Mobiles Endgerät mit schmalbandiger Antenne

Abstract

 Bei einem mobilen Endgerät zur Nutzung eines Mobilfunkdienstes, dem zur Übertragung von Funksignalen zwischen dem Endgerät und einer Basisstation ein Frequenzspektrumvorgegeben ist, mit einer Antenne (2) zum Aussenden und Empfangen der Funksignale, wird die Aufgabe, das für die Antenne benötigte Volumen zu vermindern, dadurch gelöst, dass die Antenne (2) eine Bandbreite aufweist, die einem Teil des Frequenzspektrums des Mobilfunkdienstes entspricht, und eine Steuereinrichtung (6) zum Einstellen der Resonanzfrequenz der Antenne auf einen gewünschten Frequenzwert innerhalb des Frequenzspektrums vorgesehen ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine mobiles Endgerät zur Nutzung eines Mobilfunkdienstes, dem zur Übertragung von Funksignalen ein Frequenzspektrum vorgegeben ist, mit einer Antenne zum Aussenden und Empfangen der Funksignale.

[0002] Bisher sind Antennen von mobilen Endgeräten, für das gesamte Frequenzspektrum des Mobilfunkdienstes, der genutzt wird, ausgelegt. Als Antennentypen kommen beispielsweise externe Antennen, ausziehbare Antennen und integrierte Antennen zum Einsatz. Für ein GSM-Dualband-Gerät ist beispielsweise ein Frequenzspektrum vorbestimmt, dass sich aus zwei Frequenzbereichen zusammensetzt. Ein erster Frequenzbereich reicht von 880 bis 960 MHz, während ein zweiter Frequenzbereich zwischen 1.710 und 1.880 MHz angeordnet ist. Für ihre Funktionsfähigkeit benötigt somit eine in diesem Zusammenhang eingesetzte Antenne eine hohe Bandbreite von 80 MHz in dem unteren Frequenzbereich und von 170 MHz in dem oberen Frequenzbereich.

[0003] Die hohe Bandbreite der Antenne führt dazu, dass das für die Antenne benötigte Volumen recht groß ist, um eine ausreichende Anpassung zu erzielen. Aus physikalischen Gründen kann ohne zusätzliche Elektronik das Volumen, das für die Antenne vorzusehen ist, nicht vermindert werden.

[0004] Des weiteren ist bei der Ausführung von Antennen mobiler Endgeräte zu beachten, dass die Anforderungen an SAR-Werte eingehalten werden.

[0005] Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein mobiles Endgerät zu schaffen, dessen Antenne ein geringes Volumen benötigt.

[0006] Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten mobilen Endgerät dadurch gelöst, dass die Antenne eine Bandbreite aufweist, die einem Teil des Frequenzspektrums des Mobilfunkdienstes entspricht, und eine Steuereinrichtung zum Einstellen der Resonanzfrequenz der Antenne auf einen gewünschten Frequenzwert innerhalb des Frequenzspektrums vorgesehen ist.

[0007] Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, statt der bisher eingesetzten, dass gesamte Frequenzspektrum abdeckenden Antennen vergleichsweise schmalbandige Antennen, wie Monobandantennen, zu verwenden, deren Resonanzfrequenz einstellbar ist. Dazu ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die elektronisch ausgeführt ist und geeignete Bauteile zum Verschieben der Resonanzfrequenz auf einen gewünschten Wert aufweist.

[0008] Bevorzugt ist die Steuereinrichtung zum Einstellen der Resonanzfrequenz aufgrund von Informationen über einen aktuellen Sende- oder Empfangsfrequenzkanal ausgebildet. Beispielsweise können der Steuereinrichtung Informationen zugeführt sein, die sich auf das gerade relevante Frequenzband in einem Frequenzspektrum und auf einen innerhalb des Frequenzbandes definierten Sende- oder Empfangskanal beziehen. Ausgehend von diesen Informationen führt die Steuereinrichtung eine Anpassung der Resonanzfrequenz auf den gewünschten Wert durch.

[0009] Es wird als bevorzugt angesehen, das die Steuereinrichtung mit einer Leistungsregelung einer Antennenendstufe des Endgerätes in Verbindung steht, wobei die Leistungsregelung zum Erfassen eines aktuellen Messwertes für eine von der Antenne reflektierte Sendeleistung des Endgerätes und zum Weiterleiten dieses Messwertes an die Steuereinrichtung ausgebildet ist. Auf diese Weise ist es möglich, den erfassten Messwert für die reflektierte Sendeleistung als Maß für die Güte der Anpassung der Antenne an einen gerade aktuellen Kanal festzustellen und die Resonanzfrequenz im Rahmen einer Regelung auf einen optimalen Wert einzustellen. Beispielsweise kann ein hohes Maß reflektierter Sendeleistung als vergleichsweise schlechte Anpassung der Antenne gewertet werden, so dass die Steuereinrichtung unter Einflussnahme auf ihre Komponenten zur Einstellung der Resonanzfrequenz bewirkt, dass die reflektierte Sendeleistung ein lokales Minimum annimmt. Dies ist gleichbedeutend mit einer zutreffenden Einstellung der Resonanzfrequenz der Antenne auf den aktuellen Sendekanal.

