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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine teleskopartige Stabantenne,
die hauptsächlich
in einer mobilen Funkeinheit verwendet wird, und insbesondere eine
Antennenvorrichtung, die für
eine Mehrzahl von Frequenzbändern
eingerichtet ist.
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In
den letzten Jahren gibt es einen anwachsenden Bedarf an mobilen
Funkeinheiten, wie Mobiltelefonsets. Als Antennen, die in solchen
mobilen Funkeinheiten verwendet werden, sind Stabantennen weit verbreitet,
die in den Hauptkörpern
der tragbaren Einheiten aufgenommen werden können.
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Im
Weiteren wird, mit Bezug auf die 13 und 14,
als ein herkömmliches
Beispiel eine Beschreibung der Konfiguration gegeben, die in der nicht
geprüften
japanischen Patentveröffentlichung (Kokai)
Nr. Hei. 1-204504 veröffentlicht
ist. Es sollte erwähnt
werden, dass diese Zeichnungen als 2 und 4 in
der nicht geprüften
japanischen Patentveröffentlichung
(Kokai) Nr. Hei. 1-204504 gezeigt sind. Des Weiteren sind die Bezugszeichen
in den Zeichnungen identisch mit denen, die in dieser Referenz verwendet
werden.
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Wie
in 13 gezeigt ist, wenn ein Antennenelement 14 aus
dem Hauptkörper 10 eines
Telefonsets herausgezogen wird, ein Kontaktelement 15 mit
einem Kontaktstück 21a in
Kontakt. Demgemäß ist das
Antennenelement 14 mit einer Anpassungsschaltungsanordnung 12 verbunden.
Auf der anderen Seite ist, wenn, wie in 14 gezeigt,
das Antennenelement 14 in dem Hauptkörper 10 des Telefonsets
aufgenommen ist, ein Kontaktelement 16 mit einem Kontaktstück 21b in
Kontakt. Folglich ist das Antennenelement 14 mit der Anpassungsschaltungsanordnung 12 verbunden.
Somit ist das Antennenelement 14 mit der Anpassungsschaltungsanordnung 12 nicht
nur verbunden, wenn das Antennenelement 14 aus dem Hauptkörper 10 des
Telefonsets herausgezogen ist, sondern ebenso, wenn es in dem Hauptkörper 10 des
Telefonsets aufgenommen ist.
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In
der oben beschriebenen Konfiguration ist es, wenn die Impedanz,
wenn das Antennenelement 14 von der Anpassungsschaltungsanordnung 12 aus mit
dem Antennen element 14 aus dem Hauptkörper des Telefonsets herausgezogen
gesehen wird, Z1 und die Impedanz, wenn das Antennenelement 14 von
der Anpassungsschaltungsanordnung 12 aus gesehen wird,
wenn das Antennenelement 14 in dem Hauptkörper des
Telefonsets aufgenommen ist, Z2 ist, und, wenn die Elementlänge des
Antennenelementes 14, die Einspeisepunktposition und die
Abmessungen des Gehäuses
der Funkeinheit und Ähnliches
so konfiguriert sind, dass Z1 gleich Z2 wird, möglich, mit Hilfe der Anpassungsschaltungsanordnung 12,
selbst in Fällen,
in denen das Antennenelement 14 aus dem Hauptkörper 10 des
Telefonsets herausgezogen worden ist, und in denen es in dem Hauptkörper 10 des
Telefonsets aufgenommen ist, einen günstigen angepassten Zustand
zu erhalten. Folglich ist eine hochwertige und stabile mobile Kommunikation
möglich.
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In
Verbindung mit der Unterschiedlichkeit innerhalb der mobilen Kommunikation
jedoch, sind auch die verwendeten Frequenzbänder, z. B. ein 800 MHz-Band,
ein 1,5 GHz-Band und ein 1,9 GHz-Band, unterschiedlich geworden.
Aus diesem Grund besteht ein Bedarf an Funkeinheiten, die in der
Lage sind, gemeinschaftlich Systeme mit verschiedenen Frequenzbändern zu
benutzen. Im Gegensatz dazu sind herkömmliche Antennen lediglich
für ein
Frequenzband eingerichtet. Wenn somit eine solche Antenne in einer
Funkeinheit verwendet wird, die in der Lage ist, eine Vielzahl von
Systemen zu verwenden, verschlechtern sich ihre Eigenschaften merklich.
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15 zeigt
die Frequenzeigenschaften der Impedanz, wenn das Antennenelement 14 von
der Anpassungsschaltungsanordnung 12 gesehen wird, wenn
das Antennenelement 14 aus dem Hauptkörper 10 des Telefonsets
herausgezogen ist, und wenn das Antennenelement 14 in dem
Hauptkörper 10 des Telefonsets
aufgenommen ist. Das in 15 gezeigte
Diagramm wird Smith-Diagramm genannt, worin der Bereich R = 0 bis
+ ∞ und
X = –∞ bis +∞ der Impedanz
Z = R + jX in einen Einheitskreis abgebildet wird, und dieses Diagramm
wird allgemein verwendet, um die Impedanz darzustellen. Die durchgezogene
Linie in dem Diagramm zeigt den Ort der Impedanz Z1(f), wenn das
Antennenelement 14 von der Anpassungsschaltungsanordnung 12 aus
gesehen wird, wenn das Antennenelement 14 aus dem Hauptkörper 10 des
Telefonsets herausgezogen ist. Hingegen zeigt die gestrichelte Linie
den Ort der Impedanz Z2(f), wenn das Antennenelement 14 von
der Anpassungsschaltungsanordnung 12 aus gesehen wird, wenn
das Antennenelement 14 in dem Hauptkörper 10 des Telefonsets
aufgenommen ist. Zudem zeigt die Markierung, die durch einen gefüllten Kreis
(•) angezeigt
ist, die Impedanz der zentralen Frequenz fA des Frequenzbandes A,
wohingegen die Markierung, die durch ein Kreuz (x) angezeigt ist,
die Impedanz der zentralen Frequenz fB des Frequenzbandes B zeigt.
