FI106077B - Antennikytkentälaite ja -järjestelmä radiotietoliikennelaitteen liittämiseksi ulkoisiin laitteisiin - Google Patents

Description

106077

Antennikytkentälaite ja -järjestelmä radiotietoliikennelaitteen liittämiseksi ulkoisiin laitteisiin - Antennkopplingselement och arrangemang för att koppia en radiotelekommunikationsapparat till externa apparater 5 Keksintö liittyy yleisesti tekniikkaan radiotietoliikennelaitteen liittämiseksi ulkoisiin laitteisiin, kuten ulkoiseen antenniin tai testausjärjestelmään. Erityisesti keksintö liittyy ratkaisuihin, joissa on muu kuin galvaaninen kytkentä radiotietoliikennelait-teeseen. Kannettavaa radiopuhelinta eli matkaviestintä käytetään tässä esimerkkinä radiotietoliikennelaitteesta, mutta keksintöä voidaan yhtä hyvin soveltaa myös mui-10 hin radiotietoliikennelaitteisiin, kuten hakulaitteisiin, kannettaviin päätelaitteisiin, paikannuslaitteisiin jne.

Tietoliikenneyhteyksien järjestäminen radiotietoliikennelaitteen ja muun maailman välille edellyttää, että ensin mainitussa on antenni sähkömagneettisen säteilyn vastaanottamiseksi ja lähettämiseksi määrätyllä taajuusalueella. Matkaviestin]'äqestel-15 missä matkaviestin on antenninsa kautta yhteydessä tukiasemaan, joka on enintään muutaman kymmenen kilometrin päässä matkaviestimestä. Kuitenkin joissakin tilanteissa on parempi jäljestää matkaviestimen tietoliikenneyhteydet tilapäisesti eri tavalla. Tyypillisesti sellaisia tapauksia on matkaviestimen käyttö yhdessä ajoneuvo-asennusjärjestelmän kanssa, johon kuuluu ulkoinen antenni, matkaviestimen kytke-20 minen johonkin muuhun tehonvahvistimeen peittoalueen laajentamiseksi tai matkaviestimen kytkeminen testausjärjestelmään sen suorituskyvyn mittaamiseksi joko tuotantolinjalla tai huollon aikana.

Yleisesti hyväksytty ratkaisu edellä mainittuihin erityistilanteisiin on galvaanisesti kytketty pari radiotaajuusliittimiä, joista toinen on sijoitettu puhelimeen ja toinen on 25 koaksiaalikaapelin tai vastaavan kytkentävälineen päässä radiotaajuussignaalin johtamiseksi ulkoisiin laitteisiin. Radiotaajuusliittimen rakentaminen matkaviestimeen vie tilaa laitteen sisällä ja lisää valmistuskustannuksia, ja tämä on vakava haitta, * koska alan pyrkimyksenä on tehdä erityisesti kannettavat puhelimet pienemmiksi ja halvemmiksi. Galvaaniset liittimet voivat myös likaantua, syöpyä ja/tai siirtyä pai-30 kaitaan normaalinkin käytön aikana, jolloin kytkennän laatu huononee.

Eurooppalaisessa, julkaistussa patenttihakemuksessa numero EP 0 399 975 esitetään ratkaisu matkaviestimen kytkemiseksi ulkoisen antennin johtimeen ilman galvaanisia kytkentöjä. Ratkaisu perustuu pariin kapasitiivisia levyjä, joista toinen on mat- * * - kaviestimen dielektrisen kuoren sisällä ja toinen pidäkkeessä, johon matkaviestin 2 106077 asetetaan käytön ajaksi autossa. Kun matkaviestin on pidikkeessään, kapasitiiviset levyt tulevat yhdensuuntaisesti lähelle toisiaan ja muodostavat kytkentäkondensaat-torin, jonka läpi radiotaajuussignaali voi kulkea. Erillisen kytkimen avulla kytketään joko sisäinen antenni tai kapasitiivinen levy matkaviestimen lähetin-vastaanottimen 5 lähetys- ja vastaanottoportteihin. Tämän ratkaisun suorituskykyominaisuudet eivät ole kovin hyvät, ja kytkin vie myös tilaa matkaviestimen sisällä ja lisää valmistuskustannuksia.

Julkaistusta brittiläisestä patenttihakemuksesta numero GB 2 266 997 tunnetaan kuvan 1 mukainen rakenne. Matkaviestin 101 käsittää ulkonevan antennin 102 ja di-10 elektrisen ulkokuoren 103. Ulkoiseen antenniin menevän johtimen 104 (ei esitetty) toisessa päässä on kytkentäelementti 105, joka voidaan kiinnittää matkaviestimen ulkokuoreen tarranauhalla tai jollakin muulla helposti irrotettavalla kiinnitysväli-neellä. Kytkentäelementin 105 sisällä on resonaattori 106. Kun kytkentäelementti liitetään matkaviestimeen, resonaattori 106 on antennin 102 sähkömagneettisessa 15 kentässä ja välittää sähkömagneettisen kytkennän antennin 102 ja ulkoisen antenni-johtimen 104 välillä. Tämän rakenteen haittana on sen korostunut riippuvuus antennin 102 ja resonaattorin 106 keskinäisestä sijainnista. Pienikin muutos kytkentäelementin 105 kiinnityspaikassa muuttaa merkittävästi kytkentäkerrointa, joka kuvaa antennin ja resonaattorin välillä siirtyneen sähkömagneettisen energian suhteellista 20 määrää. Käytännössä on hyvin vaikeaa asettaa kytkentäelementti tarkasti paikalleen joka kerta toistuvien kiinnitysten ja irrotusten sarjassa.

