FI111420B

FI111420B - Elektroniikkalaitteen laajennuskortin antennirakenne

Info

Publication number: FI111420B
Application number: FI991055A
Authority: FI
Inventors: Simo Vapaakoski; Saku Lahti; Timo Herranen; Lauri-Pekka Alanko
Original assignee: Nokia Corp
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2003-07-15
Also published as: US6348893B1; FI991055A0; FI991055A; EP1050972A2; EP1050972A3

Description

1 111420

Elektroniikkalaitteen laajennuskortin antennirakenne Tämän keksinnön kohteena patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen korttimainen langaton viestin. Keksinnön kohteena on myös 5 patenttivaatimuksen 7 johdanto-osan mukainen menetelmä elektroniik- kalaitteen laajennuskortin valmistuksessa. Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 9 johdanto-osan mukainen elektroniikkalaitteen laajennuskortti.

10 Tunnetun tekniikan mukaisesti erilaisiin elektroniikkalaitteisiin, kuten kannettaviin henkilökohtaisiin tietokoneisiin (PC) on usein järjestetty laajennuskorttiliitäntä, johon standardinmukainen laajennuskortti on liitettävissä. Nämä laajennuskortit on tarkoitettu muodostamaan toiminnallinen kokonaisuus PC:n kanssa. Laajennuskortit voivat sisältää 15 myös langattoman viestimen radio-osat antenneineen, jolloin PC voi olla tämän korttimaisen langattoman viestimen avulla tiedonsiirtoyhteydessä muihin laitteisiin tai tiedonsiirtoverkkoon, esimerkiksi GSM-verkkoon (Global System for Mobile Communication). Antenneja käytetään radiotaajuisten signaalien lähetykseen ja vastaanottoon ja signaalit 20 siirretään langattoman viestimen radio-osan ja antennin välillä tavallisesti johdinten ja liittimien avulla.

Eräs tunnettu laajennuskortti on PCMCIA-standardin (Personal Computer Memory Card International Association) mukainen PC-kortti. PC-25 kortit on sovitettu asetettaviksi kokonaan PC:n sisään, mutta ns. pidennetyt PC-kortit ovat pidempiä kuin tavalliset PC-kortit. Nämä pidennetyt PC-kortit sijoittuvat osittain PC:n ulkopuolelle, jolloin PC-korttien paksuus ja muotoilu voivat vaihdella tässä PC:n ulkopuolelle sijoittuvassa osassa. Tähän osaan on tunnetusti sijoitettu myös langattoman viesti-30 men erillinen antenni.

( Eräs tunnettu korttimainen langaton viestin, joka käsittää lähetinvas- taanottimen antenneineen on Nokia Cellular Card Phone eli korttipuhelin, joka on liitettävissä PCMCIA-standardin mukaisiin PC-kortin tyyppi-35 en II ja III laajennuskorttiliitäntöihin. Tunnetun tekniikan mukaisen korttipuhelimen eräs suoritusmuoto on esitetty kuviossa 1 ja korttipuhelimen toimintaa on selostettu tarkemmin mm. patenttijulkaisussa US 5,809,115. Korttipuhelimessa antennin sisältävä antenniosa on sijoitettu 2 111420 PC-laitteen ulkopuolella sijaitsevaan osaan ulommaiseksi, joka osa on liitetty korttipuhelimen korttimaiseen osaan, joka sijoittuu ainakin osittain laajennuskorttiliitännän sisälle. Muita tunnettuja korttimaisia langattomia viestimiä on esitetty patenttijulkaisussa US 5,628,055, jolloin kortin 5 päähän on liitettävissä erillinen käännettävä antenni, ja US 5,361,061, jolloin pidennetyn kortin päähän yläpinnalle on saranoitu taitettava antenni.