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Wie
in 15 gezeigt, stellen Z1(f) und Z2(f) verschiedene
Orte aufgrund der Unterschiede in der Einspeiseposition des Antennenelementes 14 und der
Umgebung dar. Aus diesem Grund ergibt sich, selbst wenn die Elementlänge des
Antennenelementes 14 und die Abmessungen des Gehäuses des Hauptkörpers 10 des
Telefonsets so bestimmt sind, dass an der zentralen Frequenz fA
in dem Frequenzband A Z1(fA) = Z2(fA), die Impedanz an der zentralen
Frequenz fB in dem Frequenzband B derart, dass Z1(fB) ≠ Z2(fB). Aus
diesem Grund kann lediglich eine Anpassungsschaltung hinsichtlich
der zwei Antennenimpedanzen in dem Zustand, in dem das Antennenelement 14 aus
dem Hauptkörper 10 des
Telefonsets herausgezogen ist und in dem Zustand in dem es in dem
Hauptkörper 10 des
Telefonsets aufgenommen ist, bereitgestellt werden. Somit ergeben sich
dahingehend Probleme, dass ein geeigneter angepasster Zustand nicht
in einem der Zustände
oder in beiden Zuständen
erreicht werden kann, dass die Modulationsgenauigkeit und Empfangsempfindlichkeit
sich verschlechtert und dass die Kommunikationsqualität schlechter
wird.
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Die
WO95/12224 offenbart eine Breitbandantenne, die eine erste und eine
zweite Wendelantenne umfasst, wobei die Wendelantennen unterschiedliche
Resonanzfrequenzen besitzen. Ein Teleskopantennensystem umfasst
die erste Wendelantenne, die zweite Wendelantenne und eine gerade Drahtantenne.
Zumindest eine der Wendelantennen ist in einer festen Position in
einem Gehäuse
angeordnet. Die Wendelantennen und die gerade Drahtantenne können wahlweise
mit einem tragbaren Gerät
verbunden werden.
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Die
EP 0 722 195 A offenbart
eine tragbare Funkvorrichtung, die eine Antenne enthält, welche eine
gerade Drahtantenne und eine Wendelantenne umfasst. In dem eingesetzten
oder ausgezogenen Zustand der Antenne sind die gerade Drahtantenne und
die Wendelantenne wahlweise jeweils mit einer ersten oder einer
zweiten Anpassungsschaltung verbindbar. In dieser Hinsicht wird
ein Schalter, der durch eine Aktuator aktiviert wird, verwendet,
um die erwünschte
Verbindung herzustellen.
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Antennenvorrichtung
zur Verfügung zu
stellen, die in der Lage ist, unabhängig die Impedanzen eines Antennenelementes
in zwei Frequezbändern
zu steuern, und somit in der Lage ist, eine gewünschte Impedanz unabhängig von
der externen Konstruktion der Funkeinheit zu erhalten, und die in der
Lage ist, zu ermöglichen,
dass die Impedanzen in dem ausgezogenen und dem aufgenommenen Zustand
des Antennenelementes angepasst werden, um einen geeigneten angepassten
Zustand zu erhalten, wodurch eine hochwertige und stabile mobile Kommunikation
ermöglicht
wird.
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Dieses
Ziel wird durch eine Antennenvorrichtung gelöst, welche die Merkmale von
Anspruch 1 aufweist. Es werden, da das parasitäre Wendelelement in der Antennenvorrichtung
verwendet wird, die für
eine mobile Funkeinheit verwendet wird, Vorteile dahingehend erreicht,
dass es möglich
ist, die Impedanz des Antennenelementes zu steuern, und dass es,
da die Impedanzen in dem ausgezogenen und dem aufgenommenen Zustand
des Antennenelementes angepasst sind, möglich ist, eine geeignete Anpassung
in einer Mehrzahl von Frequenzbändern zu
realisieren, wodurch eine hochwertige und stabile mobile Kommunikation
ermöglicht
wird.
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In
den begleitenden Zeichnungen sind:
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1 ein
Konzeptdiagramm einer ersten Struktur einer Antennenvorrichtung;
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2A und 2B Diagramme,
die die Verteilungen des elektrischen Stromes in der Antennenvorrichtung
veranschaulichen;
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3A ein
Smith-Diagramm, das die Impedanz der Antennenvorrichtung veranschaulicht;
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3B ein
VSWR-Charakteristiken-Diagramm der Antennenvorrichtung;
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4 ein
Strahlungsmusterdiagramm der Antennenvorrichtung;
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5 ein
schematisches Diagramm einer Funkeinheit, für die die Antennenvorrichtung
verwendet wird;
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6 ein
Konzeptdiagramm einer zweiten Struktur einer Antennenvorrichtung;
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7A bis 7D Diagramme,
die die Verteilungen des elektrischen Stroms in der in 6 gezeigten
Antennenvorrichtung veranschaulichen;
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8A ein
Smith-Diagramm, das die Impedanz der in 6 gezeigten
Antennenvorrichtung veranschaulicht;
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8B ein
VSWR-Charakteristiken-Diagramm der in 6 gezeigten
Antennenvorrichtung;
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9A und 9B Strahlungsmusterdiagramme
der in 6 gezeigten Antennenvorrichtung;
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10 ein
schematisches Diagramm der Funkeinheit, für welche die Antennenvorrichtung
verwendet wird;
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11 ein
teilweise schematisches Diagramm einer dritten Struktur einer Antennenvorrichtung;
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12 ein
teilweise schematisches Diagramm einer vierten Struktur einer Antennenvorrichtung;
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13 ein
schematisches Diagramm, das eine herkömmliche Antenne veranschaulicht;
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14 ein
schematisches Diagramm, das die herkömmliche Antenne veranschaulicht;
und
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15 ein
Smith-Diagramm, das die Impedanz der herkömmlichen Antennenvorrichtung
veranschaulicht.
