SE528088C2 - Antennanordning och bärbar radiokommunikationsanordning innefattande sådan antennanordning - Google Patents

Description

528 088 tillräckligt brett, täckande både 1800 och 1900 MHz-banden, erhålles en telefon som fungerar i tre olika standardband.

Inom kort kan man tänka sig antennanordningar som arbetar i fyra eller till och med fler olika arbetsband.

'Antalet frekvensband i passiva antenner begränsas av antennens storlek. För att ytterligare kunna öka antalet frekvensband och/eller minska antennstorleken, kan aktiv frekvensstyrning användas. Ett exempel på aktiv frekvensstyrning beskrivs i Patent Abstracts of Japan 10190347, som beskriver en patch- antennanordning som kan hantera flera frekvenser. För detta finns en grundläggande patchdel och en ytterligare patchdel som är inbördes förbundna medelst PIN-dioder anordnade att selektivt koppla ihop och koppla isär patchdelarna. Även om detta ger en frekvensstyrning har antennanordningen fort- farande en stor storlek och är ej bra anpassad för omkoppling mellan två eller fler relativt mycket åtskiljda frekvensband, såsom mellan GSM- och DAMSP- och/eller DCS- och PCS-banden.

I stället är detta exempel på känd teknik typiskt i det att in- och urkopplingen av ytterligare patchar har använts för avstämning i stället för att skapa ytterligare frekvensband på ett avstånd från ett första frekvensband.

Patents Abstracts of Japan med publiceringsnummer JP2000-236209 beskriver en monopolantenn innefattande en linjär ledare på ett dielektriskt substrat. Strålningsdelar av antennen utgörs av åtminstone två metalldelar kopplade genom diodswitchkretsar. Strålningselementen har matningspunkter anslutna till ena änden av en filterkrets, vilken skär bort en högfrekvenssignal. En signal Vwflm används för att styra diod- switchen. Den beskrivna utformningen begränsas till monopol- eller dipolantenner. Vidare är ändamålet med antennen enligt 528 088 ovannämnda japanska dokument ej att åstadkoma en antenn med liten storlek.

Ett problem vid kända antennanordningar är sålunda att åstad- komma en flerbandig antenn av PIFA-typ med liten storlek och volym och breda frekvensband som bibehåller bra prestanda.

Sammanfattning av uppfinningen Ett huvudändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkoma en sådan anordning och sätt som åtminstone minskar ovannämnda problem.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en antennanordning av det inledningsvis angivna slaget vid vilken frekvenskaraktäristiken tillhandahåller åtminstone två jäm- förelsevis breda frekvensband samtidigt som antennens totala storlek är liten.

Ett annat ändamål är att åstadkomma en antennanordning med bättre flerbandsprestanda än kända anordningar.

Uppfinningen baseras på insikten att flera frekvensband kan åstadkomas i en fysiskt mycket liten antenn genom att anordna antennen så att det effektiva frekvensbandet för de strålande elementen kan styras genom styrning av en switch. Detta innebär, att de strålande elementen kan avstämmas till ett första frekvensband eller en första uppsättning frekvensband i en första mod och ett andra frekvensband eller uppsättning frekvensband i en andra mod genom påverkan av nämnda switch.

Patentansökningarna SE030l200-2, SE0302979-0, SE0400203-6 ingivna i Sverige av samma sökande som föreliggande ansökan avser liknande föremål som föreliggande uppfinning och innefattas härigenom genom referens. En samtidig ansökan ingiven i Sverige på samma dag som föreliggande ansökan av 528 088 samma sökande avser också samma område-och innefattas också härigenom genom referens.

Det har föreslagits att de strålande elementen bör uppdelas i två delar och kopplas ihop med en switch för att därigenom uppnå ovannämnda syfte. Ett sådant switchelement kan vara en diod. Eftersom dioder ej är ideala komponenter har det dock upptäckts att de kan förorsaka skarpa övertoner som ej kan tolereras i vissa standarder. Föreliggande uppfinnare har upptäckt att genom att anordna dioden eller switchen på jord- planet där strömmarna i dioden är mycket mindre jämfört med strömmar i dioden om den hade anordnats på det strålande elementet, så blir dessa övertoner inte alls lika störande och det blir lättare att utforma antennen så att den hålls inom gränser definierade av olika standarder.