Muita tunnettuja laajennuskortteja on esimerkiksi kompakti CFA-10 standardin (Compact Flash Association) mukainen CF-kortti (ns. Com-pactFIash-kortti). Mm. näitä CF-kortteja varten on olemassa myös PCMCIA-kortin kokoisia sovittimia, joihin CF-kortti asennetaan PCMCIA-liitäntää varten. Tunnetaan myös laajennuskortteja langatonta lähiverkkoa varten (WLAN, Wireless Local Area Network). Muita laa-15 jennuskortteja ovat myös ns. Miniature Card -kortti, jonka koko on vain 38 mm x 33 mm x 3,5 mm, sekä ns. SmartMedia-kortti, jonka koko on vain 45 mm x 37 mm x 0,76 mm, ja MMC-kortti (ns. MultiMediaCard-kortti), jonka koko on vain 32 mm x 24 mm x 1,4 mm.

20 Tunnettujen korttimaisten viestimien eräänä epäkohtana on se, että käytön aikana erityisesti antennirakenne muodostaa sekä elektroniikka-laitteesta että kortista ulkonevan osan. Antennirakenteen ulkoneva osa voi tarttua kiinni erityisesti laitteen kuljetuksen ja käytön aikana sekä vahingoittaa korttia. Tämän takia kortti on irrotettava käytön jälkeen ja 25 säilytettävä erillään laitteesta.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainittuja epäkohtia keksinnön mukaisen korttimaisen langattoman viestimen avulla. Keksinnön mukaiselle korttimaiselle langattomalle viestimelle on tunnus-30 omaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosas-sa. Keksinnön mukaiselle menetelmälle elektroniikkalaitteen laajennus-kortin valmistuksessa on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 7 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle elektroniikkalaitteen laajennuskortille on tunnusomaista se, mikä on esitetty pa-35 tenttivaatimuksen 9 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön keskeisenä periaatteena on langattoman viestimen integroiminen antenneineen korttiin, erityisesti antennirakenteen integroimi- 3 111420 nen korttia reunustavaan osaan, sopivimmin kortin toisen päädyn ulkopinnalle. Korttimainen langaton viestin muodostaa edullisesti yhtenäisen, mitoitukseltaan standardinmukaisen kokonaisuuden. Integroidun antennin myötä kortin rakenteeseen ei muodostu erottuvia tai erillisiä 5 osia, jolloin pidennettyynkään korttiin ei muodostu helposti tarttuvia tai irtoavia osia.

Keksinnön mukaista korttia ei tarvitse poistaa elektroniikkalaitteesta kuljetuksen ajaksi. Tällöin laitteen ja kortin käyttöönotto nopeutuu ja 10 korttia ei tarvitse säilyttää erillään laitteesta. Samalla myös kortin asettamiset ja irrotukset liitännästä vähenevät, jolloin liitännän kuluminen ja vikaantuminen vähenevät.

Keksinnön mukaisen korttimaisen langattoman viestimen huomatta-15 vana etuna on myös se, että antenni on käyttövalmiina ilman erillistä käyttäjän suorittamaa antennin asennusta, siirtämistä tai kääntämistä toiminnan kannalta parhaaseen asentoon.

Keksintö soveltuu käytettäväksi erityisesti elektroniikkalaitteissa, jotka 20 soveltuvat lyhyen kantaman langattomiin verkkoihin (LPRF, Low Power Radio Frequency), joiden käyttökohteita ovat langattomat lähiverkot, kuten pikoverkot (Piconet), jolloin toimintaetäisyys on tavallisesti 0,Ι-ΙΟ m, tarvittaessa jopa 100 m. Nämä langattomat verkot toimivat ISM-alueella 2.4 GHz taajuudella. Keksintö soveltuu käytettäväksi hyvin ns.

25 Bluetooth-teknologiassa, jonka avulla voidaan korvata kaapeleita radiotien avulla esimerkiksi PC-laitteiden ja oheislaitteiden välillä.