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Im
Folgenden erfolgt eine ausführliche
Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen.
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In
einer Antennenvorrichtung, die in einer mobilen Funkeinheit verwendet
wird, kann die Impedanz des Antennenelementes unter Verwendung eines
parasitären
Wendelelementes gesteuert werden. Zudem sind die Impedanzen in dem
ausgezogenen und dem aufgenommenen Zustand des Antennenelementes
angepasst. Somit wird ein Vorteil dahingehend erreicht, dass eine
geeignete Anpassung für eine
Mehrzahl von Frequenzbändern
realisiert werden kann, wodurch eine hochwertige und stabile mobile
Kommunikation ermöglicht
wird.
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Die
Antennenvorrichtung bietet einen Bedienungsvorteil dahingehend,
dass Impedanzen des ersten Frequenzbandes des Wendelantennenelementes
jeweils unabhängig
gesteuert werden können,
ohne dass Impedanzen in dem ersten Frequenzband des Monopolantennenelementes
beeinflusst werden.
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In
der Antennenvorrichtung wird eine erste Impedanz des parasitären Wendelelementes
so eingestellt, dass die erste Impedanz des Wendelantennenelementes
mit der aufgenommenen Stabantenne einer zweiten Impedanz des Monopolantennenelementes
mit der ausgezogenen Stabantenne sowohl in dem ersten Frequenzband
als auch dem zweiten Frequenzband angepasst ist. Demgemäß bietet
die Antennenvorrichtung, da die Impedanzen in dem ersten Frequenzband
und dem zweiten Frequenzband des Monopolantennenelementes jeweils
angepasst werden können,
einen Betriebsvorteil dahingehend, dass es unter Verwendung einer
identischen Antennenanpassungsschaltung möglich ist, eine geeignete Anpassung
herzustellen, wenn die Stabantenne ausgezogen ist und wenn sie aufgenommen
ist.
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In
der obigen Antennenvorrichtung ist das parasitäre Wendelelement auf einer
inneren oder äußeren Seite
des Wendelantennenelementes angeordnet. Demgemäß bietet die Antennenvorrichtung, da
die Wicklungssteigung des parasitären Wendelelementes und die
Wicklungssteigung des Wendelantennenelementes frei gewählt werden
können,
ei nen Bedienvorteil dahingehend, dass es möglich ist, eine unabhängige Steuerung
in einer detaillierteren Weise bereitzustellen.
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Nunmehr
wird mit Bezug auf die 1 bis 5 eine Beschreibung
einer ersten Struktur einer Antennenvorrichtung gegeben. 1 zeigt
die Konfiguration einer ersten Struktur einer Antennenvorrichtung.
Eine Stabantenne 101 besteht aus einem Monopolantennenelement 102,
einem Wendelantennenelement 103 und einem parasitären Wendelelement 104.
Hierbei wird, wenn die Stabantenne ausgezogen ist, das Monopolantennenelement 102 an einem
ersten Kontakt 105 mit einer Antennenanpassungsschaltung 202 über ein
Einspeisekontaktstück 207 und
eine Einspeisung 206 verbunden, die in einem Hauptkörper 201 einer
Funkeinheit eingesetzt sind. Zudem ist, wenn die Stabantenne 101 in
einem Telefonset aufgenommen ist, das Wendelantennenelement 103 an
einem zweiten Kontakt 106 mit der Antennenanpassungsschaltung 202 über das
Einspeisekontaktstück 207 und
die Einspeisung 206 verbunden. Die Antennenanpassungsschaltung 202 ist
mit einer Funkschaltung 203 verbunden, die in einem Frequenzband
A betrieben wird. Des Weiteren weist die Antennenanpassungsschaltung 202 eine
Eigenschaft der Umwandlung der Impedanz des Monopolantennenelementes 102 in
eine gewünschte
Impedanz in dem Frequenzband A auf und weist eine Eigenschaft der
Umwandlung der Impedanz des Wendelantennenelementes 103,
die aufgrund einer elektrischen Kopplung mit dem parasitären Wendelelement 104 auftritt,
in eine gewünschte
Impedanz auf.
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Die 2A und 2B dienen
der Erklärung
des Betriebs und veranschaulichen Verteilungen des elektrischen
Stroms, wenn eine Hochfrequenzleistung in dem Frequenzband A der
Stabantenne 101 eingespeist wird. Im Übrigen werden Teile, die denen,
die in 1 gezeigt sind, entsprechen, mit denselben Bezugszeichen
bezeichnet. 2A zeigt den Zustand, in dem
die Stabantenne 101 ausgezogen ist, wohingegen 2B den
Zustand zeigt, in dem die Stabantenne 101 aufgenommen ist.