Genom att placera dioden på jordplanet sänds de övertoner som skapas av strömmarna i dioden ej, eftersom de fångas av jorden nära exciteringen.

Sålunda åstadkommes en flerbandig antennanordning med en så liten antennvolym som cirka 2 cmfl vilket innebär att antennens storlek minskas betydligt jämfört med flerbandiga standard- patchantenner men fortfarande med bibehållen eller förbättrad RF-prestanda. Bandbredderna hos antennanordningen enligt upp- finningen kan också förbättras jämfört med motsvarande kända anordningar men utan någon ökning av storleken, vilken antages vara ett resultat av användningen av antennstrukturens grund- frekvensmod. Som exempel på detta har bandbredder hos så mycket som 15% av det högre frekvensbandets mittfrekvens erhållits jämfört med 9-10% i konventionella, kända antenn- anordningar.

Dessa ändamål bland andra uppnås enligt en första aspekt av föreliggande uppfinning av en antennanordning för en bärbar 528 088 radiokommunikationsanordning inrättad för användning i åtmin- stone ett första och ett andra frekvensband, varvid antenn- anordningen innefattar: ett första elektriskt ledande, strål- ande element med en första matningsdel anslutbar till en matningsanordning (RF) hos radiokommunikationsanordningen för matning och mottagning av radiofrekvenssignaler, en första jordplandel anordnad på ett avstånd från det första strålande elementet, en andra jordplandel, ett högpassfilter inkopplat mellan nämnda första och andra jordplandelar, vilket högpass- filter tillåter nämnda radiofrekvenssignaler att passera, och en styrbar switch anordnad mellan de första och andra jord- plandelarna för selektiv ihopkoppling eller isärkoppling av de första och andra jordplandelarna.

Ovannämnda ändamål bland andra uppnås enligt en andra aspekt av föreliggande uppfinning med ett sätt för att uppnå fler- bandig karaktäristik för en antenn med åtminstone ett strål- ande element anordnat över en första och en andra jordplandel, varvid det strålande elementet är kopplat till den första jordplandelen och ett högpassfilter är inkopplat mellan de första och andra jordplandelarna, vilket högpassfilter till- låter nämnda radiofrekvenssignaler att passera, innefattande följande steg: att man matar en radiofrekvenssignal till det strålande elementet och att man manövrerar en switch anordnad mellan de första och andra jordplandelarna, varvid switchen är öppen för radiofrekvenssignaler i en första mod och sluten för radiofrekvenssignaler i en andra mod för att ändra antennens effektiva arbetsfrekvensband.

Ovannämnda ändamål bland andra uppnås enligt en tredje aspekt av föreliggande uppfinning med en bärbar radiokommunikations- anordning innefattande en sådan antennanordning. 528 088 Genom att dela upp jordplanet i två delar och koppla ihop dessa två delar med en switch blir det möjligt att styra jordplanets konfiguration och därigenom antennens resonans- frekvens.

Enligt en variant av föreliggande uppfinning innefattar switchen en PIN-diod.

Enligt en variant av föreliggande styrs switchens tillstånd medelst en styrspänningsinsignal (vwüw).

Genom att använda en PIN-diod som switch blir switchens tillstånd enkelt att styra genom tillhandahållande av en spän- ningsinsignal.

Enligt en variant av föreliggande uppfinning är ett högpass- filter inkopplat mellan de första och andra jordplandelarna, vilket högpassfilter tillåter radiofrekvenssignalerna att passera. Detta ger möjligheten att ha en slits med en styrbar längd i jordplanet.

Enligt en variant av föreliggande uppfinning är det strålande elementet väsentligen plant.

Enligt en variant av föreliggande uppfinning är de första och andra jordplandelarna inrättade i sama plan med parallella normaler. Detta innebär, att de två jordplandelarna är anord- nade sida vid sida under det strålande elementet.

Enligt en variant av föreliggande uppfinning är de första och andra jordplandelarna anordnade väsentligen inbördes vinkel- rätt och med väsentligen vinkelräta normaler. Detta innebär, att den första jordplandelen är anordnad under väsentligenå hela det strålande elementet och den andra jordplandelen är anordnad vid sidan om den första jordplandelen och det strålande elementet. 528 088 Enligt en variant av föreliggande uppfinning innefattar den andra jordplandelen en matningsdel för matning av styr- spänningen till switchen. Matningsdelen är anslutbar till styrlogik i en radiokommunikationsanordning så att radio- kommunikationsanordningen kan välja vilken arbetsmod antennen intar.

