkleidung oder das Gehäuse der
mobilen Vorrichtung geschützt
und sind folglich haltbarer als externe Antennen. Obgleich externe
Antennen physikalisch in die Umgebung einer mobilen Vorrichtung
störend
eingreifen können
und es schwierig machen können, eine
mobile Vorrichtung zu benutzen, insbesondere in einer Umgebung mit
begrenztem Raum, zeigen eingebettete Antennen weniger solche Herausforderungen.
In einigen Typen einer mobilen Vorrichtung jedoch sehen bekannte
eingebettete Multi-Band-Antennenstrukturen und Entwurfstechniken
eine relativ schlechte Kommunikationssignalausstrahlung und -empfang
in einem oder mehreren Betriebsfrequenzbändern vor.
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US 4,074,270 offenbart eine
Multi-Element-Antenne für
eine drahtlose mobile Multi-Band-Kommunikationsvorrichtung, die
ein erstes Antennenelement mit einem ersten Betriebsfrequenzband,
ein zweites Antennenelement mit einem zweiten Betriebsfrequenzband
und positioniert angrenzend an das erste Antennenelement, und einen parasitären Koppler
aufweist, der angrenzend zu dem ersten Antennenelement und dem zweiten
Antennenelement positioniert ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Entsprechend
einem Aspekt der Erfindung, eine Mehrfach-Element-Antenne für eine drahtlose mobile
Multi-Band-Kommunikationsvorrichtung, die aufweist: ein erstes Antennenelement
mit einem ersten Betriebsfrequenzband; ein zweites Antennenelement
mit einem zweiten Betriebsfrequenzband; wobei das erste Frequenzband
verschieden von dem zweiten Frequenzband ist; wobei das zweite Antennenelement
angrenzend an das erste Antennenelement positioniert ist, so dass
das zweite Antennenelement mit dem ersten Antennenelement elektromagnetisch
gekoppelt ist; und einen parasitären
Koppler, der angrenzend an das erste Antennenelement und das zweite
Antennenelement positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die
elektromagnetische Kopplung zwischen dem ersten Antennenelement und
dem zweiten Antennenelement durch den parasitären Koppler erhöht wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Draufsicht eines ersten Antennenelements;
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2–4 sind
Draufsichten von alternativen ersten Antennenelementen;
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5 ist
eine Draufsicht eines zweiten Antennenelements;
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6 ist
eine Draufsicht eines parasitären Kopplers;
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7 ist
eine Draufsicht eines alternativen parasitären Kopplers;
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8 ist
eine Draufsicht einer Mehrfach-Element-Antenne;
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9 ist
eine Draufsicht einer weiteren Mehrfach-Element-Antenne;
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10 ist
eine orthogonale Ansicht der Mehrfach-Element-Antenne, die in 8 gezeigt wird,
angebracht in einer mobilen Kommunikationsvorrichtung; und
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11 ist
ein Blockdiagramm einer mobilen Kommunikationsvorrichtung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In
einer Mehrfach-Element-Antenne werden unterschiedliche Antennenelemente
typischerweise auf unterschiedliche Betriebsfrequenzbänder eingestellt
bzw. abgestimmt, um so einer Mehrfach-Element-Antenne zu ermöglichen,
als die Antenne in einer mobilen Multi-Band-Kommunikationsvorrichtung zu
arbeiten. Zum Beispiel aktivieren passend abgestimmte Antennenelemente
eine Mehrfach- Element-Antenne
für einen
Betrieb auf den GSM(Global System for Mobile Communication)- und
GPRS(General Packet Radio Service)-Frequenzbändern bei ungefähr 900 MHz
und am 1800 MHz oder 1900 MHz, den CDMA(Code Division Multiple Access)-Frequenzbändern von
800 MHz und 1900 MHz oder ein anderes Paar von Betriebsfrequenzbändern. Eine
Mehrfach-Element-Antenne kann auch weitere Antennenelemente umfassen,
um einen Betrieb in mehr als zwei Frequenzbändern vorzusehen.
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1 ist
eine Draufsicht eines ersten Antennenelements. Das erste Antennenelement 10 umfasst
einen ersten Anschluss 12, einen zweiten Anschluss 14 und
einen oberen Leiterabschnitt 16, der mit den Anschlüssen 12 und 14 verbunden
ist. Wie für
Fachleute offensichtlich ist, werden die Anschlüsse 12 und 14 und
der obere Leiterabschnitt 16 normalerweise aus leitendem
Material, wie zum Beispiel Kupfer, hergestellt. Die Länge des
oberen Leiterabschnitts 16 setzt ein Betriebsfrequenzband
des ersten Antennenelements 10.
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Die
Anschlüsse 12 und 14 sind
konfiguriert, um mit Kommunikationsschaltungen verbunden zu werden.
In einem Ausführungsbeispiel
ist der Anschluss 12 mit einer Masse-Ebene (ground-plane) verbunden,
während
der Anschluss 14 mit einer Signalquelle verbunden ist.
Die Masse- und Signalquelle-Verbindungen können in alternativen Ausführungsbeispielen
umgekehrt sein, wobei der Anschluss 12 mit einer Signalquelle
und der Anschluss 14 mit Masse verbunden ist. Obgleich
in 1 nicht gezeigt, ist für Fachleute ebenso offensichtlich,
dass einer der oder beide Anschlüsse 12 und 14 mit
einem Abstimmungs-Netzwerk verbunden werden können, um eine Impedanz des
ersten Antennenelements 10 mit der Impedanz einer Kommunikationsschaltung oder
-vorrichtung abzustimmen, mit der das Antennenelement 10 verbunden
ist.
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Die 2–4 sind
Draufsichten von alternativen ersten Antennenelementen. Während der obere
Leiterabschnitt 16 des ersten Antennenelements 10 im
Wesentlichen eine einheitliche Breite 18 hat, hat das alternative
erste Antennenelement 20, das in 2 gezeigt
wird, einen oberen Leiterabschnitt 26 mit nicht einheitlicher
Breite. Wie in 2 gezeigt, haben der Teil 28 und
ein Teil des oberen Leiterteils 26 des Antennenelements 20 eine
Breite 27, und ein Endteil des Antennenelements 20 hat eine
geringere Breite 29. Eine Struktur, wie in 2 gezeigt,
ist zum Beispiel nützlich,
um Raum für
andere Antennenelemente vorzusehen, wie einen parasitären Koppler,
um Raum zu sparen. Für
Fachleute ist offensichtlich, dass die Länge und die Breite des Antennenelements 20 oder
Teile davon gewählt
werden, um Verstärkung
bzw. Antennengewinn, Bandbreite, Impedanzabstimmung, Betriebsfrequenzband und
andere Charakteristiken des Antennenelements einzustellen.
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3 zeigt
eine Draufsicht eines weiteren alternativen ersten Antennenelements.
Das Antennenelement 30 umfasst die Anschlüsse 32 und 34 und erste,
zweite und dritte Leiterabschnitte 35, 36 und 38.
Das Betriebsfrequenzband des Antennenelements 30 wird primär gesteuert
durch Auswahl der Längen
der zweiten und dritten Leiterabschnitte 36 und 38.