Hier bezeichnet das Bezugszeichen 201 eine Metallplatte, die
ein Gehäuse
des Hauptkörpers
der Funkeinheit simuliert, und die eine Höhe von 129 mm und eine Breite
von 32 mm in ihren Abmessungen aufweist. Des Weiteren weist das
Monopolantennenelement 102 eine Elementlänge von
115 mm auf; das Wendelantennenelement 103 besitzt einen
Wicklungsdurchmesser von 7 mm, eine Wicklungssteigung von 3 mm und
eine Wicklungshöhe
von 11,3 mm; und das parasitäre
Wendelelement 104 besitzt einen Wicklungs durchmesser von
7 mm, eine Wicklungssteigung von 4 mm und eine Wicklungshöhe von 8,1
mm. Alle diese Elemente sind aus einem Metalldraht ausgebildet, der
einen Durchmesser von 0,5 mm aufweist, und sind auf derselben Linie
ausgerichtet. Zudem ist eine zentrale Frequenz f1 des Frequenzbandes
A auf 850 MHz gesetzt. Des Weiteren zeigt der verbreiterte Bereich
des Schräglinienbereichs
die Größe des elektrischen
Stromes auf den Elementen, einschließlich des Monopolantennenelements 102 und
des Wendelantennenelements 103.
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Die
Hochfrequenzleistung in dem Frequenzband A, die dem Monopolantennenelement 102 eingespeist
wird, erzeugt eine Verteilung des elektrischen Stromes, entsprechend
seiner virtuellen äquivalenten
elektrischen Länge.
In diesem Fall von 2A wird, da die virtuelle äquivalente
elektrische Länge
des Monopolantennenelementes 102 1/4 Wellenlänge beträgt, die
Verteilung des elektrischen Stromes an dem Punkt der Verbindung
mit dem Hauptkörper 201 der
Funkeinheit maximal. Ähnlich wird
ebenso in dem Fall von 2B, in dem die Stabantenne 101 aufgenommen
ist, die Verteilung des elektrischen Stromes des Wendelantennenelementes 103 an
dem Punkt der Verbindung mit dem Hauptkörper 201 der Funkeinheit
aufgrund der Wirkung des Stromes, der in dem parasitären Wendelelement 104 induziert
wird, maximal.
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Der
Hochfrequenzstrom, der in dem parasitären Wendelelement 104 induziert
wird, beeinflusst die Stromverteilung in dem Wendelantennenelement 103 und
die Impedanz desselben. Hierbei kann, da die Amplitude und Phase
des Hochfrequenzstromes durch die Länge und Steigung des parasitären Wendelelementes 104 gesteuert
werden kann, die Impedanz des Wendelantennenelementes 103 indirekt gesteuert
werden.
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Die 3A und 3B erläutern den
Betrieb und sind Diagramme, die die Impedanzcharakteristiken der
Wendelantanne in der in 2A gezeigten
Konfiguration veranschaulichen. 3A veranschaulicht
ein Smith-Diagramm und zeigt, dass je näher der Ort der Impedanz der
Antenne dem Mittelpunkt des Kreises ist, desto näher die Impedanz an einem gewünschten
Niveau ist, und der numerische Wert neben dem Stern (*) stellt die
Frequenz in MHz dar. In diesem Diagramm nähert sich die Impedanz in der
Nähe des
Bereichs von 800 bis 900 MHz 50 Ω an, welches
das gewünschte
Niveau ist, und es kann erkannt werden, dass das Band, das 850 MHz
als die Zentralfrequenz besitzt, erreicht wird.
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3B zeigt
ein Stehwellenverhältnis
(VSWR), worin die Abszisse die empfangene Frequenz zeigt, während die
Ordinate das VSWR zeigt. Das Diagramm zeigt, dass je näher der
Ort der Impedanz der Antenne dem Wert 1,0 für das VSWR ist, desto näher die
Impedanz an dem gewünschten
Niveau ist. Die durchgezogene Linie zeigt Werte, die durch Simulation
erhalten worden sind, während
die gepunktete Linie Werte zeigt, die durch eine tatsächliche Messung
bestätigt
worden sind. Auch wenn es leichte Abweichungen zwischen der durchgezogenen
Linie und der gepunkteten Linie gibt, werden im Wesentlichen identische
Frequenzcharakteristiken erhalten, was die Gültigkeit der numerischen Analyse klar
bestätigt.
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In
diesem Diagramm erreicht die Impedanz ebenso in der Nähe des Bereiches
von 800 bis 900 MHz 50 Ω,
was das gewünschte
Niveau darstellt, und es wird das Frequenzband A, das 850 MHz oder
die Nähe
davon als die zentrale Frequenz besitzt, in derselben Weise, wie
es mit Bezug auf 3A erläutert ist, erreicht.
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Somit
ist die Wendelantenne, die die Konfiguration aufweist, die in 2B gezeigt
ist, in der Lage, jeweils unabhängig
die Impedanzen in dem Frequenzband A des Wendelantennenelementes 103 zu steuern,
ohne die Impedanzen in dem Frequenzband A des Monopolantennenelementes 102 zu
beeinflussen.