Enligt en variant av föreliggande uppfinning är ett filter anordnat mellan matningsdelen för matning av en styrspänning _ till switchen och den andra jordplandelen. Enligt en variant av föreliggande uppfinning är filtret ett lâgpassfilter som blockerar signaler vid frekvenser lika med och högre än det lägre frekvensbandet av nämnda åtminstone första och andra frekvensband. Detta förhindrar högfrekvenssignaler från att nå den styrlogik som är ansluten till matningsdelen.

Enligt en variant av föreliggande uppfinning innefattar antennen ett andra strålande element. Det strålande elementet är öppet för olika utformningar för att uppnå resonans vid den önskade frekvensen.

Enligt en variant av föreliggande uppfinning har det första och/eller andra strålande elementet en utformning som tillåter fler än en resonansfrekvens. Enligt allmän kunskap är det möjligt att utforma en PIFA-antenn så att den blir resonant i två olika frekvensband. Genom att manövrera switchen blir det därför möjligt att uppnå en antenn som arbetar i fyra olika frekvensband.

Enligt en variant av föreliggande uppfinning innefattar det första strålande elementet en anslutning till den första jordplandelen. 528 088 Ytterligare karaktäristik hos uppfinningen och fördelar med denna framgår av följande detaljerade beskrivning av utföringsformer av uppfinningen.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Föreliggande uppfinning kommer mer fullständigt att förstås utifrån den detaljerade beskrivningen av utföringsformer av föreliggande uppfinning som ges nedan och bifogade figurer 1 till 5, vilka endast ges såsom illustration och sålunda ej begränsar föreliggande uppfinning.

Figur 1 är en översiktlig perspektivvy av en första variant av föreliggande uppfinning innefattande en switch.

Figur 2 är en översiktlig perspektivvy av en andra variant av föreliggande uppfinning vid vilken switchen implementeras med användande av en diod.

Figur 3 är en översiktlig perspektivvy av en tredje variant av föreliggande uppfinning vid vilken switchen implementeras med användande av en diod och vid vilken det finns en kapacitans.

Figur 4 är en översiktlig perspektivvy av en fjärde variant av föreliggande uppfinning vid vilken switchen implementeras med användande av en diod och jordplanet är vikt.

Figur 5 är en översiktlig perspektivvy av en femte variant av föreliggande uppfinning vid vilken switchen implementeras med användande av en diod och en kondensator och där jordplanet är vikt.

Föredragna utföringsformer I följande beskrivning kommer i förklarande och ej begränsande syfte specifika detaljer att beskrivas, såsom specifika tekniker och tillämpningar för att ge en bra förståelse av 528 088 föreliggande uppfinning. Fackmannen inom teknikområdet inser dock att denna uppfinning kan användas i andra utföringsformer som avviker från dessa specifika detaljer. I andra fall utelämnas detaljerade beskrivningar av välkända metoder och anordningar för att ej fördunkla beskrivningen av föreliggande uppfinning med onödiga detaljer.

Figur 1 är en översiktlig perspektivvy av en första variant av uppfinningen som visar ett strålande element 101 med en mat- ningspunkt 102 som är anslutbar till en radiofrekvenssignal- matning 103, såsom en bärbar radiokommunikationsanordning (ej visad). Även om det strålande elementet 101 visas som en väsentligen rektangulär plåt kan det anta andra former för avstämning till det önskade frekvensbandet, såsom i stor utsträckning diskuteras i känd teknik. Sådana former inklu- derar U-form, E-form, W-form, en meandrande form eller varje annan lämplig form och kan innefatta aktiva eller passiva komponenter. Det strålande elementet 101 kan till och med bestå av flera delar förbundna med induktanser, kapacitanser eller aktiva komponenter, såsom dioder. Det är dock väsent- ligen plant men kan innefatta delar som är vikta så att de skjuter ut mot jordplanet.