Wie gezeigt, kann jede der Längen
L3, L4 und L5 angepasst werden, um die Längen der zweiten und dritten
Leiterabschnitte 36 und 38 einzustellen, während die
Länge des
ersten Leiterabschnitts 35 für Zwecke der Impedanzabstimmung
durch Anpassen der Längen
L1, L2 oder beider gesetzt werden kann. Obgleich die Längen der
ersten, zweiten und dritten Leiterabschnitte angepasst werden, um die
obigen Betriebsmerkmale des Antennenelements 30 zu steuern,
hat eine Anpassung der Länge
jeder dieser Leiterabschnitte einen Effekt auf die Charakteristik,
die hauptsächlich
durch die anderen Antennen-Leiterabschnitte gesteuert wird. Zum
Beispiel kann eine Vergrößerung von
L3, L4 oder L5, um das Betriebsfrequenzband des Antennenelements 30 zu verringern,
auch eine Anpassung von einer oder beider Längen L1 und L2 erfordern, da
ein Ändern
von L3, L4 oder L5 auch die Impedanz und folglich die Abstimmung
des Antennenelements 30 beeinflusst.
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Einer
der ersten, zweiten und dritten Leiterabschnitte des Antennenelements 30 kann
eine Struktur umfassen, um seine elektrische Länge zu verlängern, wie eine mäandernde
Leitung oder ein Sägezahn-Muster
zum Beispiel. 4 ist eine Draufsicht eines
anderen alternativen ersten Antennenelements, ähnlich zu dem Antennenelement 30,
einschließlich
der Anschlüsse 42 und 44 und
der mäandernden
Leitungen 50, 52 und 54, um die elektrische Länge der
ersten, zweiten und dritten Leiterabschnitte 45, 46 und 48 zu
erhöhen.
Die mäandernden
Leitungen 52 und 54 ändern die Längen der zweiten und dritten
Leiterabschnitte 46 und 48 des ersten Antennenelements 40,
um es auf ein bestimmtes Betriebsfrequenzband einzustellen. Die
mäandernden
Leitung 54 belastet (top loads) auch das erste Antennenelement 40 derart,
dass es arbeitet, als wäre
seine elektrische Länge
länger
als seine tatsächliche
physikalischen Dimensionen. Die mäandernde Leitung 50 ändert ähnlich die
elektrische Länge
des ersten Leiterabschnitts 45 für eine Impedanzabstimmung. Die
elektrische Länge
einer der mäandernden
Leitungen 50, 52 und 54 und folglich
die gesamte elektrische Länge
der ersten, zweiten und dritten Leiterabschnitte 45, 46 und 48 können angepasst
werden zum Beispiel durch miteinander Verbinden von einem oder mehreren
Segment(en) der mäandernden
Leitungen, um einen festen Leiterabschnitt zu bilden.
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Unter
Bezugnahme nun auf 5 wird eine Draufsicht eines
zweiten Antennenelements gezeigt. Das zweite Antennenelement 60 umfasst
einen ersten Leiterabschnitt 72 und einen zweiten Leiterabschnitt 76.
Die ersten und zweiten Leiterabschnitte 72 und 76 des
zweiten Antennenelements 60 werden positioniert, um eine
Lücke 73 zu
definieren, wodurch eine offene Regelkreis(open loop)-Struktur gebildet wird,
die als eine offen gefaltete Dipolantenne bekannt ist. In alternativen
Ausführungsbeispielen
können
andere Antennengestaltungen verwendet werden, wie eine geschlossene
gefaltete Dipolantenne zum Beispiel.
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Der
erste Leiterabschnitt 72 des zweiten Antennenelements 60 umfasst
eine Top-Last 70,
die benutzt wird, um ein Betriebsfrequenzband des zweiten Antennenelements 60 zu
setzen. Dieses Betriebsfrequenzband kann ein relativ breites Frequenzband sein,
das mehrere Betriebsfrequenzbänder
enthält, wie
1800 MHz und 1900 MHz. Die Dimensionen der Top-Last 70 beeinflussen
die gesamte elektrische Länge
des zweiten Antennenelements 60 und können folglich angepasst werden,
um das zweite Antennenelement 60 einzustellen. Zum Beispiel
erhöht
ein Verringern der Größe der Top-Last 70 die
Frequenz des Betriebsfrequenzbandes des zweiten Antennenelements 60 durch
Verringern seiner gesamten elektrischen Länge. Zusätzlich kann die Frequenz des Betriebsfrequenzbandes
des zweiten Antennenelements 60 weiter eingestellt werden
durch Anpassen der Größe der Lücke 73 zwischen
den Leiterabschnitten 72 und 76 oder durch Verändern der
Dimensionen von anderen Teilen des zweiten Antennenelements 60.
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Der
zweite Leiterabschnitt 76 umfasst einen Stabilitäts-Patch 74 und
einen Last-Patch 78.
Der Stabilitäts-Patch 74 ist
ein gesteuerter Kopplungs-Patch, der die elektromagnetische Kopplung zwischen
den ersten und zweiten Leiterabschnitten 72 und 76 in
dem Betriebsfrequenzband des zweiten Antennenelements 60 beeinflusst.
Die elektromagnetische Kopplung zwischen den Leiterabschnitten 72 und 76 wird
weiter durch die Größe der Lücke 73 beeinflusst,
die in Übereinstimmung
mit gewünschten Antennencharakteristiken
gewählt
wird. Ähnlich
beeinflussen die Dimensionen des Last-Patchs 78 die elektromagnetische
Kopplung mit dem ersten Antennenelement, wie detaillierter unten
beschrieben wird, und können
so die Verstärkung
des zweiten Antennenelements 60 an seinem Betriebsfrequenzband
erhöhen.
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Das
zweite Antennenelement 60 umfasst auch zwei Anschlüsse 62 und 64,
einen mit dem ersten Leiterabschnitt 72 verbundenen und
der andere mit dem zweiten Leiterabschnitt 76 verbunden.
Die Anschlüsse 62 und 64 sind
versetzt bzw. offset zu der Lücke 73 zwischen
den Leiterabschnitten 72 und 76, mit dem Ergebnis
einer Struktur, die allgemein als eine offen gefaltete Dipol-Antenne
mit „versetzter
Zufuhr (offset feed)" bezeichnet
wird. Jedoch müssen die
Anschlüsse 62 und 64 nicht
unbedingt von der Lücke 73 versetzt
sein und können
positioniert sein zum Beispiel, um Raum für andere Komponenten einer mobilen
Vorrichtung vorzusehen oder um diese physikalisch nicht zu stören, wobei
das zweite Antennenelement implementiert ist. Die Anschlüsse 62 und 64 sind
konfiguriert, das zweite Antennenelement 60 mit einer Kommunikationsschaltung
zu verbinden. Zum Beispiel können
die Anschlüsse 62 und 64 das
zweite Antennenelement 60 mit einem Transceiver in einer mobilen
Vorrichtung verbinden, wie in 10 dargestellt
und unten beschrieben.
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6 ist
eine Draufsicht eines parasitären Kopplers.
Der parasitäre
Koppler 80 in 6 ist ein einzelner Leiter,
der, wie detaillierter unten beschrieben wird, eine elektromagnetische
Kopplung zwischen den ersten und zweiten Antennenelementen in einer
Mehrfach-Element-Antenne verbessert, die Leistung jeder Antenne
in ihrem jeweiligen Betriebsfrequenzband verbessert und Strom-Verteilungen in den
Antennenelementen glättet.