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4 erläutert den
Betrieb und ist ein Strahlungsmusterdiagramm, welches die Richtungscharakteristiken
in dem Frequenzband A in der in 2B gezeigten
Konfiguration veranschaulicht. Es sollte erwähnt werden, dass das Strahlungsmusterdiagramm ein
Diagramm ist, das die Richtwirkung, d.h. eine der wichtigen Charakteristiken
der Antenne, veranschaulicht und das Maß zeigt, in dem die Antenne
Energie in jede Richtung in der XY-, YZ- und der XZ-Ebene mit der
Position der Antenne in dem Ursprung abstrahlt. Die Strahlungscharakteristik
in der XY-Ebene zeigt die isotrope Charakteristik, die für eine Antenne einer
tragbaren Funkeinheit wünschenswert
ist. Die Tatsache, dass eine Antenne mit einer Richtcharakteristik
durch Hinzufügen
eines parasitären
Elementes zu einem Antennenelement bereitgestellt werden kann, ist
aus dem Beispiel der Yagi-Uda-Antenne
und Ähnlichem
bekannt. In dieser Ausführungsform
wird, da der Abstand zwischen dem Wendelantennenelement 103 und
dem parasitären
Wendelelement 104 hin reichend kleiner als die Wellenlänge in dem
Frequenzband A ist, die isotrope Charakteristik ohne ein Hinzufügen des
parasitären
Wendelelementes 104 realisiert.
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5 ist
ein Diagramm, das eine spezielle Konfiguration veranschaulicht und
ein Beispiel der Konfiguration der Funkeinheit zeigt, in dem die
Antennenvorrichtung, die in 1 gezeigt
ist, angebracht ist. Im Übrigen
sind Teile, die denen von 1 entsprechen,
mit denselben Bezugszeichen versehen. Das Wendelantennenelement 103 ist
so installiert, dass es den Gewinn der Antenne verbessert, wenn
das Monopolantennenelement 102 in dem Hauptkörper 201 der
Funkeinheit aufgenommen ist. Wenn die Stabantenne 101 aus
dem Hauptkörper 201 der
Funkeinheit herausgezogen ist, ist das Monopolantennenelement 102 mit
der Funkschaltung 203 über
den ersten Kontakt 105, das Einspeisekontaktstück 207,
die Einspeisung 206 und die Antennenanpassungsschaltung 202 verbunden.
Wenn die Stabantenne 101 in dem Hauptkörper 201 der Funkeinheit
aufgenommen ist, ist das Wendelantennenelement 103 mit
der Funkschaltung 203 über
den zweiten Kontakt 106, das Einspeisekontaktstück 207, die
Einspeisung 206 und die Antennenanpassungsschaltung 202 verbunden.
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In
einer solchen Konfiguration sei die Impedanz, wenn das Wendelantennenelement 103 von dem
zweiten Kontakt 106 aus gesehen ist, wenn die Stabantenne 101 in
dem Hauptkörper 201 der
Funkeinheit aufgenommen ist, Z2. Des Weiteren sei die Impedanz,
wenn die Stabantenne 101 von dem ersten Kontakt 105 aus
gesehen ist, wenn die Stabantenne 101 aus dem Hauptkörper 201 der
Funkeinheit herausgezogen ist, Z1, und es ist die intrinsische Impedanz
des parasitären
Wendelelementes 104 so gesteuert, dass Z1 = Z2. Folglich
ist es für
die gegebene Stabantennenlänge
und die gegebenen Abmessungen des Gehäuses der Funkeinheit möglich, die
Impedanz der Stabantenne 101 zu steuern, und zu ermöglichen,
dass Z1 und Z2 in dem ausgezogenen und dem aufgenommenen Zustand
der Stabantenne 101 angepasst sind, mit dem Ergebnis, dass ein
geeigneter angepasster Zustand erreicht werden kann, wodurch eine
hochwertige und stabile mobile Kommunikation ermöglicht wird.
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Als
nächstes
wird mit Bezug auf die 6 bis 10 eine
Beschreibung einer zweiten Struktur einer Antennenvorrichtung gegeben. 6 zeigt
die Konfiguration der Antennenvorrichtung, in der die Stabantenne 101 durch
das Monopolantennenelement 102, das Wendelantennenelement 103 und
das parasitäre
Wendelelement 104 gebildet wird.
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Hierbei
ist, wenn die Stabantenne 101 ausgezogen ist, das Monopolantennenelement 102 an dem
ersten Kontakt 105 mit einer Antennenanpassungsschaltung 208 über das
Einspeisekontaktstück 207 und
die Einspeisung 206 verbunden. Wenn die Stabantenne 101 aufgenommen
ist, ist das Wendelantennenelement 103 an dem zweiten Kontakt 106 mit
der Antennenanpassungsschaltung 208 über das Einspeisekontaktstück 207 und
die Einspeisung 206 verbunden. Die Antennenanpassungsschaltung 208 ist über einen
Schalter 205 mit der Funkschaltung 203 verbunden,
die in dem Frequenzband A betrieben wird, oder mit einer Funkschaltung 204,
die in einem Frequenzband B betrieben wird. Des Weiteren weist die
Antennenanpassungsschaltung 208 eine zwei-bucklige Charakteristik
der Umwandlung der Impedanz des Monopolantennenelementes 102 in eine
gewünschte
Impedanz in dem Frequenzband A und dem Frequenzband B auf. Des Weiteren
ist die Antennenanpassungsschaltung 208 in der Lage, zu verursachen,
dass die Impedanz des Wendelantennenelementes 103, die
aufgrund einer elektrischen Kopplung mit dem parasitären Wendelelement 104 auftritt,
der Impedanz des Monopolantennenelementes 102 in dem Frequenzband
A und dem Frequenzband B angepasst ist, wodurch es möglich ist,
eine gewünschte
Impedanz zu erhalten, wenn die Stabantenne aufgenommen ist.
