FI113911B

FI113911B - Menetelmä signaalin kytkemiseksi ja antennirakenne

Info

Publication number: FI113911B
Application number: FI20001023A
Authority: FI
Inventors: Ilkka Pankinaho
Original assignee: Nokia Corp
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 2000-05-02
Publication date: 2004-06-30
Also published as: DE60026276D1; US20010007445A1; EP1113524B1; FI20001023A; DE60026276T2; US6498586B2; EP1113524A3; EP1113524A2

Description

, 113911 MENETELMÄ SIGNAALIN KYTKEMISEKSI JA ANTENNIRAKENNE Keksinnön ala

Esillä oleva keksintö liittyy pienikokoisiin, usealla eri taajuuskaistalla toimiviin 5 mikroliuska-antenneihin. Erityisesti keksintö liittyy matkaviestimissä käytettäviin sisäisiin antenneihin, joita syötetään yhdestä syöttöpisteestä.

Keksinnön tausta Tässä patenttihakemuksessa taajuusalue käsittää yhden tai useamman taajuuskaistan eli taajuuskaista on taajuusalueen osa. Edelleen 10 vastaanottokaistalla tarkoitetaan tukiasemalta matkaviestimelle tapahtuvaan tiedonsiirtoon (downlink) varattua taajuuskaistaa ja lähetyskaistalla tarkoitetaan matkaviestimeltä tukiasemalle tapahtuvaan tiedonsiirtoon (uplink) varattua taajuuskaistaa.

Matkaviestimissä ollaan siirtymässä päätelaitteisiin, jotka toimivat useilla 15 taajuusalueilla. Tällaisia usean taajuusalueen ratkaisuja ovat nykyisin käytössä \ \ olevat ns. dual band-päätelaitteet, jotka toimivat kahdella taajuusalueella.

Dual band-päätelaitteita on toteutettu sekä ulkoisella että sisäisellä antennilla. Ulkoinen antenni, joka voi olla esimerkiksi monopoli, heliksi tai näiden yhdistelmä, :: on valmistustekniikaltaan vaativa ja rikkoutuu helposti. Matkaviestimissä ollaankin 20 siirtymässä yhä enemmän mikroliuska-antenneilla toteutettaviin sisäisiin antennirakenteisiin. Sisäisten antennirakenteiden etuna ulkoisiin nähden on ] ' valmistustekniikan helppous ja sarjatuotannon nopeutuminen integrointiasteen •; · ’ kasvaessa sekä ulkoisia antenneja kestävämpi rakenne.

Perinteinen mikroliuska-antenni käsittää maatason ja säteilevän 25 antennielementin, joka on eristetty maatasosta eristekerroksella. Mikroliuska-antennin resonanssitaajuus määräytyy antennielementin fysikaalisten mittojen sekä antennielementin ja maatason välisen etäisyyden perusteella. Mikroliuska-antennien toimintaperiaate ja mitoitus ovat hyvin tunnettuja ja niitä on kuvattu alan kirjallisuudessa.

2 113911

Kuvioissa 1a ja 1b on esitetty tunnetun tekniikan mukainen mikroliuska-antenni ja L-tasoantenni, jota tässä patenttihakemuksessa kutsutaan jatkossa L-antenniksi.

Mikroliuska-antenni koostuu maatasosta, säteilevästä antennielementistä sekä 5 syöttölinjasta. Maatason ja antennielementin välissä ja päällä on eristemateriaalina joko ilmaa tai muuta dielektristä ainetta.

L-antenni on perinteisesti piiska-antenni, joka on taitettu läheltä maatasoa maatason suuntaiseksi, jolloin antennilla on matala syöttöimpedanssi. L-antennista voidaan rakentaa myös mikroliuska-antenni, joka koostuu maatasosta, 10 säteilevästä antennielementistä sekä syöttölinjasta.

Mikroliuska- ja L-antennin eroksi määritellään yleensä antennin resonoivan osuuden pituus aallonpituuksissa. Mikroliuska-antennin sähköinen pituus on puoli aallonpituutta, kun taas L-antennin sähköinen pituus on perinteisesti neljännesosa aallonpituutta. L-antennin sähköisestä pituudesta seuraa, että L-15 antennin virtamaksimi on syötön kohdalla.

Yleensä mikroliuska-antenni on valmistettu kaksipuoliselle substraatille, jonka toinen metallointi toimii maatasona, ja toiselle valmistetaan etsaamalla . · ·. antennielementin kuvio. Antennielementtiä syötetään syöttölinjalla, joka kytketään * *» antennielementtiin joko sivusta (kuvio 1a) tai viemällä syöttölinja maatason ja 20 eristemateriaalin läpi (kuvio 1b). Mikroliuska- ja L-antennin resonanssitaajuuteen vaikuttavat antennielementin fysikaaliset mitat, syöttöpisteen paikka sekä jossain määrin antennielementin sijainti maatasoon nähden.

...t Mikroliuska-antennin kokoa on pienennetty kehittämällä ns. PIFA-antenni (PIFA, ’ Planar Inverted F-Antenna), joka on kuvattu kuviossa 2b. PIFA-antennissa 25 antennielementti on kytketty maatasoon maadoituslinjalla. Varsinainen antennielementti voidaan mitoittaa tällöin huomattavasti pienemmäksi kuin :...: mikroliuska-antennin tapauksessa. Lisäksi antennin syöttöimpedanssi saadaan : .· syöttöpisteen paikkaa optimoimalla muutettua halutulle impedanssitasolle, joka ei ole mahdollista L-antennissa. PIFA-antennin resonanssitaajuuteen vaikuttavat 30 antennielementin ja maadoituslinjan fysikaaliset mitat sekä antennielementin 3 113911 etäisyys maatasosta. Antennielementtiä syötetään joko sivusta (kuvio 2a) tai viemällä syöttölinja maatason ja eristemateriaalin läpi (kuvio 2b). Maadoituslinjan leveyttä kavennettaessa antennin resonanssitaajuus pienenee. Maadoituslinja voi olla koko antennielementin levyinen tai kapeimmillaan vain johdin.

5 Edelleen on tunnettua syöttää mikroliuska-antennia kapasitiivisesti. Kapasitiivisesti syötetyssä mikroliuska-antennissa antennielementin ja maatason välissä on syöttöelementti, jolloin antennielementin ja syöttöelementin väliin muodostuu kapasitiivinen kytkentä. Syöttölinja on kytketty syöttöelementtiin, joka säteilee tehoa edelleen antennielementtiin. Kapasitiivinen kytkentä voidaan 10 toteuttaa niin mikroliuska-antennissa (kuvio 3) kuin PIFA-antennissakin (kuvio 4).

Mikroliuska-antennien ongelmana on kapea kaistanleveys. Toisen sukupolven matkaviestinjärjestelmien taajuusalueet ovat suhteellisen kapeita ja siksi toteutettavissa mikroliuska-antenneilla. Esimerkiksi GSM-järjestelmän taajuusalue on 890 - 960 MHz, jossa lähetyskaista on 890 - 915 MHz ja 15 vastaanottokaista on 935 - 960 MHz. Yhdeltä antennielementiltä vaadittava kaistanleveys on siis vähintään 70 MHz. Valmistustoleranssien ja antennia lähellä olevien esineiden, esimerkiksi käyttäjän käden vuoksi, antennielementin • ‘ kaistanleveys on oltava vieläkin suurempi. Kolmannen sukupolven matkaviestinjärjestelmien, esimerkiksi laajakaistaisten CDMA-järjestelmien 20 vaatimat taajuusalueet ovat vielä huomattavasti leveämmät kuin esimerkiksi GSM-järjestelmän, ja tämän vuoksi niiden toteutus mikroliuska-antenneilla on vaikeaa. Esimerkiksi VVCDMA-järjestelmän lähetyskaista on 1920 - 1980 MHz ja vastaanottokaista 2110-2170 MHz. Tällöin koko taajuusalueen leveys on 250 >>t; MHz. Edellä kuvattujen tunnetun tekniikan mukaisten mikroliuska-antennien .···. 25 kaistanleveyttä onkin pyritty kasvattamaan ratkaisuilla, joissa yhteen antennielementtiin toteutetaan useita lähekkäin olevia resonanssitaajuuksia.

