FI120119B - The antenna structure - Google Patents
The antenna structure Download PDFInfo
- Publication number
- FI120119B FI120119B FI20075004A FI20075004A FI120119B FI 120119 B FI120119 B FI 120119B FI 20075004 A FI20075004 A FI 20075004A FI 20075004 A FI20075004 A FI 20075004A FI 120119 B FI120119 B FI 120119B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- radiator
- antenna structure
- structure according
- antenna
- point
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/12—Supports; Mounting means
- H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
- H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
- H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
- H01Q1/242—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
- H01Q1/243—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use with built-in antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
- H01Q19/22—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using a secondary device in the form of a single substantially straight conductive element
- H01Q19/26—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using a secondary device in the form of a single substantially straight conductive element the primary active element being end-fed and elongated
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/30—Combinations of separate antenna units operating in different wavebands and connected to a common feeder system
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
- H01Q5/10—Resonant antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
- H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
- H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
- H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
- H01Q5/328—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors between a radiating element and ground
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
- H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
- H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
- H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
- H01Q5/335—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors at the feed, e.g. for impedance matching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
- H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
- H01Q5/378—Combination of fed elements with parasitic elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
- H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
- H01Q9/40—Element having extended radiating surface
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
Description
ii
AntennirakenneThe antenna structure
Keksintö koskee erityisesti pienikokoisiin radiolaitteisiin tarkoitettua laitteen sisäistä monikaistaista antennirakennetta.The invention relates in particular to an internal multi-band antenna structure for small radio devices.
Kannettavien radiolaitteiden antennien suunnittelussa käytettävissä oleva tila on 5 tärkeä tekijä. Ilman kokorajoitusta hyvälaatuinen antenni on suhteellisen helppo tehdä. Kannettavissa laitteissa antenni kuitenkin sijoitetaan mieluiten laitteen kuorien sisälle, jolloin laitteiden koon pienetessä antennillekin liikenevä tila on käynyt aina pienemmäksi. Tämä merkitsee suunnittelun vaativuuden nousua. Tähän vaikuttaa myös se, että antennin tulee usein toimia kahdella tai useammalla erillisellä 10 taajuuskaistalla.The space available for the design of portable radio antennas is 5 important factors. Without a size limitation, a good quality antenna is relatively easy to make. However, in portable devices, the antenna is preferably placed inside the covers of the device, whereby the size of the device has always reduced the movement of the antenna. This means an increase in the complexity of design. This is also affected by the fact that the antenna often has to operate in two or more separate 10 frequency bands.
Pienikokoisen laitteen sisälle menevä, ominaisuuksiltaan tyydyttävä antenni saadaan käytännössä helpoimmin tasorakenteena: Antenniin kuuluu säteilevä taso ja tämän kanssa samansuuntainen maataso. Nämä tasot yhdistetään tavallisesti sovituksen vuoksi toisiinsa oikosulkujohtimella, jolloin syntyy PIFA-tyyppinen (Planar 15 Inverted F-Antenna) rakenne. Kuitenkin vähennettäessä säteilevän tason ja maa-tason etäisyyttä tämän optimaalisesta arvosta PIFAn ominaisuudet, kuten kaistanleveys, heikkenevät. Tämä merkitsee ongelmaa nykyään yleisissä suhteellisen niteissä radiolaitteissa. Lisäksi laitteiden pieneneminen on merkinnyt myös niiden maatason pienenemistä. Tällöin PIFAn suorituskyky huononee antenniresonanssien .:.20 heiketessä ja maatason omien, hyödyttömille taajuuksille osuvien resonanssien .*···. vuoksi. Kaksikaistaisissa matkaviestinantenneissa haitat ilmenevät suurempina • · alemmalla toimintakaistalla, joka sijaitsee 0,9 GHz:n alueella.In practice, the antenna that goes inside a compact device with the most satisfactory characteristics can be obtained in the form of a planar structure: the antenna has a radiating plane and a parallel ground plane. These levels are usually interconnected by a short-circuit conductor to form a PIFA (Planar 15 Inverted F-Antenna) structure. However, as the distance between the radiating plane and the ground plane is reduced from its optimum value, PIFA properties such as bandwidth are reduced. This poses a problem in the relatively common radio devices nowadays. In addition, the decline in equipment has also meant a decrease in their ground level. As a result, PIFA performance deteriorates with antenna resonances.:. 20 and ground level resonances to useless frequencies. * ···. because of. For dual-band mobile antennas, the disadvantages occur with higher • · lower bandwidth in the 0.9 GHz range.