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Die 7A bis 7D erläutern den
Betrieb und veranschaulichen Verteilungen des elektrischen Stromes,
wenn in dem Frequenzband A und dem Frequenzband B eine Hochfrequenzleistung
in das Stabantennenelement 101 eingespeist wird. Im Übrigen sind
Teile, die denen, die in 6 gezeigt sind, entsprechen,
mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. 7A zeigt
in einem Fall des Frequenzbandes A den Zustand, in dem das Stabantennenelement 101 ausgezogen
ist, wohingegen 7B den Zustand zeigt, in dem
das Stabantennenelement 101 aufgenommen ist. Hierbei bezeichnet
das Bezugszeichen 201 eine Metallplatte, die ein Gehäuse des Hauptkörpers der
Funkeinheit simuliert und eine Höhe
von 129 mm und eine Breite von 32 mm in den Abmessungen aufweist.
Des Weiteren besitzt das Monopolantennenelement 102 eine
Elementlänge von
115 mm; das Wendelantennenelement 103 besitzt einen Wicklungsdurchmesser
von 7 mm, eine Wicklungssteigung von 3 mm und eine Wicklungshöhe von 11,3
mm; und das parasitäre
Wendelelement 104 besitzt einen Wicklungsdurchmesser von
7 mm, eine Wicklungssteigung von 4 mm und eine Wicklungshöhe von 8,1
mm. Sämtliche
dieser Elemente sind aus einem Metalldraht gebildet, der einen Durchmesser
von 0,5 mm besitzt, und sie sind auf derselben Linie angeordnet.
Zudem ist eine zentrale Frequenz fA des Frequenzbandes A auf 850
MHz eingestellt, und eine zentrale Frequenz fB des Frequenzbandes
B ist auf 2150 MHz eingestellt. Des Weiteren zeigt der verbreiterte
Bereich des Schräglinienbereichs
die Größe des elektrischen
Stromes auf den Elementen einschließlich des Monopolantennenelements 102 und
des Wendelantennenelements 103.
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Die
in dem Frequenzband A in das Monopolantennenelement 102 eingespeiste
Hochfrequenzleistung erzeugt eine Verteilung des elektrischen Stromes
gemäß dessen
virtueller äquivalenter
elektrischer Länge.
In dem Fall von 7A wird, da die virtuelle äquivalente
elektrische Länge
des Monopolantennenelementes 102 1/4 Wellenlänge beträgt, die Verteilung
des elektrischen Stromes an dem Punkt der Verbindung zu dem Hauptkörper 201 der
Funkeinheit maximal. Ähnlich
wird ebenso in dem Fall von 7B, in
dem das Stabantennenelement 101 aufgenommen ist, die Verteilung
des elektrischen Stroms des Wendelantennenelementes 103 an
dem Punkt der Verbindung mit dem Hauptkörper 201 der Funkeinheit
aufgrund der Wirkung des Stromes, der in dem parasitären Wendelelement 104 induziert wird,
maximal.
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Der
in dem parasitären
Wendelelement 104 induzierte Hochfrequenzstrom beeinflusst
die Stromverteilung in dem Wendelantennenelement 103 und die
Impedanz desselben. Hierbei kann die Impedanz des Wendelantennenelementes 103,
da die Amplitude und Phase des Hochfrequenzstromes durch die Länge und
Steigung des parasitären
Wendelelementes 104 gesteuert werden kann, indirekt gesteuert werden.
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In
dem Fall von 7C wird, in derselben Weise,
wie sie mit Bezug auf 7A erklärt wurde, für die Hochfrequenzleistung
in dem Frequenzgang B, die in das Stabantennenelement 101 eingespeist wird,
die Verteilung des elektrischen Stromes an dem Punkt der Verbindung
mit dem Hauptkörper 201 der Funkeinheit
minimal, da die virtuelle äquivalente elektrische
Länge des
Monopolantennenelementes 102 1/2 Wellenlänge beträgt. Ähnlich wird
ebenso in dem Fall von 7D, in dem das Stabantennenelement 101 aufgenommen
ist, auf dieselbe Weise, wie sie mit Bezug auf 7B erklärt wurde,
die Verteilung des elektrischen Stromes des Wendelantennenelementes 103 an
dem Punkt der Verbindung mit dem Hauptkörper 201 der Funkeinheit
aufgrund des Effekts des Stromes, der in dem parasitären Wendelelement 104 induziert
wird, minimal.