Eurooppalaisessa patenttihakemuksessa, jonka sarjanumero on 96660046.2, esitetään kuvien 2a ja 2b mukainen rakenne. Tässä ei taas tarvita mitään ylimääräisiä • ’ * · liittimiä eikä kytkimiä, koska radiotaajuussignaali kytketään ulkonevan antennin 201 25 ja sen lähellä olevan resonaattorielementin 202 välille sähkömagneettisella kytkennällä. Virityselementti 203 ja maakytkentä 204 parantavat kytkennän laatua. Kuvassa 2 esitetyn ratkaisun haittana on se, että sitä on jonkin verran hankala käyttää, ja se edellyttää, että matkaviestimessä on ulkoneva antenni.

Tämän keksinnön tavoitteena on esittää antennikytkentälaite radiotietoliikennelait-30 teen liittämiseksi ulkoisiin laitteisiin ilman tunnetun tekniikan mukaisten ratkaisujen tyypillisiä haittoja. Erityisesti keksinnön tavoitteena on esittää antennikytkentälaite, jota on helppo käyttää ja joka on tehokas siinä mielessä, että suhteellisen pieni osa sen sähkömagneettisesta energiasta tuhlaantuu hajasäteilyyn. Keksinnön tavoitteena on myös esittää antennikytkentälaite, jolla on helppo saavuttaa olennaisesti saman-:35 lainen, hyvänlaatuinen kytkentä myös toistuvassa kytkemisessä ja kytkennän purkamisessa.

3 106077

Keksinnön tavoitteet saavutetaan esittämällä tasomaisella, sisäänrakennetulla antennilla varustetulle radiotietoliikennelaitteelle antennikytkentälaite, jossa on ainakin yksi antennielementti, joka on samanlainen kuin radiotietoliikennelaitteessa oleva antennielementti. Keksinnön tavoitteiden saavuttamiseksi antennikytkentälaite 5 voi olla sijoitettu radiotietoliikennelaitteen pidäkkeeseen.

Keksinnön mukainen antennikytkentälaite on tunnettu siitä, että se käsittää - toisen tasomaisen, johtavan antennielementin, joka on olennaisesti samanlainen kuin radiotietoliikennelaitteessa oleva ensimmäinen tasomainen, johtava antenni-elementti, 10 - ensimmäisen johtavan maatason, joka on yhdensuuntainen mainitun toisen ta somaisen, johtavan antennielementin kanssa, ja - siirtovälineet radiotaajuussignaalin johtamiseksi toisen tasomaisen, johtavan antennielementin ja ulkoisen laitteen välillä.

Keksintö koskee myös jäijestelmää radiotietoliikennelaitteen liittämiseksi ulkoisiin 15 laitteisiin. Keksinnön mukainen järjestelmä on tunnettu siitä, että se käsittää edellä mainitut ominaisuudet antennikytkentälaitteessa.

Tasomainen, sisäänrakennettu antenni on suhteellisen uusi antennirakenne radiotie-toliikennelaitteille, erityisesti kannettaville matkaviestimille. Se käsittää olennaisesti tasomaisen, johtavan antennielementin, jolla on tarkasti suunniteltu muoto ja mitat. 20 Siinä on yksi tai useampia syöttökohtia antennielementin kytkemiseksi radiolähetin-vastaanottimen antenniporttiin ja maataso jossakin antennielementin läheisyydessä. Keksinnön mukaisesti antennikytkentälaitteessa on olennaisesti samanlainen antennielementti. Lisäksi antennikytkentälaite käsittää maatason. Antennikytkentälaitteessa oleva antennielementti on lisäksi kytketty koaksiaalikaapeliin tai muuhun vastaa-25 vaan signaaleita johtavaan välineeseen signaalin johtamiseksi lähetyssuunnassa johonkin ulkoiseen laitteeseen ja/tai signaalin johtamiseksi vastaanottosuunnassa jos- takin ulkoisesta laitteesta. Ulkoinen laite voi olla esimerkiksi ajoneuvon asennusjär- jestelmään kuuluva ulkoinen antenni tai testausjäijestelmä radiotietoliikennelaitteen suorituskyvyn testaamiseksi valmistuksen tai huollon aikana.

30 Antennikytkentälaitteen antennielementin ja maatason mitoitusta ja keskinäistä sijoi tusta voidaan käyttää jäljempänä kuvatulla tavalla säätämään antennikytkentälaitteen suorituskykyominaisuuksia johonkin haluttuun suuntaan. Keksinnön eräässä muun-noksessa radiotietoliikennelaite käsittää useita eri kokoisia tasomaisia, sisäänraken- 4 106077 nettuja antennielementtejä, jossa tapauksessa on mahdollista käyttää antennikytkentälaitetta, jossa on sama määrä samankokoisia, tasomaisia antennielementtejä. Keksintö ei ole tässä suhteessa rajoittava: radiotietoliikennelaitteelle, jossa on vain yksi antennielementti, on mahdollista käyttää antennikytkentälaitetta, jossa on useita an-5 tennielementtejä ja päinvastoin.

Keksinnölle tunnusomaisina pidetyt uudet piirteet on esitetty erityisesti liitteenä olevissa patenttivaatimuksissa. Itse keksintöä, sen rakennetta ja toimintaa sekä sen muita tavoitteita ja etuja kuvataan havainnollisesti seuraavissa keksinnön toteutus-muotojen kuvauksissa sekä niihin liittyvissä piirustuksissa.