• · • · · • · : Radiolaitteen litteyden aiheuttamaa ongelmaa voidaan vähentää tekemällä antenni :***·· monopolirakenteiseksi. Kuvassa 1 on esimerkki tällaisesta laitteen sisäisestä mo-25 nopoliantennista. Piirroksessa näkyy radiolaitteen piirilevy PCB ja antennin kaksi säteilevää elementtiä 120,130. Piirilevyn pinta on suurimmalta osin johtavaa maa-tasoa GND. Säteilevä elementti 120 on pääsäteilijä. Se sijaitsee piirilevyn päädys- • · . sä levyn yläpuolelta katsottuna lähes kokonaan sen ulkopuolella, joten maataso jää säteilijän sivuun. Pääsäteilijä 120 jakautuu syöttöpisteestään FP katsottuna • » » *·|·* 30 kahteen eri pituiseen haaraan 121, 122 kahden erillisen toimintakaistan muodos-tamiseksi. Pääsäteilijä haaroineen on suurimmaksi osaksi tasossa, joka on yhden-suuntainen piirilevyn PCB kanssa. Pitemmän haaran 121 pidentämiseksi ja sätei-lykuvion muokkaamiseksi sen ulommassa päässä on piirilevyn geometrista tasoa kohti suuntautuva osuus, minkä vuoksi antennilla on tietty korkeus. Tämä korkeus 35 jää kuitenkin pienemmäksi kuin radiolaitteen muiden osien yhdessä vaatima kor- 2 keus. Syöttöpisteen FP läheltä voi olla kytkettynä maahan induktiivinen komponentti antennin sovituksen parantamiseksi. Toinen säteilevä elementti 130 on pa-rasiittinen elementti. Se on kytketty elementin toisessa päässä olevasta maapis-teestä GP maatasoon GND. Maapiste GP ja mainittu syöttöpiste ovat yläpuolelta 5 katsottuna vierekkäin lähellä piirilevyn erästä nurkkaa. Parasiittielementti 130 lähtee maapisteestä pääelementin alkuosan suuntaisesti, tässä esimerkissä vähän alemmassa tasossa kuin pääelementti, ja kääntyy sitten pääelementin alle.: · · · · ·: · The problem with the flatness of the radio can be reduced by making the antenna: *** ·· monopoly. Figure 1 shows an example of such an internal mo-25 antenna. The drawing shows the circuit board PCB of the radio device and the two radiating elements 120,130 of the antenna. The circuit board surface is for the most part conductive ground level GND. The radiating element 120 is the main radiator. It is located at the • •. when viewed from above the plate, it is almost completely outside, leaving the ground plane to the side of the radiator. When viewed from its feed point FP, the main radiator 120 is divided into two branches 121, 122 of different lengths to form two separate operating bands. The main radiator and its branches are for the most part in a plane parallel to the PCB of the circuit board. To extend the longer leg 121 and modify the radial pattern at its outer end, there is a portion toward the geometric plane of the circuit board, so that the antenna has a certain height. However, this height 35 remains less than the height required by the other parts of the radio device 2 together. An inductive component may be coupled to ground near the feed point FP to improve antenna matching. The second radiating element 130 is a parasitic element. It is connected from the ground point GP at one end of the element to the ground plane GND. Ground point GP and said feed point, viewed from above, are adjacent to a corner of the circuit board, side by side. The parasitic element 130 leaves the ground point parallel to the beginning of the main element, in this example a plane slightly lower than the main element, and then turns beneath the main element.
Antennin alempi toimintakaista perustuu pääelementin pitemmän haaran 121 resonanssiin ja ylempi toimintakaista sekä pääelementin lyhyemmän haaran 122 et-10 tä parasiittielementin 130 resonanssiin. Kahden jälkimmäisen resonanssin taajuudet ovat erisuuret, mutta kuitenkin lähellä toisiaan niin, että saadaan yhtenäinen ja suhteellisen leveä ylempi toimintakaista.The lower operating band of the antenna is based on the resonance of the longer branch 121 of the main element and the upper operating band and the resonance of the parasitic element 130 of the shorter branch 122 of the main element. The frequencies of the latter two resonances are different but still close to each other so that a uniform and relatively wide upper operating band is obtained.
Edellä kuvatunlaiset monopoliantennit voittavat suorituskyvyssä samankokoiseen tilaan tehdyn PIFAn. Haittana kuitenkin on, että alempi toimintakaista jää suhteelli-15 sen kapeaksi, jolloin se helposti siirtyy vähän sivuun suunnitellulta alueelta esimerkiksi ulkopuolisten johtavien materiaalien vaikutuksesta. Radiolaitteen maatason koko on eräs alemman toimintakaistan leveyteen vaikuttava tekijä; jos maatason koko poikkeaa optimista, kaistanleveys pienenee edelleen. Lisäksi haittana on, että pääelementin resonanssit vaikuttavat heikentävästi toisiinsa, mikä merkit-20 see huononnusta antennin hyötysuhteeseen ja myös kaistanleveyksiin.The monopole antennas described above will outperform PIFA in the same size space. The disadvantage, however, is that the lower operating band remains relatively narrow, so that it can easily be displaced slightly from the designed area, for example by external conductive materials. The ground plane size of a radio device is one factor affecting the lower bandwidth; if the ground plane size deviates from the optimum, the bandwidth will further decrease. A further disadvantage is that the resonances of the main element mutually influence each other, which signifies a decrease in the efficiency of the antenna and also in the bandwidths.
• · · .’···. Keksinnön tarkoituksena on vähentää mainittuja, tekniikan tasoon liittyviä haittoja.• · ·. ’···. The object of the invention is to reduce the above-mentioned disadvantages associated with the prior art.
• · y.'. Keksinnön mukaiselle antennirakenteelle on tunnusomaista, mitä on esitetty itse-näisessä patenttivaatimuksessa 1. Keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja on • · · : esitetty muissa patenttivaatimuksissa.• · y. '. An antenna structure according to the invention is characterized by what is set forth in the independent claim 1. Certain preferred embodiments of the invention are described in the other claims.