Tekniikan tasosta tunnetaan ratkaisuja, joissa yhteen antennielementtiin toteutetaan useita lähekkäin olevia resonanssitaajuuksia. Eräässä ratkaisussa resonanssitaajuuksien lukumäärää kasvatetaan lisäämällä antennielementtiin 30 lovia. Lovet toimivat kuitenkin helposti pienten antennien tapauksessa rakosäteilijöinä, jolloin lähekkäin resonoivat antennielementit kytkeytyvät voimakkaasti toisiinsa ja muodostavat resonaattorin raon ympärille. Tästä seuraa 4 113911 edelleen se, että kyseisellä taajuudella sätellyresistanssi on pieni ja virrantiheydet raon läheisyydessä ovat suuret, jolloin antennin häviöllisyys lisääntyy. Mikroliuska-antennin kaistanleveyden lisääminen kyseisellä tavalla onnistuu siis vain vahvistuksen ja edelleen säteilyhyötysuhteen kustannuksella.

5 Kyseisellä ratkaisulla ei täten päästä esimerkiksi kolmannen sukupolven laajakaistaisten CDMA-järjestelmien vaatimiin valmistusarvoihin.

Edellä kuvatuista mikroliuska-antenneista on pyritty kehittämään myös useammalla taajuusalueella toimivia antennirakenteita. Esimerkiksi kahden taajuusalueen antennirakenne voidaan toteuttaa yhdellä yhteisellä syöttöpisteellä 10 ja antennielementillä, jonka resonanssitaajuus on säädettävissä kytkimellä ja sähköisellä kuormalla toisen matkaviestinjärjestelmän taajuusalueelle. Toinen vaihtoehto on käyttää yhtä antennielementtiä ja kahta erillistä syöttöpistettä, jolloin antennielementtiin syntyy kaksi eri resonanssitaajuutta. Kolmas vaihtoehto on käyttää kahta antennielementtiä, jotka kytketään yhteiseen syöttöpisteeseen.

15 Tällöin molemmilla antennielementeillä on yksi resonanssitaajuus.

Kuviossa 5 on kuvattu tunnetun tekniikan mukainen kahden taajuusalueen PIFA-antenni, jota syötetään yhdestä syöttöpisteestä. Antennielementin : j resonanssitaajuutta säädetään kytkemällä antennielementin ja maatason väliin / sähköinen kuorma. Kuorma voidaan vaihtoehtoisesti kytkeä myös osaksi " , 20 syöttölinjaa. Kuorma voi olla jokin reaktiivinen komponentti, esimerkiksi kapasitanssi tai induktanssi. Resonanssitaajuuden muutoksen suuruus ; ! määräytyy sähköisen kuorman perusteella.

Kuvion 5 mukainen ratkaisu on kuvattu esimerkiksi julkaisussa "Electrical Tuning of Integrated Mobile Phone Antennas," Louhos, J-P, Pankinaho, I, Proceedings of 25 The 1999 Antenna Applications Symposium, Allerton Park, Monticello, Illinois, : ,:: September 15-17, 1999. Kyseisessä ratkaisussa yhdellä PIFA-antennielementillä I » t voidaan toimia GSM900-järjestelmän lähetys- ja vastaanottokaistalla.

Antennielementti on mitoitettu siten, että ensimmäinen resonanssitaajuus on valittu GSM900-järjestelmän vastaanottokaistalta. Resonanssitaajuus säädetään 30 alemmalle resonanssitaajuudelle kytkemällä kapasitiivinen kuorma C kytkimellä S antennielementin ja maatason väliin, jolloin antennielementin resonanssitaajuus muuttuu GSM900-järjestelmän lähetyskaistalle.

5 113911

Kuviossa 6 ja 7 on kuvattu julkaisussa "Dual Frequency Planar Inverted F-Antenna" (Liu Z., et al., IEEE Transactions on Antennas & Propagation, Nro 10, Lokakuu 1997, sivut 1451 - 1458), kuvatut antennirakenteet, joissa yhteen PIFA-antenniin on toteutettu kaksi resonanssitaajuutta.

5 Kuvion 6 mukaisessa ratkaisussa PIFA-antennista E1 on erotettu osa E2, joka on mitoitettu korkeammalle taajuusalueelle. Ensimmäistä antennielementtiä E1 syötetään syöttöpisteestä F1 ja toista antennielementtiä E2 toisesta syöttöpisteestä F2. Kumpikin antennielementti maadoitetaan ja mitoitetaan siten, että niillä on eri resonanssitaajuudet. Maadoitukseen käytetään useita 10 maadoitusnastoja G1, G2. Antennielementtien polarisaatiot ovat samat.

Kuvion 7 mukaisessa ratkaisussa antennielementit on kytketty toisiinsa, jolloin muodostuu yksi antennielementti E3, jota syötetään yhdestä syöttöpisteestä F3. Maadoitukseen käytetään useita maadoitusnastoja G3, G4, G5. Tällöin yhteen lovelliseen PIFA-antenniin voidaan toteuttaa kaksi resonanssitaajuutta.

15 Antennielementtien mitoitus kuitenkin vaikeutuu huomattavasti, koska antennielementit kytketään samaan syöttöpisteeseen ja antennielementtien vahvistus, impedanssi ja kaistanleveydet riippuvat toisistaan. Myös tässä * , : ratkaisussa antennielementtien polarisaatiot ovat samat.

'···' Yhden syöttöpisteen etuna useamman syöttöpisteen ratkaisuihin verrattuna on [ " 20 antennielementtien valmistuksen helpottuminen ja vähentynyt kontaktipintojen tarve. Myös tarvittava pinta-ala pienenee. Lisäksi tuotanto, operaattorit ja • · ’ ·’ viranomaiset haluavat mitata antennin toimintaa sekä matkapuhelimella lähetettävän ja vastaanotettavan signaalin voimakkuutta ja laatua yhdestä syöttöpisteestä.

: 25 Yhden syöttöpisteen ja useamman antennielementin tapauksessa suurimmaksi : ’ : ongelmaksi muodostuu antennielementtien keskinäinen kytkentä, joka huonontaa ,·*·. antennirakenteen säteilyhyötysuhdetta. Antennielementtien keskinäisen kytkennän vuoksi ensimmäisellä taajuusalueella toimivasta antennielementistä kytkeytyy tehoa toisen taajuusalueen antennielementtiin ja päinvastoin. Tämän 30 vuoksi kyseisissä useamman antennielementin ratkaisuissa tulee vähentää 6 113911 antennielementtien haitallista keskinäistä kytkentää hyvään säteily- hyötysuhteeseen pääsemiseksi.

Edellä kuvatuissa tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa antennielementit ovat maatason suuntaisia, jolloin antennielementtien ja maatason välinen 5 kytkentä on voimakkaasti kapasitiivinen. Kapasitiivisesta kytkennästä puolestaan seuraa, että antennielementit ovat suuntaavia. Matkaviestimissä käytettävien lähetysantennien tulisi olla suuntaavia, kun taas niiden vastaanottoantennien tulisi olla mahdollisimman isotrooppisia eli ympärisäteileviä. Esimerkiksi kuvion 5 mukainen antennirakenne toimii hyvin lähetettäessä tietoa matkaviestimeltä 10 tukiasemalle, mutta tukiaseman lähettämää tietoa tulisi vastaanottaa kaikissa puhelimen eri käyttöasennoissa.

Vaikka edellä mainituissa ratkaisuissa voidaankin vaihtaa taajuusalueelta toiselle, on ratkaisut toteutettu GSM-järjestelmässä eli suhteellisen kapeilla kaistanleveyksillä. Lisäksi antennielementit ovat suuntaavia, jolloin ne eivät 15 välttämättä toimi riittävän hyvin laajakaistaista signaalia vastaanotettaessa.

Kahden antennielementin antennirakenteessa, jota syötetään yhdestä syöttöpisteestä, on puolestaan ongelmana edellisten lisäksi myös antennielementtien keskinäinen kytkentä. Näin ollen kolmannen sukupolven matkaviestimien vaatimia vahvistus-, säteilyhyötysuhde- ja kaistanleveysarvot 20 täyttäviä antenniratkaisuja ei ole pystytty toteuttamaan tunnetun tekniikan ..... mukaisilla mikroliuska-antenneilla.

Edelleen edellä mainittujen seikkojen vuoksi tunnetun tekniikan mukaisilla mikroliuska-antenneilla ei ole onnistuttu toteuttamaan myöskään yhden ' ' syöttöpisteen käsittävää antennirakennetta, joka toimisi riittävän optimaalisesti •: ' 25 sekä toisen että kolmannen sukupolven matkaviestimissä.

Keksinnön yhteenveto t I t Tässä keksinnössä on toteutettu uudella tavalla yhdestä syöttöpisteestä syötetty, : usealla eri taajuuskaistalla toimiva antennirakenne, jolla saavutetaan hyvän kaistanleveyden lisäksi myös suuntaavuutta lähetyksessä ja isotrooppisuutta 30 vastaanotossa. Antennirakenteen vahvistus ja säteilyhyötysuhde saadaan hyväksi antennielementtien häiritsevää keskinäistä kytkentää vähentämällä.