[0010] Zum Einstellen der gewünschten Resonanzfrequenz kann die Steuereinrichtung Dioden, HF-Umschalter und/oder Varicaps aufweisen, bei denen es sich um Standardbauteile handelt.

[0011] Bevorzugt ist die Bandbreite der Antenne kleiner als 30%, insbesondere 20% der Breite des Frequenzspektrums. Wird die Antenne beispielsweise im Zusammenhang mit einem GSM-Dualband-Endgerät genutzt, so beträgt die gesamte Breite des Frequenzspektrums 80 MHz für einen EGSM-Betrieb. In diesem Fall kann die Bandbreite der Antenne unterhalb von 16 MHz liegen.

[0012] Noch weiter bevorzugt liegt die Bandbreite der Antenne im Bereich von 10% bis 20% der Breite des Frequenzspektrums. Für die oberen Frequenzbereiche des Dualband-Gerätes gelten vergleichbare Verhältnisse zwischen der Bandbreite der Antenne und der Breite des Frequenzspektrums, das von 1.710 bis 1.880 MHz reicht.

[0013] Der Vorteil des Einsatzes einer solchen schmalbandigen Antenne bei mobilen Endgeräten liegt darin, dass bei integrierten Antennen das erforderliche Volumen zum Erreichen einer ausreichenden Anpassung relativ klein gehalten wird. Dies führt dazu, dass das Endgerät auch insgesamt weniger Volumen benötigt.

[0014] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Leiterplatte eines mobilen Endgerätes mit darauf angeordneter schmalbandiger Antenne;

Figur 2 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der Einstellung der Resonanzfrequenz einer schmalbandigen Antenne;

Figur 3A, 3B jeweils einen Verlauf einer von einer Antenne reflektierten Sendeleistung als Funktion der Frequenz zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Einstellung der Resonanzfrequenz der Antenne und

Figur 4A, 4B Verläufe der Anpassung einer integrierten Antenne nach dem Stand der Technik bzw. bei einer schmalbandigen Antenne.

Figuren 5, 6, 7 verschieden Ausführungsformen einer Antennenanpassschaltung für eine schmalbandige Antenne.

[0015] Aus Figur 1 geht der allgemeine Aufbau der Aggregation aus einer Leiterplatte 1 eines mobilen Endgerätes und einer schmalbandigen Antenne 2 hervor, die von einem Antennenvolumen 3 umgeben ist. Das Antennenvolumen 3 ist gegenüber dem benötigten Volumen einer Antenne nach dem Stand der Technik, die ein gesamtes Frequenzspektrum eines Mobilfunkdienstes abdeckt, deutlich vermindert.

[0016] Elektrische Abschirmelemente 4, 5 sind zur Einhaltung der einschlägigen SAR-Werte des Endgerätes angeordnet.

[0017] Zur Einstellung einer gewünschten Resonanzfrequenz der Antenne 2 ist eine Steuereinrichtung 6 vorgesehen. Die Antenne 2 hat eine Bandbreite, die im Bereich zwischen 10% und 20% der Breite des Frequenzspektrums liegt, das einem von dem mobilen Endgerät zu nutzenden Mobilfunkdienst zugeordnet ist.

[0018] Die Abläufe zur Einstellung der Resonanzfrequenz der Antenne 2 werden nunmehr anhand der Figuren 2, 3A, 3B erläutert. Die Steuereinrichtung 6 weist eine elektronische Antennenanpassschaltung 7 und eine als Software implementierte Regelung 8 für die Antennenanpassschaltung 7 auf. Aus dem Logikteil 9 erhält die Regelung 8 Information über den gerade zu benutzenden Kanal und das zugehörige Frequenzband, beispielsweise ein bestimmter Sendekanal im Uplink-Frequenzband für GSM. Außerdem erhält die Regelung 8 von einer Leistungsregelung 10 eines Leistungsverstärkers 11 einer Antennenendstufe des mobilen Endgerätes weitere Informationen über die Antennen-Anpassung. Im einzelnen besteht bei einem Ausführungsbeispiel die Information von der Leistungsregelung 10 aus einem Messwert für die von der Antenne 2 reflektierte Sendeleistung, die von dem Leistungsverstärker 11 der Antennenendstufe abgegeben wird.

[0019] Aus den Figuren 3A und 3B geht hervor, wie die Regelung 8 von der Leistungsregelung 10 der Antennenendstufe erhaltene Messwerte für eine reflektierte Leistung weiterverarbeitet. Ist die Antenne 2 beispielsweise zu Beginn einer Einstellung der Resonanzfrequenz entsprechend der Lage einer Ellipse in den Figuren 3A, 3B eingestellt, modifiziert die Regelung 8 die elektronische Antennenanpassschaltung 7 in der Weise, dass die reflektierte Leistung ein lokales Minimum annimmt, was in den Figuren 3A, 3B jeweils durch ein Quadrat gekennzeichnet ist. Es erfolgt somit entweder eine Anpassung der elektronischen Antennenanpassschaltung 7 zu niedrigeren Frequenzen (Figur 3A) oder zu höheren Frequenzen (Figur 3B), wobei die zusätzliche elektronische Antennenanpassschaltung 7 zu diesem Zweck, HF-Umschalter und/oder Varicaps aufweisen kann.