• · • · · 25 Keksinnön perusajatus on seuraava: Antennin säteilevään rakenteeseen kuuluu lähes ilmaeristeinen ensimmäinen monopolisäteilijä ja keraamisubstraatilla oleva toinen monopolisäteilijä. Edellinen resonoi antennin alemmalla toimintakaistalla ja .···. jälkimmäinen ylemmällä toimintakaistalla. Antennirakenteeseen kuuluu olennaisena osana myös sovituspiiri, jolla toteutetaan sovitusten lisäksi toinen resonanssi • · · 30 ensimmäiselle säteilijälle. Keraamisubstraatti ja sovituspiiri sijoitetaan ensimmäistä säteilijää tukevalle muovirungolle tai tähän kiinnitetylle pienelle apulevylle niin, että muodostuu integroitu antennimoduuli. Rakenteessa voi olla lisäksi säteilevä para- : siittielementti ylemmän toimintakaistan leventämiseksi.The basic idea of the invention is as follows: The radiating structure of the antenna comprises a first air-insulated first monopole emitter and a second monopoly emitter on a ceramic substrate. The former resonates in the lower operating band of the antenna and. ···. the latter in the upper operating band. An integral part of the antenna structure is also a matching circuit which, in addition to the matching, provides a second resonance for the first radiator. The ceramic substrate and the matching circuit are placed on a plastic body supporting the first radiator or on a small auxiliary plate attached thereto to form an integrated antenna module. The structure may further comprise a radiating parasitic element for widening the upper operating band.
• · 3• · 3
Keksinnön etuna on, että pienikokoiselle antennille saadaan suhteellisen leveä alempi toimintakaista. Tämä johtuu keksinnön mukaisen sovituspiirin avulla syntyvästä alemman toimintakaistan säteilijän kaksoisresonanssista. Lisäksi keksinnön etuna on, että alemman ja ylemmän toimintakaistan säteilijöille voidaan käyttää 5 yhteistä syöttöpistettä. Tämä johtuu siitä, että keksinnön mukainen sovituspiiri toimii samalla suotimena, joka parantaa säteilijöiden välistä erotusta. Edelleen keksinnön etuna on, että radiolaitteen maatason koon vaikutus alemman toimintakaistan leveyteen on selvästi vähäisempi kuin tunnetuissa monopoliantenneissa. Edelleen keksinnön etuna on, että koko antennirakenne voidaan testata itsenäisenä 10 moduulina, jolloin testausta ei enää tarvita, kun moduuli on asennettu radiolaitteeseen.An advantage of the invention is that a relatively wide lower operating band is obtained for a small antenna. This is due to the double resonant low bandwidth radiator generated by the matching circuit of the invention. A further advantage of the invention is that 5 common feed points can be used for the lower and upper operating band radiators. This is because the matching circuit according to the invention acts as a filter which improves the separation between the radiators. A further advantage of the invention is that the effect of the ground level size of the radio device on the lower operating bandwidth is significantly less than in known monopoly antennas. A further advantage of the invention is that the entire antenna structure can be tested as a stand-alone module, whereby testing is no longer required when the module is installed in the radio device.
Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti. Selostuksessa viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää esimerkkiä tunnetusta sisäisestä monopoliantennista, 15 kuva 2 esittää esimerkkiä keksinnön mukaisesta antennirakenteesta, kuva 3a esittää kuvan 2 mukaista antennirakennetta ylhäältä päin, kuva 3b esittää kuvan 2 mukaista antennirakennetta sivulta päin, kuva 4 esittää esimerkkiä keksinnön mukaisen antennirakenteen sovituspiiristä, kuva 5 esittää esimerkkiä keksinnön mukaisen antennirakenteen kaistaominai-20 suuksistaja • · · kuva 6 esittää esimerkkiä keksinnön mukaisen antennirakenteen hyötysuhteesta.The invention will now be described in detail. Referring to the accompanying drawings, Fig. 1 shows an example of a known internal monopole antenna, Fig. 2 shows an example of an antenna structure according to the invention, Fig. 3a shows a top view of the antenna structure according to Fig. 2, Fig. Fig. 5 shows an example of the efficiency of the antenna structure according to the invention.
• · • · · • · · • · · ·• · · · · · · · · · · ·
Kuva 1 selostettiin jo tekniikan tason kuvauksen yhteydessä.Figure 1 was already described in connection with the prior art description.