7 113911

Lisäksi antennielementtien sijoittelun ansiosta koko antennirakenteen vaatima tilavuus on pienempi vastaavan taajuusalueen antenneihin verrattuna. Keksinnön mukainen antennirakenne on siten sijoitettavissa helposti esimerkiksi matkapuhelimen tai matkapuhelimeen liitettävän antenniyksikön sisään.

5 Keksinnön tavoitteet saavutetaan sekä uudella taajuuskaistaratkaisulla että uudella antennielementtien sijoittelulla, mikä mahdollistaa leveällä kaistalla toimivan antennirakenteen toteuttamisen. Taajuuskaistaratkaisussa antennin lähettävä, alemman taajuusalueen antennielementti, on suuntaavampi kuin vastaanottava, ylemmän taajuusalueen antennielementti. Lisäksi keksinnön 10 mukainen antennielementtien sijoittelu vähentää ainakin kahden antennielementin välistä keskinäistä kytkentää, jolloin antennirakenteen vahvistus ja säteilyhyötysuhde muodostuvat hyviksi.

Keksinnön perusajatuksena on käyttää yhden lähettävän ja vastaanottavan antennielementin sijaan kahta toisiinsa kytkentälinjalla kytkettyä 15 antennielementtiä siten, että ensimmäistä antennielementtiä käytetään vastaanottamaan tietoa ensimmäisen radiojärjestelmän vastaanottokaistalla ja toista antennielementtiä käytetään lähettämään tietoa ensimmäisen ·. ’ radiojärjestelmän lähetyskaistalla. Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa ensimmäinen vastaanottokaista on jonkin kolmannen matkaviestinsukupolven 20 laajakaistaisen CDMA-järjestelmän vastaanottokaista ja ensimmäinen ... lähetyskaista on saman laajakaistaisen CDMA-järjestelmän lähetyskaista. Näin antennirakenne saadaan toimimaan leveällä kaistalla ja voidaan toimia leveällä taajuusalueella.

Keksinnön mukaan antennielementit sijoitetaan siten, että ensimmäinen 25 antennielementti, joka on edullisesti vastaanottava antennielementti on maatason i.l : sivulla ja kohtisuoraan maatasoa vastaan, ja toinen antennielementti, joka on edullisesti lähettävä antennielementti on puolestaan maatason päällä ja maatason suuntaisesti. Tällöin ensimmäisestä antennielementistä saadaan ympärisäteilevä ja toisesta antennielementistä suuntaava. Antennielementtien 30 välinen haitallinen keskinäinen kytkeytyminen on myös vähäistä, jolloin antennirakenteella saavutetaan hyvä vahvistus ja säteilyhyötysuhde.

8 113911

Haitallista keskinäistä kytkeytymistä voidaan edelleen vähentää suunnittelemalla ensimmäisen ja toisen antennielementin polarisaatiot toisistaan poikkeaviksi, jolloin antennielementtien välille saadaan hyvä polarisaatiovaimennus.

5 Parantamalla ensimmäisen antennin ja maatason resonanssien välistä kytkentää saadaan vastaanottokaistalla parannettua antennin hyötysuhdetta ja ympärisäteilevyyttä. Tämä saadaan toteutettua parhaiten siten, että ensimmäisen antennielementin avoin pää sijaitsee piirilevyn yläreunan läheisyydessä, jolloin antennin ja maatason sähkökentät kytkeytyvät voimakkaasti toisiinsa molempien 10 säteilijöiden "avoimessa" päässä. Tällöin antennielementti toimii syöttävänä elementtinä maatasolle, joka toimii pääasiallisena säteilijänä.

Toisen antennielementin ja maatason resonanssien välistä kytkentää taas saadaan pienennettyä sijoittamalla toinen antennielementti maatason päällä siten, että toisen antennielementin avoin pää, syöttöpiste ja maadoituspiste 15 sijaitsevat keskemmällä maatasoa. Tällöin antennirakenne voidaan sijoittaa erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti matkaviestimeen, jossa on esimerkiksi kamera ja GPS-antenni.

’·: Ensimmäisen antennielementin sovitusta voidaan edullisessa ratkaisussa *··* parantaa lisäksi suunnittelemalla antennielementit yhdistävä kytkentälinja ' ‘ 20 syötöstä toiselle antennielementille sekä toiselta antennielementiltä maahan ulottuva maadoituslinja siten, että niiden yhteinen sähköinen pituus on “·' aallonpituuden neljännes ensimmäisen antennin resonanssitaajuudella. Tällöin , ensimmäinen antennielementti näkee kyseisen maadoituksen avoimena ja « · ... antenni toimii tehokkaammin monopoli-tyyppisenä (esimerkiksi taittomonopoli) 25 antennina. Tästä seuraa myöskin se, että vaikka ensimmäisen antennielementin : maadoituslinja on hieman lyhyempi kuin aallonpituuden neljännes, niin sen vaikutus on pienempi ensimäisen antennielementin sovitukseen kuin toisen antennielementin sovitukseen ja täten ensimmäisen antennielementin : .· kapasitanssi maatasoon nähden on ensimmäisen antennielementin 30 optimaalisessa sijainnissa pienempi, jotta ensimmäisen antennielementin säteilyresistanssi ja syöttöimpedanssi ovat riittävän korkeita.

9 113911

Keksinnön mukaisen antenniratkaisun soveltuvuutta lopputuotteisiin voidaan edelleen parantaa eräällä keksinnön mukaisella edullisella suoritusmuodolla, jossa toinen antennielementti järjestetään toimimaan myös toisen matkaviestinjärjestelmän taajuusalueella tai taajuusalueen osalla. Tällöin voidaan 5 toteuttaa esimerkiksi antennirakenne, jossa toteutetaan ensimmäisellä antennielementillä laajakaistaisen radiojärjestelmän vastaanottokaista. Toisella antennielementillä toteutetaan sekä laajakaistaisen radiojärjestelmän lähetyskaista että ainakin yksi toisen radiojärjestelmän lähetyskaista, joka on esimerkiksi GSM1800 tai GSMA1900-järjestelmän lähetyskaista, 10 vastaanottokaista tai molemmat.

Antennielementtien väliin jää aina hieman haitallista, häviöllistä keskinäistä kytkeytymistä, joka vaikeuttaa toisen antennielementin toteutusta säädettävänä. Kyseisessä tapauksessa toisen antennielementin toteutus kuitenkin helpottuu ensimmäisen antennielementin ansiosta, koska ensimmäinen antennielementti 15 parantaa hieman toisen antennielementin sovitusta alemmalla resonanssitaajuudella mainitulla GSM 1800 tai GSMA1900-järjestelmien taajuuskaistalla ja lisää näin samalla mainittua kaistanleveyttä. Keksinnön ; mukaisella antennirakenteella voidaan näin toteuttaa sekä toisen että kolmannen :. · I sukupolven matkaviestinjärjestelmissä toimiva antennirakenne.

20 Keksinnön mukaisessa antennirakenteessa antennielementit eivät merkittävästi ;; heikennä toistensa ominaisuuksia, jolloin samaan syöttöpisteeseen voidaan lisätä helposti ensimmäisen lähetyskaistan ala- tai yläpuolella toimivia antennielementtejä. Keksinnön mukaisen antennirakenteen toiminta voidaan *: laajentaa näin esimerkiksi GSM900 tai PDC800-järjestelmien taajuusalueille ’ : 25 käyttämällä kyseisille taajuusalueille mitoitettuja antennielementtejä.

'. Ensimmäisen taajuusalueen yläpuolella toimivien antennielementtien lisääminen on vieläkin helpompaa, koska taajuuksien kasvaessa antennielementtien koko pienenee. Antennirakenteeseen voidaan toteuttaa helposti esimerkiksi ainakin ;^‘t jokin seuraavien järjestelmien antennielementeistä: Bluetooth, WLAN (Wireless 30 Local Area Network) tai GPS (Global Positioning System).

Keksinnön ensimmäisen aspektin mukaan on toteutettu antennirakenne, joka käsittää ensimmäisen antennielementin, toisen antennielementin, maatason 10 113911 antennirakenteen maadoittamiseksi, kytkentälinjan ensimmäisen antennielementin ja toisen antennielementin kytkemiseksi toisiinsa, ja syöttölinjan antennirakenteen syöttämiseksi yhden syöttöpisteen kautta, jossa antennielementissä ensimmäinen antennielementti on mikroliuska-antenni ja se 5 on maatason vieressä ja kohtisuoraan maatasoa vastaan ja toinen antennielementti on mikroliuska-antenni ja se on maatason päällä ja maatason suuntaisesti.