Kortin eri osat integroituine antennirakenteineen voidaan muodostaa sinänsä tunnetuin menetelmin esimerkiksi ruiskuvalun yhteydessä.

30

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viittaamalla samalla .'·: oheisiin piirustuksiin, joissa: kuvio 1 esittää perspektiivikuvantona tunnetun tekniikan mu- 35 kaista korttimaista langatonta viestintä, 4 111420 kuvio 2 esittää perspektiivikuvantona keksinnön mukaisen kort- timaisen langattoman viestimen ensimmäistä edullista suoritusmuotoa, 5 kuvio 3 esittää perspektiivikuvantona keksinnön mukaisen kort- timaisen langattoman viestimen toista edullista suoritusmuotoa, ja kuviot 4a—4d esittävät periaatekuvantona keksinnön mukaisten kort-10 tien eräitä yksityiskohtia mainitut kortit osittain avattuna ja päältä sekä sivulta katsottuna.

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön ensimmäisen edullisen suoritusmuodon mukainen laajennuskortti, joka on korttimainen langaton viestin CP, 15 ja joka on PCMCIA-standardin mukainen PC-kortti. PCMCIA-standardin mukaisesti PC-kortin pituus L on 85,6 mm ja leveys W on 54 mm. PC-kortit on jaettu kolmeen tyyppiin, jolloin PC-kortin paksuus T voi olla 3,3 mm (tyyppi I), 5,0 mm (tyyppi II) tai 10,5 mm (tyyppi III). PC-kortit on suunniteltu asetettaviksi kokonaan PC:n sisään PC-kortin pituusakselin 20 X suuntaisella liikkeellä, mutta ns. pidennetyt PC-kortit voivat olla jopa 40 mm pidempiä kuin tavalliset PC-kortit. PC-kortti on varustettu PCMCIA-standardin mukaisella 68-napaisella liittimellä P, jonka avulla PC-kortti on liittyneenä esimerkiksi PC:hen. Liitin P on sovitettu PC-kortin päähän PC-korttia reunustavaan kehysrakenteeseen 3.

25

Kuvioon 2 viitaten liitin P on tavallisesti kiinnitetty PC-kortin sisään sijoitettuun piirilevyyn (ei esitetty kuvassa), jolle on sijoitettu myös PC-kortin toimintojen kannalta tarpeelliset komponentit (esimerkiksi IC) ja johdo-tukset liittimien sekä komponenttien välisten sähköisten signaalien siir-30 tämiseksi. PC-kortti käsittää tavallisesti ensimmäisen kansipinnan 1, pohjapinnan 2 ja kehysrakenteen 3, joka ainakin osittain muodostaa ·: PC-korttia joka puolelta ympäröivän ulkopinnan 3a, joka on samalla pintojen 1 ja 2 suhteen oleellisesti poikittaissuuntainen. Kehämäinen ulkopinta 3a muodostuu neljästä toisiinsa nähden oleellisesti suorakul-35 maisesta ja suorasuuntaisesta ulkopinnasta. PC-kortin liitin P, piirilevy, kehysrakenne 3 sekä kansipinnan 1 ja pohjapinnan 2 muodostavat kansirakenteet on kokoonpantu kuvion 2 mukaiseksi PC-kortiksi, Kansi-rakenteet on tavallisesti muodostettu metallista valmistetusta oleellisesti 5 111420 vakiopaksuisesta ohutlevystä. Liitin P ja kehysrakenne 3 ovat tavallisesti ainakin osittain muovia, kuten polyeteeniä (PE). Selvää on, että kehysrakenne 3 voi käsittää useita erillisiä osia ja liitin P muodostaa 1 samalla osan kehysrakenteesta 3. Selvää on myös, että kansirakentei- 5 den rakenne ja kiinnitys kehysrakenteeseen 3 voivat vaihdella. Kansi-rakenteet voivat myös osittain muodostaa ulkopinnan 3a ulottuessaan kehysrakenteen 3 päälle.