10 Kuva 1 esittää ensimmäistä tunnetun tekniikan mukaista antennikytkentälai tetta, kuvat 2a ja 2b esittävät toista tunnetun tekniikan mukaista antennikytkentälaitetta, kuva 3a esittää matkaviestintä, jossa on sisäänrakennettu tasomainen anten nielementti, 15 kuva 3b on yksityiskohta kuvasta 3a, kuva 4 esittää keksinnön mukaista ensimmäistä antennikytkentälaitetta, kuva 5 esittää keksinnön mukaista toista antennikytkentälaitetta, kuva 6 esittää kuvan 3 a matkaviestintä liitettynä kuvan 5 antennikytkentä- laitteeseen, • « 20 kuvat 7a ja 7b havainnollistavat johtavien antennielementtien suhteellisia asentoja, ja kuva 8 esittää erästä keksinnön mukaista järjestelyä.

Kuvia 1 ja 2 käsiteltiin edellä tunnetun tekniikan kuvauksen yhteydessä, joten jäl-jempänä käsitellään pääasiassa kuvia 3-8. Samanlaisista osista on käytetty samoja 25 merkintöjä.

Kuva 3a esittää matkaviestintä 301, jossa on näppäimistö 302, näyttö 303, mikrofoni 304 ja kaiutin 305, jotka on järjestetty samalle puolelle, kuten matkaviestinteknii-kassa on tavanomaista. Kuvan 3a matkaviestimessä ei ole ulkonevaa kierukka- tai piiska-antennia, kuten useimmissa ennestään tunnetuissa matkaviestimissä. Sen si-30 jaan sen ulkokuoren sisällä on olennaisesti tasomainen, johtava antennielementti 5 106077 306, joka on esitetty tarkemmin kuvassa 3b. Yhdessä syöttökohtansa 307 ja maatason 308 kanssa johtava antennielementti 306 muodostaa ns. PIFA (Planar Inverted F) -antennin, joka on sinänsä tunnettu käsite antennirakenteiden alalla. PIFA-anten-neille on tyypillistä, että tasomaisen, johtavan antennielementin mitoitus ja muoto 5 yhdessä syöttökohdan sijainnin ja johtavan antennielementin ja maatason välisen etäisyyden kanssa vaikuttavat olennaisesti antennirakenteen sähkömagneettisiin ominaisuuksiin. Sähkömagneettisilla ominaisuuksilla tarkoitamme sellaisia tekijöitä kuin sähköinen pituus suhteessa toimintataajuuden aallonpituuteen, resonanssitaa-juuden tai -taajuuksien sijainti taajuusakselilla, resonanssitaajuuden tai -taajuuksien 10 ympärillä käytettävissä oleva kaistanleveys, syöttökohdan impedanssi ja niin edelleen. Tämän keksinnön kannalta johtavan antennielementin todellinen muoto ja koko ei ole tärkeä; riittää, kun se on tunnettu.

Matkaviestimen optimaalisella antennilla on periaatteessa ympärisäteilevä säteily-kuvio, eli se lähettää ja vastaanottaa sähkömagneettista energiaa yhtä hyvin kaikissa 15 suunnissa. Poikkeuksena optimaalisesta ympärisäteilevyydestä on suunta antennista käyttäjän vartaloa ja päätä kohti normaalissa toiminta-asennossa. Biologinen kudos imee sähkömagneettista säteilyä ja aiheuttaa tarpeetonta sähkömagneettisen energian hukkaa, joten matkaviestimen antennin säteilykuvio voi vaimentua siinä suunnassa. Tämän vuoksi ja matkaviestimen tavanomaisesta litteästä muodosta johtuen on ylei-20 sintä, että johtava antennielementti 306 on sijoitettu heti matkaviestimen ulkokuoren alle sille puolelle, joka on kauempana käyttäjän päästä normaalissa toiminta-asennossa, ja maataso 308 on yhdensuuntainen johtavan antennielementin kanssa, joten käytön aikana se on johtavan antennielementin ja käyttäjän pään välissä. Kerros ilmaa tai jotakin muuta dielektristä materiaalia erottaa maatason johtavasta antenni-25 elementistä.

Kuvassa 4 on keksinnön ensimmäisen edullisen toteutusmuodon mukainen antenni-kytkentälaite 400. Se käsittää tasomaisen, johtavan antennielementin 401, joka on olennaisesti samanlainen kuin kuvan 3a matkaviestimessä oleva tasomainen, johtava antennielementti 306. Lisäksi antennikytkentälaitteessa on kappale dielektristä ma-30 teriaalia 402 johtavan antennielementin 401 pidikkeenä, ja ensimmäinen maataso 403, joka on johtava, olennaisesti yhtenäinen ja olennaisesti yhdensuuntainen johtavan antennielementin 401 kanssa. Dielektrinen kappale 402 erottaa johtavan anten-nielementin 401 ensimmäisestä maatasosta 403. Erillinen dielektrinen kappale ei ole tarpeen, jos johtava antennielementti 401 voidaan pitää paikallaan jollakin muulla 35 tavalla, esimerkiksi johtavan antennielementin reunoja ympäröivällä ohuella tukike-‘ - hyksellä. Koaksiaalikaapelin 404 sisäjohdin on liitetty johtavaan antennielementtiin 6 106077 syöttökohdasta 405. Koaksiaalikaapelin kuori eli ulkojohdin on kytketty ensimmäiseen maatasoon 403. Koaksiaalikaapelin toinen pää 404, jota ei ole esitetty kuvassa 4, voi olla liitetty esimerkiksi ulkoiseen antenniin tai testauslaitteistoon. Keksinnössä ei edellytetä koaksiaalikaapelin käyttämistä syöttökohdan 405 kytkemiseksi ul-5 koiseen laitteeseen. Testauslaitteisto voidaan esimerkiksi rakentaa kuvan 4 antenni-kytkentälaitteen välittömään yhteyteen siten, että antennikytkentälaite 400 muodostaa osan testauslaitteiston ulkopinnasta, ja syöttökohta 405 on kytketty johonkin testauslaitteiston komponenttiin tai siirtojohtoon.