Keksinnön toisen aspektin mukaan on toteutettu menetelmä signaalin kytkemiseksi antennirakenteeseen, joka käsittää ensimmäisen antennielementin, 10 toisen antennielementin maatason antennirakenteen maadoittamiseksi, kytkentälinjan ensimmäisen antennielementin ja toisen antennielementin kytkemiseksi toisiinsa, syöttölinjan antennirakenteen syöttämiseksi, ja jossa menetelmässä kytketään lähetettäviä ja vastaanotettavia signaaleja antennirakenteeseen yhden syöttöpisteen kautta, jossa menetelmässä 15 ensimmäinen antennielementti on mikroliuska-antenni ja se sijoitetaan maatason viereen ja kohtisuoraan maatasoa vastaan ja toinen antennielementti on mikroliuska-antenni ja se sijoitetaan maatason päälle maatason suuntaisesti.

; ] Keksinnön kolmannen aspektin mukaan toteutetaan antenniyksikkö, joka käsittää ; / antennirakenteen, joka antennirakenne käsittää ensimmäisen antennielementin, ’··’ 20 toisen antennielementin, maatason antennirakenteen maadoittamiseksi, kytkentälinjan ensimmäisen antennielementin ja toisen antennielementin kytkemiseksi toisiinsa, ja syöttölinjan antennirakenteen syöttämiseksi yhden syöttöpisteen kautta, ja joka antennirakenne on valmistettu eristemateriaalille, : jolla on alusta sekä vähintään yksi seinäalue, joka seinäalue ulottuu alustasta , , 25 poikkeavaan suuntaan, ja jonka antennirakenteen muoto seuraa alustan ja seinäalueen muotoja, ja jossa antennirakenteessa ensimmäinen antennielementti on mikroliuska-antenni ja se on maatason vieressä ja kohtisuorassa maatasoa vastaan ja toinen antennielementti on mikroliuska-antenni ja se on maatason ’ * päällä ja maatason suuntaisesti.

30 Keksinnön neljännen aspektin mukaan toteutetaan matkaviestin, joka käsittää antennirakenteen, joka antennirakenne käsittää ensimmäisen antennielementin, toisen antennielementin, maatason antennirakenteen maadoittamiseksi, 11 113911 kytkentälinjan ensimmäisen antennielementin ja toisen antennielementin kytkemiseksi toisiinsa, ja syöttölinjan antennirakenteen syöttämiseksi yhden syöttöpisteen kautta, ja jossa antennirakenteessa ensimmäinen antennielementti on mikroliuska-antenni ja se on maatason 5 vieressä ja kohtisuorassa maatasoa vastaan ja toinen antennielementti on mikroliuska-antenni ja se on maatason päällä ja maatason suuntaisesti.

Luettelo piirustuksista

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 10 kuvio 1a esittää tunnetun tekniikan mukaista mikroliuska-antennia, jota syötetään sivusta; kuvio 1b esittää tunnetun tekniikan mukaista L-antennia, jota syötetään maatason ja eristemateriaalin läpi; kuvio 2a esittää tunnetun tekniikan mukaista PIFA-antennia, jota syötetään 15 sivusta; \ ’ kuvio 2b esittää tunnetun tekniikan mukaista PIFA-antennia, jota syötetään ';, l: maatason ja eristemateriaalin läpi; ‘:kuvio 3 esittää kapasitiivisesti syötettyä mikroliuska-antennia; ." ·. kuvio 4 esittää kapasitiivisesti syötettyä PIFA-antennia; 20 kuvio 5 esittää tunnetun tekniikan mukaista PIFA-antennia, jonka resonanssitaajuus on säädettävä; kuvio 6 esittää tunnetun tekniikan mukaista PIFA-antennia, joka toimii t 1 * * :"': kahdella taajuusalueella ja käsittää kaksi erillistä syöttöpistettä; : kuvio 7 esittää tunnetun tekniikan mukaista PIFA-antennia, joka toimii • ·’ 25 kahdella taajuusalueella ja käsittää yhden syöttöpisteen; kuvio 8a esittää keksinnön mukaista antennirakennetta päältä; 12 113911 kuvio 8b esittää keksinnön mukaista antennirakennetta sivulta; kuvio 8c esittää keksinnön mukaista antennirakennetta edestä; kuvio 9 esittää keksinnön mukaista antennirakennetta kolmiulotteisesti; kuvio 10 esittää erästä edullista suoritusmuotoa; 5 kuvio 11 esittää erästä edullista suoritusmuotoa; kuvio 12 esittää erästä edullista suoritusmuotoa; kuvio 13 esittää erästä edullista suoritusmuotoa; kuvio 14 esittää erästä edullista suoritusmuotoa; kuvio 15 esittää erästä edullista suoritusmuotoa; 1 o kuvio 16a esittää T-elementin erästä edullista muotoa; kuvio 16b esittää T-elementin erästä edullista muotoa; , : kuvio 16c esittää T-elementin erästä edullista muotoa; !..' kuvio 16d esittää T-elementin erästä edullista muotoa; t · ': ’ ’ kuvio 17 esittää antenniyksikköä; ; : 15 kuvio 18 esittää matkaviestintä; kuvio 19 esittää erästä edullista suoritusmuotoa.

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Seuraavassa esitetyt kuviot ovat esimerkinomaisia ja sisältävät vain • * 20 antennirakenteen 100 toimintaperiaatteen ymmärtämisen kannalta i * * : ’ välttämättömät osat. Samoista osista on käytetty samoja viitenumerolta kuvioissa 8-19.

13 113911

Kuvioissa 8a, 8b ja 8c on kuvattu keksinnön mukainen antennirakenne 100 päältä, sivulta ja edestä, vastaavasti. Kuviossa 9 on puolestaan kuvattu keksinnön mukainen antennirakenne 100 kolmiulotteisesti.

Antennirakenne 100 koostuu ensimmäisestä antennielementistä 101, toisesta 5 antennielementistä 102, maatasosta 105, antennielementit yhdistävästä kytkentälinjasta 106, syöttölinjasta 107 sekä maadoituslinjasta 108, joka on kytketty toisesta antennielementistä 102 maatasoon 105. Edelleen ensimmäinen antennielementti 101 käsittää ensimmäisen viritysloven 109 ja toinen antennielementti käsittää toisen viritysloven 110.

10 Keksinnön mukainen antennirakenne koostuu siis mikroliuska-antennistaja PIFA-antennista, jotka on kytketty toisiinsa L-antennin syöttölinjalla. Antennirakenteen syöttöpiste on mikroliuska-antennin syöttölinjan ja PIFA-antennin liitoksessa tai liitoksen välittömässä läheisyydessä. Mikroliuska-antennissa ja PIFA-antennissa on myös virityslovet. Kytkentälinja 106, syöttölinja 107 ja maadoituslinja 108 ovat 15 edullisesti mikroliuskoja, mutta myös muita alan ammattimiehen tuntemia johtimia voidaan käyttää.

: Toinen antennielementti 102 on maatason suuntainen, nelikulmainen taso. Tason i ensimmäisen ja toisen sivun muodostamasta kulmasta alkaa kytkentälinja 106, ‘ ·· ‘ joka jatkuu toisesta antennielementistä 102 poispäin ja taittuu maatasoa 105 20 kohti siten, että se poikkeaa oleellisesti toisen antennielementin 102 tasosta. Kytkentälinja 106 on suhteellisen kapea toisen antennielementin 102 sivujen pituuksiin verrattuna. Kytkentälinjan pituus riippuu halutun resonanssitaajuuden sähköisestä pituudesta.

Ensimmäinen antennielementti 101 on kytkentälinjan 106 päässä ja • 25 kohtisuorassa maatasoa vastaan. Ensimmäinen antennielementti 101 on nelikulmainen taso, jolla on kaksi lyhyempää ja kaksi pidempää sivua. Ensimmäinen antennielementti 101 alkaa kytkentälinjan 106 päästä siten, että ;v. pidemmät sivut ovat maatason 105 suuntaiset ja lyhyemmät sivut ovat kohtisuorassa maatasoa 105 vastaan. Ensimmäinen antennielementti 101 taittuu 30 toista antennielementtiä 102 kohti, toisen antennielementin 102 ensimmäisen sivun suuntaiseksi.

14 113911

Ensimmäisellä antennielementillä toteutetaan laajakaistaisen radiojärjestelmän taajuusalueen ylempi osa (eli esimerkiksi VVCDMA-järjestelmän vastaanottokaista) ja toisella antennielementillä laajakaistaisen radiojärjestelmän taajuusalueen alempi osa (eli esimerkiksi VVCDMA-järjestelmän lähetyskaista).