Kuviossa 2 keksinnön mukaisesti korttimaisen langattoman viestimen 10 CP antennirakenne ANT on integroitu PC-kortin kehysrakenteeseen 3 ja pääosin sijoitettu PC-kortin päähän kehysrakenteen ulkopinnalle 3a. Antennirakenne ANT sijaitsee liittimen P suhteen PC-kortin vastakkaisessa päässä, joka jää näkyviin elektroniikkalaitteen avoimeen laajen-nuskorttiliitäntään. Antennirakenne ANT on pituussuuntaan X nähden 15 poikittaissuuntainen ja ulkopinnan 3a suuntainen.

Antennirakenne ANT voi olla esimerkiksi monopoli-antenni, jolloin antennirakenne ANT muodostaa yhtenäisen pitkänomaisen rakenteen, jota syötetään toisesta päästään, ja jonka pituus on esimerkiksi neljän-20 nes aallonpituudesta. Antennipiiri voi käsittää myös sähköisen sovi-tuspiirin antennin pituuden sovittamiseksi. Monopoli-antenni voidaan osittain muodostaa helix-antenniksi, jolloin johdin on kierretty oikea- tai vasenkätisesti, ja jolloin saavutetaan lyhyempi antennirakenne. Antennirakenne ANT voi olla myös T-antenni, jota syötetään sopivasta koh-25 taa ja jonka pituus on esimerkiksi puolet aallonpituudesta. Antennirakenne ANT voi olla esimerkiksi IFA-antenni (Inverted-F Antenna), jolloin se muodostaa yhtenäisen rakenteen, joka on yhdeltä sivultaan oikosul-jettu maatasoon johtimella ja antenniin syötetään radiotaajuinen signaali sopivaan kohtaan. Muita mahdollisia antennirakenteita ANT on 30 rakoantenni (Slot Antenna), jossa eristekerroksen päälle sijoitettuun maatasoon on muodostettu rakoja ja signaali syötetään sopivaan koh-taan. Antennirakenne voi olla muodoltaan johtomainen, levymäinen tai liuskamainen sekä ulottua myös ulkopinnalta 3a syvemmälle kehysrakenteeseen 3, jolloin voidaan muodostaa erikokoisia ja erimuotoisia in-35 tegroituja antennirakenteita, mutta kortin ulkomitat eivät ylitä esimerkiksi määriteltyjä standardimittoja. Selvää on myös, että antennirakenne ANT voidaan päällystää tai suojata ohuilla peittävillä suojakerroksilla, ja että 6 111420 antennirakenne ANT voidaan sijoittaa syvemmälle suojaan kehysrakenteen 3 sisälle.

Edelleen kuvioon 2 viitaten antennirakenne ANT voi olla myös pieniko-5 koinen esimerkiksi suorakulmainen keraamiresonaattori (Dielectric Re- ! sonator Antenna), joka on integroitu kehysrakenteeseen, ja jota syötetään esimerkiksi kuvion 4d mukaisella tavalla. Antennirakenne ANT voi olla myös siirtojohtoantenni (Terminated Transmission Line Antenna), joka voi olla esimerkiksi maatason päälle sijoitetun eristekerroksen 10 päälle mikroliuskoilla toteutettu puoliaaltoantenni. Selvää on, että an-tennirakenteen ANT mitoituksen salliessa kortin kehysrakenteeseen B, sopivimmin kortin CP päähän voidaan integroida kaksi tai useampia antenneja, jolloin ne sijoittuvat peräkkäin tai vierekkäin.

15 Kuviossa 3 on esitetty keksinnön toisen edullisen suoritusmuodon mukainen laajennuskortti, joka on korttimainen langaton viestin CP, ja joka on CFA-standardin mukainen CF-kortti. CF-kortin pituus L on 42,8 mm, leveys W on 36,4 ja paksuus T on 3,3 mm (tyyppi I) tai 5 mm (tyyppi II).