Keksinnön mukaisen antennikytkentälaitteen toimintaa voidaan parantaa joillakin li-10 säosilla. Kuvassa 4 näkyy toinen johtava maataso 406 ensimmäisen maatason 403 alaosassa (vain kuvan 4 esittämässä asennossa), ja se on johtavasti kytketty ensimmäiseen maatasoon 403. Toisen maatason kokoa, muotoa ja toimintaa kuvataan tarkemmin jäljempänä. Lisäksi antennikytkentälaite 400 käsittää kiinnitysvälineet 407 tilapäisen mekaanisen kiinnityksen muodostamiseksi antennikytkentälaitteen ja sii-15 hen liitettävän matkaviestimen välille. Antennikytkentälaite käsittää tavallisesti joitakin mekaanisia osia, jotka antavat tukea ja parantavat ulkonäköä; näitä ei ole esitetty kuvassa 4 selvyyden vuoksi.

Kuva 5 esittää keksinnön mukaisen antennikytkentälaitteen toista toteutusmuotoa. Kuvien 4 ja 5 vertailu osoittaa, että ainoat erot toteutusmuotojen välillä ovat kuvassa 20 5 esitetyn johtavan antennielementin 501 suuntauksen ero suhteessa kuvassa 4 esi tettyyn johtavaan antennielementtiin 401, ja toisessa maatasossa 506 olevat aukot 502 ja 503 kuvan 5 esittämässä toteutusmuodossa. Kuvassa 4 esitetty toinen maataso 406 on olennaisesti yhtenäinen.

m •

Kuva 6 esittää, kuinka kuvan 3a matkaviestin kiinnitetään tilapäisesti kuvan 5 esit-25 tämään antennikytkentälaitteeseen. Kiinnitetyssä asennossa matkaviestimen takaosan taso on olennaisesti yhdensuuntainen toisen maatason 506 kanssa, ja ensimmäisen maatason 403 tasosuunta (joka on sama kuin antennikytkentälaitteen anten-nielementin 501 tasosuunta) määrittää kulman a matkaviestimen takaosan tasosuun-nan kanssa. Kiinnitysvälineet 407 kiinnittyvät matkaviestimessä oleviin vastinkappa-30 leisiin 601. Kiinnitysvälineiden tavallinen muoto on pari siirrettäviä, jousitoimisia koukkuja antennikytkentälaitteessa ja vastaavat urat koukkujen päille matkaviestimessä. Keksintö ei rajoita käytettäviä kiinnitysvälineitä.

Kuvissa 3 ja 6 esitetty matkaviestin on muodoltaan suora ja litteä, ei kaareva. Kaarevasti muotoilluille laitteille on tietenkin mahdollista suunnitella vastaava antenni- 7 106077 kytkentälaite. Esimerkiksi toinen maataso voi periaatteessa olla minkä muotoinen tahansa, jos se auttaa muodostamaan hyvän maakytkennän.

Kuvat 7a ja 7b esittävät matkaviestimen tasomaisen, johtavan antennielementin 306 ja tasomaisten, johtavien antennielementtien 401 tai 501 erilaisia keskinäisiä asento-5 ja matkaviestimen ollessa liitettynä antennikytkentälaitteeseen, riippuen siitä, mitä kuvissa 4 ja 5 esitetyistä toteutusmuodoista käytetään antennikytkentälaitteena. Kuva 7a esittää johtavia antennielementtejä 306 ja 401, joilla on samanlaiset suunta-kuviot, eli ne ovat kuin saman kappaleen kopioita, joista toinen on kallistettu kulmaan a kuvitellun, kuvan 7a asennossa vaakasuoran akselin 701 ympäri. Kuvassa 10 7b näemme, että johtavat antennielementit 306 ja 401 ovat peilikuvina, eli ne ovat kuin saman kappaleen kopioita, joista toinen on käännetty peilikuvaksi kuvitellun, kuvan 7b asennossa pystysuoran keskiviivan 702 ympäri ja kallistettu kulmaan a kuvitellun, mainittuun keskiviivaan nähden kohtisuoran ja kuvan 7b asennossa vaakasuoran akselin 701 ympäri.

15 Kokeellisesti havaittiin, että kuvissa 5 ja 7b esitetyllä toteutusmuodolla on paremmat sähkömagneettiset ominaisuudet kuin kuvissa 4a ja 7a esitetyllä toteutusmuodolla. Erityisesti käytettävissä oleva kaistanleveys on suurempi ja taajuusvaste koko käytettävissä olevalla kaistanleveydellä on tasaisempi, mitkä ovat molemmat hyvin edullisia ominaisuuksia antennikytkentälaitteelle.

20 Toisen maatason, joka esiintyy molemmissa edellä kuvatuissa toteutusmuodoissa, havaittiin parantavan kytkentäkerrointa, joka kuvaa matkaviestimen antennielemen-tistä antennikytkentälaitteen antennielementtiin tai päinvastoin siirtyvän sähkömag-; 4 neettisen energian suhteellista määrää, kun matkaviestin on liitetty antennikytkentä laitteeseen kuten kuvassa 6. Kytkentäkertoimen parantumisen syynä on parempi 25 maakytkentä matkaviestimen ja antennikytkentälaitteen välillä. Toisessa maatasossa olevat aukot eivät olennaisesti huononna tätä vaikutusta, jos matkaviestimessä on riittävän suuri johtava ja maadoitettu osa, joka osuu yhteen toisen maatason ehjien osien kanssa. Tavallisesti matkaviestimen piirilevyn maataso täyttää tämän vaatimuksen.