5 Ensimmäisen antennielementin 101 sivut ovat toisen antennielementin 102 sivuja lyhyemmät, jolloin ensimmäinen antennielementti 101 toimii lyhyemmällä aallonpituudella eli korkeammalla resonanssitaajuudella. Ensimmäisen antennielementin 101 pinta-ala on siten pienempi kuin toisen antennielementin 102 pinta-ala. Lisäksi ensimmäinen antennielementti on kytkeytynyt maatasoon 10 105 vähemmän kapasitiivisesti kuin toinen antennielementti 102.

Keskinäisen kytkeytymisen vähentämiseksi antennielementtien polarisaatiot voidaan suunnitella toisistaan poikkeaviksi. Ensimmäinen antennielementti 101 on esimerkiksi elliptisesti polarisoitunut ja toinen antennielementti 102 lineaarisemmin polarisoitunut. Vastaavasti, riippuen antennielementin sijoittelusta 15 matkaviestimeen, toinen antennielementti 102 voi olla elliptisesti polarisoitunut ja ensimmäinen antennielementti 101 lineaarisemmin polarisoitunut. Myös toisistaan poikkeavia lineaaripolarisaatioita voidaan käyttää. Tällöin toinen antennielementeistä on esimerkiksi vaaka- ja toinen pystypolarisoitunut.

Antennielementtien polarisaatioon voidaan vaikuttaa sijoittamalla 20 antennielementit toisistaan poikkeavaan suuntaan maatasoon nähden. Antennielementtien syöttöpisteen paikka suhteessa toiseen antennielementtiin : ’": vaikuttaa myös siihen kumman antennielementin polarisaatioon maataso ensisijaisesti vaikuttaa.

> ... Antennirakennetta 100 syötetään kytkentälinjan 106 ja toisen antennielementin 25 1 02 toisen sivun muodostamasta kulmasta tai sen välittömästä läheisyydestä.

• » ;;/ Syöttölinja 107 on kytketty ainakin toiseen seuraavista, joko kytkentälinjaan 106 tai toiseen antennielementtiin 102. Syöttölinja 107 poikkeaa toisen ,.: antennielementin 102 tasosta ja taittuu maatasoa 105 kohti.

! * »

Syöttölinjan 107 päähän kytketään esimerkiksi lähetinvastaanotin. Lähetettävä 30 signaali kytketään lähetinvastaanottimelta syöttölinjan 107 päähän, josta lähetettävän signaalin teho edelleen kytkeytyy syöttölinjan 107 välityksellä 15 113911 antennirakenteeseen 100. Vastaanotettaessa kytkeytyy vastaanotettavan signaalin teho antennirakenteeseen 100, josta vastaanotettavan signaalin teho kytkeytyy syöttölinjan 107 välityksellä syöttölinjan 107 päähän ja edelleen lähetinvastaanottimeen. Syöttöpisteeseen syntyy 5 antennirakenteen virtajakauman huippuarvo ensimmäisen antennielementin 101 resonanssitaajuudella, jolloin syöttölinjan sijainnilla ja mitoituksella vaikutetaan antennirakenteen virtajakaumaan ja edelleen resonanssitaajuuteen, syöttöimpedanssiin ja säteilykuvioon.

Toisen antennielementin 102 toiselta sivulta alkaa maadoituslinja 108, joka on 10 kytketty maatasoon 105. Maadoituslinjaan syntyy toisen antennielementin 102 resonanssitaajuudella virtajakautuman huippuarvo. Maadoituslinjan sijainti vaikuttaa erityisesti toisen antennielementin 102 virtajakautumaan, polarisaation elliptisyyteen, sovituksen optimointiin ja resonanssitaajuuteen.

Virityslovien ansiosta ensimmäinen ja toinen antennielementti voidaan mitoittaa 15 pienemmäksi kuin ilman virityslovia. Tämä tapahtuu mitoittamalla, sijoittamalla ja muotoilemalla virityslovet antennielementtiin antennirakenteelta vaadittujen vahvistus-, kaistanleveys- ja säteilyhyötysuhdearvojen mukaisesti. Virityslovien . tehtävä on myöskin sovittaa antennielementtien 101, 102 resonanssitaajuudet ja antennirakenne 100 esimerkiksi 50:een ohmiin.

20 Ensimmäinen virityslovi 109 alkaa ensimmäisen antennielementin 101 ja ,···, kytkentälinjan 106 yhtymäkohdan vierestä ja jatkuu ensimmäiseen .··. antennielementtiin 101. Ensimmäinen virityslovi 109 alkaa ensimmäisen antennielementin 101 lyhyempien sivujen suuntaisena ja kääntyy kytkentälinjasta •:..: 106 poispäin ensimmäisen antennielementin 101 pidempien sivujen suuntaiseksi.

T 25 Toinen virityslovi 110 alkaa toisen antennielementin 102 toiselta sivulta, :·’ i syöttölinjan 107 ja maadoituslinjan 108 välistä ja jatkuu toiseen '···' antennielementtiin 102. Toinen virityslovi 110 kulkee toisen antennielementin 102 :,,,· toiselta sivulta kohti toisen antennielementin 102 ensimmäistä sivua, kääntyy j ensimmäisen sivun suuntaiseksi ja edelleen ensimmäisestä sivusta poispäin.

30 Ensimmäisen antennielementin 101 pidemmät sivut ovat noin 11 mm ja lyhyemmät noin 6 mm. Toisen antennielementin 102 kaikki sivut ovat noin 18 16 113911 mm. Ensimmäisen viritysloven pituus on noin 11 mm ja leveys noin 1.5 mm. Toisen viritysloven pituus on noin 17 mm ja leveys noin 1.5 mm. Tällöin antennirakenne on mitoitettu WCDMA -järjestelmän taajuusalueelle 1920 - 2170 MHz, ensimmäisellä antennielementillä vastaanotetaan tukiasemalta tulevaa 5 tietoa ensimmäisellä vastaanottokaistalla, taajuuksilla 2110 - 2170 MHz ja toisella antennielementillä lähetetään tietoa tukiasemalle ensimmäisellä lähetyskaistalla, taajuuksilla 1920 - 1980 MHz. Ensimmäisen antennielementin resonanssitaajuus on ensimmäisellä vastaanottokaistan yläpuolella, taajuudella 2200 MHz ja toisen antennielementin resonanssitaajuus on ensimmäisen 10 lähetyskaistan alapuolella, taajuudella 1750 MHz. Kyseisellä ratkaisulla saavutetaan tällöin VVCDMA-järjestelmän lähetyskaistan lisäksi myös 1710 -1990 MHz:n kaistanleveys esimerkiksi jollekin seuraavista systeemeistä GSM 1800, GSMA1900, TDMA1900, CDMA1900.

Antennirakenteen 100 etäisyys maatasosta 105 vaikuttaa jonkin verran 15 ensimmäisen 101 ja toisen antennielementin 102 resonanssitaajuuksiin. Toisen antennielementin 102 etäisyys maatasosta 105 on noin 7 mm. Ensimmäinen antennielementti 101 puolestaan sijoitetaan maatason reunan viereen, , . kohtisuoraan maatasoa 105 vastaan kuvion 8b mukaisesti. Ensimmäisen antennielementin 101 etäisyys maatason 105 reunasta on noin 5 mm ja sen 20 alareuna on noin 3 mm korkeudella maatasosta 105. Siirtämällä ensimmäistä ']]]· antennielementtiä 101 maatason suhteen vaikutetaan antennielementtien .···. keskinäiseen kytkeytymiseen, joka vähenee antennielementtien välisen . · ’ . etäisyyden kasvaessa.

Toteuttamalla keksinnön mukainen antennirakenne edellä kuvatulla tavalla * 25 saadaan antennielementtien 101, 102 välinen keskinäiskytkentä vähäiseksi, ·;·’ antennirakenteen 100 häviöt riittävän pieniksi ja vahvistus riittävän suureksi : vaaditulla kaistanleveydellä. Lisäksi lähettävästä toisesta antennielementistä 102 saadaan suuntaava ja vastaanottavasta ensimmäisestä antennielementistä 101 ympärisäteilevä, jolloin antennirakenne 100 toimii hyvin esimerkiksi eri 30 matkaviestinjärjestelmien lähetys- ja vastaanottokaistoilla. Edelleen etua saavutetaan edellisten lisäksi ensimmäisen antennielementin 101 sijoittamisella 17 113911 antennirakenteen 100 sivulle siten, että antennirakenne on edelleen sijoitettavissa helposti matkaviestimeen.