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Ein
parasitärer
Koppler muss nicht unbedingt ein im Wesentlichen gerader Leiter
sein, wie in 6 gezeigt. 7 ist
eine Draufsicht eines alternativen parasitären Kopplers. Der parasitäre Koppler 82 ist ein
gefalteter oder gebogener Leiter, der einen ersten Leiterabschnitt 84 und
einen zweiten Leiterabschnitt 86 hat. Ein parasitärer Koppler
wie 82 kann zum Beispiel verwendet werden, wenn unterschiedliche
Teile des parasitären
Kopplers vorgesehen sind, mit unterschiedlichen Antennenelementen
in einer Mehrfach-Element-Antenne elektromagnetisch zu koppeln,
wie unten in Verbindung zu 9 beschrieben, oder
wenn physikalische Raumbeschränkungen
bestehen.
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Es
sollte auch angemerkt werden, dass ein parasitärer Koppler alternativ angrenzende,
verbundene oder getrennte, Leiterabschnitte aufweist. Zum Beispiel
können
zwei Leiterabschnitte des Typs, der in 6 gezeigt
wird, nebeneinander liegen, so dass sie sich entlang im Wesentlichen
ihrer gesamten Länge überlappen,
um einen „gestapelten" parasitären Koppler
zu bilden. In einer Variation eines gestapelten parasitären Kopplers überlappen
sich die Leiterabschnitte nur teilweise, um ein versetztes (offset) gestapeltes
parasitäres
Element zu bilden. Ende-zu-Ende gestapelte Leiterabschnitte stellen
eine weitere Variation von parasitären Kopplern mit Mehrfach-Leiterabschnitten
dar. Andere parasitäre
Koppler-Muster oder -Strukturen, ausgebildet, um in einem verfügbaren physikalischen
Raum untergebracht zu werden oder bestimmte elektromagnetische Kopplungs-
und Leistungsmerkmale zu erzielen, sind ebenfalls für Fachleute
offensichtlich.
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8 ist
eine Draufsicht einer Mehrfach-Element-Antenne, die zwei Antennenelemente
und ein parasitäres
Element hat. In der Mehrfach-Element-Antenne 90 ist ein erstes Antennenelement 10, wie
in 1 gezeigt, nahe an einem zweiten Antennenelement 60 positioniert,
so dass zumindest ein Teil des ersten Antennenelements 10 angrenzend
an zumindest einen Teil des zweiten Antennenelements 60 ist.
Diese relative Positionierung des ersten Antennenelements 10 und
des zweiten Antennenelements 60 koppelt elektromagnetisch
das erste Antennenelement 10 mit dem zweiten Antennenelement 60.
Ein parasitärer
Koppler 80 ist nahe an dem ersten Antennenelement 10 und
dem zweiten Antennenelement 60 positioniert, um mit sowohl
dem ersten Antennenelement 10 als auch dem zweiten Antennenelement 60 elektromagnetisch
zu koppeln. Es ist für Fachleute
offensichtlich, dass die Dimensionen, wie elektrische Länge des
parasitären
Kopplers 80, ihre elektromagnetischen Kopplungs-Charakteristiken bestimmen,
wenn die Mehrfach-Element-Antenne 90 in einem ihrer Betriebsfrequenzbänder arbeitet.
So werden die Dimensionen des parasitären Kopplers 80 gewählt, um
eine gewünschte
Kopplung zwischen Antennenelementen in jedem Betriebsfrequenzband zu
erzielen.
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Die
Mehrfach-Element-Antenne 90 wird auf einem flexiblen dielektrischen
Substrat 92 hergestellt, zum Beispiel unter Verwendung
eines Kupfer-Leiters und bekannten Kupfer-Ätztechniken. Die Antennenelementen 10 und 60 werden
derart hergestellt, dass ein Teil des oberen Leiterabschnitts 16 des
ersten Antennenelements 10 angrenzend zu dem zweiten Leiterabschnitt 76 des
zweiten Antennenelements 60 ist und diesen teilweise überlappt. Die
Nähe des
ersten Antennenelements 10 und des zweiten Antennenelements 60 führt zu einer
elektromagnetischen Kopplung zwischen den zwei Antennenelementen 10 und 60,
wie bei 98 angezeigt. Auf diese Weise wirkt jedes Antennenelement 10 und 60 als
ein parasitäres
Element für
die andere Antennenstruktur 10 und 60, wodurch
die Leistung der Mehrfach-Element-Antenne 90 verbessert
wird durch Glätten
von Strom-Verteilungen in jedem Antennenelement 10 und 60 und
Erhöhen
der Verstärkung
und Bandbreite an den Betriebsfrequenzbändern der ersten und zweiten
Antennenelemente 10 und 60. Wie oben beschrieben,
können
die ersten und zweiten Antennenelemente jeweils auf erste und zweite
Betriebsfrequenzbänder
eingestellt werden. Zum Beispiel in einer mobilen Vorrichtung, die
für einen
Betrieb in einem GPRS-Netzwerk bestimmt ist, ist das erste Betriebsfrequenzband
vorzugsweise GSM-900 (900 MHz), während das zweite Betriebsfrequenzband
die Frequenzbänder
sowohl GSM-1800 (1800 MHz), auch als DCS bekannt, als auch GSM-1900 (1900
MHz) umfasst, manchmal bezeichnet als PCS. In einer mobilen Vorrichtung
für ein
CDMA-Netzwerk, können
die ersten und zweiten Betriebsfrequenzbänder 800 MHz und 1900 MHz sein.
Für Kommunikationsnetzwerke,
die unterschiedliche Frequenzen benutzen, ist für Fachleute offensichtlich,
dass die ersten und zweiten Antennenelemente 10 und 60 auf
andere erste und zweite Betriebsfrequenzbänder eingestellt werden.
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Der
parasitäre
Koppler 80 wird an einer Position angrenzend an das erste
Antennenelement 10 und das zweite Antennenelement 60 hergestellt
und überlappt
beide teilweise. Eine resultierende elektromagnetische Kopplung
zwischen dem parasitären Koppler 80 und
den ersten und zweiten Antennenelementen 10 und 60,
wie gezeigt bei 94 und 96, verbessert weiter die
Leistung der Antenne 90.
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Das
erste Antennenelement 10, wie oben beschrieben, kann eine
relativ schlechte Kommunikationssignal-Ausstrahlung und -Empfang
in einigen Typen von mobilen Vorrichtungen zeigen, wenn herkömmliche
Gestaltungstechniken eingesetzt werden. Insbesondere, wenn in einer
kleinen drahtlosen mobilen Kommunikationsvorrichtung implementiert,
ist die Länge
des oberen Leiterabschnitts 16 solch einer Antenne durch
die physikalischen Dimensionen der mobilen Vorrichtung begrenzt,
was zu einer schlechten Verstärkung
führen
kann. Die Anwesenheit des parasitären Kopplers 80 erhöht eine
elektromagnetische Kopplung zwischen dem ersten Antennenelement 10 und
dem zweiten Antennenelement 60. Da das zweite Antennenelement 60 im
Allgemeinen eine bessere Verstärkung
als das erste Antennenelement 10 hat, verbessert diese
elektromagnetische Kopplung zu dem zweiten Antennenelement 60 die
Verstärkung
des ersten Antennenelements 10 an seinem ersten Betriebsfrequenzband.