30 Antennikytkentälaitteen materiaalit eivät ole kriittisiä keksinnön kannalta, vaikka niiden valinnassa pitäisi noudattaa joitakin yleisiä ohjeita. Johtavien osien pitäisi olla mahdollisimman hyviä sähkönjohteita, joten hyvä valinta on metalli, jolla on hyvä sähkönjohtavuus, kuten kulta, hopea tai kupari. Näiden materiaalien suhteellisen korkea hinta voi johtaa jonkin muun metallin, kuten alumiinin, messingin tai 35 nikkelöidyn teräksen käyttöön kaupallisessa tuotteessa. Maatasot voidaan toteuttaa 106077 δ piirilevyjen pinnalle ja ne voivat olla jäykkiä tai joustavia. Antennielementtiä maa-tasosta erottavassa dielektrisessä kappaleessa pitäisi olla mahdollisimman pienet toimintataajuuden häviöt. Sopivia dielektrisiä materiaalia ovat eräät polymeerit, kuten tetrafluorietyleeni (tunnettu DuPontin rekisteröidyllä tavaramerkillä Teflon) tai 5 samat keraamiset materiaalit, joita käytetään dielektrisissä radiotaajuussuodattimis-sa. Antennikytkentälaitteen mekaaniset osat on edullisesti valmistettu jostakin ruiskupuristukseen sopivasta muovimateriaalista, kuten polypropeenista tai polyeteenis-tä.

Antennikytkentälaitteen osien mitoituksella on tietty vaikutus sekä antennikytkentä-10 laitteen sähkömagneettisiin ominaisuuksiin että sen soveltuvuuteen eri tarkoituksiin. Keksinnön mukaisen antennikytkentälaitteen tyypillisiä sovelluksia ovat testausteli-neet, joihin matkaviestin kiinnitetään tilapäisesti jossakin valmistuksen tai huollon vaiheessa, ja ajoneuvoasennusjärjestelmät, joissa antennikytkentälaite on kiinteä osa pidikettä, johon matkaviestin asetetaan. Edellisen tyyppisissä sovelluksissa järjeste-15 lyn fyysinen koko ei ole kovin tärkeä, mutta sähkömagneettiset ominaisuudet ovat ensiarvoisen tärkeitä. Toisaalta taas jälkimmäisen tyyppisissä sovelluksissa jotkin sähkömagneettiset ominaisuudet voidaan uhrata pienen koon ja kompaktin ulkonäön hyväksi.

Jotta antennikytkentälaitteen sähkömagneettiset ominaisuudet olisivat hyvät, maa-20 tasojen olisi oltava vähintään samankokoiset kuin matkaviestin, joka on tarkoitus liittää antennikytkentälaitteeseen. Kuvasta 6 nähdään, että ensimmäinen maataso on huomattavasti leveämpi vaakasuorassa suunnassa piirustuksen esittämään asentoon nähden. On huomattu, että ensimmäisen maatason leveydellä on yhteys antennikyt-•. . kentälaitteen käytettävissä olevaan kaistanleveyteen: kapeampi ensimmäinen maata- 25 so vastaa kapeampaa kaistanleveyttä ja päinvastoin. Dielektrisen kappaleen paksuudella eli antennielementin ja ensimmäisen maatason välisellä etäisyydellä on myös tietty vaikutus: paksuuden kasvattaminen laajentaa käytettävissä olevaa kaistanleveyttä, mutta huonontaa (pienentää) kytkentäkerrointa.

Kallistuskulmalla a on perustavaa laatua oleva vaikutus antennikytkentälaitteen 30 sähkömagneettisiin ominaisuuksiin. Ideaalitapauksessa kallistuskulma aiheuttaa kaksi resonanssitaajuutta matkaviestimen antennielementin ja antennikytkentälaitteen antennielementin muodostamaan järjestelmään, jolloin nämä kaksi resonanssi-taajuutta ovat niin lähellä toisiaan, että ne näkyvät antennikytkentälaitteen taajuus-vasteessa yhtenä suhteellisen leveänä käytettävissä olevien taajuuksien kaistana. . 35 Eräässä kokeellisessa järjestelyssä tämän ideaalisen kulman havaittiin olevan 37°, 9 106077 mutta ideaalinen kulma riippuu monista tekijöistä järjestelyn yleisessä mitoituksessa.

Matkaviestimen ja antennikytkentälaitteen keskinäinen kohdistus on myös tärkeä sähkömagneettisten ominaisuuksien kannalta. Kohdistusliikkeistä voidaan puhua 5 kolmessa kohtisuorassa suunnassa, joista ensimmäinen on ylös/alas ja toinen va-semmalle/oikealle, molemmat suhteessa matkaviestimen tavanomaiseen pystysuoraan toiminta-asentoon. Kolmas suunta on kohtisuoraan kahta muuta suuntaa vastaan, joka tarkoittaa, että kolmannessa suunnassa matkaviestintä ja antennikytkentä-laitetta voidaan tuoda lähemmäksi toisiaan tai viedä kauemmaksi toisistaan. 10 Ylös/alas-suunnassa antennikytkentälaitteen siirtäminen ylöspäin suhteessa matkaviestimeen tavallisesti kaventaa käytettävissä olevaa kaistanleveyttä, mutta suurentaa kytkentäkerrointa, ja vastaavasti antennikytkentälaitteen siirtäminen alaspäin laajentaa käytettävissä olevaa kaistanleveyttä, mutta pienentää kytkentäkerrointa. Antennikytkentälaitteen siirtäminen sivusuunnassa jompaankumpaan suuntaan kes-15 kiasennosta pienentää sekä kaistanleveyttä että kytkentäkerrointa. Kolmannessa suunnassa on edullista tuoda antennikytkentälaite niin lähelle matkaviestintä kuin mahdollista, koska etäisyyden kasvaessa kaistanleveys ja kytkentäkerroin pienenevät.