Parantamalla ensimmäisen antennielementin 101 ja maatason 105, joka on liitetty matkaviestimen 200 maatasoon 105', resonanssien välistä kytkentää 5 saadaan vastaanottokaistalla parannettua antennin hyötysuhdetta ja ympärisäteilevyyttä. Viitaten kuvioon 19, tämä saadaan toteutettua parhaiten siten, että antennielementin 101 avoin pää sijaitsee antenniviestimen 200 maatason 105' yläreunan U läheisyydessä, jolloin antennin ja maatason sähkökentät kytkeytyvät voimakkaasti toisiinsa molempien säteilijöiden 10 "avoimessa" päässä. Tällöin antennielementti 101 toimii syöttävänä elementtinä maatasolle 105', joka toimii pääasiallisena säteilijänä.

Toisen antennielementin 102 ja maatason 105' resonanssien välistä kytkentää taas saadaan pienennettyä sijoittamalla antennielementti 102 maatason päällä siten, että antennielementin 102 avoin pää, syöttöpiste ja maadoituspiste 15 sijatsevat keskemmällä maatasoa 105' (kohdassa M). Tämä on esitetty kuvion 19 mukaisessa edullisessa suoritusmuodossa.

Antennielementtien 101 ja 102 välistä kytkentää voidaan pienentää ja : antennielementin 101 suorituskykyä sekä sovitusta voidaan lisäksi parantaa .···. suunnittelemalla antennielementtit yhdistävä kytkentälinja 106 syötöstä toiselle • * 20 antennielementille 102 sekä toiselta antennielementiltä maahan ulottuva ;···: maadoituslinja 108 siten, että niiden yhteinen sähköinen pituus on aallonpituuden neljännes ensimmäisen antennin 101 resonanssitaajuudella. Antennielementti 101 näkee tällöin maadoituslinjan 108 avoimena eikä se vaikuta antennin 101 ·;··: toimintaan. Tästä seuraa myöskin se, että vaikka antennielementti 101 • 25 maadoituslinja on hieman lyhyempi kuin aallonpituuden neljännes, niin sen : vaikutus on pienempi antennielementin 101 sovitukseen kuin antennielementin . . 102 sovitukseen ja täten antennielementin 101 kapasitanssi maatasoon nähden . I. pitää olla ja onkin optimaalisessa sijainnissa pienempi, jotta antennielementin 101 :v. säteilyresistanssi ja syöttöimpedanssi ovat riittävän korkeita. Syöttöpisteestä 30 mitattu sovitus ensimmäisen antennielementin 101 ja toisen antennielementin 102 resonanssitaajuudella tulee olla esimerkiksi noin 50 ohmia.

18 113911

Ensimmäistä antennielementtiä 101 ja toista antennielementtiä 102 voidaan syöttää myös kapasitiivisella syötöllä alan ammattimiehen tuntemalla tavalla. Tämä saavutetaan kytkemällä antennielementin taakse sitä syöttävä elementti. Syöttävä elementti puolestaan kytketään syöttölinjaan. Syöttävä elementti 5 mitoitetaan niin, että sen sähköinen pituus on yhtä suuri kuin syötettävän antennielementin sähköinen pituus. Kuviossa 10 on kuvattu eräs edullinen suoritusmuoto, jossa keksinnön mukaisen antennirakenteen 100 toimintaa on edelleen parannettu siten, että toinen antennielementti 102 järjestetään toimimaan ainakin yhdellä toisen radiojärjestelmän taajuuskaistalla. Näin voidaan 10 toteuttaa antennirakenne, jossa vastaanotetaan ensimmäisellä antennielementillä 101 esimerkiksi jonkin laajakaistaisen CDMA-järjestelmän vastaanottokaistalla ja toisella antennielementillä 102 sekä lähetetään laajakaistaisen CDMA-järjestelmän lähetyskaistalla että lähetetään ja/tai vastaanotetaan ainakin yhdellä toisen radiojärjestelmän taajuuskaistalla. Toisen radiojärjestelmän taajuuskaista 15 voi olla esimerkiksi jollain toisen sukupolven matkaviestinjärjestelmän taajuusalueella oleva lähetyskaista, vastaanottokaista tai molemmat.

Toiseen antennielementtiin 102 kytketään ensimmäinen kapasitiivinen kuorma , . C1. Kuorma C1 on edelleen kytketty ensimmäisellä kytkimellä S1 maatasoon 105 . . : niin, että toisen antennielementin 102 resonanssitaajuus on säädettävissä ainakin 20 yhdelle toisen radiojärjestelmän taajuuskaistalle. Kytkentä ja ensimmäinen ·:· : kapasitiivinen kuorma voidaan mitoittaa alan ammattimiehen tuntemalla tavalla siten, että ensimmäisen kytkimen S1 ollessa auki toinen antennielementti 102 toimii lähetyskaistalla ja ensimmäisen kytkimen S1 ollessa kiinni ainakin yhdellä toisen radiojärjestelmän taajuuskaistalla.

. 25 Kytkentä voidaan järjestää siten, että toisen antennielementin 102 resonanssitaajuus on säädettävissä esimerkiksi GSM1800 tai GSMA1900-järjestelmän vastaanottokaistalle, lähetyskaistalle tai kaistojen väliin. Tällöin voidaan vastaavasti toimia joko GSM1800 tai GSMA1900-järjestelmän '··* vastaanottokaistalla, lähetyskaistalla tai koko taajuusalueella, ja säästetään tilaa, : ·* 30 koska GSM 1800 tai GSMA1900-järjestelmille ei tarvita erillistä antennielementtiä.

Ensimmäisenä kytkimenä S1 voidaan käyttää tavanomaisia puolijohdekytkimiä kuten FET-kytkimiä, PIN-diodeja tai vastaavia kytkimiä. Tulevaisuudessa voidaan 19 113911 käyttää esimerkiksi ns. MEMS-kytkimiä (MEMS, Micro Electro Mechanical System).

Kuviossa 11 on esitetty eräs keksinnön edullinen suoritusmuoto. Koska keksinnön mukaisesti toteutetussa antennirakenteessa 100 antennielementtien 5 keskinäinen vaikutus on vähäistä, voidaan antennirakenteeseen lisätä helposti ensimmäisen taajuusalueen ala- tai yläpuolella toimivia antennielementtejä. Lisäämällä antennirakenteeseen 100 kolmas antennielementti 103 ja laajentamalla tarvittaessa maatasoa 105, voidaan keksinnön mukaisen antennirakenteen 100 toiminta laajentaa ainakin yhdelle kolmannen 10 radiojärjestelmän taajuuskaistalle. Kolmas antennielementti 103 voidaan mitoittaa alan ammattimiehen tuntemalla tavalla siten, että sen resonanssitaajuus on esimerkiksi GSM900-järjestelmän lähetyskaistalla, vastaanottokaistalla tai kaistojen välissä. Tällöin kolmannella antennielementillä 103 voidaan toimia vastaavasti joko GSM900-järjestelmän lähetyskaistalla, vastaanottokaistalla tai 15 koko taajuusalueella. Kolmas antennielementti 103 kytketään syöttöpisteeseen. Kuviossa 11 kolmas antennielementti 103 on kytketty syöttölinjaan 107. Kolmas antennielementti 103 voidaan kytkeä syöttöpisteeseen myös esimerkiksi sekä toisen antennielementin 102 että maadoituslinjan 108 kautta. Kolmas antennielementti sijoitetaan esimerkiksi toisen antennielementin 102 viereen ja 20 samaan tasoon toisen antennielementin 102 kanssa.

: -: Ensimmäisen taajuusalueen yläpuolella toimivien antennielementtien lisääminen on helppoa, koska taajuuksien kasvaessa kyseisten antennielementtien koko : .· pienenee ja niiden sijoittelu on helppoa. Tämä edullinen suoritusmuoto on esitetty kuviossa 12. Kyseisessä kuviossa syöttöpisteeseen on lisätty neljäs : 25 antennielementti 104. Neljännellä antennielementillä 104 toteutetaan ainakin yksi viidennen radiojärjestelmän taajuuskaista. Viides radiojärjestelmä voi olla joko matkaviestinjärjestelmä tai ainakin yksi seuraavista järjestelmistä: Bluetooth, :' ‘ ‘: WLAN (Wireless Local Area Network) tai GPS (Global Positioning System).