• · · • · • · '** Kuvassa 2 on esimerkki keksinnön mukaisesta antennirakenteesta. Kuva 2 on perspektiivipiirros, josta ilmenee vain antennin mekaaninen yleisrakenne. Siinä • · · 25 näkyy radiolaitteen piirilevy PCB, jonka yläpinta on suureksi osaksi johtavaa maa- • · ’···* tasoa GND. Antennirakenne sijaitsee piirilevyn päädyssä tämän ulkopuolella. Sä- :teilevään rakenteeseen kuuluu kaksi monopolisäteilijää. Ensimmäinen säteilijä 221 :***: on liuskamainen johde-elementti dielektrisen tukirungon 205 pinnalla. Runko 205 ··· ./ on kiinnitetty piirilevyn PCB päätyyn, ja siinä on tässä esimerkissä pystysuuntai- *. . 30 nen, ylhäältä katsottuna kaareva osuus, joka noudattaa radiolaitteen, johon anten-*· ni on tarkoitettu, päädyn muotoa. Ensimmäinen säteilijä 221 on kiinnitetty rungon kaarevan osuuden ulkopinnalle. Kaareva osuus on suhteellisen ohut, ja rungon 4 materiaali on valittu niin, että ensimmäinen säteilijä on lähes ilmaeristeinen. Toinen säteilijä 222 on keraamisubstraatin johdepäällystettä. Keraamisubstraatti 210 on tässä pitkulainen suorakulmainen kappale, joka sijaitsee piirilevyn PCB päädyn suuntaisesti ylhäältä katsottuna ensimmäisen säteilijän 221 ja piirilevyn välissä. 5 Runkoon 205 kuuluu sen kaarevasta osuudesta piirilevyyn päin oleva vaakasuuntainen osuus. Keraamisubstraatti 210 johdepäällysteineen on kiinnitetty joko suoraan rungon vaakasuuntaisen osuuden eli "pohjan" päälle tai pienelle dielektriselle apulevylie, joka taas on kiinnitetty kyseisen pohjan päälle. Antennirakenteen osat muodostavat integroidun antennimoduulin 200, joka voidaan testata erikseen ja 10 asentaa sitten radiolaitteeseen.2 shows an example of an antenna structure according to the invention. Figure 2 is a perspective view showing only the general mechanical structure of the antenna. It shows · · · 25 the circuit board PCB of the radio device, the upper surface of which is to a large extent the conductive ground level GND. The antenna structure is located at the end of the circuit board outside this. The radiating structure comprises two monopole radiators. The first radiator 221: *** is a strip-like conductor element on the surface of the dielectric support body 205. The body 205 ··· ./ is attached to the PCB end of the PCB and has a vertical * in this example. . 30 A curved portion viewed from above that conforms to the shape of the end of the radio device for which the antenna is intended. The first radiator 221 is mounted on the outer surface of the curved portion of the body. The curved portion is relatively thin, and the material of the body 4 is selected such that the first radiator is almost air insulated. The second radiator 222 is a conductive coating on a ceramic substrate. Here, the ceramic substrate 210 is an oblong rectangular body disposed between the first radiator 221 and the circuit board, viewed from above, parallel to the PCB end of the circuit board. The body 205 includes a horizontal portion of its curved portion facing the circuit board. Ceramic substrate 210 with conductive coatings is attached either directly to the horizontal portion of the body, i.e. the "base", or to a small dielectric sub-plate which is again attached to the base. Parts of the antenna structure form an integrated antenna module 200, which can be tested separately and then mounted on a radio device.
Keksinnön mukaisella antennirakenteella on ainakin kaksi erillistä toimintakaistaa. Käytetään kahdesta toimintakaistasta nimityksiä alempi ja ylempi toimintakaista. Kuvassa 2 ensimmäinen säteilijä 221 resonoi alemmalla toimintakaistalla ja toinen säteilijä 222 ylemmällä toimintakaistalla. Säteilijöillä on radiolaitteen antenniporttiin 15 kytkettävä yhteinen syöttöpiste FP, joka on tässä esimerkissä antennirakenteen piirilevyn PCB päälle yltävällä ulokkeella. Antennin sähköistä rakennetta kuvataan tarkemmin seuraavassa.The antenna structure according to the invention has at least two separate operating bands. The two operating bands are called the lower and upper operating bands. In Figure 2, the first radiator 221 resonates in the lower operating band and the second radiator 222 in the upper operating band. The radiators have a common feed point FP to be connected to the antenna port 15 of the radio device, which in this example is a projection extending over the PCB of the antenna structure. The electrical structure of the antenna is described in more detail below.
Kuvassa 3a on esimerkki kuvan 2 mukaisesta antennirakenteesta päältä päin nähtynä ja kuvassa 3b piirilevyn PCB puolelta, sen tasalta nähtynä. Kuvassa 3a nä-20 kyy antennirakenteen tukirunko 205, dielektrinen apulevy 215 tukirungon "pohjan" päällä, keraamisubstraatti 210 apulevyn päällä, ensimmäinen säteilijä 221 rungon • · · · .···. ulkopinnalla, toinen säteilijä 222 substraatin 210 yläpinnalla ja apulevyllä sijaitseva .···. antennin sovituspiiri. Sovituspiiri kuuluu olennaisena osana keksinnön mukaiseen • · '.”1' antennirakenteeseen. Siihen kuuluvat kapasitiiviset elimet C1 ja C2 sekä induktii- !:;: 25 viset elimet L1 ja L2, jotka kaikki ovat tässä esimerkissä diskreettejä palakom-• · ponentteja. Niiden kytkentä ilmenee kuvasta 4. Toinen säteilijä 222 on syöttöpääs- • » *···* sään huomattavasti kapeampi kuin muulta osaltaan. Kyseinen kapea osuus lisää induktanssia säteilijän syöttöpiiriin, ja se voidaan katsoa kuuluvaksi antennin sovi- » · v.; tuspiiriin.Figure 3a is an example of a top view of the antenna structure of Figure 2, and Figure 3b is a plan view of the PCB side. In Fig. 3a, the antenna structure support body 205, the dielectric sub-plate 215 on the "bottom" of the support body, the ceramic substrate 210 on the sub-plate, the first radiator 221 on the body are shown. the outer surface, the second radiator 222 located on the top surface of the substrate 210 and the auxiliary plate. antenna matching circuit. The matching circuit is an integral part of the • · '.' 1 'antenna structure according to the invention. It includes capacitive elements C1 and C2 and inductive elements L1 and L2, all of which are discrete lump components in this example. Their connection is illustrated in Figure 4. The second radiator 222 is significantly narrower than the rest of the inlet • • * ··· *. This narrow portion increases the inductance in the radiator feed circuit and can be considered as belonging to the antenna fit »· v .; load circuit.