Wenn es in seinem ersten Betriebsfrequenzband arbeitet, koppelt das
erste Antennenelement 10 elektromagnetisch zu dem zweiten Leiterabschnitt 76 des
zweiten Antennenelements 60, wie gezeigt bei 98,
und koppelt elektromagnetisch zu dem ersten Leiterabschnitt 72 des
zweiten Antennenelements 60 durch den parasitären Koppler 80,
wie gezeigt bei 96 und 94.
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Der
parasitäre
Koppler 80 verbessert auch die Leistung des zweiten Antennenelements 60 an seinem
zweiten Betriebsfrequenzband. Insbesondere sieht der parasitäre Koppler 80,
durch seine elektromagnetische Kopplung mit dem zweiten Antennenelement 60,
wie bei 94 gezeigt, einen weiteren Leiter vor, an den Strom
in dem zweiten Antennenelement 60 effektiv übertragen
werden kann, was zu einer gleichmäßigeren Strom-Verteilung in
dem zweiten Antennenelement 60 führt. Eine elektromagnetische
Kopplung von sowohl dem zweiten Antennenelement 60 als
auch dem parasitären
Koppler 80 zu dem ersten Antennenelement 10 kann
einen Strom in dem zweiten Antennenelement 60 und dem parasitären Koppler 80 auch
streuen. Dies liefert eine noch größere Kapazität zum Glätten einer
Strom-Verteilung in dem zweiten Antennenelement 60, da
Strom effektiv sowohl an den parasitären Koppler 80 als auch
das erste Antennenelement 10 übertragen werden kann, wenn
das zweite Antennenelement 60 in Betrieb ist, zum Beispiel
wenn ein Kommunikationssignal übertragen
wird.
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Die
Länge des
parasitären
Kopplers 80 sowie der Abstand zwischen den ersten und zweiten Antennenelementen 10 und 60 und
dem parasitären Koppler 80 steuern
die elektromagnetische Kopplung zwischen den Antennenelementen 10 und 60 und dem
parasitäre
Koppler 80. Diese Dimensionen werden angepasst, um die
Verstärkung
und die Bandbreite des ersten Antennenelements 10 und des zweiten
Antennenelements 60 der Antenne 90 in ihren jeweiligen
ersten und zweiten Betriebsfrequenzbändern zu steuern. Obgleich
das erste Antennenelement 10, das zweite Antennenelement 60 und
der parasitäre
Koppler 80 in 8 gezeigt werden als teilweise überlappend,
ist offensichtlich, dass in alternativen Ausführungsbeispielen diese Elemente
mehr oder weniger überlappen.
Folglich sind auch andere Strukturen möglich, als die bestimmte in 8 gezeigte
Struktur.
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In
Bezug auf das zweite Antennenelement 60 der Antenne 90 ist
die Verstärkung
weiter steuerbar durch Anpassen der Dimensionen des Stabilitäts-Patchs 74 und
der Größe der Lücke 73 (5) zwischen
den ersten und zweiten Leiterabschnitten 72 und 76.
Zum Beispiel kann die Lücke 73 angepasst
werden, um das zweite Antennenelement 60 auf ein gewähltes Betriebsfrequenzband
einzustellen durch Optimierung einer Antennenverstärkung und -Leistung
an dem Betriebsfrequenzband. Zusätzlich werden
die Dimensionen des Stabilitäts-Patchs 74 und
der Lücke 73 gewählt, um
die Eingangsimpedanz des zweiten Antennenelements 60 zu
steuern, um eine Impedanzabstimmung zwischen dem zweiten Antennenelement 60 und
externen Schaltungen zu optimieren, wie dem Transceiver, der in 10 dargestellt.
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Für das erste
Antennenelement 10 der Antenne 90 wird die Verstärkung weiter
gesteuert durch Anpassen der Länge
des oberen Leiterabschnitts 16, durch Verwendung einer
mäandernden
Leitungsstruktur 54 zum Beispiel, wie in 4 gezeigt.
Zusätzlich
zur Anpassung des ersten Betriebsfrequenzbands des ersten Antennenelements 10,
beeinflusst auch die Länge
des oberen Leiterabschnitts 16 die Verstärkung des
ersten Antennenelements 10.
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Die
Dimensionen, Formen und Ausrichtungen der verschiedenen Patches,
Lücken
und anderer Elemente, welche die elektromagnetische Kopplung zwischen
den ersten und zweiten Antennenelementen 10 und 60 und
dem parasitären
Koppler 80 beeinflussen, werden für nur illustrative Zwecke gezeigt und
können
modifiziert werden, um gewünschte
Antennencharakteristiken zu erzielen. Obgleich das erste Antennenelement 10 in
der Mehrfach-Element-Antenne 90 gezeigt wird, kann jedes
der alternativen Antennenelemente 20, 30 und 40 oder
ein erstes Antennenelement, das einige der Merkmale dieser alternativen
ersten Antennenelemente kombiniert, anstelle des ersten Antennenelements 10 verwendet werden.
Andere Formen des zweiten Antennenelements 60 und des parasitären Kopplers 80 können ebenso
in den alternativen Ausführungsbeispielen verwendet
werden.
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9 ist
eine Draufsicht einer weiteren Mehrfach-Element-Antenne, in der
eine andere Struktur des parasitären
Kopplers implementiert ist. Die Mehrfach-Element-Antenne 91 umfasst
die ersten und zweiten Antennenelemente 10 und 60,
oben beschrieben, und einen parasitären Koppler 82, der eine
Struktur wie in 7 gezeigt hat. Der parasitäre Koppler 82 weist
einen gefalteten Leiter mit einem ersten Leiterabschnitt 84 und
einem zweiten Leiterabschnitt 86 auf. In der Mehrfach-Element-Antenne 91 ist
der erste Leiterabschnitt 84 des parasitären Kopplers 82 angrenzend
an einen Teil des ersten Antennenelements 10 positioniert
und überlappt
einen Teil davon, um den parasitären
Koppler 82 mit dem ersten Antennenelement 10 elektromagnetisch
zu koppeln, wie bei 97 gezeigt. Der zweite Leiterabschnitt 86 des
parasitären
Kopplers 82 ist angrenzend an einen Teil des zweiten Antennenelements 60 positioniert
und überlappt
einen Teil davon, um den parasitären
Koppler 82 mit dem zweiten Antennenelement 60 elektromagnetisch
zu koppeln, wie bei 95 gezeigt.
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Obgleich
die ersten und zweiten Antennenelemente 10 und 60 elektromagnetisch
gekoppelt sind in der Mehrfach-Element-Antenne 91, wie
bei 99 gezeigt, ist die Kopplung zwischen diesen Elementen nicht
so stark wie in der Antenne 90. In der Antenne 90 ist
der parasitäre
Koppler 80 zwischen den ersten und zweiten Antennenelementen 10 und 60 positioniert
und fungiert folglich als Brücke,
um die ersten und zweiten Antennenelemente 10 und 60 fest
zu koppeln. In der Antenne 91 jedoch ist der parasitäre Koppler
nicht zwischen den ersten und zweiten Antennenelemente 10 und 60 positioniert,
so dass eine elektromagnetische Kopplung zwischen den ersten und
zweiten Antennenelementen 10 und 60 schwächer ist.