Kuvion 3 viitteet ja numeroinnit viittaavat myös kuvion 2 mukaisiin osiin 20 ja edellä olevaan selostukseen. Selvää on, että kehysrakenne 3 voi käsittää useita erillisiä osia ja liitinrakenne P voi muodostaa samalla osan kehysrakenteesta 3. Selvää on myös se, että kehysrakenne 3 voi ainakin osittain muodostaa samalla kansipinnan 1 ja/tai pohjapinnan 2 yhdessä kansirakenteiden kanssa. CF-kortti on varustettu CFA-25 standardin mukaisella 50-napaisella liittimellä P.

Kuvioissa 4a—4d on esitetty keksinnön mukaisten korttien eräitä yksityiskohtia keksinnön kannalta vain tarpeellisin osin esitettynä. Kuviossa 4a antennirakenteena ANT on T-antenni, jota syötetään johtimen L1 30 avulla. Kuvioissa 4a—4d on esitelty erityisesti johtimia L1—L4 antennin ANT kytkemiseksi sähköisesti kortin sisällä olevalle piirilevylle PCB se-*: kä signaalin ja/tai maatason kytkemiseksi antennille ANT. Kuviossa 4c antennirakenteena ANT on levymäinen IFA-antenni, joka kytketään johtimien L3 ja L4 avulla kortin sisällä olevalle piirilevylle PCB. Piirilevyl-35 lä PCB on sähköisesti johtavat vastinpinnat, joihin jousimainen johdin kytkeytyy kuvion 4b mukaisesti, joka on leikkaus kuvion 4a kohdasta A—A. Rakenteen etuna on integroitavuus, yksinkertaisuus sekä helppo ja nopea kokoonpano. Useilla jousimaisilla johtimilla voidaan IFA- 7 111420 antennille kytkeä sekä maataso (johdin L3) että signaali (johdin L4) kuvion 4c mukaisesti. Johdin voi kulkea integroidusti kehysrakenteen 3 läpi tai kiertää sen antennille ANT. Kuviossa 4d (leikkaus kuvion 4a ‘ kohdasta A—A) esitetyn mukaisesti antennia ANT voidaan syöttää ' 5 myös antennista ANT fyysisesti erotetun johtimen L2 avulla. Tällöin antenni ANT ja johdin L2 on järjestetty siten, että ne kytkeytyvät toisiinsa sähköisen kentän välityksellä. Johdin L2 edelleen kytkeytyy sähköisesti piirilevylle PCB jousimaisen osan välityksellä ja kiinnittyy kehysrakenteeseen 3. Selvää on, että johtimien määrä ja sijoittelu vaihtelevat 10 käytetyn antennirakenteen ANT tyypin mukaisesti. Selvää on myös, että esimerkiksi johdin L1 voi muodostua jäykemmästä jousiosasta ja taipuisasta johdosta, jotka on kytketty sopivalla tavalla toisiinsa.

On selvää, että keksintö ei rajoitu vain edellä esitettyihin keksinnön 15 eräisiin edullisiin suoritusmuotoihin, vaan voi vaihdella patenttivaatimuksien puitteissa.