Det strålande elementet 101 är anslutet 108 till en första jordplandel 104. Den första jordplandelen 104 är på vanligt sätt ansluten till jord på den bärbara radiokommunikations- anordningen via en jordanslutning 105. Den första jordplan- delen är dessutom ansluten till en andra jordplandel 106 via en switch 107. Antennen är i grunden en plan inverterad F-antenn med justerbar jordplankonfiguration. Då switchen 107 är öppen ser det strålande elementet 101 den första jord- plandelen 104 som det fullständiga jordplanet men då switchen 107 är sluten ser det strålande elementet 101 de kombinerade första och andra jordplandelarna 104 och 106 som det full- 528 oss 10 ständiga jordplanet. Detta kommer att påverka läget för antennens resonansfrekvens eller -frekvenser.

Genom att manövrera switchen 107 kan antennen switchas mellan två olika driftmoder. Exempelvis kan antennen avstämas så att den har två resonansfrekvenser då switchen är från, såsom 850 MHz och 1800 MHz, motsvarande DAMPS- och DCS-standarderna, och två andra resonansfrekvenser då switchen är till, såsom 900 MHz och 1900 MHz, motsvarande GSM och PCS. Sålunda åstad- kommes en antenn som kan kommunicera i fyra olika frekvens- band.

Figur 2 är en översiktlig perspektivvy av en andra variant av föreliggande uppfinning där switchen implementeras med användande av en diod 201. Liknande detaljer i figur 1 och figur 2 anges med samma hänvisningssiffror. Den andra jord- plandelen är försedd med en DC-matningspunkt 202 ansluten till en styrbar DC-matning 203 via ett lågpassfilter 204. DC-mat- ningen kan styras så att den antar två olika spänningar, varvid den första är 0 volt och andra, Vwnw mellan 1 och 5 volt. Då ingen spänning påförs matningspunkten 202 är dioden 201 öppen och strömmar i de första och andra jordplandelarna 104 och 106 kan ej utbreda sig mellan de två jordplandelarna och sålunda är endast den första jordplandelen 104 ansluten till det strålande elementet 101 via anslutningen 108.

Då Vwnw påförs den andra jordplandelen 106 kommer dioden 201 att vara öppen och i grunden ge en kortslutning mellan den första jordplandelen 104 och den andra jordplandelen 106.

Sålunda kommer både den första och den andra jordplandelen att vara ansluten till det strålande elementet 101 via anslutningen 108 och dioden 201. 528 088 ll Det blir följaktligen möjligt att styra jordplanets konfigura- tion genom att påföra en spänning till den andra jordplandelen 106 för att därigenom styra antennens resonansfrekvens.

Figur 3 är en översiktlig perspektivvy av en tredje variant av föreliggande uppfinning. Liknande detaljer har angivits med samma hänvisningssiffror som i figur 2. I denna variant är de första och andra jordplandelarna 104 och 106 kopplade via ett DC-block 301, såsom en kondensator. Sålunda är de första och andra jordplandelarna kopplade för radiofrekvenssignaler oberoende av diodens 201 mod via DC-blocket, vilket tillåter RF-signaler att passera. Denna utformning motsvarar att man har en slits i jordplanet där slitsens storlek kan styras via påföringen av Vwnw.

Figur 4 är en översiktlig perspektivvy av en fjärde variant av föreliggande uppfinning. Liknande detaljer har angivits med samma hänvisningssiffror som i figur 2. Såsom tydligt framgår av figur 4 är den andra jordplandelen 401 orienterad väsent- ligen vinkelrätt mot den första jordplandelen 104. En diod 402 förbinder de första och andra jordplandelarna och en DC-matningspunkt 403 är kopplad till en DC-spänning 404 för att tillhandahålla en spänning Vwüw för att manövrera switchen 402.

Genom att anordna den andra jordplandelen 401 vinkelrätt mot den första jordplandelen 104 kan den första jodplandelen anordnas så att den täcker väsentligen hela det strålande elementets 101 area. Detta är fördelaktigt i det att det minskar strålning i riktningen mot den första jordplandelen 104, vilket ofta är riktningen mot ett människohuvud då antennen är implementerad i en bärbar radiokommunikations- anordning. Detta arrangemang minskar SAR. 528 088 12 Figur 5 är en översiktlig perspektivvy av en femte variant av föreliggande utföringsform där ett DC-block 501, såsom en kondensator, är anordnad mellan de första och andra jord- delarna, liknande den variant som beskrivits i samband med figur 3. Liknande detaljer har angivits med samma hänvisnings- siffror som i figur 4.