Die Antenne 91 kann nützlich
sein zum Beispiel, wenn ein Grad einer Isolierung zwischen den ersten
und zweiten Antennenelementen 10 und 60 gewünscht ist.
Der Betrieb der Antenne 91 ist ansonsten im Wesentlichen
wie oben für
die Antenne 90 beschrieben.
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10 ist
eine orthogonale Ansicht der Mehrfach-Element-Antenne, die in 8 gezeigt wird,
angebracht in einer mobilen Kommunikationsvorrichtung.
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Für Fachleute
ist offensichtlich, dass eine vordere Gehäusewand und eine Vielzahl von
internen Komponenten der mobilen Vorrichtung 100, welche
die Sicht auf die Antenne verdecken würden, in 10 nicht
gezeigt werden. In einer zusammengebauten mobilen Vorrichtung ist
die eingebettete Antenne nicht sichtbar, die in 10 gezeigt
wird.
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Die
mobile Vorrichtung 100 weist eine Verkleidung oder ein
Gehäuse
auf mit einer vorderen Wand (nicht gezeigt), einer hinteren Wand 103,
einer oberen Wand 108, einer unteren Wand 106 und
Seitenwänden,
von denen eine bei 104 gezeigt wird. Zusätzlich umfasst
die mobile Vorrichtung 100 einen ersten Transceiver 116 und
einen zweiten Transceiver 114, die in dem Gehäuses angebracht
sind. Ein Teil der oberen Wand 108 ist weggelassen, um
den Teil der Antenne 90 zu zeigen, der sich hinter dieser Wand
befindet in der Ansicht von 10.
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Die
Mehrfach-Element-Antennenstruktur 90, einschließlich das
flexible dielektrische Substrat 92, auf dem die Antenne 90 hergestellt
ist, ist im Inneren des Gehäuses 102 angebracht.
Das Substrat 92 und folglich die Mehrfach-Element-Antenne sind
gefaltet von der ursprünglichen
flachen Konfiguration, die in 8 dargestellt
wird, so dass sie sich um die innere Oberfläche des Gehäuses 102 der mobilen
Vorrichtung erstrecken, um die Antennenstruktur 90 in mehreren
Ebenen zu orientieren. Der obere Leiterabschnitt 16 des
ersten Antennenelements 10 ist an der seitlichen Wand 104 des
Gehäuses 102 angebracht und
erstreckt sich von der seitlichen Wand 104 um eine untere
Ecke 110 zu der unteren Wand 106. Die Anschlüsse 12 und 14 sind
an der Rückwand 103 des Gehäuses 102 angebracht
und mit dem ersten Transceiver 116 verbunden.
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Das
zweite Antennenelement 60 der Antenne 90 ist ähnlich gefaltet
und über
die seitlichen und hinteren Wände 104 und 103 des
Gehäuses 102 angebracht,
so dass die Anschlüsse 62 und 64 an
der Rückwand 103 angebracht
sind und die ersten und zweiten Leiterabschnitte 72 und 76 an
der seitlichen Wand 104 angebracht sind. Die Zufuhranschlüsse 62 und 64 sind
an der Rückwand 103 des
Gehäuses 102 positioniert
und mit dem zweiten Transceiver 114 verbunden.
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Der
parasitäre
Koppler 80 ist auf der seitlichen Wand 104 positioniert.
Ein Teil des parasitären Kopplers 80 liegt
zwischen dem oberen Leiterabschnitt 16 des ersten Antennenelements 10 und
dem zweiten Leiterteil 76 des zweiten Antennenelements 60.
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Obgleich 10 die
Orientierung der Mehrfach-Element-Antenne in der mobilen Vorrichtung 100 zeigt,
sollte es offensichtlich sein, dass die Antenne auf unterschiedliche
Arten angebracht sein kann, abhängig
zum Beispiel von dem Typ des Gehäuses.
In einer mobilen Vorrichtung mit im Wesentlichen kontinuierlichen
oberen, seitlichen und unteren Wänden
kann eine Antenne direkt an das Gehäuse angebracht werden. Viele
Gehäuse
von mobilen Vorrichtungen werden in getrennten Teilen hergestellt, die
zusammengefügt
werden, wenn interne Komponenten der mobilen Vorrichtung platziert
wurden. Häufig
umfassen die Gehäuseabschnitte
einen vorderen Abschnitt und einen hinteren Abschnitt, die jeweils
einen Teil der oberen, seitlichen und unteren Wände des Gehäuses umfassen. Außer der
Teil der oberen, seitlichen und unteren Wände in dem hinteren Gehäuseabschnitt
hat eine ausreichende Größe, um die
Antenne und das Substrat aufzunehmen, dann kann eine Anbringung
der Antenne wie in 10 gezeigt nicht praktisch sein.
In solchen mobilen Vorrichtungen ist die Antenne vorzugsweise an einem
Antenne-Rahmen, der integral ist mit der mobilen Vorrichtung oder
ausgebildet, in dieser angebracht zu werden, einem strukturellen
Element in der mobilen Vorrichtung oder einer anderen Komponente der
mobilen Vorrichtung angebracht. Wenn die Antenne auf einem Substrat
hergestellt wird, wird eine Befestigung oder Anbringung der Antenne
vorzugsweise erreicht unter Verwendung eines Klebstoffs, der vorgesehen
ist oder aufgetragen wird auf das Substrat, die Komponente, an welche
die Antenne befestigt oder angebracht werden soll, oder auf beide.
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Die
Befestigung der Mehrfach-Element-Antenne 90 wie in Figur
gezeigt 10 ist für
nur für
illustrative Zwecke bestimmt. Die Mehrfach-Element-Antenne 90 oder
andere ähnliche
Antennenstrukturen können
auf unterschiedlichen Oberflächen einer
mobilen Vorrichtung oder eines Gehäuses der mobilen Vorrichtung
angebracht werden. Zum Beispiel müssen Gehäuseoberflächen, auf dem eine Mehrfach-Element-Antenne
angebracht wird, nicht unbedingt eine flache, vertikale oder eine
bestimmte Form haben. Eine Antenne kann auch auf weniger oder weiteren Oberflächen oder
Flächen
angebracht werden und kann sich zum Beispiel um die Ecke 112 und
auf die obere Wand 108 des Gehäuses 102 erstrecken.
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Die
Anschlüsse 12 und 14 des
ersten Antennenelements 10 sind mit dem ersten Transceiver 116 verbunden,
und die Zufuhranschlüsse 62 und 64 des zweiten
Antennenelements 60 sind mit dem zweiten Transceiver 114 verbunden.
Der Betrieb der mobilen Vorrichtung 100, zusammen mit den
ersten und zweiten Transceiver, wird detaillierter unten mit Bezug
auf 11 beschrieben.