Claims

8 111420
1. Korttimainen langaton viestin, joka kortti (CP) on järjestetty sovitti- 5 meksi jonkin toisen, kooltaan pienemmän kortin kytkemiseksi elektro- i niikkalaitteeseen ja joka käsittää ainakin kansipinnan (1) ja pohjapinnan (2) sekä niiden väliin sijoittuvan, mainittua korttia (CP) reunustavan kehysrakenteen (3), tunnettu siitä, että kortti (CP) käsittää lisäksi an-tennirakenteen (ANT), joka on integroitu mainittuun kehysrakenteeseen 10 (3).
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen korttimainen langaton viestin, tunnettu siitä, että antennirakenne (ANT) on sovitettu pääosin mainitun kehysrakenteen (3) ulkopinnalle (3a) tai sisälle. 15
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen korttimainen langaton viestin, joka käsittää lisäksi kehysrakenteeseen (3) muodostetut liitinvälineet (P) elektroniikkalaitteeseen kytkeytymistä varten, tunnettu siitä, että antennirakenne (ANT) on sijoitettu liitinvälineisiin (P) nähden kortin 20 (CP) vastakkaiseen päähän.
4. Jonkin patenttivaatimuksen 1—3 mukainen korttimainen langaton viestin, tunnettu siitä, että antennirakenne (ANT) on järjestetty kytkeytymään johtimeen kehysrakenteen (3) lävitse langattomasi! sähköisen 25 kentän välityksellä.
5. Jonkin patenttivaatimuksen 1—4 mukainen korttimainen langaton viestin, tunnettu siitä, että se on muodostettu ainakin osittain PCMCIA-standardin mukaiseksi laajennuskortiksi (CP). 30
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1—4 mukainen korttimainen langaton “ viestin, tunnettu siitä, että se on muodostettu ainakin osittain CFA- standardin mukaiseksi laajennuskortiksi (CP).
7. Menetelmä elektroniikkalaitteen laajennuskortin valmistuksessa, joka kortti (CP) on järjestetty sovittimeksi jonkin toisen, kooltaan pienemmän kortin kytkemiseksi mainittuun elektroniikkalaitteeseen ja joka käsittää ainakin kansipinnan (1) ja pohjapinnan (2) sekä niiden väliin sijoittuvan, 111420 mainittua korttia (CP) reunustavan kehysrakenteen (3), ja joka kortti (CP) käsittää lisäksi ainakin antennirakenteen (ANT), tunnettu siitä, että kortti (CP) käsittää lisäksi antennirakenteen (ANT), joka integroidaan mainittuun kehysrakenteeseen (3). 5
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että antennirakenne (ANT) järjestetään kytkeytymään johtimeen kehysrakenteen lävitse langattomasi sähköisen kentän välityksellä.
9. Elektroniikkalaitteen laajennuskortti, joka kortti (CP) on järjestetty sovittimeksi jonkin toisen, kooltaan pienemmän kortin kytkemiseksi mainittuun elektroniikkalaitteeseen ja joka käsittää ainakin kansipinnan (1) ja pohjapinnan (2) sekä niiden väliin sijoittuvan, mainittua korttia (CP) reunustavan kehysrakenteen (3), tunnettu siitä, että kortti (CP) käsit-15 tää lisäksi antennirakenteen (ANT), joka on integroitu mainittuun kehys-rakenteeseen (3).
10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laajennuskortti, tunnettu siitä, että antennirakenne (ANT) on järjestetty kytkeytymään johtimeen ke- 20 hysrakenteen lävitse langattomasi sähköisen kentän välityksellä.
11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen laajennuskortti, tunnettu siitä, että kyseinen, kooltaan pienempi kortti on korttimainen langaton viestin. 25 *· 12. Elektroniikkalaitteen laajennuskortti, joka kortti (CP) käsittää ainakin kansipinnan (1) ja pohjapinnan (2) sekä niiden väliin sijoittuvan, mainittua korttia (CP) reunustavan kehysrakenteen (3), tunnettu siitä, että kortti (CP) käsittää lisäksi ainakin antennirakenteen (ANT), joka on in-30 tegroitu mainittuun kehysrakenteeseen (3) ja järjestetty kytkeytymään johtimeen kehysrakenteen lävitse langattomasti sähköisen kentän väli-*' tyksellä.
13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laajennuskortti, tunnettu siitä, 35 että manittu kortti (CP) on järjestetty sovittimeksi jonkin toisen, kooltaan pienemmän kortin kytkemiseksi mainittuun elektroniikkalaitteeseen. 111420