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Die 8A und 8B erläutern den
Betrieb und sind Diagramme, die die Impedanzcharakteristik der Wendelantenne
in der in der 7 gezeigten Konfiguration
veranschaulichen. 8A veranschaulicht ein Smith-Diagramm
und zeigt, dass je näher
der Ort der Impedanz der Antenne dem Mittelpunkt des Kreises ist,
desto näher
die Impedanz an dem gewünschten
Niveau ist, und der numerische Wert nahe dem Stern (*) ist die Frequenz
in MHz. In diesem Diagramm nähert
sich in der Nähe
des Bereiches von 800 bis 900 MHz die Impedanz 50 Ω an, was
das gewünschte
Niveau darstellt, und es kann erkannt werden, dass das Band A, das
850 MHz als die zentrale Frequenz besitzt, erreicht wird. Des Weiteren
nähert
sich in der Nähe
des Bereiches von 2100 bis 2200 MHz die Impedanz 50 Ω an, was
das gewünschte
Niveau darstellt, und es kann erkannt werden, dass das Band B, das
2150 MHz als die zentrale Frequenz aufweist, erreicht wird.
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8B zeigt
das Stehwellenverhältnis
(VSWR), worin die Abszisse die empfangene Frequenz zeigt, während die
Ordinate VSWR zeigt. Das Diagramm zeigt, dass je näher der
Ort der Impedanz der Antenne als der Wert des VSWR bei 1 liegt,
desto näher
die Impedanz an dem gewünschten
Niveau ist. Die durchgezogene Linie zeigt Werte, die durch Simulation
erhalten wurden, während
die gepunktete Linie Werte zeigt, die durch eine tatsächliche
Messung bestätigt
wurden. Auch wenn es leichte Abweichungen zwischen der durchgezogenen
Linie und der gepunkteten Linie gibt, werden im Wesentlichen identische
Frequenzcharakteristiken erhalten, was klar die Gültigkeit
der numerischen Analyse zeigt.
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Ebenso
erreicht in diesem Diagramm die Impedanz in der Nähe des Bereiches
von 800 bis 900 MHz 1,0 Ω als
den Wert des VSWR, und es kann erkannt werden, dass das Frequenzband
A, das 850 MHz oder die Nähe
davon als die zentrale Frequenz aufweist, auf dieselbe Weise, wie
mit Bezug auf 8A erklärt, erreicht. Des Weiteren
nähert
sich in der Nähe
des Bereiches von 2100 bis 2200 MHz die Impedanz 1,0 W als den Wert
des VSWR an, und es kann erkannt werden, dass das Frequenzband B, welches
2150 MHz oder die Nähe
davon als die zentrale Frequenz aufweist, erreicht.
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Somit
ist die Wendelantenne, die die Konfiguration aufweist, die in 7B gezeigt
ist, in der Lage, jeweils unabhängig
die Impedanzen in dem Frequenzband A und dem Frequenzband B des
Wendelelementes 103 zu steuern, ohne die Impedanzen in dem
Fre quenzband A und dem Frequenzband B des Monopolantennenelementes 102 zu
beeinflussen.
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Die 9A und 9B erläutern den
Betrieb und sind Strahlungsmusterdiagramme, die die Richtcharakteristiken
in dem Frequenzband A und dem Frequenzband B in der Konfiguration
veranschaulichen, die in 7B gezeigt
ist. 9A zeigt die Charakterstik in dem Frequenzband
A, während 9B die
Charakteristik in dem Frequenzband B zeigt. Die Strahlungscharakteristik
in der XY-Ebene zeigt die isotrope Charakteristik, die für eine Antenne in
einer tragbaren Funkeinheit in dem Frequenzband A gewünscht wird.
Selbst wenn das schmetterlingsförmige
Strahlungsmuster, wie in 9B gezeigt, Null
Punkte in der X-Richtung in der XZ-Ebene oder der YZ-Ebene aufweist,
wird die tragbare Funkeinheit, die geneigt ist, wenn der Benutzer
in einer Konversation befindlich ist, verwendet. In einem solchen Zustand
zeigt die Antenne weiterhin eine Richtwirkung in der horizontalen
Richtung, so dass gesagt werden kann, dass die Richtcharakteristik,
die für eine
Antenne für
die tragbare Funkeinheit wünschenswert
ist, bereitgestellt wird.
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10 ist
ein Diagramm, das eine spezielle Konfiguration veranschaulicht und
ein Beispiel der Konfiguration der Funkeinheit zeigt, auf der die
in 6 gezeigte Antennenvorrichtung befestigt ist.
Im Übrigen
sind Teile, die denen von 6 entsprechen, mit
denselben Bezugszeichen bezeichnet. Das Wendelantennenelement 103 ist
so installiert, dass es den Gewinn der Antenne verbessert, wenn
das Monopolantennenelement 102 in dem Hauptkörper 201 der
Funkeinheit aufgenommen ist. Wenn die Stabantenne 101 aus
dem Hauptkörper 201 der
Funkeinheit ausgezogen ist, ist das Monopolantennenelement 102 mit
der Funkschaltung 203 über
den ersten Kontakt 105, das Einspeisekontaktstück 207,
die Einspeisung 206 und der Antennenanpassungsschaltung 208 verbunden.
Wenn die Stabantenne 101 in dem Hauptkörper 201 der Funkeinheit
aufgenommen ist, ist das Wendelantennenelement 103 mit
der Funkschaltung 203 über
den zweiten Kontakt 106, das Einspeisekontaktstück 207,
die Einspeisung 206 und die Antennenanpassungsschaltung 208 verbunden.
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In
einer solchen Konfiguration seien die Impedanzen in dem Frequenzband
A und dem Frequenzband B, wenn das Wendelantennenelement 103 von
dem zweiten Kontakt 106 aus gesehen wird, wenn die Stabantenne 101 in
dem Hauptkörper 201 der
Funkeinheit aufgenommen ist, Z2(A) und Z2(B). Des Weiteren seien
die Impedanzen, wenn die Stabantenne 101 von dem ersten
Kontakt 105 aus gesehen wird, wenn die Stabantenne 101 aus
dem Hauptkörper 201 der
Funkeinheit ausgezogen ist, Z1(A) und Z2(B), und es wird die intrinsische
Impedanz des Wendelantennenelementes 103 mit Hilfe des
parasitären
Wendelelementes 104 so gesteuert, dass Z1(A) = Z2(A) und
Z1(B) = Z2(B). Folglich ist es bei der gegebenen Stabantennenlänge und
den gegebenen Abmessungen des Gehäuses der Funkeinheit möglich, die
Impedanz der Stabantenne 101 zu steuern und zu gewährleisten,
dass Z1(A) = Z2(A) und Z1(B) = Z2(B). Somit ist es möglich, einen
geeigneten angepassten Zustand in beiden Bändern des Frequenzbandes A
und des Frequenzbandes B zu erhalten, wodurch eine hochwertige und
stabile mobile Kommunikation ermöglicht
wird.