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Eine
mobile Vorrichtung, in der eine Mehrfach-Element-Antenne implementiert
ist, kann zum Beispiel eine Datenkommunikationsvorrichtung, eine Sprachkommunikationsvorrichtung,
eine Dual-Modus-Kommunikationsvorrichtung,
wie ein mobiles Telefon mit Datenkommunikationsfähigkeiten, ein persönlicher
digitaler Assistent (PDA), der für
eine drahtlose Kommunikation aktiviert ist, eine drahtlose E-Mail-Kommunikationsvorrichtung
oder ein drahtloses Modem sein, das in Verbindung mit einem Laptop-
oder Desktopcomputer oder einer anderen elektronischen Vorrichtung
oder System arbeitet.
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11 ist
ein Blockdiagramm einer mobilen Kommunikationsvorrichtung. Die mobile
Vorrichtung 100 ist eine mobile Dual-Modus-Vorrichtung
und umfasst ein Transceivermodul 911, einen Mikroprozessor 938,
eine Anzeige 922, einen nichtflüchtigen Speicher 924,
einen RAM-Speicher 926, eine oder mehrer Hilfs-Eingabe/Ausgabe(E/A)-Vorrichtungen 928,
einen seriellen Anschluss 930, eine Tastatur 932,
einen Lautsprecher 934, ein Mikrofon 936, ein drahtloses
Nahbereichs-Kommunikations-Teilsystem 940 und andere Vorrichtungs-Teilsysteme 42.
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Das
Transceivermodul 911 umfasst erste und zweite Antennenelemente 10 und 60,
den ersten Transceiver 116, den zweiten Transceiver 114,
einen oder mehrere lokale Oszillatoren (LOS – local oscillators) 913 und
einen digitalen Signalprozessor (DSP – digital signal processor) 920.
Die Antennenelemente 10 und 60 sind die ersten
und zweiten Antennenelemente einer Mehrfach-Element-Antenne, die auch
einen parasitären
Koppler (nicht gezeigt) umfasst, wie der oben beschriebene parasitäre Koppler 80 oder 82.
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In
dem nichtflüchtigen
Speicher 924 umfasst die Vorrichtung 100 vorzugsweise
eine Vielzahl von Software-Modulen 924A–924N, die ausgeführt werden
können
durch den Mikroprozessor 938 (und/oder den DSP 920),
einschließlich
ein Sprachkommunikationsmodul 924A, ein Datenkommunikationsmodul 924B und
eine Vielzahl von anderen betriebsfähigen Modulen 924N zur
Ausführung
einer Vielzahl von anderen Funktionen.
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Die
mobile Vorrichtung 100 ist vorzugsweise eine Zweiwegkommunikationsvorrichtung,
die Sprach- und Datenkommunikationsfähigkeiten hat. So kann die
Vorrichtung 100 zum Beispiel über ein Sprachnetzwerk kommunizieren,
wie eines der analogen oder digitalen zellularen Netzwerke, und
kann auch über
ein Datennetzwerk kommunizieren. Die Sprach- und Datennetzwerke
werden in 11 dargestellt durch den Kommunikationsturm 919.
Diese Sprach- und Datennetzwerke können getrennte Kommunikationsnetzwerke
unter Verwendung getrennter Infrastruktur sein, wie Basisstationen,
Netzwerksteuervorrichtungen, etc., oder sie können in ein einziges drahtloses
Netzwerk integriert werden. Jeder Transceiver 114 und 116 ist
normalerweise konfiguriert, mit unterschiedlichen Netzwerken 919 zu kommunizieren.
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Das
Transceivermodul 911 wird verwendet, um mit den Netzwerken 919 zu
kommunizieren, und umfasst den ersten Transceiver 116,
den zweiten Transceiver 114, einen oder mehrere lokale
Oszillatoren 913 und den DSP 920. Der DSP 920 wird
verwendet, um Kommunikationssignale an die Transceiver 114 und 116 zu
senden und von diesen zu empfangen, und liefert eine Steuerungsinformation
an die Transceiver 114 und 116. Wenn die Sprach-
und Datenkommunikation auf einer einzelnen Frequenz oder einem nahen
Satz von Frequenzen stattfindet, dann kann ein einzelner lokaler
Oszillator 913 in Verbindung mit den Transceiver 114 und 116 verwendet werden.
Alternativ, wenn unterschiedliche Frequenzen für Sprachkommunikation und Datenkommunikation
verwendet werden, dann kann zum Beispiel eine Vielzahl von lokalen
Oszillatoren 913 verwendet werden, um eine Vielzahl von
entsprechenden Frequenzen zu erzeugen. Eine Information, die sowohl eine
Sprach- als auch eine Dateninformation umfasst, wird an das und
von dem Transceivermodul 911 über eine Verbindung zwischen
dem DSP 920 und dem Mikroprozessor 938 kommuniziert.
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Das
detaillierte Design des Transceivermoduls 911, wie Betriebsfrequenzbänder, Komponenten-Auswahl,
Leistungspegel, etc., ist abhängig
von dem Kommunikationsnetzwerk oder -netzwerken 919, in
dem die Vorrichtung 100 arbeiten soll. Zum Beispiel kann
in einer mobilen Vorrichtung, die in einem nordamerikanischen Markt
arbeiten soll, der Transceiver 114 ausgebildet sein, in
jedem einer Vielzahl von Sprachkommunikationsnetzwerken zu arbeiten,
wie den mobilen MobitexTM- oder DataTACTM-Datenkommunikationsnetzwerken, AMPS, TDMA,
CDMA, PCS, etc., während
der Transceiver 116 konfiguriert ist, mit dem GPRS(General
Packet Radio Service)-Datenkommunikationsnetzwerk und dem GSM-Sprachkommunikationsnetzwerk
in Nordamerika und möglicherweise
anderen geographischen Regionen zu arbeiten. Alternativ ist jeder
Transceiver 114 und 116 konfiguriert, in einem
unterschiedlichen Betriebsfrequenzband zu arbeiten, das zu selben
oder verwandten Typen von Netzwerken gehört, wie GSM- und GPRS-Netzwerke,
oder unterschiedliche Betriebsfrequenzbänder für CDMA-Netzwerke, wie oben
beschrieben. Andere Typen von Daten- und Sprachnetzwerken, sowohl
getrennt als auch integriert, können
ebenfalls mit einer mobilen Vorrichtung 100 verwendet werden.
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Abhängig von
dem Typ des Netzwerks oder der Netzwerke 919 können auch
die Zugriffsanforderungen für
die mobile Vorrichtung 100 variieren. Zum Beispiel werden
in den Mobitex- und DataTAC-Datennetzwerken mobile Vorrichtungen
an dem Netzwerk registriert unter Verwendung einer eindeutigen Identifikationsnummer,
die zu jeder Vorrichtung gehört.
In GPRS-Datennetzwerken
jedoch ist ein Netzwerkzugang mit einem Teilnehmer oder einem Benutzer
einer mobilen Vorrichtung verbunden. Eine GPRS-Vorrichtung erfordert
typischerweise ein Teilnehmeridentitätsmodul (SIM – subscriber
identity module), um eine mobile Vorrichtung auf einem GPRS-Netzwerk
zu betreiben. Lokale oder nicht-Netzwerk-Kommunikationsfunktionen
(falls vorhanden) können
ohne die SIM-Vorrichtung betriebsfähig sein, aber eine mobile
Vorrichtung kann keine Funktionen ausführen, die eine Kommunikation über das
Kommunikationsnetzwerk(e) 919 umfasst, außer gesetzlich
erforderliche Operationen, wie einen 911-Notruf.