··· • · • · *·.* 30 Ensimmäisellä ja toisella säteilijällä on yhteinen maattopiste G1 ja yhteinen syöt-• · · töpiste FP, joka on antennirakenteessa kytketty galvaanisesti toisen säteilijän 222 syöttökohtaan F2. Ensimmäinen säteilijä saa syöttönsä sovituspiirin kautta syöttö-·*·.. kohtaansa F1. Maattopiste G1 ja syöttöpiste FP sijaitsevat apulevyn 215 ulokkeel- .·. i la, joka ulottuu radiolaitteen piirilevyn PCB päälle. Maattopiste G1 on kytketty apu- 35 levyn läpiviennin kautta radiolaitteen maatasoon GND, ja syöttöpiste FP on kytketty apulevyn läpiviennin kautta radiolaitteen antenniporttiin.The first and second radiators have a common ground point G1 and a common feed point FP, galvanically coupled to the feed point F2 of the second radiator 222 in the antenna structure. The first radiator receives its supply through the matching circuit to its input · * · .. point F1. The ground point G1 and the feed point FP are located at the projections of the auxiliary plate 215. ·. i la which extends over the circuit board PCB of the radio device. The ground point G1 is coupled through the auxiliary plate passage to the ground plane GND of the radio device, and the feed point FP is connected through the auxiliary plate passage to the antenna port of the radio device.
55
Lisäksi esimerkkirakenteeseen kuuluu kuvassa 3a näkyvä parasiittinen säteilijä 230, joka on johdeliuska apulevyn 215 pinnalla substraatin 210 ja rungon 205 ulomman, kaarevan osuuden välissä. Parasiittisäteilijä 230 on kytketty toisesta päästään maatasoon GND apulevyllä olevan toisen maattopisteen G2 kautta. Pa-5 rasiittisäteilijän resonanssitaajuus järjestetään antennin ylemmälle toimintakaistalle tämän leventämiseksi.Further, the exemplary structure includes a parasitic radiator 230 shown in Fig. 3a, which is a conductive strip on the surface of auxiliary plate 215 between the substrate 210 and the outer, curved portion of the body 205. At its other end, the parasitic radiator 230 is connected to the ground plane GND via the second ground point G2 on the auxiliary plate. The resonance frequency of the Pa-5 racite radiator is arranged in the upper operating band of the antenna to widen it.
Kuvassa 3b näkyvät sovituspiirin komponentit, kuten kondensaattori C2, apulevylle 215 asennettuina. Lisäksi näkyy yksityiskohtana substraatin 210 sivupinnalla oleva johdeliuska, joka yhdistää toisen säteilijän 222 substraatin alla olevaan syöttökoh-10 taansa F2.Figure 3b shows the components of the matching circuit, such as capacitor C2, mounted on auxiliary board 215. Further, the detail of the conductor strip on the side surface of the substrate 210 which connects the second radiator 222 to its feed point F2 below the substrate is also shown in detail.
Kuvassa 4 on piirikaaviona esimerkki keksinnön mukaisen antennirakenteen sovi-tuspiiristä. Sovituspiiri 240 vastaa rakenteeltaan ja merkinnöiltään kuvan 3a esittämää rakennetta. Säteilijöille yhteisen syöttöpisteen FP ja maattopisteen G1 välissä on ensimmäinen kondensaattori C1. Syöttöpiste on kytketty toiselle säteilijälle 222 induk-15 tanssin L' kautta, joka vastaa edellä mainitun, keraamisubstraatin johdepäällystee-seen kuuluvan kapean johdeliuskan induktanssia. Induktanssin L' alapäähän voidaan kuvitella toisen säteilijän syöttökohta kuvassa 4. Syöttöpisteeseen FP on kytketty myös sarjaresonanssipiiri, jossa on syöttöpisteestä lähdettäessä ensin toinen kondensaattori C2 ja sitten toinen kela L2. Saijaresonanssipiirin toinen pää on kytketty 20 ensimmäisen kelan L1 kautta maattopisteeseen G1 ja suoraan ensimmäiseen säteili-jään 221.Fig. 4 is a circuit diagram showing an example of a matching circuit for an antenna structure according to the invention. The matching circuit 240 corresponds to the structure shown in Figure 3a. There is a first capacitor C1 between the common feeder point FP and the ground point G1 for the radiators. The feed point is coupled to the second radiator 222 via an inductance dance L 'corresponding to the inductance of the aforementioned narrow conductor strip in the conductive coating of the ceramic substrate. At the lower end of the inductance L 'one can imagine the entry point of the second radiator in Fig. 4. Also connected to the supply point FP is a series resonant circuit having a first capacitor C2 and then a second coil L2 when leaving the supply point. The other end of the incident resonant circuit is coupled through a first coil L1 to a ground point G1 and directly to a first radiator ice 221.