Sähkömagneettisiin ominaisuuksiin vaikuttaa keskinäisen kohdistuksen ja antenni-20 kytkentälaitteen kallistuskulman lisäksi myös se, millaisia materiaaleja ja miten sijoitettuna on käytetty matkaviestimen antennielementin ja antennikytkentälaitteen antennielementin välillä. Ideaalitapauksessa antennielementtien välillä pitäisi olla niin vähän materiaalia kuin mahdollista, ja tällä materiaalilla pitäisi olla hyvin pie-. net toimintataajuuden häviöt, koska muuten kytkentäkerroin pienenee. Tyypillisessä 25 tilanteessa ainakin osan matkaviestimen dielektrisestä ulkokuoresta pitäisi olla yhdensuuntainen matkaviestimen antennielementin kanssa. Myös muut matkaviestimen ja/tai antennikytkentälaitteen rakenteelliset järjestelyt voivat tehdä tarpeelliseksi dielektristen kerrosten tai kappaleiden lisäämisen antennielementtien väliin. Dielektrisen materiaalin ja matkaviestimen antennielementin välisellä kulmalla on 30 taipumus kaventaa käytettävissä olevaa kaistanleveyttä, vaikka antennielementin kallistuskulman kasvattaminen kompensoi tätä kavennusta jonkin verran.

Alan asiantuntijalle on selvää, että jokaisessa käytännön sovelluksessa on mahdollista löytää maatasojen koon, antemiikytkentälaitteen kallistuskulman ja matkaviestimen ja antennikytkentälaitteen keskinäisen kohdistuksen optimaalinen yhdistelmä . . 35 vain kokeilemalla erilaisilla rakenneparametreilla.

10 106077

Edellä on kuvatta vain yhdentyyppistä tasoantennielementtiä. Alan asiantuntijalle on kuitenkin selvää, että käytettävissä on suuri määrä eri tavoin muotoiltuja tasoanten-nielementtejä keksinnön ideaan sovellettavaksi. Esimerkiksi kirjoissa "Handbook of Microstrip Antennas", J.R. James ja P.S. Hall (Eds.), Voi. 1, Peter Peregrinus Ltd, 5 Lontoo 1989, ja "Analysis, Design, and Measurement of Small and Low-Profile Antennas", K. Hirasawa ja M. Haneishi, Artech House, Boston 1992, kuvataan erilaisia, tunnettuja tasoantennielementtejä.

Eurooppalaisesta patenttihakemuksesta, jonka sarjanumero on 98660065.8, tunnetaan tasoantennielementti, joka käsittää kaksi syöttökohtaa ja kaksi liuskahaaraa 10 (strip branches) useammalla kuin yhdellä taajuusalueella toimimista varten. Tämäntyyppiset antennielementit soveltuvat hyvin käytettäväksi tämän keksinnön mukaisesti. On myös mahdollista, että matkaviestimessä ja antennikytkentälaitteessa on tietty määrä erillisiä antennielementtejä, jotka on järjestetty pareittain niin, että jokaista matkaviestimen antennielementtiä kohti antennikytkentälaitteessa on vastaava 15 antennielementti, jolloin sijoitusta ja kohdistusta varten jokaista toisiaan vastaavien antennielementtien paria on käsiteltävä samoin kuin edellä kuvattua yhtä antenni-elementtien paria.

Keksintö ei rajoita matkaviestimen ja antennikytkentälaitteen käyttämän taajuuskaistan tasoa eikä leveyttä, vaikka on todettu, että erityisen edullisia ovat solukkoradio-20 verkkojen käyttöön varatut taajuuskaistat noin 900 MHz ja 1800 - 2000 MHz. Samoin keksintöä ei ole mitenkään rajoitettu matkaviestimiä koskeviin sovelluksiin, vaan muita kysymykseen tulevia laitteita ovat hakulaitteet, langattomat puhelimet, radiokäyttöiset paikannuslaitteet, PDA-laitteet, joissa on radiokäyttöisiä toimintoja, .·- kannettavat päätelaitteet langattomille lähiverkoille, radio-ohjatut lelut ja pienois- 25 mallit ja niiden ohjauslaitteet ja niin edelleen.

Kuva 8 esittää keksinnön erään edullisen toteutusmuodon mukaista järjestelyä. Matkaviestin 301 on kytketty testausprosessoriyksikköön 801 antennikytkentälaitteen 802 kautta, joka on tässä toteutusmuodossa samanlainen kuin kuvassa 5. Testin aikana matkaviestimen ulkokuori on auki antennikytkentälaitetta vasten olevalta sivul-30 ta, joten matkaviestimen elektroniikan sisältävä piirilevy on näkyvissä. Toisessa maatasossa olevia aukkoja käytetään testausliittimien saamiseksi kosketuksiin matkaviestimen piirilevyssä olevien sopivien kontaktipisteiden ja/tai runkoliittimien kanssa. Näitä testausliittimiä käytetään antamaan matkaviestimelle sopiva käyttö-jännite kaapelin 803 kautta testin aikana. Ne voivat myös välittää yksi- tai kaksi-. 35 suuntaisia testitietoja testausprosessoriyksikön 801 ja matkaviestimen 301 välillä testin aikana. Radiotaajuusyhteys 804 kytkee testausprosessoriyksikön 801 antenni- n 106077 kytkentälaitteen 802 antennielementtiin yksi- tai kaksisuuntaisten testisignaalien välittämiseksi radiotaajuudella.

Ainakin testaussovelluksessa on mahdollista tehdä antennielementtien välinen kulma säädettäväksi. Sellaisessa tapauksessa on mahdollista virittää antennikytkentälai-5 te joitakin vaadittavia ominaisuuksia, esimerkiksi tiettyä kaistanleveyttä varten.