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Als
nächstes
wird mit Bezug auf 11 eine Beschreibung einer dritten
Struktur der Antennenvorrichtung gegeben. 11 zeigt
die Konfiguration einer Stabantenne, und Teile, die denen von 6 entsprechen,
sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Es sollte bemerkt werden,
dass, auch wenn in der folgenden Beschreibung eine Beschreibung gegeben
wird, bei der angenommen wird, dass die zentrale Frequenz des Frequenzbandes
A fA ist und dass die zentrale Frequenz des Frequenzbandes B fB
ist, so dass fA < fB,
die Antennenvorrichtung, selbst wenn die Einstellung derart bereitgestellt
wird, dass fA > fB,
verwendet werden kann, wie sie ist. Die Stabantenne 101 besteht
aus dem Monopolantennenelement 102, dem Wendelantennenelement 103 und
dem parasitären
Wendelelement 104. Das Verfahren der Verbindung mit der
Funkschaltung und weitere Anordnungen sind ähnlich denen, die mit Bezug
auf 6 beschrieben sind.
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Da
der Wicklungsdurchmesser D2 des parasitären Wendelelementes 104 kleiner
ist als der Wicklungsdurchmesser D1 des Wendelantennenelementes 103,
ist das parasitäre
Wendelelement 4 auf der Innenseite angeordnet. Folglich
ist es möglich,
da die Wicklungssteigung des parasitären Wendelelementes 104 und
die Wicklungssteigung des Wendelantennenelementes 103 frei
gewählt
werden können, die
Phase des induzierten Stromes zu steuern. Zudem ist es möglich, die
Größe des Stromes,
der in dem parasitären
Wendelelementes 104 induziert wird, durch Ändern der
Differenz (D1 – D2)
zwischen dem Wicklungsdurchmesser D1 und dem Wicklungsdurchmesser
D2 feiner zu steuern. Wenn z. B. eine solche Wicklungslänge für das Wendelantennenelement 103 gewählt wird,
dass die virtuelle äquivalente elektrische
Länge entsprechend
dem Frequenzband A 1/4 Wellenlänge
wird. Wenn eine solche Wicklungslänge für das parasitäre Wendelelement 104 gewählt wird,
dass die virtuelle äquivalente
elektrische Länge
entsprechend dem Frequenzband B 1/4 Wellenlänge wird, kann das Wendelantennenelement 103 mit
einer Impedanzcharakteristik bereitgestellt werden, die die entsprechenden
Frequenzbänder
abdeckt.
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Als
nächstes
wird eine Beschreibung mit Bezug auf 12 einer
vierten Struktur der Antennenvorrichtung gegeben. 12 zeigt
die Konfiguration einer Stabantenne, und Teile, die denen von 6 entsprechen,
sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Es sollte bemerkt werden,
dass, auch wenn in der folgenden Beschreibung eine Beschreibung unter
der Annahme gegeben wird, dass die zentrale Frequenz des Frequenzbandes
A fA und dass die zentrale Frequenz des Frequenzbandes B fB ist,
derart, dass fA < fB,
die Antennenvorrichtung, selbst wenn die Einstellung derart bereitgestellt
wird, dass fA > fB,
verwendet werden kann, wie sie ist. Die Stabantenne 101 besteht
aus dem Monopolantennenelement 102, dem Wendelantennenelement 103 und dem
parasitären
Wendelelement 104. Verfahren der Verbindung mit der Funkschaltung
und weitere Anordnungen sind ähnlich
denen, die mit Bezug auf 6 beschrieben sind.
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Da
der Wicklungsdurchmesser D2 des parasitären Wendelelementes 104 größer ist
als der Wicklungsdurchmesser D1 des Wendelantennenelementes 103,
wird das parasitäre
Wendelelement 104 auf der Außenseite angeordnet. Folglich
ist es möglich,
da die Wicklungssteigung des parasitären Wendelelementes 104 und
die Wicklungssteigung des Wendelantennenelementes 103 frei
gewählt
werden können,
die Phase des induzierten Stromes zu steuern. Zusätzlich ist
es möglich,
die Größe des Stromes,
der in dem parasitären
Wendelelement 104 induziert ist, durch Ändern der Differenz (D1 – D2) zwischen
dem Wicklungsdurchmesser D1 und dem Wicklungsdurchmesser D2 feiner
zu steuern. Wenn z. B. eine solche Wicklungslänge für das parasitäre Wendelement 104 gewählt wird,
dass die virtuelle äquivalente
elektrische Länge
entsprechend dem Frequenzband A 1/4 Wellenlänge wird, und wenn eine solche
Wicklungslänge
für das
Wendelantennenelement 103 gewählt wird, dass die virtuelle äquivalente
elektrische Länge
entsprechend dem Frequenzband B 1/4 Wellenlänge wird, kann das Wendelantennenelement 103 mit
einer Impedanzcharakteristik bereitgestellt werden, die die jeweiligen
Frequenzbänder
abdeckt.