Kolmannesta antennielementistä 103 voidaan tehdä säädettävä erään edullisen ·’ 30 suoritusmuodon mukaisesti, joka on kuvattu kuviossa 13. Kuviossa 13 kolmas antennielementti 103 on säädettävissä ainakin yhdelle neljännen radiojärjestelmän taajuuskaistalle. Kuviossa 13 maadoituslinjaan 108 on kytketty 20 113911 toinen kytkin S2 ja kolmas kapasitiivinen kuorma C3. Toinen kapasitiivinen kuorma C2 on edelleen kytketty toisesta kytkimestä S2 maatasoon 105. Kolmas kapasitiivinen kuorma on puolestaan kytketty suoraa maadoituslinjasta maatasoon 105. Kytkentä mitoitetaan yleensä siten, että 5 antennielementin resonanssitaajuus laskee kytkimen S2 sulkeutuessa. Tällöin toisen kytkimen S2 ollessa auki kolmas antennielementti 103 toimii kolmannen radiojärjestelmän taajuusalueella ja toisen kytkimen S2 ollessa kiinni kolmas antennielementti 103 toimii neljännen radiojärjestelmän taajuusalueella. Näin säästetään tilaa ja saavutetaan samoja etuja kuin säädettävänä toteutetun toisen 10 antennielementin 102 tapauksessakin.

Kolmas antennielementti 103 voidaan mitoittaa alan ammattimiehen tuntemalla tavalla siten, että sen resonanssitaajuus on esimerkiksi PDC800-järjestelmän lähetyskaistalla, vastaanottokaistalla tai kaistojen välissä. Tällöin kolmannella antennielementillä 103 voidaan toimia vastaavasti joko PDC800-järjestelmän 15 lähetyskaistalla, vastaanottokaistalla tai koko taajuusalueella.

Myös neljäs antennielementti 104 voidaan tehdä säädettäväksi ainakin yhdelle kuudennen radiojärjestelmän taajuuskaistalle. Tämä tapahtuu sähköisillä , : kuormilla C2, C3 ja kytkimellä S2 vastaavasti kuin kolmannen antennielementin :103 tapauksessakin. Toisena kytkimenä S2 voidaan käyttää tavanomaisia : 20 puolijohdekytkimiä kuten FET-kytkimiä, PIN-diodeja tai vastaavia kytkimiä.

:'' ·' Tulevaisuudessa myös aiemmin mainittuja MEMS-kytkimiä.

,···. Kuvion 13 mukaisesti samaan syöttöpisteeseen voidaan toteuttaa nykyiset ja tulevat järjestelmät taajuusalueilla 1500 - 1600 MHz, 1700 - 1990 MHz, 2120 -. 2170 MHz, 2400 - 2500 MHz, 810 - 960 MHz riippuen sovelluksesta. Jos 25 riittävää taajuuskaistaa ei saavuteta ilman toista kytkintä S2, toista kuormaa C2, ; ja kolmatta kuormaa C3 voidaan näitä käyttää vaaditun kaistanleveyden ,’··’ toteuttamiseksi.

Eräässä kuvion 14 mukaisessa edullisessa suoritusmuodossa ensimmäinen V antennielementti taittuu toisen antennielementin toisen sivun suuntaiseksi.

21 113911

Eräässä kuvion 15 mukaisessa edullisessa suoritusmuodossa ensimmäisenä antennielementtinä käytetään ns. T-antennia. T-elementti voidaan muotoilla esimerkiksi kuvioissa 16a, 16b, 16c tai 16d kuvatuilla tavoilla.

Kuviossa 17 on matkaviestimeen 200 sijoitettava antenniyksikkö 201. Kuvio on 5 esimerkinomainen ja havainnollistaa kuinka antennirakennetta 100 voidaan muotoilla. Antenniyksikkö 201 käsittää keksinnön mukaisen antennirakenteen 100, joka on valmistettu eristemateriaalille. Antennielementtejä 101, 102, 103, 104 voidaan suunnitteluvaiheessa esimerkiksi taittaa ja taivuttaa, jolloin antennirakenne 100 voidaan muotoilla siten, että se mukailee matkaviestimen 10 muotoja. Eristemateriaalilla on alusta 301 sekä vähintään yksi seinäalue 302, joka seinäalue 302 ulottuu alustasta 301 poikkeavaan suuntaan. Antennirakenteen 100 muoto seuraa alustan 301 ja seinärakenteen 302 muotoja. Alusta 301 ja seinärakenne 302 puolestaan muotoillaan edullisesti siten, että ne mukailevat matkaviestimen 200 muotoja. Antenniyksikkö 201 voidaan myös 15 suojata esimerkiksi muovipinnoitteella tai vastaavalla eristemateriaalilla.

Kuviossa 18 on kuvattu matkaviestin 200, joka käsittää keksinnön mukaisen antennirakenteen 100. Kuvaus on esimerkinomainen ja havainnollistaa ; ’ : antennirakenteen 100 edullista sijoittamista matkaviestimeen 200.

• : Antennirakenne voidaan integroida matkaviestimen 200 sisään tai se voidaan ‘ 20 integroida matkaviestimeen liitettävään antenniyksikköön. Antennirakenne voidaan sijoittaa esimerkiksi matkaviestimen yläosaan siten, että ensimmäinen antennielementti 101 tulee matkaviestimen 200 kulmaan.

Tässä on esitetty keksinnön toteutusta ja suoritusmuotoja esimerkkien avulla.

"· Alan ammattimiehelle on ilmeistä, ettei keksintö rajoitu edellä esitettyjen ,,,·' 25 suoritusmuotojen yksityiskohtiin ja että keksintö voidaan toteuttaa muussakin muodossa poikkeamatta keksinnön tunnusmerkeistä. Esitettyjä suoritusmuotoja i * » * tulisi pitää valaisevina, muttei rajoittavina. Siten keksinnön toteutus- ja ··. käyttömahdollisuuksia rajoittavatkin ainoastaan oheistetut patenttivaatimukset.

Täten vaatimusten määrittelemät erilaiset keksinnön toteutusvaihtoehdot, myös 30 ekvivalenttiset toteutukset kuuluvat keksinnön piiriin.

Claims

1. Antennirakenne (100), joka käsittää ensimmäisen antennielementin (101), toisen antennielementin (102), maatason (105) antennirakenteen (100) maadoittamiseksi, kytkentälinjan (106) ensimmäisen antennielementin (101) ja 5 toisen antennielementin (102) kytkemiseksi toisiinsa, ja syöttölinjan (107) antennirakenteen (100) syöttämiseksi yhden syöttöpisteen kautta, tunnettu siitä, että ensimmäinen antennielementti (101) on mikroliuska-antenni ja se on maatason (105) vieressä ja kohtisuoraan maatasoa (105) vastaan; ja 10 toinen antennielementti (102) on mikroliuska-antenni ja se on maatason (105) päällä ja maatason (105) suuntaisesti.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennirakenne (100), tunnettu siitä, että ensimmäinen antennielementti (101) on järjestetty vastaanottamaan tietoa laajakaistaisen radiojärjestelmän vastaanottokaistalla ja toinen antennielementti 15 (102) on järjestetty lähettämään tietoa mainitun laajakaistaisen radiojärjestelmän lähetyskaistalla.

: 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennirakenne (100), tunnettu siitä, että .· . ensimmäisen antennielementin (101) polarisaatio poikkeaa toisen .. ; antennielementin (102) polarisaatiosta. « 1 * .···. 20

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennirakenne (100), tunnettu siitä, että ensimmäinen antennielementti (101) ja kytkentälinja (106) muodostavat ·:··· kytkentälinjasta (106) ensimmäiseen antennielementtiin (101) päin kapasitiivisen kuorman laajakaistaisen radiojärjestelmän lähetyskaistalla sekä lähetys- ja : vastaanottokaistojen välisellä taajuusalueella ja myöskin toinen antennielementti .··. 25 (102) ja kytkentälinja (106) muodostavat kytkentälinjasta (106) toiseen antennielementtin (102) päin kapasitiivisen kuorman laajakaistaisen .’‘j radiojärjestelmän vastaanottokaistalla sekä lähetys- ja vastaanottokaistojen välisellä taajuusalueella. 23 113911

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennirakenne (100), tunnettu siitä, että syöttölinja (107) on kytketty kytkentälinjan (106) ja toisen antennielementin (102) yhtymäkohtaan.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennirakenne (100), tunnettu siitä, että 5 antennirakenne (100) käsittää ainakin yhden maadoituslinjan (108) toisen antennielementin (102) kytkemiseksi maatasoon (105).