[0020] Nach Erreichen des optimalen Zustands für die elektronische Antennenanpassschaltung 7 wird ein Sendesignal von dem Leistungsverstärker 11 unter günstigen Bedingungen über die Antenne 2 ausgestrahlt.

[0021] Zum Vergleich der Bandbreiten einer Antenne nach dem Stand der Technik und einer schmalbandigen Antenne nach der Erfindung dienen die Figuren 4A, 4B. Der Verlauf der Anpassung einer integrierter Antenne nach dem Stand der Technik nach Figur 4A erstreckt sich über das gesamte Frequenzspektrum, das einem genutzten Mobilfunkdienst zugeordnet ist. Demgegenüber sind in Figur 4B insgesamt vier Verläufe der Anpassung einer bei der vorliegenden Erfindung eingesetzten schmalbandigen Antenne 2 dargestellt, wobei die beiden in Figur 4B links nebeneinander dargestellten Anpassungsverläufe einem GSM-TX-Kanal bzw. einem GSM-RX-Kanal, der dem GSM-TX-Kanal zugeordnet ist, entsprechen. Im hochfrequenten Bereich entspricht der linke Anpassungsverlauf einem PCN-TX-Kanal und der rechte Anpassungsverlauf einem PCS-RX-Kanal. Es wird ersichtlich, dass die Bandbreite der Antenne 2 deutlich geringer ist, als diejenige der im Stand der Technik eingesetzten Antenne.

[0022] Gleichzeitig kann die elektronische Antennenpassschaltung 7 auch bei einer geänderten Umgebung (z. B. Hand in der Nähe der Antenne, Gerät liegt auf einem Tisch) eine optimale Anpassung für die aktuellen, relevanten Frequenzbereich einstellen.

[0023] Die Figuren 5, 6 und 7 zeigen Ausführungsformen der Antennenanpassschaltung 7, wobei in diesen Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit die Regelung 8, das Logikteil 9, die Leistungsregelung 10 und der Leistungsverstärker 11 gemeinsam mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet sind.

[0024] Bei der Ausführungsform nach Figur 5 ist ein HF-Umschalter 13 vorgesehen, der von der Antennenanpassschaltung 7 angesteuert wird. Der HF-Umschalter 13 schaltet zwischen verschiedenen Antennenkontakten A1, A2, ..., um. Diese Antennenkontakte sind beispielsweise bei einer PIFA-Antenne an unterschiedlichen Orten angeordnet, so dass die PIFA-Antenne als Beispiel für die Antenne 2 für jeden der Antennenkontakte A1, A2, ..., eine verschiedene Antennenanpassung zeigt.

[0025] In der Figur 6 ist zwischen der Antenne 2 und der Einheit 12 ein gegen Masse geschalteter Varicap 14 vorgesehen, dessen Kapazität über die Regelung 8 einstellbar ist.

[0026] Die Figur 7 zeigt eine Ausführungsform der Antennenanpassschaltung 7, bei der eine Diode 15 eingesetzt wird. Ein Kondensator 16 der Antennenanpassschaltung 7 nach dieser Ausführungsform ist einstellbar.

Ansprüche

1. Mobiles Endgerät zur Nutzung eines Mobilfunkdienstes, dem zur Übertragung von Funksignalen zwischen dem Endgerät und einer Basisstation ein Frequenzspektrum vorgegeben ist, mit einer Antenne (2) zum Aussenden und Empfangen der Funksignale,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antenne (2) eine Bandbreite aufweist, die einem Teil des Frequenzspektrums des Mobilfunkdienstes entspricht, und eine Steuereinrichtung (6) zum Einstellen der Resonanzfrequenz der Antenne auf einen gewünschten Frequenzwert innerhalb des Frequenzspektrums vorgesehen ist.

2. Endgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (6) zum Einstellen der Resonanzfrequenz aufgrund von Informationen über einen aktuellen Sende- oder Empfangsfrequenzkanal ausgebildet ist.

3. Endgerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (6) mit einer Leistungsregelung (10) einer Antennenendstufe des Endgerätes in Verbindung steht, wobei die Leistungsregelung zum Erfassen eines aktuellen Meßwertes für eine von der Antenne (2) reflektierte Sendeleistung des Endgerätes und zum Weiterleiten dieses Meßwertes an die Steuereinrichtung (6) ausgebildet ist.

4. Endgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung (6) zum Einstellen der gewünschten Resonanzfrequenz Dioden, HF-Umschalter und/oder Varicaps aufweist.

5. Endgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bandbreite der Antenne (2) kleiner ist als 30% der Breite des Frequenzspektrums.

6. Endgerät nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bandbreite der Antenne (2) im Bereich von 10% bis 20% der Breite des Frequenzspektrums liegt.

Zeichnung