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Wenn
erforderliche Netzwerkregistrierungs- oder -aktivierungsverfahren
beendet sind, kann die mobile Vorrichtung 100 Kommunikationssignale,
einschließlich
sowohl Sprach- als auch Datensignale, über die Netzwerke 919 senden
und empfangen. Signale, die durch die Antennenelemente 10 und 60 empfangen
werden, werden an die Transceiver 114 und 116 geleitet,
die eine Signalverstärkung,
Frequenzabwärtswandlung,
Filtern und Kanalauswahl zum Beispiel vorsehen sowie eine Analog-zu-Digital(A/D)-Umwandlung.
Eine Analog-Digital-Umwandlung des empfangenen Signals ermöglicht,
dass komplexere Kommunikationsfunktionen, wie digitale Demodulation
und Decodierung, unter Verwendung des DSPs 920 durchgeführt werden
können.
Auf eine ähnliche
Weise werden von der mobilen Vorrichtung 100 zu übertragende
Signale verarbeitet, einschließlich
Modulation und Codierung zum Beispiel, durch den DSP 920 und
werden dann an einen der Transceiver 114 und 116 geliefert
für eine
Digital-Analog-Umwandlung, Frequenzaufwärtswandlung, Filterung, Verstärkung und
dann Übertragung über sein zugehöriges Antennenelement 10 oder 60.
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Zusätzlich zur
Verarbeitung der Kommunikationssignale sieht der DSP 920 auch
eine Transceiver-Steuerung vor. Zum Beispiel können die Verstärkungen,
die auf Kommunikationssignale in den Transceivern 114 und 116 angewendet
werden, adaptiv gesteuert werden durch AGC(automatic gain control)-Algorithmen,
die in dem DSP 920 implementiert sind. Andere Transceiver-Steuerungsalgorithmen können ebenso
in dem DSP 920 implementiert werden, um eine komplexerer
Steuerung des Transceivermoduls 911 vorzusehen.
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Der
Mikroprozessor 938 verwaltet und steuert vorzugsweise den
gesamten Betrieb der mobilen Dual-Modus-Vorrichtung 100.
Viele Typen von Mikroprozessoren oder Mikrocontrollern können hier
verwendet werden oder alternativ kann ein einzelner DSP 920 verwendet
werden, um die Funktionen des Mikroprozessors 938 auszuführen. Kommunikationsfunktionen
niedriger Ebene, einschließlich
zumindest Daten- und Sprachkommunikation, werden durch den DSP 920 in
dem Transceivermodul 911 durchgeführt. Andere Kommunikationsanwendungen
hoher Ebene, wie eine Sprachkommunikationsanwendung 924A und
eine Datenkommunikationsanwendung 924B, können in
dem nichtflüchtigen
Speicher 924 gespeichert werden zur Ausführung durch
den Mikroprozessor 938. Zum Beispiel sieht das Sprachkommunikationsmodul 924A eine
Benutzerschnittstelle hoher Ebene vor, die betriebsfähig ist,
Sprachanrufe zwischen der mobilen Vorrichtung 100 und einer
Vielzahl anderer Sprach- oder Dual-Modus-Vorrichtungen über das Netzwerk oder die Netzwerke 919 zu senden
und zu empfangen. Ähnlich
sieht das Datenkommunikationsmodul 924B eine Benutzerschnittstelle
hoher Ebene vor, die betriebsfähig
ist zum Senden und Empfangen von Daten, wie E-Mail-Nachrichten,
Dateien, Organizer-Information, Kurztextnachrichten, etc., zwischen
der mobilen Vorrichtung 100 und einer Vielzahl anderer
Daten-Vorrichtungen. Der Mikroprozessor 938 interagiert
auch mit anderen Vorrichtungs-Teilsystemen, wie der Anzeige 922,
dem nichtflüchtigen
Speicher 924, dem RAM (random access memory) 926,
den Hilfs-Eingabe/Ausgabe(E/A)-Teilsystemen 928,
dem seriellen Anschluss 930, der Tastatur 932,
dem Lautsprecher 934, dem Mikrofon 936, dem Nahbereichs- Kommunikationsteilsystem 940 und
anderen Vorrichtungsteilsystemen, allgemein mit 942 bezeichnet.
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Einige
der in 11 gezeigten Teilsysteme führen Kommunikations-bezogene
Funktionen durch, während
andere Teilsysteme „residente" Funktionen oder
Funktionen auf der Vorrichtung vorsehen können. Einige Teilsysteme, wie
die Tastatur 932 und die Anzeige 922, werden sowohl
für Kommunikation-bezogene
Funktionen, wie Eingabe einer Textnachricht zur Übertragung über ein Datenkommunikationsnetzwerk,
als auch Vorrichtungs-residente Funktionen verwendet, wie ein Rechner,
eine Aufgaben-Liste oder andere Funktionen des PDA-Typs.
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Eine
Betriebssystemsoftware, die durch den Mikroprozessor 938 verwendet
wird, wird vorzugsweise in einem persistenten Speicher, wie dem
nichtflüchtigen
Speicher 924, gespeichert. Zusätzlich zu dem Betriebssystem,
das alle Funktionen der niedrigen Ebene der mobilen Vorrichtung 910 steuert,
kann der nichtflüchtige
Speicher 924 eine Vielzahl von Software-Anwendungprogrammen
oder Modulen der hohen Ebene umfassen, wie das Sprachkommunikationsmodul 924A,
das Datenkommunikationsmodul 924B, ein Organizer-Modul
(nicht gezeigt) oder ein anderer Typ eines Software-Moduls 924N.
Diese Softwaremodule werden durch den Mikroprozessor 938 ausgeführt und
liefern eine Schnittstelle der hohen Ebene zwischen einem Benutzer
und der mobilen Vorrichtung 100. Diese Schnittstelle umfasst
typischerweise eine grafische Komponente, die durch die Anzeige 922 vorgesehen
wird, und eine Eingabe/Ausgabe-Komponente, die durch die Hilfs-E/A 928,
die Tastatur 932, den Lautsprecher 934 und das Mikrofon 936 vorgesehen
ist. Das Betriebssystem, spezifische Vorrichtungsanwendungen oder
Module oder Teile davon können
temporär
in einen flüchtigen Speicher,
wie den RAM 926, für
einen schnelleren Betrieb geladen werden. Außerdem können empfangene Kommunikationssignale
auch temporär
in dem RAM 926 gespeichert werden, bevor sie permanent in
ein Dateisystem geschrieben werden, das sich in einem persistenten
Speicher befindet, wie dem nichtflüchtigen Speicher 924.
Der nichtflüchtige
Speicher 924 kann zum Beispiel implementiert werden als
eine Flash-Speicher-Komponente oder einen Batterie-unterstützten RAM.