• · · ·• · · ·
Ensimmäinen kela L1 on siis ensimmäisen säteilijän syöttökohdan ja maattopisteen välissä, ja sillä sovitetaan ensimmäisen säteilijän impedanssia. Toisen säteilijän im- ··· : pedanssia taas sovitetaan ensimmäisellä kondensaattorilla C1.Thus, the first coil L1 is located between the entry point of the first radiator and the ground point and adjusts the impedance of the first radiator. The impedance of the second emitter ···: again is matched by the first capacitor C1.
··· · ·· • · : ” 25 Sovituspiiriin sisältyvän sarjaresonanssipiirin C2, L2 vaikutuksesta ensimmäisellä säteilijällä 221 on yhden perusresonanssin sijasta kaksoisresonanssi. Näiden resonanssien taajuudet voidaan järjestää sopivan lähelle toisiaan niin, että alem- • · masta toimintakaistasta tulee suhteellisen leveä.··· · ·····························································································································NING order order 25: The first radiator 221 has a double resonance instead of a single basic resonant. The frequencies of these resonances can be arranged in close proximity to one another so that the lower operating band becomes relatively wide.
··· **··* Sovituspiiri muodostaa lisäksi samalla kaistanpäästösuotimen toisen säteilijän 30 syöttökohdan ja maattopisteen G1 edustaman ensimmäisen portin ja ensimmäisen • :**·; säteilijän syöttökohdan ja maattopisteen G1 edustaman toisen portin välille. An- • · · .· . tennin alempi toimintakaista on suotimen päästökaistalla, ja vaimennus ensimmäi- « · · *;//· sestä portista toiseen porttiin on merkittävän suuri ylemmän toimintakaistan taa- *···: juuksilla. Tämä merkitsee säteilijöiden välisen erotuksen paranemista niin, että sä- 35 teilijöille voidaan käyttää antennirakenteessa yhteistä syöttöpistettä FP.··· ** ·· * The matching circuit also forms the first port and the first port represented by the second radiator 30 inlet and ground point G1 of the bandpass filter: • **; between the radiator feed point and the second port represented by ground point G1. An- • · ·. ·. the lower operating band of the tennis is in the pass band of the filter, and the attenuation from the first gate to the second port is significantly high in the hair of the upper operating band. This means an improvement in the separation between the radiators so that a common feed point FP can be used for the radiators in the antenna structure.
66
Kuvassa 5 on esimerkki keksinnön mukaisen antennirakenteen kaistaominai-suuksista. Kuvaaja näyttää heijastuskertoimen S11 muuttumisen taajuuden funktiona. Se on mitattu antennirakenteesta, jossa keraamisubstraatin mitat ovat 18x3x1,5 mm3 ja koko antennimoduuiin mitat 40x8x6 mm3 leveysmitan 8 mm kos-5 kiessa moduulin ulkoreunan etäisyyttä maatason reunasta. Käytetyn substraatin suhteellinen dielektrisyyskerroin on 35. Mitä pienempi on heijastuskerroin, sitä paremmin antenni on sovitettu ja sitä paremmin se toimii säteilijänä ja säteilyn vastaanottajana. Jos rajataajuuden kriteerinä käytetään esimerkiksi heijastuskertoimen arvoa -5 dB, antennin alempi toiminta kaista on noin 810-1030 MHz kaistan-10 leveyden ollessa siis noin 220 MHz (24%). Alempi toimintakaista kattaa reilusti kuvaan merkityn taajuusalueen W1, jonka sisälle jää sekä amerikkalaisen GSM-järjestelmän (Global System for Mobile telecommunications) taajuusalue 824-894 MHz että eurooppalaisen EGSM-järjestelmän (Extended GSM) taajuusalue 880-960 MHz. Alemman toimintakaistan huomattavan suureen leveyteen on päästy sil-15 lä, että kyseiselle taajuusalueelle on järjestetty keksinnön mukaisen sovituspiirin avulla kaksi resonanssia r1 ja r2 siten, että ne eivät pahasti häiritse toisiaan. Ensimmäinen resonanssi r1 ja toinen resonanssi r2 ovat ensimmäisen säteilijän 221 ja sovituspiirin, erityisesti sen resonanssipiirin, yhdessä muodostaman kokonaisuuden resonansseja.Figure 5 shows an example of band characteristics of an antenna structure according to the invention. The graph shows the change of the reflection coefficient S11 as a function of frequency. It is measured from an antenna structure with the dimensions of the ceramic substrate 18x3x1.5 mm3 and the size of the whole antenna module 40x8x6 mm3 width 8 mm kos-5 denoting the outer edge of the module from the edge of the ground plane. The substrate used has a relative dielectric coefficient of 35. The lower the reflection coefficient, the better the antenna is fitted and the better it functions as a radiator and radiation receiver. For example, if the cut-off frequency criterion is a reflection coefficient value of -5 dB, the lower operating band of the antenna is about 810 to 1030 MHz with a band-10 width of about 220 MHz (24%). The lower operating band extends well over the marked frequency band W1, which includes both the 824-894 MHz band of the Global System for Mobile telecommunications (GSM) system and the 880-960 MHz band of the European GSM (Extended GSM) system. The remarkably large width of the lower operating band has been achieved by the fact that two resonances r1 and r2 are arranged in the frequency range in question with the matching circuit according to the invention so that they do not severely interfere with each other. The first resonance r1 and the second resonance r2 are the resonances of the whole formed by the first radiator 221 and the matching circuit, in particular its resonant circuit.