Det är uppenbart att uppfinningen kan varieras på många olika sätt. Exempelvis kan den andra jordplandelen vara anordnad sida vid sida med det strålande elementet eller kan den ha en U-form, så att en första del är parallell med den första jordplandelen och en andra del är parallell med det strålande elementet. Sådana variationer skall ej anses vara en avvikelse från ramen för uppfinningen. Samtliga sådana modifieringar som skulle anses uppenbara för fackmannen skall anses inkluderade inom ramen för bifogade patentkrav.

Claims (16)

528 088 13 PATENTKRAV

1. Antennanordning för en bärbar radiokommunikations- anordning inrättad för användning i åtminstone ett första och ett andra frekvensband, vilken antennanordning innefattar: - ett första elektriskt ledande, strålande element med en matningsdel anslutbar till en matningsanordning (RF) hos nämnda radiokomunikationsanordning för matning och mottagning av radiofrekvenssignaler; - en första jordplandel anordnad på ett avstånd från nämnda första strålande element, k ä n n e t e c k n a d a v en andra jordplandel, ~ ett högpassfilter är inkopplat mellan nämnda första och andra jordplandelar, vilket högpassfilter tillåter nämnda radiofrekvenssignaler att passera, och - en styrbar switch anordnad mellan de första och andra jord- plandelarna för selektiv hopkoppling eller isärkoppling av nämnda första och andra jordplandelar.

2. Antennanordning enligt patentkravet 1, vid vilken switchens tillstånd styrs medelst en styrspänningsinsignal (Vswitch).

3. Antennanordning enligt något av patentkraven 1 eller 2, vid vilken nämnda strålande element är väsentligen plant.

4. Antennanordning enligt något av patentkraven 1-3, vid vilken nämnda första och andra jordplandelar är arrangerade i samma plan och med parallella normaler. 528 088 14

5. Antennanordning enligt något av patentkraven 1 till 3, vid vilken nämnda första och andra jordplandelar är arrange- rade väsentligen vinkelrätt mot varandra och med väsentligen ortogonala normaler.

6. Antennanordning enligt något av patentkraven 2-5, vid vilken nämnda andra jordplandelar innefattar en matningsdel för matning av nämnda styrspänningssignal till nämnda switch.

7. Antennanordning enligt patentkravet 6, vid vilken ett andra filter är anordnat mellan nämnda matningsdel och nämnda andra jordplandelar.

8. Antennanordning enligt patentkravet 6 eller 7, vid vilken nämnda andra filter är ett lågpassfilter som blockerar signaler vid frekvenser lika med och högre än det lägre frekvensbandet av nämnda åtminstone första och andra frekvensband.

9. Antennanordning enligt något av patentkraven 1-8, vid vilken switchen innefattar en PIN-diod.

10. Antennanordning enligt något av patentkraven 1-9, innefattande ett andra strålande element.

11. ll. Antennanordning enligt patentkravet 10, vid vilken nämnda andra strålande element har en utformning som tillhandahåller fler än en resonansfrekvens.

12. Antennanordning enligt något av patentkraven 1-ll, vid vilken nämnda första strålande element har en utformning som tillhandahåller fler än en resonansfrekvens.

13. Antennanordning enligt något av patentkraven 1-12, vid vilken nämnda första strålande element innefattar en anslutning till nämnda första jordplandel. 52% 088 15

14. Bärbar radiokommunikationsanordning innefattande en antennanordning enligt något av patentkraven 1-13.

15. Sätt att uppnå flerbandkaraktäristik för en antenn med åtminstone ett strålande element anordnat över en första och en andra jordplandel, varvid nämnda strålande element är kopplat till nämnda första jordplandel och ett högpassfilter är inkopplat mellan nämnda första och andra jordplandelar, vilket högpassfilter tillåter nämnda radiofrekvenssignaler att passera, innefattande följande steg: - att man matar en radiofrekvenssignal till nämnda strålande element, - att man manövrerar en switch anordnad mellan nämnda första och andra jordplandelar, varvid nämnda switch är öppen för radiofrekvenssignaler i en första mod och sluten för radiofrekvenssignaler i en andra mod för att ändra det effektiva driftfrekvensbandet för nämnda antenn.

16. Sätt enligt patentkravet 16, vid vilket nämnda switch sätts till en första mod genom att man tillhandahåller en första DC-spänning på nämnda andra jordplandel och till nämnda andra mod genom att man tillhandahåller en andra DC-spänning på nämnda jordplandel.