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Ein
beispielhaftes Anwendungsmodul 924N, das auf die mobile
Vorrichtung 100 geladen werden kann, ist eine PIM(personal
information manager)-Anwendung, die eine PDA-Funktionalität vorsieht,
wie Kalenderereignisse, Termine und Aufgabenelemente. Dieses Modul 924N kann
auch mit dem Sprachkommunikationsmodul 924A interagieren
zur Verwaltung von Telefonanrufen, Voicemail, etc., und kann auch
interagieren mit dem Datenkommunikationsmodul zur Verwaltung einer
E-Mail-Kommunikation und anderer Datenübertragungen. Alternativ kann
die gesamte Funktionalität
des Sprachkommunikationsmoduls 924A und des Datenkommunikationsmoduls 924B in
das PIM-Modul integriert sein.
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Der
nichtflüchtige
Speicher 924 sieht vorzugsweise ein Dateisystem vor, um
ein Speichern von PIM-Datenelementen und anderer Daten auf der mobilen
Vorrichtung 100 zu erleichtern. Die PIM-Anwendung umfasst
vorzugsweise die Fähigkeit,
Datenelemente zu senden und zu empfangen, entweder selbst oder in
Verbindung mit den Sprach- und Datenkommunikationsmodulen 924A und 924B, über die
drahtlosen Netzwerke 919. Die PIM-Datenelemente sind vorzugsweise
nahtlos integriert, synchronisiert und aktualisiert über die
drahtlosen Netzwerke 919 mit einem entsprechenden Satz
von Datenelementen, die in einem Host-Computersystem gespeichert sind oder
mit diesem verbunden sind, wodurch ein gespiegeltes System für Datenelemente
erzeugt wird, die zu einem bestimmten Benutzer gehören.
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Die
mobile Vorrichtung 100 kann auch manuell mit einem Host-System
synchronisiert werden durch Platzieren der Vorrichtung 100 in
eine Schnittstellen-Station
(cradle), die den seriellen Anschluss 930 der mobilen Vorrichtung 100 mit
dem seriellen Anschluss des Host-Systems verbindet. Der serielle Anschluss 930 kann
auch benutzt werden, um einem Benutzer zu ermöglichen, Präferenzen durch eine externe
Vorrichtung oder Software-Anwendung zu setzen, oder andere Anwendungsmodule 924N für eine Installation
herunterzuladen. Dieser verdrahtete Download-Pfad kann benutzt werden,
um einen Verschlüsselungsschlüssel auf
die Vorrichtung zu laden, was ein sichereres Verfahren ist als ein
Austausch einer Verschlüsselungsinformation über eine
drahtlose Kommunikationsverbindung. Schnittstellen für andere
verdrahtete Download-Pfade können
in der mobilen Vorrichtung 100 vorgesehen werden zusätzlich zu
dem oder anstatt des seriellen Anschlusses 930. Zum Beispiel
liefert ein USB(Universal Serial Bus)-Anschluss eine Schnittstelle
zu einem ähnlich ausgestatteten
Personalcomputer oder einer anderen Vorrichtung.
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Zusätzliche
Software-Anwendungsmodule 924N können auf die mobile Vorrichtung 100 über ein Netzwerk 919 geladen
werden durch ein Hilfs-E/A-Teilsystem 928,
den seriellen Anschluss 930, das Nahbereichs-Kommunikations-Teilsystem 940 oder
ein anderes geeignetes Teilsystem 942 und durch einen Benutzer
in dem nichtflüchtigen
Speicher 924 oder dem RAM 926 installiert werden.
Eine solche Flexibilität
bei der Softwareanwendungsinstallation erhöht die Funktionalität der mobilen
Vorrichtung 100 und kann verbesserte Funktionen auf der Vorrichtung,
Kommunikation-bezogene Funktionen oder beides vorsehen. Zum Beispiel
ermöglichen
sichere Kommunikationsanwendungen, dass Funktionen des elektronischen
Handels und andere derartige Finanztransaktionen unter Verwendung
der mobilen Vorrichtung 100 durchgeführt werden können.
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Wenn
die mobile Vorrichtung 100 in einem Datenkommunikationsmodus
arbeitet, wird ein empfangenes Signal, wie eine Textnachricht oder
eine heruntergeladene Webseite, von dem Transceivermodul 911 verarbeitet
und an den Mikroprozessor 938 geliefert, der vorzugsweise
das empfangene Signal weiter verarbeitet zur Ausgabe an die Anzeige 922 oder
alternativ an eine Hilfs-E/A-Vorrichtung 928. Ein Benutzer
der mobilen Vorrichtung 100 kann auch Datenelemente, wie
E-Mail-Nachrichten,
erstellen unter Verwendung der Tastatur 932, die vorzugsweise
eine komplette alphanumerische Tastatur in dem QWERTY-Stil ist,
obgleich andere Arten von Tastaturen, wie die bekannte DVORAK-Tastatur
oder eine Telefontastatur, ebenso verwendet werden können. Eine
Benutzereingabe in die mobile Vorrichtung 100 wird weiter
verbessert durch eine Vielzahl von Hilfs-E/A-Vorrichtungen 928, die
eine Thumb-Wheel-Eingabevorrichtung, ein Touchpad, eine Vielzahl
von Schaltern, einen Wippschalter, etc. umfassen können. Die
erstellten Datenelemente, die durch den Benutzer eingegeben werden,
können
dann über
das Transceivermodul 911 gesendet werden.
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Wenn
die mobile Vorrichtung 100 in einem Sprachkommunikationsmodus
arbeitet, ist der gesamte Betrieb der mobilen Vorrichtung im Wesentlichen ähnlich zu
dem Datenmodus, außer,
dass empfangene Signale vorzugsweise an den Lautsprecher 934 ausgegeben
werden und Sprachsignale zur Übertragung
von einem Mikrofon 936 erzeugt werden. Alternative Sprach-
oder Audio-E/A-Teilsysteme,
wie ein Aufzeichnungsteilsystem für Sprachnachrichten, können ebenfalls
auf der mobilen Vorrichtung 100 implementiert werden. Obwohl
eine Sprach- oder Audio-Signalausgabe vorzugsweise primär durch
den Lautsprecher 934 erreicht wird, kann auch die Anzeige 922 verwendet
werden, um eine Anzeige der Identität eines anrufenden Teilnehmers,
die Dauer eines Sprachanrufs oder andere Sprach-bezogene Information
anzuzeigen. Zum Beispiel kann der Mikroprozessor 938, in
Verbindung mit dem Sprachkommunikationsmodul und der Betriebssystemsoftware,
die Anruferidentifizierungsinformation eines ankommenden Sprachanrufs
erfassen und sie auf der Anzeige 922 anzeigen.
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Ein
Nahbereichs-Kommunikations-Teilsystem 940 ist ebenfalls
in der mobilen Vorrichtung 100 enthalten. Zum Beispiel
kann das Teilsystem 940 eine Infrarot-Vorrichtung und zugehörige Schaltungen
und Komponenten oder ein Nahbereichs-HF-Kommunikationsmodul umfassen,
wie ein Bluetooth-Modul oder ein 802.11-Modul, zum Vorsehen einer
Kommunikation mit ähnlich
aktivierten Systemen und Vorrichtungen. Für Fachleute ist offensichtlich,
dass „Bluetooth" und „802.11" Sätze von Spezifikationen
bezeichnen, die verfügbar
sind von dem Institute of Elecrical and Electronics Engineers, die
jeweils drahtlose persönliche
Netzwerke und drahtlose lokale Netzwerke betreffen.