20 Antennin ylempi toimintakaista on em. kriteerillä noin 1,70-2,17 GHz kaistanleveyden ollessa siis noin 470 MHz (24%). Ylempi toimintakaista kattaa kuvaan merkityn taajuusalueen W2, jonka sisälle jää GSM1800-järjestelmän taajuusalue O 1710-1880 MHz, GSM1900-järjestelmän taajuusalue 1850-1990 MHz sekä VVCDMA-jäijestelmän (Wideband Code Division Multiple Access) taajuusalue • 25 1920-2170 MHz. Myös ylempi toimintakaista perustuu kahteen resonanssiin r3, ··· · r4. Alempi näistä eli kolmas resonanssi r3 on keraamisubstraatilla olevan toisen !···. säteilijän 222 resonanssi, ja neljäs resonanssi r4 on parasiittisäteilijän 230 resonanssi.The upper operating band of the antenna is, according to the above criterion, about 1.70-2.17 GHz with a bandwidth of about 470 MHz (24%). The upper operating band covers the frequency band W2 shown in the figure, which includes the GSM1800 frequency band O 1710-1880 MHz, the GSM1900 system band 1850-1990 MHz and the WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) band 19 25-2170 MHz. The upper operating band is also based on two resonances r3, ··· · r4. The lower of these, the third resonance r3, is the second of the ceramic substrate! ···. the resonance of the radiator 222, and the fourth resonance r4 is the resonance of the parasitic radiator 230.
• · v.; Kuvassa 6 on esimerkki keksinnön mukaisen antennirakenteen hyötysuhteesta.• · v .; Figure 6 shows an example of the efficiency of the antenna structure according to the invention.
• · « 30 Kuvaaja näyttää hyötysuhteen muuttumisen taajuuden funktiona antennin ollessa . j\ vapaassa tilassa. Alemmalla toimintakaistalla hyötysuhde vaihtelee arvojen -3,8 .···. dB ja -2,5 dB välillä. Ylemmällä toimintakaistalla hyötysuhde vaihtelee arvojen -3,7 • - · T dB ja -2,7 dB välillä. Toimintakaistoina pidetään tässä edellä mainittuja taajuusalu- : 1·· eitä W1 ja W2. Eräs hyötysuhteeseen vaikuttava tekijä on radiolaitteen maatason ·.1·· 35 koko. Edellä olevat tulokset on saatu maatason ollessa 40x100 mm2.• · «30 The graph shows the change in efficiency as a function of frequency with the antenna. j \ in free mode. In the lower operating band, the efficiency varies from -3.8. ···. dB to -2.5 dB. In the higher operating band, the efficiency varies between -3.7 • - · T dB and -2.7 dB. The operating bands considered herein are the following frequency ranges: 1 ··· W1 and W2. One factor affecting efficiency is the size of the ground plane of the radio unit · .1 ·· 35. The above results have been obtained with a ground plane of 40x100 mm2.
77
Etuliitteet "vaaka-", "pysty-", "ala-" ja "ylä-" sekä määre "ylhäältäpäin" viittaavat tässä selostuksessa ja patenttivaatimuksissa antennirakenteen asentoon, jossa radiolaitteen piirilevy ja antennirakenteen rungon pohja ovat vaakatasossa ja ke-raamisubstraatti on pohjan yläpuolella. Laitteen käyttöasento voi luonnollisesti olla 5 mikä tahansa.The prefixes "horizontal", "vertical", "bottom" and "top" and the attribute "top" refer to the position of the antenna structure in which the circuit board of the radio device and the bottom of the antenna structure are horizontal and the frame substrate is above the bottom. Of course, the operating position of the device can be any.
Edellä on kuvattu erästä keksinnön mukaista antennirakennetta. Rakenteen osien muodot ja sijoitus voivat luonnollisesti poiketa kuvissa esitetyistä. Esimerkiksi pa-rasiittisäteilijä voi sijaita myös dielektrisen rungon pinnalla. Apulevy voi jäädä pois, jolloin substraatti ja sovituspiiri ovat suoraan rungon pohjan päällä. Sovituspiirissä 10 sekä kapasitiivinen elin C1 että C2 voidaan toteuttaa myös pelkillä lähekkäisillä johdeliuskoilla dielektriseliä alustapinnalla. Niin ikään ainakin induktiivisista elimistä pienempi L1 voidaan toteuttaa myös pelkällä kapealla johdeliuskalla dielektriseliä alustapinnalla. Diskreetin kelan kanssa voi olla sarjassa pienen induktanssin omaava liuska, jota käytetään virityselimenä työstämällä sitä testausvaiheessa 15 esimerkiksi laserilla. Toista säteilijää sovittava kapea johdeliuska, joka kuvien 3a ja 3b esimerkissä on substraatin pinnalla, voi olla pääosaltaan myös mainitulla apu-levyllä. Keksinnöllistä ajatusta voidaan soveltaa eri tavoin itsenäisen patenttivaatimuksen 1 asettamissa rajoissa.An antenna structure according to the invention has been described above. Of course, the shape and position of the structural parts may differ from those shown. For example, a parasitic radiator may also be located on the surface of a dielectric body. The auxiliary plate may be omitted, whereby the substrate and the matching circuit are directly over the bottom of the frame. In the matching circuit 10, both the capacitive member C1 and C2 can also be implemented with only adjacent conductive strips on a dielectric substrate. Likewise, at least of the inductive elements, the smaller L1 can also be realized with a narrow conductor strip of dielectric substrate only. With the discrete coil, there may be in series a low inductance strip which is used as a tuning member by machining it in the test step 15, for example with a laser. The narrow conductor strip accommodating the second radiator, which in the example of Figures 3a and 3b is on the surface of the substrate, may also be substantially on said auxiliary plate. The inventive idea can be applied in various ways within the limits set by the independent claim 1.