Kuvan 8 mukaisessa koejärjestelyssä saavutettu matkaviestimen antennielementin ja antennikytkentälaitteen antennielementin välinen kytkentäkerroin oli -1,6 dB:n ja -1,9 dB:n välillä, mikä on huomattavasti parempi kuin useimmissa tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa.

Claims (18)

1. Antennikytkentälaite (400, 500, 802) sisäänrakennetulla tasoantennilla varustetun radiotietoliikennelaitteen (301) liittämiseksi ulkoiseen laitteeseen (801), jolloin radiotietoliikennelaitteen sisäänrakennettu tasoantenni käsittää ensimmäisen ta- 5 somaisen, johtavan antennielementin (306), tunnettu siitä, että antennikytkentälaite käsittää - toisen tasomaisen, johtavan antennielementin (401, 501), joka on olennaisesti samanlainen kuin ensimmäinen tasomainen, johtava antennielementti, - ensimmäisen johtavan maatason (403), joka on yhdensuuntainen mainitun toisen 10 tasomaisen, johtavan antennielementin kanssa, ja - siirtovälineet (404, 804) radiotaajuussignaalin johtamiseksi toisen tasomaisen, johtavan antennielementin ja ulkoisen laitteen välillä.

2. Antennanslutningsdon enligt patentkrav 1, kännetecknat av att det omfattar även ett stycke dielektriskt material (402) mellan nämnda andra plana, ledande an-tennelement och nämnda första ledande jordplan för att halla den samman pä en viss distans frän varandra.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennikytkentälaite, tunnettu siitä, että se käsittää myös kappaleen dielektristä materiaalia (402) mainitun toisen tasomaisen, 15 johtavan antennielementin ja mainitun ensimmäisen johtavan maatason välissä niiden pitämiseksi yhdessä tietyn välimatkan päässä toisistaan.

3. Antennanslutningsdon enligt patentkrav 1, kännetecknat av att nämnda över- föringsmedel är en koaxialkabel (404), vars innerledning är kopplad tili nämnda andra plana, ledande antennelement i en viss matningspunkt (405) och vars ytter-ledning är kopplad tili nämnda första ledande jordplan.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennikytkentälaite, tunnettu siitä, että mainittu siirtoväline on koaksiaalikaapeli (404), jonka sisäjohdin on kytketty mainittuun toiseen tasomaiseen, johtavaan antennielementtiin tietystä syöttökohdasta (405) ja 20 jonka ulkojohdin on kytketty mainittuun ensimmäiseen johtavaan maatasoon.

4. Antennanslutningsdon enligt patentkrav 1, kännetecknat av det omfattar även 10 ett andra ledande jordplan (406, 506), som är fastsatt i den ena kanten av nämnda första ledande jordplan (403).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennikytkentälaite, tunnettu siitä, että se käsittää myös toisen johtavan maatason (406, 506), joka on kiinnitetty mainitun ensimmäisen johtavan maatason (403) yhteen reunaan.

5. Antennanslutningsdon enligt patentkrav 1, kännetecknat av att det omfattar även fastsättningsmedel (407) för att ansluta radiodatakommunikationsanordningen temporärt och löstagbart tili antennanslutningsdonet.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennikytkentälaite, tunnettu siitä, että se 25 käsittää myös kiinnitysvälineet (407) radiotietoliikennelaitteen liittämiseksi tilapäisesti ja irrotettavasi! antennikytkentälaitteeseen.

6. Antennanslutningsdon enligt patentkrav 1, kännetecknat av att det samtidigt även utgör en hällare tili radiodatakommunikationsanordning som används i ett for-don.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennikytkentälaite, tunnettu siitä, että se on samalla myös ajoneuvossa käytettävä radiotietoliikennelaitteen pidike.

7. Antennanslutningsdon enligt patentkrav 1, kännetecknat av att det samtidigt även utgör en testställning i vilken radiodatakommunikationsanordningen hälls un- 20 der tiden för kapacitetsmätning.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennikytkentälaite, tunnettu siitä, että se on 30 samalla myös testausteline, jossa tietoliikennelaitetta pidetään suorituskyvyn mittauksen aikana. 13 106077

8. Arrangemang för anslutande av en radiodatakommunikationsanordning (301) tili en extern anordning (801), vilket arrangemang innefattar - en med en inbyggd planantenn försedd radiodatakommunikationsanordning (301), varvid den i radiodatakommunikationsanordningen inbyggda planantennen omfattar 25 ett första plant, ledande antennelement (306), - en extern anordning (801) och - ett antennanslutningsdon (400, 500, 802) för anslutande av en radiofrekvenssignal mellan radiodatakommunikationsanordningen och den extema anordningen, kännetecknat av att den i antennanslutningsdonet omfattar « < • l ie 106077 - ett andra plant, ledande antennelement (401, 501), som är väsentligen likadant som det första plana, ledande antennelementet, - ett första ledande jordplan (403), som är parallellt med nämnda andra plana, ledande antennelement, och 5 - överföringsmedel (404, 804) för att leda en radiofrekvenssignal mellan det andra plana, ledande antennelementet och den extema anordningen.