7. Patenttivaatimukseni mukainen antennirakenne (100), tunnettu siitä, että kytkentälinjan (106) ja maadoituslinja (108) on mitoitettu siten, että niiden yhteinen sähköinen pituus on aallonpituuden neljännes ensimmäisen antennin 10 (101) resonanssitaajuudella.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennirakenne (100), tunnettu siitä, että ensimmäinen antennielementti (101) käsittää ainakin yhden ensimmäisen viritysloven (109) ensimmäisen antennielementin resonanssitaajuuden määräämiseksi ja antennirakenteen sovittamiseksi.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennirakenne (100), tunnettu siitä, että :**.* toinen antennielementti (102) käsittää ainakin yhden toisen viritysloven (110) : *": toisen antennielementin resonanssitaajuuden määräämiseksi ja antennirakenteen :··: sovittamiseksi.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennirakenne (100), tunnettu siitä, 20 että toinen antennielementti (102) on järjestetty toimimaan laajakaistaisen "*: radiojärjestelmän lähetyskaistan lisäksi ainakin yhdellä toisen radiojärjestelmän taajuuskaistalla.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennirakenne (100), tunnettu siitä, että antennirakenne käsittää ainakin yhden kolmannen antennielementin (103), 25 joka on kytketty syöttöpisteeseen sekä järjestetty toimimaan ainakin yhdellä kolmannen radiojärjestelmän taajuuskaistalla, joka on laajakaistaisen radiojärjestelmän taajuusalueen alapuolella. 24 113911

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen antennirakenne (100), tunnettu siitä, että toinen antennielementti (102) on järjestetty komponenteilla (C1), (S1) toimimaan lisäksi ainakin yhdellä neljännen radiojärjestelmän taajuuskaistalla, joka on laajakaistaisen radiojärjestelmän taajuusalueen alapuolella.

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennirakenne (100), tunnettu siitä, että antennirakenne käsittää ainakin yhden neljännen antennielementin (104), joka on kytketty syöttöpisteeseen sekä järjestetty toimimaan ainakin yhdellä viidennen radiojärjestelmän taajuuskaistalla, joka on laajakaistaisen radiojärjestelmän taajuusalueen yläpuolella.

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen antennirakenne (100), tunnettu siitä, että kolmas tai neljäs antennielementti (104) on säädettävästi järjestetty komponenteilla (C2), (C3), (S2) toimimaan lisäksi ainakin yhdellä kuudennen radiojärjestelmän taajuuskaistalla, joka on laajakaistaisen radiojärjestelmän taajuusalueen yläpuolella.

15. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennirakenne (100), tunnettu siitä, että se on sijoitettavissa matkapuhelimen sisälle. « · ·

16. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennirakenne (100), tunnettu siitä, että ensimmäinen antennielementti (101) on T-elementti.

17. Menetelmä signaalin kytkemiseksi antennirakenteeseen (100), joka käsittää 20 ensimmäisen antennielementin (101), toisen antennielementin (102), maatason (105) antennirakenteen (100) maadoittamiseksi, kytkentälinjan (106) ··; ensimmäisen antennielementin (101) ja toisen antennielementin (102) . kytkemiseksi toisiinsa, syöttölinjan (107) antennirakenteen (100) syöttämiseksi, ja ·' jossa menetelmässä kytketään lähetettäviä ja vastaanotettavia signaaleja ' 25 antennirakenteeseen (100) yhden syöttöpisteen kautta, tunnettu siitä, että ensimmäinen antennielementti (101) on mikroliuska-antenni ja se sijoitetaan maatason (105) viereen ja kohtisuoraan maatasoa (105) vastaan; ja 25 113911 toinen antennielementti (102) on mikroliuska-antenni ja se sijoitetaan maatason (105) päälle maatason (105) suuntaisesti.

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vastaanotetaan tietoa laajakaistaisen radiojärjestelmän vastaanottokaistalla 5 ensimmäisellä antennielementillä (101) ja lähetetään tietoa mainitun laajakaistaisen radiojärjestelmän lähetyskaistalla toisella antennielementillä (102).

19. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen antennielementin (101) polarisaatio poikkeaa toisen antennielementin (102) polarisaatiosta.

20. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vastaanotettaessa signaaleja laajakaistaisen radiojärjestelmän vastaanottokaistalla että ensimmäinen antennielementti (101) ja kytkentälinja (106) muodostavat kytkentälinjasta (106) ensimmäiseen antennielementtiin (101) päin kapasitiivisen kuorman laajakaistaisen radiojärjestelmän lähetyskaistalla 15 sekä lähetys- ja vastaanottokaistojen välisellä taajuusalueella ja myöskin toinen antennielementti (102) ja kytkentälinja (106) muodostavat kytkentälinjasta (106) toiseen antennielementtiin (102) päin kapasitiivisen kuorman laajakaistaisen radiojärjestelmän vastaanottokaistalla sekä lähetys- ja vastaanottokaistojen välisellä taajuusalueella

21. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syötetään antennirakennetta (100) kytkentälinjan (106) ja toisen antennielementin (102) yhtymäkohdasta. * ·

22. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että : · maadoitetaan antennirakenne (100) kytkemällä toinen antennielementti (102) 25 maatasoon (105) ainakin yhdestä kohtaa.

·*: 23. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määrätään ensimmäisen antennielementin (101) resonanssitaajuus ja sovitus 26 113911 ainakin yhdellä ensimmäiseen antennielementtiin (101) järjestetyllä ensimmäisellä virityslovella.

22 113911

24. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määrätään toisen antennielementin (102) resonanssitaajuus ja sovitus ainakin 5 yhdellä toiseen antennielementtiin (102) järjestetyllä toisella virityslovella.

25. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toimitaan toisella antennielementillä laajakaistaisen radiojärjestelmän lähetyskaistalla ja ainakin yhdellä toisen radiojärjestelmän taajuuskaistalla.

26. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 10 toimitaan kolmannella antennielementillä (103) ainakin yhdellä kolmannen radiojärjestelmän taajuuskaistalla, joka on laajakaistaisen radiojärjestelmän taajuusalueen alapuolella.

27. Patenttivaatimuksen 26 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toimitaan lisäksi ainakin yhdellä neljännen radiojärjestelmän taajuuskaistalla joka 15 on laajakaistaisen radiojärjestelmän taajuusalueen alapuolella.

28. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toimitaan neljännellä antennielementillä (104) ainakin yhdellä viidennen i radiojärjestelmän taajuuskaistalla, joka on laajakaistaisen radiojärjestelmän taajuusalueen yläpuolella.

29. Patenttivaatimuksen 28 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että " toimitaan lisäksi ainakin yhdellä kuudennen radiojärjestelmän taajuuskaistalla, joka on laajakaistaisen radiojärjestelmän taajuusalueen yläpuolella. »

30. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään toisena antennielementtinä (102) T-elementtiä. » l I

31. Antenniyksikkö (201), joka käsittää antennirakenteen (100), joka antennirakenne (100) käsittää ensimmäisen antennielementin (101), toisen antennielementin (102), maatason (105) antennirakenteen (100) 27 11391 1 maadoittamiseksi, kytkentälinjan (106) ensimmäisen antennielementin (101) ja toisen antennielementin (102) kytkemiseksi toisiinsa, ja syöttölinjan (107) antennirakenteen (100) syöttämiseksi yhden syöttöpisteen kautta, tunnettu siitä, että antennirakenne (100) on valmistettu eristemateriaalille, jolla on alusta 5 (301) sekä vähintään yksi seinäalue (302), joka seinäalue (302) ulottuu alustasta (301) poikkeavaan suuntaan, ja joka antennirakenteen (100) muoto seuraa alustan (301) ja seinäalueen (302) muotoja, ja antennirakenteen (100) ensimmäinen antennielementti (101) on mikroliuska-antenni ja se on maatason (105) vieressä ja kohtisuorassa maatasoa (105) vastaan ja toinen 10 antennielementti (102) on mikroliuska-antenni ja se on maatason (105) päällä ja maatason (105) suuntaisesti.

32. Matkaviestin (200), joka käsittää ensimmäisen antennielementin (101), toisen antennielementin (102), maatason (105, 105') antennirakenteen (100) maadoittamiseksi, kytkentälinjan (106) ensimmäisen antennielementin (101) ja 15 toisen antennielementin (102) kytkemiseksi toisiinsa, ja syöttölinjan (107) ensimmäisen ja toisen antennielementin (101, 102) syöttämiseksi yhden syöttöpisteen kautta, tunnettu siitä, että ensimmäinen antennielementti (101) on mikroliuska-antenni ja se on maatason (105) vieressä ja kohtisuorassa maatasoa (105) vastaan ja toinen antennielementti (102) on mikroliuska-antenni 20 ja se on maatason (105) päällä ja maatason (105) suuntaisesti.

33. Patenttivaatimuksen 32 mukainen matkaviestin, tunnettu siitä, että ·. maataso (105') on pitkänomainen tasomainen elementti ja ensimmäinen antennielementti (101) on sijoitettu maatason toisen pään (U) läheisyyteen ja toinen antennielementti (102) on sijoitettu maatason keskipisteen (M) ·. 25 läheisyyteen. 28 113911