M» ···· ··· • · '· · ··» ··· • · • · ··· t · • · · .· · · ··· · ·· • · • ·· ··· • · • · • · · • · • · · • · · • · • M • · • · ··· • · · • · ♦ ··· ··· ♦ · • · ··· ·· • · ♦ ·· 1 · • · · • ·· • ·M »· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ··· M · M M M M M M M · • M M M M M M M M M M M M ·· 1 · · · · · ··· · ·
Claims (11)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20075004A FI120119B (en) | 2007-01-04 | 2007-01-04 | The antenna structure |
PCT/FI2007/050714 WO2008081077A1 (en) | 2007-01-04 | 2007-12-20 | Antenna structure |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20075004 | 2007-01-04 | ||
FI20075004A FI120119B (en) | 2007-01-04 | 2007-01-04 | The antenna structure |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20075004A0 FI20075004A0 (en) | 2007-01-04 |
FI20075004A FI20075004A (en) | 2008-07-05 |
FI120119B true FI120119B (en) | 2009-06-30 |
Family
ID=37745697
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20075004A FI120119B (en) | 2007-01-04 | 2007-01-04 | The antenna structure |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI120119B (en) |
WO (1) | WO2008081077A1 (en) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FI20095441A (en) * | 2009-04-22 | 2010-10-23 | Pulse Finland Oy | Built-in monopole antenna |
FI20096320A0 (en) * | 2009-12-14 | 2009-12-14 | Pulse Finland Oy | Multiband antenna structure |
CN102170039A (en) * | 2010-02-28 | 2011-08-31 | 上海安费诺永亿通讯电子有限公司 | Built-in antenna system of mobile television |
JP2012074790A (en) * | 2010-09-28 | 2012-04-12 | Casio Comput Co Ltd | Antenna with built-in filter and electronic device |
TWI573322B (en) * | 2012-06-15 | 2017-03-01 | 群邁通訊股份有限公司 | Antenna assembly and wireless communication device employing same |
JP6027872B2 (en) * | 2012-12-04 | 2016-11-16 | 株式会社フジクラ | Inverted F antenna |
US10044110B2 (en) | 2013-07-01 | 2018-08-07 | Qualcomm Incorporated | Antennas with shared grounding structure |
CN104466433A (en) * | 2014-12-08 | 2015-03-25 | 马瑞利汽车电子(广州)有限公司 | Vehicle-mounted radio frequency receiving antenna device |
CN109390693B (en) * | 2017-08-05 | 2021-12-07 | 深圳富泰宏精密工业有限公司 | Antenna structure and wireless communication device with same |
GB2571279B (en) | 2018-02-21 | 2022-03-09 | Pet Tech Limited | Antenna arrangement and associated method |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004336250A (en) * | 2003-05-02 | 2004-11-25 | Taiyo Yuden Co Ltd | Antenna matching circuit, and mobile communication apparatus and dielectric antenna having the same |
KR100995265B1 (en) * | 2003-12-25 | 2010-11-19 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | Antenna device and communication apparatus |
JP4301034B2 (en) * | 2004-02-26 | 2009-07-22 | パナソニック株式会社 | Wireless device with antenna |
US7242364B2 (en) * | 2005-09-29 | 2007-07-10 | Nokia Corporation | Dual-resonant antenna |
-
2007
- 2007-01-04 FI FI20075004A patent/FI120119B/en active IP Right Grant
- 2007-12-20 WO PCT/FI2007/050714 patent/WO2008081077A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI20075004A (en) | 2008-07-05 |
FI20075004A0 (en) | 2007-01-04 |
WO2008081077A1 (en) | 2008-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI120119B (en) | The antenna structure | |
FI115173B (en) | Antenna for a collapsible radio | |
FI120606B (en) | Internal multi-band antenna | |
EP1396906B1 (en) | Tunable multiband planar antenna | |
US7629931B2 (en) | Antenna having a plurality of resonant frequencies | |
US8629813B2 (en) | Adjustable multi-band antenna and methods | |
US7352326B2 (en) | Multiband planar antenna | |
US7099690B2 (en) | Adjustable multi-band antenna | |
FI121520B (en) | Built-in monopole antenna | |
US6963308B2 (en) | Multiband antenna | |
FI118749B (en) | Column Antenna | |
EP1791213A1 (en) | Multiband antenna component | |
US20130038494A1 (en) | Adjustable antenna apparatus and methods | |
EP2328229A2 (en) | Mobile communication device | |
US20120256800A1 (en) | Multiband antenna structure and methods | |
KR20070095378A (en) | Internal multi-band antenna with planar strip elements | |
WO2010125240A1 (en) | Antenna combination | |
FI120120B (en) | Dielectric antenna | |
JP5586933B2 (en) | ANTENNA DEVICE AND RADIO COMMUNICATION DEVICE EQUIPPED WITH THE SAME | |
SE541063C2 (en) | Ground plane independent antenna |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Ref document number: 120119 Country of ref document: FI |