8. Järjestelmä radiotietoliikeimelaitteen (301) liittämiseksi ulkoiseen laitteeseen (801), joka järjestelmä käsittää - sisäänrakennetulla tasoantennilla varustetun radiotietoliikeimelaitteen (301), jolloin radiotietoliikeimelaitteen sisäänrakennettu tasoantenni käsittää ensimmäisen ta- 5 somaisen, j ohtavan antennielementin (306), - ulkoisen laitteen (801) ja - antennikytkentälaitteen (400, 500, 802) radiotaajuussignaalien kitkemiseksi radio-tietoliikennelaitteen ja ulkoisen laitteen välillä, tunnettu siitä, että se käsittää antennikytkentälaitteessa 10. toisen tasomaisen, johtavan antennielementin (401, 501), joka on olennaisesti sa manlainen kuin ensimmäinen tasomainen, johtava antennielementti, - ensimmäisen johtavan maatason (403), joka on yhdensuuntainen mainitun toisen tasomaisen, johtavan antennielementin kanssa, ja - siirtovälineet (404, 804) radiotaajuussignaalin johtamiseksi mainitun toisen taso-15 maisen, johtavan antennielementin ja ulkoisen laitteen välillä.

9. Arrangemang enligt patentkrav 8, kännetecknat av att antennkopplingsdonet omfattar medel (407) för anslutande av radiodatakommunikationsanordningen tem-porärt och löstagbart i ett fastsättningsläge i vilket planen for det första plana, le- 10 dande antennelementet och det andra plana, ledande antennelementet bildar en vin-kel (a), som är större än noil.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että antennikyt-kentälaite käsittää välineet (407) radiotietoliikeimelaitteen kiinnittämiseksi antenni-kytkentälaitteeseen tilapäisesti ja irrotettavasti kiinnitysasentoon, jossa ensimmäisen tasomaisen, johtavan antennielementin ja toisen tasomaisen, johtavan antenniele- 20 mentin tasot muodostavat kulman (a), joka on suurempi kuin nolla.

10. Arrangemang enligt patentkrav 9, kännetecknat av att nämnda vinkel är väsentligen 37E.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen jäijestelmä, tunnettu siitä, että mainittu kulma on olennaisesti 37°.

11. Arrangemang enligt patentkrav 9, kännetecknat av att nämnda vinkel är reg-15 lerbar.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu kulma on säädettävä.

12. Arrangemang enligt patentkrav 9, kännetecknat av att antennkopplingsdonet omfattar även ett andra ledande jordplan (406, 506), vars riktning i nämnda fastsättningsläge följer radiodatakommunikationsanordningens konturer.

12. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että antennikyt- kentälaite käsittää myös toisen johtavan maatason (406, 506), jonka suunta mainitussa kiinnitysasennossa noudattaa radiotietoliikeimelaitteen ääriviivoja.

12 106077

13. Arrangemang enligt patentkrav 12, kännetecknat av att det andra ledande 20 jordplanet omfattar öppningar (502, 503) för att leda en kabel mellan radiodata- > · kommunikationsanordningen och den extema anordningen, när radiodatakommuni-kationsanordningen är i nämnda fastsättningsläge.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että toinen johta-. va maataso käsittää aukkoja (502, 503) kaapelin johtamiseksi radiotietoliikennelait- 14 106077 teen ja ulkoisen laitteen välille, kun radiotietoliikennelaite on mainitussa kiinnitys-asennossa.

14. Arrangemang enligt patentkrav 9, kännetecknat av att det andra plana, ledande antennelementet är, i förhällande tili det första plana, ledande antennelementet i 25 nämnda fastsättningsläge, en spegelbild med avseende ä en tänkt mittlinje (702) i det första plana, ledande antennelementet och lutad i en vinkel a runt en i förhällande tili nämnda mittlinje i rät vinkel stäende axel (701).

14. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että suhteessa ensimmäiseen tasomaiseen, johtavaan antennielementtiin mainitussa kiinnitysasennos- 5 sa toinen tasomainen, johtava antennielementti on peilikuvana ensimmäisen tasomaisen, johtavan antennielementin kuvitellun keskiviivan (702) suhteen ja kallistettu kulmaan a kuvitellun, mainittuun keskiviivaan nähden suorassa kulmassa olevan akselin (701) ympäri.

15. Arrangemang enligt patentkrav 14, kännetecknat av att det första ledande jordplanet (403) när avsevärt längre i riktningen för nämnda tänkta axel (701) än 30 nämnda radiodatakommnnikationsanordning. ♦ 17 106077

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen 10 johtava maataso (403) ulottuu huomattavasti pidemmälle mainitun kuvitellun akselin (701) suuntaan kuin mainittu radiotietoliikennelaite.

16. Arrangemang enligt patentkrav 8, kännetecknat av att nämnda externa an-ordning är en extern antenn.

16. Patenttivaatimuksen 8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu ulkoinen laite on ulkoinen antenni.

17. Arrangemang enligt patentkrav 8, kännetecknat av att nämnda externa an-ordning är testanordning (801) för mätning av radiodatakommunikationsanord- 5 ningens kapacitet.

17. Patenttivaatimuksen 8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu ul-15 koinen laite on testausyksikkö (801) radiotietoliikennelaitteen suorituskyvyn mittaamista varten.

18. Patenttivaatimuksen 8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu radiotietoliikennelaite on matkaviestin. ; , 20 1. Antennanslutningsdon (400, 500, 802) för anslutning av en med en inbyggd planantenn försedd radiodatakommunikationsanordning (301) tili en extern anord-ning (801), varvid den i radiodatakommunikationsanordningen inbyggda plananten-nen omfattar ett forsta plant, ledande antennelement (306), kännetecknat av att an-tennanslutningsdonet omfattar 25. ett andra plant, ledande antennelement (401, 501), som är väsentligen likadant som det första plana, ledande antennelementet, - ett forsta ledande jordplan (403), som är parallellt med nämnda andra plana, ledande antennelement, och - överföringsmedel (404, 804) för att leda en radiofrekvenssignal mellan det andra • 30 plana, ledande antennelementet och den extema anordningen. 15 106077

18. Arrangemang enligt patentkrav 8, kännetecknat av att nämnda radiodata-konmiunikationsanordning är en mobil teleapparat. —» · M Λ